CN106180726A - 一种改良式异质材料接合的造孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改良式异质材料接合的造孔方法，将金属颗粒与高分子材料配制成混合体，在需要做后续金属与塑胶异质接合区域或金属基体上涂布或放置上述混合体，高温烧结，得到微米级的三维连通孔隙结构。或将不同金属颗粒配置成混合体，利用不同金属颗粒表面活化能差异，涂布或放置在需要做后续金属与塑胶异质接合区域，高温烧结，得到微米级的三维连通孔隙结构。本发明利用粉末冶金烧结技术在材料全部或局部区域制作具微米级的三维连通孔隙结构，并可利用氨类与脂类结合特性，使塑胶材料在注塑成型阶段可以完全充填其内以增加塑胶与金属间的接触面积，进而达到提升金属与塑胶异质材料间的接合强度。

Description

一种改良式异质材料接合的造孔方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金烧结技术，具体是一种改良式异质材料接合的造孔方法，主要是利用添加不同高分子材料比例来控制金属颗粒与金属颗粒间距离及使用不同金属颗粒大小的活化能差异来达到控制三维度连通的孔径大小及数量。

背景技术

先前制作塑胶与金属间的异质接合制程中，有些是以激光在金属表面造成不同形式的孔洞后，利用增加塑胶与金属的接触面积来增强结合力；但因其增加结合力有限，为解决此问题。因此进化成纳米成型技术NMT(Nano Molding Technology,简称NMT)，该技术先利用强酸或强碱腐蚀液在金属表面腐蚀经过多次的腐蚀-清洗制程使金属表面成具“珊瑚状的纳米微孔”结构，如图1所示，在金属表面的纵向方向形成大且深的孔隙，如纵向孔隙001所示，在经过多次腐蚀作用后纵向孔径更深入孔径变大同时在其侧方形成较小的侧向孔隙002，随着腐蚀次数的增加纵向孔隙001及侧向孔隙002会逐渐变大。再将样品浸泡在脂氨酸溶液内，在注塑成型时填充的塑胶与纳米孔内的脂氨酸溶液反应产生化学键结，以增加其金属与塑胶异质间界面的接合强度。此方式可以有效增加金属与塑胶的接合力，因此如何造孔就成为业界及专家学者所努力研究开发的方向。后续亦有针对造孔方式提出以电化学腐蚀方式来达到造孔效果，最后亦可达到注塑成型接合目的。

目前最主要的NMT造孔技术主要还是针对不同金属材料选用不同的酸硷腐蚀液对其表面主要作纵深方向的腐蚀微孔以增加腐蚀次数及腐蚀时间来达到扩孔及侧孔产生作用，故其需要经过10～20次以上的腐蚀清洗的反复过程以造成不同的深度及孔径结构，其腐蚀制程对操作安全性及环境维护会造成相当大的影响。因此，如何避免使用强酸强碱液来保护生态环境及确保职工操作安全又能缩短整个操作流程及增加产能降低成本的方法是业界所急迫需要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良式异质材料接合的造孔方法,利用金属粉末冶金烧结技术来制作具三维度且连通的微米级孔隙的方法，以取代现行的化学腐蚀或电化学腐蚀等方式的纳米级孔径方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种改良式异质材料接合的造孔方法，将金属颗粒与高分子材料配制成混合体，其中金属颗粒与高分子材料的质量比为1:0.003-0.3；在需要做后续金属与塑胶异质接合区域或金属基体上涂布或放置上述混合体，在1100-1360℃的温度下高温烧结10-180min，得到微米级的三维连通孔隙结构。

一种改良式异质材料接合的造孔方法，将不同金属颗粒配置成混合体，利用不同金属颗粒表面活化能差异，涂布或放置在需要做后续金属与塑胶异质接合区域，在1100-1360℃的温度下高温烧结10-180min，得到微米级的三维连通孔隙结构。

作为本发明进一步的方案：高分子材料采用脂类、热塑性塑胶或热固性塑胶。

作为本发明进一步的方案：脂类采用蜡系、油脂或洋菜。

作为本发明进一步的方案：热塑性塑胶采用烯类、醇类或烯蜡类。

作为本发明进一步的方案：热固性塑胶采用醛类。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将上述两种方式之一的材料混合体，涂布或放置在需要做后续金属与塑胶异质接合区域，经由高温烧结后，高分子材料汽化后所遗留下来的连通式的超大微米孔径，而金属颗粒间因吸收热量而产生质量传输作用在两者界面间形成一颈缩现象，已达到金属颗粒间的键结效果。同时与周边高致密区结构间也产生键结作用使得致密区与多孔区两者结为一体。再以模内注塑成型方式将塑胶填充入具连通的超大微孔隙内，以达到增加金属与塑胶间的异质接触面积，而提升其接合强度。本发明利用粉末冶金烧结技术在材料全部或局部区域制作具微米级的三维连通孔隙结构，并可利用氨类与脂类结合特性，使塑胶材料在注塑成型阶段可以完全充填其内以增加塑胶与金属间的接触面积，进而达到提升金属与塑胶异质材料间的接合强度。

附图说明

图1是珊瑚状的纳米微孔结构示意图；

图2是本发明实施例的示意图；

图3是不同含量高分子材料在不同温度下的相对密度分布图；

图4是不同金属颗粒粒径在不同温度下的相对密度分布图；

图5是本发明实施例的实际扫描式电子显微图；

图中：001-纵向孔隙、002-侧向孔隙、101-金属颗粒、201-孔隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明将金属颗粒与高分子材料配制成混合体，在需要做后续金属与塑胶异质接合区域或金属基体上涂布或放置上述混合体，高温烧结，使混合体中的金属颗粒与金属基体表面产生键结；而混合体的金属颗粒与金属颗粒之间也产生颈缩现象，构成具有连通特性的微米级孔隙。

本发明将不同金属颗粒配置成混合体，利用不同金属颗粒表面活化能差异，涂布或放置在需要做后续金属与塑胶异质接合区域，高温烧结，使用较大颗粒的金属颗粒，因其产生的质量传输效果低于较小颗粒的金属颗粒的特性，以控制所需要部分为具有三维的连通孔隙。

为达上述目的，可在不同烧结温度下以添加不同比例高分子材料来控制孔隙率(包含孔径尺寸大小及孔洞数量)。其中高分子材料可以使用脂类(蜡系、油脂、洋菜等)、热塑性塑胶及热固性塑胶；在热塑性塑胶可用:烯类(聚甲烯、聚乙烯、聚丙烯等)、醇类(聚甲醇、聚乙醇、聚丙醇等)、烯蜡类((聚甲烯蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡等)。在热固性塑胶方面可用醛类(甲醛树脂、酚醛树脂等)。

实施例1

本发明实施例中，请参阅第2图，主要是选择金属颗粒101粒径分布相近的粉体其粉体颗粒细微分布在1μm～30μm(d80约为25μm)，与高分子材料依适当比例均匀混合后。经由高温烧结后高分子材料脱离金属表面形成孔隙201，其孔径大小约1μm～150μm，金属颗粒101与金属颗粒101间因扩散及质量传输作用而产生金属键结，使得金属颗粒101与另一金属颗粒101有足够的强度，同时也会因扩散及质量传输作用而形成颈缩现象(Necking)使形成具有孔隙201结构及具机械强度的多孔性结构体。

图3为不同含量高分子材料在不同温度下的相对密度图，选用d80粒径分布为20～25μm的不锈钢金属颗粒在分别添加8％～30％的高分子材料，分别在不同烧结温度下1100℃～1360℃的烧结条件下，均可得到不同的相对密度(不同相对密度相对于不同的孔径分布),相对密度越高其孔径越小。由图3可知在相同烧结温度下,其相对密度随着高分子材料添加量的增加而降低，主要因为金属颗粒与颗粒间的距离加大质量传输的效率较差使得孔径随着距离的增加而增加。另外在相同含量高分子材料的条件下，孔径大小随着烧结温度的增加而减小(其相对密度增加)，主要因为金属颗粒与颗粒间的反应能量提升使得质量传输的效率增加，金属颗粒间的颈缩作用加速，使得孔径随着烧结温度的增加而缩小。

图4为不同金属粒径在不同温度下的相对密度分布(孔径分布)图，选用d80粒径分布为25～40μm的不锈钢金属颗粒，其高分子材料为8％。分别在不同烧结温度下1100℃～1360℃的烧结条件下，均可得到不同的相对密度(不同相对密度相对于不同的孔径分布),相对密度越高其孔径越小。由图4可知在相同烧结温度下，其相对密度随着金属粒径的增加而降低，主要因为金属颗粒表面活化能随着金属颗粒粒径的增加而降低。故粒径大的金属粉体其质量传输的效率较差，使得孔径随着粒径的增加而增加。另外在相同金属粒径尺寸的条件下，其相对密度随着烧结温度的增加而增加(其孔径尺寸降低)，主要因为金属颗粒与颗粒间的反应能量提升使得质量传输的效率增加，金属颗粒间的颈缩作用加速，使得孔径随着烧结温度的增加而缩小。

请再参阅第5图为本发明实施例的实际扫描式电子显微图片。其孔径大小分布自1μm～100μm，其中孔径大小以40μm～80μm较佳。体现金属颗粒间正处在颈缩期间，所形成的大量孔隙，其孔径大小分布在20～45μm。也同样体现金属颗粒间的键结良好，大部分的孔隙是连通的。

本发明是以粉末冶金烧结技术制作多孔结构的方式以应用于金属与塑胶界面接合产品。可改善惯用的技术关键在于；

1.可以選擇各類適合的金屬或合金粉體材料。

2.利用控制金属颗粒大小、种类可以调整最佳孔隙率。

3.利用控制烧结温度高低及恒温时间可以调整最佳孔隙率。

4.利用添加不同高分子材料含量可以调整最佳孔隙率。

5.可以改善塑胶充填状况。

6.可以避免强酸强碱造孔的环境污染及作业危险性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，将金属颗粒与高分子材料配制成混合体，其中金属颗粒与高分子材料的质量比为1:0.003-0.3；在需要做后续金属与塑胶异质接合区域或金属基体上涂布或放置上述混合体，在1100-1360℃的温度下高温烧结10-180min，得到微米级的三维连通孔隙结构。

2.一种改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，将不同金属颗粒配置成混合体，利用不同金属颗粒表面活化能差异，涂布或放置在需要做后续金属与塑胶异质接合区域，在1100-1360℃的温度下高温烧结10-180min，得到微米级的三维连通孔隙结构。

3.根据权利要求1所述的改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，所述高分子材料采用脂类、热塑性塑胶或热固性塑胶。

4.根据权利要求3所述的改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，所述脂类采用蜡系、油脂或洋菜。

5.根据权利要求3所述的改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，所述热塑性塑胶采用烯类、醇类或烯蜡类。

6.根据权利要求3所述的改良式异质材料接合的造孔方法，其特征在于，所述热固性塑胶采用醛类。