CN107053586A - 一种复合体金属材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合体金属材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞50~80个，孔洞的直径为10~40mm；步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为800~1000℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。本发明在预处理过程中，使不锈钢的表面形成微小的不规则孔洞，这样使得金属处理剂中的有机铵盐和有机酸剂与不锈钢基材更加紧密融合，使得不锈钢与塑料及填料的结合效果更佳，不锈钢韧性更高。

Description

一种复合体金属材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种复合体金属材料的制备方法。
背景技术
传统的不锈钢与塑料复合体制备技术，一般是通过在不锈钢结构件与塑料制件设置固定结构来实现的，这就要求在不锈钢结构件上增加连接结构；但不锈钢的加工效率低成本较高，且无法制作形状较复杂的结构，这大大限制了不锈钢结构件在电子产品、精密医疗器械、汽车车身部件中的应用。
虽然，目前可以通过热熔胶粘接的方法实现不锈钢与塑料的一体化结合，但是塑料与不锈钢的结合力不高，不能满足产品实际的使用强度要求。
已有通过电化学阳极氧化的方法使得金属表面形成若干纳米孔并制备复合体。然而，对于不锈钢材质而言，电化学阳极氧化液会使不锈钢表面形成致密的氧化膜，不利于纳米孔的形成，使得所制备的复合体材料的结合强度十分有限，而且生产成本高，能耗较大。
另外已有通过阳极氧化对不锈钢进行处理以形成多孔膜，再与树脂进行一体化结合的方法；但是，不锈钢在阳极氧化处理时表面会形成一层致密的氧化膜而发生钝化，并不利于多孔膜的形成；而且在阳极氧化处理上需要额外增加设备上的资金投入，在一定程度上增加了生产的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种复合体金属材料的制备方法，制备成本低，金属材料强度高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种复合体金属材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞50~80个，孔洞的直径为10~40mm；
步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；
步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为800~1000℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。
进一步地，所述步骤1还包括以体积百分比为15~45％的稀磷酸对所述不锈钢进行预活化处理，所述预活化处理的温度为40~60℃，时间为5~15min。
进一步地，所述步骤1包括以体积百分比为10~45％的稀硫酸对所述不锈钢进行活化处理，所述活化处理的温度为45~75℃，时间为3~15min，经所述活化处理的所述不锈钢表面形成形成不规则的孔洞。
进一步地，所述步骤2中进行表面化学处理的温度为50~80℃，时间为5~15min。
进一步地，所述步骤3中的塑料原料包括聚苯烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物；所述填料按照重量份数包括以下成分：凹凸棒土20~50份、膨胀珍珠岩10~60份、卵石土5~10份。
进一步地，所述步骤2中的金属处理剂按照重量份数包括以下组分：有机酸剂200~300份、有机溶剂400~500份、硅烷偶合剂50~150份、有机铵盐30~90份。
进一步地，所述硅烷偶合剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三甲氧硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及其彼此组合中的其中一种。
进一步地，所述有机酸剂包括顺丁烯二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、反式丁二酸、邻二苯磺酸、间二苯磺酸、草酸、马来酸、丙二酸、正丁二酸、异丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种复合体金属材料的制备方法，在预处理过程中，使不锈钢的表面形成微小的不规则孔洞，这样使得金属处理剂中的有机铵盐和有机酸剂与不锈钢基材更加紧密融合，使得不锈钢与塑料及填料的结合效果更佳，不锈钢韧性更高；所使用的金属处理剂中含有机铵盐，可以有效改善塑胶在金属的表面张力系数，减小不锈钢与塑料存在表面张力系数差异，使不锈钢易与塑料结合，同时有机铵盐在溶液中自身电离出来的氯离子可以与有机酸剂电离的氢离子形成盐酸，可以进入不锈钢孔洞内继续进行蚀刻，拓展孔洞内部的面积和深度，有利于增大塑胶进入孔洞的结合部分。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例1
一种复合体金属材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞50个，孔洞的直径为10mm；
步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；
步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为800℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。
其中，所述步骤1还包括以体积百分比为15％的稀磷酸对所述不锈钢进行预活化处理，所述预活化处理的温度为40℃，时间为5min。
其中，所述步骤1包括以体积百分比为10％的稀硫酸对所述不锈钢进行活化处理，所述活化处理的温度为45℃，时间为3min，经所述活化处理的所述不锈钢表面形成形成不规则的孔洞。
其中，所述步骤2中进行表面化学处理的温度为50℃，时间为5min。
其中，所述步骤3中的塑料原料包括聚苯烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物；所述填料按照重量份数包括以下成分：凹凸棒土20份、膨胀珍珠岩10份、卵石土10份。
其中，所述步骤2中的金属处理剂按照重量份数包括以下组分：有机酸剂200~300份、有机溶剂400份、硅烷偶合剂50份、有机铵盐30份。
其中，所述硅烷偶合剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三甲氧硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及其彼此组合中的其中一种。
其中，所述有机酸剂包括顺丁烯二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、反式丁二酸、邻二苯磺酸、间二苯磺酸、草酸、马来酸、丙二酸、正丁二酸、异丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
实施例2
一种复合体金属材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞70个，孔洞的直径为30mm；
步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；
步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为900℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。
其中，所述步骤1还包括以体积百分比为35％的稀磷酸对所述不锈钢进行预活化处理，所述预活化处理的温度为50℃，时间为10min。
其中，所述步骤1包括以体积百分比为35％的稀硫酸对所述不锈钢进行活化处理，所述活化处理的温度为55℃，时间为10min，经所述活化处理的所述不锈钢表面形成形成不规则的孔洞。
其中，所述步骤2中进行表面化学处理的温度为60℃，时间为10min。
其中，所述步骤3中的塑料原料包括聚苯烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物；所述填料按照重量份数包括以下成分：凹凸棒土30份、膨胀珍珠岩40份、卵石土7份。
其中，所述步骤2中的金属处理剂按照重量份数包括以下组分：有机酸剂250份、有机溶剂450份、硅烷偶合剂100份、有机铵盐60份。
其中，所述硅烷偶合剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三甲氧硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及其彼此组合中的其中一种。
其中，所述有机酸剂包括顺丁烯二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、反式丁二酸、邻二苯磺酸、间二苯磺酸、草酸、马来酸、丙二酸、正丁二酸、异丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
实施例3
一种复合体金属材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞80个，孔洞的直径为40mm；
步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；
步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为800~1000℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。
其中，所述步骤1还包括以体积百分比为45％的稀磷酸对所述不锈钢进行预活化处理，所述预活化处理的温度为60℃，时间为15min。
其中，所述步骤1包括以体积百分比为45％的稀硫酸对所述不锈钢进行活化处理，所述活化处理的温度为75℃，时间为15min，经所述活化处理的所述不锈钢表面形成形成不规则的孔洞。
其中，所述步骤2中进行表面化学处理的温度为80℃，时间为15min。
其中，所述步骤3中的塑料原料包括聚苯烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物；所述填料按照重量份数包括以下成分：凹凸棒土50份、膨胀珍珠岩60份、卵石土10份。
其中，所述步骤2中的金属处理剂按照重量份数包括以下组分：有机酸剂300份、有机溶剂500份、硅烷偶合剂150份、有机铵盐90份。
其中，所述硅烷偶合剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三甲氧硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及其彼此组合中的其中一种。
其中，所述有机酸剂包括顺丁烯二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、反式丁二酸、邻二苯磺酸、间二苯磺酸、草酸、马来酸、丙二酸、正丁二酸、异丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对所述不锈钢进行预处理，利用打孔器使所述不锈钢的表面形成多个孔洞，每平方米有孔洞50~80个，孔洞的直径为10~40mm；
步骤2：将步骤1打过孔洞的不锈钢浸入金属处理剂中进行表面化学处理；
步骤3：对所述不锈钢和塑料原料以及填料混合一起进行注塑成型，注塑成型的温度为800~1000℃，形成所述不锈钢和塑料一体化的复合体金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1还包括以体积百分比为15~45％的稀磷酸对所述不锈钢进行预活化处理，所述预活化处理的温度为40~60℃，时间为5~15min。
3.根据权利要求1所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以体积百分比为10~45％的稀硫酸对所述不锈钢进行活化处理，所述活化处理的温度为45~75℃，时间为3~15min，经所述活化处理的所述不锈钢表面形成形成不规则的孔洞。
4.根据权利要求1所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中进行表面化学处理的温度为50~80℃，时间为5~15min。
5.根据权利要求1所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的塑料原料包括聚苯烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物；所述填料按照重量份数包括以下成分：凹凸棒土20~50份、膨胀珍珠岩10~60份、卵石土5~10份。
6.根据权利要求1所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的金属处理剂按照重量份数包括以下组分：有机酸剂200~300份、有机溶剂400~500份、硅烷偶合剂50~150份、有机铵盐30~90份。
7.根据权利要求6所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶合剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三甲氧硅烷、γ-环氧丙烷基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及其彼此组合中的其中一种。
8.根据权利要求6所述的一种复合体金属材料的制备方法，其特征在于，所述有机酸剂包括顺丁烯二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、反式丁二酸、邻二苯磺酸、间二苯磺酸、草酸、马来酸、丙二酸、正丁二酸、异丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
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