CN108728879B - 铁基金属与塑料的复合体及其制备方法 - Google Patents

铁基金属与塑料的复合体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铁基金属与塑料的复合体，包括依次叠设的铁基金属基材、一次电镀层、二次电镀层及塑料件，其中，所述二次电镀层由多个条状的微纳米级结晶体沿垂直于所述一次电镀层的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体之间形成有多个相互连通的孔隙，所述微纳米级结晶体的长度为100nm～800nm，所述孔隙在沿平行于所述一次电镀层的方向上的大小为0.1～1μm，部分所述塑料件填充于所述孔隙中。

Description

铁基金属与塑料的复合体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合体及其制备方法，尤其涉及一种铁基金属与塑料的复合体及该复合体的制备方法。
背景技术
微纳米级成型技术(NMT,Nano Molding Technology)最早由日本大成公司开发成功，该技术首先通过化学方法在金属表面形成微纳米级孔洞，然后通过射出工艺将塑料成型在金属表面，从而使金属与塑料一体化。微纳米级成型技术不但兼顾金属外观质感，也简化了产品机构件设计，让产品更轻、薄、短、小，具有较强的竞争力。
铝合金的微纳米级成型技术已相对成熟，其被广泛应用在智能手机的外壳制造工艺中。当然，不锈钢也可以被应用于智能手机的外壳制造。然而，对不锈钢表面进行化学处理较难形成微纳米级孔洞，使该技术只能应用于特定类型的具有低耐蚀性的不锈钢基材(如SUS301/SUS304)，而且腐蚀量较大。若针对高耐蚀性的不锈钢基材(如SUS316)，则需要提高耗电量，使其难以适应大规模量产需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种铁基金属与塑料复合体的制备方法，以解决上述问题。
另，还有必要提供一种上述制备方法制备的铁基金属与塑料的复合体。
一种铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其包括：
提供一铁基金属基材；对所述铁基金属基材进行预电镀以在所述铁基金属基材的表面形成一个一次电镀层；对经预电镀后的所述铁基金属基材进行二次电镀以在所述一次电镀层远离所述铁基金属基材的表面形成一个二次电镀层，其中，所述二次电镀层由多个条状的微纳米级结晶体沿垂直于所述一次电镀层的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体之间形成有多个相互连通的孔隙，所述微纳米级结晶体的长度为100nm～800nm，所述孔隙在沿平行于所述一次电镀层的方向上的大小为0.1～1μm，其中，所述二次电镀的电镀液包括浓度为10～300g/L的盐类化合物、浓度为2～80g/L的酸、以及浓度为5～80g/L的结晶调整剂，所述结晶调整剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、丁炔二醇、糖精、萘磺酸、对甲苯磺酰胺以及香豆素中的至少一种；以及在二次电镀后的所述铁基金属基材表面注塑塑料，并使部分所述塑料填充于所述孔隙中以在所述二次电镀层上形成塑料件，从而得到所述复合体。
一种铁基金属与塑料的复合体，所述复合体包括依次叠设的铁基金属基材、一次电镀层、二次电镀层及塑料件，其中，所述二次电镀层由多个条状的微纳米级结晶体沿垂直于所述一次电镀层的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体之间形成有多个相互连通的孔隙，所述微纳米级结晶体的长度为100nm～800nm，所述孔隙在沿平行于所述一次电镀层的方向上的大小为0.1～1μm，部分所述塑料件填充于所述孔隙中。
本发明实施例的制备方法并非对铁基金属基材进行腐蚀，而是在所述铁基金属基材上预电镀形成一次电镀层，然后在该一次电镀层上直接形成由沿垂直所述一次电镀层的方向相互堆叠的微纳米级结晶体组成的二次电镀层，由于所述微纳米结晶体之间形成有孔隙，从而使得所述塑料件与所述二次电镀层产生机械咬合以提高结合强度，该制备方法反应均匀，腐蚀量小，可适应大规模量产需求。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的铁基金属基材的剖视示意图。
图2是在图1所示的铁基金属基材表面形成一次电镀层的剖视示意图。
图3是图2所示的一次电镀层上形成二次电镀层的剖视示意图。
图4是图3所示的铁基金属基材的扫描电镜图。
图5是在图3所示的二次电镀层上形成塑料后获得的铁基金属与塑料的复合体的剖面示意图。
图6是图5所示的复合体的切片示意图。
主要元件符号说明
铁基金属与塑料的复合体 100
铁基金属基材 10
一次电镀层 20
二次电镀层 30
微纳米级结晶体 31
孔隙 32
塑料件 40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合图1-图5及较佳实施方式，对本发明铁基金属与塑料的复合体及其制备方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1-图5，本发明一较佳实施方式提供一种铁基金属与塑料的复合体100的制备方法，其包括如下步骤：
步骤S1，请参阅图1，提供一铁基金属基材10。
在本实施方式中，所述铁基金属基材10的材质可为不锈钢、低碳钢或粉末冶金铁基金属。
步骤S2，对所述铁基金属基材10进行脱脂除油处理以除去表面脏污。
本实施方式中，采用温度为20℃～80℃的除油液对所述铁基金属基材10进行清洗，而后再进行水洗。该除油液可为酒精或丙酮等。
步骤S3，对上述脱脂除油处理后的所述铁基金属基材10的表面进行活化处理，以保证后续形成的一次电镀层20与所述铁基金属基材10之间的结合强度。
在本实施方式中，采用体积百分浓度为10％的硫酸或盐酸对所述铁基金属基材10进行活化处理，而后取出并水洗。所述活化处理的温度为50℃，时间为1min～10min。
步骤S4，请参阅图2，对经活化处理后的所述铁基金属基材10进行预电镀以在所述铁基金属基材10的表面形成一个一次电镀层20，其用于提高后续形成的二次电镀层30与所述铁基金属基材10之间的结合强度。
在本实施方式中，所述一次电镀层20的材质为铜或镍。
当所述一次电镀层20的材质为铜时，所述预电镀可采用习知的酸性硫酸盐镀铜工艺；当所述一次电镀层20的材质为镍时，所述预电镀以所述铁基金属基材10作为阴极，镍片作为阳极，电镀液包括浓度为25～300g/L的硫酸镍、3～60g/L的氯化镍、3～40g/L的硼酸和0.05～0.1g/L的十二烷基硫酸钠，电镀液的pH值为2～5，电镀液的温度为15～60℃，通过阴极的电流密度为0.2～5A/dm2，预电镀时间为1～10min。所述预电镀后还可包括：将预电镀后的所述铁基金属基材10取出并水洗、干燥。在本实施方式中，所述一次电镀层20的厚度为0～16μm。
步骤S5，请参阅图3，对经预电镀后的所述铁基金属基材10进行二次电镀以在所述一次电镀层20远离所述铁基金属基材10的表面形成一个二次电镀层30。请一并参照图4，所述二次电镀层30由多个条状的微纳米级结晶体31沿垂直于所述一次电镀层20的方向上相互堆叠形成，所述微纳米级结晶体31之间形成有多个相互连通的孔隙32。更具体的，所述微纳米级结晶体31大致为针叶状，其长度为100nm～800nm。所述孔隙32在沿平行于所述一次电镀层20的方向上的大小为0.1～1μm，所述二次电镀层30的厚度为1～4μm。
在本实施方式中，所述二次电镀层30的材质为镍或镍合金。当所述二次电镀层30的材质为镍时，所述二次电镀以经预电镀后的所述铁基金属基材10作为阴极，镍片作为阳极，电镀液包括浓度为10～300g/L的盐类化合物、浓度为2～80g/L的酸、以及浓度为5～80g/L的结晶调整剂。电镀液的pH值为3～6，电镀液的温度为10～70℃，通过阴极的电流密度为1～10A/dm2，电镀时间为1～10min；当所述二次电镀层30的材质为镍合金时，所述二次电镀的工艺参数与当所述二次电镀层30的材质为镍时的工艺参数类似，不同的是：电镀液的组分可根据所需合金种类进行变更。所述二次电镀后还可包括：将二次电镀后的所述铁基金属基材10取出并水洗、干燥。
所述结晶调整剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、丁炔二醇、糖精、萘磺酸、对甲苯磺酰胺以及香豆素中的至少一种。其中，所述结晶调整剂用于调整镍或镍合金在电镀结晶过程中的生长模式，从而使所述微纳米级结晶体31按照所需的形貌相互堆叠而构成所述二次电镀层30。可以理解，由于所述二次电镀层30由所述微纳米级结晶体31沿垂直于所述一次电镀层20的方向上相互堆叠形成，因此，通过调整所述二次电镀的电镀时间，可改变所述微纳米级结晶体31的堆叠厚度，即，改变所述二次电镀层30的厚度。
在本实施方式中，所述盐类化合物可选自氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍、醋酸镍、氯化钠、氯化钾、氟化钠、硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵以及十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。所述酸可选自硫酸、盐酸、磷酸、硼酸、柠檬酸、草酸、醋酸以及苦味酸中的至少一种。
步骤S6，将经二次电镀后的所述铁基金属基材10浸泡于一表面处理液中以调整所述二次电镀层30的表面特性，从而提高所述二次电镀层30与后续形成的塑料件40之间的亲和性。当然，在其它实施方式中，所述步骤S6也可以省略。
在本实施方式中，所述表面处理液可选自水溶性胺系化合物以及三嗪硫醇类衍生物等中的其中一种。更具体的，所述水溶性胺系化合物可为甲基胺或乙二胺。
步骤S7，请参阅图5，在经表面调整后的所述铁基金属基材10表面注塑塑料，并使部分所述塑料填充于所述孔隙32中以在所述二次电镀层30上形成塑料件40，从而得到所述复合体100。
具体的，将上述经过表面调整后的铁基金属基材10置于注塑成型模具中，注射熔融的塑料于所述二次电镀层30上，高流动性的塑料流入所述孔隙32中，使得固化后形成的塑料件40与所述二次电镀层30产生机械咬合，从而有效地提高了塑料件40与所述铁基金属基材10之间的结合力，使得所述复合体100中的铁基金属基材10与塑料件40之间具有较高的结合强度。
所述塑料可包括结晶型热塑性塑料或非结晶型热塑性塑料。所述结晶型塑料可选自但不仅限于聚苯硫醚塑料(PPS)、聚酰胺塑料(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料(PBT)、聚碳酸酯塑料(PC)以及对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料中的至少一种。所述非结晶型塑料可选自但不仅限于聚碳酸酯塑料(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚醚砜塑料(PES)、聚砜塑料(PSF)、聚芳醚酮树脂(PAEK)、聚醚酰亚胺(PEI)及亚克力塑料(PMMA)等中的至少一种。
在本实施方式中，所述塑料中还添加有玻璃纤维，其可用于提高所述塑料件40的强度。
由于本发明实施例的制备方法并非对铁基金属基材10进行腐蚀，而是在所述铁基金属基材10上预电镀形成一次电镀层20，然后在该一次电镀层20上直接形成由沿垂直所述一次电镀层20的方向相互堆叠的微纳米级结晶体31组成的二次电镀层30，由于所述微纳米结晶体31之间形成有孔隙32，从而使得所述塑料件40与所述二次电镀层30产生机械咬合以提高结合强度，因此，该制备方法反应均匀，腐蚀量小，可适应大规模量产需求。此外，预电镀过程中不会产生电偶腐蚀。
请一并参阅图4和图5，本发明一较佳实施方式的由上述制备方法制得的复合体100，其包括依次叠设的铁基金属基材10、一次电镀层20、二次电镀层30及塑料件40。其中，所述二次电镀层30由多个条状的微纳米级结晶体31沿垂直于所述一次电镀层20的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体31之间形成有多个相互连通的孔隙32。更具体的，所述微纳米级结晶体31大致为针叶状，其长度为100nm～800nm。所述孔隙32在沿平行于所述一次电镀层20的方向上的大小为0.1～1μm。部分所述塑料件40填充于所述孔隙32中。
对采用不同塑料材质获得的复合体100进行拉伸结合强度测试、密封性测试以及切片形态测试，其测试结果记载于表1中。其中，拉伸结合强度测试采用推理力计测得；密封性测试为将复合体100浸入红墨水中，然后观察切片上塑料件40与二次电镀层30的结合面有无红墨水浸入。
表1
由表1的上述测试结果可知，所述复合体100具有较高的拉伸结合强度，且结合面上密封性较好。
再者，对上述复合体100进行切片形态测试，所述切片形态测试为观察上述切片的结合面上有无锯齿形态。请参照图6，所述复合体100的结合面上无锯齿形态，即，所述复合体100被用于制造3C电子产品的外壳时，能够符合产品外观要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其包括：
提供一铁基金属基材；
对所述铁基金属基材进行预电镀以在所述铁基金属基材的表面形成一个一次电镀层；
对经预电镀后的所述铁基金属基材进行二次电镀以在所述一次电镀层远离所述铁基金属基材的表面形成一个二次电镀层，其中，所述二次电镀层由多个条状的微纳米级结晶体沿垂直于所述一次电镀层的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体之间形成有多个相互连通的孔隙，所述微纳米级结晶体的长度为100nm～800nm，所述孔隙在沿平行于所述一次电镀层的方向上的大小为0.1～1μm，其中，所述二次电镀的电镀液包括浓度为10～300g/L的盐类化合物、浓度为2～80g/L的酸、以及浓度为5～80g/L的结晶调整剂，所述结晶调整剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、丁炔二醇、糖精、萘磺酸、对甲苯磺酰胺以及香豆素中的至少一种；以及
在二次电镀后的所述铁基金属基材表面注塑塑料，并使部分所述塑料填充于所述孔隙中以在所述二次电镀层上形成塑料件，从而得到所述复合体。
2.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述二次电镀层的材质为镍，所述盐类化合物选自氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍、醋酸镍、氯化钠、氯化钾、氟化钠、硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵以及十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
3.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸、硼酸、柠檬酸、草酸、醋酸以及苦味酸中的至少一种。
4.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述二次电镀的所述电镀液的pH值为3～6，电镀液的温度为10～70℃，通过阴极的电流密度为1～10A/dm2，电镀时间为1～10min。
5.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述一次电镀层的材质为镍，所述预电镀的电镀液包括浓度为25～300g/L的硫酸镍、3～60g/L的氯化镍、3～40g/L的硼酸和0.05～0.1g/L的十二烷基硫酸钠，电镀液的pH值为2～5，电镀液的温度为15～60℃，通过阴极的电流密度为0.2～5A/dm2，预电镀时间为1～10min。
6.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，在所述预电镀之前，还包括：
对所述铁基金属基材进行脱脂除油处理；以及
对上述脱脂除油处理后的所述铁基金属基材的表面进行活化处理。
7.如权利要求6所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述脱脂除油处理为采用温度为20℃～80℃的除油液对所述铁基金属基材进行清洗，而后再进行水洗；所述活化处理为采用体积百分浓度为10％的硫酸或盐酸对所述铁基金属基材进行活化处理，而后取出并水洗，所述活化处理的温度为50℃，时间为1min～10min。
8.如权利要求1所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述二次电镀之后还包括：
将经二次电镀后的所述铁基金属基材浸泡于一表面处理液中，所述表面处理液为水溶性胺系化合物。
9.如权利要求8所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法，其特征在于，所述水溶性胺系化合物为甲基胺以及乙二胺中的一种。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的铁基金属与塑料的复合体的制备方法所制得的铁基金属与塑料的复合体，其特征在于，所述复合体包括依次叠设的铁基金属基材、一次电镀层、二次电镀层及塑料件，其中，所述二次电镀层由多个条状的微纳米级结晶体沿垂直于所述一次电镀层的方向上相互堆叠形成，所述微纳米结晶体之间形成有多个相互连通的孔隙，所述微纳米级结晶体的长度为100nm～800nm，所述孔隙在沿平行于所述一次电镀层的方向上的大小为0.1～1μm，部分所述塑料件填充于所述孔隙中。
11.如权利要求10所述的铁基金属与塑料的复合体，其特征在于，所述一次电镀层的厚度为0～16μm，所述二次电镀层的厚度为1～4μm。
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