CN110091462A - 一种高气密性金属树脂复合体及其金属表面纳米处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高气密性金属树脂复合体及其金属表面纳米处理方法，所述方法包括以下步骤：对所述金属部件进行清洗处理，清除其表面的油脂；对所述金属部件进行化砂处理，在其表面形成众多的微米级孔洞；对所述金属部件进行除灰处理和化抛处理，清除其表面的灰质膜；对所述金属部件进行氧化处理和硫脲性改性物吸附，在电流的作用下，使得所述硫脲性改性物能够充分吸附在所述微米级孔洞和纳米级孔洞中；对所述金属部件进行水洗处理，清除其表面残留的酸性物质；对所述金属部件进行烘干处理，清除其表面残留的水份。本发明的主要目的是解决现有纳米成型技术制造的金属树脂复合体气密性等级不高的问题。本发明涉及纳米成型的技术领域。

Description

一种高气密性金属树脂复合体及其金属表面纳米处理方法
技术领域
本发明涉及纳米成型技术领域，具体涉及一种高气密性金属树脂复合体及其金属表面纳米处理方法。
背景技术
纳米成型技术是指采用化学腐蚀技术在金属表面形成众多的纳米级微孔，再通过模内注塑技术形成牢固的金属树脂复合体。由于金属外观件具有质感好、机械强度高等优点，目前，大部分智能手机、智能手表等消费电子产品的外观件都采用金属外观件。但是，由于金属外观件对电磁波具有屏蔽作用，因此需要在金属外观件上切割出几个独立的金属边条作为天线，然后通过纳米成型技术将多个独立的金属部件连为一体，如通过纳米成型技术将智能手机壳体的上金属边条、下金属边条与中间金属体连为一体，通过纳米成型技术将智能手表的上金属壳与下金属壳连为一体。现有的纳米成型技术主要侧重于金属与树脂结合的牢固性，然而，金属与树脂的结合力高与气密性高并非具有直接关系，这是因为，注塑时树脂与金属通过众多纳米微孔的“嵌入”作用便能够牢固地结合成为一个整体，即使树脂并没有完全填满纳米微孔对复合体的牢固性影响有限，但会降低复合体的气密性。
随着智能手表、智能手机等消费电子产品对防水等级的要求越来越高，采用普通纳米成型技术制造的金属树脂复合体的气密性等级不高，难以满足防水等级的更高要求。在纳米成型技术方面，目前已授权的主要发明专利有以下两个，专利1：金属树脂复合体及其制造方法，专利号为201180056794.8，其金属表面处理方法以下简称“T处理”；专利2：一种塑胶与金属复合材料及其制造方法，专利号为201310231734.6，其金属表面处理方法以下简称“E处理”。T处理采用蚀刻工序，在铝合金表面形成20-80nm的纳米孔洞，并在其表面吸附胺系化合物，用于与塑胶发生化学反应而形成稳定连接；E处理采用化学腐蚀与电化学结合技术，先在金属表面形成直径为100-300um之间的微米孔洞，再在这些微米孔洞的内部侧壁形成众多直径为20-40nm的纳米孔洞。在纳米孔洞形成之后，E处理用弱碱性溶液与纳米孔洞里的酸性溶液中和，并且浸泡在一种能够与PPS或PBT反应的耦合剂，使纳米孔洞里充满这种耦合剂，用于与塑胶发生化学反应而形成稳定连接。
无论是采用T处理还是E处理的纳米成型技术制造的金属树脂复合体，其牢固性都能够得到保证，但其气密性等级并不高，难以满足防水等级的更高要求。这是因为，无论是T处理的胺系化合物，还是E处理的耦合剂，它们在纳米孔洞中只是形成一层“薄膜”，在模内注塑时，尽管通过树脂与这层薄膜的化学作用，能够使树脂渗入到纳米孔洞中，树脂与金属通过众多微孔的“嵌入”作用牢固地结合成为一个整体，但是树脂并不能完全填满纳米孔洞，从而造成金属树脂复合体的气密性等级不高。随着智能手表、智能手机等消费电子产品对防水等级的要求越来越高，如何提高纳米成型技术制造的金属树脂复合体的气密性成为一个技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高气密性金属树脂复合体及其金属表面纳米处理方法，其主要目的在于解决现有纳米成型技术制造的金属树脂复合体气密性等级不高的问题。
本发明所采取的技术方案是：
本发明包括一种高气密性金属树脂复合体，所述的一种高气密性金属树脂复合体包括金属部件、树脂和耦合剂，所述金属部件通过化砂处理在其表面形成有众多的直径为200-400um的微米孔洞，通过电化学氧化处理在每个微米孔洞的内部侧壁均匀形成众多的直径为30-60nm的纳米孔洞，两个所述金属部件之间通过所述耦合剂与所述树脂相连接，所述耦合剂为硫脲性改性物，在电化学氧化处理过程的电流作用下，所述硫脲性改性物充满于所述金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中，所述树脂与所述硫脲性改性物紧密结合，所述金属部件也与所述硫脲性改性物紧密结合，使得所述树脂能够充满于所述金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中并将两块金属部件结合在一起。
在上述方案中，树脂作为连接两个金属部件的中间体，硫脲性改性物是金属部件与树脂之间的耦合剂，在电化学氧化处理过程的电流作用下，硫脲性改性物完全充满于金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中；硫脲性改性物具有2个化学键，在模内注塑时，一个化学键能够与金属部件紧密结合，另一个化学键能够与树脂紧密结合，使得树脂能够完全填满于金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中，进而将两块金属牢固地结合在一起，从而得到高气密性的金属树脂复合体，提高气密性和防水性。
进一步的，所述金属部件的材质为铝、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金或不锈钢中的一种。
在上述方案中，金属部件的选材可以有多种，从而适配市面上大多数的智能电子产品的金属外壳，提升本发明的应用范围。
进一步的，所述金属部件为智能电子产品的金属上壳、金属下壳、金属壳体或者壳体切割出的独立边条。
在上述方案中，由于金属外观件对电磁波具有屏蔽作用，因此需要在金属外观件上切割出几个独立的金属边条作为天线，本金属部件可以是壳体自身的金属也可以是被切割出来的金属边条，这些相对分离的构件均可以通过树脂连接在一起。
进一步的，所述树脂为PPS类、PBT类、PA类、PC类树脂中的一种或多种，或者它们与玻璃纤维的混合物，亦或它们与碳纤维的混合物。
在上述方案中，树脂的选材可以有多种，通用性高。
进一步的，所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。
在上述方案中，三嗪硫脲性改性物为硫脲性改性物中的较佳的耦合剂，性能优异。
本发明还包括一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，它包括以下步骤：
步骤一、对所述金属部件进行清洗处理，清除其表面的油脂；
步骤二、对所述金属部件进行化砂处理，在其表面形成众多的微米级孔洞；
步骤三、对所述金属部件进行除灰处理，初步清除其表面的灰质膜；
步骤四、对所述金属部件进行化抛处理，进一步清除其表面的灰质膜；
步骤五、对所述金属部件进行氧化处理，在所述微米级孔洞的内部侧壁均匀形成众多的纳米级孔洞，在金属部件进行氧化处理时加入硫脲性改性物，在电流的作用下，使得所述硫脲性改性物能够充分吸附在所述微米级孔洞和纳米级孔洞中；
步骤六、对所述金属部件进行水洗处理，清除其表面残留的酸性物质；
步骤七、对所述金属部件进行烘干处理，清除其表面残留的水份。
在上述方案中，1、将电化学氧化处理与硫脲性改性物吸附安排在同一个工序完成，在电流作用下，硫脲性改性物能够充分吸附在金属部件的微米级孔洞和纳米级孔洞中，可避免现有技术不能将耦合剂完全填满金属部件微米级孔洞和纳米级孔洞的问题；2、金属与树脂之间的耦合剂采用硫脲性改性物，它具有2个化学键，在模内注塑时，一个化学键能够与金属紧密结合，另一个化学键能够与树脂紧密结合，使得所述树脂能够完全填满于金属部件的微米级孔洞和纳米级孔洞中，将两块金属牢固地结合在一起，从而得到高气密性的金属树脂复合体。
进一步的，在步骤二中，所述微米级孔洞的直径控制在200-400um。在步骤五中，所述纳米级孔洞的直径控制在30-60nm。
在上述方案中，实验控制微米级孔洞和纳米级孔洞生成的直径的大小，依据对树脂和耦合剂的吸附力，以及工艺的实施难度，综合得出数据范围。
进一步的，所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。
在上述方案中，三嗪硫脲性改性物为硫脲性改性物中的较佳的耦合剂，性能优异。
进一步的，所述除灰处理是一种化学腐蚀工艺，所述化抛处理是一种采用磷酸原液的化学腐蚀工艺。
在上述方案中，除灰处理采用化学腐蚀，化抛处理采用磷酸原液的化学腐蚀，二者结合处理效果明显，保证完全清除金属部件表面的灰质膜。
附图说明
图1为发明中高气密性金属树脂复合体的局部放大结构示意图。
图中：1-金属部件、2-树脂、3-耦合剂。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，示出了一个实施例中的一种高气密性金属树脂复合体，所述的一种高气密性金属树脂复合体包括金属部件1、树脂2和耦合剂3，所述金属部件1通过化砂处理在其表面形成有众多的直径为200-400um之间的微米孔洞，通过电化学氧化处理在每个微米孔洞的内部侧壁均匀形成众多的直径为30-60nm的纳米孔洞，两个所述金属部件1之间通过所述耦合剂3与所述树脂2相连接，所述耦合剂3为硫脲性改性物，在电化学氧化处理过程的电流作用下，所述硫脲性改性物充满于所述金属部件1的微米孔洞和纳米孔洞中，所述树脂2与所述硫脲性改性物紧密连结合，所述金属部件1也与所述硫脲性改性物紧密结合，使得所述树脂2能够充满于所述金属部件1的微米孔洞和纳米孔洞中并将两块金属部件1结合在一起。树脂2作为连接两个金属部件1的中间体，硫脲性改性物是金属部件1与树脂2之间的耦合剂3，在电化学氧化处理过程的电流作用下，硫脲性改性物完全充满于金属部件1的微米孔洞和纳米孔洞中；硫脲性改性物具有2个化学键，在模内注塑时，一个化学键能够与金属部件1紧密结合，另一个化学键能够与树脂2紧密结合，使得树脂2能够完全填满于金属部件1的微米孔洞和纳米孔洞中，进而将两块金属牢固地结合在一起，从而得到高气密性的金属树脂2复合体。
所述金属部件1的材质为铝、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金或不锈钢中的一种。金属部件1的选材可以有多种，从而适配市面上大多数的智能电子产品的金属外壳，提升本发明的应用范围。
所述金属部件1为智能电子产品的金属上壳、金属下壳、金属壳体或者壳体切割出的独立边条。由于金属外观件对电磁波具有屏蔽作用，因此需要在金属外观件上切割出几个独立的金属边条作为天线，本金属部件1可以是壳体自身的金属也可以是被切割出来的金属边条，这些相对分离的构件均可以通过树脂2连接在一起。
所述树脂2为PPS类、PBT类、PA类、PC类树脂中的一种或多种，或者它们与玻璃纤维的混合物，亦或它们与碳纤维的混合物。树脂2的选材可以有多种，通用性高。
所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。三嗪硫脲性改性物为硫脲性改性物中的较佳的耦合剂，性能优异。
本发明还包括一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，它包括以下步骤：
步骤一、对所述金属部件进行清洗处理，清除其表面的油脂；所述清洗处理采用超声波脱脂工艺，碱性脱脂剂与水的比例控制在50g/L-80g/L，水槽温度控制在55℃-65℃，脱脂时间控制在1分钟-3分钟；所述清洗剂的主要成份包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、五水偏硅酸纳和缓蚀剂。
步骤二、对所述金属部件进行化砂处理，在其表面形成众多的微米级孔洞；所述化砂处理是一种强酸性化学腐蚀工艺，化砂温度控制在40℃-60℃，化砂液与水的比例控制在350g/L-450g/L，浸泡时间控制在20秒-60秒；化砂液是一种硫酸和盐酸混合水溶液。
步骤三、对所述金属部件进行除灰处理，初步清除其表面的灰质膜；所述除灰处理是一种化学腐蚀工艺，硝酸与水的比例控制在150g/L-250g/L，除灰剂与水的比例控制在80g/L-120g/L，除灰温度控制在10℃-40℃，除灰时间控制在1分钟-3分钟。
步骤四、对所述金属部件进行化抛处理，进一步清除其表面的灰质膜；所述化抛处理是一种采用磷酸原液的化学腐蚀工艺，化抛温度控制在85℃-95℃，化抛时间控制在30秒-60秒。
步骤五、对所述金属部件进行氧化处理，在所述微米级孔洞的内部侧壁均匀形成众多的纳米级孔洞，在金属部件进行氧化处理时加入硫脲性改性物，在电流的作用下，使得所述硫脲性改性物能够充分吸附在所述微米级孔洞和纳米级孔洞中；所述氧化处理是一种电化学处理工艺，氧化液中磷酸与水的比例控制在250g/L-350g/L，硫酸与水的比例控制在60g/L-80g/L，在氧化液中加入硫脲性改性物，硫脲性改性物与氧化液的比例控制在10g-20g/L，水槽温度控制在18℃-20℃，氧化时间控制在15分钟-20分钟，电压控制在18V-22V。
步骤六、对所述金属部件进行水洗处理，清除其表面残留的酸性物质；所述水洗处理采用纯水清洗，水槽温度控制在10℃-40℃。
步骤七、对所述金属部件进行烘干处理，清除其表面残留的水份，并在6小时内进行模内注塑，以避免吸附在微米级孔洞和纳米级孔洞中的硫脲性改性物过度挥发，使得在模内注塑时所述树脂能够完全填满所述金属部件的微米级孔洞和纳米级孔洞，从而形成高气密性的金属树脂复合体；所述烘干处理的烘干温度控制在70℃-80℃，烘干时间控制在8分钟-12分钟。
上述的一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法具有如下有益效果：1、将电化学氧化处理与硫脲性改性物吸附安排在同一个工序完成，在电流作用下，硫脲性改性物能够充分吸附在金属部件的微米级孔洞和纳米级孔洞中，可避免现有技术不能将耦合剂完全填满金属部件微米级孔洞和纳米级孔洞的问题；2、金属与树脂之间的耦合剂采用硫脲性改性物，它具有2个化学键，在模内注塑时，一个化学键能够与金属紧密结合，另一个化学键能够与树脂紧密结合，使得所述树脂能够完全填满于金属部件的微米级孔洞和纳米级孔洞中，将两块金属牢固地结合在一起，从而得到高气密性的金属树脂复合体。
在步骤二中，所述微米级孔洞的直径控制在200-400um。在步骤五中，所述纳米级孔洞的直径控制在30-60nm。实验控制微米级孔洞和纳米级孔洞生成的直径的大小，依据对树脂和耦合剂的吸附力，以及工艺的实施难度，综合得出数据范围。
所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。三嗪硫脲性改性物为硫脲性改性物中的较佳的耦合剂，性能优异。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高气密性金属树脂复合体，其特征在于：它包括金属部件、树脂和耦合剂，所述金属部件通过化砂处理在其表面形成有众多的直径为200-400um的微米孔洞，通过电化学氧化处理在每个微米孔洞的内部侧壁均匀形成众多的直径为30-60nm的纳米孔洞，两个所述金属部件之间通过所述耦合剂与所述树脂相连接，所述耦合剂为硫脲性改性物，在电化学氧化处理过程的电流作用下，所述硫脲性改性物充满于所述金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中，所述树脂与所述硫脲性改性物紧密结合，所述金属部件也与所述硫脲性改性物紧密结合，使得所述树脂能够充满于所述金属部件的微米孔洞和纳米孔洞中并将两块金属部件结合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种高气密性金属树脂复合体，其特征在于：所述金属部件的材质为铝、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金或不锈钢中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高气密性金属树脂复合体，其特征在于：所述金属部件为智能电子产品的金属上壳、金属下壳、金属壳体或者壳体切割出的独立边条。
4.根据权利要求1所述的一种高气密性金属树脂复合体，其特征在于：所述树脂为PPS类、PBT类、PA类、PC类树脂中的一种或多种，或者它们与玻璃纤维的混合物，亦或它们与碳纤维的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高气密性金属树脂复合体，其特征在于：所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、对所述金属部件进行清洗处理，清除其表面的油脂；
步骤二、对所述金属部件进行化砂处理，在其表面形成众多的微米级孔洞；
步骤三、对所述金属部件进行除灰处理，初步清除其表面的灰质膜；
步骤四、对所述金属部件进行化抛处理，进一步清除其表面的灰质膜；
步骤五、对所述金属部件进行氧化处理，在所述微米级孔洞的内部侧壁均匀形成众多的纳米级孔洞，在金属部件进行氧化处理时加入硫脲性改性物，在电流的作用下，使得所述硫脲性改性物能够充分吸附在所述微米级孔洞和纳米级孔洞中；
步骤六、对所述金属部件进行水洗处理，清除其表面残留的酸性物质；
步骤七、对所述金属部件进行烘干处理，清除其表面残留的水份。
7.根据权利要求6所述的一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，其特征在于：在步骤二中，所述微米级孔洞的直径控制在200-400um。
8.根据权利要求6所述的一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，其特征在于：在步骤五中，所述纳米级孔洞的直径控制在30-60nm。
9.根据权利要求6所述的一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，其特征在于：所述硫脲性改性物为三嗪硫脲性改性物。
10.根据权利要求6所述的一种高气密性金属树脂复合体的金属表面纳米处理方法，其特征在于：所述除灰处理是一种化学腐蚀工艺，所述化抛处理是一种采用磷酸原液的化学腐蚀工艺。
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