CN111279022B - 树脂金属接合体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的特征是通过薄膜厚度20～2000nm的阳极氧化膜使不锈钢和热可塑性树脂部件接合。再有，本发明是树脂金属接合体及其制造方法，其特征在于通过下述工序使所述不锈钢和该热可塑性树脂接合：用碱性溶液清洗不锈钢的脱脂工序；用酸性溶液清洗不锈钢的酸处理工序；用酸性溶液或碱性溶液活化不锈钢的活化处理工序；以所述不锈钢作为阳极，在20～90℃的水溶液中，施加0.1A/dm2及以上且不足1.5A/dm2的电流密度，在所述不锈钢上形成薄膜厚度是20～2000nm的阳极氧化膜的工序；用温度5℃及以上且不足60℃的水清洗形成有所述阳极氧化膜的不锈钢的水洗工序；以及将热可塑性树脂在形成有所述阳极氧化膜的不锈钢上嵌件成型的工序。

Description

树脂金属接合体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种将不锈钢和热可塑性树脂部件接合而成的树脂金属接合体及其制造方法，更具体而言，涉及一种以阳极氧化膜作为接合膜，接合不锈钢和热可塑性树脂部件的树脂金属接合体及其制造方法。
背景技术
近年来，在家电产品、汽车部件等各种领域里都在要求轻量化，也在进行从金属部件向树脂部件的转换。
但是，在需要金属特有的高刚性、强度、导电性和热传导性的领域里，难以将金属部件替换为树脂部件，这类领域在进行金属和树脂的接合体的研究。
作为金属部件和树脂部件的接合体的制造方法，具有：使用粘合剂的方法；通过化学蚀刻在金属表面形成微米大小的细微凹凸，通过将树脂嵌入该凹凸中并固定，以此可实现锚定效果带来的牢固接合的阿玛路法(AMALPHA)处理技术；通过电沉积在金属部件表面上形成三嗪硫醇(トリアジンチオール)膜的方法；激光加工方法等。但是，使用粘合剂的方法不能提供足够的接合强度，阿玛路法(AMALPHA)处理技术、激光加工方法具有成本上的问题。再有，使用三嗪硫醇膜的方法虽然在铝、铜上成果显著，但在不锈钢上没有成果。
近来，将不锈钢在金属中也很出色的特性和树脂的轻量性相结合的要求越来越强烈，对树脂和不锈钢的接合体的需求越来越强烈。
现有技术
专利文献
专利文献1:日本专利公开2012-193448号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种树脂和不锈钢的接合体。
解决技术问题的手段
本发明是一种将不锈钢和热可塑性树脂部件接合而成的树脂金属接合体，其特征在于：
通过薄膜厚度20～2000nm的阳极氧化膜使所述不锈钢和热可塑性树脂部件接合。
再有，本发明是一种将不锈钢和热可塑性树脂部件接合而成的树脂金属接合体，其特征在于：
是一种树脂不锈钢接合体，其通过薄膜厚度20～2000nm的阳极氧化膜使所述不锈钢和热可塑性树脂部件接合，所述阳极氧化膜内部和上部具有三嗪硫醇。
其特征在于，所述阳极氧化膜，按重量％，具有Si3％及以下、Cr1～30％、Mn1％及以下、Ni10％及以下、其余是Fe30～80％的构成。
再有，本发明是一种制造树脂不锈钢接合体的制造方法，其特征在于通过下述工序使所述不锈钢和该热可塑性树脂接合：
用碱性溶液清洗不锈钢的脱脂工序；
所述脱脂工序后，用酸性溶液清洗不锈钢的酸处理工序；
所述酸处理工序后，用酸性溶液或碱性溶液活化不锈钢的活化处理工序；
以所述不锈钢作为阳极，在20～90℃的水溶液中，施加0.1A/dm2及以上且不足1.5A/dm2的电流密度，在所述不锈钢上形成薄膜厚度是20～2000nm的阳极氧化膜的工序；
用温度5℃及以上且不足60℃的水清洗形成有所述阳极氧化膜的不锈钢的水洗工序；以及
将热可塑性树脂在所述水洗后的、形成有所述阳极氧化膜的不锈钢上嵌件成型的工序。
再有，本发明是一种制造树脂不锈钢接合体的制造方法，其特征在于通过下述工序使所述不锈钢和该热可塑性树脂接合：
用碱性溶液清洗不锈钢的脱脂工序；
所述脱脂工序后，用酸性溶液清洗不锈钢的酸处理工序；
所述酸处理工序后，用酸性溶液或碱性溶液活化不锈钢的活化处理工序；
以所述不锈钢作为阳极，在20～90℃的含三嗪硫醇衍生物的水溶液中，施加0.1A/dm2及以上且不足1.5A/dm2的电流密度，在所述不锈钢上形成薄膜厚度是20～2000nm的阳极氧化膜的工序；
用温度5℃及以上且不足60℃的水对形成有具有所述三嗪硫醇的所述阳极氧化膜的不锈钢进行清洗的水洗工序；以及
将热可塑性树脂在所述水洗后的、形成有具有所述三嗪硫醇的所述阳极氧化膜的不锈钢上嵌件成型的工序。
发明内容
采用本发明，可获得接合强度是30～40MPa、气密性是氦气泄漏10-9Pam3/s及以下的树脂和不锈钢的接合体。
附图说明
图1是示出本发明的制造工序的流程图。
图2是本发明的具有三嗪硫醇的阳极氧化膜的剖视图。
图3是示出本发明的接合体的拉伸试验结果的图表。
图4是示出本发明的接合体的拉伸试验结果的图表。
图5是本发明的实施例中使用的样本的图。
图6是本发明的实施例中使用的样本的照片。
图7是示出本发明的实施例中SUS304材质的TRI处理后的表面的图。
图8是示出本发明的实施例中SUS316L材质的TRI处理后的表面的图。
图9是保持本发明的实施例中使用的样本的夹具的照片。
图10是本发明的实施例中使用的嵌件成型后的样本的照片。
图11是本发明的实施例的拉伸试验后的断裂面的SUS304材质和树脂侧的剖面照片。
图12是本发明的实施例的氦气泄漏试验用样本的照片。
图13是示出本发明的实验情况的图。
具体实施方式
本发明的树脂不锈钢接合体是将不锈钢和热可塑性树脂部件接合的树脂金属接合体，通过薄膜厚度20～2000nm阳极氧化膜接合不锈钢和热可塑性树脂部件，所述阳极氧化膜在内部和上部具有三嗪硫醇，具有所述三嗪硫醇的阳极氧化膜具有的构成是：Si3％及以下、Cr1～30％、Mn1％及以下、Ni10％及以下、其余是Fe。
可适用于树脂不锈钢接合体的不锈钢是下表所示的SUS304、SUS316L。
[表1]
JIS C Si Mn P S Ni Cr Mo
SUS304 ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.045 ≤0.030 8.0～10.5 18.00～20.00
SUS316L ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.045 ≤0.030 10.0～14.0 16.00～18.00 2.00～3.00
再有，本发明的树脂金属接合体中可使用的热可塑性树脂是聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚乙酸乙烯酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，不饱和聚酯，聚酯，聚酰胺，聚醚，聚氨酯弹性体，聚苯乙烯，聚砜，聚醚砜，聚芳酯，聚缩醛，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚苯醚PPE(ポリフエニレンエ一テル)，聚苯醚PPO(ポリフエニレンオキサイド)，聚苯硫醚，聚丁二烯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚甲基戊烯，液晶高分子。
已知三嗪硫醇(硫磺化合物)易与金属发生反应，是具有多种功能且稳定的物质。因此，本技术是使三嗪硫醇真空蒸镀在模具表面，形成难以剥离的膜，将其疏水性用作脱模性。薄膜厚度可以是0.05～0.1u左右，因此，能实现精度比以往的脱模剂高一个数量级的模具成型。
将材料浸渍在三嗪二硫醇溶液中后，二硫醇三嗪基结合到表面上，这起到粘合剂的作用。
在充分清洗被镀膜体表面后，利用电晕放电和芬顿(フエソトン)液实施氧化处理。用于在被镀膜体表面上生成与二硫醇三嗪基的反应性优良的OH基。
下面说明本发明的树脂不锈钢接合体的制造方法。
图1是示出本发明的树脂不锈钢接合体的制造工序的流程图。
阳极氧化处理的基本工序如下。
预备处理→前处理→阳极氧化处理→后处理
1.预备处理
是在树脂不锈钢接合体的生产线外进行的处理，是剖光、拉丝、磨砂、图案化等影响镀膜完成的处理。
2.前处理
是脱脂、蚀刻等原料表面的清洗、溶解的工序，该工序不好的话会产生斑点、不均匀性等。本发明的制造方法的前处理是由下述工序构成的：
通过在常温～50℃的NAOH、KOH、或NA2CO3+阳离子活性剂中浸渍1～10分钟进行的脱脂工序；
通过在常温～50℃的5～50％的盐酸、硫酸、磷酸或硝酸浴中浸渍1～10分钟进行的酸处理工序；以及
通过在常温～50℃的5～50％的盐酸、硫酸、磷酸或硝酸浴的阳极或阴极上施加0.2～5V的恒压(constant voltage)的状态下，浸渍1～10分钟进行的活化处理工序。
3.阳极氧化处理
是形成阳极氧化膜的工序，为了满足要求的镀膜品质，需要选择电解浴、电源波形、浴温、搅拌、电解时间等最佳条件。
本发明的制造方法的阳极氧化处理以不锈钢为阳极，在含有三嗪硫醇衍生物的常温～80℃的酸性溶液中，向硫酸、磷酸、盐酸各10～30％的酸性药剂、或NAOH、KOH各5～50％+磷酸钠1～5％+碳酸钠1～5％的碱性药剂施加0.1A/dm2及以上且不足1.5A/dm2的电流密度，浸渍1～40分钟，在所述不锈钢上形成薄膜厚度是70～1500nm的内部和上部具有三嗪硫醇衍生物的阳极氧化膜。
4.后处理
在本发明中，作为制造方法的后处理，进行以温度5℃及以上且不足60℃的水对形成有具有三嗪硫醇的阳极氧化膜的不锈钢进行清洗的水洗工序，继续将热可塑性树脂在水洗后的、形成有具有三嗪硫醇的阳极氧化膜的不锈钢上嵌件成型的工序。
可知以本发明的上述制造方法得到的树脂金属接合体如图3、4所示具有40MPa以上的接合强度。
图4左栏显示常温的值，中间栏显示在-40℃和80℃间30分钟往返150个循环的热冲击施加后的值、右栏是在温度80℃、湿度95％的环境中放置200小时后的高温高湿试验的结果。如图3、4所示，常温、热冲击施加、高温高湿的状态下的接合强度在平均值上都具有45MPa及以上的接合强度。
下面说明本发明的实施例。
如图5所示，使用的SUS304，SUS316L板的板厚3mm×板宽12mm×长度40mm，实施例的样本的照片如图6所示。
图7和图8是对SUS304，SUS316L板施加TRI处理，可以看到样本表面上形成有清楚的凹凸的外观。
图10是进行了嵌件成型的样本的照片，图11是对样本进行了拉伸试验时接合部断裂面的SUS304和树脂部的剖面照片。
图12是氦气泄漏测试用的样本照片。
TRI系统的密封性(气密性)测试虽然多使用氩气作为加压气体，但是此时的实验温度是25℃，加压压力是7kgf/cm2，加压实验时间是5分钟。
本发明的氦气的实施例中接合强度是30～40MPa，气密性是氦气泄漏10-9Pam3/s以下。
图9是样本处理用的夹具的照片，图13是示出实验室测试情况的图。

Claims (2)

1.一种通过阳极氧化膜将不锈钢和热可塑性树脂部件接合而成的树脂金属接合体，其特征在于：
所述阳极氧化膜其薄膜厚度是20～2000nm，具有Si 3％及以下、Cr 1～30％、Mn 1％及以下、Ni 10％及以下、其余是Fe的构成，内部和上部具有三嗪硫醇，
所述不锈钢是SUS316L，
接合强度的平均值为45MPa及以上，气密性是氦气泄漏10-9Pam3/s以下。
2.一种权利要求1所述的树脂金属接合体的制造方法，其特征在于，具有：
处理阳极氧化前的不锈钢表面的前处理工序；
以所述不锈钢作为阳极，在20～90℃的含三嗪硫醇衍生物的水溶液中，施加0.1A/dm2及以上且不足1.5A/dm2的电流密度，在所述不锈钢上形成具有Si3％及以下、Cr1～30％、Mn1％及以下、Ni10％及以下、其余是Fe的构成的薄膜厚度是20～2000nm的阳极氧化膜的工序；
用温度5℃及以上且不足60℃的水对形成有具有所述三嗪硫醇衍生物的阳极氧化膜的不锈钢进行清洗的工序；以及
将热可塑性树脂在所述用水清洗的工序后的、形成有具有所述三嗪硫醇的阳极氧化膜的不锈钢上嵌件成型的工序，
所述前处理工序由下述工序构成：
为在所述不锈钢的表面上生成与二硫醇三嗪基的反应性优良的OH基，而浸渍在含有选自NaOH、KOH、Na2CO3中的一种的碱和阳离子活性剂的溶液中的工序；浸渍在选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一种的酸浴中的工序；以及在给阳极或阴极施加0.2～5V的恒压的状态下浸渍在选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一种的酸浴中的工序，
所述树脂金属接合体，其接合强度的平均值为45MPa及以上，气密性是氦气泄漏10- 9Pam3/s以下。
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