CN114378448B - 金属件的制作方法、金属件及金属制品 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种金属件的制作方法，包括：在金属基材的表面形成压应力区和拉应力区，所述拉应力区位于所述压应力区之间；将形成有压所述应力区和所述拉应力区的金属基材放入蚀刻液以在所述拉应力区形成蚀刻孔。上述金属件的制作方法中，金属基材的表面形成有压应力区和拉应力区，处于拉应力区的金属基材相较于正常状态下的强度降低，容易被蚀刻液蚀刻以形成蚀刻孔，将形成有压应力区和拉应力区的金属基材放入蚀刻液，蚀刻液能够快速对处于拉应力区的金属基材进行蚀刻，形成较为密集的蚀刻孔，另外，压应力区也可形成不易被蚀刻液蚀刻的区域，从而实现金属件的选择性蚀刻。本申请还提供一种金属件以及包括金属件的金属制品。
Description
技术领域
本申请涉及金属成型技术领域，具体涉及一种金属件的制作方法、金属件及金属制品。
背景技术
在工业领域，很多情况下，需要将金属和材料体结合做成金属制品，但金属和材料体如塑料的材料物性相差很大，金属与塑料间的结合强度不足，容易开裂或两种材料中间存在间隙，限制了金属与材料体复合形成的金属制品的应用场景。故亟需一种可以提高金属和材料体结合强度的方法，增强金属与材料体的结合力，提升复合后金属制品的应用范围。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种金属件的制作方法、金属件及金属制品，以解决如何提高金属与材料体的结合强度这一技术问题。
本申请实施例提供一种金属件的制作方法，包括：
在金属基材的表面形成压应力区和拉应力区，所述拉应力区位于所述压应力区之间；
将形成有压所述应力区和所述拉应力区的金属基材放入蚀刻液以在所述拉应力区形成蚀刻孔。
在一些实施例中，所述在金属基材的表面形成压应力区和拉应力区包括：
使用脉冲激光照射所述金属基材的表面。
在一些实施例中，所述使用脉冲激光照射所述金属基材的表面包括：
使用所述脉冲激光照射所述金属基材的表面形成激光图案，所述激光图案的轮廓区为所述压应力区，所述激光图案的轮廓区之间的区域为所述拉应力区。
在一些实施例中，所述激光图案选自点状图形、环状图形、条状图形及弦函数图形中的至少一种。
在一些实施例中，所述环状图形的外径范围为0.1mm～0.3mm，所述环状图形的内径范围为0.2mm～0.4mm，所述环状图形的径向宽度范围为0.05mm～0.1mm。
在一些实施例中，所述激光图案包括：
多个图形，多个所述图形以矩阵形式排布，相邻两个所述图形的间距范围为0～0.2mm。
在一些实施例中，所述脉冲激光选自纳秒激光、皮秒激光及飞秒激光中的至少一种。
在一些实施例中，所述蚀刻液包括能在水中解离出氯离子的物质。
在一些实施例中，所述蚀刻孔的直径范围为0.05mm～0.15mm。
在一些实施例中，所述蚀刻孔的密度范围为20％～40％。
在一些实施例中，所述脉冲激光的功率范围为20w～70w，所述脉冲激光的脉冲宽度范围为1ns～300ns。
在一些实施例中，所述金属件的制作方法还包括：
在所述蚀刻孔中成型材料体。
上述金属件的制作方法中，金属基材的表面形成有压应力区和拉应力区，处于拉应力区的金属基材相较于正常状态下的强度降低，容易被蚀刻液蚀刻以形成蚀刻孔，将形成有压应力区和拉应力区的金属基材放入蚀刻液，蚀刻液能够快速对处于拉应力区的金属基材进行蚀刻，形成较为密集的蚀刻孔，蚀刻孔可用于后续将材料体的材料成型于其中，以提升金属件与材料体的结合力；另外，压应力区也可形成不易被蚀刻液蚀刻的区域，从而实现金属件的选择性蚀刻。
本申请实施例还提供一种金属件，包括：
金属基材，所述金属基材的表面具有拉应力区和压应力区，所述拉应力区位于所述压应力区之间；
蚀刻孔，形成于所述拉应力区。
在一些实施例中，所述压应力区包括：
多个激光图案，所述激光图案为环形图形，所述蚀刻孔形成于所述环形图形的内部以及相邻的所述环形图形之间。
上述金属件中，处于拉应力区的金属基材的强度降低，蚀刻孔形成于金属基材表面的拉应力区，降低了金属件的制作成本，且能够提高蚀刻孔在金属基材表面的密度。
本申请实施例还提供一种金属制品，包括：
如上述实施例所述的金属件；
材料体，部分所述材料体位于所述蚀刻孔中。
在一些实施例中，所述材料体的材料选自塑料、金属或陶瓷中的至少一种。
上述金属制品中的材料体部分填充于金属件的蚀刻孔中，金属制品中的金属件中，处于拉应力区的金属基材的强度降低，蚀刻孔形成于金属基材表面的拉应力区，能够形成密度较大的蚀刻孔，进而提高了材料体与金属件的结合强度。另外，压应力区也可形成不易被蚀刻液蚀刻的区域，从而实现金属件的选择性蚀刻。
附图说明
图1为本申请实施例金属件的剖面示意图。
图2为本申请实施例金属件的平面示意图。
图3为图2中沿A-A方向的剖视图。
图4为本申请实施例金属制品的剖面示意图。
图5为本申请实施例金属件的制作方法的流程示意图。
主要元件符号说明
金属件 10
金属基材 11
拉应力区 111
压应力区 112
激光图案 1121
周边区域 1122
材料体 20
金属制品 100
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请实施例提供一种金属件的制作方法，包括：在金属基材的表面形成压应力区和拉应力区，所述拉应力区位于所述压应力区之间；将形成有压所述应力区和所述拉应力区的金属基材放入蚀刻液以在所述拉应力区形成蚀刻孔。
上述金属件的制作方法中，金属基材的表面形成有压应力区和拉应力区，处于拉应力区的金属基材相较于正常状态下的强度降低，容易被蚀刻液蚀刻以形成蚀刻孔，将形成有压应力区和拉应力区的金属基材放入蚀刻液，蚀刻液能够快速对处于拉应力区的金属基材进行蚀刻，形成较为密集的蚀刻孔，蚀刻孔可用于后续将材料体的材料成型于其中，以提升金属件与材料体的结合力。较为密集的蚀刻孔可以提供材料体与金属件的结合位点，进一步提升金属件与材料体的结合强度。另外，压应力区也可形成不易被蚀刻液蚀刻的区域，从而实现金属件的选择性蚀刻，该方法可以控制蚀刻孔的分布区域，能够使得蚀刻孔分布相对均匀。
本申请实施例还提供一种金属件，包括金属基材和蚀刻孔，金属基材的表面具有拉应力区和压应力区，拉应力区位于压应力区之间，蚀刻孔形成于拉应力区。
上述金属件中，处于拉应力区的金属基材的强度降低，蚀刻孔形成于金属基材表面的拉应力区，降低了金属件的制作成本，且能够提高蚀刻孔在金属基材表面的密度。
本申请实施例还提供一种金属制品，包括材料体及上述实施例所述的金属件，其中，部分所述材料体位于所述蚀刻孔中。
上述金属制品中的材料体部分填充于金属件的蚀刻孔中，金属制品中的金属件中，处于拉应力区的金属基材的强度降低，蚀刻孔形成于金属基材表面的拉应力区，能够形成密度较大的蚀刻孔，进而提高了材料体与金属件的结合强度。另外，压应力区也可形成不易被蚀刻液蚀刻的区域，从而实现金属件的选择性蚀刻，该方法可以控制蚀刻孔的分布区域，能够使得蚀刻孔分布相对均匀。
以下结合附图，对上述本案的各实施例进行详细说明。
请一并参见图1至图3，在一些实施例中，金属件10包括金属基材11和蚀刻孔12。金属基材11的表面具有拉应力区111和压应力区112，拉应力区111位于压应力区112之间，蚀刻孔12形成于拉应力区111。
在一些实施例中，压应力区112包括多个激光图案1121，激光图案1121为环形图形，蚀刻孔12形成于环形图形的内部以及相邻的环形图形之间。
上述金属件10中，处于拉应力区111的金属基材11的晶体结构改变，蚀刻孔12形成于金属基材11表面的拉应力区111，降低了金属件10的制作成本，且能够提高蚀刻孔12在金属基材表面形成的密度。
请参见图4，在一些实施例中，金属制品100包括材料体20及上述实施例的金属件10，部分材料体20位于蚀刻孔12中。
在一些实施方式中，材料体20选自塑胶、金属或陶瓷中的至少一种。
上述金属制品100中的部分材料体20填充于金属件10的蚀刻孔12中，金属制品100的金属件10中，处于拉应力区111的金属基材11的强度降低，蚀刻孔12形成于金属基材11表面的拉应力区111，能够形成密度较大的蚀刻孔12，进而提高了材料体20与金属件10的结合强度。
请一并参见图2和图5，在一些实施例中，金属件的制作方法包括：
S100，在金属基材11的表面形成压应力区112和拉应力区111，拉应力区111位于压应力区112之间。其中，压应力区112为金属基材11表面受到冲压作用的区域，拉应力区111为金属基材11表面未受到冲压作用的区域。
在一些实施方例中，金属基材11可通过冲压、锻造的方式获取，金属基材11的材质可以为钛合金、钛、铝合金等。
本实施例中，S100在金属基材11的表面形成压应力区112和拉应力区111包括：
S10，使用脉冲激光照射金属基材11的表面。
具体地，激光具有方向性好、能量集中、相干性好等优势，采用激光产生的能量形成对金属基材11表面的冲压力，能够使得形成的压应力区112较为较为均匀，进一步地，脉冲的工作方式为每间隔一定时间工作一次，选用脉冲激光可多次对金属基材11表面的同一位置产生冲压力，提高形成的压应力区的受冲压强度。
在一些实施方式中，脉冲激光选自纳秒激光、皮秒激光及飞秒激光中的至少一种。如此，可缩短对金属基材11表面的冲压时间，提高形成压应力区112和拉应力区111的效率。
本实施例中，脉冲激光的功率范围为20w～70w，例如：20w、30w、50w、70w，脉冲激光的脉冲宽度范围为1ns～300ns，例如：1ns、100ns、200ns、300ns。其中，上述脉冲激光的具体参数可依据作用的对象进行具体设定。
在一些实施方式中，S10使用脉冲激光照射金属基材11的表面包括：
S101，使用脉冲激光照射金属基材11的表面形成激光图案1121，激光图案1121的轮廓区为压应力区112，激光图案1121的轮廓区之间的区域为拉应力区111。具体地，由于脉冲激光在照射金属基材11表面时会在激光图案1121的周侧产生热辐射，对应的会在激光图案1121的周侧形成热冲压力，因此，本实施方式中所述的激光图案的轮廓区包括激光图案1121以及激光图案的周边区域1122，即激光图案1121以及激光图案1121的周边区域1122形成所述的压应力区112。
如此，在金属基材11的表面形成的激光图案1121可使得压应力区112更为直观，便于从激光图案1121的分布情况观察并检测金属基材11表面所形成的拉应力区111的加工效果。
在一些实施方式中，激光图案1121选自点状图形、环状图形、条状图形及弦函数图形中的至少一种。
优选地，激光图案1121选用环状图形。具体地，激光图案1121以及周边区域1122为金属基材表面的压应力区112，压应力区112之间的区域形成拉应力区111，在同等金属基材11的表面上，环状图案所形成的压应力区112面积较大，形成的拉应力区111的面积也较大，进而能够形成密度较大的蚀刻孔12。
在一些实施方式中，环状图形的外径范围为0.2mm～0.4mm，例如：0.2mm、0.3mm、0.32mm、0.4mm，环状图形的内径范围为0.1mm～0.3mm，例如：0.1mm、0.25mm、0.3mm，环状图形的径向宽度范围为0.05mm～0.1mm，例如：0.05mm、0.08mm、0.1mm。
如此，通过合理配置的环状图形的外径、内径及宽度，可形成较为合理的激光图案1121的轮廓区。其中，环状图形的内径影响能够否在内径所形成的内圈内形成拉应力区，环状图形的外径影响单个环状图像占用金属基材11表面的面积，环状图形的宽度则影响激光图案的轮廓区中激光图案的周边区域1122。
在一些实施方式中，激光图案1121包括多个图形，多个图形以矩阵形式排布，相邻两个图形的间距范围为0～0.2mm，例如：0、0.1mm、0.2mm。其中，相邻两个图形的间距是指相邻两个图形间的最短直线距离，当两个图形的间距为0时表示两个图形的轮廓线相交或相切，例如：轮廓线具有弧形的图形。进一步地，产生的激光图案1121中的多个图形可以由一个激光器分别完成，也可以由阵列排布的多个激光器同时完成。
如此，矩阵式排布的多个图形能够使形成的压应力区112和拉应力区111均匀分布，提高形成的蚀刻孔12的分布均匀性。
S200，将形成有压应力区112和拉应力区111的金属基材11放入蚀刻液以在拉应力区111形成蚀刻孔12。其中，进行蚀刻时，采用蚀刻液通电的方式对形成有压应力区112和拉应力区111的金属基材11进行蚀刻，蚀刻液的浓度、电流大小、电压大小、通电时长均会影响蚀刻孔12形成的密度、深度、宽度等，因此，可依据具体所需要的蚀刻孔对蚀刻液及电流和电压参数进行设定。
在一些实施例中，蚀刻液包括能在水中解离出氯离子的物质。例如：NaCl溶液、KCl溶液等。其中，包含有氯离子的物质成本低且无重金属，选用包含有氯离子的物质作为蚀刻液能够降低制作金属件10的成本。
在一些实施例中，蚀刻孔12的直径范围为0.05mm～0.15mm，例如：0.05mm、0.1mm、0.15mm，蚀刻孔12的密度范围为20％～40％，例如：20％、30％、40％。具体地，蚀刻孔12的直径和蚀刻孔12的密度受蚀刻参数的影响，因此，可依据具体所需要的蚀刻孔直径和蚀刻孔密度对蚀刻参数进行设定。其中，蚀刻参数包括蚀刻液的浓度、电流大小、电压大小、通电时长等。
在一些实施例中，金属件的制作方法还包括：
S300，在蚀刻孔12中成型材料体20。
具体地，材料体20的材料选自塑料、金属或陶瓷中的至少一种，成型的方式可以采用注塑成型，也可以采用冲压成型。
上述金属件的制作方法中，金属基材11的表面形成有压应力区112和拉应力区111，处于拉应力区111的金属基材11相较于正常状态下的强度降低，容易被蚀刻液蚀刻以形成蚀刻孔12，将形成有压应力区112和拉应力区111的金属基材11放入蚀刻液，蚀刻液能够快速对处于拉应力区111的金属基材11进行蚀刻，形成较为密集的蚀刻孔12，进而提高形成的金属件10中蚀刻孔12的密度。
采用上述金属件的制作方法形成金属制品100的步骤为：
首先，提供一金属基材11和材料体20，超声波清洗将金属基材11并烘干，其中，金属基材11可选用钛合金，通过冲压或锻造方式获得，材料体20的材料选用塑料；
然后，将清洁后的金属基材11放入激光设备中，设定好激光的作用参数，例如：激光图案、激光类型、激光的功率、激光的脉冲宽度等，使用脉冲激光照射清洁后的金属基材的表面以形成冲击，使得金属基材11的表面形成压应力区112和拉应力区111，并将具有压应力区112和拉应力区111的金属基材11进行超声波清洗后烘干；
接着，将清洗后且具有压应力区112和拉应力区111的金属基材11装载至蚀刻装置的挂具上，设定好蚀刻装置的蚀刻参数，例如：蚀刻液的浓度、蚀刻液的温度、电流、电压、蚀刻时长等，并将蚀刻后形成有蚀刻孔12的金属基材11进行超声波清洗并烘干，以此形成金属件10；
最后，将金属件10在去离子水中进行超声波震荡后烘干以形成待合成件，将待合成件及材料体20装载至注塑机以成型，最终形成金属制品100。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请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申请。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，本申请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涵括在本申请内。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (14)
1.一种金属件的制作方法，包括：
使用脉冲激光照射金属基材的表面，以在金属基材的表面形成压应力区和拉应力区，使得处于所述拉应力区的金属基材相较于正常状态下的强度降低，所述压应力区不易被蚀刻液蚀刻，以便所述蚀刻液快速对处于所述拉应力区的所述金属基材进行蚀刻，形成蚀刻孔，所述拉应力区位于所述压应力区之间；其中，所述使用脉冲激光照射所述金属基材的表面包括：使用所述脉冲激光照射所述金属基材的表面形成激光图案，所述激光图案的轮廓区为所述压应力区，所述激光图案的轮廓区之间的区域为所述拉应力区；
将形成有所述压应力区和所述拉应力区的金属基材放入蚀刻液以在所述拉应力区形成所述蚀刻孔。
2.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，所述激光图案选自点状图形、环状图形、条状图形及弦函数图形中的至少一种。
3.如权利要求2所述的金属件的制作方法，其中，
所述环状图形的外径范围为0.1mm~0.3mm，所述环状图形的内径范围为0.2mm~0.4mm，所述环状图形的径向宽度范围为0.05mm~0.1mm。
4.如权利要求2所述的金属件的制作方法，其中，所述激光图案包括：
多个图形，多个所述图形以矩阵形式排布，相邻两个所述图形的间距范围为0 ~0.2mm。
5.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，
所述脉冲激光选自纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光中的至少一种。
6.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，
所述蚀刻液包括能在水中解离出氯离子的物质。
7.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，
所述蚀刻孔的直径范围为0.05mm~0.15mm。
8.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，
所述蚀刻孔的密度范围为20%~40%。
9.如权利要求1所述的金属件的制作方法，其中，
所述脉冲激光的功率范围为20w~70w，所述脉冲激光的脉冲宽度范围为1ns~300ns。
10.如权利要求1至9中任一项所述的金属件的制作方法，其中，还包括：
在所述蚀刻孔中成型材料体。
11.一种金属件，采用如权利要求1所述的金属件的制作方法制成，所述金属件包括：
金属基材，所述金属基材的表面通过使用脉冲激光照射形成有拉应力区和压应力区，所述拉应力区位于所述压应力区之间；
蚀刻孔，形成于所述拉应力区。
12.如权利要求11所述的金属件，其中，所述压应力区包括：
多个激光图案，所述激光图案为环形图形，所述蚀刻孔形成于所述环形图形的内部以及相邻的所述环形图形之间。
13.一种金属制品，包括：
如权利要求11所述的金属件；
材料体，部分所述材料体位于所述蚀刻孔中。
14.如权利要求13所述的金属制品，其中，
所述材料体的材料选自塑料、金属或陶瓷中的至少一种。
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