CN117698038A - 一种金属塑料复合体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种金属塑料复合体的制备方法，包括以下步骤：S1：对金属基体进行激光粗化，在其表面形成微细孔洞；S2：将步骤S1中得到的金属基体放入酸性蚀刻液中进行微孔腐蚀，在所述金属基体表面形成结合孔；S3：将经过步骤S2处理后的金属基体与塑料注塑结合，部分塑料填充进入所述结合孔中，得到金属塑料复合体；步骤S2中所述酸性蚀刻液为氢氟酸和稀硝酸的混合溶液。通过采用激光加工结合蚀刻液腐蚀，制备得到的金属塑料复合体中金属基体与塑料的结合力强，相比于现有技术可提升25％。另外，本申请还提供一种金属塑料复合体。
Description
技术领域
本申请涉及金属材料与塑料加工技术领域，尤其涉及一种金属塑料复合体及其制备方法。
背景技术
现有技术中，将金属与塑料结合通常采用的方法是采用化学蚀刻或者电化学处理在铝合金基材表面形成微小的纳米孔洞，然后在特定成型参数下与塑料进行结合，但这些方法得到的注塑产品通常结合力不高，如钛合金和塑料之间的结合力仅约为27MPa，在生产的过程中往往存在一定量的不良，在后制程加工中容易出现钛塑分离，在重工制程更加明显。因此，开发一种新的方法以提升钛合金与塑料之间的结合力尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种金属塑料复合体的制备方法，以解决上述问题。
另，本申请还提供一种采用上述制备方法制备得到的金属塑料复合体。
本申请一实施方式提供一种金属塑料复合体的制备方法，包括以下步骤：
S1：对金属基体进行激光粗化，在其表面形成微细孔洞；
S2：将步骤S1中得到的金属基体放入酸性蚀刻液中进行微孔腐蚀，在所述金属基体表面形成结合孔；
S3：将经过步骤S2处理后的金属基体与塑料注塑结合，部分塑料填充进入所述结合孔中，得到金属塑料复合体；
步骤S2中所述酸性蚀刻液为氢氟酸和稀硝酸的混合溶液。
一种实施方式中，所述金属基体为钛或钛合金。
一种实施方式中，步骤S1中形成的微细孔洞的孔径为70～140μm，平均深度为45μm；步骤S2中进行微孔腐蚀后形成的所述结合孔的孔径为80～150μm，平均深度为50μm。
一种实施方式中，所述金属塑料复合体的结合力大于29MPa。
一种实施方式中，步骤S1中所述激光的工艺参数为：填充密度：0.1～0.2mm，功率：95％，打标速度：10100mm/s，频率：60-80kHz，打标次数：50～300次，打标时间：5～150s。
一种实施方式中，所述酸性蚀刻液中所述氢氟酸的含量为5～10wt％，所述稀硝酸的含量为20～30wt％。
一种实施方式中，步骤S1前还包括：对金属基体进行预处理，所述预处理包括除油。
一种实施方式中，步骤S2中还包括：于微孔腐蚀后的金属基体表面喷淋皮膜剂，所述皮膜剂包括乙烯基三甲氧基硅烷。
一种实施方式中，步骤S3中所述塑料为聚酰胺树脂或聚苯硫醚树脂中的一种或两种。
本申请还提供一种采用上述制备方法制备得到的金属塑料复合体。
本申请中提供的制备方法通过采用激光器加工结合酸性蚀刻液腐蚀的方法处理金属基体表面，通过控制金属基体表面形成的孔洞的大小和深度，可极大提升金属基体与塑料之间的结合力。相比于现有技术(27MPa)，本申请中制备得到的金属塑料复合体中金属基体与塑料之间的结合力可达33.9MPa，提高约25％。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的金属塑料复合体的制备方法流程图。
图2是本申请一实施例提供的金属塑料复合体的截面示意图。
主要元件符号说明
金属塑料复合体 100
金属基体 10
结合孔 12
塑料体 20
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本申请实施例。
如下采用具体实施方式进一步说明本申请的技术方案。
请参阅图1，本申请一实施方式提供一种金属塑料复合体的制备方法，包括以下步骤：
S1：对金属基体进行激光粗化，在其表面形成微细孔洞；
S2：将步骤S1中得到的金属基体放入酸性蚀刻液中进行微孔腐蚀；
S3：将经过步骤S2处理后的金属基体与塑料注塑结合，得到金属塑料复合体；
步骤S2中所述酸性蚀刻液为氢氟酸和稀硝酸的混合溶液。
图2是本申请一实施例提供的金属塑料复合体100的截面示意图，如图2所示，所述金属塑料复合体100包括金属基体10和与所述金属基体10结合的塑料体20，所述金属基体10上形成有多个形状不规则的结合孔12，部分所述塑料体20填充进入所述结合孔12中，从而可增强所述塑料体20与所述金属基体10的结合力。
本发明中首先通过激光粗化，可以在基材表面形成形状各异的直形或斜形孔洞的微细孔洞，后经过酸性蚀刻液腐蚀，进一步使得原有的微细孔洞的孔径增大，深度加深，形成结合孔。通过调整激光参数，可对应调整微细孔洞的形状和尺寸。通过激光粗化与特定的酸性蚀刻液腐蚀结合，于基材表面形成深度、形状各异的复杂的结合孔，可有效提升金属基体与塑料之间的结合力。
一种实施方式中，所述金属基体为钛或钛合金。
一种实施方式中，步骤S1中形成的微细孔洞的孔径为70～140μm，平均深度为45μm；步骤S2中进行微孔腐蚀后形成的结合孔的孔径为80～150μm，平均深度为50μm。
一种实施方式中，所述金属塑料复合体中金属基体与塑料之间的结合力大于29MPa。
一种实施方式中，步骤S1中所述激光粗化的工艺参数为：步骤S1中所述激光的工艺参数为：填充密度：0.1～0.2mm，功率：95％，打标速度：10100mm/s，频率：60-80kHz，打标次数：50～300次，打标时间：5～150s。
本申请中，对金属基体进行激光粗化所选用的激光器没有具体限定，可以为华工LSF20激光打孔机。
进一步地，步骤S1中所述激光的工艺参数还包括：打标角度：45°或135°，打标间距：0.02-0.04mm。
一种实施方式中，步骤S2所述酸性蚀刻液中所述氢氟酸的含量为5～10wt％，所述稀硝酸的含量为20～30wt％。
进一步地，步骤S2中所述微孔腐蚀的时间为5～30min。
一种实施方式中，步骤S1前还包括：对金属基体进行预处理。
进一步地，所述预处理包括脱脂除油。具体地，于50℃条件下，使用浓度为35g/L的弱碱性溶液对金属基体进行脱脂处理。
一种实施方式中，步骤S2中还包括：于微孔腐蚀后的金属基体表面喷淋皮膜剂，所述皮膜剂包括乙烯基三甲氧基硅烷。
一种实施方式中，步骤S3中所述塑料为聚酰胺树脂或聚苯硫醚树脂中的一种或两种。
所述塑料除聚酰胺树脂或聚苯硫醚树脂外，还可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚酰胺、聚碳酸酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。
可以理解地，在实际生产加工中，通常在所述塑料中还添加有25％-50％的纤维材料，以增强所述塑料的综合机械性能。所述纤维材料可以为陶瓷纤维、玻璃纤维或聚酯纤维中的一种或多种。
一种实施方式中，步骤S3中所述注塑方式为嵌件成型(insert molding)。
步骤S3中对所述塑料的用量没有具体限定，优选情况下，所述树脂的用量与所述金属基体的用量的体积比可以为1：1。
本申请还提供一种采用上述制备方法制备得到的金属塑料复合体。
以下将结合具体实施例对本申请中的制备方法的制备方法和性能作进一步说明。
实施例1～8提供一系列钛合金塑料复合体，其制备方法包括以下步骤：
S1：提供经过机械加工成型的钛合金基体。
S2：对步骤S1中的钛合金基体进行除油处理，以清除表面的油污；
具体地，50℃条件下，使用浓度为35g/L的弱碱性除油剂对金属基体进行脱脂处理。
S3：对步骤S2中经过除油处理后的钛合金基体表面进行激光粗化，在其表面形成形状各异的微细孔洞；
S4：将步骤S3中经过激光粗化后的钛合金基体放入酸性蚀刻液中进行微孔腐蚀，于所述钛合金基体表面形成多个形状不规则的结合孔；所述酸性蚀刻液中氢氟酸的含量为5wt％，稀硝酸的含量为25％，溶剂为水；进行微孔腐蚀的时间为20min。
S5：将步骤S4中经过微孔腐蚀处理后的钛合金基体放入模具中，采用含有30wt.％的玻璃纤维和70wt.％的聚苯硫醚树脂的塑料组合物进行注塑，得到钛合金塑料复合体。其中，注塑时模具温度控制在130～140℃之间。
每一实施例重复十次制备得到十件钛合金塑料复合体，采用电子万能材料试验机进行钛塑结合力测试。
实施例1～8中的具体激光加工参数，所述结合孔的孔径大小以及最终所得钛合金塑料复合体的结合力大小见表1。
表1实施例1～8的具体实验参数及结果
注：打标角度：45°，打标间距：0.03mm。
从表1中可知，通过调控特定的激光加工参数，并配合特定的酸性蚀刻液进行微孔腐蚀，实施例1～8中所制备得到的钛合金塑料复合体的结合力均大于29MPa，实施例8中可达33.9MPa，相比于现有技术提高约25％。
以上说明是本申请一些具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这些实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属塑料复合体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对金属基体进行激光粗化，在其表面形成微细孔洞；
S2：将步骤S1中得到的金属基体放入酸性蚀刻液中进行微孔腐蚀，于所述金属基体表面形成结合孔；
S3：将经过步骤S2处理后的金属基体与塑料注塑结合，部分塑料填充进入所述结合孔中，得到金属塑料复合体；
步骤S2中所述酸性蚀刻液为氢氟酸和稀硝酸的混合溶液。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属基体为钛或钛合金。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中形成的微细孔洞的孔径为70～140μm，平均深度为45μm；步骤S2中进行微孔腐蚀后，所述结合孔的孔径为80～150μm，平均深度为50μm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属塑料复合体的结合力大于29MPa。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述激光的工艺参数为：填充密度：0.1～0.2mm，功率：95％，打标速度：10100mm/s，频率：60-80kHz，打标次数：50～300次，打标时间：5～150s。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸性蚀刻液中所述氢氟酸的含量为5～10wt％，所述稀硝酸的含量为20～30wt％。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1前还包括：对金属基体进行预处理，所述预处理包括除油。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中还包括：于微孔腐蚀后的金属基体表面喷淋皮膜剂，所述皮膜剂包括乙烯基三甲氧基硅烷。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述塑料为聚酰胺树脂或聚苯硫醚树脂中的一种或两种。
10.一种金属塑料复合体，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到。
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