CN207535416U - 一种金属树脂复合结构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金属树脂复合结构件，该结构件依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成，所述氧化膜层具有纳米孔，所述树脂层中的树脂部分渗透入氧化膜层的纳米孔内，所述氧化膜层纳米孔的孔径为50‑90纳米，所述氧化膜层纳米孔的孔壁厚度为5‑40纳米。本实用新型使用了表面膜纳米孔径为50‑90纳米、表面膜厚度为0.5‑1.2微米、孔壁厚度为5‑40纳米的金属件，实现结晶性树脂在金属表面的高强度粘结，通过实验发现，制备得到金属件满足行业拉拔力标准。

Description

一种金属树脂复合结构件

技术领域

本实用新型涉及汽车、家用电器制品、产业机器等的部件制造领域，具体地涉及一种树脂复合结构件。

背景技术

在汽车、家用电器制品、产业机器等的部件制造等领域，需要将金属与树脂牢固的结合在一起，目前，将金属和树脂相结合的通常采用胶粘剂，通过化学胶粘剂分别与钛合金和已成型树脂作用，从而将两者结合到一起；另一种是在金属表面进行化学蚀刻，产生超微型凹凸面，再进行注塑结合。

但采用胶粘剂的方法，结合力较差，不耐酸碱，且胶粘剂有一定的厚度，影响最终产品的尺寸；采用化学蚀刻的方式，为保证结合力，需要用浓酸加热或是采用含氟的腐蚀液，浓酸加热的方式耗时长、能耗高，且酸液蒸发污染环境，采用含氟的腐蚀液，由于氟的毒性大，对生产环境要求高，属于高污染高危物质。

目前普通的技术采用粘合剂在常温或加热下发挥功能使金属与合成树脂一体化结合。不通过粘合剂而直接将高强度的工程树脂与镁、铝合金、不锈钢之类的铁合金类一体化，成为人们研究的方向。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种树脂复合结构件，所述结构件依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成，所述氧化膜层具有纳米孔，所述树脂层中的树脂部分渗透入氧化膜层的纳米孔内，所述氧化膜层纳米孔的孔径为50-90纳米，所述氧化膜层纳米孔的孔壁厚度为5-40纳米。

所述氧化膜层的厚度为500-1200纳米。

所述树脂层为PPS树脂层。

所述金属层为铝合金层。

所述铝合金层的铝合金为六系列铝合金。

所述氧化膜层由第一氧化层和第二氧化层组成，所述第一氧化层和第二氧化层并列地设置于所述金属层与树脂层之间，所述第一氧化层与第二氧化层的厚度比为1：1.2-2。

所述第一氧化层为连续分布于所述金属层表面，所述第二氧化层为不连续分布于金属层表面。

所述树脂复合结构件包括一个或数个第一氧化层，所述树脂复合结构件包括一个或数个第二氧化层。

本实用新型使用了表面膜纳米孔径为50-90纳米、表面膜厚度为0.5-1.2微米、孔壁厚度为5-40纳米的金属件，实现结晶性树脂在金属表面的高强度粘结，通过实验发现，制备得到金属件满足行业拉拔力标准。

参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。

附图说明

图1为结构件的结构示意图。

图2为结构件的另一种结构示意图。

附图标记：

金属层2、氧化膜层3、树脂层组1、第一氧化层31、第二氧化层32。

具体实施方式

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本实用新型所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如图1所示，本发明的金属树脂复合结构件，依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成，所述氧化膜层具有纳米孔，所述树脂层中的树脂部分渗透入氧化膜层的纳米孔内，所述树脂层的树脂为高结晶性树脂，所述氧化膜层纳米孔的孔径为50-90纳米，所述氧化膜层纳米孔的孔壁厚度为5-40纳米。

金属层

本实用新型中使用的金属件的原材料铝或铝合金形成的铝构件，铁或铁合金或是合金钢等形成的铁构件，纯铜、富铜合金、黄铜、青铜、铜镍合金等形成的铜构件，钛或钛合金等形成的钛构件，镁或镁合金等形成的镁构件。

铝合金构件是由铝合金的原材料经机械加工而制成的。铝合金大致分为延展用合金和铸件用合金。另一方面，还可以大致分为仅经过加工固化就能提高硬度、抗拉强度的非热处理型合金以及经热处理而改良机械性质的热处理合金。属于非热处理型合金的铝合金可举出Al-Mg系合金、Al-Mn系合金、Al-Mg-Mn系合金等。属于热处理合金的铝合金有Al-Cu-Mg系合金、Al-Zn-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金及耐热铝合金等。铸件用合金可进一步分为壳铸件用和口模铸件用。本实用新型的铝合金可以使用规格化的1000～7000号铝合金，或模铸用的各种铝合金。该1000号系列是高纯度铝合金，铝合金除了铝以外还含有镁、硅、铜、锰、其他的满足多种目的的合金系列。

特定氧化膜层的金属件的获得

现有技术中，可以将金属件通过前处理，去除表面的油脂等，通过碱蚀、酸蚀、阳极氧化、阳极氧化后处理等方法获得特定孔径、特定孔壁厚度、特定氧化膜厚度的金属件。通过改变上述工艺的处理时间、酸碱度、电压可以方便地获得不同孔径、孔壁厚度孔壁厚度。

碱蚀工序

作为后述的接触工序的前处理，碱蚀是在金属件表面为形成微细的腐蚀面的处理。首先将铝合金浸渍在碱性水溶液中(pH大于10)，其后水洗金属件。作为碱性水溶液中使用的碱，可以使用氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)等氢氧化碱金属类的氢氧化物、或者含有它们的便宜的材料碱灰(Na2CO3、无水碳酸钠)、氨等。

另外，也可使用氢氧化碱土金属(Ca，Sr，Ba，Ra)类。使用氢氧化钠时，优选0.1～10％浓度的水溶液，使用氢氧化钙时，优选0.1～10％浓度，在常温下浸渍时间为数分钟。该浸渍处理后水洗。通过浸渍在碱性水溶液中，金属件表面不断地放出氢，形成铝酸盐离子，溶解，金属件表面形成微细的腐蚀面。

酸蚀工序

接下来浸渍在酸水溶液中，其后水洗。使用酸水溶液的目的是酸蚀。如果氢氧化钠等在前一个工序中残留在铝的表面，需要预先进行水洗。另外，固溶融在镁、铜、硅等金属件内的金属在碱性水溶液的前处理工序中没有完全溶解，存在表面附近，形成氢氧化物或其他组合物，因此通过浸渍在酸水溶液中也可以除去它们。

所包含的酸无特别限定，但必须是使氧化膜溶解的酸，例如可列举硫酸、磷酸、盐酸、氢氟酸等，它们可单独使用一种，也可以并用两种以上。其中，从去除液的稳定性及对铝或者金属件基体的攻击性小等观点来看，优选硫酸。

浸渍时间在数分钟就足够。在该前工序中，在表面附着碱水(以添加在铝中的金属氢氧化物或氧化硅为主成分)那样的物质，形成污垢附着的状态时，该碱水状物溶解或剥离时判断该工序可以结束。然后，从酸水溶液中拿出金属件，水洗。

阳极氧化工序

对前处理的金属件用阳极氧化法进行表面处理。前处理工序包括使用市售的铝用脱脂剂进行脱脂、水洗、碱蚀、酸蚀，阳极氧化是通过在阳极氧化处理液中电解，从而在表面形成具有无数微细孔的氧化铝层的方法。通常已知的方法是将金属件作为阳极，在阳极氧化处理液中通电而使铝氧化，得到具有多孔结构的金属件。如图1，依次设置金属树脂复合结构件，依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成。

通过在金属件的部分表面喷涂酸性溶液，使得金属件获得预先的氧化处理，使得被酸性溶液处理的部分表面具有更厚的氧化层厚度，从而制备得到一个或数个第一氧化层和第二氧化层。采用不同厚度的第一氧化层和第二氧化层可以提高树脂与金属之间的粘结力学强度。如图2所示，金属树脂复合结构件，依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成，所述第一氧化层和第二氧化层并列地设置于所述金属层与树脂层之间，所述第一氧化层与第二氧化层的厚度比为1：1.8。

此外，所述第一氧化层和第二氧化层也可以是另一种形式，例如第一氧化层为连续分布于所述金属层表面，所述第二氧化层为不连续分布于金属层表面。

树脂层

本实用新型的树脂层的树脂选自PBT、PPS、聚己酰胺(尼龙6)、聚己二酰己二胺(尼龙66)、聚己二酰戊二胺(尼龙56)、聚己二酰丁二胺(尼龙46)、聚癸二酰己二胺(尼龙610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)、聚十一酰胺(尼龙11)、聚十二酰胺(尼龙12)、聚己酰胺/聚己二酰己二胺共聚物(尼龙6/66)、聚己酰胺/聚对苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙6/6T)、聚己二酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙66/6I)、聚对苯二甲酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙6T/6I)、聚对苯二甲酰己二胺/聚十二酰胺共聚物(尼龙6T/12)、聚己二酰己二胺/聚对苯二甲酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙66/6T/6I)、聚己二酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺/聚己酰胺共聚物(尼龙66/6I/6)、聚己二酰间苯二甲胺(尼龙MXD6)、聚对苯二甲酰己二胺/聚对苯二甲酰-2-甲基戊二胺共聚物(尼龙6T/M5T)、聚对苯二甲酰壬二胺(尼龙9T)及它们的混合物等。

在下文中，通过实施例对本实用新型进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

下面参照几个例子详细描述本实用新型。

金属件A1的制备

将待处理的铝合金(宽30mm×长90mm×厚3mm)经过脱脂(将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极脱脂2分钟)、过水(常温水水洗)、碱蚀(在pH为13的氢氧化钠溶液中、在50摄氏度下，处理2分钟)、中和、过水(常温水水洗)、酸蚀（在pH为3的硫酸溶液中、在50摄氏度下，处理2分钟）、过水(采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水喷淋水洗)步骤后，在20V的电压下、在阳极氧化处理液中阳极氧化50分钟，得到阳极氧化金属件；制备得到金属制品，通过检测，该金属制品表面膜纳米孔径为60-80纳米、表面膜厚度为0.8微米、孔壁厚度为5-15纳米，该金属制品记为A1。

金属件A2的制备

将待处理的铝合金(宽30mm×长90mm×厚3mm)经过脱脂(将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极脱脂2分钟)、过水(常温水水洗)、碱蚀(在pH为14的氢氧化钠溶液中、在50摄氏度下，处理8分钟)、中和、过水(常温水水洗)、酸蚀（在pH为3的硫酸溶液中、在50摄氏度下，处理2分钟）、过水(采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水喷淋水洗)步骤后，在20V的电压下、在阳极氧化处理液中阳极氧化50分钟，得到阳极氧化金属件；制备得到金属制品，通过检测，该金属制品表面膜纳米孔径为50-90纳米、表面膜厚度为1.1微米、孔壁厚度为10-30纳米，该金属制品记为A2。

金属件A3的制备

将待处理的铝合金(宽30mm×长90mm×厚3mm)经过脱脂(将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极脱脂2分钟)、过水(常温水水洗)、碱蚀(在pH为11的氢氧化钠溶液中、在50摄氏度下，处理1分钟)、中和、过水(常温水水洗)、酸蚀（在pH为2的硫酸溶液中、在50摄氏度下，处理6分钟）、过水(采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水喷淋水洗)步骤后，将pH值为3的硫酸溶液喷涂于铝合金的部分表面，静置2分钟后，在20V的电压下、在阳极氧化处理液中阳极氧化30分钟，得到阳极氧化金属件；制备得到金属制品，通过检测，该金属制品表面膜纳米孔径为50-90纳米、表面膜厚度为2微米、孔壁厚度为5-20纳米，该金属制品记为A3。

金属件D1的制备

将待处理的铝合金(宽30mm×长90mm×厚3mm)经过脱脂(将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极脱脂2分钟)、过水(常温水水洗)、碱蚀(在pH为11的氢氧化钠溶液中、在50摄氏度下，处理8分钟)、中和、过水(常温水水洗)、酸蚀（在pH为2的硫酸溶液中、在50摄氏度下，处理6分钟）、过水(采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水喷淋水洗)步骤后，在20V的电压下、在阳极氧化处理液中阳极氧化60分钟，得到阳极氧化金属件；制备得到金属制品，通过检测，该金属制品表面膜纳米孔径为120-190纳米、表面膜厚度为3微米、孔壁厚度为10-40纳米，该金属制品记为D1。

金属件D2的制备

将待处理的铝合金(宽30mm×长90mm×厚3mm)经过脱脂(将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极脱脂2分钟)、过水(常温水水洗)、碱蚀(在pH为11的氢氧化钠溶液中、在50摄氏度下，处理1分钟)、中和、过水(常温水水洗)、酸蚀（在pH为2的硫酸溶液中、在50摄氏度下，处理1分钟）、过水(采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水喷淋水洗)步骤后，在16V的电压下、在阳极氧化处理液中阳极氧化10分钟，得到阳极氧化金属件；制备得到金属制品，通过检测，该金属制品表面膜纳米孔径为5-30纳米、表面膜厚度为0.5微米、孔壁厚度为100-400纳米，该金属制品记为D2。

实施例

将树脂熔融在已处理金属件表面，然后直接一体注塑成型。注塑条件为：注塑压力为120-130MPa，保压为80-100MPa，保压时间为1-3秒。

PPS：日本宝理1140A1；

性能测试

将各金属树脂复合体固定于万能材料试验机进行产品拉伸测试，测试断裂强度(MPa)。按ASTM D256 公开的方法采用悬臂梁缺口冲击试验机，测试冲击强度(J/m)。

通过力学数据可以看出，本实用新型的后处理能够有效提高多孔结构孔径的一致性和致密性，同时获得了特定孔径（50-90纳米），大大提高了高结晶树脂与金属件的结合力。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本实用新型的专利范围内。

Claims (8)

1.一种树脂复合结构件，其特征在于，所述结构件依次由金属层、氧化膜层、树脂层组成，所述氧化膜层具有纳米孔，所述树脂层中的树脂部分渗透入氧化膜层的纳米孔内，所述氧化膜层纳米孔的孔径为50-90纳米，所述氧化膜层纳米孔的孔壁厚度为5-40纳米。

2.根据权利要求1所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述氧化膜层的厚度为500-1200纳米。

3.根据权利要求1所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述树脂层为PPS树脂层。

4.根据权利要求1所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述金属层为铝合金层。

5.根据权利要求4所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述铝合金层的铝合金为六系列铝合金。

6.根据权利要求1所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述氧化膜层由第一氧化层和第二氧化层组成，所述第一氧化层和第二氧化层并列地设置于所述金属层与树脂层之间，所述第一氧化层与第二氧化层的厚度比为1：1.2-2。

7.根据权利要求6所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述第一氧化层为连续分布于所述金属层表面，所述第二氧化层为不连续分布于金属层表面。

8.根据权利要求1所述的一种树脂复合结构件，其特征在于，所述树脂复合结构件包括一个或数个第一氧化层，所述树脂复合结构件包括一个或数个第二氧化层。