DE102023203301A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils und Kompositbauteil - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils und Kompositbauteil Download PDF

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Yuuka Ito
Eiji Yamaguchi
Yukinori Suzuki
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Sintokogio Ltd
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Abstract

Das Herstellungsverfahren umfasst eine Oberflächenbehandlung und ein Verbinden. Bei der Oberflächenbehandlung werden Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe auf einer Oberfläche des metallischen Bauteils gebildet werden. Das Verbinden umfasst das direkte Binden des metallisches Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils durch wiederholtes Binden eines geschmolzenen Teils des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils, während das faserverstärkte Harzbauteil teilweise geschmolzen wird, wobei das metallische Bauteil die durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen aufweist.

Description

  • Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Nutzen der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-067736 , eingereicht am 15. April 2022, und deren Gesamtgehalt ist hierin durch Inbezugnahme aufgenommen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils und das Kompositbauteil.
  • HINTERGRUND
  • WO 2017/141381 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils. In diesem Verfahren wird ein Kompositbauteil hergestellt, worin ein Basismaterial und ein Harzbauteil miteinander durch Spritzguss verbunden sind. Auf einer Oberfläche des Basismaterials werden Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe gebildet. Es wird ein Harzbauteil in die Oberflächenstrukturen von Mikro- oder Nano-Größe aufgetragen und hierin gehärtet, wodurch ein verstärkter Verankerungseffekt im Vergleich zu Oberflächenstrukturen in Millimeter-Größe erreicht wird. Somit weist das durch dieses Verfahren hergestellte Kompositbauteil eine hohe Bindungsfestigkeit auf.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Einige metallische Bauteile und Harzbauteile, die für Kompositbauteile verwendet werden, können einen großen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. In diesem Fall kann in dem Herstellungsprozess eines Kompositbauteils ein erwärmtes metallisches Bauteil an ein Harzbauteil gebunden werden, während es thermisch expandiert ist, und dann kann das metallische Bauteil im Vergleich zu dem Harzbauteil beträchtlich schrumpfen, das zuvor in einer Umgebung bei Raumtemperatur platziert wurde. Solche Volumenveränderungen, die durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten verursacht werden, können das Kompositbauteil verformen und zur Ablösung an einer Bindungs-Grenzfläche zwischen dem metallischen Bauteil und dem Harzbauteil führen. Es besteht im Hinblick auf die Unterdrückung einer Verringerung der Bindungsfestigkeit, die durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten verursacht wird, bei dem Kompositbauteil, das das metallisches Bauteil als ein Basismaterial umfasst, weiterhin Raum für Verbesserungen des in WO 2017/141381 beschriebenen Herstellungsverfahrens.
  • LÖSUNGEN DES PROBLEMS
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils bereitgestellt, wobei das Kompositbauteil ein metallisches Bauteil und ein faserverstärktes Harzbauteil umfasst, die miteinander verbunden werden. Das Herstellungsverfahren umfasst Oberflächenbehandlung und Verbinden. Bei der Oberflächenbehandlung werden Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe auf einer Oberfläche des metallischen Bauteils gebildet. Das Verbinden umfasst das direkte Binden des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils durch wiederholtes Binden einen geschmolzenen Teils des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils, während das faserverstärkte Harzbauteil teilweise geschmolzen wird, wobei das metallische Bauteil die durch die Oberflächenbehandlung gebildete Oberflächenstrukturen aufweist.
  • In Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren werden die Oberflächenstrukturen in Mikro- oder Nano-Größe auf der Oberfläche des metallischen Bauteils durch die Oberflächenbehandlung gebildet. Beim Verbinden wird das faserverstärkte Harzbauteil teilweise geschmolzen und an die Oberfläche des metallischen Bauteils gebunden. Das faserverstärkte Harzbauteil wird in die Oberflächenstrukturen, die auf der Oberfläche des metallischen Bauteils gebildet sind, eingebracht und wird hierin gehärtet, wodurch ein Verankerungseffekt erreicht wird. Beim Verbinden ist der Schmelzbereich auf einen Teil des faserverstärkten Harzbauteils beschränkt, wodurch die Erwärmung des gesamten metallischen Bauteils auf eine hohe Temperatur unterdrückt wird. Die geringe Temperaturveränderung über das metallische Bauteil vor und nach dem Verbinden verringert die Ausdehnung und Schrumpfung des metallischen Bauteils, wodurch der Einfluss der thermischen Ausdehnung des metallischen Bauteils auf die Deformation des Kompositbauteils verringert wird. Durch wiederholtes teilweises Schmelzen und Binden des faserverstärkten Harzbauteils wird das faserverstärkte Harzbauteil allmählich an die Oberfläche des metallischen Bauteils gebunden. Das faserverstärkte Harzbauteil und das metallische Bauteil werden sequentiell von den gebundenen Bereichen gekühlt, und die gebundenen Bereiche kehren sequentiell zu ihren Ausdehnungen vor dem Erwärmen zurück. Somit wird der Einfluss des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem faserverstärkten Harzbauteil und dem metallischen Bauteil auf die Deformation des Kompositbauteils zu einem teilweisen und temporären Einfluss, und das Binden wird allmählich durchgeführt, wobei der Unterschied in der thermischen Ausdehnung verringert wird. Dies verringert die Deformation des Kompositbauteils im Vergleich zu dem Fall, in dem das faserverstärkte Harzbauteil vollständig geschmolzen und dann gleichzeitig an die gesamte Oberfläche des metallischen Bauteils gebunden wird. Wie vorstehend beschrieben kann das Herstellungsverfahren das Auftreten von Deformation und Ablösung des Kompositbauteils unterdrücken, sogar wenn ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil und dem faserverstärkten Harzbauteil besteht. Somit kann mit dem Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrückt werden, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • In dem Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils gemäß der Ausführungsform kann das Verbinden das direkte Binden des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils durch Bandplatzierformen („tape placement molding“) oder durch kontinuierliches Ultraschallschweißen umfassen. In diesem Fall ist keine Form zum Platzieren des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils erforderlich, so dass keine Wärme auf das gesamte metallische Bauteil oder das gesamte faserverstärkte Harzbauteil übertragen wird. Mit dem Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils kann somit das Auftreten einer Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil unterdrückt werden, wobei die Deformation und Ablösung durch Ausdehnung und Schrumpfung des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils verursacht werden. Weil keine Form erforderlich ist, wird der Freiheitsgrad beim Design des hergestellten Kompositbauteils erhöht.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils gemäß der Ausführungsform umfasst ferner das Zugeben einer Verbindung mit einem Fluorengerüst zu dem faserverstärkten Harzbauteil, wobei das Verbinden das direkte Binden des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils durch wiederholtes Binden eines geschmolzenen Teils des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils, während das faserverstärkte Harzbauteil, das die durch die Zugabe enthaltene Verbindung enthält, teilweise geschmolzen ist, umfassen kann, wobei das metallische Bauteil die durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen aufweist. Bei der Zugabe wird die Verbindung mit Fluorengerüst zu dem faserverstärkten Harzbauteil zugegeben, wodurch zum Beispiel die Schmelzviskosität des faserverstärkten Harzbauteils verringert wird und die Fließeigenschaften während des Schmelzens verbessert werden. Somit verbessert sich die Übertragung des faserverstärkten Harzbauteils mit höherer Adhäsion, wenn beim Verbinden das faserverstärkte Harzbauteil auf der Oberfläche des metallischen Bauteils geformt wird. Das faserverstärkte Harzbauteil, zu dem die Verbindung mit Fluorengerüst zugegeben ist, schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur. Somit wird beim Verbinden das Erwärmen des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils auf eine hohe Temperatur unterdrückt. Mit dem Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils kann somit das Auftreten von Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil unterdrückt werden, wobei die Deformation und Ablösung durch die Ausdehnung und Schrumpfung des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils verursacht werden. Dies kann eine Verringerung der Bindungsfestigkeit weiter unterdrücken, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kompositbauteils kann die mittlere arithmetische Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen 0,17 oder größer und 0,50 oder kleiner betragen. In diesem Fall werden in der Oberflächenbehandlung die Oberflächenstrukturen so gebildet, dass die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 0,17 oder mehr 0,50 oder weniger beträgt. Das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils kann die Oberfläche des metallischen Bauteils vergrößern, wodurch der Verankerungseffekt des Kompositbauteils gut erhalten wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kompositbauteils kann die Oberflächenbehandlung das Bilden der Oberflächenstrukturen durch Strahlbehandlung umfassen. Durch das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils kann die Oberflächenstruktur der Bindungsoberfläche quantitativ kontrolliert werden, anders als in anderen Oberflächenbehandlungstechniken zum Verbinden der Bauteile, wodurch eine Oberflächenbehandlung zu niedrigen Kosten in einer kurzen Zeit durchgeführt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Kompositbauteil bereitgestellt. Das Kompositbauteil umfasst ein metallisches Bauteil und ein faserverstärktes Harzbauteil. Das metallische Bauteil weist Oberflächenstrukturen in Mikro- oder Nano-Größenordnung auf einer Oberfläche des metallischen Bauteils auf. Das faserverstärkte Harzbauteil steht in direktem Kontakt mit der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den Oberflächenstrukturen. Nachdem ein Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung durchgeführt worden ist, ist die Scherfestigkeit im Kompositbauteil im Vergleich zu der Scherfestigkeit, bevor der Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung durchgeführt worden ist, nur um 15,4 % oder weniger verringert, wobei der Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung einen Zyklus 300-mal wiederholt, wobei der Zyklus das Erwärmen des Komposits von -40°C auf 140°C, Halten des Kompositbauteils bei 140°C für 30 Minuten, Kühlen des Kompositbauteils von 140°C auf -40°C, und Halten des Kompositbauteils bei -40°C für 30 Minuten umfasst.
  • Das metallische Bauteil weist die Oberflächenstrukturen in Mikro- oder Nano-Größenordnung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils in dem Kompositbauteil auf. Das faserverstärkte Harzbauteil wird in die Oberflächenstrukturen, die auf der Oberfläche des metallischen Bauteils gebildet sind, eingeführt und hierin gehärtet, wodurch ein Verankerungseffekt herbeigeführt wird. Ferner wird das Kompositbauteil durch Verbinden des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils bei einer geeigneten Temperatur gebildet, so dass nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung die Verringerung der Scherfestigkeit auf 15,4 % oder weniger gedrückt werden kann, verglichen mit der Scherfestigkeit vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung. Somit kann das Kompositbauteil eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrücken, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • In einer Ausführungsform kann das Kompositbauteil eine Verbindung mit einem Fluorengerüst umfassen. Die Verbindung mit Fluorengerüst ist in dem faserverstärkten Harzbauteil enthalten, wodurch die Schmelzviskosität des faserverstärkten Harzbauteils verringert wird und die Fließeigenschaften während des Schmelzens verbessert werden. Somit verbessert sich die Übertragung des faserverstärkten Harzbauteils mit stärker Adhäsion, wenn das faserverstärkte Harzbauteil auf der Oberfläche des metallischen Bauteils geformt wird. Das faserverstärkte Harzbauteil, zu dem die Verbindung mit Fluorengerüst zugegeben worden ist, schmilzt bei ein einer niedrigeren Temperatur. Somit wird das Erwärmen auf eine hohe Temperatur unterdrückt, wenn das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil miteinander verbunden werden, so dass das Kompositbauteil durch die Expansion und Schrumpfung des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils kaum deformiert oder abgelöst wird. Somit kann das Kompositbauteil eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrücken, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • In einer Ausführungsform kann das Kompositbauteil eine arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den Oberflächenstrukturen von 0,17 oder größer und 0,50 oder kleiner aufweisen. Durch die Verwendung des metallischen Bauteils mit einer Oberfläche mit einer mittleren arithmetischen Neigung von 0,17 oder mehr und 0,50 oder kleiner erhöht sich die Oberfläche des metallischen Bauteils, was es dem Kompositbauteil ermöglicht, den Verankerungseffekt gut zu erhalten.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt und einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils bereitgestellt, durch welches eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrückt werden kann, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird, und das Kompositbauteil wird bereitgestellt, das in der Lage ist, eine Verringerung der Bindungsfestigkeit zu unterdrücken, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Kompositbauteil gemäß einer Ausführungsform zeigt;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht des Kompositbauteils von 1 entlang der Linie II-II;
    • 3 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Strahlvorrichtung veranschaulicht, die für ein Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils gemäß einer Ausführungsform verwendet wird;
    • 4 ist eine erklärende Zeichnung, die die Konfiguration einer Strahlvorrichtung veranschaulicht, die in einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kompositbauteils eingesetzt wird;
    • 5 ist eine Querschnittsansicht einer Strahldüse, die in 4 veranschaulicht ist;
    • 6 ist eine vergrößerte Teilansicht einer Formvorrichtung, die für das Bandplatzierformen eingesetzt wird;
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Kompositbauteils gemäß einer Ausführungsform;
    • 8 ist ein Konzeptdiagramm des Strahlens;
    • 9 ist eine beispielhafte Zeichnung eines Rasterstrahlens;
    • 10A-10C sind erklärende Zeichnungen des Herstellungsprozesses des Kompositbauteils; und
    • 11 ist eine erklärende Zeichnung der Ergebnisse der Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung in den Beispielen.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Erklärung werden die gleichen oder äquivalente Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine doppelte Erklärung hiervon wird verzichtet. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform die „Bindungsfestigkeit“ als „Scherfestigkeit“ beschrieben werden.
  • [Kompositbauteil]
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Kompositbauteil 1 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Kompositbauteil 1 ein Bauteil, das eine Vielzahl von Bauteilen umfasst, die durch Verbinden integriert sind. Das Kompositbauteil 1 weist Schlagabsorption auf, wie später beschrieben werden wird. Das Kompositbauteil 1 umfasst ein metallisches Bauteil 2 und ein faserverstärktes Harzbauteil 3. Das metallische Bauteil 2 ist zum Beispiel ein Plattenbauteil. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 steht in direktem Kontakt mit einer Oberfläche des metallischen Bauteils 2. In 1 steht das faserverstärkte Harzbauteil 3 in direktem Kontakt mit einem Teil der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 (die Bindungsoberfläche 4 des metallischen Bauteils 2) und weist eine überlappende Verbindungsstruktur auf. Das Material des metallischen Bauteils 2 ist zum Beispiel Aluminium, Eisen, Kupfer oder eine Legierung hiervon. Das Material des metallischen Bauteils 2 ist nicht hierauf beschränkt.
  • Das Material des faserverstärkten Harzbauteils 3 ist ein thermoplastisches faserverstärktes Harz. Das thermoplastische faserverstärkte Harz umfasst zum Beispiel mit aromatischen Polyamidfasern verstärkte Thermoplasten (AFRTP), mit Kohlefasern verstärkte Thermoplasten (CFRTP) und mit Glasfasern verstärkte Thermoplasten (GFRTP). Das Matrixharz des faserverstärkten Harzbauteils 3 (das Material eines Harzteils 6, der später beschrieben werden wird) ist zum Beispiel Polyamid.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht des Kompositbauteils 1 entlang der Linie II-II aus 1. Wie in 2 veranschaulicht weist das metallische Bauteil 2 Oberflächenstrukturen 2b auf einem Teil einer Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 auf. Die Oberflächenstrukturen 2b sind Oberflächenstrukturen in Mikro- oder Nano-Größe. Die Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe bezeichnen Oberflächenstrukturen mit einem Höhenunterschied von 1 µm bis weniger als 1.000 µm. Die Oberflächenstrukturen in Nano-Größe bezeichnen Oberflächenstrukturen mit einem Höhenunterschied von 1 nm bis weniger als 1.000 nm. Als spezifischeres Beispiel können auf einem Teil der Oberfläche 2a die mittlere arithmetische Rauheit Ra, die maximale Höhe Ry und die mittlere Zehnpunkt-Rauheit Rz, die in JIS B0601(1994) definiert sind, auf 0,2 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger, 1,0 µm oder mehr und 30,0 µm oder weniger, bzw. 1,0 µm oder mehr und 20,0 µm oder weniger eingestellt werden. Wenn die mittlere arithmetische Rauheit Ra, die maximale Höhe Ry und die mittlere Zehnpunkt-Rauheit Rz in diesen Bereichen eingestellt werden, besitzen die Oberflächenstrukturen 2b eine ausreichende Verankerungswirkung für das faserverstärkte Harzbauteil 3. Somit erhöht sich die Bindungsfestigkeit zwischen dem metallischen Bauteil 2 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3.
  • Es wurde gefunden, dass eine höhere Bindungsfestigkeit erhalten wird, wenn die arithmetische mittlere Neigung RΔa, definiert in JIS B0601(1994), kontrolliert wird. Als spezifisches Beispiel kann die arithmetische mittlere Neigung RΔa 0,17 oder größer und 0,50 oder kleiner sein. Je kleiner die arithmetische mittlere Neigung RΔa, desto niedriger ist die Bindungsfestigkeit. Wenn die arithmetische mittlere Neigung RΔa kleiner als 0,17 ist, ist es schwierig, eine praktikable Bindungsfestigkeit zu erhalten. Wenn die arithmetische mittlere Neigung RΔa erhöht wird, müssen die Prozessbedingungen zum Bilden der Oberflächenstrukturen 2b in größerem Ausmaß kontrolliert werden. Somit kann sich die Produktivität verringern, wenn die mittlere arithmetische Neigung RΔa größer als 0,50 ist. Wenn die Oberflächenstrukturen 2b durch Strahlen gebildet werden, was später beschrieben werden wird, ist es schwierig, das Strahlen so durchzuführen, dass die arithmetische mittlere Neigung RΔa größer als 0,50 ist.
  • Es wurde ferner gefunden, dass eine höhere Bindungsfestigkeit erhalten wird, wenn die mittlere quadratische Neigung RΔq zusätzlich zur arithmetischen mittleren Neigung RΔa kontrolliert wird. Als spezifisches Beispiel kann die mittlere quadratische Neigung RΔq 0,27 oder größer und 0,60 oder kleiner betragen. Je kleiner die mittlere quadratische Neigung RΔq, desto höher ist die Bindungsfestigkeit. Wenn die mittlere quadratische Neigung RΔq kleiner ist als 0,27, ist es schwierig, eine praktikable Bindungsfestigkeit zu erhalten. Wenn die mittlere quadratische Neigung RΔq erhöht wird, müssen die Prozessbedingungen zum Bilden der Oberflächenstrukturen 2b in größerem Ausmaß kontrolliert werden. Somit kann die Produktivität verringert sein, wenn mittlere quadratische Neigung RΔq größer als 0,60 ist. Wenn die Oberflächenstrukturen 2b durch Strahlen gebildet werden, was später beschrieben werden wird, ist es schwierig, das Strahlen so durchzuführen, dass die mittlere quadratische Neigung RΔq größer als 0,60 wird.
  • Das faserverstärkte Harzbauteil 3, das teilweise in die Oberflächenstrukturen 2b eingeführt ist, wird mit dem metallischen Bauteil 2 verbunden. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird in den Oberflächenstrukturen 2b gehärtet und führt somit zu einem Verankerungseffekt. Solch eine Struktur wird zum Beispiel durch Bandplatzierformen oder durch kontinuierliches Ultraschallschweißen gebildet, was später beschrieben werden wird. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 ist aus den Faserteilen 5 und dem Harzteil 6 aufgebaut. Das Material der Faserteile 5 ist eine Faser, zum Beispiel eine aromatische Polyamidfaser, eine Kohlefaser oder eine Glasfaser. Das Material des Harzteils 6 ist ein Harz, zum Beispiel Polyamid. Das Material des Harzteils 6 kann ein Harz sein, zum Beispiel Polybutylenterephthalat, Polyphenylensulfid, ein Flüssigkristallpolymer, Polypropylen oder Acrylonitril-Butadien-Styrol. Zum Beispiel wird ein Prepreg, worin die Faserteile 5 mit dem Harzteil 6 in einem halb-gehärteten Zustand imprägniert sind, gestapelt, und dann werden Wärme und Druck auf das Prepreg ausgeübt, so dass das faserverstärkte Harzbauteil 3 hergestellt wird.
  • Das Kompositbauteil 1 umfasst das faserverstärkte Harzbauteil 3, das zum Beispiel eine Verbindung mit einem Fluorengerüst umfasst. Die Verbindung mit Fluorengerüst ist zum Beispiel 9,9-Bis(hydroxyphenyl)fluoren, 9,9-Bis(alkylhydroxyphenyl)fluoren oder 9,9-Bis(hydroxyalkoxy phenyl)fluoren. In dem Kompositbauteil 1 ist zum Beispiel eine Verbindung mit einem Fluorengerüst in einer Masseäquivalentmenge von 1 % oder mehr und 15 % oder weniger der Masse des Harzteils 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 enthalten.
  • Die Funktion des Kompositbauteils 1 wird durch die Scherfestigkeit vor und nach einem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung bewertet. Der Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung ist ein Test, worin das Kompositbauteil 1 von -40°C auf 140°C erwärmt wird und bei 140°C für 30 Minuten gehalten wird, und das Kompositbauteil 1 dann von 140°C auf -40°C gekühlt wird und für 30 Minuten bei -40°C gehalten wird. Dieser Zyklus wird 300-mal durchgeführt. Die Details des Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung werden später beschrieben. Nachdem der Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung durchgeführt worden ist, ist die Scherfestigkeit in dem Kompositbauteil 1 nur um 15,4 % oder weniger verringert, verglichen mit der Scherfestigkeit, bevor der Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung durchgeführt worden ist.
  • Wie vorstehend beschrieben weist das Kompositbauteil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Oberflächenstrukturen 2b auf der Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 auf, die in direktem Kontakt mit dem faserverstärkten Harzbauteil 3 steht, wodurch der Verankerungseffekt herbeigeführt wird. Somit weist das Kompositbauteil 1 eine hohe Bindungsfestigkeit auf. Ferner ist das Kompositbauteil 1 durch Verbinden des metallischen Bauteils 2 und des faserverstärkten Harzbauteils 3 bei einer geeigneten Temperatur gebildet, so dass die Verringerung der Scherfestigkeit nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung auf 15,4 % oder weniger gedrückt werden kann, verglichen mit der Scherfestigkeit vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung. Somit kann bei dem Kompositbauteil 1 eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrückt werden, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird. Wenn ein Schlag auf das Kompositbauteil 1 ausgeübt wird, ist das faserverstärkte Harzbauteil 3 fest an das metallische Bauteil 2 gebunden, so dass die Faserteile 5 in dem faserverstärkten Harzbauteil 3 brechen bevor das faserverstärkte Harzbauteil 3 von dem metallischen Bauteil 2 abgelöst wird. Dies absorbiert den Schlag auf das Kompositbauteil 1. Somit weist das Kompositbauteil 1, worin das faserverstärkte Harzbauteil 3 gebunden ist, eine höhere Schlagabsorption auf als ein Kompositbauteil, worin ein Harzbauteil, das die Faserteile 5 nicht enthält, gebunden ist. Solch eine hohe Schlagabsorption wird in einem Bereich bereit gestellt, worin das faserverstärkte Harzbauteil 3 gebunden ist. Somit kann eine Modifizierung des metallischen Bauteils 2 in Übereinstimmung mit dem gebundenen Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 kontrolliert werden.
  • Das Kompositbauteil 1 umfasst das faserverstärkte Harzbauteil 3, das die Verbindung mit dem Fluorengerüst enthält. Die Verbindung mit dem Fluorengerüst ist in dem Harzteil 6 des faserverstärkte Harzbauteils 3 enthalten, wodurch die Schmelzviskosität des Harzteils 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 verringert wird und die Fließeigenschaften während des Schmelzens verbessert werden. Somit wird die Übertragung des faserverstärkten Harzbauteils 3 mit höherer Adhäsion verbessert, wenn das faserverstärkte Harzbauteil 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 geformt wird. Ferner wird die Adhäsion zwischen den Faserteilen 5 und dem Harzteil 6 verbessert, wodurch sich die Festigkeit des faserverstärkten Harzbauteils 3 erhöht. Der Harzteil 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur, nachdem die Verbindung mit dem Fluorengerüst zu dem Harzteil 6 zugegeben worden ist. Somit wird das Erhöhen auf eine hohe Temperatur unterdrückt, wenn das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3 miteinander verbunden werden, so dass das Kompositbauteil 1 durch die Ausdehnung und Schrumpfung des metallischen Bauteils 2 und des faserverstärkten Harzbauteils 3 kaum deformiert oder abgelöst wird. Somit kann bei dem Kompositbauteil 1 eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrückt werden, wobei die Verringerung durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • In dem Kompositbauteil 1 beträgt die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 mit den Oberflächenstrukturen 2b 0,17 oder mehr und 0,50 oder weniger. Durch die Verwendung eines metallischen Bauteils 2 mit einer Oberfläche mit einer arithmetischen mittleren Neigung von 0,17 oder größer und 0,50 oder kleiner erhöht sich die Oberfläche des metallischen Bauteils 2, was es dem Kompositbauteil 1 ermöglicht, den Verankerungseffekt gut zu erhalten.
  • [Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils]
  • Nachstehend werden die Grundzüge einer Vorrichtung beschrieben werden, die für das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils 1 verwendet wird. Zunächst wird eine Vorrichtung zum Durchführen des Strahlens beschrieben werden. Das Strahlen ist eine Oberflächenbehandlung zum Bilden von Oberflächenstrukturen in Mikro- oder Nano-Größe auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2. Die Oberflächenbehandlung ist ein Verfahren zum Aufrauen der Oberfläche des metallischen Bauteils 2. Die Strahlvorrichtung kann irgendeine Art von einer Schwerkraft (Saug)-Luftstrahlvorrichtung, einer gerad-hydraulischen (Druck) Luftstrahlvorrichtung und einer zentrifugalen Strahlvorrichtung sein. In dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine sogenannte gerad-hydraulische (Druck) Luftstrahlvorrichtung als ein Beispiel verwendet. 3 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Strahlvorrichtung 10 veranschaulicht, die für das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils 1 eingesetzt wird. Die Strahlvorrichtung 10 umfasst eine Strahlkammer 11, eine Strahldüse 12, einen Speichertank 13, eine Druckkammer 14, eine Druckluftzufuhr 15 und einen Staubabscheider (nicht veranschaulicht).
  • Die Strahldüse 12 ist in der Strahlkammer 11 vorgesehen, und es wird ein Strahlen an einem Arbeitsstück (metallisches Bauteil 2) in der Strahlkammer 11 durchgeführt. Das Strahlmaterial aus der Strahldüse 12 fällt mit Staub auf den Boden der Strahlkammer 11. Das gefallene Strahlmaterial wird zum Speichertank 13 zugeführt, und der Staub wird zum Staubabscheider zugeführt. Das in dem Speichertank 13 gespeicherte Strahlmaterial wird zu der Druckkammer 14 zugeführt, und dann wird die Druckkammer 14 durch die Druckluftzufuhr 15 unter Druck gesetzt. Das in der Druckkammer 14 gespeicherte Strahlmaterial wird mit Druckluft zur Strahldüse 12 zugeführt. Auf diese Art wird das Arbeitsstück einem Strahlen unterzogen, während das Strahlmaterial zirkuliert.
  • 4 ist eine erklärende Zeichnung, die die Konfiguration der Strahlvorrichtung 10 veranschaulicht, die für das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils 1 gemäß einer Ausführungsform verwendet wird. Die Strahlvorrichtung 10 in 4 ist eine gerad-hydraulische Strahlmaschine, die in 3 veranschaulicht ist. In 4 ist die Wandoberfläche der Strahlkammer 11 teilweise nicht gezeigt.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst die Strahlvorrichtung 10 den Strahlmaterial-Speichertank 13 und die Druckkammer 14, die mit der Druckluftzufuhr 15 verbunden sind und verschlossene Strukturen aufweisen, ein Festmengen-Zuführteil 16, das mit dem Speichertank 13 in der Druckkammer 14 verbunden ist, die Strahldüse 12, die mit dem Festmengen-Zuführteil 16 über ein Verbindungsrohr 17 verbunden ist, einen Arbeitstisch 18, der bewegt werden kann, während ein Werkstück unterhalb der Strahldüse 12 gehalten wird, und eine Steuereinheit 19.
  • Die Steuereinheit 19 steuert die Aufbauelemente der Strahlvorrichtung 10. Die Steuereinheit 19 umfasst zum Beispiel eine Anzeige und eine Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit ist typischerweise ein Computer, der eine CPU und eine Speichereinheit umfasst. Die Steuereinheit 19 steuert die Zufuhrmenge aus der Druckluftzufuhr 15, die Druckluft zu dem Speichertank 13 und zur Druckkammer 14 zuführt, auf Grundlage eines eingestellten Strahldrucks und einer eingestellten Strahlgeschwindigkeit. Ferner steuert die Steuereinheit 19 die Position eines Strahls aus der Strahldüse 12 auf Grundlage des Abstands zwischen dem eingestellten Werkstück und der Düse und den Rasterbedingungen (einschließlich Geschwindigkeit, Vorschubstrecke und Anzahl der Rasterungen) des Arbeitsstücks. Als spezifisches Beispiel steuert die Steuereinheit 19 die Position der Strahldüse 12 unter Verwendung einer Rastergeschwindigkeit (X-Richtung) und Vorschubstrecke (Y-Richtung), die vor dem Strahlen eingestellt werden. Die Steuereinheit 19 steuert die Position der Strahldüse 12, indem der Arbeitstisch 18, der das Werkstück hält, bewegt wird.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht der Strahldüse 12, die in 4 veranschaulicht ist. Die Strahldüse 12 weist einen Strahlrohrhalter 120, der als Körperteil dient, auf. Der Strahlrohrhalter 120 ist ein zylindrisches Bauteil mit einem Raum zum Durchführen des Strahlmaterials und Druckluft hierin. Ein Ende des Strahlrohrhalters 120 ist eine Strahlmaterial-Einlassöffnung 123, und das andere Ende des Strahlrohrhalters 120 ist eine Strahlmaterial-Auslassöffnung 122. Der Strahlrohrhalter 120 umfasst einen Konvergenz-Beschleunigungsteil 121, der mit einem Neigungswinkel konisch ist, wobei der Konvergenz-Beschleunigungsteil 121 eine Innenwandoberfläche aufweist, die sich von der Strahlmaterial-Einlassöffnung 123 hin zu der Strahlmaterial-Auslassöffnung 122 verjüngt. Mit der Strahlmaterial-Auslassöffnung 122 des Strahlrohrhalters 120 ist ein zylindrisches Strahlrohr 124 verbunden. Der Konvergenz-Beschleunigungsteil 121 verjüngt sich vom Mittelpunkt der zylindrischen Form des Strahlrohrhalters 120 hin zum Strahlrohr 124. Dies bildet einen komprimierten Luftfluss 115.
  • Das Verbindungsrohr 17 der Strahlvorrichtung 10 ist mit der Strahlmaterial-Einlassöffnung 123 der Strahldüse 12 verbunden. Dies bildet einen Strahlmaterialweg, der nacheinander den Speichertank 13, das Festmengen-Zuführteil 16 in der Druckkammer 14, das Verbindungsrohr 17 und die Strahldüse 12 verbindet.
  • In der so konfigurierten Strahlvorrichtung 10 wird Druckluft aus der Druckluftzufuhr 15 zum Speichertank 13 und zur Druckkammer 14 zugeführt, nachdem die Druckluftmenge durch die Steuereinheit 19 gesteuert worden ist. Anschließend wird das Strahlmaterial im Speichertank 13 quantitativ durch das Festmengen-Zuführteil 16 in der Druckkammer 14 mit einer konstanten Druckluftkraft bestimmt, das Strahlmaterial wird durch das Verbindungsrohr 17 zu der Strahldüse 12 geführt, und dann wird das Strahlmaterial aus dem Strahlrohr der Strahldüse 12 auf die Arbeitsoberfläche des Arbeitsstücks gerichtet. Somit wird immer eine feste Menge des Strahlmaterials auf die Arbeitsoberfläche des Arbeitsstücks gerichtet. Anschließend wird die Position des Strahls, der aus der Strahldüse 12 auf die Arbeitsoberfläche des Arbeitsstücks gerichtet ist, durch die Steuereinheit 19 gesteuert, und dann wird das Arbeitsstück dem Strahlen unterzogen.
  • Das aufgestrahlte Strahlmaterial und Schneidpulver, das durch Strahlen generiert wird, werden von dem Staubabscheider eingesogen, was nicht gezeigt ist. An einer Passage von der Stahlkammer 11 zum Staubabscheider ist eine Klassifiziervorrichtung, die nicht gezeigt ist, angeordnet, um wiederverwendbares Strahlmaterial und anderes Feinpulver (Strahlmaterial, das nicht in einer wiederverwendbaren Größe vorliegt, oder Schneidpulver, das durch das Strahlen generiert wird) zu trennen. Das wiederverwendbare Strahlmaterial wird in dem Speichertank 13 gespeichert und wird dann wieder zu der Strahldüse 12 zugeführt. Das Feinpulver wird von dem Staubabscheider gesammelt.
  • Nachstehend wird ein Bandplatzierformen („Tape placement molding“) (automatisierte Bandverlegung (ATL)/automatisiertes Faserplatzieren (AFP)) beschrieben werden. Das Bandplatzierformen ist ein Formverfahren, worin ein faserverstärktes Harzbauteil (Prepreg-Band) direkt auf einer Oberfläche eines metallischen Bauteils geformt wird, während Wärme und Druck auf das faserverstärkte Harzbauteil ausgeübt werden. Das Bandplatzierverfahren der vorliegenden Ausführungsform verbindet das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3 durch Binden des faserverstärkten Harzbauteils 3 an das metallische Bauteil 2 auf einem Ladetisch, während Wärme und Druck auf einen Teil des bandartigen faserverstärkten Harzbauteils 3 ausgeübt werden. In dem Bandplatzierformen wird, während das bandartige faserverstärkte Harzbauteil 3 teilweise geschmolzen ist, ein geschmolzener Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebunden. Dieser Prozess wird wiederholt, um das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3 direkt zu verbinden. 6 ist eine vergrößerte Teilansicht einer für das Bandplatzierformen verwendeten Formvorrichtung. Wie in 6 veranschaulicht ist, ist eine Formvorrichtung 20 oberhalb eines Ladetisches 21 vorgesehen. Das metallische Bauteil 2 wird auf dem Ladetisch 21 platziert. Die Formvorrichtung 20 kann die Temperatur des Ladetisches 21 steuern. Der Ladetisch 21 stellt die Oberflächentemperatur des metallischen Bauteils 2 ein. Der Ladetisch 21 kann das metallische Bauteil 2 zum Beispiel durch Luftkühlung, Wasserkühlung oder durch einen Wärmetauscher kühlen und kann das metallische Bauteil 2 durch eine Heizvorrichtung oder dergleichen erwärmen. Die Formvorrichtung 20 steuert die Temperatur des Ladetisches 21 so, dass die Temperatur einer metallischen Oberfläche zum Beispiel 23°C (Raumtemperatur) oder mehr und 100°C oder weniger beträgt.
  • Die Formvorrichtung 20 umfasst eine Harzzuführeinheit 22, eine Presseinheit 23 und eine Laserbestrahlungseinheit 24. Die Harzzuführeinheit 22 führt das bandartige (riemenartige) faserverstärkte Harzbauteil 3 in einer vorbestimmten Menge und Dicke zu der Presseinheit 23 zu. Die Presseinheit 23 weist eine zylindrische Walze auf, die um die Rotationsachse rotieren und sich nahe zum metallischen Bauteil 2 auf dem Ladetisch 21 bewegen kann. Die Presseinheit 23 wickelt das faserverstärkte Harzbauteil 3 von der Harzzuführeinheit 22 zum Ladetisch 21 (in der Richtung des Pfeils R1 in 6) gemäß der Rotation der Walze hin ab. Die Presseinheit 23 führt das abgewickelte faserverstärkte Harzbauteil 3 zu dem metallischen Bauteil 2 am Boden der Walze zu und presst während der Rotation das bandartige faserverstärkte Harzbauteil 3 auf das metallische Bauteil 2. Die Laserbestrahleinheit 24 strahlt einen Laserstrahl auf das von der Presseinheit 23 abgewickelte faserverstärkte Harzbauteil 3. Beispielsweise bestrahlt die Laserbestrahleinheit 24 einen Laserstrahl auf das faserverstärkte Harzbauteil 3, das nahe zu der Bindungsoberfläche 4 des metallischen Bauteils 2 bewegt worden ist.
  • Die Formvorrichtung 20 umfasst eine Bewegungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist. Die Bewegungsvorrichtung kann zumindest die Presseinheit 23 zum Ladetisch 21 bewegen und stellt den Abstand zwischen der Presseinheit 23 und dem metallischen Bauteil 2 auf dem Ladetisch 21 und die Position im Hinblick auf die Erstreckungsrichtung des metallischen Bauteils 2 ein. Wenn zum Beispiel in 6 das faserverstärkte Harzbauteil 3 zu dem metallischen Bauteil 2 zugeführt wird, bewegt die Bewegungsvorrichtung die Presseinheit 23 hin zur Laserbestrahleinheit 24. Die Presseinheit 23 rotiert gemäß einer Bewegung durch die Bewegungsvorrichtung, presst (übt einen Druck aus auf) das faserverstärkte Harzbauteil 3 auf das metallische Bauteil 2 auf dem Ladetisch 21, und wickelt das von der Harzzuführeinheit 22 zugeführte faserverstärkte Harzbauteil 3 ab. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird durch einen Laserstrahl, der von der Laserbestrahleinheit 24 ausgestoßen wird, erwärmt und geschmolzen, so dass das auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 durch die Presseinheit 23 gepresste faserverstärkte Harzbauteil 3 in Kontakt mit den Oberflächenstrukturen 2b kommt. Auf Grundlage der Messergebnisse eines Temperatursensors und eines Drucksensors, die nicht gezeigt sind, werden die Parameter der Formvorrichtung 20 eingestellt, um geformte Artikel herzustellen. Die Parameter umfassen die Oberflächentemperatur des metallischen Bauteils 2, die Oberflächentemperatur des faserverstärkten Harzbauteils 3, den Druck der Presseinheit 23, die Rotationsgeschwindigkeit der Walze der Presseinheit 23 und die Bewegungsgeschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung. Die Formvorrichtung 20 kann eine Schicht des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf dem metallischen Bauteil 2 durch Zuführen des bandartigen faserverstärkten Harzbauteils 3 zu dem metallischen Bauteil 2 bilden. Das durch den Laserstrahl erwärmte faserverstärkte Harzbauteil 3 wird außerhalb des Bereichs der Laserbestrahlung durch die Laserbestrahlungseinheit 24 nicht erwärmt und wird auf Raumtemperatur gekühlt. Die Formvorrichtung 20 führt ferner das faserverstärkte Harzbauteil 3 auf die Schicht des faserverstärkten Harzbauteils 3 zu, um eine Schicht des faserverstärkten Harzbauteils 3 mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden. Der von der Formvorrichtung 20 gebildete Formartikel weist eine Überlappungsverbindungsstruktur auf, die in einer vorbestimmten Fläche verbunden ist.
  • Die Abfolge des Verfahrens zur Herstellung des Kompositbauteils 1 wird nachstehend beschrieben. 7 ist ein Fließdiagramm eines Herstellungsverfahrens MT für das Kompositbauteil 1 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 7 gezeigt ist, wird zunächst ein vorbestimmtes Strahlmaterial in die Strahlvorrichtung 10 als Vorbereitungsschritt (S10) eingebracht. Die Partikelgröße des Strahlmaterials (abrasive Körner) beträgt zum Beispiel 30 µm bis 300 µm. Je kleiner die Partikelgröße des Strahlmaterials ist, desto kleiner ist die Masse des Strahlmaterials. Dies führt zu einer kleinen Trägheitskraft. Wenn die Partikelgröße des Strahlmaterials somit kleiner als 30 µm ist, ist es schwierig, die Oberflächenstrukturen 2b in den gewünschten Formen zu bilden. Je größer die Partikelgröße des Strahlmaterials ist, desto größer ist die Masse des Strahlmaterials. Dies führt zu einer großen Trägheitskraft. Somit besteht die Wahrscheinlichkeit, dass das Strahlmaterial durch Zusammenstoß mit dem metallischen Bauteil 2 zerkleinert wird. Dies zu den folgenden Problemen: (1) schlechte Arbeitseffizienz, die durch die Dispersion der Kollisionsenergie in einem Prozess verursacht wird, der sich von der Bildung der Oberflächenstrukturen 2b unterscheidet, und (2) hohe Kosten, weil das Strahlmaterial stark abgenutzt wird. Solche Probleme werden offensichtlich, wenn die Partikelgröße 300 µm übersteigt.
  • Die Steuereinheit 19 der Strahlvorrichtung 10 akquiriert die Strahlbedingungen als Vorbereitungsschritt (S10). Die Steuereinheit 19 akquiriert die Strahlbedingungen auf Grundlage der Bedienung durch einen Bediener oder durch Informationen, die in der Speichereinheit gespeichert sind. Die Strahlbedingungen umfassen den Strahldruck, die Strahlgeschwindigkeit, den Abstand zwischen den Düsen und die Arbeitsstück-Rasterbedingungen (Geschwindigkeit, Vorschubstrecke und Anzahl von Scans). Der Strahldruck beträgt zum Beispiel 0,5 MPa oder mehr und 2,0 MPa oder weniger. Je niedriger der Strahldruck ist, desto kleiner ist die Trägheitskraft. Wenn somit der Strahldruck kleiner als 0,5 MPa ist, ist es schwierig, die Oberflächenstrukturen 2b in gewünschten Formen zu bilden. Je höher der Strahldruck ist, desto größer ist die Trägheitskraft. Somit besteht die Wahrscheinlichkeit, dass das Strahlmaterial durch Kollision mit dem metallischen Bauteil 2 zerkleinert wird. Dies führt zu den folgenden Problemen: (1) schlechte Arbeitseffizienz, die durch die Dispersion der Kollisionsenergie in einem Prozess verursacht wird, der sich von der Bildung der Oberflächenstrukturen 2b unterscheidet, und (2) hohe Kosten, weil das Strahlmaterial stark abgenutzt wird. Solche Probleme werden offensichtlich, wenn der Strahldruck 2,0 MPa übersteigt. Die Steuereinheit 19 führt eine präzise Kontrolle im Hinblick auf die Größe, Tiefe und Dichte der Oberflächenstrukturen 2b in Mikro-Größenordnung oder Nano-Größenordnung auf der Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 durch, indem die Strahlbedingungen gesteuert werden. Die Strahlbedingungen können eine Bedingung zum Spezifizieren eines Strahlbereichs umfassen. In diesem Fall wird eine selektive Oberflächenbehandlung erreicht.
  • Anschließend führt die Strahlvorrichtung 10 eine Serie von Prozessen als Strahlschritt (S12) wie folgt durch: zunächst wird das metallische Bauteil 2, das das Ziel des Strahlens ist, auf dem Arbeitstisch 18 in der Strahlkammer 11 platziert. Die Steuereinheit 19 aktiviert dann den Staubabscheider, was nicht gezeigt ist. Der Staubabscheider reduziert den Druck in der Strahlkammer 11 auf Grundlage des Steuersignals der Steuereinheit 19 zu einem Unterdruck. Danach schickt auf Grundlage des Steuersignals der Steuereinheit 19 die Strahldüse 12 einen Strahl des Strahlmaterials als einen zweiphasiges Fest/Gas-Fluss von Druckluft mit einem Strahldruck von 0,5 MPa oder mehr und 2,0 MPa oder weniger. Die Steuereinheit 19 aktiviert dann den Arbeitstisch 18 und bewegt das metallische Bauteil 2 in den Strahlfluss des zweiphasigen Fest/Gas-Flusses (unterhalb der Strahldüse in 4). 8 ist ein Konzeptdiagramm des Strahlens. Wie in 8 gezeigt, wird das Strahlmaterial von der Strahldüse 12 auf einen Teilbereich 2c der Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt aktiviert die Steuereinheit 19 kontinuierlich den Arbeitstisch 18 so, dass der Strahlfluss einem vorbestimmten Weg auf dem metallischen Bauteil 2 folgt. 9 ist eine beispielhafte Zeichnung eines Rasterstrahlens. Wie in 9 gezeigt ist, betreibt die Steuereinheit 19 den Arbeitstisch 18 gemäß einem Pfad L zum Rastern mit einer Vorschubstrecke P. 10A-10C sind erklärende Zeichnungen des Herstellungsprozesses des Kompositbauteils. Wie in 10 veranschaulicht ist, werden die Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe 2b auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 wie gewünscht gebildet.
  • Durch das Strahlen unter Verwendung des Strahlmaterials mit einer Partikelgröße von 30 µm oder mehr und 300 µm oder weniger bei einem Strahldruck von 0,5 MPa oder mehr und 2,0 MPa oder weniger werden die Oberflächenstrukturen mit Mikro-Größe oder Nano-Größe 2b auf der Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 wie gewünscht gebildet (zum Beispiel weisen die Oberflächenstrukturen 2b eine arithmetische mittlere Neigung RΔa und eine quadratische Neigung RΔq auf, die zu 0,17 oder mehr und 0,50 oder weniger bzw. 0,27 oder mehr und 0,60 oder weniger kontrolliert werden). Nachdem der Betrieb der Strahlvorrichtung 10 gestoppt worden ist, wird das metallische Bauteil 2 entfernt, und das Strahlen ist vollendet.
  • Anschließend wird als Zugabeschritt (S14) ein Additiv zu dem faserverstärkten Harzbauteil 3 zugegeben. Das Additiv enthält eine Verbindung mit Fluorengerüst. Die Verbindung mit Fluorengerüst ist zum Beispiel 9,9-Bis(hydroxyphenyl)fluoren, 9,9-Bis(alkylhydroxyphenyl)fluoren oder 9,9-Bis(hydroxyalkoxy phenyl)fluoren. Im Zugabeschritt (S14) wird die Verbindung zum Beispiel so zugegeben, dass eine Verbindung mit einem Fluorengerüst in einem Masseäquivalent von 1 % oder mehr und 15 % oder weniger der Masse des Harzteils 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 enthalten ist. Die Vollendung der Zugabe der Verbindung reduziert die Schmelzviskosität des Harzteils 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 und verbessert die Fließeigenschaften während des Schmelzens.
  • Anschließend wird als Verbindungsschritt (S16) ein Bandplatzierformen unter Verwendung der Formvorrichtung 20 durchgeführt. Als erstes wird das metallische Bauteil 2, das dem Strahlen unterzogen worden ist, auf dem Ladetisch 21 platziert. Die Formvorrichtung 20 führt das faserverstärkte Harzbauteil 3 von der Harzzuführeinheit 22 zur Presseinheit 23 zu. Die Formvorrichtung 20 strahlt einen Laserstrahl aus der Laserbestrahlungseinheit 24 auf das von der Presseinheit 23 abgewickelte faserverstärkte Harzbauteil 3 und schmilzt das faserverstärkte Harzbauteil 3 teilweise. Die Formvorrichtung 20 kontrolliert die Temperatur des von der Presseinheit 23 abgewickelten faserverstärkten Harzbauteils 3 auf Grundlage eines Messergebnisses des nicht gezeigten Temperatursensors auf einen eingestellten Wert. Die Formvorrichtung 20 stellt die Oberflächentemperatur des metallischen Bauteils 2 durch Kontrollieren der Temperatur des Ladetisches 21 auf Grundlage des Messergebnisses des nicht gezeigten Temperatursensors so ein, dass die Oberflächentemperatur des metallischen Bauteils 2 einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt. Die Formvorrichtung 20 steuert ferner den Druck der Presseinheit 23 auf das metallische Bauteil 2 auf Grundlage eines Messergebnisses des nicht gezeigten Drucksensors auf einen bestimmten Wert. Danach führt die Formvorrichtung 20 das bandartige faserverstärkte Harzbauteil 3 zu dem metallischen Bauteil 2 auf Grundlage der eingestellten Temperatur und des Drucks und der Bewegungsgeschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung. Das zu der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 zugeführte faserverstärkte Harzbauteil 3 wird geschmolzen und dringt somit in die Oberflächenstrukturen 2b ein. Das auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 zugeführte faserverstärkte Harzbauteil 3 wird gekühlt, verfestigt und an das metallische Bauteil 2 gebunden. Wie in 10B veranschaulicht ist, wird eine Schicht des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebildet. Die Formvorrichtung 20 führt das faserverstärkte Harzbauteil 3 auf das faserverstärkte Harzbauteil 3 so zu und stapelt es, so dass die faserverstärkten Harzbauteile 3 eine vorbestimmte Dicke aufweisen. Wie in 10C gezeigt ist, werden mehrere Schichten des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebildet. Die Formvorrichtung 20 stapelt das faserverstärkte Harzbauteil 3 wiederholt, bis die faserverstärkten Harzbauteile 3 eine vorbestimmte Dicke erreicht haben. Nachdem die Dicke der faserverstärkten Harzbauteile 3 die vorbestimmte Dicke erreicht hat, trennt die Formvorrichtung 20 die Presseinheit 23 vom Ladetisch 21 unter Verwendung der Bewegungsvorrichtung und entfernt das Kompositbauteil 1, worin das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3 miteinander integriert sind. Nach Vollendung des Verbindungsschritts (S16) ist das Fließdiagramm in 7 vollendet.
  • Wie vorstehend beschrieben werden mit dem Herstellungsverfahren MT für das Kompositbauteil 1 die Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe 2b auf der Oberfläche 2a des metallischen Bauteils 2 im Strahlschritt (S12) gebildet, der ein Beispiel einer Oberflächenbehandlung ist. Im Verbindungsschritt (S16) wird das faserverstärkte Harzbauteil 3 teilweise geschmolzen und an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebunden. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird in die Oberflächenstrukturen 2b eingeführt, die auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebildet sind, und wird hierin verfestigt, wodurch ein Verankerungseffekt herbeigeführt wird. Im Verbindungsschritt (S16) ist der Schmelzbereich auf einen Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 beschränkt, wodurch ein Erwärmen des gesamten metallischen Bauteils 2 auf eine hohe Temperatur unterdrückt wird. Die geringe Temperaturveränderung über das metallische Bauteil 2 vor und nach dem Verbindungsschritt (S16) reduziert die Ausdehnung und die Schrumpfung des metallischen Bauteils 2, wodurch der Einfluss der thermischen Ausdehnung des metallischen Bauteils 2 auf die Deformation des Kompositbauteils 1 verringert wird. Durch Wiederholen des teilweisen Schmelzens und Bindens an das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird das faserverstärkte Harzbauteil 3 allmählich an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 auf kontinuierliche Weise gebunden. Das faserverstärkte Harzbauteil und das metallische Bauteil 2 werden von den verbundenen Bereichen sequenziell gekühlt, und die gebundenen Teile kehren sequenziell zu den Ausmaßen vor dem Erwärmen zurück. So wird der Einfluss des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem faserverstärkten Harzbauteil 3 und dem metallischen Bauteil 2 auf die Deformation des Kompositbauteils 1 zu einem partiellen und temporären Einfluss, und das Binden wird allmählich durchgeführt, während der Unterschied in der thermischen Ausdehnung verringert wird. Dies verringert die Deformation des Kompositbauteils 1 im Vergleich zu dem Fall, dass das faserverstärkte Harzbauteil vollständig geschmolzen und dann gleichzeitig an die gesamte Oberfläche des metallischen Bauteils gebunden wird. Wie vorstehend beschrieben kann das Herstellungsverfahren MT das Auftreten der Deformation und die Ablösung auf dem Kompositbauteil 1 unterdrücken, sogar wenn ein Unterschied im thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil 2 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3 besteht. Somit kann in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren MT eine Verringerung der Bindungsfestigkeit unterdrückt werden, wobei die Verringerung durch den Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird. Wenn ein Stoß auf das Kompositbauteil 1 ausgeübt wird, ist das faserverstärkte Harzbauteil 3 fest an das metallische Bauteil 2 gebunden, so dass die Faserteile 5 in dem faserverstärkten Harzbauteil 3 gebrochen werden bevor sich das faserverstärkte Harzbauteil 3 von dem metallischen Bauteil 2 ablöst. Dies absorbiert den Schlag auf das Kompositbauteil 1. Somit besitzt das Kompositbauteil 1, worin das faserverstärkte Harzbauteil 3 gebunden ist, eine höhere Schlagabsorption als ein Kompositbauteil, worin ein Harzbauteil, das die Faserteile 5 nicht enthält, gebunden ist. Solch eine hohe Schlagabsorption wird in einem Teil bereitgestellt, worin das faserverstärkte Harzbauteil 3 gebunden ist. Somit kann eine Modifikation des metallischen Bauteils 2 in Übereinstimmung mit dem gebundenen Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 kontrolliert werden.
  • Im Herstellungsverfahren MT wird im Verbindungsschritt (S16) das faserverstärkte Harzbauteil 3 direkt an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 durch ein Bandplatzierformen gebunden. In diesem Fall ist keine Form zum Platzieren des metallischen Bauteils 2 und des faserverstärkten Harzbauteils 3 erforderlich, so dass keine Wärme auf die Gesamtheit des metallischen Bauteils 2 oder die Gesamtheit des faserverstärkten Harzbauteils 3 ausgeübt wird. Spezifisch wird nur ein Bereich der Laserbestrahlung von der Laserbestrahleinheit 24 durch die Formvorrichtung 20 teilweise erwärmt. Somit ist durch die Kontrolle des Bereichs der Strahlung der Laserbestrahleinheit 24 der Schmelzbereich auf einen Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 beschränkt, wodurch der Erwärmungsbereich auf dem metallischen Bauteil 2 minimiert wird. Somit wird das Erwärmen des gesamten metallischen Bauteils 2 auf eine hohe Temperatur unterdrückt. Das teilweise geschmolzene faserverstärkte Harzbauteil 3 wird allmählich an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 auf eine kontinuierliche Weise durch eine Bewegung und einen Druck der Presseinheit 23 gebunden. Das an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebundene faserverstärkte Harzbauteil 3 und das metallische Bauteil 2 werden vom Ort der Bestrahlung durch die Laserstrahleinheit 24 durch eine Bewegung der Formvorrichtung 20 herausbewegt und werden somit sequenziell von den gebundenen Bereichen her gekühlt, und die gebundenen Bereiche kehren sequenziell zu ihren Ausmaßen vor dem Erwärmen zurück. Somit wird der Einfluss des Unterschieds der thermischen Ausdehnung zwischen dem faserverstärkten Harzbauteil 3 und dem metallischen Bauteil 2 auf die Deformation des Kompositbauteils 1 zu einem partiellen und temporären Einfluss, und das Verbinden wird allmählich durchgeführt, während der Unterschied in der thermischen Ausdehnung verringert wird. Dies verringert die Deformation des Kompositbauteils 1 im Vergleich zu dem Fall, in dem das faserverstärkte Harzbauteil vollständig geschmolzen wird und dann an die gesamte Oberfläche des metallischen Bauteils zu einem Zeitpunkt gebunden wird. Wie vorstehend beschrieben, kann das Herstellungsverfahren MT das Auftreten der Deformation und der Ablösung des Kompositbauteils 1 unterdrücken, sogar wenn ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil 2 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3 vorliegt. Weil keine Form erforderlich ist, ist der Freiheitgrad beim Design des hergestellten Kompositbauteils 1 erhöht.
  • Wenn in diesem Verfahren ein Pressformen im Verbindungsschritt verwendet wird, ist die Temperatur einer Form zum Halten des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils zum Beispiel etwa 220°C. Wenn im Verbindungsschritt ein Spritzgussformen verwendet wird, ist die Temperatur einer Form zum Halten des metallischen Bauteils etwa 50°C oder mehr und etwa 160°C oder weniger, und die Erwärmungstemperatur des faserverstärkten Harzbauteils beträgt etwa 230°C oder mehr und 300°C oder weniger. Auf diese Art werden beim Pressformen und Spritzgussformen das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil verbunden, während sie ausgedehnt und auf eine hohe Temperatur erwärmt sind. Wenn das Kompositbauteil auf Raumtemperatur abgekühlt wird, schrumpft das metallische Bauteil, wodurch sich der interne Residualstress erhöht. Durch den internen Residualstress wird die Scherfestigkeit verringert, und es tritt eine Festigkeitsverringerung auf, insbesondere nach einem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung, der später beschrieben werden wird. Somit kann eine Deformation an dem bei einer hohen Temperatur geformten Kompositbauteil auftreten und zu einer Ablösung an einer Bindungs-Grenzfläche zwischen dem metallischen Bauteil und dem Harzbauteil führen. Im Vergleich mit dem Pressformen und Spritzgussformen kann somit mit dem Herstellungsverfahren MT, bei dem Bandplatzierformen verwendet wird, das Auftreten einer Deformation und einer Ablösung an dem Kompositbauteil 1 unterdrückt werden.
  • In dem folgenden Beispiel wird ein Weich-Adhäsiv oder Hart-Adhäsiv auf die Oberfläche des metallischen Bauteils im Verbindungsschritt aufgetragen, und das faserverstärkte Harzbauteil wird an eine Oberfläche des Adhäsivs gebunden. Das Weich-Adhäsiv ist zum Beispiel acrylisch. Das Weich-Adhäsiv besitzt Flexibilität, und das Adhäsiv hat die Funktion der Verringerung eines Versatzes, der durch den Einfluss eines Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil und dem faserverstärkten Harzbauteil verursacht wird. Jedoch ist die Scherfestigkeit des Kompositbauteils, das mit dem Weich-Adhäsiv geformt ist, niedriger als diejenige des Kompositbauteils 1 der vorliegenden Ausführungsform. Das Hart-Adhäsiv ist zum Beispiel Epoxy oder Urethan. Das Hart-Adhäsiv ist gegenüber einer externen Kraft resistent und besitzt die Funktion, eine hohe Scherfestigkeit des Kompositbauteils beizubehalten. Das Adhäsiv kann jedoch einen Versatz, der durch den Einfluss eines Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil und dem faserverstärkten Harzbauteil verursacht wird, nicht verringern. Ferner sind nur wenige Adhäsive mit beiden von dem metallischen Bauteil und dem faserverstärkten Harzbauteil kompatibel (besitzen hohe Bindungsfestigkeit). Im Vergleich zu einem Verbindungsverfahren, bei dem ein Adhäsiv verwendet wird, kann hier das Herstellungsverfahren MT, bei dem Bandplatzierverfahren eingesetzt wird, eine hohe Scherfestigkeit in dem Kompositbauteil 1 erreichen, während das Auftreten einer Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil 1 unterdrückt wird. Weil in dem Herstellungsverfahren MT das bandartige faserverstärkte Harzbauteil 3 gestapelt wird, können die Eigenschaften des Kompositbauteils 1 (die Dicke des faserverstärkten Harzbauteils 3) während des Prozesses verändert werden, wodurch der Freiheitgrad im Design des Kompositbauteils 1 erhöht wird.
  • Im Herstellungsverfahren MT ist ferner der Zugabeschritt (S14) zum Zugeben einer Verbindung mit einem Fluorengerüst zu dem faserverstärkten Harzbauteil 3 umfasst. Im Verbindungsschritt (S16) wird das faserverstärkte Harzbauteil 3, zu der die Verbindung im Zugabeschritt (S14) zugegeben worden ist, direkt an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 durch kontinuierliches Formen des teilweise geschmolzenen faserverstärkten Harzbauteils 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebunden. Im Zugabeschritt (S14) wird die Verbindung mit Fluorengerüst zu dem faserverstärkten Harzbauteil 3 zugegeben, wodurch zum Beispiel die Schmelzviskosität des Harzteils 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3 verringert wird und die Fließeigenschaften während des Schmelzens verbessert werden. Somit verbessert sich der Transfer des faserverstärkten Harzbauteils 3 mit größerer Adhäsion, wenn das faserverstärkte Harzbauteil 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 im Verbindungsschritt (S16) geformt wird. Ferner verbessert sich die Adhäsion zwischen den Faserteilen 5 und dem Harzteil 6, wodurch die Festigkeit des faserverstärkten Harzbauteils 3 erhöht wird. Der Harzteil 6 des faserverstärkten Harzbauteils 3, zu dem die Verbindung mit dem Fluorengerüst zugegeben ist, oder das faserverstärkte Harzbauteil 3, zu dem die Verbindung mit Fluorengerüst zugegeben worden ist, schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur. Somit wird das Erwärmen des metallischen Bauteils 2 und des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf eine hohe Temperatur im Verbindungsschritt (S16) unterdrückt. Mit dem Herstellungsverfahren MT des Kompositbauteils 1 kann somit das Auftreten einer Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil 1 unterdrückt werden, wobei die Deformation und Ablösung durch die Expansion und Schrumpfung des metallischen Bauteils 2 und des faserverstärkten Harzbauteils 3 verursacht werden. Dies kann eine Verringerung der Bindungsfestigkeit weiter unterdrücken, wobei die Verringerung durch einen Unterschied in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen verursacht wird.
  • Im Herstellungsverfahren MT beträgt die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 mit den Oberflächenstrukturen 2b 0,17 oder mehr und 0,50 oder weniger im Strahlschritt (S12), der ein Beispiel einer Oberflächenbehandlung ist. In diesem Fall werden im Strahlschritt (S12) die Oberflächenstrukturen so gebildet, dass die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 0,17 oder mehr und 0,50 oder weniger beträgt. Das Herstellungsverfahren MT des Kompositbauteils 1 kann die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 erhöhen, wodurch der Verankerungseffekt des Kompositbauteils 1 gut ausgeübt wird.
  • Im Herstellungsverfahren MT kann die Oberflächenbehandlung der Strahlschritt (S12) sein, worin die Oberflächenstrukturen 2b durch Strahlen gebildet werden. In diesem Fall kann die Oberflächenstruktur der Bindungsoberfläche 4 quantitativ kontrolliert werden, anders als in anderen Oberflächenbehandlungstechniken zum Verbinden der Bauteile, wodurch eine Oberflächenbehandlung zu niedrigen Kosten in kurzer Zeit durchgeführt wird.
  • Die vorliegende Ausführungsform wurde vorstehend beschrieben. Selbstverständlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden, die sich von der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
  • [Modifikation des Basismaterials und des faserverstärkten Harzbauteils]
  • Das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3 wurden in der Ausführungsform als Plattenbauteile beschrieben. Die Formen sind nicht beschränkt, und es können jegliche Formen verwendet werden, solange die Bauteile in Kontakt miteinander gebracht werden können. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 der Ausführungsform steht in Kontakt mit einem Teil der Oberfläche des metallischen Bauteils 2. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 kann mit der Gesamtoberfläche des metallischen Bauteils 2 in Kontakt gebracht werden.
  • [Modifikation der Oberflächenbehandlung]
  • Im Herstellungsverfahren des Kompositbauteils 1 ist die Oberflächenbehandlung nicht auf den Strahlschritt (S12) beschränkt, und stattdessen können verschiedene Oberflächenbehandlungen durchgeführt werden. Ein Beispiel von anderen Oberflächenbehandlungen ist ein chemisches Ätzen oder ein Laserstrahl-Maschinieren. Das chemische Ätzen ist ein Prozess zum Bilden von feinen Formen auf der Oberfläche des metallischen Bauteils durch chemisches Ätzen. Das Laserstrahl-Maschinieren ist ein Prozess zum Bilden von feinen Formen auf der Oberfläche des metallischen Bauteils durch Laserstrahl-Maschinieren.
  • [Modifikation der Behandlung vor dem Verbinden]
  • Bevor der Verbindungsschritt (S16) durchgeführt wird, können vorbestimmte Behandlungen an dem metallischen Bauteil 2 durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel ein Oberflächen-Hydroxylierungsschritt vor dem Verbindungsschritt (S16) durchgeführt wird, kann die Oberfläche des metallischen Bauteils 2, die den Strahlen unterzogen worden ist, unter Verwendung von zumindest einem von Wärme und Plasma mit Wasser umgesetzt werden, und die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 kann zu Aluminiumhydroxid modifiziert werden. In dem Oberflächen-Hydroxylierungsschritt wird die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 mit Wasser unter Verwendung von einem von einer Hydrothermalbehandlung, Dampfbehandlung, überhitzten Dampfbehandlung, flüssigem Plasma und Atmosphärendruck-Plasma, das Wasser enthält, umgesetzt. Somit werden die Oberflächenstrukturen 2b abgerundet und es wird ein Aluminiumhydroxidfilm gebildet. Der Aluminiumhydroxidfilm enthält Aluminiumhydroxid und kann eine Oberflächen-Nanostruktur auf den Oberflächen der Oberflächenstrukturen 2b bilden. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird direkt an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2, die zu Aluminiumhydroxid modifiziert ist, gebunden. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird in die abgerundeten Oberflächenstrukturen 2b eingebracht und hierin verfestigt. Wie vorstehend beschrieben, können scharfe Vorstöße, die das faserverstärkte Harzbauteil 3 brechen könnten, durch den Oberflächen-Hydroxylierungsschritt entfernt werden, wodurch die Bindungsfestigkeit des Kompositbauteils 1 verbessert wird. Ferner bilden auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 ein Sauerstoffatom einer Hydroxylgruppe und ein Wasserstoffatom, das in dem faserverstärkten Harzbauteil 3 enthalten ist, im Wesentlichen eine Wasserstoffbrückenbindung. Somit wird eine chemische Bindung zwischen der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3 gebildet, wodurch die Bindungsfestigkeit verbessert wird. Ferner weist die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 Poren auf, die mehrere zehn Nanometer und mehrere Hundert Nanometer oder weniger messen. Dies verstärkt den Verankerungseffekt.
  • Im Oberflächen-Hydroxylierungsschritt kann die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 mit Wasser gereinigt werden. Die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 wird mit Wasser gereinigt, wodurch eine Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration verringert wird. Eine Hydrothermalbehandlung und Ultraschallreinigung können kombiniert werden, um die Oberflächen-Kohlenstoffkonzentration positiv zu verringern. Zum Beispiel wird reines Wasser mit Ultraschallwellen bestrahlt, während das metallische Bauteil 2 in das auf mindestens 60°C erwärmte reine Wasser eingetaucht ist. Dies kann simultan eine Hydrothermalbehandlung und Oberflächenwaschung bewirken. Wenn der Oberflächen-Hydroxylierungsschritt durchgeführt wird, kann die Partikelgröße des Strahlmaterials (abrasive Körner), das im Vorbereitungsschritt (S10) vorbereitet wird, zum Beispiel 30 µm oder mehr und 710 µm oder weniger betragen.
  • Wenn zum Beispiel eine Beschichtungsbildung vor dem Verbindungsschritt (S16) durchgeführt wird, kann ein molekulares Bindemittel so auf die Oberflächen der Oberflächenstrukturen 2b des metallischen Bauteils 2 aufgetragen werden, dass eine Beschichtung gebildet wird, die an das metallische Bauteil 2 gebunden ist. Das molekulare Bindemittel ist zum Beispiel ein Bindemittel, das ein Triazinthiolderivat enthält. Die Beschichtungsbildung kann zum Beispiel nach dem Oberflächen-Hydroxylierungsschritt durchgeführt werden. In diesem Fall werden drei Effekte wie folgt kombiniert: Die Bildung der Beschichtung in den Oberflächenstrukturen 2b auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2, die Bildung der Beschichtung in der Oberflächen-Nanostruktur mit einer Kontaktoberfläche, die sich zwischen dem metallischen Bauteil 2 und der Beschichtung durch die Oberflächen-Nanostruktur auf den Oberflächenschichten der Oberflächenstrukturen 2b erstreckt, und die molekulare Bindung zwischen einer funktionellen Gruppe auf den Oberflächen der Oberflächenstrukturen 2b und dem in der Beschichtung enthaltenen Triazinthiolderivat. Eine organische Kombination dieser drei Konfigurationen führt zu einer synergistischen Wirkung, die nicht durch simples Addieren der Effekte mit ihren individuellen Konfigurationen erreicht werden kann, wodurch eine starke Bindung erreicht wird. Das faserverstärkte Harzbauteil 3 wird stark durch die molekulare Bindung zwischen einer funktionellen Gruppe auf der Oberfläche und dem in der Beschichtung enthaltenen Triazinthiolderivat gebunden.
  • [Modifikation der Verbindung]
  • Im Verbindungsschritt (S16) kann zum Beispiel die Laserbestrahleinheit 24 einen Laserstrahl auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 nahe zur Presseinheit 23 einstrahlen. Wenn das faserverstärkte Harzbauteil 3 durch die Presseinheit 23 auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gepresst wird, wird das auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gepresste faserverstärkte Harzbauteil 3 durch Erwärmen der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 erwärmt und geschmolzen, so dass das faserverstärkte Harzbauteil 3 in Kontakt mit den Oberflächenstrukturen 2b gepresst wird. Zum Beispiel kann die Laserbestrahleinheit 24 Laserstrahlen auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 nahe zur Presseinheit 23 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3, das nahe zur Bindungsoberfläche 4 des metallischen Bauteils 2 bewegt worden ist, einstrahlen. Der Bereich der Laserbestrahlung durch die Laserbestrahleinheit 24 verbleibt in einem Teilbereich im Hinblick auf die Verschweißungsposition des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2. Somit wird das Erwärmen des gesamten metallischen Bauteils 2 und des gesamten faserverstärkten Harzbauteils 3 durch einen Laserstrahl aus der Laserbestrahleinheit 24 unterdrückt.
  • In dem Herstellungsverfahren des Kompositbauteils 1 ist im Verbindungsschritt (S16) das Verfahren zum teilweisen Schmelzen und kontinuierlichen Formen des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 nicht beschränkt. Zum Beispiel kann im Verbindungsschritt (S16) das faserverstärkte Harzbauteil 3 durch kontinuierliches Ultraschallschweißen anstelle des Bandplatzierformens direkt an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebunden werden. In diesem Fall kann die Formvorrichtung 20 ohne die Laserbestrahleinheit 24 vorgesehen werden. Zum Beispiel besitzt die Presseinheit 23 die Funktion zum Ultraschall-Vibrieren des faserverstärkten Harzbauteils 3. Die Presseinheit 23 ist zum Beispiel ein Ultraschallhorn. Die Formvorrichtung 20 erwärmt das faserverstärkte Harzbauteil 3, das aus der Harzzuführeinheit 22 zur Presseinheit 23 zugeführt wird, durch Ultraschall-Vibrationen. Die Presseinheit 23 presst das erwärmte und geschmolzene faserverstärkte Harzbauteil 3 auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2. Anders ausgedrückt wird das faserverstärkte Harzbauteil 3 durch Ultraschall-Vibrationen erwärmt und geschmolzen, unmittelbar bevor es auf die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gepresst wird, wodurch das Erwärmen der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 und anderer faserverstärkter Harzbauteile 3 unterdrückt wird. Somit wird ein kontinuierliches Ultraschallschweißen so durchgeführt, dass das durch die Ultraschall-Vibrationen erwärmte faserverstärkte Harzbauteil 3 teilweise geschmolzen und kontinuierlich auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 geformt wird. Das Verfahren zum Herstellen des Kompositbauteils durch kontinuierliches Ultraschallschweißen besitzt die gleiche Wirkung wie das Verfahren zur Herstellung des Kompositbauteils durch Bandplatzierformen. Spezifisch wird nur ein Ultraschallvibrierter Bereich an der Presseinheit 23 teilweise erwärmt. Durch Kontrollieren von zum Beispiel der Leistung der Ultraschallwellen in der Presseinheit 23 wird der Bereich des Schmelzens auf einen Teil des faserverstärkten Harzbauteils 3 beschränkt, wodurch der Erwärmungsbereich auf dem metallischen Bauteil 2 minimiert wird. Somit wird das Erwärmen des gesamten metallischen Bauteils 2 auf eine hohe Temperatur unterdrückt. Das teilweise geschmolzene faserverstärkte Harzbauteil 3 wird allmählich an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 auf eine kontinuierliche Weise durch eine Bewegung und einen Druck der Presseinheit 23 gebunden. Das an die Oberfläche des metallischen Bauteils 2 gebundene faserverstärkte Harzbauteil 3 und das metallische Bauteil 2 werden aus dem Ultraschall-vibrierten Bereich der Presseinheit 23 durch eine Bewegung der Bewegungsvorrichtung 20 herausbewegt und werden somit sequentiell von den verbundenen Bereichen gekühlt, und die verbundenen Bereiche kehren sequentiell zu ihren Ausmaßen vor dem Erwärmen zurück. Somit wird der Einfluss des Unterschieds der thermischen Ausdehnung zwischen dem faserverstärkten Harzbauteil 3 und dem metallischen Bauteil 2 auf die Deformation des Kompositbauteils 1 zu einem partiellen und temporären Einfluss, und das Binden wird allmählich durchgeführt, während der Unterschied in der thermischen Ausdehnung verringert wird. Dies verringert die Deformation des Kompositbauteils 1 im Vergleich zu dem Fall, dass das faserverstärkte Harzbauteil vollständig geschmolzen und dann auf die gesamte Oberfläche des metallischen Bauteils zu einem Zeitpunkt gebunden wird. Wie vorstehend beschrieben, kann das Herstellungsverfahren MT das Auftreten einer Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil 1 unterdrücken, sogar wenn ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Bauteil 2 und dem faserverstärkten Harzbauteil 3 vorliegt. Weil keine Form erforderlich ist, ist der Freiheitgrad im Design des hergestellten Kompositbauteils 1 erhöht. Im Vergleich mit dem Pressformen und dem Spritzgussformen kann das kontinuierliche Ultraschallschweißen das Auftreten einer Deformation und Ablösung an dem Kompositbauteil 1 unterdrücken. Die Presseinheit 23 kann so konfiguriert sein, dass sie mit einer Walze anstelle eines Ultraschallhorns presst.
  • Zum Beispiel kann im Verbindungschritt (S16) die Formvorrichtung 20 ein weiteres Zuführen des faserverstärkten Harzbauteils 3 auf die Schicht des faserverstärkten Harzbauteils 3, das der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 zugeführt worden ist, vermeiden. Die Formvorrichtung 20 kann das faserverstärkte Harzbauteil 3, das keine Verbindung mit einem Fluorengerüst enthält, auf das faserverstärkte Harzbauteil 3 stapeln, das die Verbindung mit einem Fluorengerüst enthält und der Oberfläche des metallischen Bauteils 2 zugeführt worden ist. In diesem Fall sind auf der Oberfläche des metallischen Bauteils 2, das sich wahrscheinlich in dem Kompositbauteil 1 deformiert und ablöst, das metallische Bauteil 2 und das faserverstärkte Harzbauteil 3, das eine Verbindung mit einem Fluorengerüst enthält, miteinander verbunden, wodurch eine hohe Scherfestigkeit mit hoher Adhäsion erreicht wird.
  • BEISPIELE
  • [Untersuchung der Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung]
  • 11 ist eine beispielhafte Zeichnung der Ergebnisse der Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung gemäß den Beispielen. Wie in 11 gezeigt, wurden die Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6 durchgeführt, um die Schwerfestigkeiten vor und nach den Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung zu untersuchen.
  • [Beispiel 1]
  • Es wurde der Strahlschritt (S12) unter Verwendung der in den 3 bis 5 veranschaulichten Strahlvorrichtung durchgeführt. Als metallisches Bauteil wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052) verwendet. Die Aluminiumplatte wurde ausgewählt mit Ausmaßen von: 25 mm (L) 220 mm (W) 1,6 mm (T). Für das Strahlen wurde ein Strahlmaterial, das Aluminiumoxid enthielt, mit einer abrasiven Korn-Zentralpartikelgröße von 106 µm bis 125 µm eingesetzt. Der Strahldruck betrug 1,0 MPa. Anschließend wurde der Zugabeschritt (S14) durchgeführt. Für das faserverstärkte Harzbauteil wurde CFRTP verwendet. Das Matrixharz des faserverstärkten Harzbauteils (das Material des Harzteils) ist zum Beispiel Polyamid 6 (PA6), und das Material der Faserteile ist Kohlefaser (CF). Zu dem Polyamid 6 wurde als Additiv OGSOL MF-11 von Osaka Gas Chemicals Co., Ltd. in einem Masseäquivalent von 5 % der Masse von Polyamid 6 zugegeben. Danach wurde der Verbindungsschritt (S16) durchgeführt. Das faserverstärkte Harzbauteil wurde an das metallische Bauteil unter Verwendung der Formvorrichtung 20, die zum kontinuierlichen Ultraschallschweißen befähigt ist, und dem Ladetisch 21 durchgeführt. Ohne das metallische Bauteil, das auf dem Ladetisch 21 platziert war, zu erwärmen, wurde die Oberfläche des metallischen Bauteils auf 23°C (Raumtemperatur) eingestellt. Die Harzzuführeinheit 22 der Formvorrichtung 20 führte das bandartige faserverstärkte Harzbauteil mit einer Breite von 12 mm und einer Dicke von 90 µm zu der Presseinheit 23 zu. Die Formvorrichtung 20 stapelte 15 bandartige faserverstärkte Harzbauteile auf das metallische Bauteil. Der Teil, worin das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil miteinander verbunden werden, wurde auf folgende Ausmaße eingestellt: 12 mm (L) 25 mm (W). Das Verbindungsverfahren im Verbindungsschritt (S16) ist kontinuierliches Ultraschallweißen. Die Presseinheit 23 übt einen Druck auf die Oberfläche des metallischen Bauteils mit einer Walze aus, während das faserverstärkte Harzbauteil durch Ultraschall-Vibrationen erwärmt wird. Als Vorrichtung zum Durchführen des kontinuierlichen Ultraschallschweißens wurde SW1000LS von adwelds corporation verwendet. Die Ultraschallfrequenz betrug 20 kHz, und der Walzendruck an der Presseinheit 23 betrug 300 N. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Presseinheit 23 durch die Bewegungsvorrichtung relativ zum Ladetisch 21 betrug 10 mm/s.
  • [Beispiel 2]
  • In Beispiel 2 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 2 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als ein faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Im Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 2 wurde die Oberfläche des metallischen Bauteils, das auf dem Ladetisch 21 platziert war, auf 80°C erwärmt. Die anderen Bedingungen im Verbindungsschritt (S16) des Beispiels 2 waren identisch zu denjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 3]
  • In Beispiel 3 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 3 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als ein faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Im Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 3 wurde das faserverstärkte Harzbauteil an das metallische Bauteil unter Verwendung der Formvorrichtung 20, die zum Bandplatzierformen befähigt ist, und dem Ladetisch 21 gebunden. Ohne das auf dem Ladetisch 21 platzierte metallische Bauteil zu erwärme, wurde die Oberfläche des metallischen Bauteils auf 23°C (Raumtemperatur) eingestellt. Die Harzzuführeinheit 22 der Formvorrichtung 20 führte das bandartige faserverstärkte Harzbauteil mit einer Breite von 12 mm und einer Dicke von 90 µm zu der Presseinheit 23 zu. Die Formvorrichtung 20 stapelte 15 bandartige faserverstärkte Harzbauteile auf dem metallischen Bauteil. Der Teil, wo das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil miteinander verbunden werden, wurde eingestellt zu Größen von: 12 mm (L) 25 mm (W). Das Verbindungsverfahren im Verbindungsschritt (S16) ist Bandplatzierformen. Die Presseinheit 23 übt mit einer Walze einen Druck auf die Oberfläche des metallischen Bauteils aus, während das faserverstärkte Harzbauteil mit der Laserbestrahleinheit 24 erwärmt wird. In der Laserbestrahleinheit 24 betrugt die Laserleistung 4 kW und die Laserwellenlänge betrug 1.060 nm. Die Vorrichtung zum Bandplatzierformen besitzt die gleichen Spezifikationen wie die in 6 gezeigte Formvorrichtung 20. Der Walzendruck an der Presseinheit 23 betrug 370 N. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Presseinheit 23 durch die Bewegungsvorrichtung relativ zum Ladetisch 21 betrug 25 mm/s.
  • [Beispiel 4]
  • In Beispiel 4 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 4 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als ein faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Im Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 4 wurde die Oberfläche des auf dem Ladetisch 21 platzierten metallischen Bauteils auf 80°C erwärmt. Die anderen Bedingungen im Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 4 sind identisch zu denjenigen von Beispiel 3.
  • [Beispiel 5]
  • In Beispiel 5 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 5 wurde als faserverstärktes Harzbauteil CFRTP verwendet, worin Polyamid 6, das keinem Zugabeschritt (S14) unterzogen worden war, als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und Kohlefaser (CF) als Faserteil verwendet wird. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 5 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 6]
  • In Beispiel 6 wurde kaltgewalzter Stahl (JIS: SPCC) als metallisches Bauteil verwendet. Die Bedingungen des an dem metallischen Bauteil durchgeführten Strahlschritts (S12) waren identisch zu denjenigen zu Beispiel 1. In Beispiel 6 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 6 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 7]
  • In Beispiel 7 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 7 wurde als ein faserverstärktes Harzbauteil GFRTP verwendet, worin Polyamid 6 als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und Glasfasern (GF) als Faserteil verwendet wird. Es wurde der gleiche Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 an dem Matrixharz des faserverstärkten Harzbauteils von Beispiel 7 durchgeführt. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 7 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 8]
  • In Beispiel 8 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 8 wurde als faserverstärktes Harzbauteil CFRTP verwendet, worin Polyphenylensulfid (PPS), das nicht dem Zugabeschritt (S14) unterworfen worden war, als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und worin Kohlefasern (CF) als Faserteil verwendet wird. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 8 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 9]
  • In Beispiel 9 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 9 wurde als faserverstärktes Harzbauteil CFRTP verwendet, worin Polyetheretherketonharz (PEEK), das keinem Zugabeschritt (S14) unterzogen worden war, als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und Kohlefasern (CF) als Faserteil verwendet werden. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 9 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Beispiel 10]
  • In Beispiel 10 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. In Beispiel 10 wurde als faserverstärktes Harzbauteil CFRTP verwendet, worin Polybutylenterephthalat (PBT), das keinem Zugabeschritt (S14) unterworfen worden war, als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und Kohlefasern (CF) als Faserteil verwendet wird. Der Verbindungsschritt (S16) von Beispiel 10 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Im Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 1 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 1 wurde die Oberfläche des auf dem Ladetisch 21 platzierten metallischen Bauteils auf 150°C erwärmt. Die anderen Bedingungen im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 1 waren identisch zu denjenigen von Beispiel 1.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Im Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 2 wurde die Oberfläche des auf dem Ladetisch 21 platzierten metallischen Bauteils auf 150°C erwärmt. Die anderen Bedingungen im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 2 waren identisch zu denjenigen von Beispiel 3.
  • [Vergleichsbeispiel 3]
  • Im Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 3 wurde CFRTP, das nicht dem gleichen Zugabeschritt (S14) unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil eingesetzt, wie im Beispiel 5. Im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 3 wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil durch Spritzgussformen verbunden. Als Spritzgussformen wurde ein Einsatzformen (insert molding) verwendet. Bei Einsatzformen wurde das metallische Bauteil als die Einsatzkomponente in einer vorbestimmten Form platziert, die Form wurde erwärmt, Kohlefasern (CF) wurden in der Form platziert, geschmolzenes Harz (Polyamid 6) wurde in die Form injiziert, und es wurde für eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten, um das faserverstärkte Harzbauteil zu formen, und dann wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil verfestigt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Form so erwärmt, dass die Temperatur der Form 140°C während des Einspritzens des Harzes erreicht. So kann die Oberfläche des metallischen Bauteils, das in der Form platziert ist, auf mindestens etwa 140°C erwärmt werden. Während des Einspitzens war die Einspritzrate 20 mm/s, der Einspritzdruck betrug 53 MPa oder mehr und 93 MPa oder weniger, und die Einspritzzeit betrug 0,56 s. Während des Haltens betrug der Haltdruck 80 MPa und die Haltezeit betrug 8 s. Die anderen Bedingungen des Vergleichsbeispiels 3 waren identisch zu denjenigen von Beispiel 5.
  • [Vergleichsbeispiel 4]
  • Im Vergleichsbeispiel 4 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die dem gleichen Strahlschritt (S12) wie im Beispiel 1 unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 4 wurde CFRTP, das nicht dem gleichen Zugabeschritt (S14) unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil verwendet, wie im Beispiel 5. Im Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 4 wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil durch Pressformen verbunden. Während der Haltezeit des Pressformens (der Schließung der Form) betrug die Formtemperatur 220°C, der Haltedruck betrug 5 MPa und die Haltezeit betrug 300 s. Somit kann die Oberfläche des in der Form platzierten metallischen Bauteils auf mindestens etwa 220°C erwärmt werden. Die anderen Bedingungen des Vergleichsbeispiels 4 waren identisch zu denjenigen von Beispiel 5.
  • [Vergleichsbeispiel 5]
  • Im Vergleichsbeispiel 5 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die keinem Strahlschritt (S12) unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 5 wurde CFRTP, das dem gleichen Zugabeschritt (S14) wie in Beispiel 1 unterzogen worden war, als faserverstärktes Harzbauteil verwendet. Der Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 5 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Vergleichsbeispiel 6]
  • Im Vergleichsbeispiel 6 wurde eine Aluminiumplatte (JIS: A5052), die keinem Strahlschritt (S12) unterzogen worden war, als metallisches Bauteil verwendet. Im Vergleichsbeispiel 6 wurde als faserverstärktes Harzbauteil CFRTP verwendet, worin Polyamid 6, das keinem Zugabeschritt (S14) unterzogen worden war, als Matrixharz (Harzteil) verwendet wird und Kohlefasern (CF) als Faserteil verwendet werden. Der Verbindungsschritt (S16) des Vergleichsbeispiels 6 war identisch zu demjenigen von Beispiel 1.
  • [Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung]
  • Es wurden Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung an den Beispielen 1 bis 10 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6, die unter den vorstehenden Bedingungen durchgeführt worden waren, durchgeführt. Die durchgeführten Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung erfüllen JASO D 014-4: 2014 (Automobilteile - Umgebungsbedingungen und Testung für elektrische und elektronische Vorrichtungen - Teil 4: klimatische Belastungen), welches äquivalent zu ISO 16750-4 ist. In den Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung wurde eine Minimaltemperatur Tmin auf -40°C gesetzt und die Maximaltemperatur Tmax wurde auf 140°C als Betriebstemperaturbereich eingestellt. Die Beispiele 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wurden von der Minimaltemperatur Tmin bis zur Maximaltemperatur Tmax verändert, und dann wurde die Maximaltemperatur Tmax für 30 Minuten gehalten. Danach wurden die Beispiele 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wieder von der Maximaltemperatur Tmax bis zur Minimaltemperatur Tmin verändert, und dann wurde die Minimaltemperatur Tmin für 30 Minuten gehalten. Dieser Prozess wird in einem Zyklus durchgeführt, und als Testzyklen wurden 300 Zyklen durchgeführt.
  • [Untersuchung der Bindungsfestigkeit]
  • An den Beispielen 1 bis 10 und in Vergleichsbeispielen 1 bis 6, die unter den vorstehenden Bedingungen hergestellt worden waren, wurden die Scherfestigkeiten gemessen. Mit einer Testvorrichtung wurden Messungen in Übereinstimmung mit einem Testverfahren gemäß ISO19095 durchgeführt. Bevor die Tests zur Untersuchungen des Einflusses einer Temperaturveränderung durchgeführt wurden, betrug die Scherfestigkeit von Beispiel 1 42 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 2 betrug 40 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 3 betrug 40 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 4 betrug 39 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 5 32 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 6 betrug 39 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 7 betrug 36 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 8 betrug 39 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 9 betrug 43 MPa und die Scherfestigkeit von Beispiel 10 betrug 40 MPa. Vor der Durchführung der Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturänderung betrug die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 1 38 MPa, die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 2 betrug 38 MPa, die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 3 betrug 30 MPa und die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 4 betrug 31 MPa. Im Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil nicht miteinander verbunden, so dass die Scherfestigkeit nicht gemessen wurde.
  • Nachdem die Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung durchgeführt worden waren, betrug die Scherfestigkeit von Beispiel 1 40 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 2 betrug 35 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 3 betrug 38 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 4 betrug 33 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 5 betrug 30 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 6 betrug 36 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 7 betrug 34 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 8 betrug 36 MPa, die Scherfestigkeit von Beispiel 9 betrug 39 MPa und die Scherfestigkeit von Beispiel 10 betrug 37 MPa. Nachdem die Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung durchgeführt worden waren, betrug die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 1 25 MPa, die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 2 betrug 24 MPa, die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 3 betrug 19 MPa und die Scherfestigkeit von Vergleichsbeispiel 4 betrug 22 MPa. Im Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil vor den Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung nicht miteinander verbunden, so dass die Scherfestigkeiten nach den Tests zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung nicht gemessen wurden.
  • Die Verringerungsraten wurden berechnet. Die Verringerungsrate bezeichnet das Verhältnis der Scherfestigkeit des Kompositbauteils nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung zur Scherfestigkeit des Kompositbauteils vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung. Die Verringerungsrate ist ein Wert, der als Prozentanteil des Werts dargestellt ist, der erhalten wird durch Dividieren des Unterschieds zwischen der Scherfestigkeit des Kompositbauteils vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung und der Scherfestigkeit des Kompositbauteils nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung durch die Scherfestigkeit des Kompositbauteils vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung. Die Verringerungsrate von Beispiel 1 betrug 4,8 %, die Verringerungsrate von Beispiel 2 betrug 12,5 %, die Verringerungsrate von Beispiel 3 betrug 5,0 %, die Verringerungsrate von Beispiel 4 betrug 15,4 %, die Verringerungsrate von Beispiel 5 betrug 6,3 %, die Verringerungsrate von Beispiel 6 betrug 7,7 %, die Verringerungsrate von Beispiel 7 betrug 5,6 %, die Verringerungsrate von Beispiel 8 betrug 7,7 %, die Verringerungsrate von Beispiel 9 betrug 9,3 % und die Verringerungsrate von Beispiel 10 betrug 7,5 %. Die Verringerungsrate von Vergleichsbeispiel 1 betrug 34,2 %, die Verringerungsrate von Vergleichsbeispiel 2 betrug 36,8 %, die Verringerungsrate von Vergleichsbeispiel 3 betrug 36,7 % und die Verringerungsrate von Vergleichsbeispiel 4 betrug 29,0 %. Im Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 wurden das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil nicht vor dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderungen gebunden, so dass die Verringerungsraten nicht berechnet wurden.
  • Durch Vergleichen von Beispielen 1 und 2 mit Vergleichsbeispiel 1 wurde bestätigt, dass eine Temperaturverringerung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils im Verbindungsschritt (S16), worin ein kontinuierliches Ultraschallscheißen durchgeführt wird, stark zur Verbesserung der Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung beiträgt. Durch Vergleich von Beispielen 3 und 4 mit Vergleichsbeispiel 2 wurde bestätigt, dass eine Temperaturverringerung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils im Verbindungsschritt (S16), worin ein Bandplatzierformen durchgeführt wurde, stark zur Verbesserung der Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung beiträgt. Es wurde ferner bestätigt, dass wenn im Verbindungsschritt (S16), worin ein kontinuierliches Ultraschallschweißen oder Bandplatzierformen durchgeführt wird, die Oberfläche des metallischen Bauteils eine hohe Temperatur (150°C in Vergleichsbeispielen 1 und 2) aufweist, die Verringerungsrate der Scherfestigkeit 30 % oder mehr nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung beträgt. Es wurde darüber hinaus bestätigt, dass wenn im Verbindungsschritt (S16) die Oberfläche des metallischen Bauteils keine hohe Temperatur aufweist (23°C bzw. 80°C in Beispielen 1 bis 4), die Verringerungsrate der Scherfestigkeit auf weniger als 16 % (15,4 % oder weniger) nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung gedrückt wird. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde bestätigt, dass kein signifikanter Unterschied zwischen dem kontinuierlichen Ultraschallschweißen und dem Bandplatzierformen als Verbindungsverfahren des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils im Verbindungsschritt (S16) gefunden wurde, und in beiden Verbindungsverfahren wird eine hohe Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung erhalten, indem vermieden wird, dass die Oberfläche des metallischen Bauteils eine hohe Temperatur erreicht.
  • Im Vergleich von Beispiel 1 und Beispiel 5 ist in Beispiel 1, worin der Zugabeschritt (S14) durchgeführt wurde, die Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung geringfügig größer und die Verringerungsrate ist kleiner als im Beispiel 5, worin der Zugabeschritt (S14) nicht durchgeführt wurde. Der Grund ist, dass das im Zugabeschritt (S14) zugegebene Additiv die Fließfähigkeit des faserverstärkten Harzbauteils und die Adhäsion des faserverstärkten Harzbauteils an das metallische Bauteil verbessert und somit die Scherfestigkeit erhöht. Durch Vergleich der Beispiele 2 und 5 mit Vergleichsbeispiel 1 wurde bestätigt, dass in Beispiel 5, worin der Zugabeschritt (S14) nicht durchgeführt wurde, die Scherfestigkeit vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung größer und die Verringerungsrate kleiner ist als im Beispiel 2 und im Vergleichsbeispiel 1, worin die Temperatur auf der Oberfläche des metallischen Bauteils im Verbindungsschritt (S16) höher ist als in Beispiel 5. Es wurde somit gefunden, dass eine hohe Temperatur auf der Oberfläche des metallischen Bauteils stärker zur Verringerung der Scherfestigkeit beiträgt als die Gegenwart oder Abwesenheit des Additivs.
  • Durch Vergleich von Beispiel 5 mit Vergleichsbeispielen 3 und 4 wurde bestätigt, dass im Verbindungsschritt (S16), worin ein kontinuierliches Ultraschallschweißen durchgeführt wurde, vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung die Scherfestigkeit größer und die Verringerungsrate kleiner ist als im Verbindungsschritt, worin Spritzgussformen oder Pressformen durchgeführt wurde. Weil die Temperaturen der Formen in Vergleichsbeispielen 3 und 4 hoch sind (140°C bzw. 220°C in den Vergleichsbeispielen 3 und 4), können die Oberfläche des metallischen Bauteils und das gesamte metallische Bauteil durch die Formen auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Aus den Ergebnissen von Beispiel 5 und Vergleichsbeispielen 3 und 4 wurde bestätigt, dass ein signifikanter Unterschied zwischen dem kontinuierlichen Ultraschallschweißen und dem Spritzgussformen und Pressformen als Verbindungsverfahren des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils in Verbindungsschritt (S16) gefunden wurde, und durch die Verwendung des Verbindungsverfahrens, bei dem vermieden wird, dass das gesamte metallische Bauteil eine hohe Temperatur erreicht, wird vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung eine hohe Scherfestigkeit erhalten und die Verringerungsrate vermindert.
  • Aus den Ergebnissen von Vergleichsbeispielen 5 und 6 wurde bestätigt, dass eine Oberflächenbehandlung (Strahlschritt (S12)) zum Aufrauen der Oberfläche des metallischen Bauteils bei der Herstellung des Kompositbauteils erforderlich ist. Es wurde bestätigt, dass das metallische Bauteil und das faserverstärkte Harzbauteil unabhängig von der Gegenwart oder Abwesenheit des Additivs ohne Oberflächenbehandlung (Strahlschritt (S12)) nicht miteinander verbunden werden.
  • Durch Vergleich der Beispiele 1 und 6 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurde bestätigt, dass das Kompositbauteil, an dem das Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird, eine große Scherfestigkeit und eine niedrige Verringerungsrate vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung aufweist, unabhängig von der Art des Materials des metallischen Bauteils. Durch Vergleich der Beispiele 1 und 7 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurde bestätigt, dass das Kompositbauteil, an dem das Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform durchgeführt wurde, eine große Scherfestigkeit und eine niedrige Verringerungsrate vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung aufweist, unabhängig von der Art des Materials des Faserteils in dem faserverstärkten Harzbauteil. Durch Vergleich der Beispiele 5, 8, 9 und 10 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurde bestätigt, dass das Kompositbauteil, an dem das Herstellungsverfahren der Ausführungsform durchgeführt wurde, eine große Scherfestigkeit und eine niedrige Verringerungsrate vor und nach dem Test zur Untersuchung des Einflusses der Temperaturveränderung aufweist, unabhängig von der Art des Materials des Matrixharzes (Harzteil) in dem faserverstärkten Harzbauteil.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2022067736 [0001]
    • WO 2017141381 [0003, 0004]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kompositbauteils, das ein metallisches Bauteil und ein faserverstärktes Harzbauteil umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren umfasst: Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf solch eine Weise, dass Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe auf einer Oberfläche des metallischen Bauteils gebildet werden; und direktes Verbinden des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils durch wiederholtes Binden eines geschmolzenen Teils des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils, während das faserverstärkte Harzbauteil teilweise geschmolzen wird, wobei das metallische Bauteil die durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen aufweist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Verbinden das direkte Binden des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils durch Bandplatzierformen oder kontinuierliches Ultraschallschweißen umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das Zugeben einer Verbindung mit einem Fluorengerüst zu dem faserverstärkten Harzbauteil, worin das Verbinden das direkte Verbinden des metallischen Bauteils und des faserverstärkten Harzbauteils durch wiederholtes Binden eines geschmolzenen Teils des faserverstärkten Harzbauteils an die Oberfläche des metallischen Bauteils umfasst, während das faserverstärkte Harzbauteil, das die durch das Zugeben zugegebene Verbindung enthält, teilweise geschmolzen wird, wobei das metallische Bauteil die durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen aufweist.
  4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Oberflächenstrukturen 0,17 oder größer und 0,50 oder kleiner ist.
  5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Oberflächenbehandlung das Bilden der Oberflächenstrukturen durch Strahlen umfasst.
  6. Kompositbauteil, umfassend: ein metallisches Bauteil mit Oberflächenstrukturen in Mikro-Größe oder Nano-Größe auf einer Oberfläche des metallischen Bauteils; und ein faserverstärktes Harzbauteil in direktem Kontakt mit der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den Oberflächenstrukturen, worin die Scherfestigkeit in dem Kompositbauteil nach dem Durchführen eines Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung um nur 15,4 % oder weniger verringert ist, verglichen mit der Scherfestigkeit vor dem Durchführen des Tests zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung, wobei der Test zur Untersuchung des Einflusses einer Temperaturveränderung einen Zyklus 300-mal wiederholt, wobei der Zyklus das Erwärmen des Kompositbauteils von -40°C auf 140°C, Halten des Kompositbauteils bei 140°C für 30 Minuten, Kühlen des Kompositbauteils von 140°C auf -40°C und Halten des Kompositbauteils bei -40°C für 30 Minuten umfasst.
  7. Kompositbauteil gemäß Anspruch 6, worin das faserverstärkte Harzbauteil eine Verbindung mit einem Fluorengerüst umfasst.
  8. Kompositbauteil gemäß Anspruch 6 oder 7, worin die arithmetische mittlere Neigung auf der Oberfläche des metallischen Bauteils mit den Oberflächenstrukturen 0,17 oder mehr und 0,50 oder weniger beträgt.
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