JP2013023756A - Surface-treated aluminum substrate, aluminum resin composite material, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂材料との接合に用いられる表面処理されたアルミニウム基板、この表面処理アルミニウム基板と樹脂材料とが接合された複合材料、およびこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a surface-treated aluminum substrate used for bonding with a resin material, a composite material in which the surface-treated aluminum substrate and a resin material are bonded, and a method for manufacturing the same.
金属材料および樹脂材料は、自動車、家電製品など様々な分野で利用されているが、近年、軽量化や低コスト化の観点から、金属材料を樹脂材料に置き換えることが検討されている。しかしながら、熱伝導性や電気伝導性といった金属材料特有の物性は、樹脂材料に付与することは容易ではなく、金属材料をすべて樹脂材料に置き換えることは困難である。このため、金属材料が適用されていた部分に、金属材料と樹脂材料とを接合した複合体を適用することによって、熱伝導性や電気伝導性を維持しながら軽量化や低コスト化が図られている。 Metal materials and resin materials are used in various fields such as automobiles and home electric appliances. In recent years, replacement of metal materials with resin materials has been studied from the viewpoint of weight reduction and cost reduction. However, physical properties peculiar to metal materials such as thermal conductivity and electrical conductivity are not easily imparted to resin materials, and it is difficult to replace all metal materials with resin materials. For this reason, weight reduction and cost reduction can be achieved while maintaining thermal conductivity and electrical conductivity by applying a composite in which the metal material and the resin material are joined to the part where the metal material has been applied. ing.
しかしながら、金属材料と樹脂材料は、その特性が大きく異なるため、直接接合することは容易ではない。特に、アルミニウム基板とナイロンなどのポリアミド系樹脂材料とを、直接接合することは困難であった。このため、従来から、金属材料と樹脂材料とを接合する方法として、溶着による接合、接着剤による接合、機械的な固定などが用いられていた。ところが、溶着による接合は接合部の強度が十分ではなく、機械的な固定は接合の自由度が小さいといった問題があり、金属材料と樹脂材料との接合においては、近年、接着剤による接合が多く採用されている。しかしながら、接着剤を用いた場合でも、必ずしも十分な接合強度が得られるものではなかった。 However, since the characteristics of the metal material and the resin material are greatly different, direct bonding is not easy. In particular, it has been difficult to directly bond an aluminum substrate and a polyamide-based resin material such as nylon. For this reason, conventionally, as a method for joining a metal material and a resin material, joining by welding, joining by an adhesive, mechanical fixing, and the like have been used. However, joining by welding has a problem that the strength of the joining portion is not sufficient, and mechanical fixing has a problem that the degree of freedom of joining is small, and in recent years, joining by metal material and resin material has often been joined by an adhesive. It has been adopted. However, even when an adhesive is used, sufficient bonding strength is not always obtained.
そこで、金属材料と樹脂材料との接合強度を高める方法として、特開２００１−１４４５号公報（特許文献１）には、導電性物体の表面に多官能性トリアジンジチオール誘導体被膜を形成し、この表面に樹脂材料を接合させて複合体を形成する方法が提案されている。この方法で用いられている多官能性トリアジンジチオール誘導体は、１分子中に金属材料との反応性を示す部分と樹脂材料との反応性を示す部分とを有するものであり、これらが導電性物体および樹脂材料とそれぞれ反応することによって、導電性物体と樹脂材料との接合強度を高めている。 Therefore, as a method for increasing the bonding strength between a metal material and a resin material, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-1445 (Patent Document 1) forms a polyfunctional triazine dithiol derivative film on the surface of a conductive object. A method has been proposed in which a resin material is bonded to form a composite. The polyfunctional triazine dithiol derivative used in this method has a portion showing reactivity with a metal material and a portion showing reactivity with a resin material in one molecule, and these are conductive objects. In addition, the bonding strength between the conductive object and the resin material is increased by reacting with the resin material.
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、樹脂材料に対して高い接合強度を示す新規なアルミニウム基板、このアルミニウム基板と樹脂材料との複合材料、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and includes a novel aluminum substrate that exhibits high bonding strength to a resin material, a composite material of the aluminum substrate and the resin material, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子とを含有する接合剤を用いてアルミニウム基板表面にレーザークラッディング処理を施すことによって、樹脂材料に対して高い接合強度を示す表面処理アルミニウム基板が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention applied a laser cladding treatment to an aluminum substrate surface using a bonding agent containing an aluminum atom and a sulfur atom or a phosphorus atom, thereby producing a resin. The inventors have found that a surface-treated aluminum substrate that exhibits high bonding strength to the material can be obtained, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の表面処理アルミニウム基板は、アルミニウム原子に結合した硫黄原子またはリン原子を表面に備えることを特徴とするものである。このような表面処理アルミニウム基板が前記硫黄原子を備える表面を有するものである場合、前記表面のＸ線光電子分光スペクトルは、１６０．５〜１６３．５ｅＶの結合エネルギー範囲内に硫黄原子の２Ｐピークを有するものであることが好ましい。また、本発明の表面処理アルミニウム基板において、アルミニウム原子に結合した前記硫黄原子またはリン原子は３０〜３００μｍの表面層を形成していることが好ましい。 That is, the surface-treated aluminum substrate of the present invention is characterized in that the surface is provided with sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to aluminum atoms. When such a surface-treated aluminum substrate has a surface with the sulfur atom, the X-ray photoelectron spectrum of the surface has a 2P peak of sulfur atoms within a binding energy range of 160.5 to 163.5 eV. It is preferable to have it. In the surface-treated aluminum substrate of the present invention, it is preferable that the sulfur atom or phosphorus atom bonded to the aluminum atom forms a surface layer of 30 to 300 μm.
本発明のアルミニウム樹脂複合材料は、前記本発明の表面処理アルミニウム基板と、この表面処理アルミニウム基板の前記硫黄原子またはリン原子を備える表面に接合した樹脂材料とを備えることを特徴とするものである。本発明のアルミニウム樹脂複合材料において、前記表面処理アルミニウム基板と前記樹脂材料との間の引張剪断強さは１ＭＰａ以上であることが好ましい。 The aluminum resin composite material of the present invention comprises the surface-treated aluminum substrate of the present invention and a resin material bonded to the surface of the surface-treated aluminum substrate having the sulfur atom or phosphorus atom. . In the aluminum resin composite material of the present invention, it is preferable that the tensile shear strength between the surface-treated aluminum substrate and the resin material is 1 MPa or more.
本発明の表面処理アルミニウム基板の製造方法は、アルミニウム基板の酸化膜を除去した表面上に、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子とを含有する接合剤を配置し、この接合剤にレーザークラッディング処理を施すことを特徴とする方法である。前記接合剤としては、アルミニウム粉末と硫黄粉末またはリン粉末とを含有するものが好ましい。 In the method for producing a surface-treated aluminum substrate according to the present invention, a bonding agent containing aluminum atoms and sulfur atoms or phosphorus atoms is arranged on the surface of the aluminum substrate from which the oxide film has been removed, and laser cladding treatment is performed on the bonding agent. It is the method characterized by giving. The bonding agent preferably contains aluminum powder and sulfur powder or phosphorus powder.
本発明のアルミニウム樹脂複合材料の製造方法は、前記本発明の表面処理アルミニウム基板の製造方法により製造した表面処理アルミニウム基板のレーザークラッディング処理が施された表面に樹脂を接触させて、前記表面処理アルミニウム基板と樹脂材料とを接合することを特徴とする方法である。このようなアルミニウム樹脂複合材料の製造方法において、前記樹脂材料は射出成形により形成することが好ましい。 The method for producing an aluminum resin composite material according to the present invention comprises contacting a resin with a surface subjected to laser cladding treatment of a surface-treated aluminum substrate produced by the method for producing a surface-treated aluminum substrate according to the invention, It is a method characterized by joining an aluminum substrate and a resin material. In such a method for producing an aluminum resin composite material, the resin material is preferably formed by injection molding.
なお、本発明の表面処理アルミニウム基板に樹脂材料を接合することによって、高い接合強度を有するアルミニウム樹脂複合材料が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の表面処理アルミニウム基板においては、アルミニウム基板表面上に配置した、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子とを含有する接合剤に、レーザークラッディング処理を施すことによって、前記アルミニウム原子と前記硫黄原子またはリン原子とが化学的に結合し、前記接合剤と前記アルミニウム基板とが強固に接合する。そして、このようなアルミニウム基板表面上に強固に接合された接合剤と樹脂とを接触させることによって、前記接合剤中の硫黄原子が樹脂を構成する高分子と反応し、前記接合剤と樹脂材料とが強固に接合する。このように、アルミニウム基板、接合剤および樹脂材料のいずれの間においても強固な接合が形成されるため、本発明のアルミニウム樹脂複合材料は高い接合強度を有するものとなると推察する。 The reason why an aluminum resin composite material having high bonding strength can be obtained by bonding a resin material to the surface-treated aluminum substrate of the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, in the surface-treated aluminum substrate of the present invention, a laser cladding treatment is performed on a bonding agent containing aluminum atoms and sulfur atoms or phosphorus atoms, which is disposed on the surface of the aluminum substrate. Sulfur atoms or phosphorus atoms are chemically bonded, and the bonding agent and the aluminum substrate are firmly bonded. Then, by bringing the bonding agent firmly bonded onto the surface of such an aluminum substrate into contact with the resin, sulfur atoms in the bonding agent react with the polymer constituting the resin, and the bonding agent and the resin material. And firmly joined. As described above, since a strong bond is formed between any of the aluminum substrate, the bonding agent, and the resin material, it is assumed that the aluminum resin composite material of the present invention has a high bonding strength.
本発明によれば、樹脂材料に対して高い接合強度を示す表面処理アルミニウム基板、およびこの表面処理アルミニウム基板と樹脂材料との複合材料を得ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to obtain the surface treatment aluminum substrate which shows high joint strength with respect to the resin material, and the composite material of this surface treatment aluminum substrate and resin material.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
＜表面処理アルミニウム基板＞
先ず、本発明の表面処理アルミニウム基板およびその製造方法について説明する。本発明の表面処理アルミニウム基板は、アルミニウム原子に結合した硫黄原子またはリン原子を表面に備えるものである。このような表面処理アルミニウム基板は、アルミニウム基板の酸化膜を除去した表面上に、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子とを含有する接合剤を配置し、この接合剤にレーザークラッディング処理を施すことによって製造することができる。
<Surface treatment aluminum substrate>
First, the surface-treated aluminum substrate of the present invention and the manufacturing method thereof will be described. The surface-treated aluminum substrate of the present invention has sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to aluminum atoms on the surface. In such a surface-treated aluminum substrate, a bonding agent containing aluminum atoms and sulfur atoms or phosphorus atoms is disposed on the surface of the aluminum substrate from which the oxide film has been removed, and laser bonding treatment is performed on the bonding agent. Can be manufactured by.
本発明の表面処理アルミニウム基板の製造に用いられるアルミニウム基板としては、表面の材質がアルミニウムであれば特に制限はなく、基板全体がアルミニウムからなるものであってもよいし、メッキや蒸着などにより表面にアルミニウム層を形成したものでもよい。また、アルミニウム基板の形状としては特に制限はなく、例えば、切断、プレス、切削、研削などの公知の金属加工方法により、所望の形状に加工したものを使用することが可能である。 The aluminum substrate used in the production of the surface-treated aluminum substrate of the present invention is not particularly limited as long as the material of the surface is aluminum, and the whole substrate may be made of aluminum, or may be surfaced by plating or vapor deposition. An aluminum layer may be formed thereon. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a shape of an aluminum substrate, For example, what was processed into the desired shape by well-known metal processing methods, such as a cutting | disconnection, a press, cutting, and grinding, can be used.
アルミニウム基板は、通常、その表面に酸化膜が形成されていることが多い。本発明の表面処理アルミニウム基板の製造方法においては、前記アルミニウム基板のレーザークラッディング処理を施す表面の酸化膜を除去する必要がある。酸化膜の除去方法としては、機械研磨、電解研磨、化学研磨、化学機械的研磨など公知の研磨方法を適用することができる。このように酸化膜を除去した表面（以下、「酸化膜除去表面」という。）に本発明にかかるレーザークラッディング処理を施すことによって、樹脂材料に対して高い接合強度を示す表面処理アルミニウム基板を得ることができる。一方、酸化膜を除去していない表面に本発明にかかるレーザークラッディング処理を施すと、樹脂材料に対する接合強度が著しく低下し、樹脂材料が全く接合しない場合もある。 An aluminum substrate usually has an oxide film formed on its surface. In the method for producing a surface-treated aluminum substrate of the present invention, it is necessary to remove the oxide film on the surface of the aluminum substrate on which the laser cladding treatment is performed. As a method for removing the oxide film, a known polishing method such as mechanical polishing, electrolytic polishing, chemical polishing, or chemical mechanical polishing can be applied. By subjecting the surface from which the oxide film has been removed in this manner (hereinafter referred to as “oxide film removal surface”) to laser cladding according to the present invention, a surface-treated aluminum substrate exhibiting high bonding strength to the resin material is obtained. Can be obtained. On the other hand, when the laser cladding treatment according to the present invention is performed on the surface from which the oxide film has not been removed, the bonding strength to the resin material is significantly reduced, and the resin material may not be bonded at all.
本発明の表面処理アルミニウム基板の製造に用いられる接合剤は、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子とを含有するものである。このような接合剤としては、アルミニウム粉末と硫黄粉末またはリン粉末との混合粉末を含有するものが好ましく、取扱い易いという観点から、前記混合粉末が溶媒に懸濁したスラリー状のものがより好ましい。また、前記接合剤には、溶媒を除いて、アルミニウム粉末、硫黄粉末およびリン粉末以外の他の成分が含まれていないことが好ましい。接合剤に前記他の成分が含まれていると、表面処理アルミニウム基板の樹脂材料に対する接合強度が低下する傾向にある。 The bonding agent used for producing the surface-treated aluminum substrate of the present invention contains an aluminum atom and a sulfur atom or a phosphorus atom. As such a bonding agent, one containing a mixed powder of aluminum powder and sulfur powder or phosphorus powder is preferable, and from the viewpoint of easy handling, a slurry in which the mixed powder is suspended in a solvent is more preferable. Moreover, it is preferable that other components other than an aluminum powder, a sulfur powder, and a phosphorus powder are not contained in the said bonding agent except a solvent. When the other component is contained in the bonding agent, the bonding strength of the surface-treated aluminum substrate to the resin material tends to decrease.
前記アルミニウム粉末、硫黄粉末およびリン粉末の平均粒径は、いずれも０．３〜３０μｍであることが好ましく、１〜１０μｍであることが好ましい。これらの粉末の平均粒径が前記下限未満になると、空気中での自然発火などの可能性があり、取扱いが難しくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、レーザーによる熔融や反応が起こりにくく、接合強度が低下する傾向にある。 The average particle size of the aluminum powder, sulfur powder and phosphorus powder is preferably 0.3 to 30 μm, and preferably 1 to 10 μm. If the average particle size of these powders is less than the lower limit, there is a possibility of spontaneous ignition in the air, which tends to be difficult to handle. On the other hand, if the upper limit is exceeded, melting or reaction by laser occurs. It is difficult and the joint strength tends to decrease.
本発明にかかる接合剤において、前記アルミニウム粉末と前記硫黄粉末またはリン粉末との混合比としては、体積比（Ａｌ：ＳまたはＰ）で１：０．１〜１：１０が好ましく、１：０．５〜１：５がより好ましい。これらの粉末の混合比が前記下限未満になると、レーザークラッディング処理によりアルミニウム原子と結合する硫黄原子またはリン原子の量が少なく、表面処理アルミニウム基板の樹脂材料に対する接合強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、結合に寄与するアルミニウム原子の数が減少し、接合強度が低下する傾向にある。 In the bonding agent according to the present invention, the mixing ratio of the aluminum powder and the sulfur powder or phosphorus powder is preferably 1: 0.1 to 1:10 by volume ratio (Al: S or P), and 1: 0. 5 to 1: 5 is more preferable. When the mixing ratio of these powders is less than the above lower limit, the amount of sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to aluminum atoms by laser cladding treatment is small, and the bonding strength to the resin material of the surface-treated aluminum substrate tends to decrease, On the other hand, when the upper limit is exceeded, the number of aluminum atoms contributing to bonding decreases, and the bonding strength tends to decrease.
前記溶媒としては、エタノール、アセトン、ヘキサン、アセトニトリルなどが挙げられる。中でも、安全性、取扱い易さという観点から、エタノールが好ましい。また、このような溶媒を使用する場合、前記混合粉末の濃度（スラリー濃度）としては、取扱い易いという観点から、１００〜２０００ｇ／Ｌが好ましく、７００〜１５００ｇ／Ｌがより好ましい。 Examples of the solvent include ethanol, acetone, hexane, and acetonitrile. Of these, ethanol is preferable from the viewpoints of safety and ease of handling. Moreover, when using such a solvent, as a density | concentration (slurry density | concentration) of the said mixed powder, 100-2000 g / L is preferable from a viewpoint that it is easy to handle, and 700-1500 g / L is more preferable.
本発明の表面処理アルミニウム基板の製造方法においては、先ず、このような接合剤を、前記アルミニウム基板の酸化膜除去表面上に配置する。接合剤を配置する方法としては、スラリー状の接合剤を塗布したり、噴霧したり、キャストしたりするなど、公知の塗膜形成方法を適用することができる。このようにして配置する接合剤の量としては、アルミニウム基板の単位面積当たり、前記混合粉末の量が２０〜２０００ｇ／ｍ２となる量が好ましく、７０〜６００ｇ／ｍ２となる量がより好ましい。前記混合粉末量が前記下限未満になると、レーザークラッディング処理によりアルミニウム原子と結合する硫黄原子またはリン原子の量が少なく、表面処理アルミニウム基板の樹脂材料に対する接合強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、レーザーによる熔融や反応が起こらない層が生じ、接合強度が低下する傾向にある。 In the method for producing a surface-treated aluminum substrate of the present invention, first, such a bonding agent is disposed on the oxide film removal surface of the aluminum substrate. As a method of arranging the bonding agent, a known coating film forming method such as applying a slurry-like bonding agent, spraying, or casting can be applied. The amount of the bonding agent thus arranged is preferably an amount such that the amount of the mixed powder is 20 to 2000 g / m 2 and more preferably 70 to 600 g / m 2 per unit area of the aluminum substrate. . When the amount of the mixed powder is less than the lower limit, the amount of sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to the aluminum atoms by the laser cladding process is small, and the bonding strength of the surface-treated aluminum substrate to the resin material tends to decrease, When the upper limit is exceeded, a layer in which no melting or reaction by laser occurs occurs, and the bonding strength tends to decrease.
次に、図面を参照しながら本発明にかかるレーザークラッディング処理について詳細に説明するが、本発明に用いられるレーザークラッディング装置は前記図面に限定されるものではなく、公知のレーザークラッディング装置を使用することができる。なお、以下の説明および図面中、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Next, the laser cladding process according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the laser cladding apparatus used in the present invention is not limited to the drawings, and a known laser cladding apparatus is used. Can be used. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.
まず、図１に示すレーザークラッディング装置の真空容器１内に、表面に接合剤２を配置したアルミニウム基板３を設置した後、真空容器１内を減圧する。このときの真空容器１内の圧力としては、１０−２Ｔｏｒｒ以下が好ましい。真空容器１内の圧力が前記上限を超えると、レーザーのエネルギーによりアルミニウムが酸化され、硫黄原子またはリン原子と結合しにくくなる傾向にある。 First, after the aluminum substrate 3 having the bonding agent 2 disposed on the surface thereof is placed in the vacuum vessel 1 of the laser cladding apparatus shown in FIG. 1, the inside of the vacuum vessel 1 is decompressed. The pressure in the vacuum vessel 1 at this time is preferably 10 −2 Torr or less. When the pressure in the vacuum vessel 1 exceeds the upper limit, aluminum is oxidized by the energy of the laser and tends to be difficult to bond with sulfur atoms or phosphorus atoms.
次に、真空容器１のレーザー入射窓４からレーザー光５を真空容器１内に導入する。レーザー光の波長としては１５０ｎｍ〜１０．６μｍが好ましい。レーザー光の波長が前記下限未満になると、ミラーなどの光学系として適当なものを入手しにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えると、レーザー光の吸収が少なく、反応が十分に起こらないため、接合強度が低下する傾向にある。また、レーザー光の１パルス当たりの照射エネルギーとしては、アルミニウム基板上の照射面積１ｃｍ２当たり、０．０８〜９Ｊ／（ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２）が好ましく、０．１５〜５Ｊ／（ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２）がより好ましい。１パルス当たりの照射エネルギーが前記下限未満になると、反応が十分に起こらないため、接合強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミニウム基板が熔融したり、接合剤が飛び散ったりする傾向にある。さらに、レーザー光の照射時間は、レーザー光の全照射エネルギーが、アルミニウム基板上の照射面積１ｃｍ２当たり、０．９７〜５．３ｋＪ／ｃｍ２となるように設定することが好ましく、１．５〜３．０ｋＪ／ｃｍ２となるように設定することがより好ましい。レーザー光の全照射エネルギーが前記下限未満になると、レーザークラッディング処理が不十分となり、アルミニウム原子と結合する硫黄原子またはリン原子の量が少なく、表面処理アルミニウム基板の樹脂材料に対する接合強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミニウム基板が熔融したり、接合剤が飛び散ったりする傾向にある。 Next, laser light 5 is introduced into the vacuum container 1 from the laser incident window 4 of the vacuum container 1. The wavelength of the laser light is preferably 150 nm to 10.6 μm. When the wavelength of the laser beam is less than the lower limit, it tends to be difficult to obtain a suitable optical system such as a mirror. On the other hand, when the wavelength exceeds the upper limit, the absorption of the laser beam is small and the reaction does not occur sufficiently. The bonding strength tends to decrease. As the irradiation energy per pulse of the laser beam, irradiation area 1 cm 2 per on the aluminum substrate, 0.08~9J / (pulse · cm 2 ) is preferred, 0.15~5J / (pulse · cm 2 ) Is more preferable. When the irradiation energy per pulse is less than the lower limit, the reaction does not occur sufficiently, so the bonding strength tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the aluminum substrate melts or the bonding agent scatters. Tend to. Furthermore, the irradiation time of the laser beam is preferably set so that the total irradiation energy of the laser beam is 0.97 to 5.3 kJ / cm 2 per 1 cm 2 of irradiation area on the aluminum substrate. It is more preferable to set so as to be ˜3.0 kJ / cm 2 . If the total irradiation energy of the laser beam is less than the lower limit, the laser cladding treatment is insufficient, the amount of sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to aluminum atoms is small, and the bonding strength of the surface-treated aluminum substrate to the resin material is reduced. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the aluminum substrate tends to melt or the bonding agent scatters.
真空容器１内に導入されたレーザー光５は、モーター６に取り付けたミラー７で反射され、真空容器１内に設置した前記アルミニウム基板３上の接合剤２に照射される。これにより、アルミニウム基板表面上の接合剤にレーザークラッディング処理が施され、アルミニウム基板の表面において、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子との結合が形成され、本発明の表面処理アルミニウム基板が得られる。なお、図１に示したレーザークラッディング装置においては、前記ミラー７は偏芯ミラーであり、モーター６を回転させることによって、レーザー光５のビーム径より大きな径の領域にレーザー光を照射することができる。また、この場合のミラー７の回転速度としては、６〜１８０ｒｐｍが好ましい。 The laser beam 5 introduced into the vacuum vessel 1 is reflected by a mirror 7 attached to a motor 6 and is applied to the bonding agent 2 on the aluminum substrate 3 installed in the vacuum vessel 1. Thereby, the laser cladding treatment is performed on the bonding agent on the surface of the aluminum substrate, and a bond between an aluminum atom and a sulfur atom or a phosphorus atom is formed on the surface of the aluminum substrate, and the surface-treated aluminum substrate of the present invention is obtained. . In the laser cladding apparatus shown in FIG. 1, the mirror 7 is an eccentric mirror, and the motor 6 is rotated to irradiate a laser beam to a region having a diameter larger than the beam diameter of the laser beam 5. Can do. In this case, the rotation speed of the mirror 7 is preferably 6 to 180 rpm.
このようにして製造される本発明の表面処理アルミニウム基板は、アルミニウム原子に結合した硫黄原子またはリン原子を表面に備えているため、樹脂材料に対して高い接合強度を示す。 Since the surface-treated aluminum substrate of the present invention thus produced has sulfur atoms or phosphorus atoms bonded to aluminum atoms on the surface, it exhibits high bonding strength to the resin material.
本発明の表面処理アルミニウム基板において、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子との結合は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）スペクトルを測定することによって確認することができる。すなわち、硫黄分子を形成している硫黄原子のＸＰＳスペクトルにおいては、結合エネルギーが１６４ｅＶ付近に硫黄原子の２Ｐピークを観察することができる。また、リン分子を形成しているリン原子のＸＰＳスペクトルにおいては、結合エネルギーが１３０ｅＶ付近にリン原子の２Ｐピークを観察することができる。これに対して、アルミニウム原子に結合した硫黄原子のＸＰＳスペクトルにおいては、結合エネルギーが１６０．５〜１６３．５ｅＶに硫黄原子の２Ｐピークを観察することができる。また、アルミニウム原子に結合したリン原子のＸＰＳスペクトルにおいては、結合エネルギーが１２８．５〜１２９．５ｅＶにリン原子の２Ｐピークを観察することができる。従って、本発明の表面処理アルミニウム基板の表面のＸＰＳスペクトルを測定し、硫黄原子またはリン原子の２Ｐピークの位置を確認することにより、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子との結合を確認することができる。例えば、上述したように、アルミニウム基板の表面に本発明にかかるレーザークラッディング処理を施した場合、レーザークラッディング処理する部分および処理した部分のＸＰＳスペクトルを測定し、レーザー光の照射前後において、硫黄原子またはリン原子の２Ｐピークが所定の位置にシフトしたことが観察されれば、硫黄原子またはリン原子はアルミニウム原子と結合していることが確認できる。 In the surface-treated aluminum substrate of the present invention, the bond between aluminum atoms and sulfur atoms or phosphorus atoms can be confirmed by measuring an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum. That is, in the XPS spectrum of sulfur atoms forming sulfur molecules, a 2P peak of sulfur atoms can be observed in the vicinity of a binding energy of 164 eV. Further, in the XPS spectrum of the phosphorus atom forming the phosphorus molecule, a 2P peak of the phosphorus atom can be observed in the vicinity of the bond energy of 130 eV. In contrast, in the XPS spectrum of sulfur atoms bonded to aluminum atoms, a 2P peak of sulfur atoms can be observed at a bond energy of 160.5 to 163.5 eV. In the XPS spectrum of phosphorus atoms bonded to aluminum atoms, a 2P peak of phosphorus atoms can be observed at a bond energy of 128.5 to 129.5 eV. Therefore, by measuring the XPS spectrum of the surface of the surface-treated aluminum substrate of the present invention and confirming the position of the 2P peak of the sulfur atom or phosphorus atom, the bond between the aluminum atom and the sulfur atom or phosphorus atom can be confirmed. it can. For example, as described above, when the surface of an aluminum substrate is subjected to the laser cladding treatment according to the present invention, the XPS spectrum of the portion subjected to the laser cladding treatment and the treated portion is measured. If it is observed that the 2P peak of the atom or phosphorus atom is shifted to a predetermined position, it can be confirmed that the sulfur atom or phosphorus atom is bonded to the aluminum atom.
また、前記接合剤を用いてアルミニウム基板の表面にレーザークラッディング処理を施した場合、アルミニウム基板の表面に配置された接合剤の表面だけでなく、この表面からある程度の深さの部分（以下、この部分を「表面層」という）までレーザー光が到達する。このため、アルミニウム原子と硫黄原子またはリン原子との結合は、このような表面層内においても観察することができる。このような表面層の厚さは、レーザー光の照射条件によって決まるものであるが、通常、１０〜５００μｍであり、好ましくは３０〜３００μｍである。 In addition, when laser cladding is performed on the surface of the aluminum substrate using the bonding agent, not only the surface of the bonding agent disposed on the surface of the aluminum substrate, but also a portion having a certain depth from the surface (hereinafter, The laser beam reaches this portion (referred to as “surface layer”). For this reason, the bond between the aluminum atom and the sulfur atom or phosphorus atom can be observed even in such a surface layer. The thickness of such a surface layer is determined by the laser light irradiation conditions, but is usually 10 to 500 μm, preferably 30 to 300 μm.
＜アルミニウム樹脂複合材料＞
次に、本発明のアルミニウム樹脂複合材料およびその製造方法について説明する。本発明のアルミニウム樹脂複合材料は、前記本発明の表面処理アルミニウム基板と、この表面処理アルミニウム基板の硫黄原子またはリン原子を備える表面に接合した樹脂材料とを備えるものである。このようなアルミニウム樹脂複合材料は、前記本発明の表面処理アルミニウム基板の前記レーザークラッディング処理が施された表面に樹脂を接触させることによって製造することができる。
<Aluminum resin composite material>
Next, the aluminum resin composite material of the present invention and the manufacturing method thereof will be described. The aluminum resin composite material of the present invention comprises the surface-treated aluminum substrate of the present invention and a resin material bonded to the surface of the surface-treated aluminum substrate having sulfur atoms or phosphorus atoms. Such an aluminum resin composite material can be produced by bringing a resin into contact with the surface of the surface-treated aluminum substrate of the present invention that has been subjected to the laser cladding treatment.
本発明のアルミニウム樹脂複合材料の製造に用いられる樹脂としては特に制限はなく、例えば、汎用プラスチック、汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックといった熱可塑性樹脂が挙げられ、各種用途に応じて適宜選択することができる。前記汎用プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンといったポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリブタジエン、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。前記汎用エンジニアリングプラスチックとしては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２といったポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレンなどが挙げられる。前記スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、非晶ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレンといったフッ素樹脂などが挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as resin used for manufacture of the aluminum resin composite material of this invention, For example, thermoplastic resins, such as general purpose plastics, general purpose engineering plastics, and super engineering plastics, are mentioned, It can select suitably according to various uses. it can. Examples of the general-purpose plastic include polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinylidene chloride, polybutadiene, polyethylene terephthalate, and the like. Is mentioned. Examples of the general-purpose engineering plastics include polyamides such as nylon 6, nylon 66, and nylon 12, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, and ultrahigh molecular weight polyethylene. Examples of the super engineering plastic include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, amorphous polyarylate, polyamideimide, polyetherimide, polyetheretherketone, thermoplastic polyimide, liquid crystal polymer, and fluororesin such as polytetrafluoroethylene. It is done.
このような熱可塑性樹脂は１種を単独で使用しても２種以上を併用してもよい。このような熱可塑性樹脂の中でも、樹脂材料を接合する際に、硫黄原子と結合しやすいという観点から、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２などのポリアミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が好ましく、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２がより好ましい。また、このような樹脂には、公知の充填材や公知の添加剤、公知の樹脂強化材などを配合してもよい。前記樹脂強化材としてはガラス繊維やバイオナノファイバーなどが挙げられる。 Such thermoplastic resins may be used alone or in combination of two or more. Among such thermoplastic resins, polyamide 6 such as nylon 6, nylon 66, nylon 12, and polyphenylene sulfide (PPS) are preferable from the viewpoint of easy bonding with sulfur atoms when bonding resin materials, and nylon 6, Nylon 66 and nylon 12 are more preferable. Moreover, you may mix | blend a well-known filler, a well-known additive, a well-known resin reinforcement material, etc. with such resin. Examples of the resin reinforcing material include glass fiber and bionanofiber.
本発明のアルミニウム樹脂複合材料の製造方法においては、前記本発明の表面処理アルミニウム基板の前記レーザークラッディング処理が施された表面（以下、「レーザークラッディング処理表面」という。）に溶融状態の前記樹脂を接触させることによって、前記レーザークラッディング処理表面に樹脂材料を接合することができる。 In the method for producing an aluminum resin composite material of the present invention, the surface of the surface-treated aluminum substrate of the present invention that has been subjected to the laser cladding treatment (hereinafter referred to as “laser cladding treated surface”) is in a molten state. By bringing the resin into contact, a resin material can be bonded to the surface of the laser cladding treatment.
前記レーザークラッディング処理表面に溶融状態の前記樹脂を接触させる方法としては、前記レーザークラッディング処理表面に溶融状態の樹脂を射出して成形する方法、前記レーザークラッディング処理表面に予備成形した樹脂材料を溶融圧着させる方法などが挙げられる。 As a method of bringing the molten resin into contact with the laser cladding surface, a method of injecting and molding a molten resin onto the laser cladding surface, a resin material preformed on the laser cladding surface And a method of melt-compression bonding.
射出成形による方法として、具体的には、先ず、前記本発明の表面処理アルミニウム基板を所定の射出成形用金型に装着する。次に、前記表面処理アルミニウム基板のレーザークラッディング処理表面に溶融状態の樹脂を射出する。その後、金型を冷却することによって樹脂を凝固させ、表面処理アルミニウム基板と樹脂材料とを接合させる。前記射出時の樹脂温度としては、樹脂の溶融温度以上であれば特に制限はない。また、その他の射出条件についても各樹脂に応じた公知の条件を採用することができる。 Specifically, as the method by injection molding, first, the surface-treated aluminum substrate of the present invention is mounted on a predetermined injection mold. Next, a molten resin is injected onto the laser-clad surface of the surface-treated aluminum substrate. Thereafter, the mold is cooled to solidify the resin, thereby joining the surface-treated aluminum substrate and the resin material. The resin temperature at the time of injection is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the melting temperature of the resin. Moreover, the other well-known conditions according to each resin are employable also about other injection conditions.
溶融圧着による方法としては、先ず、樹脂を射出成形や押出成形など公知の成形方法により所定の形状に予備成形する。この予備成形された樹脂材料を、前記本発明の表面処理アルミニウム基板のレーザークラッディング処理表面上に重ね合わせて、アルミニウム樹脂複合材料前駆体を作製する。その後、このアルミニウム樹脂複合材料前駆体を加熱しながらプレス成形することによって、前記レーザークラッディング処理表面に樹脂材料が溶融圧着され、得られたプレス成形品を冷却することによって、表面処理アルミニウム基板と樹脂材料とが接合された本発明のアルミニウム樹脂複合材料が得られる。前記溶融圧着時の加熱温度としては、樹脂の溶融温度以上であれば特に制限はない。また、その他の溶融圧着条件についても各樹脂に応じた公知の条件を採用することができる。 As a method by melt-bonding, first, a resin is preformed into a predetermined shape by a known molding method such as injection molding or extrusion molding. This preformed resin material is superposed on the laser cladding surface of the surface-treated aluminum substrate of the present invention to produce an aluminum resin composite material precursor. Thereafter, the aluminum resin composite material precursor is press-molded while being heated, so that the resin material is melt-bonded to the laser cladding surface, and the obtained press-molded product is cooled to obtain a surface-treated aluminum substrate. The aluminum resin composite material of the present invention bonded to the resin material is obtained. The heating temperature at the time of the melt-bonding is not particularly limited as long as it is higher than the melting temperature of the resin. Moreover, also about the other melt-bonding conditions, the well-known conditions according to each resin are employable.
このようにして製造される本発明のアルミニウム樹脂複合材料は、前記表面処理アルミニウム基板の前記硫黄原子またはリン原子を備える表面に樹脂材料が接合したものである。このようなアルミニウム樹脂複合材料は、前記表面処理アルミニウム基板と前記樹脂材料との間において高い接合強度を有するものであり、具体的には、前記表面処理アルミニウム基板と前記樹脂材料との間の引張剪断強さが０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、１ＭＰａ以上であることがより好ましい。引張剪断強さが前記下限未満になると、表面処理アルミニウム基板と樹脂材料との接合強度が不十分となる傾向にある。 The aluminum resin composite material of the present invention produced in this way is obtained by bonding a resin material to the surface of the surface-treated aluminum substrate provided with the sulfur atom or phosphorus atom. Such an aluminum resin composite material has a high bonding strength between the surface-treated aluminum substrate and the resin material, and specifically, a tensile force between the surface-treated aluminum substrate and the resin material. The shear strength is preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 1 MPa or more. When the tensile shear strength is less than the lower limit, the bonding strength between the surface-treated aluminum substrate and the resin material tends to be insufficient.
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
（実施例１）
＜電界研磨による酸化膜の除去＞
エタノール１６０ｍｌと過塩素酸６７ｍｌとを含有する混合溶液をステンレス製容器に入れ、この混合溶液にアルミニウム基板（１０ｍｍ×４８ｍｍ×１ｍｍ）を浸漬した。前記アルミニウム基板を正極、前記ステンレス製容器を負極として、８Ｖの直流電圧を２分間印加した。その後、アルミニウム基板を引き上げて水洗し、ドライヤーで乾燥させて、表面の酸化膜が除去されたアルミニウム基板を得た。
Example 1
<Removal of oxide film by electropolishing>
A mixed solution containing 160 ml of ethanol and 67 ml of perchloric acid was placed in a stainless steel container, and an aluminum substrate (10 mm × 48 mm × 1 mm) was immersed in this mixed solution. A DC voltage of 8 V was applied for 2 minutes using the aluminum substrate as a positive electrode and the stainless steel container as a negative electrode. Thereafter, the aluminum substrate was pulled up, washed with water, and dried with a dryer to obtain an aluminum substrate from which the oxide film on the surface was removed.
＜レーザークラッディング処理＞
アルミニウム粉末（平均粒径：３μｍ）と硫黄粉末（平均粒径：３μｍ）とを体積比１：１でエタノール中で混合し、接合剤（スラリー濃度（混合粉末濃度）：１４００ｇ／Ｌ）を調製した。この接合剤を前記アルミニウム基板の酸化膜を除去した表面上に、混合粉末量がアルミニウム基板の単位面積当たり２４０ｇ／ｍ２となるように塗布して試験片を作製し、この試験片を図１に示すレーザークラッディング装置の真空容器１内に２枚並べて設置した。
<Laser cladding process>
Aluminum powder (average particle size: 3 μm) and sulfur powder (average particle size: 3 μm) are mixed in ethanol at a volume ratio of 1: 1 to prepare a bonding agent (slurry concentration (mixed powder concentration): 1400 g / L). did. A test piece was prepared by applying this bonding agent on the surface of the aluminum substrate from which the oxide film had been removed so that the amount of the mixed powder was 240 g / m 2 per unit area of the aluminum substrate. Two were placed side by side in the vacuum vessel 1 of the laser cladding apparatus shown in FIG.
真空容器１内を１０−２Ｔｏｒｒ以下に減圧した後、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー装置（スペクトラフィジックス（株）製「Ｑｕａｎｔａ−Ｒａｙ Ｐｒｏ−２９０−１０」、パルス幅：８ナノ秒、繰返し数：１０Ｈｚ）を用いて、２倍の高調波（波長：５３２ｎｍ）のレーザー光５（ビーム径：φ１３ｍｍ）を、真空容器１のレーザー入射窓４から真空容器１内に導入し、モーター６に取り付けたミラー７で反射させて前記試験片に照射し、アルミニウム基板３上の接合剤２にレーザークラッディング処理を施した。レーザー光の照射エネルギーは５２５ｍＪ／ｐｕｌｓｅ、照射時間は２０分間に設定した。また、前記試験片上のレーザー光の照射領域の直径がφ２４ｍｍとなるように前記ミラー７を回転速度６０ｒｐｍで偏芯回転させた。 After depressurizing the inside of the vacuum vessel 1 to 10 −2 Torr or less, an Nd-YAG laser device (“Quanta-Ray Pro-290-10” manufactured by SpectraPhysics Co., Ltd., pulse width: 8 nanoseconds, repetition rate: 10 Hz) Is used to introduce a laser beam 5 (beam diameter: φ13 mm) of double harmonics (wavelength: 532 nm) into the vacuum vessel 1 from the laser incident window 4 of the vacuum vessel 1 and attached to the motor 6. And the test piece was irradiated with the laser beam, and the bonding agent 2 on the aluminum substrate 3 was subjected to laser cladding treatment. The laser beam irradiation energy was set to 525 mJ / pulse, and the irradiation time was set to 20 minutes. Further, the mirror 7 was rotated eccentrically at a rotation speed of 60 rpm so that the diameter of the irradiation region of the laser beam on the test piece was φ24 mm.
このようにしてレーザークラッディング処理を施した試験片の写真を図２（サンプル番号＃３および＃４）に示す。写真上部のわずかに白くなった部分がレーザークラッディング処理を施した部分である。また、前記レーザークラッディング処理を施した部分（表面層）の厚さを測定したところ、１００μｍであった。 A photograph of the test piece thus laser-cladded is shown in FIG. 2 (sample numbers # 3 and # 4). The slightly whitened part at the top of the photo is the part that has been laser-cladded. Further, the thickness of the portion (surface layer) subjected to the laser cladding treatment was measured and found to be 100 μm.
また、レーザークラッディング処理を施したアルミニウム基板表面（前記試験片のレーザークラッディング処理を施した部分）のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）スペクトルを図３Ａに示す。なお、図３Ｂには、通常の硫黄のＸＰＳスペクトルを示す。図３Ａおよび図３Ｂに示したＸＰＳスペクトルのピークは硫黄原子の２Ｐピークであり、レーザー光の照射によって硫黄原子の２Ｐピークが、結合エネルギー１６４ｅＶ付近から１６２．８ｅＶ付近にシフトすることがわかった。結合エネルギーが１６４ｅＶ付近の２Ｐピークは、硫黄原子同士が結合していることを示しており、結合エネルギーが１６０．５〜１６３．５ｅＶのピークは、硫黄原子がアルミニウム原子と結合していることを示している。したがって、アルミニウム基板表面上の前記接合剤にレーザー光を照射してアルミニウム基板の表面にレーザークラッディング処理を施すことによって、硫黄原子とアルミニウム原子とが結合することが確認された。 FIG. 3A shows an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of the surface of the aluminum substrate subjected to the laser cladding treatment (the portion of the test piece subjected to the laser cladding treatment). FIG. 3B shows a normal sulfur XPS spectrum. The peak of the XPS spectrum shown in FIG. 3A and FIG. 3B is the 2P peak of the sulfur atom, and it was found that the 2P peak of the sulfur atom is shifted from the vicinity of the binding energy of 164 eV to the vicinity of 162.8 eV by laser light irradiation. The 2P peak near a binding energy of 164 eV indicates that sulfur atoms are bonded to each other, and the peak at a binding energy of 160.5 to 163.5 eV indicates that the sulfur atom is bonded to an aluminum atom. Show. Therefore, it was confirmed that sulfur atoms and aluminum atoms are bonded by irradiating the bonding agent on the surface of the aluminum substrate with laser light and subjecting the surface of the aluminum substrate to laser cladding.
＜射出成形＞
レーザークラッディング処理を施した前記試験片を金型に装着し、金型温度７０℃、樹脂温度２４５℃、保持時間３０秒間の条件で、ナイロン６（宇部興産（株）製「ナイロン６ グレード１０２２Ｂ」）を前記レーザークラッディング処理を施した面に射出して、前記アルミニウム基板とナイロン６（１０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍ）とが接合されたアルミニウム樹脂複合材料（重なり部分：１０ｍｍ×１０ｍｍ）を作製した。この複合材料について、万力型のチャックを備えたインストロン型万能試験機（インストロン社製「ＩＮＳＴＲＯＮ５５６６」）を用い、引張速度１０ｍｍ／分、チャック間距離５０ｍｍ、ロードセル１０ｋＮ、チャックスペーサー１０ｋＮの条件で引張剪断試験を行い、アルミニウム基板とナイロン６との間の引張剪断強さを測定した。その結果を図４に示す。
<Injection molding>
The test piece subjected to the laser cladding treatment is mounted on a mold, and the nylon 6 (“Nylon 6 Grade 1022B” manufactured by Ube Industries, Ltd.) is used under the conditions of a mold temperature of 70 ° C., a resin temperature of 245 ° C., and a holding time of 30 seconds. ”) Was injected onto the surface subjected to the laser cladding treatment to produce an aluminum resin composite material (overlapping portion: 10 mm × 10 mm) in which the aluminum substrate and nylon 6 (10 mm × 40 mm × 2 mm) were joined. . For this composite material, using an Instron universal testing machine equipped with a vise type chuck (“INSTRON 5566” manufactured by Instron), conditions of a tensile speed of 10 mm / min, a distance between chucks of 50 mm, a load cell of 10 kN, and a chuck spacer of 10 kN The tensile shear test was performed by measuring the tensile shear strength between the aluminum substrate and nylon 6. The result is shown in FIG.
（実施例２）
レーザー光の照射エネルギーを８７０ｍＪ／ｐｕｌｓｅに変更した以外は実施例１と同様にして、アルミニウム基板の酸化膜を除去した表面に前記接合剤を塗布してレーザークラッディング処理を施した。レーザークラッディング処理を施した試験片の写真を図２（サンプル番号＃５および＃６）に示す。写真上部の白色部分がレーザークラッディング処理を施した部分である。また、前記レーザークラッディング処理を施した部分（表面層）の厚さを測定したところ、１００μｍであった。
(Example 2)
Except for changing the irradiation energy of laser light to 870 mJ / pulse, the bonding agent was applied to the surface of the aluminum substrate from which the oxide film had been removed, and laser cladding treatment was performed in the same manner as in Example 1. A photograph of the test piece subjected to the laser cladding treatment is shown in FIG. 2 (sample numbers # 5 and # 6). The white part at the top of the photo is the part that has been laser-cladded. Further, the thickness of the portion (surface layer) subjected to the laser cladding treatment was measured and found to be 100 μm.
この試験片にナイロン６を接合した以外は実施例１と同様にしてアルミニウム樹脂複合材料を作製した。この複合材料のアルミニウム基板とナイロン６との間の引張剪断強さを実施例１と同様にして測定した。その結果を図４に示す。 An aluminum resin composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that nylon 6 was bonded to the test piece. The tensile shear strength between the aluminum substrate of this composite material and nylon 6 was measured in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.
（比較例１）
アルミニウム基板表面の酸化膜を除去せず、レーザー光の照射エネルギーを８７０ｍＪに変更した以外は実施例１と同様にして、アルミニウム基板の表面に前記接合剤を塗布してレーザークラッディング処理を施した。レーザークラッディング処理を施した試験片の写真を図２（サンプル番号＃１７および＃１８）に示す。写真上部の白色部分がレーザークラッディング処理を施した部分である。また、前記レーザークラッディング処理を施した部分（表面層）の厚さを測定したところ、１００μｍであった。
(Comparative Example 1)
The bonding agent was applied to the surface of the aluminum substrate and laser cladding was applied in the same manner as in Example 1 except that the oxide film on the surface of the aluminum substrate was not removed and the irradiation energy of laser light was changed to 870 mJ. . A photograph of the test piece subjected to the laser cladding treatment is shown in FIG. 2 (sample numbers # 17 and # 18). The white part at the top of the photo is the part that has been laser-cladded. Further, the thickness of the portion (surface layer) subjected to the laser cladding treatment was measured and found to be 100 μm.
この試験片にナイロン６を接合した以外は実施例１と同様にしてアルミニウム樹脂複合材料を作製した。この複合材料のアルミニウム基板とナイロン６との間の引張剪断強さを実施例１と同様にして測定した。その結果を図４に示す。 An aluminum resin composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that nylon 6 was bonded to the test piece. The tensile shear strength between the aluminum substrate of this composite material and nylon 6 was measured in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.
（比較例２）
実施例１と同様にしてアルミニウム基板の表面の酸化膜を除去した。この酸化膜を除去したアルミニウム基板を用いた以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム基板とナイロン６とを接合してアルミニウム樹脂複合材料を作製した。この複合材料のアルミニウム基板とナイロン６との間の引張剪断強さを実施例１と同様にして測定した。その結果を図４に示す。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 1, the oxide film on the surface of the aluminum substrate was removed. An aluminum resin composite material was produced by bonding an aluminum substrate and nylon 6 in the same manner as in Example 1 except that the aluminum substrate from which the oxide film was removed was used. The tensile shear strength between the aluminum substrate of this composite material and nylon 6 was measured in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.
図４に示した結果から明らかなように、酸化膜を除去したアルミニウム基板の表面に、アルミニウム粉末と硫黄粉末とを用いてレーザークラッディング処理を施した場合（実施例１〜２）には、アルミニウム基板とポリアミド系樹脂とを強固に接合できることが確認された。 As is clear from the results shown in FIG. 4, when laser cladding treatment was performed on the surface of the aluminum substrate from which the oxide film was removed using aluminum powder and sulfur powder (Examples 1 and 2), It was confirmed that the aluminum substrate and the polyamide-based resin can be firmly bonded.
一方、本発明にかかるレーザークラッディング処理を施さなかった場合（比較例２）には、アルミニウム基板にポリアミド系樹脂を接合することは困難であった。また、本発明にかかるレーザークラッディング処理を施した場合であっても、アルミニウム基板表面の酸化膜を除去しなかった場合（比較例１）には、アルミニウム基板にポリアミド系樹脂を接合することは困難であった。 On the other hand, when the laser cladding treatment according to the present invention was not performed (Comparative Example 2), it was difficult to bond the polyamide resin to the aluminum substrate. Further, even when the laser cladding process according to the present invention is performed, when the oxide film on the aluminum substrate surface is not removed (Comparative Example 1), it is possible to join the polyamide resin to the aluminum substrate. It was difficult.
以上説明したように、本発明によれば、樹脂材料に対して高い接合強度を示す表面処理アルミニウム基板を得ることができ、さらに、このような表面処理アルミニウム基板と樹脂材料とを接合することによって、アルミニウム基板と樹脂材料との間において高い接合強度を有するアルミニウム樹脂複合材料を得ることができる。そして、このようなアルミニウム樹脂複合材料は、金属材料が適用されていた部分に置き換えて使用することができ、自動車、家電製品などにおいて、軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a surface-treated aluminum substrate that exhibits high bonding strength with respect to a resin material. Further, by bonding such a surface-treated aluminum substrate and a resin material, An aluminum resin composite material having high bonding strength between the aluminum substrate and the resin material can be obtained. Such an aluminum resin composite material can be used by being replaced with a portion to which a metal material has been applied, and it is possible to achieve weight reduction and cost reduction in automobiles, home appliances, and the like.
したがって、本発明のアルミニウム樹脂複合材料は、軽量化や低コスト化が要求されるハイブリッド車や電気自動車に用いられる各種部品、例えば、バックドア、インバータケースといったアルミニウム基板と樹脂材料との直接接合が必要な部品として有用であり、特に、エンジン部品やシャーシ（フレーム）などにおいては、熱伝導性や電気伝導性、強度を維持しながら軽量化や低コスト化を図ることができるという点で有用である。 Therefore, the aluminum resin composite material of the present invention is capable of directly joining an aluminum substrate such as a back door and an inverter case to a resin material, such as various parts used in hybrid vehicles and electric vehicles that are required to be reduced in weight and cost. It is useful as necessary parts, especially in engine parts and chassis (frames) because it can reduce weight and cost while maintaining thermal conductivity, electrical conductivity, and strength. is there.
１：真空容器、２：接合剤、３：アルミニウム基板、４：レーザー入射窓、５：レーザー光、６：モーター、７：ミラー。 1: Vacuum container, 2: Bonding agent, 3: Aluminum substrate, 4: Laser incident window, 5: Laser light, 6: Motor, 7: Mirror.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012505740A (en) * | 2008-10-15 | 2012-03-08 | ヴラームス インステリング ヴール テクノロギシュ オンデルゾーク （ヴイアイティーオー） | Laser cladding of thermoplastic powder on plastic |
| JP2020199747A (en) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | 昭和電工株式会社 | Back door for automobile and method for manufacturing the same |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05287468A (en) * | 1992-04-13 | 1993-11-02 | Mazda Motor Corp | Manufacture of casting made of aluminum alloy |
| JP2003057862A (en) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Fuji Denki Gazo Device Kk | Electrophotographic photoreceptor for reversal developing process and method for manufacturing the same |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05287468A (en) * | 1992-04-13 | 1993-11-02 | Mazda Motor Corp | Manufacture of casting made of aluminum alloy |
| JP2003057862A (en) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Fuji Denki Gazo Device Kk | Electrophotographic photoreceptor for reversal developing process and method for manufacturing the same |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012505740A (en) * | 2008-10-15 | 2012-03-08 | ヴラームス インステリング ヴール テクノロギシュ オンデルゾーク （ヴイアイティーオー） | Laser cladding of thermoplastic powder on plastic |
| JP2020199747A (en) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | 昭和電工株式会社 | Back door for automobile and method for manufacturing the same |
| JP7322535B2 (en) | 2019-06-13 | 2023-08-08 | 株式会社レゾナック | Automobile back door and manufacturing method thereof |
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