JP2019058949A - Manufacturing method of composite member - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method of a composite member in which an aluminum die casting member and a polymer member are rigidly adhered to each other by removing a carbide film on the surface of the aluminum die casting member and homogenizing a surface layer.SOLUTION: A manufacturing method of a composite member made by compounding an aluminum die casting member and a polymer member includes a melting process of melting a surface layer of a joint surface by irradiating the joint surface with the polymer member on the aluminum die casting member with laser beams and a compounding process of integrally forming polymer material onto the joint surface. The manufacturing method of the composite member preferably has a removal process for removing a carbide film existing on the joint surface by irradiating the joint surface with laser beams before the melting process, and preferably has a reforming process of applying hydroxide groups onto the joint surface by irradiating the joint surface with plasma beams after the melting process.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、アルミダイカスト部材と高分子部材とが複合化された複合部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a composite member in which an aluminum die-cast member and a polymer member are combined.

自動車に搭載されるエンジンコントロールユニットなどの電子制御装置のケースには、アルミダイカスト部材である筐体に、シリコーンゴムなどから形成された高分子部材が接着されてなる複合部材が用いられる。ダイカスト(金型鋳造)用のアルミニウム合金としては、Al−Si−Cu系合金のADC12などが知られている。しかし、ADC12などのアルミニウム合金をダイカストしたアルミダイカスト部材と高分子部材とは、接着性に劣るという問題がある。   As a case of an electronic control device such as an engine control unit mounted on a car, a composite member in which a polymer member made of silicone rubber or the like is adhered to a housing which is an aluminum die-cast member is used. As an aluminum alloy for die casting (die casting), ADC12 of an Al-Si-Cu-based alloy and the like are known. However, there is a problem that the aluminum die-cast member and the polymer member obtained by die-casting an aluminum alloy such as the ADC 12 have poor adhesion.

接着性を阻害している要因は、有機物の汚れなど種々考えられるが、なかでもアルミダイカスト部材の表面に形成されている炭化物膜の存在が問題になる。炭化物膜は、アルミダイカスト部材を製造する際に金型に塗布される離型剤(油、シリコン、ワックスなどの混合物)の残留物からなると考えられる。離型剤はダイカスト時の加熱によりグラファイト化されることにより、アルミダイカスト部材の表面に硬い炭化物膜として残留する。アルミダイカスト部材の表面に炭化物膜がある状態で高分子部材と接着させても、高分子部材が界面剥離してしまい、両者を充分に接着することができなかった。   There are various factors such as the contamination of organic matter, and the factors that inhibit the adhesion are, among others, the existence of a carbide film formed on the surface of the aluminum die-cast member. The carbide film is considered to be composed of a residue of a release agent (a mixture of oil, silicon, wax and the like) applied to a mold when manufacturing an aluminum die-cast member. The release agent is graphitized by heating at the time of die casting, and remains as a hard carbide film on the surface of the aluminum die-cast member. Even when a carbide film was adhered to the surface of the aluminum die-cast member, the polymer member was peeled off at the interface, so that both could not be adhered sufficiently.

特開2014−86682号公報JP, 2014-86682, A 特開2009−155358号公報JP, 2009-155358, A 特開2016−129942号公報JP, 2016-129942, A

アルミダイカスト部材の表面に形成された炭化物膜を除去することは、有機溶剤による洗浄や超音波洗浄では難しい。このため、酸やアルカリ洗浄などのウエット処理や、ビーズブラストなどのブラスト処理などを施す必要がある。しかし、ウエット処理の場合は、薬液濃度を調整したり、汚れの再付着を抑制する必要があるなど、工程管理が難しい。ブラスト処理の場合は、投射材の衝突によりアルミダイカスト部材の表面に凹凸が形成されるため、接着性を阻害するおそれがある。   It is difficult to remove the carbide film formed on the surface of the aluminum die-cast member by cleaning with an organic solvent or ultrasonic cleaning. For this reason, it is necessary to perform wet processing such as acid or alkali cleaning and blast processing such as bead blasting. However, in the case of the wet processing, it is difficult to control the process, for example, it is necessary to adjust the concentration of the chemical solution and to suppress the reattachment of the stain. In the case of the blasting process, asperities are formed on the surface of the aluminum die-cast member due to the collision of the projection material, and there is a possibility that the adhesiveness is impaired.

例えば、炭化物膜を除去せずに接着性を向上させる方法として、特許文献1には、アルミダイカスト部材の表面にプラズマCVD法によりシリコーン系薄膜またはカーボン系薄膜を形成し、当該薄膜を介して、アルミダイカスト部材とシリコーン接着剤からなるシール部材とを接着させる方法が記載されている。特許文献2には、湿気硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物(シリコーンゴム)と基材とを、有機ケイ素化合物の燃焼により形成させた酸化ケイ素皮膜を介して接着させる方法が記載されている。特許文献2に記載された方法においては、有機ケイ素化合物を含む燃料ガスの火炎を基材表面に吹き付ける処理を行う。このため、基材へのダメージが大きい。なお、特許文献2には、基材としてアルミダイカスト部材は記載されていないが、段落[0033]には、基材と反対側にシリコーンゴムと接着させる部材として、アルミダイカストなどの金属製筐体が記載されている。続く段落[0034]には、接着性を高めるために、金属製筐体の表面に予め酸化物皮膜などを形成しておくとよいことが記載されている。このように、特許文献1、2には、炭化物膜を除去するのではなく、新たに薄膜を形成する方法が記載されているに過ぎない。   For example, as a method of improving adhesion without removing a carbide film, Patent Document 1 forms a silicon-based thin film or a carbon-based thin film on the surface of an aluminum die-cast member by plasma CVD method, and A method of bonding an aluminum die cast member and a seal member made of a silicone adhesive is described. Patent Document 2 describes a method of bonding a cured product of a moisture-curable silicone rubber composition (silicone rubber) and a substrate through a silicon oxide film formed by combustion of an organosilicon compound. In the method described in Patent Document 2, a process of spraying a flame of a fuel gas containing an organosilicon compound onto the surface of a substrate is performed. For this reason, the damage to a base material is large. In addition, although the aluminum die-cast member is not described as a base material in patent document 2, metal housings, such as an aluminum die-cast, as a member made to adhere to silicone rubber on the opposite side to a base material in paragraph [0033]. Is described. The subsequent paragraph [0034] describes that an oxide film or the like may be formed in advance on the surface of the metal casing in order to enhance the adhesion. As described above, Patent Documents 1 and 2 only describe a method of newly forming a thin film instead of removing the carbide film.

炭化物膜の付着度合や組成を、製造するごとに均一化することは困難である。例えば、一つのアルミダイカスト部材において、炭化物膜が多く付着している部分や、全く付着していない部分などが混在している可能性がある。このような場合、炭化物膜の上に新たに薄膜を形成すると、炭化物膜が付着している部分と、付着していない部分と、の境界付近の接着性が不安定になりやすい。さらに、炭化物膜そのものが脆弱な場合、それを起因とした接着力低下を招くため、生産性を悪化させる要因となる。   It is difficult to equalize the adhesion degree and composition of the carbide film every time it is manufactured. For example, in one aluminum die-cast member, there may be a portion in which a large amount of carbide film is attached, a portion in which no carbide film is attached, or the like. In such a case, when a thin film is newly formed on the carbide film, the adhesiveness in the vicinity of the boundary between the portion to which the carbide film is attached and the portion to which the carbide film is not attached tends to be unstable. Furthermore, when the carbide film itself is fragile, the adhesion strength caused by it is lowered, which causes the deterioration of productivity.

また、アルミダイカスト部材における接着性の阻害要因としては、炭化物膜の存在だけでなく、結晶粒界の存在が挙げられる。アルミダイカスト部材の表層には、アルミニウム以外の銅、鉄などの微量金属成分が島状に偏在することにより、結晶粒界が形成されている。本発明者が検討したところ、結晶粒界では、それ以外の部分と水酸基の付き方が違ったり、異種金属との間で電子の移動が行われて腐食が進行しやすいため、結晶粒界が存在すると接着性が低下しやすいという知見を得た。   Moreover, as a factor which inhibits the adhesiveness in an aluminum die-cast member, not only the existence of a carbide film but the existence of a grain boundary is mentioned. In the surface layer of the aluminum die-cast member, crystal grain boundaries are formed by uneven distribution of trace metal components such as copper and iron other than aluminum in the form of islands. The inventors of the present invention have found that, in the grain boundary, the way in which hydroxyl groups are attached differs from that in other parts, or electrons move between foreign metals and corrosion tends to progress, so the grain boundary It has been found that if present, adhesion is likely to decrease.

この点、特許文献3には、金属部材の表面に開口を有する穿孔部を形成し、プラズマ処理、レーザー処理などにより表面を改質した後、樹脂部材を接合させる方法が記載されている。特許文献3に記載された方法においては、金属部材に形成された穿孔部に樹脂部材を充填し、そのアンカー効果により両者の接合性を向上させている。また、プラズマ処理、レーザー処理などによる表面改質は、金属部材の表面に酸化膜を形成するための処理である。このように、特許文献3においては、アルミダイカスト部材における炭化物膜や結晶粒界が接着性に与える影響については何も記載されていないし、当然その対策も検討されていない。   In this respect, Patent Document 3 describes a method of forming a perforated portion having an opening in the surface of a metal member, modifying the surface by plasma treatment, laser treatment or the like, and then bonding the resin member. In the method described in Patent Document 3, the resin member is filled in the perforated portion formed in the metal member, and the bonding effect of the both is improved by the anchor effect. Further, surface modification by plasma treatment, laser treatment or the like is a treatment for forming an oxide film on the surface of a metal member. As described above, in Patent Document 3, nothing is described about the influence of the carbide film and the grain boundaries in the aluminum die-cast member on the adhesion, and naturally, no countermeasure is considered.

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、アルミダイカスト部材の表面の炭化物膜を除去し表層を均質化することにより、アルミダイカスト部材と高分子部材とが強固に接着された複合部材の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such an actual situation, and by removing the carbide film on the surface of the aluminum die-cast member and homogenizing the surface layer, the aluminum die-cast member and the polymer member are firmly bonded. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composite member.

上記課題を解決するため、本発明の複合部材の製造方法は、アルミダイカスト部材と高分子部材とが複合化された複合部材の製造方法であって、該アルミダイカスト部材における該高分子部材との接合面にレーザーを照射して、該接合面の表層を融解させる融解工程と、該接合面に高分子材料を一体成形する複合化工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the method for producing a composite member of the present invention is a method for producing a composite member in which an aluminum die-cast member and a polymer member are composited, and the method for producing the composite member with the polymer member in the aluminum die-cast member The method is characterized by including a melting step of irradiating the bonding surface with a laser to melt the surface layer of the bonding surface, and a compounding step of integrally molding a polymer material on the bonding surface.

本発明の複合部材の製造方法においては、アルミダイカスト部材における高分子部材との接合面にレーザーを照射することにより、接合面の表層を融解する。こうすることにより、表層に偏在していた銅、鉄などの微量金属成分の凝集塊が融解して分散し、結晶粒界が少なくなり、表層が均質化される。したがって、従来結晶粒界で生じていた水酸基の偏りによる接着不良や腐食による接着不良を、抑制することができる。また、表層を融解させると、接合面に形成されていた炭化物膜も除去される。これにより、炭化物膜の下に元々自然に生成されていた酸化層(自然酸化層)が表出し、その状態で融解が進行することにより、酸化層表面の分子の化学結合が切断され、接合面が活性化される。その結果、融解工程後の接合面には、多くの水酸基が生成される。当該水酸基と高分子部材を形成するための材料(高分子材料)とが反応し、化学結合することにより、アルミダイカスト部材と高分子部材との強固な接着を実現することができる。以上より、本発明の製造方法によると、高分子部材が界面剥離しにくく耐久性が高い複合部材を製造することができる。   In the method of manufacturing a composite member of the present invention, the surface layer of the bonding surface is melted by irradiating the bonding surface of the aluminum die-cast member with the polymer member with a laser. By so doing, aggregates of trace metal components such as copper and iron that were unevenly distributed in the surface layer are melted and dispersed, the grain boundaries are reduced, and the surface layer is homogenized. Therefore, it is possible to suppress adhesion failure due to uneven distribution of hydroxyl groups and adhesion failure due to corrosion, which have conventionally occurred at grain boundaries. In addition, when the surface layer is melted, the carbide film formed on the bonding surface is also removed. As a result, the oxide layer (natural oxide layer) originally generated naturally under the carbide film is exposed, and the melting proceeds in that state, whereby the chemical bond on the surface of the oxide layer is broken, and the bonding surface Is activated. As a result, many hydroxyl groups are generated on the bonding surface after the melting step. By the reaction between the hydroxyl group and the material (polymer material) for forming the polymer member to cause a chemical bond, strong bonding between the aluminum die-cast member and the polymer member can be realized. As described above, according to the manufacturing method of the present invention, a composite member having high durability can be manufactured which is unlikely to cause interfacial peeling of the polymer member.

実施例において製造した試験片の平面図である。It is a top view of the test piece manufactured in the example.

本発明の複合部材の製造方法は、アルミダイカスト部材と高分子部材とが複合化された複合部材の製造方法であって、融解工程と、複合化工程と、を有する。   The method for producing a composite member of the present invention is a method for producing a composite member in which an aluminum die-cast member and a polymer member are combined, and has a melting step and a combining step.

アルミダイカスト部材は、アルミニウム合金をダイカストして製造された部材であり、形状、大きさなどは特に限定されない。ダイカスト用のアルミニウム合金は、JIS H 5302:2006に規定されており、Al−Si−Cu系合金のADC12、ADC10などが挙げられる。   The aluminum die-cast member is a member manufactured by die-casting an aluminum alloy, and the shape, size, etc. are not particularly limited. Aluminum alloys for die casting are defined in JIS H 5302: 2006, and examples thereof include ADC12 and ADC10 of Al-Si-Cu based alloys.

高分子部材は、樹脂またはゴム(熱可塑性エラストマーを含む)を主成分とする部材であり、その形状は特に限定されない。例えば、シリコーン樹脂またはシリコーンゴムを主成分とするシリコーン部材は、電気特性、耐熱性、耐寒性、難燃性、化学的安定性に優れるため好適である。   The polymer member is a member having a resin or rubber (including a thermoplastic elastomer) as a main component, and the shape thereof is not particularly limited. For example, a silicone member having a silicone resin or a silicone rubber as a main component is preferable because it is excellent in electrical properties, heat resistance, cold resistance, flame retardancy, and chemical stability.

シリコーン部材は、オルガノポリシロキサンおよび架橋剤を含む組成物を硬化して製造される。当該組成物は、必要に応じて、架橋促進剤、架橋遅延剤、架橋助剤、接着成分、スコーチ防止剤、老化防止剤、軟化剤、熱安定剤、難燃剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、防錆剤、導電剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。   The silicone member is produced by curing a composition containing an organopolysiloxane and a crosslinking agent. The composition is, if necessary, a crosslinking accelerator, a crosslinking retarder, a crosslinking assistant, an adhesive component, a scorch inhibitor, an antiaging agent, a softener, a heat stabilizer, a flame retardant, a flame retardant assistant, UV absorption It may contain an agent, a rust inhibitor, a conductive agent, an antistatic agent and the like.

オルガノポリシロキサンは、架橋可能な官能基を1分子中に少なくとも2個有するものであり、アルケニル基(ビニル基、アリル基など)含有オルガノポリシロキサン、水酸基含有オルガノポリシロキサン、(メタ)アクリル基含有オルガノポリシロキサン、イソシアネート含有オルガノポリシロキサン、アミノ基含有オルガノポリシロキサン、エポキシ基含有オルガノポリシロキサンなどが挙げられる。   The organopolysiloxane has at least two crosslinkable functional groups in one molecule, and contains alkenyl group (vinyl group, allyl group etc.) containing organopolysiloxane, hydroxyl group containing organopolysiloxane, (meth) acrylic group containing Organopolysiloxane, isocyanate-containing organopolysiloxane, amino group-containing organopolysiloxane, epoxy group-containing organopolysiloxane and the like.

架橋剤としては、ヒドロシリル架橋剤、硫黄架橋剤、過酸化物架橋剤などが挙げられる。ヒドロシリル架橋剤としては、ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン(オルガノハイドロジェンポリシロキサン)などが挙げられる。   As the crosslinking agent, a hydrosilyl crosslinking agent, a sulfur crosslinking agent, a peroxide crosslinking agent and the like can be mentioned. The hydrosilyl crosslinking agent includes hydrosilyl group-containing organopolysiloxane (organohydrogenpolysiloxane) and the like.

接着成分としては、アルミダイカスト部材の接合面に存在する水酸基と結合可能な官能基を有する化合物が望ましい。官能基としては、アルコキシシリル基、ヒドロシリル基、シラノール基などが挙げられる。例えば、アルコキシシリル基を有する化合物としては、シランカップリング剤を用いればよい。シランカップリング剤は、分子中に2個以上の異なった官能基を有するシラン系化合物である。シランカップリング剤におけるアルコキシシリル基以外の官能基としては、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、(メタ)アクリル基などが挙げられる。シランカップリング剤の具体例としては、p−スチリルトリメトキシシラン、フェニルトリ(ジメチルシロキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリヒドロキシシランなどが挙げられる。   As the adhesive component, a compound having a functional group capable of binding to a hydroxyl group present on the bonding surface of the aluminum die-cast member is desirable. As a functional group, an alkoxy silyl group, a hydrosilyl group, a silanol group etc. are mentioned. For example, as a compound having an alkoxysilyl group, a silane coupling agent may be used. The silane coupling agent is a silane compound having two or more different functional groups in the molecule. As functional groups other than the alkoxy silyl group in a silane coupling agent, a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, a (meth) acryl group etc. are mentioned. Specific examples of the silane coupling agent include p-styryltrimethoxysilane, phenyltri (dimethylsiloxy) silane, vinyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyl Trihydroxysilane etc. are mentioned.

以下、本発明の複合部材の製造方法の各工程を説明する。   Hereinafter, each process of the manufacturing method of the composite member of this invention is demonstrated.

[融解工程]
本工程は、アルミダイカスト部材における高分子部材との接合面にレーザーを照射して、該接合面の表層を融解させる工程である。
[Melting process]
This process is a process of irradiating the laser to the bonding surface of the aluminum die-cast member with the polymer member to melt the surface layer of the bonding surface.

レーザーは、既に公知のYAGレーザー、YVOレーザー、希土類添加ファイバーレーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザーなどを使用すればよい。なかでもファイバーレーザーは、光ファイバーからの出力による高品質ビームにより集光性に優れていることに加えて、設置性の良さ、長寿命、メンテナンスが容易などの点で好適である。 The laser may be a known YAG laser, YVO 4 laser, rare earth-doped fiber laser, semiconductor laser, fiber laser, or the like. Among them, a fiber laser is preferable in terms of good installation, long life, easy maintenance, and the like, in addition to the fact that it is excellent in light collecting property due to the high quality beam by the output from the optical fiber.

レーザーの出力は、アルミダイカスト部材の表層を融解できる程度に調整すればよく、例えば、単位面積、単位時間あたりのエネルギー密度(レーザーの照射密度)が2J/mm以上になるように調整すればよい。レーザーの照射密度が4J/mm以上であるとより効果的である。一方、アルミダイカスト部材の熱ダメージを少なくするという観点から、レーザーの照射密度は40J/mm以下、さらには30J/mm以下であるとよい。2J/mm以上の照射密度でレーザーを照射すると、表層の融解と共に、接合面に形成されていた炭化物膜をも除去することができる。 The output of the laser may be adjusted to the extent that the surface layer of the aluminum die-cast member can be melted, for example, if the energy density per unit area and unit time (laser irradiation density) is adjusted to 2 J / mm 2 or more. Good. It is more effective that the laser irradiation density is 4 J / mm 2 or more. On the other hand, from the viewpoint of reducing the thermal damage to the aluminum die-cast member, the irradiation density of the laser is preferably 40 J / mm 2 or less, and more preferably 30 J / mm 2 or less. When the laser is irradiated at an irradiation density of 2 J / mm 2 or more, the carbide film formed on the bonding surface can be removed together with the melting of the surface layer.

(1)除去工程
本工程において、接合面の表層の融解と、炭化物膜の除去と、を同時に行ってもよいが、予め炭化物膜の除去処理を行っておいてから、本工程の融解処理を行ってもよい。炭化物膜の除去方法としては、レーザー処理、プラズマ処理などが挙げられる。例えば、本発明の複合部材の製造方法は、本工程の前に、アルミダイカスト部材の接合面にレーザーを照射して該接合面に存在する炭化物膜を除去する除去工程を有してもよい。この場合、除去工程と融解工程とは、必ずしも連続して行う必要はない。除去工程を行った後、数時間、数日などの時間が経過した後に融解工程を行ってもよい。炭化物膜の除去処理は、融解処理と比較して、レーザーの照射密度を小さくして行うことができる。つまり、炭化物膜を除去するだけであれば、比較的小さなレーザーの照射密度で、熱ダメージを最小限にして行うことができる。具体的には、除去工程におけるレーザーの照射密度は、0.5J/mm以上2J/mm未満であるとよい。
(1) Removal Step In this step, melting of the surface layer of the bonding surface and removal of the carbide film may be performed simultaneously, but after removing the carbide film in advance, the melting treatment of this step is performed. You may go. Laser processing, plasma processing, etc. may be mentioned as a method of removing the carbide film. For example, the manufacturing method of the composite member of the present invention may have a removing step of irradiating the bonding surface of the aluminum die-cast member with a laser to remove the carbide film existing on the bonding surface before the present step. In this case, the removing step and the melting step do not necessarily have to be performed continuously. The melting step may be performed after a lapse of several hours, several days, etc. after the removal step. The removal process of the carbide film can be performed with a smaller laser irradiation density as compared with the melting process. That is, if only removing the carbide film, it is possible to minimize the thermal damage with a relatively small laser irradiation density. Specifically, the irradiation density of the laser in the removal step is preferably 0.5 J / mm 2 or more and less than 2 J / mm 2 .

炭化物膜の除去処理を融解処理の前に行っておくと、次の二つの利点がある。
(a)接合面に炭化物膜が存在すると、融解時に除去しきれない炭素成分が内部に取り込まれ、後に腐食を引き起こす原因となるおそれがある。したがって、予め炭化物膜を除去しておくことにより、腐食のリスクを低減することができる。
(b)炭化物膜は均一に形成されているわけではないため、炭化物膜の有無により表層の融解の仕方が変わるおそれがある。例えば、金属が表出している部分は融解しやすく、炭化物膜が存在する部分は融解しにくいという場合、均質な表層が得られないおそれがある。したがって、予め炭化物膜を除去しておくと、表層の均質化に効果的である。
If the removal process of the carbide film is performed before the melting process, there are the following two advantages.
(A) If a carbide film is present on the bonding surface, carbon components that can not be removed at the time of melting may be taken into the inside, which may cause corrosion later. Therefore, the risk of corrosion can be reduced by removing the carbide film in advance.
(B) Since the carbide film is not formed uniformly, the method of melting the surface layer may change depending on the presence or absence of the carbide film. For example, when it is easy to melt the portion where the metal is exposed and it is difficult to melt the portion where the carbide film is present, there is a possibility that a homogeneous surface layer can not be obtained. Therefore, removing the carbide film in advance is effective in homogenizing the surface layer.

(2)改質工程
融解工程後の接合面には、多くの水酸基が生成される。ここで、接合面により多くの水酸基を生成させて、高分子材料との反応性が高い状態をより長く維持させるという観点から、融解工程の後に、接合面に水酸基を付与する改質処理を行ってもよい。すなわち、本発明の複合部材の製造方法は、本工程の後に、アルミダイカスト部材の接合面にプラズマを照射して該接合面に水酸基を付与する改質工程を有してもよい。
(2) Modification Step A large number of hydroxyl groups are generated on the bonding surface after the melting step. Here, from the viewpoint of generating a large number of hydroxyl groups on the bonding surface and maintaining a state of high reactivity with the polymer material for a longer time, a modification process is performed to provide hydroxyl groups on the bonding surface after the melting step. May be That is, the manufacturing method of the composite member of the present invention may have, after the present step, a reforming step of irradiating the bonding surface of the aluminum die-cast member with plasma to give a hydroxyl group to the bonding surface.

融解処理後の接合面にプラズマを照射すると、プラズマ中のイオン、ラジカルなどにより分子の化学結合が切断され、表面が活性化されることにより水酸基が生成する。プラズマ照射というドライプロセスにより、接合面に多くの水酸基を生成させるため、時間が経過しても水酸基が減少しにくく、高分子材料との反応性が高い状態を比較的長く維持することができる。したがって、改質工程の後、次の複合化工程における一体成形を連続して行わなくても(連続して行ってもよいことは言うまでもない)、アルミダイカスト部材と高分子部材との強固な接着を実現することができる。   When the bonding surface after the melting treatment is irradiated with plasma, chemical bonds of molecules are broken by ions, radicals and the like in the plasma, and the surface is activated to generate hydroxyl groups. Since a large number of hydroxyl groups are generated on the bonding surface by the dry process of plasma irradiation, the hydroxyl groups are unlikely to decrease even with the passage of time, and the state of high reactivity with the polymer material can be maintained for a relatively long time. Therefore, it is possible to firmly bond the aluminum die-cast member to the polymer member even if the integral forming in the next combining step is not continuously performed (it is needless to say that it may be continuously performed) after the reforming step. Can be realized.

プラズマの発生方法は、特に限定されない。例えば、高周波(RF)電源を用いたRFプラズマや、マイクロ波電源を用いたマイクロ波プラズマ、直流(DC)パルスプラズマなどを採用すればよく、電源に変調を加えてもよい。なかでも、マイクロ波プラズマは、プラズマ密度が大きいため処理速度が大きい、照射対象におけるプラズマダメージが少ないなどの理由から好適である。改質工程においてマイクロ波プラズマを採用すると、短時間で多くの水酸基を生成させることができるため高効率である。   The method of generating plasma is not particularly limited. For example, RF plasma using a radio frequency (RF) power source, microwave plasma using a microwave power source, direct current (DC) pulse plasma, or the like may be employed, and modulation may be applied to the power source. Among them, microwave plasma is preferable because it has a high plasma density, a high processing speed, and little plasma damage on the object to be irradiated. When microwave plasma is employed in the reforming step, many hydroxyl groups can be generated in a short time, which is highly efficient.

プラズマ発生電源の周波数は、特に限定されない。マイクロ波の周波数としては、8.35GHz、2.45GHz、1.98GHz、915MHzなどが挙げられる。RFの周波数としては、13.56MHzなどが挙げられる。DCの周波数としては、1〜500kHzなどが挙げられる。   The frequency of the plasma generation power source is not particularly limited. Examples of microwave frequencies include 8.35 GHz, 2.45 GHz, 1.98 GHz, and 915 MHz. 13.56 MHz etc. are mentioned as a frequency of RF. As a frequency of DC, 1-500 kHz etc. are mentioned.

プラズマ中には、ガスが電離することにより、イオン、電子、ラジカルが混在している。例えば、酸素を含むガス雰囲気でプラズマを発生させると、酸素ラジカルが生成する。酸素ラジカルの表面吸着、酸化改質作用により、比較的短時間で接合面を活性化することができる。酸素を含むガス雰囲気は、空気でもよく、酸素ガスのみ、あるいは酸素ガスと希ガスや窒素ガスなどとの混合ガスで構成してもよい。希ガスとしては、アルゴン、キセノンなどが好適である。例えば、酸素を含むガス雰囲気を、希ガスおよび窒素ガスから選ばれる一種以上のガスと酸素ガスとの混合ガスから構成する場合には、酸素ラジカルの表面吸着、酸化改質作用を効果的に利用するという観点から、酸素ガスの含有割合を、混合ガス全体の圧力または体積を100%とした場合の30%以上にすることが望ましい。酸素を含むガス雰囲気を、酸素ガスのみで構成すると、ラジカルによる作用を最大限に利用することができ効果的である。   In the plasma, ions, electrons, and radicals are mixed by ionizing the gas. For example, when plasma is generated in a gas atmosphere containing oxygen, oxygen radicals are generated. The bonding surface can be activated in a relatively short time by the surface adsorption of oxygen radicals and the oxidation reforming action. The gas atmosphere containing oxygen may be air, or may be composed of only oxygen gas, or a mixed gas of oxygen gas and a rare gas or nitrogen gas. As the noble gas, argon, xenon and the like are preferable. For example, in the case where the gas atmosphere containing oxygen is composed of a mixed gas of one or more gases selected from rare gases and nitrogen gas and oxygen gas, the surface adsorption of oxygen radicals and the oxidation reforming action are effectively used. From the viewpoint of the above, it is desirable to set the oxygen gas content to at least 30% when the pressure or volume of the entire mixed gas is 100%. If the oxygen-containing gas atmosphere is made up of only oxygen gas, it is possible to make the best use of the action of radicals, which is effective.

プラズマの照射は、大気圧下で行っても所定の圧力に減圧した真空下で行ってもよい(大気圧プラズマ処理でも真空プラズマ処理でもよい)。なかでも真空下で行うと、プラズマ中で生成されたオゾンなどによる付帯設備へのダメージを容易に防止でき、酸素ガスの混合割合を大きくすることができる。これにより、酸素ラジカルの表面吸着、酸化改質作用を効果的に発揮させることができる。また、プラズマ密度が大きくなり処理速度を大きくすることができ、プラズマ照射範囲の大面積化が容易であることから、生産性も高い。そして、プラズマ密度が大きいため、接合面の活性化の度合いが大きくなり、より多くの水酸基を生成させることができる。これにより、接合面において高分子材料との反応性が高い状態をより長時間維持することができる。真空プラズマ処理の場合、プラズマを発生させる容器内の圧力を、1〜100Pa程度にするとよい。   Irradiation of plasma may be performed under atmospheric pressure or under reduced pressure to a predetermined pressure (atmospheric pressure plasma treatment or vacuum plasma treatment may be performed). Above all, when performed under vacuum, damage to incidental equipment due to ozone or the like generated in plasma can be easily prevented, and the mixing ratio of oxygen gas can be increased. Thereby, the surface adsorption of oxygen radicals and the oxidation reforming action can be exhibited effectively. In addition, the plasma density can be increased to increase the processing speed, and the plasma irradiation range can be easily enlarged to increase the productivity. And, since the plasma density is high, the degree of activation of the bonding surface is increased, and more hydroxyl groups can be generated. Thereby, the state in which the reactivity with the polymer material is high at the bonding surface can be maintained for a longer time. In the case of vacuum plasma treatment, the pressure in the container for generating plasma may be about 1 to 100 Pa.

[複合化工程]
本工程は、融解処理、さらには改質処理を施した接合面に高分子材料を一体成形する工程である。高分子材料は、高分子部材を形成するための材料であり、樹脂またはゴム(熱可塑性エラストマーを含む)を主成分とする。例えば、高分子部材がシリコーン部材である場合には、高分子材料はシリコーン材料である。上述したように、シリコーン材料は、オルガノポリシロキサン、架橋剤、接着成分などから調製すればよい。
[Composition process]
This step is a step of integrally molding the polymer material on the bonding surface which has been subjected to the melting treatment and further the modification treatment. The polymer material is a material for forming a polymer member, and is mainly composed of resin or rubber (including a thermoplastic elastomer). For example, when the polymer member is a silicone member, the polymer material is a silicone material. As mentioned above, the silicone material may be prepared from an organopolysiloxane, a crosslinking agent, an adhesive component, and the like.

本工程は、例えばインサート成形により行えばよい。すなわち、融解工程を終えた(場合によっては改質工程を終えた)アルミダイカスト部材を成形型に配置し、液状の高分子材料をアルミダイカスト部材の接合面に接触するように成形型に注入し、所定の温度、圧力下で高分子材料を硬化させればよい。あるいは、融解工程を終えた(場合によっては改質工程を終えた)アルミダイカスト部材の接合面に、液状の高分子材料を塗布し、所定の温度、圧力下で高分子材料を硬化させてもよい。高分子材料は硬化して高分子部材となり、アルミダイカスト部材と高分子部材とが強固に接着された複合部材を得ることができる。   This process may be performed by insert molding, for example. That is, an aluminum die-cast member that has finished the melting process (and in some cases the reforming process) is placed in the mold, and a liquid polymer material is injected into the mold so as to contact the bonding surface of the aluminum die-cast member. The polymer material may be cured at a predetermined temperature and pressure. Alternatively, a liquid polymer material may be applied to the bonding surface of the aluminum die-cast member which has been subjected to the melting process (or the modification process as the case may be), and the polymer material is cured at a predetermined temperature and pressure. Good. The polymer material is cured to be a polymer member, and a composite member in which the aluminum die-cast member and the polymer member are firmly bonded can be obtained.

接合面の汚染を回避し水酸基の減少を抑制するという理由から、本工程は、融解工程の後に連続して行うことが望ましい。これに対して、融解工程の後に改質処理を行った場合には、本工程を改質工程の後に連続して行ってもよいが、改質工程を終えた後、数時間、数日などの時間が経過した後で行ってもよい。上述した通り、改質工程によると、接合面が充分に活性化されるため、生成した水酸基が時間が経過しても減少しにくく、高分子材料との反応性が高い状態を比較的長く維持することができる。したがって、本工程を連続して行わなくても、接合面の水酸基と高分子材料とを反応させて、強固な接着を実現することができる。高い接着性を確保するという観点から、本工程は、改質工程の後、1週間以内に行うことが望ましい。   It is desirable to carry out this process continuously after the melting process because it avoids contamination of the bonding surface and suppresses the reduction of hydroxyl groups. On the other hand, when the reforming process is performed after the melting process, this process may be continuously performed after the reforming process, but several hours, several days, etc. after the reforming process is completed. It may be done after the lapse of time. As described above, according to the modification step, the bonding surface is sufficiently activated, so the generated hydroxyl groups are unlikely to decrease even with time, and the state of high reactivity with the polymer material is maintained for a relatively long time can do. Therefore, even if this process is not performed continuously, the hydroxyl group on the bonding surface and the polymer material can be reacted to achieve strong adhesion. From the viewpoint of securing high adhesion, it is desirable to carry out this step within one week after the reforming step.

得られた複合部材におけるアルミダイカスト部材と高分子部材との接着性は、JIS K 6256−2:2013に規定される90°剥離試験を行って評価すればよい。例えば、当該剥離試験における剥離強さが4N/mm以上であり、かつ、凝集破壊すれば、接着性は良好と判断することができる。   The adhesiveness between the aluminum die-cast member and the polymer member in the obtained composite member may be evaluated by performing a 90 ° peel test defined in JIS K 6256-2: 2013. For example, if the peel strength in the peel test is 4 N / mm or more and cohesive failure occurs, the adhesiveness can be judged to be good.

本工程の前(融解工程、場合によっては改質工程を終えた後)における接合面の状態(活性化の度合い)は、接合面の水接触角の大小により推測することができる。例えば、接合面の水接触角が50°以下である場合には、接合面に充分な水酸基が生成しており、高分子材料との反応性が高い状態であるとみなすことができる。本明細書においては、水接触角として、JIS R3257:1999に準じて測定された値を採用する。   The state (degree of activation) of the bonding surface prior to the present step (after the melting step, and in some cases, after the modification step) can be estimated from the magnitude of the water contact angle of the bonding surface. For example, when the water contact angle of the bonding surface is 50 ° or less, sufficient hydroxyl groups are formed on the bonding surface, and it can be considered that the reactivity with the polymer material is high. In the present specification, as the water contact angle, a value measured according to JIS R 3257: 1999 is adopted.

本工程の前(融解工程、場合によっては改質工程を終えた後)における接合面には、離型剤などの残留物と考えられる炭化物膜はほとんど存在しない。時間の経過と共に、大気中に浮遊する有機物が少量付着するものの、接合面から2〜5nm程度の深さに含有される炭素量は、炭化物膜が存在するものと比較して少なくなる。例えば、本工程の前における接合面をX線光電子分光法(XPS)により分析した場合、C原子の数は、Al、O、Cの合計原子数を100%とした場合の5%以上30%以下であることが望ましい。   There is almost no carbide film considered to be a residue of a mold release agent or the like on the bonding surface prior to the present step (after the melting step and optionally after the reforming step). As time passes, a small amount of organic matter suspended in the air adheres to the atmosphere, but the amount of carbon contained at a depth of about 2 to 5 nm from the bonding surface becomes smaller than that in the presence of a carbide film. For example, when the bonding surface before this process is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the number of C atoms is 5% to 30% when the total number of atoms of Al, O, and C is 100%. It is desirable that

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。   Next, the present invention will be more specifically described by way of examples.

<試験片の製造>
[実施例1]
(1)次のようにしてシリコーン材料を調製した。液状シリコーンゴム(ビニル基含有ジメチルポリシロキサン:Gelest社製、「DMS−V35」)の100質量部に、接着成分としてp−スチリルトリメトキシシラン(信越化学工業社製)を1質量部加えて、プラネタリーミキサーにて30分間混合した。この混合物に、ヒドロシリル架橋剤(ヒドロシリル基含有ジメチルポリシロキサン:Gelest社製、「HMS−151」)を4質量部加えてさらに30分間混合した後、減圧脱泡して、液状のシリコーン材料を調製した。
<Production of test pieces>
Example 1
(1) A silicone material was prepared as follows. 1 part by mass of p-styryltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as an adhesive component is added to 100 parts by mass of liquid silicone rubber (vinyl group-containing dimethylpolysiloxane: manufactured by Gelest, "DMS-V35"), The mixture was mixed for 30 minutes with a planetary mixer. To this mixture, 4 parts by mass of a hydrosilyl crosslinker (hydrosilyl group-containing dimethylpolysiloxane: “HMS-151”, manufactured by Gelest Co.) is added and mixed for another 30 minutes, followed by vacuum degassing to prepare a liquid silicone material. did.

(2)Al−Si−Cu系合金のADC12をダイカストして製造した長方形の板状部材(アルミダイカスト部材)を準備した。板状部材の大きさは、長辺60mm、短辺45mm、厚さ2.0mmである。   (2) A rectangular plate-like member (aluminum die-cast member) manufactured by die-casting the ADC 12 of an Al-Si-Cu based alloy was prepared. The size of the plate-like member is 60 mm long, 45 mm short, and 2.0 mm thick.

まず、この板状部材の一面全体を、IPGフォトニクスジャパン(株)製のレーザー発振器「YLS−2000−CT」を用いてレーザー処理した。レーザー処理の条件は次の通りである。レーザースポット径:約0.4mm、移動速度:100mm/秒、レーザー照射密度:5.0J/mm2。実施例1におけるレーザー処理は、本発明における融解工程に対応する。実施例1においては、一回のレーザー処理により、炭化物膜の除去と表層の融解とを同時に行った。   First, the entire surface of the plate-like member was subjected to laser processing using a laser oscillator "YLS-2000-CT" manufactured by IPG Photonics Japan Co., Ltd. The conditions of the laser treatment are as follows. Laser spot diameter: about 0.4 mm, moving speed: 100 mm / sec, laser irradiation density: 5.0 J / mm 2. The laser treatment in Example 1 corresponds to the melting step in the present invention. In Example 1, the removal of the carbide film and the melting of the surface layer were simultaneously performed by one laser treatment.

次に、レーザー処理から1時間後の板状部材を成形型に配置し、調製したシリコーン材料を温度140℃、射出圧力0.3MPaで射出成形した(複合化工程)。このようにして、板状部材の一面の一部にシリコーン部材が加硫接着された試験片を製造した。シリコーン部材が接着された板状部材の一面の一部は、本発明における接合面の概念に含まれる。製造した試験片は、融解工程の前に除去工程を行っていないという点で、参考例になる。図1に、製造した試験片の平面図を示す。   Next, the plate-like member one hour after the laser treatment was placed in a mold, and the prepared silicone material was injection-molded at a temperature of 140 ° C. and an injection pressure of 0.3 MPa (compounding step). Thus, a test piece in which the silicone member was vulcanized and bonded to a part of one surface of the plate-like member was manufactured. A part of one surface of the plate-like member to which the silicone member is adhered is included in the concept of the bonding surface in the present invention. The manufactured test piece is a reference example in that the removal step is not performed before the melting step. The top view of the manufactured test piece is shown in FIG.

図1に示すように、試験片1は、板状部材10とシリコーン部材11とからなる。シリコーン部材11は、短冊状を呈している。シリコーン部材11の大きさは、長辺90mm、短辺25mm、厚さ6mmである。シリコーン部材11の左端部分が、板状部材10の一面(上面)100の一部(25mm×25mm領域。図1中、点線ハッチングで示す。)に重なり接着されている。   As shown in FIG. 1, the test piece 1 is composed of a plate-like member 10 and a silicone member 11. The silicone member 11 has a strip shape. The size of the silicone member 11 is 90 mm long, 25 mm short, and 6 mm thick. The left end portion of the silicone member 11 is overlapped and adhered to a part (25 mm × 25 mm area, shown by dotted hatching in FIG. 1) of one surface (upper surface) 100 of the plate-like member 10.

[実施例2]
実施例1と同じ板状部材の一面全体を、条件を変えて二回レーザー処理した点以外は、実施例1と同じようにして試験片を製造した。一回目のレーザー処理の条件は、移動速度:400mm/秒、レーザー照射密度:0.8J/mm2であり、二回目のレーザー処理の条件は、移動速度:100mm/秒、レーザー照射密度:5.0J/mm2である。一回目のレーザー処理は、本発明における除去工程に対応し、二回目のレーザー処理は本発明における融解工程に対応する。
Example 2
Test pieces were produced in the same manner as in Example 1 except that the entire one surface of the same plate-like member as in Example 1 was subjected to two times of laser processing under different conditions. The conditions of the first laser treatment are moving speed: 400 mm / sec, laser irradiation density: 0.8 J / mm 2, and the conditions of the second laser treatment are moving speed: 100 mm / sec, laser irradiation density: 5. It is 0 J / mm2. The first laser treatment corresponds to the removal step in the present invention, and the second laser treatment corresponds to the melting step in the present invention.

実施例2においては同じようにレーザー処理した板状部材を複数製造し、これらを用いて、後述するように、レーザー処理(融解工程)直後と、それから所定の時間が経過するごとに、レーザー処理済みの一面の水接触角を測定した。そして、測定が終了した板状部材を順に複合化工程に供した。   In the second embodiment, a plurality of plate-like members which are similarly laser-processed are manufactured in the same manner, and using these, as described later, the laser-processing is performed immediately after the laser processing (melting step) and every time a predetermined time elapses therefrom. The water contact angle of the finished surface was measured. And the plate-shaped member which measurement completed was sequentially provided to the compounding process.

[実施例3]
実施例2と同様に板状部材の一面全体を二回レーザー処理した後、さらに真空下でマイクロ波プラズマ処理した点以外は、実施例1と同じようにして試験片を製造した。マイクロ波プラズマ処理は次のようにして行った。まず、板状部材を真空容器内に配置して、真空容器内を0.5Pa以下の減圧状態にした。次に、真空容器内に酸素ガスを供給し、圧力10Paの酸素ガス雰囲気を形成した。この状態で、周波数2.45GHz、出力電力2kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、板状部材のレーザー処理済みの一面全体に10秒間照射した。このようにして、当該一面を活性化し、表面に水酸基を生成した。実施例3のマイクロ波プラズマ処理は、本発明における改質工程に対応する。
[Example 3]
A test piece was produced in the same manner as in Example 1 except that the entire surface of the plate-like member was subjected to two times of laser treatment in the same manner as in Example 2 and microwave plasma treatment was further performed under vacuum. The microwave plasma treatment was performed as follows. First, a plate-like member was placed in a vacuum vessel, and the pressure in the vacuum vessel was reduced to 0.5 Pa or less. Next, oxygen gas was supplied into the vacuum vessel to form an oxygen gas atmosphere with a pressure of 10 Pa. In this state, microwave plasma was generated at a frequency of 2.45 GHz and an output power of 2 kW, and the entire surface of the plate-like member subjected to laser treatment was irradiated for 10 seconds. Thus, the one surface was activated to form hydroxyl groups on the surface. The microwave plasma treatment of Example 3 corresponds to the reforming step in the present invention.

実施例3においても同じようにレーザー処理およびマイクロ波プラズマ処理した板状部材を複数製造し、これらを用いて、後述するように、マイクロ波プラズマ処理(改質工程)直後と、それから所定の時間が経過するごとに、マイクロ波プラズマ処理済みの一面の水接触角を測定した。このうち、マイクロ波プラズマ処理直後には、同面のXPS分析も行った。そして、測定が終了した板状部材を順に複合化工程に供した。   Similarly in the third embodiment, a plurality of plate-like members subjected to laser processing and microwave plasma processing are similarly manufactured, and using these, as described later, immediately after microwave plasma processing (reforming step) and a predetermined time thereafter The water contact angle of the microwave plasma-treated one surface was measured each time Among them, XPS analysis of the same surface was also performed immediately after the microwave plasma treatment. And the plate-shaped member which measurement completed was sequentially provided to the compounding process.

[比較例1]
実施例1と同じ板状部材の一面全体をレーザー処理しない以外は、実施例1と同じようにして試験片を製造した。すなわち、ダイカストされたままの板状部材に、シリコーン材料を射出成形した。
Comparative Example 1
Test pieces were produced in the same manner as in Example 1 except that the entire surface of the same plate-like member as in Example 1 was not laser treated. That is, the silicone material was injection molded into the die-cast plate member.

[比較例2]
レーザー処理の条件を変更した点以外は、実施例1と同じようにして試験片を製造した。レーザー処理の条件は、移動速度:400mm/秒、レーザー照射密度:0.8J/mmである。このレーザー処理は、レーザー照射密度が小さいため、本発明における除去工程に対応する。すなわち、比較例2においては、一面の表層を融解させずに試験片を製造した(融解工程なし)。
Comparative Example 2
Test pieces were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions for the laser treatment were changed. The conditions of the laser treatment are moving speed: 400 mm / sec, laser irradiation density: 0.8 J / mm 2 . This laser processing corresponds to the removal step in the present invention because the laser irradiation density is low. That is, in Comparative Example 2, a test piece was manufactured without melting the surface layer of one surface (without a melting step).

比較例2においても同じようにレーザー処理した板状部材を複数製造し、これらを用いて、後述するように、レーザー処理(除去工程)直後と、それから所定の時間が経過するごとに、レーザー処理済みの一面の水接触角を測定した。そして、測定が終了した板状部材を順に複合化工程に供した。   Also in Comparative Example 2, a plurality of plate-shaped members which are similarly laser-processed are manufactured, and using these, as described later, the laser-processing is performed immediately after the laser processing (removal step) and each time a predetermined time elapses therefrom. The water contact angle of the finished surface was measured. And the plate-shaped member which measurement completed was sequentially provided to the compounding process.

<水接触角の測定>
実施例2、実施例3、および比較例2の試験片について、レーザーなどによる処理後(複合化工程前)の一面の水接触角を測定した。水接触角の測定は、処理直後、1時間後、1日後、7日後の四回行った。水接触角は、JIS R3257:1999に準じて測定した。すなわち、板状部材の一面に液量2μlの水を滴下して、当該一面に水が接触してから1分以内の水接触角を測定した。
<Measurement of water contact angle>
About the test piece of Example 2, Example 3, and the comparative example 2, the water contact angle of one side after the process by a laser etc. (before a compounding process) was measured. The water contact angle was measured four times, one hour, one day, and seven days after treatment. The water contact angle was measured according to JIS R 3257: 1999. That is, water with a liquid volume of 2 μl was dropped on one surface of the plate-like member, and the water contact angle within 1 minute after the water was in contact with the one surface was measured.

<X線光電子分光法(XPS)による分析>
実施例3の試験片について、マイクロ波プラズマ処理直後(改質工程直後)の一面をXPS分析し、表面に存在するC原子、O原子、Al原子の割合を調べた。比較のため、比較例1の試験片の未処理状態の一面をXPS分析して、表面に存在するC原子、O原子、Al原子の割合を調べた。
<Analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)>
With respect to the test piece of Example 3, one surface immediately after the microwave plasma treatment (immediately after the modification step) was subjected to XPS analysis, and the ratio of C atoms, O atoms, and Al atoms present on the surface was examined. For comparison, the untreated side of the test piece of Comparative Example 1 was subjected to XPS analysis to check the proportions of C atoms, O atoms, and Al atoms present on the surface.

<接着性の評価>
実施例1〜3および比較例1、2の試験片について、JIS K 6256−2:2013に規定される90°剥離試験を行い、板状部材に対するシリコーン部材の接着性を評価した。90°剥離試験の結果、剥離強さが4N/mm以上かつ凝集破壊した場合を接着性良好(後出の表1、表2において〇印で示す)、剥離強さが4N/mm未満または界面剥離した場合を接着性不良(同表1、表2において×印で示す)とした。凝集破壊の場合はゴム残り比率を100%とし、界面剥離の場合には、光学顕微鏡を用いた画像解析により一定範囲内のゴム付着面積を定量することにより、ゴム残り比率を算出した。
<Evaluation of adhesion>
The test pieces of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a 90 ° peel test defined in JIS K 6256-2: 2013 to evaluate the adhesion of the silicone member to the plate-like member. As a result of the 90 ° peel test, the case where the peel strength is 4 N / mm or more and cohesive failure is good adhesion (shown by 印 in Tables 1 and 2 below), the peel strength is less than 4 N / mm or the interface The case of peeling was regarded as poor adhesion (indicated by x in the same Table 1 and Table 2). In the case of cohesive failure, the rubber remaining ratio was 100%, and in the case of interfacial peeling, the rubber remaining ratio was calculated by quantifying the rubber adhesion area within a certain range by image analysis using an optical microscope.

<評価結果>
表1に、実施例1〜3および比較例2における接着性の評価結果を示す。表1中、接着性の評価は、レーザーなどの処理1時間後にシリコーン材料を一体成形した場合のものである。表2に、実施例2、実施例3、および比較例2における水接触角と接着性の評価結果を示す。表3に、実施例3および比較例1の試験片におけるXPS分析の結果を示す。表3中、実施例3の試験片の接着性の評価は、マイクロ波プラズマ処理1時間後にシリコーン材料を一体成形した場合のものである。

Figure 2019058949
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<Evaluation result>
Table 1 shows the evaluation results of adhesion in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2. In Table 1, adhesion evaluation is a case where a silicone material is integrally molded one hour after treatment with a laser or the like. Table 2 shows the evaluation results of water contact angle and adhesion in Example 2, Example 3 and Comparative Example 2. Table 3 shows the results of XPS analysis of the test pieces of Example 3 and Comparative Example 1. In Table 3, evaluation of the adhesiveness of the test piece of Example 3 is a case where silicone material is integrally molded one hour after microwave plasma processing.
Figure 2019058949
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Figure 2019058949

表1に示すように、接合面の融解処理を行った実施例1〜3の試験片においては、いずれも90°剥離試験における剥離力が6N/mmを超えており凝集破壊した。除去処理と融解処理とを同時に行っても(実施例1)別々に行っても(実施例2)、融解処理から1時間後にシリコーン材料を一体成形した(複合化した)試験片においては、接着性に大きな違いは見られなかった。これに対して、融解処理を行わなかった比較例2の試験片においては、剥離力は4N/mm未満であり界面剥離した。   As shown in Table 1, in the test pieces of Examples 1 to 3 in which the bonding surface was subjected to the melting treatment, the peeling force in the 90 ° peeling test exceeded 6 N / mm, and cohesive failure occurred. Even if the removal treatment and the melting treatment are performed simultaneously (Example 1) or separately (Example 2), in the test piece in which the silicone material is integrally formed (composited) one hour after the melting treatment, adhesion is obtained There was no significant difference in gender. On the other hand, in the test piece of Comparative Example 2 in which the melting process was not performed, the peeling force was less than 4 N / mm and the interfacial peeling was performed.

表2に示すように、接合面の融解処理を行わなかった比較例2の試験片においては、炭化物膜を除去した効果により、処理直後に複合化したもののみ接着性は良好であった。しかし、それ以外は水接触角が大きく、接着性は不良であった。これに対して、融解処理を行った実施例2の試験片においては、比較例2と比較して接着性が向上した。この理由は、融解処理により接合面が活性化されたことに加えて、結晶粒界が少なくなり表層が均質化されたことにより水酸基の偏りが少なくなったことが挙げられる。また、接合面を融解処理した後、改質処理した実施例3の試験片においては、処理直後の水接触角は10°未満と小さく、7日後においても50°以下であり、接着性も良好であった。水接触角が小さいほど親水性が高いことを示しており、実施例3の試験片においては、表面における水酸基の量が多いことが推測される。なお、接合面を改質処理しなかった実施例2の試験片においては、融解処理から7日後に複合化したものを除いて接着性は良好であったが、実施例3の試験片と比較して、水接触角は大きくなった。水接触角が大きくなった理由は、レーザー照射時に、スキャン方向に沿ってスポット径に対応した筋状の凹凸が形成されたためと考えられる。   As shown in Table 2, in the test piece of Comparative Example 2 in which the fusion treatment of the bonding surface was not performed, the adhesiveness was good only for the composite that was formed immediately after the treatment due to the effect of removing the carbide film. However, other than that, the water contact angle was large and the adhesion was poor. On the other hand, in the test piece of Example 2 in which the melting treatment was performed, the adhesiveness was improved as compared with Comparative Example 2. The reason for this is that, in addition to the activation of the bonding surface by the melting treatment, the grain boundaries are reduced and the surface layer is homogenized, so that the distribution of hydroxyl groups is reduced. In addition, in the test piece of Example 3 in which the bonding surface was melted and then reformed, the water contact angle immediately after the treatment was as small as less than 10 °, and was 50 ° or less even after 7 days, and the adhesion was also good. Met. The smaller the water contact angle, the higher the hydrophilicity, and in the test piece of Example 3, it is presumed that the amount of hydroxyl groups on the surface is large. In addition, in the test piece of Example 2 in which the bonding surface was not subjected to the modification treatment, the adhesion was good except for the compounded 7 days after the melting treatment, but in comparison with the test piece of Example 3 The water contact angle increased. The reason for the increase in the water contact angle is considered to be the formation of streaks of irregularities corresponding to the spot diameter along the scanning direction at the time of laser irradiation.

表3に示すように、改質処理直後の接合面のXPS分析によると、実施例3の試験片においては、C原子の割合は30%以下であったのに対して、未処理の比較例1の試験片においては、C原子の割合は50%を超えていた。この結果より、レーザー処理を施すことにより、接合面に存在していた炭化物膜は除去されたことがわかる。なお、除去処理および融解処理のいずれも行っていない比較例1の試験片の接着性は、当然ながら不良であった。   As shown in Table 3, according to XPS analysis of the bonding surface immediately after the modification treatment, in the test piece of Example 3, the percentage of C atoms was 30% or less, while the untreated comparative example In the test piece No. 1, the percentage of C atoms exceeded 50%. From this result, it can be seen that the carbide film existing on the bonding surface was removed by the laser treatment. In addition, the adhesiveness of the test piece of the comparative example 1 which has not performed any of a removal process and a melting process was naturally inferior.

以上より、アルミダイカスト部材の接合面にレーザーを照射して表層の融解処理を行うと、炭化物膜が除去されると共に、表層が均質化して活性化されるため、接着性が向上することが確認された。加えて、接合面にプラズマを照射して水酸基を付与すると、水酸基の経時的な減少を抑制することができ、高分子材料との反応性が高い状態を比較的長く維持できることが確認された。   From the above, it is confirmed that when the surface of the aluminum die-cast member is irradiated with a laser to melt the surface layer, the carbide film is removed and the surface layer is homogenized and activated to improve adhesion. It was done. In addition, it has been confirmed that when the bonding surface is irradiated with plasma to give a hydroxyl group, the temporal decrease of the hydroxyl group can be suppressed, and a high reactivity with the polymer material can be maintained for a relatively long time.

本発明の複合部材の製造方法は、車両に搭載されるエンジンコントロールユニットなどの電子制御装置、小型携帯端末機器の電子機器などに用いられる様々な複合部材の製造方法として有用である。   The method of manufacturing a composite member of the present invention is useful as a method of manufacturing various composite members used for electronic control devices such as an engine control unit mounted on a vehicle, electronic devices of small portable terminal devices, and the like.

1:試験片、10:板状部材(アルミダイカスト部材)、11:シリコーン部材、100:板状部材の一面。 1: Test piece, 10: Plate-like member (aluminum die-cast member), 11: Silicone member, 100: One surface of plate-like member.

Claims (12)

アルミダイカスト部材と高分子部材とが複合化された複合部材の製造方法であって、
該アルミダイカスト部材における該高分子部材との接合面にレーザーを照射して、該接合面に存在する炭化物膜を除去する除去工程と、
該接合面にレーザーを照射して、該接合面の表層を融解させる融解工程と、
該接合面に高分子材料を一体成形する複合化工程と、
を有する複合部材の製造方法。
A method of manufacturing a composite member in which an aluminum die-cast member and a polymer member are combined,
Removing the carbide film existing on the bonding surface by irradiating the bonding surface of the aluminum die-cast member with the polymer member with a laser;
A melting step of irradiating the bonding surface with a laser to melt the surface layer of the bonding surface;
A compounding step of integrally molding a polymer material on the bonding surface;
A method of manufacturing a composite member comprising:
前記融解工程における前記レーザーの照射密度は、2J/mm以上40J/mm以下である請求項1に記載の複合部材の製造方法。 The method according to claim 1, wherein an irradiation density of the laser in the melting step is 2 J / mm 2 or more and 40 J / mm 2 or less. 前記除去工程における前記レーザーの照射密度は、前記融解工程における前記レーザーの照射密度よりも小さい請求項1または請求項2に記載の複合部材の製造方法。   The method for manufacturing a composite member according to claim 1, wherein the irradiation density of the laser in the removing step is smaller than the irradiation density of the laser in the melting step. 前記除去工程における前記レーザーの照射密度は、0.5J/mm以上2J/mm未満である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の複合部材の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the irradiation density of the laser in the removing step is 0.5 J / mm 2 or more and less than 2 J / mm 2 . 前記融解工程の後に、前記接合面にプラズマを照射して、該接合面に水酸基を付与する改質工程を有する請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   The method for producing a composite member according to any one of claims 1 to 4, further comprising a modification step of irradiating the bonding surface with plasma to give a hydroxyl group to the bonding surface after the melting step. 前記改質工程における前記プラズマの照射は、酸素を含むガス雰囲気にて行う請求項5に記載の複合部材の製造方法。   The method of manufacturing a composite member according to claim 5, wherein the irradiation of the plasma in the reforming step is performed in a gas atmosphere containing oxygen. 酸素を含む前記ガス雰囲気は、酸素ガスのみからなる、あるいは、希ガスおよび窒素ガスから選ばれる一種以上のガスと酸素ガスとの混合ガスからなり、
該混合ガスからなる場合の該酸素ガスの含有割合は、該混合ガス全体の圧力または体積を100%とした場合の30%以上である請求項6に記載の複合部材の製造方法。
The gas atmosphere containing oxygen comprises only oxygen gas, or a mixed gas of one or more gases selected from rare gas and nitrogen gas and oxygen gas,
The method for producing a composite member according to claim 6, wherein the content ratio of the oxygen gas in the case of comprising the mixed gas is 30% or more when the pressure or volume of the whole mixed gas is 100%.
前記プラズマは、マイクロ波プラズマである請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   The method for manufacturing a composite member according to any one of claims 5 to 7, wherein the plasma is a microwave plasma. 前記融解工程と前記複合化工程とを連続して行う請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   The method for manufacturing a composite member according to any one of claims 1 to 4, wherein the melting step and the combining step are performed continuously. 前記改質工程と前記複合化工程とを、連続して、あるいは、1週間以内の時間を空けてから行う請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   The method for manufacturing a composite member according to any one of claims 5 to 8, wherein the reforming step and the combining step are performed continuously or after leaving a time within one week. 前記複合化工程前の前記接合面の水接触角は、50°以下である請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   The method for manufacturing a composite member according to any one of claims 1 to 10, wherein a water contact angle of the joining surface before the combining step is 50 ° or less. 前記複合化工程前の前記接合面をX線光電子分光法により分析した場合、C原子の数は、Al、O、Cの合計原子数を100%とした場合の5%以上30%以下である請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の複合部材の製造方法。   When the bonding surface before the combining step is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, the number of C atoms is 5% or more and 30% or less when the total number of atoms of Al, O, and C is 100%. A method of manufacturing a composite member according to any one of claims 1 to 11.
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