JP6525484B2 - 樹脂金属接合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂金属接合体及びその製造方法に係り、より詳しくは、陽極酸化被膜を接合膜として、ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とを接合する樹脂金属接合体及びその製造方法に関する。
近年、家電製品、自動車部品等の種々の分野において、軽量化が要求されており、金属部材から樹脂部材への代替も行われている。
しかし、金属特有の高い剛性、強度、導電性や熱伝導性が要求される分野では、金属部材を樹脂部材に置換することが困難であり、このような分野では金属と樹脂との接合体が研究されている。
金属部材と樹脂部材との接合体の製造方法としては、接着剤を用いる方法、化学エッチングにより金属表面にミクロンサイズの微細な凹凸を形成し、この凹凸に樹脂が入り込んで固まることで、アンカー効果による強固な接合が実現できるアマルファ処理技術、トリアジンチオールの被膜を金属部材表面上に電着により形成する方法、レザー加工による方法などがある。しかし接着剤を用いる方法は、接合強度の点で劣り、アマルファ処理技術、レザー加工による方法は、コストの点で問題がある。また、トリアジンチオールの被膜を活用する方法は、アルミ、銅ではかなりの実績があるが、ステンレス鋼での実績はない。
最近、金属の中でもステンレス鋼の優れた特性と樹脂の軽量性を組み合わせる要求が強くなり、樹脂とステンレス鋼の接合体に対する要望が強くなっている。
しかし、金属特有の高い剛性、強度、導電性や熱伝導性が要求される分野では、金属部材を樹脂部材に置換することが困難であり、このような分野では金属と樹脂との接合体が研究されている。
金属部材と樹脂部材との接合体の製造方法としては、接着剤を用いる方法、化学エッチングにより金属表面にミクロンサイズの微細な凹凸を形成し、この凹凸に樹脂が入り込んで固まることで、アンカー効果による強固な接合が実現できるアマルファ処理技術、トリアジンチオールの被膜を金属部材表面上に電着により形成する方法、レザー加工による方法などがある。しかし接着剤を用いる方法は、接合強度の点で劣り、アマルファ処理技術、レザー加工による方法は、コストの点で問題がある。また、トリアジンチオールの被膜を活用する方法は、アルミ、銅ではかなりの実績があるが、ステンレス鋼での実績はない。
最近、金属の中でもステンレス鋼の優れた特性と樹脂の軽量性を組み合わせる要求が強くなり、樹脂とステンレス鋼の接合体に対する要望が強くなっている。
本発明の目的とするところは、樹脂とステンレス鋼の接合体を提供することにある。
本発明は、ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂金属接合体であって、
前記ステンレス鋼と、熱可塑性樹脂部材とが、膜厚２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする。
前記ステンレス鋼と、熱可塑性樹脂部材とが、膜厚２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする。
また、本発明は、ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂金属接合体であって、
前記ステンレス鋼と、熱可塑性樹脂部材とが、膜厚２０〜２０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び上部に存在させた陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする樹脂ステンレス鋼接合体。
前記ステンレス鋼と、熱可塑性樹脂部材とが、膜厚２０〜２０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び上部に存在させた陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする樹脂ステンレス鋼接合体。
前記陽極酸化被膜は、重量％で、Ｓｉ３％以下、Ｃｒ１から３０％、Ｍｎ１％以下、Ｎｉ１０％以下、残部がＦｅ３０から８０％の構成を有することを特徴とする。
また、本発明は、樹脂ステンレス鋼接合体を製造する製造法であって、
ステンレス鋼をアルカリ溶液で洗浄する脱脂工程、
前記脱脂工程後、ステンレス鋼を酸性溶液で洗浄する酸処理工程、
前記酸処理工程後、ステンレス鋼を酸性溶液またはアルカリ溶液で活性化する活性化処理工程、
前記ステンレス鋼を陽極とし、２０から９０℃の水溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記ステンレス鋼上に、膜厚が２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程、
前記陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程、
前記水洗後の、前記陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程、
により前記ステンレス鋼と該熱可塑性樹脂とを接合することを特徴とする。
ステンレス鋼をアルカリ溶液で洗浄する脱脂工程、
前記脱脂工程後、ステンレス鋼を酸性溶液で洗浄する酸処理工程、
前記酸処理工程後、ステンレス鋼を酸性溶液またはアルカリ溶液で活性化する活性化処理工程、
前記ステンレス鋼を陽極とし、２０から９０℃の水溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記ステンレス鋼上に、膜厚が２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程、
前記陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程、
前記水洗後の、前記陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程、
により前記ステンレス鋼と該熱可塑性樹脂とを接合することを特徴とする。
また、本発明は、樹脂ステンレス鋼接合体を製造する製造法であって、
ステンレス鋼をアルカリ溶液で洗浄する脱脂工程、
前記脱脂工程後、ステンレス鋼を酸性溶液で洗浄する酸処理工程、
前記酸処理工程後、ステンレス鋼を酸性溶液またはアルカリ溶液で活性化する活性化処理工程、
前記ステンレス鋼を陽極とし、２０から９０℃のトリアジンチオール誘導体を含む水溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記ステンレス鋼上に、膜厚が２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程、
前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程、
前記水洗後の、前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程、
により前記ステンレス鋼と該熱可塑性樹脂とを接合することを特徴とする。
ステンレス鋼をアルカリ溶液で洗浄する脱脂工程、
前記脱脂工程後、ステンレス鋼を酸性溶液で洗浄する酸処理工程、
前記酸処理工程後、ステンレス鋼を酸性溶液またはアルカリ溶液で活性化する活性化処理工程、
前記ステンレス鋼を陽極とし、２０から９０℃のトリアジンチオール誘導体を含む水溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記ステンレス鋼上に、膜厚が２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程、
前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程、
前記水洗後の、前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程、
により前記ステンレス鋼と該熱可塑性樹脂とを接合することを特徴とする。
本発明によれば、接合強度が３０〜４０ＭＰａ、気密性がヘリウムリーク１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下である樹脂とステンレス鋼の接合体が得られる。
本発明の樹脂ステンレス鋼接合体は、ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とを接合した樹脂金属接合体であり、ステンレス鋼と、熱可塑性樹脂部材とが、膜厚２０〜２０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び上部に存在させた陽極酸化被膜により接合され、前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜は、Ｓｉ３％以下、Ｃｒ１から３０％、Ｍｎ１％以下、Ｎｉ１０％以下、残部がＦｅの構成を有する。
樹脂ステンレス鋼接合体に適用できるステンレス鋼は、下表に示すＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌである。
樹脂ステンレス鋼接合体に適用できるステンレス鋼は、下表に示すＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌである。
また、本発明の樹脂金属接合体に使用できる熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリメタアクリル酸エステル、不飽和ポリエステル、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリウレタンエラストマー、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリブタジエン、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン、液晶高分子、である。
以下、本発明の樹脂ステンレス鋼接合体の製造法について説明する。
図１は、本発明の樹脂ステンレス鋼接合体の製造工程を示すフローチャートである。
陽極酸化処理の基本工程は次のようなものである。
予備処理 → 前処理 → 陽極酸化処理 → 後処理
１． 予備処理
樹脂ステンレス鋼接合体の製造ライン外で行なわれる処理で、バフ研磨・ヘアーライン・梨地・模様付けなど、皮膜の仕上がりに影響を与える処理である。
２． 前処理
脱脂・エッチングなど素地表面の清浄・溶解の工程で、この工程が悪いとシミ・ムラなどが発生する。本発明による製造法の前処理は
常温から５０℃のＮＡＯＨ、ＫＯＨ、またはＮＡ２ＣＯ３＋陽イオン活性剤に１から１０分浸漬することにより行われる脱脂工程、
常温から５０℃で５から５０％の塩酸、硫酸、リン酸、または硝酸浴に１から１０分浸漬することによる酸処理工程、
常温から５０℃で５から５０％の塩酸、硫酸、リン酸、または硝酸浴の陽極または陰極に０．２から５Ｖの定電圧を与えた状態で１から１０分浸漬することによる活性化処理工程、からなる。
３． 陽極酸化処理
陽極酸化被膜を形成する工程で、要求される皮膜品質を満足するために、電解浴・電源波形・浴温・攪拌・電解時間など最適条件を選択する必要がある。
本発明による製造法の 陽極酸化処理は、ステンレス鋼を陽極とし、硫酸、リン酸、塩酸各１０から３０％の酸性薬剤、またはＮＡＯＨ、ＫＯＨ各５から５０％＋リン酸ナトリウム１から５％＋炭酸ナトリウム１から５％のアルカリ薬剤にトリアジンチオール誘導体を含む常温から８０℃の酸性溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、１から４０分浸漬し前記ステンレス鋼上に、膜厚が７０〜１５００ｎｍの、トリアジンチオール誘導体が内部及び上部に存在する陽極酸化被膜を形成する。
４． 後処理
本発明では製造法の後処理として、トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程を行い、水洗後の、トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程が続く。
図１は、本発明の樹脂ステンレス鋼接合体の製造工程を示すフローチャートである。
陽極酸化処理の基本工程は次のようなものである。
予備処理 → 前処理 → 陽極酸化処理 → 後処理
１． 予備処理
樹脂ステンレス鋼接合体の製造ライン外で行なわれる処理で、バフ研磨・ヘアーライン・梨地・模様付けなど、皮膜の仕上がりに影響を与える処理である。
２． 前処理
脱脂・エッチングなど素地表面の清浄・溶解の工程で、この工程が悪いとシミ・ムラなどが発生する。本発明による製造法の前処理は
常温から５０℃のＮＡＯＨ、ＫＯＨ、またはＮＡ２ＣＯ３＋陽イオン活性剤に１から１０分浸漬することにより行われる脱脂工程、
常温から５０℃で５から５０％の塩酸、硫酸、リン酸、または硝酸浴に１から１０分浸漬することによる酸処理工程、
常温から５０℃で５から５０％の塩酸、硫酸、リン酸、または硝酸浴の陽極または陰極に０．２から５Ｖの定電圧を与えた状態で１から１０分浸漬することによる活性化処理工程、からなる。
３． 陽極酸化処理
陽極酸化被膜を形成する工程で、要求される皮膜品質を満足するために、電解浴・電源波形・浴温・攪拌・電解時間など最適条件を選択する必要がある。
本発明による製造法の 陽極酸化処理は、ステンレス鋼を陽極とし、硫酸、リン酸、塩酸各１０から３０％の酸性薬剤、またはＮＡＯＨ、ＫＯＨ各５から５０％＋リン酸ナトリウム１から５％＋炭酸ナトリウム１から５％のアルカリ薬剤にトリアジンチオール誘導体を含む常温から８０℃の酸性溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、１から４０分浸漬し前記ステンレス鋼上に、膜厚が７０〜１５００ｎｍの、トリアジンチオール誘導体が内部及び上部に存在する陽極酸化被膜を形成する。
４． 後処理
本発明では製造法の後処理として、トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する水洗工程を行い、水洗後の、トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程が続く。
本発明の上記製造法で得られた樹脂金属接合体は、図３，４に示す通り、４０ＭＰａ以上の接合強度を有することが分かる。
図４の左欄は常温での値を示し、真中の欄は、−４０℃と８０℃間を３０分で１５０サイクル往復させる熱衝撃付与後の値を示すものであり、右欄は、温度８０℃、湿度９５％の環境に２００時間放置した後の高温高湿試験の結果であが、図３、４に示す通り、常温、熱衝撃付加、高温高湿の状態での接合強度は、平均値で何れも４５ＭＰａ以上の接着強度を有している。
図４の左欄は常温での値を示し、真中の欄は、−４０℃と８０℃間を３０分で１５０サイクル往復させる熱衝撃付与後の値を示すものであり、右欄は、温度８０℃、湿度９５％の環境に２００時間放置した後の高温高湿試験の結果であが、図３、４に示す通り、常温、熱衝撃付加、高温高湿の状態での接合強度は、平均値で何れも４５ＭＰａ以上の接着強度を有している。
以下、本発明の実施例について説明する。
使用したＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ板は、図５に示す通り、板厚３ｍｍ×板幅１２ｍｍ×長さ４０ｍｍであり、実施例のサンプルの写真を図６に示す
図７、及び図８は、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ板にＴＲＩ処理を施したものであり、サンプル表面に明白な凹凸が形成されている様子が伺える。
図１０は、インサート成型したサンプルの写真であり、図１１は、サンプルを引張試験した際の接合部破断面のＳＵＳ３０４及び樹脂部の断面写真である。
図１２は、ヘリウムリークテスト用のサンプル写真である。
ＴＲＩシステムの封止性（気密性）テストは、加圧ガスとしてアルゴンガスが多く用いられるが、その際の実験温度は、２５℃、加圧圧力は７ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧実験時間は５分である。
本発明のヘリウムによる実施例では、接合強度が３０〜４０ＭＰａ、気密性がヘリウムリーク１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下であった。
図９は、サンプル処理用の冶具の写真であり、図１３は実験室のテスト状況を示す図である。
使用したＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ板は、図５に示す通り、板厚３ｍｍ×板幅１２ｍｍ×長さ４０ｍｍであり、実施例のサンプルの写真を図６に示す
図７、及び図８は、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ板にＴＲＩ処理を施したものであり、サンプル表面に明白な凹凸が形成されている様子が伺える。
図１０は、インサート成型したサンプルの写真であり、図１１は、サンプルを引張試験した際の接合部破断面のＳＵＳ３０４及び樹脂部の断面写真である。
図１２は、ヘリウムリークテスト用のサンプル写真である。
ＴＲＩシステムの封止性（気密性）テストは、加圧ガスとしてアルゴンガスが多く用いられるが、その際の実験温度は、２５℃、加圧圧力は７ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧実験時間は５分である。
本発明のヘリウムによる実施例では、接合強度が３０〜４０ＭＰａ、気密性がヘリウムリーク１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下であった。
図９は、サンプル処理用の冶具の写真であり、図１３は実験室のテスト状況を示す図である。
Claims (2)
- ステンレス鋼と熱可塑性樹脂部材とが陽極酸化被膜により接合されてなる樹脂金属接合体であって、
前記陽極酸化被膜は、膜厚が２０〜２０００ｎｍであり、トリアジンチオールを内部及び上部に存在させ、
前記ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６Ｌであることを特徴とする樹脂金属接合体。 - 請求項１に記載の樹脂金属接合体を製造する製造法であって、
陽極酸化前のステンレス鋼表面を処理する前処理工程と、
前記ステンレス鋼を陽極とし、２０〜９０℃のトリアジンチオール誘導体を含む水溶液中で、０．１Ａ／ｄｍ２以上１．５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記ステンレス鋼上に、膜厚が２０〜２０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、
前記トリアジンチオール誘導体が存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼を、５℃以上６０℃未満の温度の水で洗浄する工程と、
前記水で洗浄する工程後の、前記トリアジンチオールが存在する陽極酸化被膜が形成されたステンレス鋼に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、を有し、
前記前処理工程は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３の中から選択される一種のアルカリと陽イオン界面活性剤を含む水溶液に浸漬する工程と、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸の中から選択される一種の酸浴に浸漬する工程と、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸から選択される一種の酸浴中に、陽極または陰極に０．２〜５Ｖの定電圧を与えた状態で浸漬する工程と、からなることを特徴とする樹脂金属接合体の製造方法。
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