TW201617221A - 金屬與塑膠的複合體的製備方法及由該方法製得的複合體 - Google Patents
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Abstract
一種金屬與塑膠的複合體，包括金屬件與形成於金屬件表面的塑膠件，該金屬件的表面藉由鍍覆處理形成有複數金屬柱，塑膠件填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件結合。本發明還提供多種金屬與塑膠的複合成型體的成型方法。
Description
本發明涉及複數種金屬與塑膠的複合體的製備方法及由該方法製得的複合成型體。
在實際應用中，常常需要將金屬和塑膠進行連接形成複合體。習知的金屬和塑膠連接方法之一係採用粘接劑進行粘合，但藉由粘接劑粘合無法製得長期有效及高強結合力的金屬和塑膠複合體。
另一種連接方法為先藉由陽極氧化的方法在鋁或鋁合金等金屬的表面成複數孔，然後將鋁或鋁合金放入模具內，注射塑膠與鋁或鋁合金結合為一體。然，上該方法僅可由可被陽極氧化的金屬與塑膠結合。同時因強酸遺留在複數孔內，會導致金屬和塑膠複合體易生銹且結合力不穩定。
有鑑於此，有必要提供複數種金屬與塑膠的複合體的製備方法及由該方法製得的複合體。
一種金屬與塑膠的複合體，包括金屬件與形成於金屬件表面的塑膠件，該金屬件的表面藉由鍍覆處理形成有複數金屬柱，塑膠件填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件結合。
一種金屬與塑膠的複合體，包括金屬件與形成於金屬件表面的塑膠件，該金屬件的表面形成有一金屬層，該金屬層的表面具有複數微孔，該塑膠件面向該金屬件的部分塑膠流入至該金屬層的微孔中而與金屬件結合為一體。
一種金屬與塑膠的複合體的製備方法，其包括如下步驟：
提供一金屬件；
對該金屬件進行遮蔽處理以在該金屬件上形成一遮蔽層；
對該遮蔽層進行鐳射雕刻處理以在該遮蔽層上形成複數孔，從而露出部分金屬件；
對所述經鐳射雕刻處理後的金屬件進行鍍覆處理以在遮蔽層的複數孔中形成金屬柱；
對所述經鍍覆處理後的金屬件進行退漆處理，以除去金屬件表面的遮蔽層；
將所述經退漆處理後的金屬件嵌入到一成型模具中，於所述模具中注射熔融的塑膠並冷卻，塑膠填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件結合。
一種金屬與塑膠的複合體的製備方法，其包括如下步驟：
提供一金屬件；
對該金屬件進行電鍍處理以在金屬件的表面形成一金屬層，該金屬層的表面具有孔徑為1~50μm的複數微孔；
將所述經鍍覆處理後的金屬件嵌入到一成型模具中，於所述模具中注射熔融的塑膠並冷卻，塑膠流入至金屬層的微孔中而與金屬件結合為一體。
相較於習知技術，上述金屬與塑膠的複合體的製作方法藉由於金屬件上形成金屬柱，塑膠件填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件相結合，金屬柱可將塑膠件卡合於金屬件上從而提高金屬件與塑膠件的結合力。
圖1為本發明第一較佳實施例金屬與塑膠的複合體的剖視圖。
圖2為本發明第二較佳實施例金屬與塑膠的複合體的剖視圖。
圖3為本發明第三較佳實施例金屬與塑膠的複合體的剖視圖。
圖4為本發明第四較佳實施例金屬與塑膠的複合體的剖視圖。
圖5為本發明第五較佳實施例金屬與塑膠的複合體的剖視圖。
請參閱圖1，本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100包括金屬件11、形成於金屬件11表面的複數金屬柱13及覆蓋於金屬件11表面的塑膠件17。
所述金屬件11的材質可為不銹鋼、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金、鋅或鋅合金等。
每一金屬柱13的直徑可為0.01~0.1mm，高度可為2~15μm。所述金屬柱13的材質可為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻等。本實施例中，該金屬柱13的材質為鎳。
所述複數金屬柱13的內部結構緻密，其表面具有較高的光澤度與平整度，並呈現亮面光亮效果。
可以理解的，所述呈現亮面光亮效果的複數金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑，使得所述具有亮面光亮效果的複數金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異的外觀。
所述塑膠件17可為熱塑性塑膠或熱固性的塑膠。塑膠件17填充於每二相鄰的金屬柱13之間並覆蓋於金屬件11的表面，使得金屬件11與塑膠件17之間具有較強的結合力。
所述熱塑性塑膠可為聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚苯硫醚（PPS），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚醚醚酮（PEEK），聚碳酸酯（PC），或聚氯乙烯（PVC）等。
所述熱固性的塑膠可為聚氨類樹脂、環氧類樹脂、聚脲類樹脂或丙烯酸樹脂。
所述聚氨類樹脂指主鏈上含有複數氨基甲酸酯基團（NHCOO）的大分子化合物的統稱，可由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯等基團。
所述環氧類樹脂指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物。
所述聚脲類樹脂指由異氰酸酯組分和樹脂混合物組分反應生成的彈性體物質。該異氰酸酯可以係脂肪族的，也可係芳香族的，還可係單體、聚合物、異氰酸酯的衍生物、半預聚物或預聚物，該預聚物和半預聚物係由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應製得。
所述丙烯酸酯類樹脂指二官能度以上的丙烯酸樹脂。該丙烯酸酯類樹脂可發生UV交聯反應而固化。
請參閱圖2，本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100與本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的區別在於：所述複數金屬柱13的表面具有較低的光澤度與平整度，並呈現霧面效果。該呈現霧面效果的金屬柱13的高度可為2~20μm，直徑為0.01~0.1mm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm。
可以理解的，所述複數呈現霧面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑及表面粗糙度，使得所述具有霧面效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異及表面粗糙度不同的外觀。
請參閱圖3，本發明第三較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100與本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的區別在於：每一金屬柱13遠離金屬件11的一端均進一步形成有一與該金屬柱13垂直連接的金屬凸塊15。該金屬凸塊15的內部結構緻密，其表面具有較高的光澤度與平整度，並呈現亮面光亮效果。該金屬凸塊15的厚度可為4~8μm。所述金屬凸塊15的材質可為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻等。本實施例中，該金屬凸塊15的材質為鎳。塑膠件17填充於每二相鄰的金屬柱13之間並覆蓋於金屬件11與金屬凸塊15的表面從而與金屬件11結合。形成於金屬件11表面的金屬柱13及金屬凸塊15可將塑膠件17卡扣於金屬件11上從而提高金屬件11與塑膠件17的結合力。
可以理解的，所述複數呈現亮面光亮效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑，使得所述具有亮面光亮效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異的外觀。所述呈現亮面光亮效果的金屬凸塊15亦可具有不同的厚度，使得所述金屬凸塊15具有厚薄不均的外觀。
請參閱圖4，本發明第四較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100與本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的區別在於：每一金屬柱13遠離金屬件11的一端均進一步形成有一與該金屬柱13垂直連接的金屬凸塊15。該金屬凸塊15的厚度可為4~8μm。所述複數金屬柱13的表面具有較低的光澤度與平整度，並呈現霧面效果。該呈現霧面效果的金屬凸塊15的厚度可為4~8μm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm。所述金屬凸塊15的材質可為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻等。本實施例中，該金屬凸塊15的材質為鎳。塑膠件17填充於每二相鄰的金屬柱13之間並覆蓋於金屬件11與金屬凸塊15的表面從而與金屬件11結合。形成於金屬件11表面的金屬柱13及金屬凸塊15可將塑膠件17卡扣於金屬件11上從而提高金屬件11與塑膠件17的結合力。金屬柱13及金屬凸塊15表面的粗糙結構可進一步的加強金屬件11與塑膠件17的結合力。
可以理解的，所述複數呈現霧面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑及表面粗糙度，使得所述呈現霧面效果的金屬柱13具有高低不平，形狀具有差異及表面粗糙度不同的外觀。所述呈現霧面效果的金屬凸塊15亦可具有不同的厚度及表面粗糙度，使得所述金屬凸塊15具有厚薄不均及表面粗糙度不同的外觀。
請參閱圖5，本發明第五較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100包括金屬件11、形成於該金屬件11表面的金屬層19及形成於金屬層19表面的塑膠件17。
該金屬件11的材質可為不銹鋼、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金、鋅或鋅合金等。
所述金屬層19的粗糙度Ra為2.0~5.0μm，厚度可為2~20μm。該金屬層19的表面具有複數微孔191。該複數微孔191的孔徑小於100μm，更加具體地，該複數微孔191的孔徑可為1~50μm。
所述金屬層19的材質可為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻等。本實施例中，該金屬層19的材質為鎳。
可以理解的，所述複數微孔191可具有不同的孔徑。
所述塑膠件17可為熱塑性塑膠或熱固性的塑膠。
所述熱塑性塑膠可為聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚苯硫醚（PPS），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚醚醚酮（PEEK），聚碳酸酯（PC），或聚氯乙烯（PVC）等。
所述熱固型的塑膠可為聚氨類樹脂、環氧類樹脂、聚脲類樹脂或丙烯酸樹脂。
所述聚氨類樹脂指主鏈上含有複數氨基甲酸酯基團（NHCOO）的大分子化合物的統稱，可由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯等基團。
所述環氧類樹脂指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物。
所述聚脲類樹脂指由異氰酸酯組分和樹脂混合物組分反應生成的彈性體物質。該異氰酸酯可以係脂肪族的，也可係芳香族的，還可係單體、聚合物、異氰酸酯的衍生物、半預聚物或預聚物，該預聚物和半預聚物係由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應製得。
所述丙烯酸酯類樹脂指二官能度以上的丙烯酸樹脂。該丙烯酸酯類樹脂可發生UV交聯反應而固化。
本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法主要包括如下步驟：
提供經成型的金屬件11。該金屬件11可以藉由機械加工、鑄造的方式形成。該金屬件11的材質可為不銹鋼、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金、鋅或鋅合金等。
對金屬件11進行脫脂除油清洗。該脫脂除油清洗主要包括將所述金屬件11浸漬於溫度為20~60℃的含脫脂劑的水溶液中1~6分鐘。脫脂除油清洗後對所述金屬件11進行水洗。所述脫脂劑可為市面上出售的金屬常用的脫脂劑。該脫脂劑的濃度可為90~150g/L。
對所述經脫脂除油清洗後的金屬件11的表面進行遮蔽處理以在金屬件11的表面形成一遮蔽層（未圖示）。所述遮蔽處理可為噴塗處理或電泳處理。
所述噴塗處理可為採用一噴槍將聚氨酯類油漆噴塗至金屬件11的表面後，將所述噴塗有聚氨酯類油漆的金屬件11於70~90℃的溫度下烘烤8~15分鐘，從而於金屬件11的表面形成厚度為10~20μm的遮蔽層。
所述電泳處理可為以所述經脫脂除油清洗後的金屬件11為陰極，不銹鋼為陽極，於陽極與陰極之間施加70~90V的電壓，使金屬件11在溫度為30~35℃的電泳液中反應20~44秒，從而在金屬件11的表面形成厚度為5~10µm的遮蔽層。其中，該電泳液包括電泳漆及水，該電泳漆與水的體積比為3~5:4~6。該電泳漆為環氧類電泳漆。所述環氧類電泳漆可為環氧主鏈含聚醚類雙醇類電泳漆、環氧主鏈含聚醚類雙胺類電泳漆或環氧主鏈含聚脂類雙醇類電泳漆。
採用一鐳射打標機（未圖示）對上述經遮蔽處理後的金屬件11進行鐳射雕刻處理，以除去金屬件11表面的部分遮蔽層。所述鐳射雕刻處理可為：調節該鐳射打標機的功率為10~20KW，打標頻率為30~40KHZ，填充間距為0.01~0.1mm，有效時間步長為0.005mm/s，刻寫速度為≦9000mm/s。將該鐳射打標機發射出的波長為1064nm的鐳射照射到該遮蔽層上時，該遮蔽層被照射的區域吸收鐳射能量後瞬間熔融、揮發，於該遮蔽層上形成一圓形孔（未圖示），從而露出部分金屬件11。
所述孔形成後，該鐳射打標機的軟體作業系統調節鐳射的發射方向，該發射方向改變後的鐳射照射到該遮蔽層上，從而於該遮蔽層上形成另一圓形孔，從而露出部分金屬件11，如此不斷迴圈，使得該遮蔽層形成複數個孔，且形成有孔的區域露出金屬件11，使得該部分露出遮蔽層的金屬件11具有導電性。形成每一孔的時間可為0.3~1秒。每一孔的直徑0.01~0.1mm。可以理解的，所述孔可具有不同的孔徑。
對所述經鐳射雕刻處理後的金屬件11進行鍍覆處理，以在上述複數孔中形成金屬柱13。
所述鍍覆處理可為電鍍或化學鍍，至少包括以下2種實施方式：
實施方式一包括以下步驟：
提供一電解液，該電解液可包括濃度為280~450g/L的鎳鹽、濃度為50~70g/L的氯化鎳、濃度為30~40g/L的硼酸、濃度為5~8ml/L的柔軟劑、濃度為0.1~0.3ml/L的光澤劑及濃度為1~2ml/L的濕潤劑。
所述鎳鹽可為硫酸鎳或胺基磺酸鎳。鎳鹽為電鍍處理提供鎳離子。採用硫酸鎳時，該電解液中硫酸鎳的濃度為280~350g/L。採用胺基磺酸鎳時，該電解液中胺基磺酸鎳的濃度為380~450g/L。
所述氯化鎳可增加電解液的導電性，並促進陽極鎳球的溶解速度。所述硼酸可使鍍層平滑、具有延性，同時可防止鍍層出現焦化、剝落、橘皮及凹穴等不良現象。
所述光澤劑可為苯磺醯胺（benzene sulfonamide）、苯二磺酸（benzene disulfonic acid）、苯三磺酸（benzene trisulfonic acid）或萘三磺酸（napthalene trisulfonic acid）。該光澤劑可提高鍍層表面的光澤度與平整度，使得鍍層表面具有亮面光亮效果。
所述柔軟劑可為甲醛（formaldehyde）、香豆素（comarin）、2-氰乙醇（ethylene cyanohydrin）或丁炔二醇（butynediol）。該柔軟劑可協助光澤劑來進一步提高鍍層表面的光澤度與平整度。
所述潤濕劑可為聚乙二醇（Poly ethylene glycol, PEG其分子量可為6000、8000或10000）、十二烷基磺酸鈉（Sodium Dodecyl Sulfonate）、改性聚醚（HFI）、環氧乙烷-環氧丙烷共聚物（Ethylene oxide propylene oxide copolymer）、烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鹽（alkyl phenol polyoxyethylene ether sulfonate）或聚胺類表面活性劑。該聚胺類表面活性劑可為烷氧雙胺聚氧乙烯醚或脂肪胺聚氧乙烯醚。該潤濕劑可降低電極/電解液之間的介面張力，使電解液容易在電極表面鋪展。
提供一具有電鍍槽的電鍍裝置（未圖示），將所述電解液加入至該電解槽中後將該電解液加熱至50~60℃。
將一鎳球（未圖示）與金屬件11置入電解液中，以鎳球為陽極，金屬件11為陰極，調節該電鍍裝置的電流密度為2~8.5A/dm2，脈衝電流頻率通（ON）與斷（OFF）的時間比例為60~90ms:10~40ms，向該電鍍槽中持續通入2~3bar的壓縮空氣以對電解液進行攪拌，使金屬件11浸漬於溫度為50~60℃的電鍍液中反應10~20分鐘從而於金屬件11表面的遮蔽層的複數孔中沉積鎳金屬柱13。該鎳金屬柱13於金屬件11表面的附著力強，具有較強的耐腐蝕能力，且該鎳金屬柱13的表面具有較高的光澤度與平整度，呈現亮面光亮效果。該電鍍過程中，部分鎳球被氧化為鎳離子後溶入到電解液中，電解液中的鎳離子得到電子後於孔中形成鎳金屬柱13。該呈現亮面光亮效果的鎳金屬柱13的高度可為5~15μm。每一鎳金屬柱13的直徑0.01~0.1mm。
可以理解的，所述複數呈現亮面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑，使得所述具有亮面效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異的外觀。
實施方式二包括以下步驟：
提供一化學鍍溶液。該化學鍍溶液包括濃度為10~20g/L的硫酸鎳，濃度為10~15g/L的次磷酸鈉，濃度為26~33g/L的氟化氫銨，濃度為11~17g/L的檸檬酸鈉及濃度為2~3g/L的乳酸。
調節該化學鍍溶液的pH值為6.5~6.0後，將金屬件11浸漬於溫度為60~90℃化學鍍溶液中1~5分鐘，從而於金屬件11表面的遮蔽層的複數孔中沉積鎳金屬柱13，該鎳金屬柱13的高度可為2~20μm。該鎳金屬柱13內部結構緻密，並具有較高的光澤度與平整度，呈現光亮效果。所述浸漬過程中需擺動金屬件11，該擺動的頻率為10~20次/分鐘。化學鍍的過程中鎳的沉積速度與pH值和化學鍍溶液的溫度有關，藉由向所述化學鍍溶液中加入適量氨水來控製所述化學鍍溶液的pH值保持在6.5~6.0，並控製化學鍍液的溫度保持於60~90℃來控製鎳的沉積速度為1~10μm/分鐘。
可以理解的，藉由調節鍍覆處理中使用的電解液或化學鍍溶液的組分，可於金屬件11的表面形成其它材質的金屬柱13。該金屬柱13的材質還可為金、銀、銅、鋅、錫、鋁或鉻等。
可以理解的，所述複數呈現亮面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑，使得所述具有亮面效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異的外觀。
對所述經鍍覆處理後的金屬件11進行退漆處理，以除去金屬件11表面的遮蔽層。所述退漆處理可為將金屬件11置於溫度為50~70℃的退漆劑中5~15分鐘。所述退漆劑可為市面上出售的常用的退漆劑。本實施例中使用深圳市宏達威化工有限公司生產的型號為T35的退漆劑。
將所述表面形成有金屬柱13的金屬件11嵌入到一成型模具(未圖示)中，調節射出溫度為290~320℃，射出壓力為2~4bar。於所述成型模具中注射熔融的塑膠，塑膠覆蓋於金屬件11的表面並填充於每二相鄰的金屬柱13之間。該塑膠冷卻後，該塑膠件17與該金屬件11結合於一體，即獲得該金屬與塑膠的複合體100。形成於金屬件11表面的金屬柱13可增加金屬件11與塑膠件17的結合強度。
所述塑膠件17可為熱塑型塑膠或熱固型的塑膠。
所述熱塑型塑膠可為聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚苯硫醚（PPS），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚醚醚酮（PEEK），聚碳酸酯（PC），或聚氯乙烯（PVC）等。
所述熱固型的塑膠可為聚氨類樹脂、環氧類樹脂、聚脲類樹脂或丙烯酸樹脂。
所述聚氨類樹脂指主鏈上含有複數氨基甲酸酯基團（NHCOO）的大分子化合物的統稱，可由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯等基團。
所述環氧類樹脂指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物。
所述聚脲類樹脂指由異氰酸酯組分和樹脂混合物組分反應生成的彈性體物質。該異氰酸酯可以係脂肪族的，也可係芳香族的，還可係單體、聚合物、異氰酸酯的衍生物、半預聚物或預聚物，該預聚物和半預聚物係由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應製得。
所述丙烯酸酯類樹脂指二官能度以上的丙烯酸樹脂。該丙烯酸酯類樹脂可發生UV交聯反應而固化。
可以理解的，採用熱固型的塑膠時，需先向該熱固型的塑膠中加入一定量的固化劑或光起始劑。當該熱固型的塑膠與該固化劑或光起始劑注塑到金屬件11的表面並填充於每二相鄰的金屬柱13之間時，該熱固型的塑膠固化而結合於金屬件11的表面並填充於每二相鄰的金屬柱13之間。
可以理解的，可根據實際生產的需要來調節塑膠件17的厚度。
請參閱圖2，本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法與本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法區別在於：本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法中採用的鍍覆處理方式不同于本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法中採用的鍍覆處理方式。
本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法中的鍍覆處理可為：
提供一電解液，該電解液中包括濃度為280~450g/L的鎳鹽、濃度為50~70g/L的氯化鎳及濃度為30~40g/L的硼酸。
所述鎳鹽可為硫酸鎳或胺基磺酸鎳。鎳鹽為電鍍處理提供鎳離子。採用硫酸鎳時，該電解液中硫酸鎳的濃度為280~350g/L。採用胺基磺酸鎳時，該電解液中胺基磺酸鎳的濃度為380~450g/L。
所述氯化鎳可增加電解液的導電性，並促進陽極鎳球的溶解速度。所述硼酸可防止鍍層出現焦化、剝落、橘皮及凹穴等不良現象。
提供一具有電鍍槽的電鍍裝置（未圖示），將該電解液加入至該電解槽中後將該電解液加熱至50~60℃。
將一鎳球（未圖示）與金屬件11置入電解液中，以鎳球為陽極，金屬件11為陰極，調節該電鍍裝置的電流密度為0.3~5 A/dm2，脈衝電流頻率通（ON）與斷（OFF）的時間比例為990~999ms:1~10ms，向該電鍍槽中持續通入2~3bar的壓縮空氣以對電解液進行攪拌，使金屬件11浸漬於溫度為50~60℃的電鍍液中反應10~20分鐘從而於金屬件11表面的遮蔽層的複數孔中沉積金屬柱13。該金屬柱13表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm，該金屬柱13表面粗糙度較大，使得該金屬柱13表面呈現霧面效果。該電鍍過程中，部分鎳球被氧化為鎳離子後溶入到電解液中，電解液中的鎳離子得到電子後於孔中形成金屬柱13。該表面呈現霧面效果的金屬柱13的高度可為2~20μm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm。每一金屬柱13的直徑0.01~0.1mm。
可以理解的，所述複數呈現霧面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑及不同的表面粗糙度，使得所述具有霧面效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異及表面粗糙度不同的外觀。
請參閱圖3，本發明第三較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法與本發明第一較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法區別在於：對金屬件11進行鍍覆處理從而於遮蔽層的孔內填滿具有光亮效果的金屬柱13後，繼續對該形成有金屬柱13的金屬件11進行鍍覆處理，從而於每一金屬柱13遠離該金屬件11的一端形成一金屬凸塊15。該金屬凸塊15內部結構緻密，並具有較高的光澤度與平整度，呈現光亮效果。該呈現光亮效果的金屬凸塊15的厚度可為4~8μm。該金屬凸塊15的材質可為金、鎳、銀、銅、鋅、錫、鋁或鉻等。
本發明第三較佳實施例的塑膠件17覆蓋於金屬件11與金屬凸塊15的表面並填充於每二相鄰的金屬柱13之間。形成於金屬件11表面的金屬柱13及金屬凸塊15可將塑膠件17卡扣於金屬件11上從而提高金屬件11與塑膠件17的結合力。
可以理解的，所述複數呈現亮面光亮效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑，使得所述具有亮面光亮效果的金屬柱13呈現高低不平，形狀具有差異的外觀。所述呈現亮面光亮效果的金屬凸塊15亦可具有不同的厚度，使得所述金屬凸塊15具有厚薄不均的外觀。
請參閱圖3，本發明第四較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法與本發明第二較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法區別在於：對金屬件11進行鍍覆處理從而於遮蔽層的孔內填滿具有霧面效果的金屬柱13後，繼續對該形成有金屬柱13的金屬件11進行鍍覆處理，從而於每一金屬柱13遠離該金屬件11的一端形成一金屬凸塊15。所述金屬凸塊15的表面具有較低的光澤度與平整度，並呈現霧面效果。該呈現霧面效果的金屬凸塊15的厚度可為4~8μm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm。該金屬凸塊15的材質可為金、鎳、銀、銅、鋅、錫、鋁或鉻等。
本發明第四較佳實施例的塑膠件17覆蓋於金屬件11與金屬凸塊15的表面並填充於每二相鄰的金屬柱13之間。形成於金屬件11表面的金屬柱13及金屬凸塊15可將塑膠件17卡扣於金屬件11上從而提高金屬件11與塑膠件17的結合力。金屬柱13及金屬凸塊15表面的粗糙結構可進一步的加強金屬件11與塑膠件17的結合力。
可以理解的，所述複數呈現霧面效果的金屬柱13可具有不同的高度，亦可具有不同的直徑及表面粗糙度，使得所述呈現霧面效果的金屬柱13具有高低不平，形狀具有差異及表面粗糙度不同的外觀。所述呈現霧面效果的金屬凸塊15亦可具有不同的厚度及表面粗糙度，使得所述金屬凸塊15具有厚薄不均及表面粗糙度不同的外觀。
請參閱圖5，本發明第五較佳實施例的金屬與塑膠的複合體100的製備方法主要包括如下步驟：
提供經成型的金屬件11。該金屬件11可以藉由機械加工、鑄造的方式形成。該金屬件11的材質可為不銹鋼、鋁或鋁合金、鎂或鎂合金、銅或銅合金、鋅或鋅合金等。
對金屬件11進行脫脂除油清洗。該脫脂除油清洗主要包括將所述金屬件11浸漬於溫度為20~60℃的含脫脂劑的水溶液中1~6分鐘。脫脂除油清洗後對所述金屬件11進行水洗。所述脫脂劑可為市面上出售的金屬常用的脫脂劑。該脫脂劑的濃度可為90~150g/L。
對經所述脫脂除油清洗後的金屬件11進行電鍍處理，以在金屬件11的表面形成一金屬層19。該金屬層19的材質可為鎳。
所述電鍍處理包括以下步驟：
提供一電解液，該電解液中包括濃度為280~450g/L的鎳鹽、濃度為50~70g/L的氯化鎳、濃度為30~40g/L的硼酸。
所述鎳鹽可為硫酸鎳或胺基磺酸鎳。鎳鹽為電鍍處理提供鎳離子。採用硫酸鎳時，該電解液中硫酸鎳的濃度為280~350g/L。採用胺基磺酸鎳時，該電解液中胺基磺酸鎳的濃度為380~450g/L。
所述氯化鎳可增加電解液的導電性，並促進陽極鎳球的溶解速度。所述硼酸可防止鍍層出現焦化、剝落、橘皮及凹穴等不良現象。
提供一具有電鍍槽的電鍍裝置（未圖示），將所述電解液加入至該電解槽中後將該電解液加熱至50~60℃。
將一鎳球（未圖示）與金屬件11置入電解液中，以鎳球為陽極，金屬件11為陰極，調節該電鍍裝置的電流密度為0.3~5 A/dm2，脈衝電流頻率通（ON）與斷（OFF）的時間比例為990~999ms:1~10ms，向該電鍍槽中持續通入2~3bar的壓縮空氣以對電解液進行攪拌，使金屬件11浸漬於溫度為50~60℃的電鍍液中反應10~20分鐘從而於金屬件11的表面形成粗糙度Ra為2.0~5.0μm的鎳金屬層19，該鎳金屬層19的厚度可為2~20μm。該鎳金屬層19本身形成有不同孔徑的複數微孔191，該複數微孔191的孔徑小於100μm，更加具體地，該複數微孔191的孔徑可為1~50μm。由於該鎳金屬層19的粗糙度較大，塑膠注塑嵌入於該複數微孔191中後該塑膠與該金屬件11之間的結合力較強。可以理解的，所述複數微孔191可具有不同的孔徑。
該金屬層19的材質可為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻等。
可以理解的，藉由調節電鍍處理中使用的電解液的組分，可於金屬件11的表面形成其它材質的金屬層19。該金屬層19的材質還可為金、銀、銅、鋅、錫、鋁或鉻等。
將所述形成有複數微孔191的金屬件11嵌入到一成型模具(未圖示)中，調節射出溫度為290~320℃，射出壓力為2~4bar。於所述成型模具中注射熔融的塑膠，塑膠覆蓋於金屬層19的表面並填充于複數微孔191中。該塑膠冷卻後，該塑膠件15與該金屬件11結合於一體，即獲得該金屬與塑膠的複合體100。所述塑膠件17可為熱塑型塑膠或熱固型的塑膠。
所述熱塑性塑膠可為聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚苯硫醚（PPS），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚醚醚酮（PEEK），聚碳酸酯（PC），或聚氯乙烯（PVC）等。
所述熱固型的塑膠可為聚氨類樹脂、環氧類樹脂、聚脲類樹脂或丙烯酸樹脂。
所述聚氨類樹脂指主鏈上含有複數氨基甲酸酯基團（NHCOO）的大分子化合物的統稱，可由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯等基團。
所述環氧類樹脂指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物。
所述聚脲類樹脂指由異氰酸酯組分和樹脂混合物組分反應生成的彈性體物質。該異氰酸酯可以係脂肪族的，也可係芳香族的，還可係單體、聚合物、異氰酸酯的衍生物、半預聚物或預聚物，該預聚物和半預聚物係由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應製得。
所述紫外光(UV)固化丙烯酸酯類樹脂指二官能度以上的丙烯酸樹脂。該紫外光(UV)固化丙烯酸酯類樹脂可發生UV交聯反應而固化。
可以理解的，採用熱固型的塑膠時，需先向該熱固型的塑膠中加入一定量的固化劑或光起始劑。當該熱固型的塑膠與該固化劑或光起始劑注塑到金屬層19的表面並填充于複數微孔191中，該熱固型的塑膠固化而結合於金屬層19的表面。
可以理解的，可根據實際生產的需要來調節塑膠件17的厚度。
對經上述方法製得的金屬與塑膠的複合體100進行了抗拉強度及剪切強度測試。測試結果表明，該複合體100的抗拉強度可達3~8MPa，剪切強度可達6~30MPa。且對經上述測試後的複合體在進行冷熱衝擊試驗（48小時，~40~85℃，4小時/cycle，12cycles）後發現，該複合體100的抗拉強度及剪切強度均無明顯減小。
100‧‧‧金屬與塑膠的複合體
11‧‧‧金屬件
13‧‧‧金屬柱
15‧‧‧金屬凸塊
17‧‧‧塑膠件
19‧‧‧金屬層
191‧‧‧微孔
無
100‧‧‧金屬與塑膠的複合體
11‧‧‧金屬件
13‧‧‧金屬柱
17‧‧‧塑膠件
Claims (15)
- 一種金屬與塑膠的複合體，包括金屬件與形成於金屬件表面的塑膠件，其改良在於：該金屬件的表面藉由鍍覆處理形成有複數金屬柱，塑膠件填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬柱呈現亮面光亮效果，其直徑為0.01~0.1mm，高度為2~15μm。
- 如申請專利範圍第2項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：每一金屬柱遠離該金屬件的一端均形成有一金屬凸塊，該金屬凸塊呈現亮面光亮效果，該金屬凸塊的厚度為4~8μm，塑膠件覆蓋於金屬件與金屬凸塊的表面並填充於每二相鄰的金屬柱之間從而與金屬件結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬柱呈現霧面效果，其直徑為0.01~0.1mm，高度為2~20μm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm。
- 如申請專利範圍第4項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：每一金屬柱遠離該金屬件的一端均形成有一金屬凸塊，該金屬凸塊呈現霧面效果，該金屬凸塊的厚度為4~8μm，表面粗糙度Ra為2.0~5.0μm，塑膠件覆蓋於金屬件與金屬凸塊的表面並填充於每二相鄰的金屬柱之間從而與金屬件結合。
- 如申請專利範圍第5項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬柱與金屬凸塊的材質為金、銀、銅、鎳、鋅、錫、鋁或鉻。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬件的材質為不銹鋼、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金、鋅或鋅合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述塑膠件為聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、聚脲樹脂或紫外光固化丙烯酸酯類樹脂。
- 一種金屬與塑膠的複合體，包括金屬件與形成於金屬件表面的塑膠件，其改良在於：該金屬件的表面形成有一金屬層，該金屬層的表面具有複數微孔，該塑膠件面向該金屬件的部分塑膠流入至該金屬層的微孔中而與金屬件結合為一體。
- 如申請專利範圍第9項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬層的材質為金、銀、鎳、銅、鋅、錫、鋁或鉻。
- 如申請專利範圍第9項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述金屬層表面的粗糙度為2.0~5.0μm，厚度為2~20μm。
- 如申請專利範圍第9項所述之金屬與塑膠的複合體，其改良在於：所述複數微孔的孔徑為1~50μm。
- 一種金屬與塑膠的複合體的製備方法，其包括如下步驟：
提供一金屬件；
對該金屬件進行遮蔽處理以在該金屬件上形成一遮蔽層；
對該遮蔽層進行鐳射雕刻處理以在該遮蔽層上形成複數孔，從而露出部分金屬件；
對所述經鐳射雕刻處理後的金屬件進行鍍覆處理以在遮蔽層的複數孔中形成金屬柱；
對所述經鍍覆處理後的金屬件進行退漆處理，以除去金屬件表面的遮蔽層；
將所述經退漆處理後的金屬件嵌入到一成型模具中，於所述模具中注射熔融的塑膠並冷卻，塑膠填充於每二相鄰的金屬柱之間並覆蓋於金屬件的表面從而與金屬件結合。 - 如權利要求13所述的金屬與塑膠的複合體的製備方法，其改良在於：所述金屬與塑膠的複合體的製備方法進一步包括對金屬件進行鍍覆處理形成的金屬柱填滿遮蔽層的孔後對該金屬件繼續進行鍍覆處理的步驟，從而於每一金屬柱遠離金屬件的一端形成一金屬凸塊。
- 一種金屬與塑膠的複合體的製備方法，其包括如下步驟：
提供一金屬件；
對該金屬件進行電鍍處理以在金屬件的表面形成一金屬層，該金屬層的表面具有孔徑為1~50μm的複數微孔；
將所述經鍍覆處理後的金屬件嵌入到一成型模具中，於所述模具中注射熔融的塑膠並冷卻，塑膠流入至金屬層的微孔中而與金屬件結合為一體。
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- 2015-01-13 US US14/595,443 patent/US20160107342A1/en not_active Abandoned
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| US20160107342A1 (en) | 2016-04-21 |
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