一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属表面处理方法，尤其是涉及一种高分子-金属混合成型中金 属制件表面处理方法，属于高分子-金属材料混合成型技术领域。
【背景技术】
[0002] 在工业生产中，塑料和金属是应用最为广泛的两种材料，这是由它们各自的材料 特性决定的。塑料的成型性能好，密度小、质量轻；此外，塑料的拉伸强度高，绝缘性能好、介 电损耗低，化学稳定性高，有良好的耐腐蚀能力，其减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。金 属材料具有导热性能好、抗热变形能力较强、硬度高、光学反射性能较好等优点。将两者的 优越性结合起来，以得到具有强度高、质感舒服、防水等优质综合性能的制品已经成为现在 的一种发展趋势。由此，聚合物-金属组合成型（Polymer-to-metal hybrid，PMH)技术便 应运而生。
[0003] 聚合物-金属组合成型技术，是基于承载结构组件应用的需要，用组合成型的方 式，将金属和工程塑料结合起来的成型方法。它将冲压件作为嵌件放入注塑模型腔中，在 其表面注塑聚合物，两者通过一定的结合机理组合成一种单一结构组件。这项技术可以通 过较为简单的工艺得到更加优越的结构性能，增强结构的整体性，达到减重、节约成本的效 果。
[0004] 聚合物-金属直接组合成型技术（Polymer-to-metal direct-adhesion hybrid technology)是目前研宄最为广泛、最具优势的一项PMH技术。结合机理主要有三类：a.微 尺度机械锁定技术：当塑料熔融粒子高速撞击到经粗化处理后的基体表面时，变形后的熔 融粒子薄片紧贴在凹凸不平的基体表面上，冷却收缩时塑料咬住凸点，形成微观机械锁定； b.催化粘结技术：金属放入注塑型腔前，在其表面上涂上硅烷催化剂，以便在注塑成型时 促进并强化金属与聚合物的粘结；c.化学改进技术：注塑成型时，利用化学方法改进热塑 性材料来增强聚合物与基体的粘结。显然，微尺度机械锁定技术是PMH技术的最优方式，而 金属表面的微尺度机械结构是该技术的关键。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高分子-金属 混合成型中金属制件表面处理方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，利用酸洗溶液对金属制件 表面进行酸洗，在酸洗过程中，金属制件表面形成微机械结构。
[0008] 在进行酸洗前，对金属制件表面进行预处理，其预处理方法为：将所获得的金属制 件，放入乙醇溶液中进行清洗，清洗完成后，再放入丙酮溶液中进行二次表面清洗，去除金 属表面的油脂、污垢物质。
[0009] 在酸洗过程中，金属制件分别在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸铁溶液 中进行酸洗，以在金属表面获得微尺度的机械结构。
[0010] 所述的硝酸溶液的浓度为5-15%、氢氧化钠溶液的浓度为15-40%、硫酸溶液浓 度为20-35 %，硫酸铁溶液浓度为15-25 %。
[0011] 酸洗过程中，在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸铁溶液中停留时间分别 为5-15分钟。
[0012] 在进行酸洗后，对金属制件表面进行后处理，后处理方法为：用流动的清水冲洗金 属制件表面，洗掉残留在金属制件表面上的酸洗溶液，冲洗后的金属制件晾干并放入烘箱 加热到成型温度，以便进行注塑成型。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0014] 1、本发明溶液原料都是常用酸碱溶液，成本低；
[0015] 2、本发明操作简单，容易实现工业化；
[0016] 3、本发明酸洗过程中，金属制件分别在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸 铁溶液中进行酸洗，分别对金属件进行一定时间的表面酸洗，从而在金属表面产生微观尺 度的机械结构，从而达到工业生产的要求；
[0017] 4、经过本发明处理的金属制件表面微结构均匀且重复，通过注塑成型后，高分子 材料与金属材料之间的粘结强度可达到25MPa，满足工业需求。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例1中金属制件未处理时表面形态；
[0019] 图2为实施例1中金属制件处理后表面形态；
[0020] 图3为实施例2中金属制件未处理时表面形态；
[0021] 图4为实施例2中金属制件处理后表面形态；
[0022] 图5为实施例3中金属制件未处理时表面形态；
[0023] 图6为实施例4中金属制件处理后表面形态。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025] 实施例1
[0026] 一种高分子-金属混合成型中6110铝制件表面处理方法，包括以下步骤：
[0027] 1、对金属制件表面进行预处理：将所获得的金属制件（6110铝制件），放入浓度 100%的乙醇溶液中进行清洗，清洗完成后，再放入浓度100 %的丙酮溶液中进行二次表面 清洗，去除金属表面的油脂、污垢等物质。
[0028] 2、对金属制件表面进行酸洗：金属制件分别在浓度为5 %的硝酸溶液、浓度为 15%的氢氧化钠溶液、浓度为20%的硫酸溶液和浓度为15%的硫酸铁溶液中进行酸洗，酸 洗时间均为5分钟，以在金属表面获得微尺度的机械结构。
[0029] 3、对金属制件表面进行后处理：用流动的清水冲洗金属制件表面，洗掉残留在金 属制件表面上的酸洗溶液，冲洗后的金属制件晾干并放入烘箱加热到成型温度，以便进行 注塑成型。
[0030] 利用电子显微镜，对处理后的金属表面和未处理的金属表面进行表征，两者对比 如图1、图2所示。处理好的金属制件，通过注塑成型，获得PMH构件。通过对构件的粘结强 度测试，高分子材料和金属材料之间的粘度强度如表1所示。
[0031] 实施例2
[0032] 一种高分子-金属混合成型中6110铝制件表面处理方法，包括以下步骤：
[0033] 1、对金属制件表面进行预处理：将所获得的金属制件（6110铝制件），放入浓度 100%的乙醇溶液中进行清洗，清洗完成后，再放入浓度100 %的丙酮溶液中进行二次表面 清洗，去除金属表面的油脂、污垢等物质。
[0034] 2、对金属制件表面进行酸洗：金属制件分别在浓度为30%的硝酸溶液、浓度为 10%的氢氧化钠溶液、浓度为25%的硫酸溶液和浓度为20%的硫酸铁溶液中进行酸洗，酸 洗时间均为10分钟，以在金属表面获得微尺度的机械结构。
[0035] 3、对金属制件表面进行后处理：用流动的清水冲洗金属制件表面，洗掉残留在金 属制件表面上的酸洗溶液，冲洗后的金属制件晾干并放入烘箱加热到成型温度，以便进行 注塑成型。
[0036] 利用电子显微镜，对处理后的金属表面和未处理的金属表面进行表征，两者对比 如图3、图4所示。处理好的金属制件，通过注塑成型，获得PMH构件。通过对构件的粘结强 度测试，高分子材料和金属材料之间的粘度强度如表1所示。
[0037] 实施例3
[0038] 一种高分子-金属混合成型中6110铝制件表面处理方法，包括以下步骤：
[0039] 1、对金属制件表面进行预处理：将所获得的金属制件（6110铝制件），放入浓度 100%的乙醇溶液中进行清洗，清洗完成后，再放入浓度100 %的丙酮溶液中进行二次表面 清洗，去除金属表面的油脂、污垢等物质。
[0040] 2、对金属制件表面进行酸洗：金属制件分别在浓度为35%的硝酸溶液、浓度为 15%的氢氧化钠溶液、浓度为25%的硫酸溶液和浓度为15%的硫酸铁溶液中进行酸洗，酸 洗时间均为15分钟，以在金属表面获得微尺度的机械结构。
[0041] 3、对金属制件表面进行后处理：用流动的清水冲洗金属制件表面，洗掉残留在金 属制件表面上的酸洗溶液，冲洗后的金属制件晾干并放入烘箱加热到成型温度，以便进行 注塑成型。
[0042] 利用电子显微镜，对处理后的金属表面和未处理的金属表面进行表征，两者对比 如图5、图6所示。处理好的金属制件，通过注塑成型，获得PMH构件。通过对构件的粘结强 度测试，高分子材料和金属材料之间的粘度强度如表1所示。
[0043] 表1粘结强度测试结果
[0044]
[0045] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般 原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领 域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特征在于，利用酸洗溶液 对金属制件表面进行酸洗，在酸洗过程中，金属制件表面形成微机械结构。2. 根据权利要求1所述的一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特 征在于，在进行酸洗前，对金属制件表面进行预处理，其预处理方法为：将所获得的金属制 件，放入乙醇溶液中进行清洗，清洗完成后，再放入丙酮溶液中进行二次表面清洗，去除金 属表面的油脂、污垢物质。3. 根据权利要求1所述的一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特 征在于，在酸洗过程中，金属制件分别在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸铁溶液 中进行酸洗，以在金属表面获得微尺度的机械结构。4. 根据权利要求3所述的一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特 征在于，所述的硝酸溶液的浓度为5-15%、氢氧化钠溶液的浓度为15-40%、硫酸溶液浓度 为20-35 %，硫酸铁溶液浓度为15-25 %。5. 根据权利要求1所述的一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特 征在于，酸洗过程中，在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸铁溶液中停留时间分别 为5-15分钟。6. 根据权利要求1所述的一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，其特 征在于，在进行酸洗后，对金属制件表面进行后处理，后处理方法为：用流动的清水冲洗金 属制件表面，洗掉残留在金属制件表面上的酸洗溶液，冲洗后的金属制件晾干并放入烘箱 加热到成型温度，以便进行注塑成型。
【专利摘要】本发明涉及一种高分子-金属混合成型中金属制件表面处理方法，首先对金属制件表面进行预处理，然后将金属制件分别在硝酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸溶液和硫酸铁溶液中进行酸洗，以在金属表面获得微尺度的机械结构，对金属制件表面进行后处理，对金属制件晾干并放入烘箱加热到成型温度，以便进行注塑成型。与现有技术相比，本发明溶液原料都是常用酸碱溶液，成本低；本发明操作简单，容易实现工业化；经过本发明处理的金属制件表面微结构均匀且重复，通过注塑成型后，高分子材料与金属材料之间的粘结强度可达到25MPa，满足工业需求。
【IPC分类】B29C45/14, B29C45/17
【公开号】CN104890179
【申请号】CN201510295313
【发明人】胡广洪
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月2日