专利名称：合金与塑料的结合方法
技术领域：
本发明涉及一种令合金与塑料相互结合的方法。
背景技术：
由合金与塑料构成的复合材料，例如在汽车工业、电子产品及工业设备上均有应用需求，现有技术中，将合金与塑料结合的方法主要有下述三种1.以化学粘结剂粘合此结合方式最为简易，但普遍的化学粘结方式有结合强度较低与不耐高温的疑虑，因此该方法不适用于结合有高强度需求或者有在高温环境下使用需求的构件。2.以机械方式连结例如可为射出包覆成形(injection over molding)、铆钉 (blind rivet)接合或焊接缝合(weld seam)，然而以此方式结合的构件，其结合处往往产生应力集中现象，造成使用时结合处易发生破坏。3.对合金进行表面处理后再接合塑料此方法例如将合金浸泡在由氨(NH3)、联氨 (N2H4)或胺系化合物的水溶液中，使其表面呈现亲塑料的特性，随后再以射出成形等方式令塑料熔液接触合金表面，待塑料冷却后即达成结合的目的，然而此方法的表面处理方式所使用的药剂多具有刺激性臭味或毒性，不仅危险性较高，该药剂的储存、使用中的防毒措施以及使用后的回收处理均将导致生产成本上升。
发明内容
有鉴于上述现有技术中用以结合合金与塑料的方式存在的诸多缺陷，本发明提供一种成本低廉且结合强度佳的合金与塑料的结合方法。为达成上述发明目的，本发明的方法，其步骤包含有准备一合金；合金表面处理其以电化学处理方式令合金表面形成复数微细孔洞；结合塑料其令呈熔融状的塑料成形于经过前述处理的合金表面上。所述的合金可选自于铝合金、铁合金、钛合金、镁合金或锌合金等。所述的塑料，可选自于热塑性塑料或者热固性塑料。较佳的，所述的塑料可选自于聚乙烯(Polyethylene ；ΡΕ)、聚丙烯 (Polypropylene ;ΡΡ)、尼龙 6 (PA 6)、尼龙 66 (ΡΑ 66)、尼龙 46 (ΡΑ 46)、尼龙 11 (PAll)、尼龙12(ΡΑ 12)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Ter印hthalate ;PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene Terephthalate ；PBT)、聚缩醛(PolyoxyMethylene ；Ρ0Μ)、聚苯硫醚 (Polyphenylene Sulfide ;PPS)、聚醚醚酮(PolyetherEther Ketone ;PEEK)、聚四氟乙烯 (polytetrafIuoroethylene ；PTFE)、聚氧苯甲酉旨(Polyoxybenzylene ；Ρ0Β)所组成的群组。所述的塑料，其另可进一步加入O至60wt %的添加物，该添加物可选自于玻璃纤维、碳纤维或陶瓷纤维。所述的结合塑料步骤，是以射出成形方式令塑料成形于合金表面，射出成形的条件为射出瞬间峰压高于lOOMpa，料管温度介于100至350°C之间，模具温度介于20至200°C 之间。本发明的方法，主要是先经由电化学处理令合金表面形成密布的微细孔洞，如此后续将塑料射出成形于合金表面时，熔融的塑料可进入于该些微细孔洞内，待塑料冷却固化后，塑料便能够附着于合金表面上，由本发明的方法所制成的合金与塑料的复合材料，其结合强度佳，且有一定的环境使用可靠度，并且制程中所使用的药剂不具毒性与刺激臭味， 因此使用上较为安全，亦可省去安全维护及回收处理上的花费，使得生产成本得以下降。
图1为本发明的合金与塑料的结合方法的流程图。图2为合金置于一射出成形模具中的示意图。图3为依据本发明的方法所制成的合金与塑料的复合材料成品示意图。图4为本发明中采用铝合金时的表面处理步骤的流程图。图5为本发明中采用铝合金时，其表面处理步骤中的前处理步骤的流程图。图6为铝合金经过阳极处理后以电子显微镜观察的表面微结构照片实例。附图标记说明A-合金;M-模具；Ml-流道；P-塑料；Y-箭头方向；Z-箭头方向；1-准备一铝合金；2-铝合金表面处理；21-前处理；211-脱脂；212-碱洗；213-化抛； 214-犁地；215-酸洗；22-阳极处理；3-结合塑料。
具体实施例方式以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。配合参见图1所示，本发明的合金与塑料的结合方法，其步骤包含有准备一合金(1)于本发明中，合金可选自于不同种类的铝合金、铁合金、钛合金、 镁合金或锌合金等，如铝合金又可选用美国铝业协会制定的铝合金成份标准中的1系列铝合金、2系列铝合金、3系列铝合金、4系列铝合金、5系列铝合金、6系列铝合金及7系列铝合金等，该铝合金可以适当加工方法如挤型、锻造或压铸制作成型，随后并且可进行抛光或喷砂等表面处理；合金表面处理O)此步骤是以电化学处理方式令合金表面形成密布的微细孔洞，该电化学处理依据合金种类而有不同的制程，各制程的参数请容后述；结合塑料(3)其令呈熔融状的塑料成形于合金上经过前述处理的表面上，由于熔融的塑料可进入于合金表面的微细孔洞内，因此待塑料冷却固化后，塑料便能够附着于合金表面上，配合参见图2所示，于本发明中是采用射出成形方式达到令塑料成形于合金表面的目的，如图所示在一射出成形模具(M)中可先置放有经过表面处理后的合金(A)，随后再将塑料(P)自流道(Ml)射入模具(M)内，待塑料(P)冷却固化后便可得到如图3所示的成品，射出成形制程条件为料管温度介于100至350°C之间，模具(M)温度介于20至 200 0C之间，而为使塑料能注入于微细孔洞中，射出瞬间峰压必须高于IOOMpa。于本发明中，塑料(P)的种类可为热塑性塑料或者热固性塑料，其中热塑性塑料例如为聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、聚对苯二甲酸乙二酯、 聚对苯二甲酸丁二酯、聚缩醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氧苯甲酯等，此外，于塑
5料(P)中可进一步加入有玻璃纤维、碳纤维或陶瓷纤维以增进其强度，添加的比例为0至 60wt%o以下分别针对不同合金种类的电化学处理制程进行说明。当合金采用铝合金时，参见图4所示，其表面处理( 步骤进一步包含有下述步骤为前处理(21)，参见图5所示，该前处理步骤包括有脱脂011)将铝合金浸置于有机盐类、无机盐类及非离子介面活性剂的混合水溶液中1至5分钟之间，该盐类例如可为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠，其溶液具有除去铝合金表面油脂的功效；碱洗012)将铝合金浸置于碱性水溶液10至60秒之间，该碱性水溶液可为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、葡萄糖酸钠水溶液或其混合物水溶液；化抛(chemical polish) (213)将铝合金浸置于酸性溶液中5至180秒之间，该酸性溶液可为磷酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、甘氨酸溶液或其混合物溶液；犁地(mat finishing) (214)将铝合金浸置于铵类水溶液中0至100秒之间，该铵类溶液可为氟化氢铵水溶液、硫酸铵水溶液或其混合物水溶液；酸洗015)将铝合金浸置于硝酸水溶液中20至60秒之间；阳极处理0 其处理条件为使用硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液、硼酸水溶液或其混合水溶液作为电解液，处理温度介于5至35°C，电流密度介于0. 1至ΙΟΑ/dm2之间，处理时间介于2至100分钟之间；如图6所示，经前述阳极处理所得的氧化膜上密布有微细孔洞，该孔洞的孔径视阳极处理制程参数而定甚至可控制为纳米等级。当合金采用铁合金时，其表面处理(2)步骤进一步包含有下述步骤为 酸洗将铁合金浸置于硝酸(HNO3)水溶液中1至60分钟之间，溶液温度维持于20 至80°C之间；电化学蚀刻其电解液可选自于浓度介于0. IM至饱和之间的氯化钠(NaCl)水溶液或浓度介于0. IM至饱和之间的硝酸钠(NaNO3)水溶液，处理温度介于20至50°C之间，处理电压介于IOmV至100V之间。当合金采用钛合金时，其表面处理(2)步骤进一步包含有下述步骤为阳极处理其电解液的组成包含有浓度介于0. 1至4M之间的硫酸(H2SO4)及硫酸钠(Na2SO4)水溶液与浓度介于0. 01至2M之间的氢氟酸(HF)水溶液，处理电压介于10至 150V之间。当合金采用镁合金时，其表面处理(2)步骤进一步包含有下述步骤为脉冲阳极处理其以浓度介于0. 1至20g/L之间的氟化钾(KF)及0. 1至20g/L 之间的硅酸钠(Na2SiO3)水溶液作为电解液，或以浓度介于0.1至20g/L之间的氢氧化钠 (NaOH)、0. 1至20g/L之间的氟化钾(KF)及0. 1至30g/L之间的硅酸钠(Na2SiO3)水溶液作为电解液，并施加10至^OV之间的脉冲电压，该脉冲电压的频率介于0. 01至800Hz之间。当合金采用锌合金时，其表面处理(2)步骤进一步包含有下述步骤为阳极蚀刻(anodic etching)其电解液的组成包含有氯化铵(NH4Cl)及过氧化氢(H2O2)，该氯化铵(NH4Cl)对过氧化氢(H2O2)的莫耳比的比值介于1至50之间，处理电流密度介于0. 1至55A/dm2之间。当合金采用锌合金时，其表面处理(2)步骤另可为包含有下述步骤为电镀其电解液的组成包含有浓度介于0. 5mM至2M之间的氯化锌(ZnCl2)、0. 01至 IM之间的氯化钾(KCl)及50 μ M至0. IM的界面活性剂的水溶液，处理温度为70°C，处理电压为-IV，参考电位为锌金属的还原电位。以下列举本发明的数个实施例，其依前述步骤制作如图3所示的成品，随后并对成品进行拉伸测试，从而求得合金(A)及塑料(P)的结合处的断裂强度，该拉伸测试如图3 所示，是将合金(A)及塑料(P)分别以夹具固定后，令夹持塑料(P)的夹具分别朝向箭头Y 及箭头Z方向位移，从而进行正向拉伸及侧向拉伸两种测试实施例一使用合金种类为AA5052铝合金，在有机盐类0. 15wt%、无机盐类 1. ^t %与非离子界面活性剂0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒进行脱脂，在氢氧化钠 250g/L与葡萄糖酸钠10g/L的混合水溶液中浸置10秒进行碱洗，在磷酸98%与甘氨酸2% 的混合溶液中浸置30秒进行化抛，在硝酸水溶液中浸置30秒进行酸洗，随后以硫酸175g/ L的水溶液作为电解液以0. 6A/dm2的电流密度处理70分钟，处理完毕后的铝合金表面以射出成形方式结合有聚苯硫醚(PPS)，聚苯硫醚(PPQ中添加有50wt%的玻璃纤维，本实施例在正向拉伸测试及侧向拉伸测试所测得的强度分别为14. 4及3. Igf/cm2。实施例二 使用合金种类为AA5052铝合金，在有机盐类0. 15wt%、无机盐类 1. ^t %与非离子界面活性剂0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒进行脱脂，在氢氧化钠 250g/L与葡萄糖酸钠10g/L的混合水溶液中浸置10秒进行碱洗，在磷酸98 %与甘氨酸2 % 混合溶液中浸置30秒进行化抛，在硝酸水溶液中浸置30秒进行酸洗，随后以硫酸175g/L 的水溶液作为电解液以0. 6A/dm2的电流密度处理70分钟，处理完毕后的铝合金表面以射出成形方式结合有聚丙烯(PP)，聚丙烯(PP)中添加有30wt%的玻璃纤维，本实施例在正向拉伸测试及侧向拉伸测试所测得的强度分别为30. 8及6. Ig/cm2。实施例三使用合金种类为AA6061铝合金，在有机盐类0. 15wt%、无机盐类 1. ^t %与非离子界面活性剂0. 35wt%的混合水溶液中浸置60秒进行脱脂，在氢氧化钠 250g/L与葡萄糖酸钠10g/L的混合水溶液中浸置10秒进行碱洗，在磷酸98%与甘氨酸2% 的混合溶液中浸置30秒进行化抛，在硝酸水溶液中浸置30秒进行酸洗，随后以硫酸175g/ L的水溶液作为电解液以0. 8A/dm2的电流密度处理53分钟，处理完毕后的铝合金表面以射出成形方式结合有聚丙烯(PP)，聚丙烯(PP)中添加有30wt%的玻璃纤维，本实施例在正向拉伸测试及侧向拉伸测试所测得的强度分别为50. 7及5. Igf/cm2。实施例四使用合金种类为AA6061铝合金，在有机盐类0. 15wt%、无机盐类 1. 与非离子界面活性剂0. 35wt%混合溶液中浸置60秒进行脱脂，在氢氧化钠250g/ L与葡萄糖酸钠10g/L的混合水溶液中浸置10秒进行碱洗，在磷酸98%与甘氨酸2%混合溶液中浸置30秒进行化抛，在硝酸水溶液中浸置30秒进行酸洗，随后以硫酸175g/L的水溶液作为电解液以0. 6A/dm2的电流密度处理70分钟，处理完毕后的铝合金表面以射出成形方式结合有尼龙66 (PA 66)，尼龙66 (PA 66)中添加有33wt%的玻璃纤维，本实施例在正向拉伸测试及侧向拉伸测试所测得的强度分别为82. 1及13. 9Kgf/cm2。由上述可知，本发明的方法所制成的合金与塑料的复合材料，其结合强度佳，在-50至120°C之间有优良的使用可靠度，并且在电化学处理制程中，所使用的药剂不具毒性，因此制程安全性高，从而可省去安全维护及回收处理上的花费，使得生产成本得以下降。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种合金与塑料的结合方法，其步骤包含有准备一合金；合金表面处理其以电化学处理方式令合金表面形成复数微细孔洞；结合塑料其令呈熔融状的塑料成形于合金上经过前述处理的表面上。
2.如权利要求1所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的塑料，可选自于热塑性塑料或者热固性塑料。
3.如权利要求2所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的塑料可选自于聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚缩醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氧苯甲酯所组成的群组。
4.如权利要求2所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的塑料进一步加入有0至 60wt %的添加物，该添加物可选自于玻璃纤维、碳纤维或陶瓷纤维。
5.如权利要求3所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的塑料进一步加入有0至 60wt %的添加物，该添加物可选自于玻璃纤维、碳纤维或陶瓷纤维。
6.如权利要求1至5任一项所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金可选自于铝合金、铁合金、钛合金、镁合金或锌合金等。
7.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的铝合金可选自于1系列铝合金、2系列铝合金、3系列铝合金、4系列铝合金、5系列铝合金、6系列铝合金及7系列铝合金所组成的群组。
8.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的结合塑料步骤，是以射出成形方式令塑料成形于合金表面，射出成形制程条件为瞬间峰压高于lOOMpa，料管温度介于100至350°C之间，模具温度介于20至200°C之间。
9.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为铝合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为前处理；阳极处理其处理条件为使用硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液、硼酸水溶液或其混合水溶液作为电解液，处理温度介于5至35°C之间，电流密度介于0. 1至ΙΟΑ/dm2之间， 处理时间介于2至100分钟之间。
10.如权利要求9所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的阳极处理制程，其前处理步骤可包含有脱脂将铝合金浸置于有机盐、无机盐类及非离子介面活性剂的混合水溶液中1至5分钟之间；碱洗将铝合金浸置于碱性水溶液10至60秒之间；化抛将铝合金浸置于酸性溶液中5至180秒之间；犁地将铝合金浸置于铵类水溶液中0至100秒之间；酸洗将铝合金浸置于硝酸水溶液中20至60秒之间。
11.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为铁合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为酸洗将铁合金浸置于的硝酸水溶液中1至60分钟，溶液温度维持于20至80°C ；电化学蚀刻其电解液可选自于浓度介于0. IM至饱和之间的氯化钠水溶液或浓度介于0. IM至饱和之间的硝酸钠水溶液，处理温度介于20至50°C之间，处理电压介于 IOmV-IOV 之间。
12.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为钛合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为阳极处理其电解液的组成包含有浓度介于0. 1至4M之间的硫酸及硫酸钠与0. 01至 2M之间的氢氟酸的水溶液，处理电压介于10至150V之间。
13.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为镁合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为脉冲阳极处理其以浓度介于0. 1至20g/L之间的氟化钾、0. 1至20g/L之间的硅酸钠水溶液作为电解液，并施加10至^OV之间的脉冲电压，该脉冲电压的频率介于0. 01至 800Hz之间。
14.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为镁合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为脉冲阳极处理其以浓度介于0. 1至20g/L之间的氢氧化钠、0. 1至20g/L之间的氟化钾及0. 1至30g/L之间的硅酸钠水溶液作为电解液，施加10至^OV之间的脉冲电压，该脉冲电压的频率介于0. 01至800Hz之间。
15.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为锌合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为阳极蚀刻其电解液的组成包含有氯化铵及过氧化氢，该氯化铵对过氧化氢的莫耳比的比值介于1至50之间，处理电流密度介于0. 1至55A/dm2之间。
16.如权利要求6所述的合金与塑料的结合方法，其中所述的合金为锌合金，且其表面处理步骤进一步包含有下述步骤为电镀其电解液的组成包含有浓度介于0. 5mM至2M之间的氯化锌、0. 01至IM之间的氯化钾及50 μ M至0. IM的界面活性剂的水溶液，处理温度为70°C，处理电压为-IV，参考电位为锌金属的还原电位。
全文摘要
本发明涉及一种合金与塑料的结合方法，其首先对合金进行电化学处理，使其表面形成微孔洞，随后将塑料以射出成形方式成形在合金的表面，由于熔融状的塑料可进入微孔洞内，因此待塑料冷却固化后，塑料便能够附着于合金表面上。
文档编号C25D3/22GK102373499SQ201010257220
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者张正武, 胡少刚, 谭家彦 申请人:可成科技股份有限公司