一种铝合金与塑胶复合体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金与塑胶复合体的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和材料的创新，铝合金材质以其密度小和导热性能好，易于加工和表面处理等优势在汽车，家电，消费电子，航空航天和建筑等行业得到日益广泛的应用。尤其是当前环保越来越受到关注，为减轻自重，降低油耗，铝材在飞机，汽车上作为结构件得到大量应用。在消费电子领域，铝材以其稳重大方，较高的强度，在手机，笔记本电脑上作为外壳使用是一种很好的选择。苹果系列产品一直钟情于铝合金壳体的使用，就连一向倚重塑料外壳的三星也抵挡不了这股潮流，预计2015和2016年三星金属机壳智能手机的发货量将分别达到I亿部和1.7亿部，渗透率分别为30 %和45 %。
[0003]从目前消费电子的发展趋势上看，外观革新的首要途径是机壳的金属化，消费者对于美观与质感有着刚性需求。从材料的角度看，金属机壳对无线电信号存在有一定程度的屏蔽。从加工生产角度来看，金属外壳成型要比塑胶困难得多，要使用大量的CNC机台，经过复杂的挖槽、冲压、切割过程才能完工。尤其是复杂产品结构，加工成本非常高昂，且耗时很长。这就需要金属与塑胶结合使用，既利用了金属的良好机械强度，散热好的特点，又结合了塑胶无射频信号屏蔽，易于成型复杂结构的优势，从整体上降低产品的生产成本。
[0004]铝塑拉胶结构法是直接在与塑胶结合的金属件上，提前加工出拉胶结构，使之在后续嵌件注射成型时，塑胶能嵌进金属拉胶结构中，增加二者结合力，该法适合于产品结构强度要求不高时使用。焊接法是用热空气、超声波、高频，红外或激光等方式加热预留塑胶面或铆柱，使塑胶熔化，再压紧实现塑料金属间连接的方法。激光照射法(DLAMP)是采用连续波激光照射，在金属表面加工出布线图案，注射成型后形成类似树脂缝合结构，加强金属与塑胶之间的结合力的方法。胶黏法是在需要连接的部件区域直接涂覆胶水，把金属和塑胶连接在一起的方法。以上方法在工业上应用时间较长，工艺较成熟，但不同程度存在一些缺点，如拉胶结构法结合力较弱，焊接法对操作人员要求较高，激光照射法设备投资大，胶黏法要求粘结区域结构简单。相较于这些方法，纳米成型法采用化学/电化学方法在金属表面形成众多的微纳米孔洞，注射成型时，金属与塑胶锚接在一起。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金与塑胶复合体的制备方法，实现铝合金与工程塑料的高强结合。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种铝合金与塑胶复合体的制备方法，包括以下步骤:
[0008]S1、将铝合金件放进电化学反应槽中进行电化学蚀刻处理，在铝合金件表面将形成一层纳米多孔的Al2O3膜层；
[0009]S2、将经过电化学处理后的铝合金件在质量百分比浓度为I 的碳酸钠、醋酸钠、磷酸钠或草酸钠溶液中进行第一次浸泡，浸泡后水洗掉铝合金件上的浸泡溶液；
[0010]S3、将铝合金件在质量百分比浓度为6-10%的碳酸钠、醋酸钠、磷酸钠或草酸钠溶液中进行第二次浸泡，浸泡后水洗掉铝合金件上的浸泡溶液；
[0011 ] S4、将处理好的铝合金件放入模具内与塑料进行一体成型。
[0012]进一步地:
[0013]第一次浸泡和第二次浸泡所采用的浸泡溶液选自如下组合:
[0014]第一次浸泡采用I%的碳酸钠溶液，且第二次浸泡采用6 %的碳酸钠溶液；
[0015]第一次浸泡采用1.5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用8%的磷酸钠溶液；
[0016]第一次浸泡采用3%的醋酸钠溶液，且第二次浸泡采用6%的醋酸钠溶液；
[0017]第一次浸泡采用4.5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用6.5 %的磷酸钠溶液；
[0018]第一次浸泡采用5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用8%的醋酸钠溶液。
[0019]步骤SI中，电化学蚀刻处理采用包含NaCl、KCl、NaBr、Na1、KBr、K1、Na2S04、NaN03、K2S04、KN03中的任一种或多种的电化学蚀刻溶液。
[0020]所述电化学蚀刻溶液的浓度为100_200g/L。
[0021]步骤SI中，以铝合金件作为阳极，以铅板作为阴极，施加给阳极的电压为10-40V，电化学处理的温度为5-25°C，处理时间为3-5min。
[0022]步骤SI得到AI2O3膜层的厚度为4-15μηι，纳米孔径为10-40nm。
[0023]在步骤SI之前还包括以下步骤:
[0024]SO、将铝合金工件放在弱碱性的脱脂剂里除油，pH值保持在9-11，浸泡时间为1_lOmin，温度为30-60°C，然后水洗去除铝合金工件表面表面残留的脱脂剂;再放入NaOH溶液中浸泡，除去铝合金表面自然形成的氧化层，其中NaOH溶液的浓度为10-50g/L，温度为20-60°C ；然后水洗去除铝合金工件表面残留的NaOH溶液。
[0025]步骤SO中，在将铝合金工件放入NaOH溶液中浸泡、水洗之后，再放入一种不含铬酸和硝酸的出光剂中出光，出光剂的pH值为保持在2-3，出光时间为l-5mins，然后水洗去除铝合金工件表面残留的出光剂。
[0026]所述塑料为PPS、PBT或PA。
[0027]步骤S4中，注塑的模具温度为140_160°C。
[0028]本发明的有益效果:
[0029]根据本发明的方法，对经电化学蚀刻处理形成一层纳米多孔的Al2O3膜层的铝合金工件先后放入不同浓度的碳酸钠、醋酸钠、磷酸钠或草酸钠溶液中，分两次浸泡。第一次用较低的1%_5%浓度的碱浸泡，将微孔里的电解液稀释出去，而这种弱碱性的溶液留在微孔内，该弱碱性的溶液将纳米孔往下进一步腐蚀，使得纳米孔深更深，由于该弱碱性的溶液腐蚀性较弱，不会破坏孔的结构。第二次用相对较高的6-10%浓度的碱浸泡，该碱性溶液在纳米孔内壁上进一步腐蚀出不同程度的凹凸结构，这种腐蚀后的结构能够从微观结构上加强与塑胶的机械咬合作用。两次浸泡处理建立在已经形成的纳米孔的基本形貌和结构的基础上，对纳米孔进行进一步的修饰，从而有效地加强了纳米孔与塑胶的结合。经大量实验发现，本发明可以实现铝合金件与工程塑料的超强结合，例如，与PPS的结合强度可达40Mpa，与PBT的结合强度可达32MPa。
[0030]本发明显著提升了铝合金工件与塑料结合力，且其加工成本低，能很好地满足产品的功能和外观要求，实现产品轻量化，简化产品结构，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0031]图1为由本发明一个实例得到的铝合金工件表面纳米微孔分布的电子显微镜拍摄图。
【具体实施方式】
[0032]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0033]参阅图1，在一种实施例中，一种铝合金与塑胶复合体的制备方法，包括以下步骤:
[0034]S1、将铝合金件放进电化学反应槽中进行电化学蚀刻处理，在铝合金件表面将形成一层纳米多孔的Al2O3膜层；
[0035]S2、将经过电化学处理后的铝合金件在质量百分比浓度为I 的碳酸钠、醋酸钠、磷酸钠或草酸钠溶液中进行第一次浸泡，浸泡后水洗掉铝合金件上的浸泡溶液；
[0036]S3、将铝合金件在质量百分比浓度为6-10%的碳酸钠、醋酸钠、磷酸钠或草酸钠溶液中进行第二次浸泡，浸泡后水洗掉铝合金件上的浸泡溶液；
[0037]S4、将处理好的铝合金件放入模具内与塑料进行一体成型。
[0038]在一种优选实施例中，第一次浸泡采用I%的碳酸钠溶液，且第二次浸泡采用6%的碳酸钠溶液。
[0039]在另一种优选实施例中，第一次浸泡采用1.5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用8%的磷酸钠溶液；
[0040]在另一种优选实施例中，第一次浸泡采用3%的醋酸钠溶液，且第二次浸泡采用6%的醋酸钠溶液；
[0041]在另一种优选实施例中，第一次浸泡采用4.5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用6.5%的磷酸钠溶液；
[0042]在另一种优选实施例中，第一次浸泡采用5%的磷酸钠溶液，且第二次浸泡采用8%的醋酸钠溶液。
[0043]在一种优选实施例中，步骤SI中，电化学蚀刻处理采用包含NaCl、KC1 ,NaBr, Na 1、KBr、K1、Na2S04、NaN03、K2S04、KN03中的任一种或多种的电化学蚀刻溶液。
[0044]在更优选的实施例中，所述电化学蚀刻溶液的浓度为100_200g/L。
[0045]在一种优选实施例中，步骤SI中，以铝合金件作为阳极，以铅板作为阴极，施加给阳极的电压为10-40V，电化学处理的温度为5-25°C，处理时间为3-5min。
[0046]在一种优选实施例中，步骤SI得到Al2O3膜层的厚度为4_15μπι，纳米孔径为10-40nmo
[0047]在一种优选实施例中，在步骤SI之前还包括以下步骤:
[0048]SO、将铝合金工件放在弱碱性的脱脂剂里除油，pH值保持在9-11，浸泡时间为1_lOmin，温度为30-60°C，然后水洗去除铝合金工件表面表面残留的脱脂剂;再放入NaOH溶液中浸泡，除去铝合金表面自然形成的氧化层，其中NaOH溶液的浓度为10-50g/L，温度为20-60°C ；然后水洗去除铝合金工件表面残留的NaOH溶液。
[0049]在更优选的实施例中，步骤SO中，在将铝合金工件放入NaOH溶液中浸泡、