一种金属树脂复合体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属树脂复合体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，将金属基体与树脂相结合的方法主要有三种：一种是利用胶粘剂，通过化学 胶粘剂与金属基体和已成型树脂作用，从而将两者结合到一起；另一种是在金属基体表面 进行化学蚀刻，产生超微型凹凸面，再进行注塑结合；第三种是在通过阳极氧化的方式或是 电化学阴极处理，在金属基体表面产生纳米级的孔洞，通过此孔洞与塑料注塑结合。
[0003] 然而，采用胶粘剂的方法，结合力较差，不耐酸碱，且胶粘剂有一定的厚度，影响最 终产品的尺寸；采用化学蚀刻的方法，为保证结合力，必须需要用浓酸加热或是采用含氟的 腐蚀液，由于浓酸加热的方式耗时长，能耗高，且酸液蒸发污染环境，而若采用含氟的腐蚀 液，由于氟的毒性大，对生产环境要求高，属于高污染高危物质；还有，采用阳极氧化或电化 学阴极处理的方式，所得到的纳米孔洞小，且氧化膜很薄，造成纳米孔洞深度不够，所得到 的注塑产品结合力低，实用性不高。
[0004] 因此，对如何将金属基体与树脂相结合制备金属树脂复合体的研究越来越受到重 视。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了提供实现结合力优良的、实用性高的以及对环境污染小的金 属树脂复合体及其制备方法。
[0006] 本发明提供了一种金属树脂复合体，其中，该金属树脂复合体包括金属基体和形 成在该金属基体上的热塑性树脂组合物，所述金属基体与所述热塑性树脂组合物结合的表 面上形成有空腔，所述热塑性树脂组合物通过填充所述空腔来与所述金属基体结合，所述 空腔包括彼此相通的上部空腔和下部空腔，所述下部空腔具有上部窄口。
[0007] 本发明提供给了一种金属树脂复合体的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008] ( 1)将金属基体表面进行激光刻蚀，使金属基体表面点状熔化，形成具有液化的金 属的上部熔池；
[0009] (2)将所述上部熔池中液化的金属进行第一次气化，形成上部空腔；
[0010] (3)再在所述上部空腔的底部进行激光刻蚀，使在所述上部空腔的底部的金属基 体表面点状熔化，形成具有液化的金属的下部熔池；
[0011] (4)将所述下部熔池中液化的金属进行第二次气化，形成下部空腔；
[0012] (5)将经过步骤（4)处理后得到的金属基体放入模具中，用热塑性树脂组合物进行 注塑，形成一体化的金属树脂复合体。
[0013] 根据本发明提供的所述金属树脂复合体的制备方法，通过控制激光能量，在极小 的点状区域内，输入一定的能量，将金属表面熔化，形成一个微小的熔池；持续的输入能量， 将金属熔池中液化的金属气化，形成一个空腔；将激光焦点下移，再继续往空腔底部形成熔 池；在空腔达到合适深度后，激光聚焦于空腔底部，在底部输入一个瞬时大脉冲能量，将熔 池中心部分熔融金属加热到金属沸点，中心气化金属迅速膨胀，熔融的金属气体和沸液冲 刷空腔内壁，将内壁下部部分金属熔化，形成上部窄口，下部为毛囊状的特殊微结构；再将 处理后的金属基体放入注塑机内，在处理后表面注塑上塑料等热塑性树脂，使塑料等热塑 性树脂嵌入具有毛囊状的微结构的金属空腔中，从而达到金属与塑料等热塑性树脂的紧密 结合。
[0014] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0015] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0016] 图1是根据本发明实施例1中的所述金属基体与所述热塑性树脂组合物结合的面 表面上含有的空腔的电镜照片；
[0017] 图2是根据本发明实施例1中的所述金属基体的表面的3D电子扫描图像；
[0018] 图3是根据本发明实施例1中的所述金属基体与所述热塑性树脂组合物结合的横 截面图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0020] 本发明提供了一种金属树脂复合体，其中，该金属树脂复合体包括金属基体和形 成在该金属基体上的热塑性树脂组合物，所述金属基体与所述热塑性树脂组合物结合的表 面上形成有空腔，所述热塑性树脂组合物通过填充所述空腔来与所述金属基体结合，所述 空腔包括彼此相通的上部空腔和下部空腔，所述下部空腔具有上部窄口。
[0021] 根据本发明，所述金属基体可以为不锈钢、铝合金和镁合金中的一种或多种，例如 可以选用SUS304不锈钢和A6061铝合金。
[0022] 根据本发明，所述上部空腔的最大直径可以为0. 1-1000 μ m，优选为0. 02-0. 12mm ; 所述下部空腔的上部窄口的直径可以为〇. 05-800 μ m，优选为0. 01-0. 08mm，且所述下部空 腔的上部窄口的直径小于所述上部空腔的最小直径。
[0023] 根据本发明，所述上部空腔的深度可以为0. 005-0. 2mm，优选为0. 008-0. 04mm，更 优选为〇. 008-0.0 lmm ;所述下部空腔的深度可以为0. 03-0. 3mm，优选为0. 04-0. 07mm，更优 选为 0· 04-0. 045mm。
[0024] 根据本发明，所述下部空腔的下部具有最大直径可以为0. 05-0. 09mm的毛囊状的 微结构，优选地，所述下部空腔的下部具有最大直径可以为0. 06-0. 08mm的毛囊状的微结 构。
[0025] 根据本发明，在金属基体的表面上可以具有的毛囊状的微结构的空腔的个数没有 具体限定，其中，多个具有毛囊状的微结构的空腔可以以第一排，第二排，第三排，依此类推 排列，且每排中彼此具有毛囊状的微结构的空腔的间距可以为0. 05-0. 09mm，以及第二排的 第一个具有毛囊状的微结构的空腔要错开第一排第一个具有毛囊状的微结构的空腔的最 大直径，且第一排与第二排的行距可以为0. 03-0. 09mm，然后第三排与第一排相同，依此类 推。
[0026] 根据本发明，所述热塑性树脂组合物可以含有50-80重量％的热塑性树脂和20-50 重量％的纤维材料。
[0027] 根据本发明，所述热塑性树脂可以为聚苯硫醚树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、 聚己二酸己二胺和聚碳酸酯中的一种或多种；所述纤维材料可以为陶瓷纤维、玻璃纤维、硅 酸铝纤维和聚酯纤维中的一种或多种。
[0028] 本发明提供了一种金属树脂复合体的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0029] ( 1)将金属基体表面进行激光刻蚀，使金属基体表面点状熔化，形成具有液化的金 属的上部熔池；
[0030] (2)将所述上部熔池中液化的金属进行第一次气化，形成上部空腔；
[0031] (3)再在所述上部空腔的底部进行激光刻蚀，使在所述上部空腔的底部的金属基 体表面点状熔化，形成具有液化的金属的下部熔池；
[0032] (4)将所述下部熔池中液化的金属进行第二次气化，形成下部空腔；
[0033] (5)将经过步骤（4)处理后得到的金属基体放入模具中，用热塑性树脂组合物进行 注塑，形成一体化的金属树脂复合体。
[0034] 根据本发明，所述金属基体可以为不锈钢、铝合金和镁合金中的一种或多种，例如 可以选用SUS304不锈钢和A6061铝合金。
[0035] 根据本发明，对金属基体进行激光刻蚀，形成表面具有液化的金属的上部熔池，其 中，激光刻蚀可以是一次刻蚀,也可以是多次刻蚀,一次刻蚀可以在金属基体表面形成一个 点状熔化，多次刻蚀可以在金属基体表面形成多个点状熔化，多个点状熔化可能会连接在 一起，因此，可以在金属基体的表面形成具有液化的金属的上部熔池。
[0036] 根据本发明，在步骤（1)和步骤（3)中，所采用的对金属基体进行刻蚀的激光器 没有具体限定，在本发明中，所述激光器可以为华工激光生产的型号为LSF20激光打孔机， 其中，用于将金属基体表面点状熔化的激光频率可以为8-12KHZ，电流为14-18A，时间为 1-100微秒，优选为6-20微秒；在该参数下该激光器进行工作，能够在金属基体上进行刻 蚀，且能够形成本发明所期望的上部熔池和下部熔池的大小。
[0037] 根据本发明，在步骤（2)中，用于将液化的金属进行第一次气化的激光频率可以为 8-lOKHz，电流为20-30A，优选为20-26A，时间为0. 25-100微