铝合金部件和树脂部件的激光接合方法

专利名称：铝合金部件和树脂部件的激光接合方法
技术领域：
本发明涉及铝合金部件与树脂部件呈现高接合强度的激光接合方法。
背景技术：
将不同材质的铝合金部件和合成树脂一体化的铝-树脂复合材料广泛用于汽车、家用电器、工业设备等广泛的领域。目前，这样的铝-树脂复合材料使用在粘结剂存在的情况下压接铝合金部件和树脂部件得到的铝-树脂复合材料。但是，最近，有人提出在不存在粘结剂的情况下将高强度的工程树脂一体化的方法。例如，专利文献I中，通过在金属材料和树脂材料的接合方法中使用激光光源，在金属材料和树脂材料接合的状态下将结合部加热到接合部的树脂材料中产生气泡的温度，由此进行接合的金属树脂接合方法。 从获得金属材料和树脂部件一体化接合的复合材料的观点，上述接合方法是有用的技术，但是，若要将这样的复合材料应用到要求强力的粘结力(固着力)和刚性的机械结构物的话，尚不充分。因此，寻求以强力的粘结力使作为树脂部件的高强度材料粘结而得到的铝-树脂
复合体。例如，专利文献2，3中提出了满足上述要求的铝-树脂复合体的制造方法。专利文献2中提出了由经过在选自氨、肼和水溶性胺化合物中的一种以上水溶液中浸溃的工序并在电子显微镜下观察，表面被数均内径10 SOnm的凹部覆盖的铝合金部件、和通过注塑成型固着在上述铝合金部件的上述表面上、主成分为聚酰胺树脂、从成分为耐冲击性改良材料的树脂成分组成的热塑性合成树脂组合物部件构成的金属树脂复合体。所述复合体是通过作成用超微细的凹部、孔的开口部覆盖铝合金部件表面的形状来强固地粘结聚酰胺类树脂组成。专利文献3中提出了一种热塑性树脂材料和金属材料的接合方法，其特征在于，在热塑性树脂材料与金属材料的接合中，使和热塑性树脂材料具有相溶性的热塑性膜存在于接合的界面上，通过照射激光使金属材料发热，将膜熔融，从而熔接。所述接合方法通过预先使热塑性膜介于热塑性树脂材料和金属材料的界面，缓和接合时生成的应力，由此维持高接合强度。现有技术文献专利文献专利文献I :国际公开W02007/029440号公报专利文献2:日本专利特开2007-182071号公报专利文献3:日本专利特开2009-39987号公报

发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，上述专利文献2、3中提出的复合体也无法发挥能够耐受作为机械结构物使用那样程度的粘结强度。本发明是为了解决这样的技术问题而提出的发明，目的是提供铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，该方法通过将表面形状复杂化的铝合金用作为铝合金部件，从而提高了与树脂部件的接合强度。解决技术问题所采用的技术方案本发明的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法为了达到上述目的，其特征在于，对被接合铝合金部件实施蚀刻处理在其表面形成具有凹凸的凹凸部后，使该铝合金部件的一个面和树脂部件重合，然后，在上述铝合金部件的另一个面上照射激光使与铝合金部件相接的树脂部件软化，用该树脂填充上述凹凸部。
优选在蚀刻处理前对铝合金部件进行喷砂处理。作为被接合铝合金部件，可以使用由于通过上述蚀刻处理、或喷砂处理与蚀刻处理得到的凹凸部而形成多个凹状部的铝合金部件，优选上述凹状部的开口宽度的尺寸在O. Ιμ 以上30μπ 以下，同时深度的尺寸在O. Ιμ 以上ΙΟΟμπ 以下。这里，上述开口宽度是在该铝合金部件的厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上通过扫描型电子显微镜观察测定的值。此外，实施上述蚀刻处理、或喷砂处理与蚀刻处理的铝合金部件优选使用在部分或全部表面具有多个在内表面上具有多个由共晶娃晶构成的的凸部的开口宽度为O. I μ m以上30 μ m以下的凹状部的Al-Si类铝合金部件，所述由共晶硅晶构成的凸部以当量球径计其尺寸为O. I μ m以上10 μ m以下。即，优选使用这样的铝合金部件被接合铝合金部件由Al-Si类铝合金部件构成，由于通过上述蚀刻处理、或喷砂处理与蚀刻处理形成的凹凸部，在被接合铝合金部件的部分或全部表面形成多个内表面具有由上述共晶硅晶构成的凸部的凹状部。这里，上述开口宽度是在该铝合金部件的厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上通过扫描型电子显微镜观察测定的值。较好是，上述由共晶硅晶构成的凸部以O. 001g/m2以上lg/m2以下的量突出或析出于上述凹状部内表面，且同时也存在多个不具有上述共晶硅晶的凸部、开口宽度为O. Ιμπι以上30 μ m以下的凹状部。对被接合铝合金部件实施蚀刻处理时，优选使用在以O. lg/L以上300g/L以下的浓度范围内含有卤素离子的酸浓度为O. I重量％以上80重量％以下的酸水溶液中添加水溶性无机卤化物配制而成的溶液作为蚀刻液。进而，蚀刻处理前实施的喷砂处理优选通过空气嘴方式实施。从得到高接合强度的接合体的观点，激光照射前实施的蚀刻处理、或喷砂处理与蚀刻处理仅在被接合铝合金部件的与树脂部件的接合面上实施就足够了，也可以全面实施。发明的效果通过本发明的方法，在用于制造铝-树脂复合材料的铝合金部件表面预先赋予复杂化的凹凸形状。因此，例如用激光接合法在其表面接合树脂部件时，由于上述复杂化的凹凸形状，锚固效果有效作用，容易得到接合强度高的铝-树脂复合体。
而且，本发明方法中，作为铝合金素材，不仅可以使用一般的Al合金还可以使用Al-Si类的铸造合金，因此，可以低价制造形状自由度高的复合体。此外，这样制造的铝一树脂复合体，铝合金部件和树脂成形体之间的界面(铝一树脂界面)的密合强度和气密性极高，且即使暴露于严酷的环境下，也可保持其优良的密合强度和气密性，可长期维持高可靠性。因此，通过本发明的方法得到的高接合强度铝-树脂复合体可以适用于以例如汽车用各种传感器部件、家用电器用各种开关部件、各种工业设备用电容器部件等为代表的广泛领域中的金属-树脂一体化成形部件，适用于要求高接合强度的金属-树脂一体化成形部件。


图I说明Al-Si类合金铸造物的凝固组织的模式图。图2说明Al-Si类合金铸造物蚀刻后的截面组织的模式图。图3用扫描型电子显微镜观察到的Al-Si类合金铸造物的蚀刻表面的画面。图4说明在铝合金部件表面形成的凹部的开口宽度的测定方法的图。图5在铝合金部件的表面形成的凹部的截面示意图。
具体实施例方式发明人针对采用了上述专利文献1、3中提出的激光接合方法的铝-树脂复合体的制造方法不能获得充分的接合强度的原因以及对策，反复进行深入研究。假定在该过程中软化的树脂部件和铝表面的凹凸部的啮合不充分，为了提高在制造铝-树脂复合体时与复合化的树脂部件的接合性，研究了铝合金部件的表面形状的改善策略。为了提高与树脂部件的接合性，在铝合金部件的表面形成锚固效果高的凹凸部是有效的。但是，对于金属组成范围广、金属组织复杂的Al铸造用合金，用一般的蚀刻处理难以发挥锚固效果。因此，本发明发现通过在Al-Si类铸造用合金中也实施有效的蚀刻处理，能够在其表面形成锚固效果高的凹凸。以下详细说明。首先，说明在Al-Si类合金部件表面易于形成复杂化的凹凸部的基本原理。使实际中被大量使用的具有亚共晶-共晶附近组成的Al-Si类合金的融水在铸模内凝固时，如图I所示，成为薄片状的Al-Si共晶部(2)埋在初晶α-Α1(1)之间的状态。此外，Al-Si共晶部(2)成为由共晶α-Α1(3)和共晶Si (4)构成的形态。若用盐酸等酸液化学蚀刻具有这样的金属组织的Al-Si类合金部件，Al-Si共晶部的共晶α-Α1(3)被选择性溶解。这是因为共晶α-Al的Al纯度比初晶α-Al (I)低。结果，在埋在初晶α -Al (I)之间的薄片状共晶部中，只有共晶Si⑷残存，成为凹部的初晶α -Al之间的空隙部(5)中残存的Si突出于上述凹部壁的状态(参考图2)。图3是表示用扫描型电子显微镜观察后述实施例中使用的试样的表面的结果的图。可知Si晶在初晶Ci-Al(I)之间形成的凹状部的内部突出，形成凸部。
对于Al-Si类Al合金的本发明方法中，使在初晶α -Al之间的、残存Si突出壁面的凹状部发挥通过激光照射接合树脂部件时的锚固功能。为了有效体现上述锚固效果，将形成的凹状部变细、突出的Si晶形成的凸部变细且变多是有效的，调整化学蚀刻条件是必要的。关于优选的蚀刻条件将在后面记载。尤其是，为了在Al-Si类合金即Al铸造用合金中将突出的Si晶形成的凸部变细且变多，理想的是进行喷砂处理作为蚀刻处理前的前处理。特别优选空气嘴式的喷砂作为喷砂的方式。在蚀刻处理前推荐进行喷砂处理的理由例举如下。金属组织复杂的Al-Si类的Al铸造用合金在不进行喷砂处理的情况下，有时可能会产生蚀刻的不均，难以进行均匀的蚀刻处理。喷砂处理中，由于喷射介质('> 3 卜^ r ^ 7 )的冲击，在金属表面反复急热、急冷，表面组织微细化、均匀化。因此，通过在喷砂处理后进行蚀刻处理可以均匀地处 理。此外，由于喷砂处理后的铝表面被粗面化，因此，通过在其后实施形成凹部结构的蚀刻处理，有望提高双重粗面化结构带来的树脂接合性。特别优选空气嘴式作为喷砂处理方式的理由可以例举例如，与喷射式相比，介质的喷射压力高，例如，与喷射压力低的喷射式喷砂相比，可以使介质以更强的压力冲击表面，因此，结果是能够在均匀的蚀刻处理形成所希望的表面组织。还有，通过组合蚀刻处理能够形成对树脂接合性有效的双重粗面化结构。另一方面，不进行喷砂处理作为前处理时，理想的是在蚀刻处理后进行超声波处理。如上记载，特别是在初期的蚀刻行为中产生蚀刻不均。为了防止这个问题，有必要提高蚀刻时的浴温，或者延长浸溃时间来增大蚀刻处理引起的溶解量，此时，随着铝溶解量的增力口，产生共晶硅晶堆积在最外表面的问题。由于共晶硅晶的堆积层是多孔结构，因此树脂容易进入，另一方面，由于与Al-Si类的Al合金之间的密合性非常小，难以获得接合强度。通过在蚀刻处理后进行超声波处理，可以选择性地除去存在于最表层的堆积共晶硅晶，只让有助于树脂接合性的表面凹部内的共晶硅晶残存。对Al-Si类的Al铸造用合金中有效发挥锚固功能的凸部的尺寸、分布状态进行说明。用扫描型电子显微镜(日立制FE-SEM、S-4500型)观察铝合金部件的表面结构时，由共晶硅晶构成的凸部的尺寸以当量球径计优选O. Ιμπι以上10 μ m以下。如果硅晶尺寸不足O. Ιμπι以下，由共晶硅晶构成的凸部本身容易折断，有时不能发挥锚固作用。另一方面，SP使硅晶尺寸超过 ο μ m，尺寸过大有时不能发挥锚固效果。此外，残存Si在壁面上突出的凹状部在铝合金部件的厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上用扫描型电子显微镜观察测定的开口宽度的尺寸为O. Ιμπι以上30 μπι以下，优选0.5 μπι以上20 μ m以下，更优选I μ m以上10 μ m以下，从顶部线到底部线的深度尺寸为O. I μ m以上100 μ m以下，优选O. 5μπι以上50 μ m以下。该凹状部的开口宽度如果小于O. I μ m，则树脂接合时熔融树脂难以进入，铝合金部件和树脂部件的界面上产生微小的空隙，难以获得优良的密合强度和气密性；反之，如果大于30 μ m，则在铝成形体的表面处理(蚀刻处理)时，溶解反应过度进行，产生材料表面的缺陷或材料的板厚减少量增大的问题，产生材料强度不足的产品，造成生产率降低。此外，深度如果小于O. I μ m，则难以获得足够的树脂成形体的嵌入部；反之，如果大于100 μ m，则在铝成形体的表面处理(蚀刻处理)时，溶解反应过度进行，产生材料表面的缺陷或材料的板厚减少量增大的问题。本发明中，关于Al-Si类Al合金的残存Si突出于在壁面上的多个凹状部的密度，每O. Imm见方开口宽度O. 5μπι以上20μπι以下以及深度O. 5μπι以上20μπι以下的范围内的一种或2种以上的尺寸的凹状部存在5个以上、200个以下。还有，通过能量分散型X射线分析装置(堀场制作所制ΕΜΑΧ-7000)的分布分析对上述Al-Si类铝合金部件的表面结构进行硅元素及铝元素分析时，优选令只有存在于共晶部分的Si分布的部位占5%以上80%以下。若Si分布部位不足5%，有时体现不出有效的锚固效果。反之，若超过80%，则形成凹状部壁面的初晶α-Al的溶解不容忽视，上述壁面溶解，成为Si晶堆积在凹状部内的状态，有时对树脂成分的锚固效果不起作用。关于由共晶硅晶构成的凸部的突出量，优选在上述凹状部内表面以O. 001以上lg/m2以下的量突出或析出。如果不足O. 001g/m2，有时难以体现有效的锚固效果。反之，若超过lg/m2，则形成凹状部壁面的初晶α -Al的溶解不容忽视，上述壁面溶解，成为Si晶堆 积在凹状部内的状态，有时对树脂成分的锚固效果不起作用。凸部的突出量是使用刷子刷掉在Al-Si类铝合金部件表面上形成的Si晶后，用重量法测定使用O. I μ m PC滤膜采集的晶体粒子得到的值。这里，与由上述共晶α -Al的选择溶解形成的具有共晶硅晶的突出部的凹状部一起有效发挥锚固效果的初晶α-Al中形成的凹状部进行说明。如图4所示，由铝合金部件的表面凹凸部形成的多个凹状部在铝合金部件的厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上通过扫描型电子显微镜观察测定。其开口宽度的尺寸为O. I μ m以上30 μ m以下，优选O. 5 μ m以上20 μ m以下，更优选I μ m以上10 μ m以下，从顶部线到底部线的深度尺寸为O. I μ m以上100 μ m以下，优选O. 5μπι以上50 μ m以下。该凹状部的开口宽度如果小于O. I μ m，则树脂接合时熔融树脂难以进入，铝合金部件和树脂成形体的界面上产生微小的空隙，难以获得优良的密合强度和气密性；反之，如果大于30 μ m，则在铝成形体的表面处理(蚀刻处理)时，溶解反应过度进行，产生材料表面的缺陷或材料的板厚减少量增大的问题，产生材料强度不足的产品，造成生产率降低。此夕卜，深度如果小于O. I μ m，则难以获得足够的树脂成形体的嵌入部；反之，如果大于30 μ m,则在铝成形体的表面处理(蚀刻处理)时，溶解反应过度进行，产生材料表面的缺陷或材料的板厚减少量增大的问题。本发明中，关于因铝合金部件表面的凹凸部形成的多个凹状部的密度，每O. Imm见方开口宽度尺寸为O. 5μπι以上20μπι以下以及深度O. 5μπι以上20μπι以下范围内的I种或2种以上的凹状部存在5个以上、200个以下。如图5所示，铝合金部件的多个凹状部可以是具有从开口缘部的一部分朝开口宽度方向中心以雪檐状突出的突出部的凹状部(参考图5( a))，或是具有从整个开口缘部朝向开口宽度方向中心以雪檐状突出的突出部的凹状部(参考图5(b))，优选为内部还形成凹状部的具有双重凹状部结构的凹状部(参考图5 (C))或内部壁面上形成内部突起部的具有内部凹凸结构的凹状部(参考图5 (d))。还有，这些双重凹状部结构和内部凹凸结构可以并存。铝合金部件的多个凹状部的部分或全部中，通过存在这样的双重凹状部结构或内部凹凸结构，铝合金部件的凹状部和树脂成形体的嵌入部彼此更牢固地结合，可发挥铝合金部件和树脂成形体之间的更优良的密合强度和气密性。接着，对在铝合金部件的树脂接合表面上形成希望的凹凸部的方法进行说明。具体可以例举，将铝合金部件浸溃在由盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、草酸、抗坏血酸、苯甲酸、丁酸、柠檬酸、甲酸、乳酸、异丁酸、苹果酸、丙酸、酒石酸等酸溶液中构成的蚀刻液中，在该铝合金部件表面形成规定的凹凸部的蚀刻处理方法。出于这个目的使用的蚀刻液中的酸溶液可以例举，酸浓度O. I重量％以上80重量％以下、优选10重量％以上50重量％以下的盐酸溶液、磷酸溶液、稀硫酸溶液、醋酸溶液等，酸浓度O. I重量％以上30重量％以下、优选10重量％以上20重量％以下的草酸溶液
坐寸ο此外，Al铸造用合金中，出于更好地促进共晶α -Al的溶解的目的，可以在这些酸溶液中添加卤化物。卤化物可以例举例如氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化铝等氯化物或氟化钙等氟化物，以及溴化钾等溴化物等。考虑到安全性等，优选氯化物，更优选蚀刻液中的卤离子浓度为O. I克/升(g/L)以上300g/L以下,进一步优选lg/L以上100g/L以下。如果不足O. lg/L,卤离子的效果小，因此难以引起共晶α-Al的溶解，有时出现不能形成具有Si晶突出部的凹状部的问题，超过300g/L时，铝成形体表面处理(蚀刻处理)时，溶解反应剧烈进行，因此存在难以控制通过共晶α-Al的选择溶解形成的凹状部以及Si晶的突出部的问题。本发明中，作为用于在铝合金部件表面形成所希望的凹状部的蚀刻液，硝酸和浓度高于80重量％的浓硫酸等氧化能力较强的酸溶液以及氢氧化钠和氢氧化钾等碱溶液是不合适的。对于铝合金而言，浓硫酸等氧化能力较强的酸溶液具有膜生成能力，反而会在铝成形体表面形成牢固的氧化膜，氧化膜难以溶解。本发明中，关于使用上述蚀刻液对铝合金部件的表面进行蚀刻处理时的处理条件，根据使用的蚀刻液的种类、酸浓度、卤离子浓度等、要在铝合金部件上形成的多个凹状部的数目和尺寸等有所不同。通常，为盐酸溶液时，浴温20°C以上80°C以下、浸溃时间I分钟以上40分钟以下，为磷酸溶液时，浴温20°C以上60°C以下、浸溃时间I分钟以上60分钟以下，为硫酸溶液时，浴温20°C以上70°C以下、浸溃时间I分钟以上50分钟以下，为硝酸水溶液时，浴温20°C以上60°C以下、浸溃时间I分钟以上20分钟以下，为草酸溶液时，浴温20°C以上50°C以下、浸溃时间I分钟以上20分钟以下，为醋酸时，浴温20°C以上80°C以下、浸溃时间I分钟以上30分钟以下，分别在上述范围内即可。使用的蚀刻液的酸浓度和浴温越高，蚀刻处理的效果越显著，能够短时间处理，但，浴温如果不足20°C，则溶解速度变慢，因此生产率变差，此外，在超过80°C的浴温下，溶解反应剧烈进行，难以控制。关于浸溃时间，不足I分钟的话，难以控制溶解，反之，在超过60分钟的浸溃时间下，会造成生产率下降。本发明中，在如上所述对铝合金材料实施蚀刻处理而形成具有凹状部的铝合金部件时，为了进行脱脂和表面调整、除去表面附着物、污染物等，可根据需要对该蚀刻处理前的铝合金材料的表面实施由采用酸溶液的酸处理和/或采用碱溶液的碱处理构成的预处理。这里，作为该预处理中所用的酸溶液，可使用例如用市售的酸性脱脂剂调制的酸溶液或者用硫酸、硝酸、氢氟酸、磷酸等无机酸或乙酸、柠檬酸等有机酸或将这些酸混合而得的混合酸等酸试剂调制的酸溶液等；作为碱溶液，可使用例如用市售的碱性脱脂剂调制的碱溶液、用苛性钠等碱试剂调制的碱溶液或者将其混合而调制成的碱溶液等。使用上述酸溶液和/或碱溶液进行的预处理的操作方法和处理条件可以与以往用这种酸溶液或碱溶液进行的预处理的操作方法和处理条件相同，可通过例如浸溃法、喷雾法等方法进行。另外，在对铝合金材料的表面实施了上述预处理后或实施了用于形成凹状部的蚀刻处理后，也可根据需要实施水洗处理，该水洗处理可使用工业用水、地下水、自来水、离子交换水等，可根据所制造的铝合金部件适当选择。还可根据需要对经过预处理或蚀刻处理的铝合金材料进行干燥处理，该干燥处理可以是放置于室温的自然干燥，也可以是用鼓风机、干燥机、烘箱等进行的强制干燥。实施例
接着，实际介绍将树脂部件接合在实施了表面处理的铝合金部件上的例子。试验中，使用i)厚度2mm、宽度50mm、长度IOOmm的JIS ADC12合金板和ii )厚度2mm、宽度50mm、长度IOOmm的A5052合金板这2种作为铝合金部件，使用厚度10mm、宽度50mm、长度IOOmm的PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)作为树脂部件。JIS ADC12合金板通过铸模浇铸法制作。此外，A5052合金板是A5052-H34。为了调查表面状态对接合强度的影响，分别改变每个铝合金部件的表面处理方法，准备5种试验材料。5种试验材料的制造方法将在后文进行描述。接着，按照后述的方法观察实施了表面处理的试验材料的表面状态。结果示于表I及表2。对2种铝合金部件，将分别用5种方法处理的试验材料(共10片)一片一片地重叠在PBT上，从铝合金试验材料的上方照射激光，将铝合金试验材料和PBT接合。此时，如表3所示对激光熔接条件进行各种改变。然后，测定各铝合金试验材料与PBT的接合体的拉伸剪切强度。拉伸剪切强度的测定方法也在后面进行描述。接合材料的拉伸剪切强度(N/mm)的测定结果示于表4。比较例即不进行空气嘴式喷砂处理和蚀刻处理的铝合金板(试验材料5)，在所有的激光熔接条件下都不和PBT接合。此外，空气嘴式喷砂处理材料中，虽然接合，但接合强度低。另一方面，本发明的蚀刻处理材料与比较例相比，可以获得高接合强度。此外，通过组合空气嘴式喷砂处理和蚀刻处理，可以得到最高的接合强度。[试验材料的调整方法]针对上述JIS ADC12合金板和A5052合金板这两种铝合金板，分别准备以下条件的试验材料I 5。(试验材料I)通过空气嘴式喷砂处理将铝合金板的表面粗糙度调整到Rz :40μπι后，在I. 2重量％盐酸溶液中添加90g/L (氯化物离子浓度61g/L)的氯化铝六水合物配制成蚀刻液，40°C下将上述铝合金板在该蚀刻液中浸溃I分钟，然后，水洗，这样实施蚀刻处理后，用120°C的热风干燥5分钟，制成铝合金试验材料I。
(试验材料2)通过空气嘴式喷砂处理将铝合金板的表面粗糙度调整到Rz :40μπι后，在I. 2重量％盐酸溶液中添加90g/L (氯化物离子浓度61g/L)的氯化铝六水合物配制成蚀刻液，400C下将上述铝合金板在该蚀刻液中浸溃4分钟，然后，水洗，这样实施蚀刻处理后，用120 0C的热风干燥5分钟，制成铝铸物合金试验材料2。(试验材料3)通过空气嘴式喷砂处理将铝合金板的表面粗糙度调整成Rz 40 μ m后，水洗，然后，用120°C的热风干燥5分钟，制成铝合金试验材料3。(试验材料4)·
不实施喷砂处理而是在40°C下直接将铝合金板浸溃于由在I. 2重量％盐酸溶液中添加90g/L (氯化物离子浓度61g/L)的氯化铝六水合物配制成的蚀刻液中，浸溃4分钟，然后，水洗，这样实施蚀刻处理后，用120°C的热风干燥5分钟，制成铝铸物合金试验材料4。(试验材料5)不对铝合金板实施喷砂处理和蚀刻处理，而是直接水洗，然后，用120°C的热风干燥5分钟,制成招合金试验材料5。[各试验材料的表面观察方法]使用扫描型电子显微镜(日立制FE-SEM，S-4500型)观察处理JIS ADC12合金板得到的各铝合金试验材料的表面，观察硅晶的尺寸，再通过重量法测定其析出量。析出量是用刷子刷掉Al合金试验片表面形成的硅晶后，通过采用O. Ιμπι PC滤膜的重量法计测收集的晶体粒子。此外，用扫描型电子显微镜(日立制FE-SEM，S-4500型)在倍率100倍下观察由两种铝合金板得到的各铝合金试验材料的厚度方向截面内的某区域的截面，根据得到的截面观察照片(测定视野数3)如下计测。首先，确定在铝合金试验材料厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且通过凹凸部的最高部的顶部线(TL)，接着大致同上确定与铝合金试验材料的厚度方向垂直相交且通过凹凸部的最深部的底部线，然后，沿垂直方向从顶部线(TL)向底部线(BL)画线段，通过该线段的中间部且与顶部线(TL)[或底部线(BL)]平行画出的中间线(HL)上的铝合金试验材料与铝合金试验材料之间存在的空隙间的距离定为凹状部的开口宽度(d)(参照图4)，观察因铝合金试验材料表面的凹凸部而形成的凹状部的形状和尺寸(开口宽度)。对同样的铝合金试验材料的两个视野也进行同样的观察，由共计三个视野观察到的全部开口宽度除以全部测定点数的值作为平均开口宽度来测定。另一方面，用上述从顶部线(TL)到底部线(BL)的距离定义的凹状部的深度也进行同样的观察，测定平均深度。还有，通过EDX在倍率1000倍下对凹状部的密度进行元素分布分析，与未处理的情况进行比较，将铝元素的荧光X射线强度低的区域定义为凹状部，用图像处理软件(ImageJ)对被测定后的分布照片进行凹状部密度的测定。表I所示的数值显示这些计测值。[拉伸剪切强度的测定方法]将用上述5种方法处理的厚度2mm、宽度50mm、长度IOOmm的招合金试验材料和厚度10mm、宽度50mm、长度IOOmm的PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂板设置为在长度方向上分别重合15mm，从铝合金试验材料的上方照射激光，在宽度方向上进行激光熔接。激光熔接后，从宽度IOOmm的试验片的端部开始30mm的位置切断加工成宽度IOmm的拉伸试验片，取3根拉伸试验片，用拉伸试验机进行拉伸试验，用得到的荷重(N)除以试验片宽度的值作为拉伸剪切强度。拉伸速度为8X 10_3m/秒。[表I]表I使用JIS ADC12合金板的试验材料的表面特性
权利要求
1.铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，其特征在于，对被接合铝合金部件实施蚀刻处理在其表面形成具有凹凸的凹凸部后，使该铝合金部件的一个面和树脂部件重合，然后，在上述铝合金部件的另一个面上照射激光使与铝合金部件相接的树脂部件软化，用该树脂填充上述凹凸部。
2.如权利要求I所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，蚀刻处理前对铝合金部件进行喷砂处理。
3.如权利要求I或2所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，使用由通过上述蚀刻处理、或者喷砂处理与蚀刻处理得到的凹凸部形成有多个凹状部的铝合金部件作为被接合铝合金部件，上述凹状部的开口宽度的尺寸为0. I y m以上30 y m以下，同时，深度的尺寸为0. I y m以上100 y m以下，上述开口宽度是在该铝合金部件的厚度方向截面上与所述厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上通过扫描型电子显微镜观察测定的值。
4.如权利要求I或2所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，被接合铝合金部件由Al-Si类铝合金部件构成，由通过上述蚀刻处理、或喷砂处理与蚀刻处理得到的凹凸部在部分或全部表面上形成多个凹状部，上述凹状部的开口宽度的尺寸为0. I y m以上30 y m以下，且内表面上有多个由共晶硅晶构成的凸部，上述开口宽度是在该铝合金部件的厚度方向截面上与该厚度方向垂直相交且在通过凹凸部的最高部的顶部线和通过最深部的底部线之间的中间线上通过扫描型电子显微镜观察测定的值，此外，上述由共晶硅晶构成的凸部以当量球径来算其尺寸为0. Iiim以上IOiim以下。
5.如权利要求4所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，上述由共晶硅晶构成的凸部以0. 001g/m2以上lg/m2以下的量突出或析出于上述凹状部内表面，且同时也存在多个不具有上述共晶硅晶的凸部、开口宽度为0. I y m以上30 y m以下的凹状部。
6.如权利要求I 5中任一项所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，对被接合铝合金部件实施蚀刻处理时，使用在0. lg/L以上300g/L以下的浓度范围内含有卤离子的、酸浓度0. I重量％以上80重量％以下的酸水溶液中添加水溶性无机卤素化合物配制而成的溶液作为蚀刻液。
7.如权利要求2 6中任一项所述的铝合金部件和树脂部件的激光接合方法，蚀刻处理前实施的喷砂处理通过空气嘴方式实施。
全文摘要
通过使用表面形状复杂化的铝合金部件激光接合，得到提高了与树脂部件的接合强度的复合体。在被接合铝合金部件上实施蚀刻处理在其表面形成凹凸后，使该铝合金部件的一个面和树脂部件重合，然后，在上述铝合金部件的另一个面上照射激光使与铝合金部件相接的树脂部件软化，用该树脂填充上述凹凸。也可以在蚀刻处理前实施喷砂处理。
文档编号C23F1/20GK102712136SQ201180005835
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月11日 优先权日2010年1月12日
发明者堀久司, 堀田元司, 远藤正宪 申请人:日本轻金属株式会社