一種改良式異質材料接合的造孔方法與流程

本發明涉及粉末冶金燒結技術，具體是一種改良式異質材料接合的造孔方法，主要是利用添加不同高分子材料比例來控制金屬顆粒與金屬顆粒間距離及使用不同金屬顆粒大小的活化能差異來達到控制三維度連通的孔徑大小及數量。

背景技術：

先前制作塑膠與金屬間的異質接合制程中，有些是以激光在金屬表面造成不同形式的孔洞后，利用增加塑膠與金屬的接觸面積來增強結合力；但因其增加結合力有限，為解決此問題。因此進化成納米成型技術NMT(Nano Molding Technology,簡稱NMT)，該技術先利用強酸或強堿腐蝕液在金屬表面腐蝕經過多次的腐蝕-清洗制程使金屬表面成具“珊瑚狀的納米微孔”結構，如圖1所示，在金屬表面的縱向方向形成大且深的孔隙，如縱向孔隙001所示，在經過多次腐蝕作用后縱向孔徑更深入孔徑變大同時在其側方形成較小的側向孔隙002，隨著腐蝕次數的增加縱向孔隙001及側向孔隙002會逐漸變大。再將樣品浸泡在脂氨酸溶液內，在注塑成型時填充的塑膠與納米孔內的脂氨酸溶液反應產生化學鍵結，以增加其金屬與塑膠異質間界面的接合強度。此方式可以有效增加金屬與塑膠的接合力，因此如何造孔就成為業界及專家學者所努力研究開發的方向。后續亦有針對造孔方式提出以電化學腐蝕方式來達到造孔效果，最后亦可達到注塑成型接合目的。

目前最主要的NMT造孔技術主要還是針對不同金屬材料選用不同的酸鹼腐蝕液對其表面主要作縱深方向的腐蝕微孔以增加腐蝕次數及腐蝕時間來達到擴孔及側孔產生作用，故其需要經過10～20次以上的腐蝕清洗的反復過程以造成不同的深度及孔徑結構，其腐蝕制程對操作安全性及環境維護會造成相當大的影響。因此，如何避免使用強酸強堿液來保護生態環境及確保職工操作安全又能縮短整個操作流程及增加產能降低成本的方法是業界所急迫需要的。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種改良式異質材料接合的造孔方法,利用金屬粉末冶金燒結 技術來制作具三維度且連通的微米級孔隙的方法，以取代現行的化學腐蝕或電化學腐蝕等方式的納米級孔徑方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種改良式異質材料接合的造孔方法，將金屬顆粒與高分子材料配制成混合體，其中金屬顆粒與高分子材料的質量比為1:0.003-0.3；在需要做后續金屬與塑膠異質接合區域或金屬基體上涂布或放置上述混合體，在1100-1360℃的溫度下高溫燒結10-180min，得到微米級的三維連通孔隙結構。

一種改良式異質材料接合的造孔方法，將不同金屬顆粒配置成混合體，利用不同金屬顆粒表面活化能差異，涂布或放置在需要做后續金屬與塑膠異質接合區域，在1100-1360℃的溫度下高溫燒結10-180min，得到微米級的三維連通孔隙結構。

作為本發明進一步的方案：高分子材料采用脂類、熱塑性塑膠或熱固性塑膠。

作為本發明進一步的方案：脂類采用蠟系、油脂或洋菜。

作為本發明進一步的方案：熱塑性塑膠采用烯類、醇類或烯蠟類。

作為本發明進一步的方案：熱固性塑膠采用醛類。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明將上述兩種方式之一的材料混合體，涂布或放置在需要做后續金屬與塑膠異質接合區域，經由高溫燒結后，高分子材料汽化后所遺留下來的連通式的超大微米孔徑，而金屬顆粒間因吸收熱量而產生質量傳輸作用在兩者界面間形成一頸縮現象，已達到金屬顆粒間的鍵結效果。同時與周邊高致密區結構間也產生鍵結作用使得致密區與多孔區兩者結為一體。再以模內注塑成型方式將塑膠填充入具連通的超大微孔隙內，以達到增加金屬與塑膠間的異質接觸面積，而提升其接合強度。本發明利用粉末冶金燒結技術在材料全部或局部區域制作具微米級的三維連通孔隙結構，并可利用氨類與脂類結合特性，使塑膠材料在注塑成型階段可以完全充填其內以增加塑膠與金屬間的接觸面積，進而達到提升金屬與塑膠異質材料間的接合強度。

附圖說明

圖1是珊瑚狀的納米微孔結構示意圖；

圖2是本發明實施例的示意圖；

圖3是不同含量高分子材料在不同溫度下的相對密度分布圖；

圖4是不同金屬顆粒粒徑在不同溫度下的相對密度分布圖；

圖5是本發明實施例的實際掃描式電子顯微圖；

圖中：001-縱向孔隙、002-側向孔隙、101-金屬顆粒、201-孔隙。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明將金屬顆粒與高分子材料配制成混合體，在需要做后續金屬與塑膠異質接合區域或金屬基體上涂布或放置上述混合體，高溫燒結，使混合體中的金屬顆粒與金屬基體表面產生鍵結；而混合體的金屬顆粒與金屬顆粒之間也產生頸縮現象，構成具有連通特性的微米級孔隙。

本發明將不同金屬顆粒配置成混合體，利用不同金屬顆粒表面活化能差異，涂布或放置在需要做后續金屬與塑膠異質接合區域，高溫燒結，使用較大顆粒的金屬顆粒，因其產生的質量傳輸效果低于較小顆粒的金屬顆粒的特性，以控制所需要部分為具有三維的連通孔隙。

為達上述目的，可在不同燒結溫度下以添加不同比例高分子材料來控制孔隙率(包含孔徑尺寸大小及孔洞數量)。其中高分子材料可以使用脂類(蠟系、油脂、洋菜等)、熱塑性塑膠及熱固性塑膠；在熱塑性塑膠可用:烯類(聚甲烯、聚乙烯、聚丙烯等)、醇類(聚甲醇、聚乙醇、聚丙醇等)、烯蠟類((聚甲烯蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等)。在熱固性塑膠方面可用醛類(甲醛樹脂、酚醛樹脂等)。

實施例1

本發明實施例中，請參閱第2圖，主要是選擇金屬顆粒101粒徑分布相近的粉體其粉 體顆粒細微分布在1μm～30μm(d80約為25μm)，與高分子材料依適當比例均勻混合后。經由高溫燒結后高分子材料脫離金屬表面形成孔隙201，其孔徑大小約1μm～150μm，金屬顆粒101與金屬顆粒101間因擴散及質量傳輸作用而產生金屬鍵結，使得金屬顆粒101與另一金屬顆粒101有足夠的強度，同時也會因擴散及質量傳輸作用而形成頸縮現象(Necking)使形成具有孔隙201結構及具機械強度的多孔性結構體。

圖3為不同含量高分子材料在不同溫度下的相對密度圖，選用d80粒徑分布為20～25μm的不銹鋼金屬顆粒在分別添加8％～30％的高分子材料，分別在不同燒結溫度下1100℃～1360℃的燒結條件下，均可得到不同的相對密度(不同相對密度相對于不同的孔徑分布),相對密度越高其孔徑越小。由圖3可知在相同燒結溫度下,其相對密度隨著高分子材料添加量的增加而降低，主要因為金屬顆粒與顆粒間的距離加大質量傳輸的效率較差使得孔徑隨著距離的增加而增加。另外在相同含量高分子材料的條件下，孔徑大小隨著燒結溫度的增加而減小(其相對密度增加)，主要因為金屬顆粒與顆粒間的反應能量提升使得質量傳輸的效率增加，金屬顆粒間的頸縮作用加速，使得孔徑隨著燒結溫度的增加而縮小。

圖4為不同金屬粒徑在不同溫度下的相對密度分布(孔徑分布)圖，選用d80粒徑分布為25～40μm的不銹鋼金屬顆粒，其高分子材料為8％。分別在不同燒結溫度下1100℃～1360℃的燒結條件下，均可得到不同的相對密度(不同相對密度相對于不同的孔徑分布),相對密度越高其孔徑越小。由圖4可知在相同燒結溫度下，其相對密度隨著金屬粒徑的增加而降低，主要因為金屬顆粒表面活化能隨著金屬顆粒粒徑的增加而降低。故粒徑大的金屬粉體其質量傳輸的效率較差，使得孔徑隨著粒徑的增加而增加。另外在相同金屬粒徑尺寸的條件下，其相對密度隨著燒結溫度的增加而增加(其孔徑尺寸降低)，主要因為金屬顆粒與顆粒間的反應能量提升使得質量傳輸的效率增加，金屬顆粒間的頸縮作用加速，使得孔徑隨著燒結溫度的增加而縮小。

請再參閱第5圖為本發明實施例的實際掃描式電子顯微圖片。其孔徑大小分布自1μm～100μm，其中孔徑大小以40μm～80μm較佳。體現金屬顆粒間正處在頸縮期間，所形成的大量孔隙，其孔徑大小分布在20～45μm。也同樣體現金屬顆粒間的鍵結良好， 大部分的孔隙是連通的。

本發明是以粉末冶金燒結技術制作多孔結構的方式以應用于金屬與塑膠界面接合產品。可改善慣用的技術關鍵在于；

1.可以選擇各類適合的金屬或合金粉體材料。

2.利用控制金屬顆粒大小、種類可以調整最佳孔隙率。

3.利用控制燒結溫度高低及恒溫時間可以調整最佳孔隙率。

4.利用添加不同高分子材料含量可以調整最佳孔隙率。

5.可以改善塑膠充填狀況。

6.可以避免強酸強堿造孔的環境污染及作業危險性。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。