一種鋁合金與塑膠復合體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁合金與塑膠復合體的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展和材料的創新，鋁合金材質以其密度小和導熱性能好，易于加工和表面處理等優勢在汽車，家電，消費電子，航空航天和建筑等行業得到日益廣泛的應用。尤其是當前環保越來越受到關注，為減輕自重，降低油耗，鋁材在飛機，汽車上作為結構件得到大量應用。在消費電子領域，鋁材以其穩重大方，較高的強度，在手機，筆記本電腦上作為外殼使用是一種很好的選擇。蘋果系列產品一直鐘情于鋁合金殼體的使用，就連一向倚重塑料外殼的三星也抵擋不了這股潮流，預計2015和2016年三星金屬機殼智能手機的發貨量將分別達到I億部和1.7億部，滲透率分別為30 %和45 %。
[0003]從目前消費電子的發展趨勢上看，外觀革新的首要途徑是機殼的金屬化，消費者對于美觀與質感有著剛性需求。從材料的角度看，金屬機殼對無線電信號存在有一定程度的屏蔽。從加工生產角度來看，金屬外殼成型要比塑膠困難得多，要使用大量的CNC機臺，經過復雜的挖槽、沖壓、切割過程才能完工。尤其是復雜產品結構，加工成本非常高昂，且耗時很長。這就需要金屬與塑膠結合使用，既利用了金屬的良好機械強度，散熱好的特點，又結合了塑膠無射頻信號屏蔽，易于成型復雜結構的優勢，從整體上降低產品的生產成本。
[0004]鋁塑拉膠結構法是直接在與塑膠結合的金屬件上，提前加工出拉膠結構，使之在后續嵌件注射成型時，塑膠能嵌進金屬拉膠結構中，增加二者結合力，該法適合于產品結構強度要求不高時使用。焊接法是用熱空氣、超聲波、高頻，紅外或激光等方式加熱預留塑膠面或鉚柱，使塑膠熔化，再壓緊實現塑料金屬間連接的方法。激光照射法(DLAMP)是采用連續波激光照射，在金屬表面加工出布線圖案，注射成型后形成類似樹脂縫合結構，加強金屬與塑膠之間的結合力的方法。膠黏法是在需要連接的部件區域直接涂覆膠水，把金屬和塑膠連接在一起的方法。以上方法在工業上應用時間較長，工藝較成熟，但不同程度存在一些缺點，如拉膠結構法結合力較弱，焊接法對操作人員要求較高，激光照射法設備投資大，膠黏法要求粘結區域結構簡單。相較于這些方法，納米成型法采用化學/電化學方法在金屬表面形成眾多的微納米孔洞，注射成型時，金屬與塑膠錨接在一起。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種鋁合金與塑膠復合體的制備方法，實現鋁合金與工程塑料的高強結合。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0007]—種鋁合金與塑膠復合體的制備方法，包括以下步驟:
[0008]S1、將鋁合金件放進電化學反應槽中進行電化學蝕刻處理，在鋁合金件表面將形成一層納米多孔的Al2O3膜層；
[0009]S2、將經過電化學處理后的鋁合金件在質量百分比濃度為I 的碳酸鈉、醋酸鈉、磷酸鈉或草酸鈉溶液中進行第一次浸泡，浸泡后水洗掉鋁合金件上的浸泡溶液；
[0010]S3、將鋁合金件在質量百分比濃度為6-10%的碳酸鈉、醋酸鈉、磷酸鈉或草酸鈉溶液中進行第二次浸泡，浸泡后水洗掉鋁合金件上的浸泡溶液；
[0011 ] S4、將處理好的鋁合金件放入模具內與塑料進行一體成型。
[0012]進一步地:
[0013]第一次浸泡和第二次浸泡所采用的浸泡溶液選自如下組合:
[0014]第一次浸泡采用I%的碳酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6 %的碳酸鈉溶液；
[0015]第一次浸泡采用1.5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用8%的磷酸鈉溶液；
[0016]第一次浸泡采用3%的醋酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6%的醋酸鈉溶液；
[0017]第一次浸泡采用4.5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6.5 %的磷酸鈉溶液；
[0018]第一次浸泡采用5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用8%的醋酸鈉溶液。
[0019]步驟SI中，電化學蝕刻處理采用包含NaCl、KCl、NaBr、Na1、KBr、K1、Na2S04、NaN03、K2S04、KN03中的任一種或多種的電化學蝕刻溶液。
[0020]所述電化學蝕刻溶液的濃度為100_200g/L。
[0021]步驟SI中，以鋁合金件作為陽極，以鉛板作為陰極，施加給陽極的電壓為10-40V，電化學處理的溫度為5-25°C，處理時間為3-5min。
[0022]步驟SI得到AI2O3膜層的厚度為4-15μηι，納米孔徑為10-40nm。
[0023]在步驟SI之前還包括以下步驟:
[0024]SO、將鋁合金工件放在弱堿性的脫脂劑里除油，pH值保持在9-11，浸泡時間為1_lOmin，溫度為30-60°C，然后水洗去除鋁合金工件表面表面殘留的脫脂劑;再放入NaOH溶液中浸泡，除去鋁合金表面自然形成的氧化層，其中NaOH溶液的濃度為10-50g/L，溫度為20-60°C ；然后水洗去除鋁合金工件表面殘留的NaOH溶液。
[0025]步驟SO中，在將鋁合金工件放入NaOH溶液中浸泡、水洗之后，再放入一種不含鉻酸和硝酸的出光劑中出光，出光劑的pH值為保持在2-3，出光時間為l-5mins，然后水洗去除鋁合金工件表面殘留的出光劑。
[0026]所述塑料為PPS、PBT或PA。
[0027]步驟S4中，注塑的模具溫度為140_160°C。
[0028]本發明的有益效果:
[0029]根據本發明的方法，對經電化學蝕刻處理形成一層納米多孔的Al2O3膜層的鋁合金工件先后放入不同濃度的碳酸鈉、醋酸鈉、磷酸鈉或草酸鈉溶液中，分兩次浸泡。第一次用較低的1%_5%濃度的堿浸泡，將微孔里的電解液稀釋出去，而這種弱堿性的溶液留在微孔內，該弱堿性的溶液將納米孔往下進一步腐蝕，使得納米孔深更深，由于該弱堿性的溶液腐蝕性較弱，不會破壞孔的結構。第二次用相對較高的6-10%濃度的堿浸泡，該堿性溶液在納米孔內壁上進一步腐蝕出不同程度的凹凸結構，這種腐蝕后的結構能夠從微觀結構上加強與塑膠的機械咬合作用。兩次浸泡處理建立在已經形成的納米孔的基本形貌和結構的基礎上，對納米孔進行進一步的修飾，從而有效地加強了納米孔與塑膠的結合。經大量實驗發現，本發明可以實現鋁合金件與工程塑料的超強結合，例如，與PPS的結合強度可達40Mpa，與PBT的結合強度可達32MPa。
[0030]本發明顯著提升了鋁合金工件與塑料結合力，且其加工成本低，能很好地滿足產品的功能和外觀要求，實現產品輕量化，簡化產品結構，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0031]圖1為由本發明一個實例得到的鋁合金工件表面納米微孔分布的電子顯微鏡拍攝圖。
【具體實施方式】
[0032]以下對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0033]參閱圖1，在一種實施例中，一種鋁合金與塑膠復合體的制備方法，包括以下步驟:
[0034]S1、將鋁合金件放進電化學反應槽中進行電化學蝕刻處理，在鋁合金件表面將形成一層納米多孔的Al2O3膜層；
[0035]S2、將經過電化學處理后的鋁合金件在質量百分比濃度為I 的碳酸鈉、醋酸鈉、磷酸鈉或草酸鈉溶液中進行第一次浸泡，浸泡后水洗掉鋁合金件上的浸泡溶液；
[0036]S3、將鋁合金件在質量百分比濃度為6-10%的碳酸鈉、醋酸鈉、磷酸鈉或草酸鈉溶液中進行第二次浸泡，浸泡后水洗掉鋁合金件上的浸泡溶液；
[0037]S4、將處理好的鋁合金件放入模具內與塑料進行一體成型。
[0038]在一種優選實施例中，第一次浸泡采用I%的碳酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6%的碳酸鈉溶液。
[0039]在另一種優選實施例中，第一次浸泡采用1.5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用8%的磷酸鈉溶液；
[0040]在另一種優選實施例中，第一次浸泡采用3%的醋酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6%的醋酸鈉溶液；
[0041]在另一種優選實施例中，第一次浸泡采用4.5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用6.5%的磷酸鈉溶液；
[0042]在另一種優選實施例中，第一次浸泡采用5%的磷酸鈉溶液，且第二次浸泡采用8%的醋酸鈉溶液。
[0043]在一種優選實施例中，步驟SI中，電化學蝕刻處理采用包含NaCl、KC1 ,NaBr, Na 1、KBr、K1、Na2S04、NaN03、K2S04、KN03中的任一種或多種的電化學蝕刻溶液。
[0044]在更優選的實施例中，所述電化學蝕刻溶液的濃度為100_200g/L。
[0045]在一種優選實施例中，步驟SI中，以鋁合金件作為陽極，以鉛板作為陰極，施加給陽極的電壓為10-40V，電化學處理的溫度為5-25°C，處理時間為3-5min。
[0046]在一種優選實施例中，步驟SI得到Al2O3膜層的厚度為4_15μπι，納米孔徑為10-40nmo
[0047]在一種優選實施例中，在步驟SI之前還包括以下步驟:
[0048]SO、將鋁合金工件放在弱堿性的脫脂劑里除油，pH值保持在9-11，浸泡時間為1_lOmin，溫度為30-60°C，然后水洗去除鋁合金工件表面表面殘留的脫脂劑;再放入NaOH溶液中浸泡，除去鋁合金表面自然形成的氧化層，其中NaOH溶液的濃度為10-50g/L，溫度為20-60°C ；然后水洗去除鋁合金工件表面殘留的NaOH溶液。
[0049]在更優選的實施例中，步驟SO中，在將鋁合金工件放入NaOH溶液中浸泡、