复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料及其制备方法。该复合材料包括不锈钢基体和塑料材料，在所述不锈钢基体的表面形成有多层的微米级沟槽，在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部均匀分布有纳米级孔洞，所述塑料材料的局部填充在所述微米级沟槽以及纳米级孔洞中。该复合材料具有结合力强、密封性能良好的特点。

【技术实现步骤摘要】
复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属表面处理
，更具体地，涉及一种复合材料及其制备方法。
技术介绍
不锈钢纳米注塑产品在电子产品行业的应用越来越广泛。防水、气密、结合功能产品需求的不锈钢与塑料结合通常包括三种方法：胶粘法，即通过胶粘剂将不锈钢与树脂粘接在一起；蚀刻法，即化学或电化学蚀刻，首先通过化学或电化学腐蚀在不锈钢表面形成纳米级孔洞，然后将塑料进行注塑；金属镀层法，即首先通过电镀工艺在不锈钢表面电镀一层多孔金属镀层，然后将塑料进行注塑。然而，胶粘法所用粘结剂的气味大，易造成空气污染，对身体有害，且耐温度冲击及酸碱腐蚀能力较差，不锈钢和塑料的结合力较低，不适合结构复杂的产品。蚀刻法，产品的表面粗糙度较低，纳米孔尺寸太小，深度太浅，造成不锈钢和塑料的结合力不稳定。金属镀层法，镀层的孔洞相对稀疏，比表面积小，且制备工艺复杂。镀液维护困难，且镀液中存在镍等有害金属。因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种复合材料的新技术方案。根据本公开的第一方面，提供了一种复合材料。该复合材料包括不锈钢基体和塑料材料，在所述不锈钢基体的表面形成有多层的微米级沟槽，在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部均匀分布有纳米级孔洞，所述塑料材料的局部填充在所述微米级沟槽以及纳米级孔洞中。可选地，所述微米级沟槽的长度为10-80微米，宽度为5-40微米，深度为5-50微米。可选地，所述纳米级孔洞的直径为5-120nm。可选地，所述塑料材料为聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚丙烯和ABS中的一种或多种。可选地，所述塑料材料为纤维增强塑料。可选地，在所述纤维增强塑料中纤维的质量含量为10-50％。根据本公开的另一个方面，提供了一种复合材料的制备方法。该制备方法包括：采用第一腐蚀液对不锈钢基体的表面进行腐蚀，以在所述不锈钢基体的表面形成多层的微米级沟槽；采用第二腐蚀液对所述不锈钢基体的表面进行腐蚀，以在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部形成均匀分布的纳米级孔洞；所述不锈钢基体在所述第一腐蚀液中的腐蚀时间比在所述第二腐蚀液中的腐蚀时间长。可选地，所述第一腐蚀液为酸和无机盐的混合溶液，所述酸包括磷酸、硝酸、硫酸、盐酸、柠檬酸、草酸、硼酸、酒石酸、甲酸和乙酸中的至少一种；所述无机盐包括磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钠、高锰酸钾、硫酸铜、氯化铜、硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、氯化钠和氯化钾中的至少一种。可选地，所述酸的浓度为5-200g/L、所述盐的浓度为5-300g/L，所述混合溶液的温度为25-90℃，腐蚀时间为5-50分钟。可选地，所述第二腐蚀液为磷酸、硝酸、硫酸、盐酸、柠檬酸、草酸、硼酸、酒石酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种或多种。可选地，所述第二腐蚀液的浓度为5-500g/L，温度为25-90℃，腐蚀时间为0.5-5分钟。可选地，在所述采用第一腐蚀液对不锈钢基体的表面进行刻蚀的步骤之前，还包括对所述不锈钢基体进行脱脂。在本专利技术实施例中，多层微米级沟槽以及纳米级孔洞形成二级孔隙结构，从而有效增大了不锈钢基体的比表面积。塑料材料的至少局部填充到二级孔隙结构中。由于比表面积的提高故单位面积的不锈钢基体与塑料材料的结合面积有效地提高，从而提高了二者结合力与气密性。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术的一个实施例的复合材料的剖视图。图2是根据本专利技术的一个实施例的复合材料的扫描电镜图。图3是图2的局部放大图。附图标记说明：11：塑料；12：纳米级孔洞；13：微米级沟槽；14：不锈钢基体。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。根据本公开的一个实施例，提供了一种复合材料。如图1-3所示，该复合材料包括不锈钢基体14和塑料材料。在不锈钢基体14的表面形成有多层的微米级沟槽13。优选地,多层的微米级沟槽13沿纵向层叠排列。在不锈钢基体14的表面和微米级沟槽13的壁部均匀分布有纳米级孔洞12。塑料材料的局部填充在微米级沟槽13以及纳米级孔洞12中。例如，不锈钢基体14包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢中的任意一种。不锈钢的型号可以是但不局限于301、304、316、316L、318等。根据不同的使用需求，不锈钢基体14被加工成设定的形状，例如块状、片状等。例如，塑料材料包括塑料11、橡胶、硅胶等材料。其中，塑料11可以是但不局限于聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚丙烯和ABS中的一种或多种。上述塑料11的结构强度高，与不锈钢基体14的结合力强。在制备时，塑料11以树脂的形式添加。此外，在熔融状态时，上述塑料11的流动性良好，容易填充到微米级沟槽13中。在一个例子中，塑料材料为纤维增强塑料，即在塑料中添加纤维材料，例如玻璃纤维、碳纤维等。纤维能与塑料结合在一起，起到增韧、补强的作用。例如，在纤维增强塑料中纤维的质量含量为10-50％。该比例范围的纤维含量能有效地改善塑料的强度和韧性。例如，如图1-2所示，微米级沟槽13为形成在不锈钢基体14表面的沟槽，微米级沟槽13呈直线形、弧线形、波浪线形或者不规则形状的线形等。微米级沟槽13的长度、宽度、深度为微米级。微米级沟槽13的延伸方向可以沿不锈钢基体14的表面或者与基体表面呈其它任意角度。深度方向为垂直于不锈钢基体表面或者与基体表面呈其它任意角度。例如，微米级沟槽13的长度为10-80微米，宽度为5-40微米，深度为5-50微米。在该范围内，微米级沟槽13能够容纳充足的塑料材料。例如，如图1和3所示，纳米级孔洞12由不锈钢基体14的表面和微米级沟槽13的壁部凹陷形成。纳米级孔洞12可以是贯穿孔或者非贯穿孔。纳米级孔洞12的直径、深度为纳米级。例如，纳米级孔洞12的直径为5-120nm。该尺寸范围的纳米级孔洞12使得微米级沟槽13的表面对于熔融状态的塑料11的润湿性良好，塑料11能够容易地进入纳米级孔洞12中。这使得塑料11与不锈钢的结合力更强。在本公开实施例中，多层微米级沟槽13以及纳米级孔洞12形成二级孔隙结构，从而有效增大了不锈钢基体14的比表面积。塑料材料的局部填充到二级孔隙结构中。由于比表面积的提高故单位面积的不锈钢基体与塑料材料的结合面积有效地提高，从而提高了二者的结合力与气密性。此外，多层微米级沟槽13形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料，其中，包括不锈钢基体和塑料材料，在所述不锈钢基体的表面形成有多层的微米级沟槽，在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部均匀分布有纳米级孔洞，所述塑料材料的局部填充在所述微米级沟槽以及纳米级孔洞中。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其中，包括不锈钢基体和塑料材料，在所述不锈钢基体的表面形成有多层的微米级沟槽，在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部均匀分布有纳米级孔洞，所述塑料材料的局部填充在所述微米级沟槽以及纳米级孔洞中。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述微米级沟槽的长度为10-80微米，宽度为5-40微米，深度为5-50微米。3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述纳米级孔洞的直径为5-120nm。4.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述塑料材料为聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚丙烯和ABS中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述塑料材料为纤维增强塑料。6.根据权利要求5所述的复合材料，其中，在所述纤维增强塑料中纤维的质量含量为10-50％。7.一种复合材料的制备方法，其中，包括：采用第一腐蚀液对不锈钢基体的表面进行腐蚀，以在所述不锈钢基体的表面形成多层的微米级沟槽；采用第二腐蚀液对所述不锈钢基体的表面进行腐蚀，以在所述不锈钢基体的表面和微米级沟槽的壁部形成均匀分布的纳米级孔洞；所述不锈钢基体在所述第一腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，董晓佳，俞胜平，张宏，陈钊，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37