镁合金与聚苯硫醚塑料直接接合的方法技术

本发明专利技术是一种镁合金与聚苯硫醚塑料直接接合的方法。本法采用三电极工作方式有机镀膜，电解质溶液含有三氮杂嗪类有机化合物盐０．５～３０ｍｍｏｌ／Ｌ、支持电解质０．１～５ｍｏｌ／Ｌ；镀液ｐＨ值为８～１３，电流密度为０．５～５Ａ／ｍ↑［２］，镀膜时间为３～５０ｍｉｎ，镀膜温度为５～３０℃，有机膜层厚度随电流密度和镀膜时间变化在１０～８０ｎｍ范围内可控；将经过有机镀膜处理后镁合金工件置于注射模具中，ＰＰＳ原料通过喷嘴注射于镁合金板所处的闭合模具中，即制得接合紧密的镁合金／ＰＰＳ接合件。本发明专利技术工艺简便、环保，能够实现复杂镁合金零部件与聚苯硫醚塑料的直接紧密结合，质量稳定，进一步扩大了镁合金的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料与聚苯硫醚塑料(PPS)的接合方法和表面改性技术，特别是指通过功能纳米有机功能薄膜实现镁合金与工程塑料直接接合的方法。
技术介绍
随着当今能源问题的日益突出，节能与环保是当今科技发展的主要方向。镁合金是重 要的轻质金属结构材料，以其高的比强度、比刚度，良好的成形加工性及易于回收再利用等特点，被人们认为是21世纪的绿色结构材料。与此同时，塑料也是重要的轻质材料， 被广泛应用于人们的日常生活中，而作为特种工程塑料之一的聚苯硫醚(PPS)以其优异 的高温稳定性、阻燃性、耐化学腐蚀性及良好的机械和电学性能，而被广泛地应用于汽车、 电子电气、机械及化工等领域。因此，将镁合金和PPS塑料相接合制得的具有不同构型 和特性的复合件，更好地发挥它们各自的优异性能，使其能够满足各种环境下的应用，特 别是适用于轻量化的精密产品中，如3C产品中的数码相机、手机、笔记本电脑等。然而，镁合金与PPS塑料之间接合是一个较难解决的问题，这是由于镁合金件表面 易于形成属于弱界面层的氧化膜，接合性能较差的原因所致。目前，能够适用于金属与塑 料之间接合的方法有很多，通过胶粘剂实现金属与塑料之间的接合是一种常用方法，例如， 中国专利技术专利200310121347.3，提供了一种金属塑料复合板的粘合剂，用来结合铝合金板 与聚氯乙烯。由于在接合界面涂覆胶粘剂的过程中，难以保证接合剂涂覆均匀，尤其难以 适合表面形状特殊、结构复杂的零部件，金属与塑料之间的接合性能难以保证；同时大部 分为溶剂型物质，对环境有害，导致劳动条件恶劣，而且大部分胶粘剂会加重对镁合金表 面的腐蚀，影响到日后的使用性能，严重时导致失效，因此不适合用于镁合金与塑料的接合。为了更好的解决金属与塑料之间的接合问题，人们进行了大量的研究，许多方法被报 道，例如，中国专利技术专利申请号为200510058864.X公开了一种金属与塑料复合面壳的粘 接方法，它是通过先于塑料面壳的粘接面上粘贴固态胶片，再将金属面壳放置在己经贴有 固态胶片的塑料内面壳上，加力粘接后热融固化的方法来实现塑料与金属之间的接合。尽 管该方法解决了通过胶粘剂实现塑料与金属接合过程中对环境有害的问题，但是该方法中 粘贴固态胶片的过程中难以保证粘贴位置的准确，且不适合大面积塑料与金属之间的接合，同时该方法只提及到不锈钢和铝合金，不适用于镁合金。中国专利技术专利申请号 91108158.5则公开了一种通过在塑料表面沉积一层极薄的金属铜，用以提高塑料的表面能， 随后用胶粘剂实现镀铜后塑料与金属的紧密接合的方法，然而该方法仍旧需要使用与环境 有害的胶粘剂，且胶粘剂的涂覆及固化工艺将影响塑料与金属之间的接合性能，同时该方 法亦未具体提及镁合金的接合。本专利技术的目的在于针对现有金属与塑料材料接合方法中的缺点，提供一种能够适用于 镁合金与PPS塑料直接接合的方法，能够得到接合紧密的镁合金/ PPS塑料接合件。 本专利技术的目的是通过以下方法实现的。一种镁合金与PPS塑料直接接合的方法，采用三电极工作方式有机镀膜，具体步骤 及其工艺条件如下-步骤一有机镀膜1) 电解质溶液含有三氮杂嗪类有机化合物盐0.5 30 mmol/L、支持电解质0.1 5 mol/L;2) 有机镀膜工艺条件为镀液PH值为8 13，电流密度为0.5 5 A/m2，镀膜时间为3 50 min，镀膜温度为 5 30 。C;3) 经过现有常规技术抛光、除油处理的镁合金工件放入到电解质溶液中进行处理， 在其表面制备出一层致密的功能纳米有机薄膜，并且有机膜层厚度随电流密度和镀膜时间 变化在10 80nm范围内可控；电解质溶液所用的三氮杂嗪类化合物单体结构如下结构中的R为下列原子之一N， S;当R为S原子时，Ri和R2之一为H原子，并且两者不共存；当R为N原子时，结构中的&为下列功能基团之一-烷基类CH3-， C2H5-， C4Hg-， C6H13-, C8H17-， C10H21-， C12H25-， C4H9(C2H5)CHCH2-，烯基类CH2=CHCH2-， CH2=CH(CH2)r， CH2=CH(CH2)9-， C8H17CH=CHC8H16-;
技术实现思路
R—R2 、Nn-C8Hi7-， n-Ci8H37-， iso-CgHn-, iso-Ci8H37-;芳基类C6H5-， C6H5CH2-， C6H5CH2CH2-;其它H-;结构中的R2为下列功能基团之一垸基类CH3-， C2H5-， C4H9-， C6H13-， C8H17-， C1()H21-， C12H25-， iso-C8H17-， iso-C18H37-， n-C8Hn-， n-C18H3r;烯基类CH2=CHCH2-， CH2=CH(CH2)8-， CH2=CH(CH2)9-， C8H17CH=CHC8HI6-， C6Hu-; 芳基类C6H5-， C6H5CH2-， C6H5CH2CH2-;其它H-;结构中的N^和M2均为下列原子之一氢、钠、钾。电解质溶液中所用的支持电解质优选碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、亚硝酸钠、亚硼 酸钠、硼酸钠其中一种。步骤二镁合金/PPS接合件的制备首先，将经过有机镀膜处理后镁合金工件置于注射模具中；其次，将颗粒状PPS原料放入注射机料斗，经过熔融和保温后，以100 MPa的注射压力和30 cm3/s的注射速率， 通过喷嘴注射于镁合金板所处的闭合模具中；注射过程中气缸的温度在280 340 °C，模 具的温度在80 150 °C。本专利技术特别适用于下列镁合金系列Mg-Al系合金、Mg-Zn系合金、Mg-Mn系合金、 Mg-Al-Zn系合金、Mg-Al-Mn系合金。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点。1、 本专利技术中由于有机薄膜是通过三氮杂嗪类有机化合物中所含的功能基团与镁合金 表面原子反应生长得到，因此该有机镀膜得到的镀层可以作为镁合金单独的保护层，也可 以作为普通化学镀和喷涂的基底；另外，镁合金表面的有机薄膜同PPS塑料之间是以化 学反应接合，因而可以获得接合紧密的镁合金/ PPS塑料的接合件。2、 本专利技术由于采用的是电化学方法，因而能够对具有不同构型、复杂形状的零部件 进行处理，能够实现了复杂零部件与PPS塑料的直接接合，扩大了接合件的应用范围。3、 本专利技术涉及的镀液不含有对环境和人类身体健康有毒有害成分的特点，无毒无害 无环境污染，属于环保型配方。4、 本专利技术工艺简便、接合件接合紧密，镁合金/PPS塑料的接合件质量稳定，易于 推广应用。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。 实施例一用于有机镀膜的基板金属为Mg-Al-Zn系镁合金，尺寸为50xl0xl(mm)。 步骤一有机镀膜首先，对镁合金试样预先进行抛光处理，随后在温度为3(TC的条件下，于丙酮溶液 中超声波除油30min，再进行有机镀膜处理，其具体工艺条件和步骤如下1、 有机镀膜采用三电极工作方式，工作电极为镁合金试样，辅助电极为不锈钢薄片， 参比电极为饱和甘汞电极(SCE);2、 有机镀膜中使用的电解质溶液由以下物质组成-2mmol/L含有上述功能基团的三氮杂嗪类有机化合物盐，lmol/L亚硼酸钠，其余为蒸馏 水；3、有机镀膜条件如下镀液的PH值为8.7,电流密度为lA/m2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金与聚苯硫醚塑料直接接合的方法，采用电化学方法，其特征在于：采用三电极工作方式有机镀膜，具体步骤及其工艺条件如下：步骤一：有机镀膜１）电解质溶液含有三氮杂嗪类有机化合物盐０．５～３０ｍｍｏｌ／Ｌ、支持电解质０．１～５ｍｏｌ／Ｌ；２）有机镀膜工艺条件为：镀液ＰＨ值为８～１３，电流密度为０．５～５Ａ／ｍ↑［２］，镀膜时间为３～５０ｍｉｎ，镀膜温度为５～３０℃；３）经过现有常规技术抛光、除油处理的镁合金工件放入到电解质溶液中进行处理，在其表面制备出一层致密的功能纳米有机薄膜，并且有机膜层厚度随电流密度和镀膜时间变化在１０～８０ｎｍ范围内可控；步骤二：镁合金／ＰＰＳ接合件的制备首先，将经过有机镀膜处理后镁合金工件置于注射模具中；其次，将颗粒状ＰＰＳ原料放入注射机料斗，经过熔融和保温后，以１００ＭＰａ的注射压力和３０ｃｍ↑［３］／ｓ的注射速率，通过喷嘴注射于镁合金板所处的闭合模具中；注射过程中气缸的温度在２８０～３４０℃，模具的温度在８０～１５０℃，即制得接合紧密的镁合金／ＰＰＳ接合件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康志新，叶奇，简炜炜，邵明，李元元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]