一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法技术

本发明专利技术提供了一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法，主要有机械抛光、化学除油、表面涂覆耐腐蚀涂层、激光刻凹槽、电化学腐蚀、冷冻干燥、化学腐蚀、热处理、纳米注塑等步骤，其中热处理不但能够有效除去金属表面的保护涂层，还能同时去除孔道内的水分，孔道内的水分低于30mg/m

【技术实现步骤摘要】
一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法
本专利技术涉及金属表面处理领域，涉及一种铝和铝合金表面处理方法，以获得一种高孔密度铝或铝合金金属基材，以及在金属表面纳米注塑的方法。
技术介绍
日本大成塑料（Taiseiplas）株式会社于2002年专利技术了纳米成型技术（NMT），该技术是将金属与塑料一体化的纳米成型技术，可将金属与树脂一体化成型，被广泛用于薄轻、便携的移动电子产品的外壳上，如电脑终端、移动手机。现在技术中，NMT的处理工序包括如下所示的流程：将需要结合的金属进行碱液处理、酸处理、酯氨酸弱酸处理、再用水清洗干净后进行干燥、注塑。经处理后的金属表面，就会在金属表面形成无数的孔径约为20nm微孔，也就是说，可以认为是在通过处理后的金属表面上形成了很多微小的凹凸结构，注射的树脂进入这些凹凸结构中，产生锚定效果。其中酸处理和脂氨酸弱酸处理步骤为最关键的两步，其中酸处理的主要目的为：（a）除去金属表面多余的碱液；（b）在金属表面上形成大量腐蚀孔，该腐蚀孔的形成主要是由于酸和金属的腐蚀反应，其孔的形成完全依赖于金属基材的组成相和杂质相，由于金属表面的组成相和杂质相对酸的腐蚀速率不同，直接导致金属表面的腐蚀孔，腐蚀孔分布杂乱、无序，孔道深度不一，完全无序状态；因此会导致在纳米注塑过程中导致金属表面的树脂成不均匀，不稳定，孔大且深的地方胶黏性好，孔小且浅的地方胶黏性差，最终导致其力学性能、耐疲劳性、冲击韧性、良好的耐热性和成型加工性能存在较为明显的缺陷，其次，腐蚀后的孔为纳米级，并非肉眼可见，在纳米注塑时，树脂很难进入纳米孔道，造成金属与树脂的结合力下降。其次，如本申请人无锡市恒利弘实业有限公司的CN201711254332专利，专利技术名称：一种高结合力铝或铝合金表面纳米注塑成型的方法，该方法中使用多次腐蚀，预腐蚀能改善表面状态，决定着腐蚀坑的密度和分布，而直流通电腐蚀可在金属表面形成具有一定长度和孔径的微米-纳米腐蚀孔；直流通电二次腐蚀进一步对孔内壁进行腐蚀，形成无序的纳米内壁孔，多次腐蚀后，形成的孔道肉眼可见，孔道彼此贯通，孔壁相连，腐蚀孔越多，孔道孔径越适中，对结合力至关重要，但获得的微米级孔是完全无序的，最终导致其剥离强度限制为250-290kgf/cm2范围内，剥离强度有待提高，其次CN201711256603A专利，专利技术名称一种金属表面纳米注塑成型的方法，通过制备模板法制备有序的微米级孔：具体步骤（1）使用磨光、抛光、滚光、喷砂或抛丸中的一种处理方法除去金属表面纳米级的天然氧化层；（2）将经过处理的金属浸泡于碱金属清洗液中清洗；（3）纯水水洗，干燥处理；（4）在金属基材表面覆盖金属Ni、Cr、Cu或其合金耐腐蚀金属模板，该金属模板分为空白区域和金属区域；（5）向步骤（4）中金属模板的基材表面物理溅射耐腐蚀金属；（6）取下耐腐蚀金属模板，将经过物理溅射处理后的金属基板浸入酸腐蚀液中，对基材进行多次腐蚀，腐蚀出均匀分布的微米级腐蚀孔，纯水水洗，其中腐蚀次数≥1；（7）将腐蚀后的金属基材浸泡于主要含有脂氨酸的弱酸溶液中，在均匀分布的微米级腐蚀孔道内表面形成20-80nm的纳米孔，然后纯水水洗、干燥处理；（8）对基材进行纳米注塑，使树脂通过注塑渗入孔道内。虽然获得了有序的微米级孔，但仍然面临以下问题：（1）耐腐蚀溅射金属无法有效的脱除，会影响结合力和后期稳定性；（2）模板制备难度大，设备成本较高；（3）工序繁琐，限制操作。深圳市宝元金实业有限公司的专利技术专利CN106363869A，提供了一种在金属基材表面形成纳米孔洞的方法，包括以下步骤：1)将金属基材钛挂具；2)除油；3)水洗；4)酸腐蚀；5)水洗；6)中和；7)水洗；8)第一次电解腐蚀；9)水洗；10)粘连处理；11)水洗；12)第二次电解腐蚀；13)水洗；14)螯合处理；15)热水洗；16)烘干。所述在金属基材表面形成纳米孔洞的方法及液态金属与纳米塑胶原料结合的方法，实现了在金属基材表面均匀的纳米级孔洞，经过纳米塑胶原料(PPS,PBT)注塑从而实现金属基材与塑胶纳米化结合，结合力强度达到200KGF/CM2以上，由于电解腐蚀获得的为无序孔，结合力的强度一般，稳定性也无法与均匀分布的孔道相同并论，如比亚迪股份有限公司的专利技术专利CN105500600（1）采用硫酸、柠檬酸和磷酸中的两种或两种以上的混合酸液对金属基体进行预处理，形成表面具有不规则腐蚀孔洞的金属基体；(2)将经预处理后的金属基体放入碱性溶液中进行电化学腐蚀，有腐蚀孔洞，所述腐蚀孔洞的宽度为100-50000nm，深度为100-50000nm，也面临相同的问题。此外，比亚迪股份有限公司的专利技术专利CN104325597A提供一种金属树脂复合体的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）对金属基体进行激光刻蚀，形成表面具有微米级孔洞的金属基体；（2）将所述表面具有微米级孔洞的金属基体放入酸性溶液中并进行电化学腐蚀；（3）将经过步骤（2）处理后得到的金属基体放入模具中，用热塑性树脂组合物进行注塑，形成一体化的金属树脂复合体。通过将采用激光器加工和电化学腐蚀相结合的方法制得结合力优良的金属树脂复合体，不但克服了采用单独的激光器加工不能加工产品内侧倾斜角度大于180度的面，而且克服了采用单独的电化学腐蚀加工速度较慢、腐蚀深度不够等缺陷，虽然激光刻蚀能够在基材表面获得均匀分布的孔，但是孔道内壁表面光滑，实则不利于纳米注塑树脂与孔道的扣合吗，即不利于结合力的提高。如该专利技术专利的结合力必然不如CN101607446A的制备方法获得的结合力，该方法使铝合金表面产生大小1μm以上、深度至少1μm的孔洞，此孔洞具有交错性及多层性，有利于热塑性树脂附着于铝合金上。当熔融的热塑性树脂批覆在铝合金表面时，熔融的热塑性树脂灌入这些多层交错的微米级孔洞，待熔融的热塑性树脂冷却固化，铝合金和热塑性树脂利用这些多层交错的微米级孔洞紧紧的扣住彼此，且因孔洞交错的特性，铝合金和热塑性树脂不会因热膨胀系数不同而剥离，产生一高结合强度的铝合金和热塑性树脂的结合体。此外，现有技术中也存在使用热处理来去除氧化膜中的水分，以期提高树脂与纳米孔之间的长期稳定性，如株式会社UACJ长谷川真一公开的表面处理铝材及其制造方法和该表面处理铝材/树脂层的接合体（CN106460221A），通过热处理使得氧化覆膜所含的水分在10μg/cm2（即100mg/m2）以下，其热处理的方式：从交流电解处理结束开始、直到暴露在超过150℃的气氛中已形成氧化覆膜的铝材的表面温度达到150℃为止的时间在24小时以内，并不能有效的除去氧化膜中的水分，且氧化膜中的水分实际上高于10μg/cm2，即所述现有技术中通过热处理去除氧化孔道内水分的方法依然有待改善，基于该内容，本专利技术提供了改进了热处理手段，并将其用于大孔-介孔腐蚀孔纳米注塑领域。
技术实现思路
基于上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种铝和铝合金表面处理方法，以获得一种高孔密度铝或铝合金金属基材，以及在金属表面纳米注塑的方法，其中所述方法简单、方便能够有效的提高金属表面的孔密度，并提高纳米注塑树脂与基材的结合力（剥离强度），具体如下：一种铝或铝合金金属表面处理方法，所述金属经过如下处理：预处理-表面涂覆耐腐蚀涂层-激光刻凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法，其特征在于所述金属经过如下处理：（1）机械抛光；（2）化学除油；（3）表面涂覆耐腐蚀涂层；（4）激光刻凹槽，露出铝或铝合金金属；（5）对露出铝或铝合金金属的部分，进行电化学腐蚀，获得大孔；（6）冷冻干燥；（7）化学腐蚀获得介孔；（8）热处理除去金属基材中的水分和涂层；（9）纳米注塑，其中所述纳米注塑的树脂熔化温度为200～300℃，所述纳米注塑的温度为70～90℃，所述注塑的压力为70~130Mpa，所述纳米注塑的速度为400～900mm/s。

【技术特征摘要】
1.一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法，其特征在于所述金属经过如下处理：（1）机械抛光；（2）化学除油；（3）表面涂覆耐腐蚀涂层；（4）激光刻凹槽，露出铝或铝合金金属；（5）对露出铝或铝合金金属的部分，进行电化学腐蚀，获得大孔；（6）冷冻干燥；（7）化学腐蚀获得介孔；（8）热处理除去金属基材中的水分和涂层；（9）纳米注塑，其中所述纳米注塑的树脂熔化温度为200～300℃，所述纳米注塑的温度为70～90℃，所述注塑的压力为70~130Mpa，所述纳米注塑的速度为400～900mm/s。2.如权利要求1所述的一种铝或铝合金金属纳米注塑的方法，其特征在于所述热处理步骤为：将经过化学腐蚀的金属基材置于体积分数为2~5%H2/N2混合气氛中进行程序升温，程序升温过程为15oC/min升至160oC，保温时间0.5~2h，然后5oC/min升至365oC，保温时间2~3h，然后20oC/min升至500oC，保温时间0.51h，混合气吹扫降至室温。3.如权利要求1所述的一种铝或铝合金金属表面处理方法，其特征在于机械抛光选自磨光、抛光、滚光、喷砂或抛丸中的一种处理方法，除去铝或铝合金表面纳米级的天然氧化层，所述化学除油包括碱性除油或酸性除油，其中碱性除油剂由30g/L碳酸钠、30g/L磷酸三钠、15g/L硅酸钠和去离子水组成，处理温度50oC；酸性除油剂由100ml/L的d=1.84硫酸、25g/LOP乳化剂和去离子水组成，处理温度为室温。4.如权利要求1所述的一种铝或铝合金金属表面处理方法，其特征在于所述表面涂覆耐腐蚀涂层为热塑性树脂涂层，如聚氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：白林森，梁莲芝，
申请(专利权)人：无锡市恒利弘实业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32