一种表面具有微纳结构的铝合金及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种表面具有微纳结构的铝合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：使用硝酸溶液对铝合金进行表面处理，得到酸洗铝合金。所述制备方法所用原料为常用的化学溶液，成本低，且所述制备方法的操作简单，易于工业化生产，而且所述制备方法所得表面具有微纳结构的铝合金的表面微纳结构均匀，注塑成型后，高分子材料与所述表面具有微纳结构的铝合金之间的粘接强度高。

A kind of aluminium alloy with micro-nano structure on its surface and its preparation method and Application

The invention relates to a preparation method of aluminium alloy with micro- and nano-structure on its surface. The preparation method comprises the following steps: surface treatment of aluminium alloy with nitric acid solution to obtain pickled aluminium alloy. The raw material used in the preparation method is a common chemical solution with low cost, and the operation of the preparation method is simple and easy to be industrialized. The surface Micro-Nanostructure of the aluminum alloy prepared by the preparation method is uniform. After injection moulding, the adhesion strength between the polymer material and the aluminum alloy with Micro-Nanostructure on the surface is high.

【技术实现步骤摘要】
一种表面具有微纳结构的铝合金及其制备方法和用途
本专利技术属于纳米注塑成型
，涉及一种固态金属表面微纳结构的制备方法，尤其涉及一种表面具有微纳结构的铝合金及其制备方法和用途。
技术介绍
在工业生产中，轻量化是产品设计和制造的趋势和热点。塑料和铝合金在轻量化技术中是最为广泛应用的两种材料。其中塑料的成型性能好，密度小、质量轻；此外，塑料的拉伸强度高，绝缘性能好、介电损耗低，化学稳定性高，有良好的耐腐蚀能力，其减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。而铝合金材料具有导热性能好、抗热变形能力较强等优点。工业生产将这两种材料的优越性结合起来，以得到具有强度高、质感舒服、防水等优质综合性能的制品已经成为现在的一种发展趋势。由此，纳米注塑成型技术便应运而生。纳米注塑成型技术，是基于塑料-铝合金组合件应用的需要，将铝合金和工程塑料结合起来的成型方法。它将铝合金冲压件作为嵌件放入注塑模中，在其表面注塑塑料，熔融塑料和铝合金通过一定的结合机理组合成单一结构件。这项技术可以通过传统注塑成型工艺就能得到具有优越的结构性能的组合件，且达到减重、节约成本的效果。纳米注塑成型技术是目前研究最为广泛、最具优势的一项塑料-铝合金组合成型技术。其原理是:(1)通过在铝合金表面生成大量的微纳空洞，(2)当塑料熔融粒子在具有微纳结构的铝合金表面填充时，熔融塑料粒子进入微纳空洞里，随着冷却的进行，填进微纳空洞结构的塑料冷却后与铝合金表面的微纳结构形成咬合形态，体现出微观机械锁定的结构，从而增强了塑料和铝合金的粘接强度。由此铝合金表面的微纳结构生成和形貌调控是纳米注塑成型技术的关键。CN105440936A公开了一种铝合金表面防腐耐磨涂层及其制备方法，该铝合金表面的防腐耐磨涂层包括了由微纳结构组成的织构化层。该制备方法以化学刻蚀试剂对铝合金基体表面进行刻蚀，从而形成织构化层，其中化学试剂为HCl、NaOH以及H2O2。CN104726919A公开了一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法，该方法通过电化学腐蚀、阳极氧化和有机分子修饰三个过程来获得仿生微纳结构超疏水铝表面，其中电化学腐蚀用来制备微米孔结构，阳极氧化用来制备纳米孔/线结构，有机分子修饰用来获得低表面能。但电化学腐蚀耗能高，不利于环境保护。ParkSY等人发表了题为RecentTrendsinSurfaceTreatmentTechnologiesforAirframeAdhesiveBondingProcessing:AReview(JournalofAdhesion,2010,86(2):192-221)的文章，该文章指出可以用铬酸和磷酸阳极氧化的方法对铝合金表面进行处理，但这些方法工艺复杂，成本高，对环境带来的污染大。王士喜等发表了铝合金的表面处理提高与聚苯硫醚结合强度及其抗腐蚀性的研究的论文，该论文的研究表明，经水合肼溶液处理后的铝表面出现了均匀的微米以及纳米级的凹坑，提高了铝合金上注塑成型时的结构强度。但水合肼为高毒类物质，易燃易爆，不利于大规模、工业化地对铝合金表面进行处理。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种表面具有微纳结构的铝合金及其制备方法和用途，所述制备方法所用原料为常用的化学溶液，成本低，且所述制备方法的操作简单，易于工业化生产，而且所述制备方法所得表面具有微纳结构的铝合金的表面微纳结构均匀，注塑成型后，高分子材料与所述表面具有微纳结构的铝合金之间的粘接强度超过20MPa。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种表面具有微纳结构的铝合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)使用硝酸溶液对铝合金进行表面处理，得到酸洗铝合金；(2)使用碱性溶液对步骤(1)所得酸洗铝合金进行表面处理，得到碱洗铝合金；(3)使用硫酸铁的酸性溶液对步骤(2)所得碱洗铝合金进行表面处理，得到所述表面具有微纳结构的铝合金，所述硫酸铁的酸性溶液的pH为1-6。本专利技术通过选择特定浓度的硝酸溶液、碱性溶液以及硫酸铁的酸性溶液对铝合金进行表面处理，使铝合金表面形成均匀的微纳结果，形成的微纳结构可以提高铝合金经注塑成型处理后，铝合金与高分子材料之间的粘接强度。本专利技术所述硫酸铁的酸性溶液为pH小于6的硫酸铁水溶液，pH可用硫酸和/或盐酸进行调节。优选地，所述硝酸溶液的质量分数为8-32wt％，例如可以是8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、23wt％、25wt％、28wt％、30wt％或32wt％，优选为10-30wt％，进一步优选为15-25wt％。优选地，所述铝合金包括4A01型铝合金、6061型铝合金或6110型铝合金。优选地，步骤(1)所述表面处理的方法包括浸渍法，本领域的技术人员应当知晓，浸渍法操作简单，便于工业化生产。优选地，步骤(1)所述表面处理的时间为100-320s，例如可以是100s、120s、140s、160s、180s、200s、220s、240s、260s、280s、300s或300s，优选为120-300s，进一步优选为150-240s。优选地，步骤(1)所述表面处理的温度为15-35℃，例如可以是15℃、20℃、25℃、30℃或35℃，优选为20-30℃。优选地，所述碱性溶液包括氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液。优选地，所述碱性溶液中氢氧根离子的质量分数为0.5-2.5wt％，例如可以是0.5wt％、0.7wt％、1wt％、1.2wt％、1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.2wt％或2.5wt％，优选为1-2wt％。优选地，步骤(2)所述表面处理的方法包括浸渍法。优选地，步骤(2)所述表面处理的时间为450-640s，例如可以是450s、460s、480s、500s、520s、540s、560s、580s、600s、620s或640s，优选为480-600s，进一步优选为500-560s。优选地，步骤(2)所述表面处理的温度为15-35℃，例如可以是15℃、20℃、25℃、30℃或35℃，优选为20-30℃。优选地，所述硫酸铁的质量浓度为0.12-0.21g/mL，例如可以是0.12g/mL、0.13g/mL、0.14g/mL、0.15g/mL、0.16g/mL、0.17g/mL、0.18g/mL、0.19g/mL、0.2g/mL或0.21g/mL，优选为0.15-0.2g/mL。硫酸铁的质量浓度过低或过高都不能得到形貌均一的微纳结构。优选地，所述硫酸铁的酸性溶液的pH为1-6，例如可以是1、2、3、4、5或6，优选为3-4。优选地，步骤(3)所述表面处理的方法包括浸渍法。优选地，步骤(3)所述表面处理的时间为120-600s，例如可以是120s、150s、180s、200s、250s、300s、350s、400s、450s、500s、550s或600s，优选为200-500s。优选地，步骤(3)所述表面处理的温度为15-35℃，例如可以是15℃、20℃、25℃、30℃或35℃，优选为20-30℃。作为本专利技术提供的制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：(1)将铝合金浸渍在质量分数为8-32wt％，温度为15-35℃的硝酸溶液中100-320s，得到酸洗铝合金；(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面具有微纳结构的铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)使用硝酸溶液对铝合金进行表面处理，得到酸洗铝合金；(2)使用碱性溶液对步骤(1)所得酸洗铝合金进行表面处理，得到碱洗铝合金；(3)使用硫酸铁的酸性溶液对步骤(2)所得碱洗铝合金进行表面处理，得到所述表面具有微纳结构的铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种表面具有微纳结构的铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)使用硝酸溶液对铝合金进行表面处理，得到酸洗铝合金；(2)使用碱性溶液对步骤(1)所得酸洗铝合金进行表面处理，得到碱洗铝合金；(3)使用硫酸铁的酸性溶液对步骤(2)所得碱洗铝合金进行表面处理，得到所述表面具有微纳结构的铝合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硝酸溶液的质量分数为8-32wt％，优选为10-30wt％，进一步优选为15-25wt％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铝合金包括4A01型铝合金、6061型铝合金或6110型铝合金。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面处理的方法包括浸渍法；优选地，步骤(1)所述表面处理的时间为100-320s，优选为120-300s，进一步优选为150-240s；优选地，步骤(1)所述表面处理的温度为15-35℃，优选为20-30℃。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；优选地，所述碱性溶液中氢氧根离子的质量分数为0.5-2.5wt％，优选为1-2wt％。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述表面处理的方法包括浸渍法；优选地，步骤(2)所述表面处理的时间为450-640s，优选为480-600s...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦丽华，
申请(专利权)人：南京中和至诚信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32