一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺，该制备工艺包括：

【技术实现步骤摘要】
一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺


[0001]本专利技术属于金属
/
塑料异质材料连接
，涉及一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺，具体涉及一种利用化学镀
‑
电镀与搅拌摩擦焊进行塑料表面高性能金属化的制造工艺
。

技术介绍

[0002]在塑料表面镀金属层可以改变材料的理化特性，在保留塑料材料特有优势的同时，赋予其导电
、
导热
、
导磁等一系列金属特性，从而满足产品的设计需求
。
天线是一种可实现电磁波信号与电流信号互相转化的变换器
。
在天线的制造中，通常需在具有低介电常数的塑料材料表面镀高导电金属层
(
如：金
、
银
、
铜等
)。
塑料材料的低介电常数和低介电损耗率能够降低其对电场的消耗和影响，而高导电金属层有利于最大程度地将电磁波信号转化为电流信号，保证信号强度
。
[0003]航天飞行器天线在使用过程中面临的强振动
、
高低温交变等严苛服役工况对天线的界面结合强度
、
耐温
、
抗振能力等服役性能提出了高要求
。
塑料表面金属化常用方法有物理气相沉积
、
化学镀以及电镀工艺
。
其中，物理气相沉积主要通过分子间作用力完成结合，结合强度较低
。
化学镀可实现物理结合与基体表面粗化后产生的机械锁合，相比物理气相沉积，其界面结合力有所提升
。
然而，化学镀层厚度通常局限于数至数十微米，难以满足天线的金属层厚度要求
。
电镀虽然可以在化学镀基础上进行金属层增厚，但其界面结合力仍然较低，且电镀金属层还伴随孔隙率高
、
致密度差等问题
。
以上，无论物理气相沉积
、
化学镀或电镀，其所制备的金属层均面临与塑料基材结合力不足的问题，难以满足愈发严苛的极端工况服役需求
。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺，具体是采用的直接与金属板进行搅拌摩擦搭接焊工艺可以使金属过渡层与金属板之间通过金属键
、
元素扩散
、
再结晶等形成牢固冶金结合，同时也可以进一步强化金属
/
塑料界面机械锁合的效果，通过复合化学镀
‑
电镀与搅拌摩擦焊工艺实现金属
/
塑料异质材料的高性能连接
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺，包括如下步骤：
[0007]S1、
粗化阶段：在塑料材料表面制造凹坑；
[0008]S2、
化学镀
‑
电镀阶段：将步骤
S1
所得的塑料材料进行化学镀
‑
电镀，形成金属过渡层；
[0009]S3、
搅拌摩擦焊阶段：将金属板覆盖在步骤
S2
处理后的塑料材料的金属过渡层表面，进行搅拌摩擦焊，得到金属
/
塑料异质材料构件
。
[0010]作为一个实施方案，步骤
S1
中，所述塑料材料为低介电塑料材料
。
[0011]作为一个实施方案，步骤
S1
中，所述塑料材料包括聚酰亚胺
、
聚醚酰亚胺
、
碳纤维复合材料
、
聚醚醚酮中的至少一种
。
[0012]作为一个实施方案，步骤
S1
中，制造凹坑的方法包括机械粗化
、
化学粗化
、
激光粗化中的至少一种
。
通过制造凹坑来增加塑料材料表面的粗糙度
。
[0013]在一些实施例中，粗化处理后塑料材料表面粗糙度为1‑3μ
m。
[0014]作为一个实施方案，所述机械粗化包括滚花
、
喷丸
、
喷砂
、
砂纸打磨中的至少一种
。
[0015]在一些实施例中，制造凹坑的方法为化学粗化
。
[0016]作为一个实施方案，步骤
S2
中，所述金属过渡层为高导电金属材料
。
[0017]作为一个实施方案，步骤
S2
中，所述金属过渡层包括铜层
、
银层
、
金层中的至少一种
。
[0018]作为一个实施方案，步骤
S2
中，金属过渡层的厚度为3～
50
微米
。
化学镀可制备1～
10
微米厚的金属过渡层，若所需金属过渡层较厚，可在化学镀的基础上通过电镀增厚
。
[0019]进一步的，所述化学镀
‑
电镀包括化学镀和电镀，都为本领域常规技术
。
[0020]作为一个实施方案，步骤
S3
中，所述搅拌摩擦焊的具体步骤包括：将金属板覆盖在带有金属过渡层的塑料材料之上并以搭接的方式置于搅拌摩擦焊工作平台上，用夹具固定
。
设置搅拌摩擦焊的工艺参数并启动装置，待搅拌头按照指定轨迹完成运行后，焊接过程结束
。
[0021]作为一个实施方案，步骤
S3
中，金属板的厚度为
0.5
～
2mm。
[0022]作为一个实施方案，金属板为高导电金属材料
。
[0023]作为一个实施方案，金属板可包含铜层
、
银层
、
金层中的至少一种
。
[0024]本专利技术中，所使用金属过渡层材质与随后需要进行搅拌摩擦焊的金属板材质相同，也可以不相同
。
如果所述金属过渡层与后续选用的金属板材质不同，则要求该金属过渡层可化学镀
‑
电镀
、
热膨胀系数在塑料基体与金属板之间
、
与金属板之间易于形成冶金结合
。
[0025]在一些实施例中，所述金属板与金属过渡层的材质相同
。
[0026]作为一个实施方案，步骤
S3
中，所述搅拌摩擦焊的进给量为
0.2
～
1.5mm
，进给速度为
0.2
～
1.5mm/s
，搅拌头转速为
200
～
2000rpm
，搅拌头行进速度为
50
～
400mm/min。
[0027]作为一个实施方案，步骤
S3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于搅拌摩擦焊的塑料表面金属化制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
粗化阶段：在塑料材料表面制造凹坑；
S2、
化学镀
‑
电镀阶段：将步骤
S1
所得的塑料材料进行化学镀
‑
电镀，形成金属过渡层；
S3、
搅拌摩擦焊阶段：将金属板覆盖在步骤
S2
处理后的塑料材料的金属过渡层表面，进行搅拌摩擦焊，得到金属
/
塑料异质材料构件
。2.
根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤
S1
中，所述塑料材料为低介电塑料材料
。3.
根据权利要求2所述的制造工艺，其特征在于，所述塑料材料包括聚酰亚胺
、
聚醚酰亚胺
、
碳纤维复合材料
、
聚醚醚酮中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤
S1
中，制造凹坑的方法包括机械粗化
、
化学粗化
、
激光粗化中的至少一种
。5.
根据权利要求4所述的制造工艺，其特征在于，所述机械粗化包括滚花
、
喷丸

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恢弘，吴亦迪，李佳迅，李永兵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：