本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，金屬與塑料一體化注塑成型的無縫復(fù)合材料備受關(guān)注，為增強兩種材料之間的結(jié)合力，可以通過化學(xué)處理的方法使金屬基材表面形成不規(guī)則的孔洞然后再與塑料進行一體化注塑。在金屬表面形成孔洞的方法有兩種，其一是通過粉末冶金燒結(jié)技術(shù)或陽極氧化形成表面多孔的金屬基材，再對金屬基材進行化學(xué)處理液活化表面，以便能夠與塑料進行強有力的結(jié)合；而對于不銹鋼系列的金屬基材，陽極氧化處理時會在基材表面形成一層致密的氧化膜，無法在金屬表面形成有效的多孔。傳統(tǒng)的不銹鋼與塑料復(fù)合體的制備方法，一般是通過在不銹鋼結(jié)構(gòu)件增加連接結(jié)構(gòu)再與塑料制品固定。通過粉末冶金燒結(jié)技術(shù)或陽極氧化形成表面多孔的金屬基材，再對金屬基材進行化學(xué)處理液活化表面制備表面多孔金屬的方法，一般是針對鋁合金，而粉末冶金燒結(jié)技術(shù)工序設(shè)備復(fù)雜，成本較高，不易于實現(xiàn)。傳統(tǒng)的在不銹鋼結(jié)構(gòu)件增加連接結(jié)構(gòu)再與塑料制品固定的連接方法，由于不銹鋼加工效率低，成本高，且無法制作形狀較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，難以得到廣泛的應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的金屬復(fù)合材料的制備方法及其制備得到的金屬復(fù)合材料，通過本發(fā)明的方法可以有效地提高塑料與金屬的結(jié)合強度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種金屬復(fù)合材料的制備方法，其中， 該方法包括以下步驟：1)在金屬基材表面形成可剝離保護層；2)用激光蝕刻在金屬的表面蝕刻微米級孔洞；3)用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理；4)去除保護層，并將得到的表面多孔金屬基材與塑料進行一體化注塑。本發(fā)明還提供一種通過上述方法制備得到的金屬復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明，通過采用可剝離涂料在金屬表面形成耐腐蝕的保護層，通過激光蝕刻在金屬基材表面蝕刻出微米點陣的孔，再通過化學(xué)處理液對微孔內(nèi)部進行拓寬，制備出表面的孔結(jié)構(gòu)為倒“T”字形的多孔金屬基材，與粉末冶金燒結(jié)技術(shù)、陽極氧化及化學(xué)蝕刻相比，工藝更加簡單，易于實現(xiàn)，并且，由于在表面能夠形成倒“T”字形的孔結(jié)構(gòu)，對其進行注塑可以有效地提高塑料與金屬的結(jié)合強度。另外，該技術(shù)可以適用于鋁合金、不銹鋼等金屬，適用范圍廣。由于在制備工程中，在金屬表面形成耐腐蝕的保護層，因此，還可以隨意保護金屬基材非加工面部分免受加工過中的劃傷、腐蝕等。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供一種金屬復(fù)合材料的制備方法，其中，該方法包括以下步驟：1)在金屬基材表面形成可剝離保護層；2)用激光蝕刻在金屬的表面蝕刻微米級孔洞；3)用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理；4)去除保護層，并將得到的表面多孔金屬基材與塑料進行一體化注塑。根據(jù)本發(fā)明，所述金屬基材的材質(zhì)為鋁合金或不銹鋼。優(yōu)選地，所述金 屬基材的厚度為1mm以上，更優(yōu)選地，所述金屬基材的厚度為1-10mm。通過本發(fā)明的方法，其即適用于鋁合金，也適用于不銹鋼，其使用范圍較寬。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的情況下，該方法還包括在金屬基材表面形成可剝離保護層之前，對金屬基材進行清洗的步驟。所述清洗的步驟例如可以為：用清洗劑對金屬基材進行化學(xué)除油處理，清除金屬表面的油污，其中，除油處理的溫度可以為60-80℃，處理的時間為1-3min。在用清洗劑對金屬基材進行化學(xué)除油處理后優(yōu)選用水清洗1-2min以除去殘留在金屬基材上的清洗劑。上述清洗劑可以商購獲得，例如可以是力潔仕公司504型號的除油劑。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，通過在金屬基材表面涂覆涂料并固化來形成所述保護層。作為所述涂料優(yōu)選為含有脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體和光固化型聚氨酯丙烯酸分散體的涂料。本發(fā)明的涂料通過將脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體和光固化型聚氨酯丙烯酸分散體按一定配比復(fù)配而成，由此在聚氨酯樹脂中引入剛性結(jié)構(gòu)，再次通過光固化形成高交聯(lián)的致密涂層，涂膜不但能夠耐強酸強堿，而且具有更強的韌性、彈性、機械強度及耐溫性，由此能夠在后續(xù)的處理過程中，防止金屬基材表面被腐蝕和劃傷。更優(yōu)選地，上述涂料的成分和重量百分比為：脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體：30-60％；光固化型聚氨酯丙烯酸分散體：30-60％；助溶劑：5-15％；納米填料：3-12％；助劑：1-5％；光引發(fā)劑：1-3％；水：0-5％；進一步優(yōu)選地，上述涂料的成分和重量百分比為：脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體：30-50％；光固化型聚氨酯丙烯酸分散體：30-50％；助溶劑：5-15％；納米填料：3-7％；助劑：2-3％；光引發(fā)劑：2-3％；水：3-4％。上述脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體例如可以購自拜耳公司的 BayhydrolUH2342型號。上述光固化型聚氨酯丙烯酸分散體例如可以購自拜耳公司的BayhydrolUVXP2690型號。上述助溶劑可以為乙二醇丁醚、丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚中的一種或多種。上述納米填料可以為納米SiO2、納米CaCO3、納米Al2O3和納米TiO2中的一種或多種。上述助劑可以為增稠劑、消泡劑和潤濕分散劑等中的一種或多種。所述增稠劑、消泡劑和潤濕分散劑可以為本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種增稠劑、消泡劑和潤濕分散劑。它們中優(yōu)選為增稠劑。所述增稠劑例如可以為TEGOViscoPlus3060，TEGOViscoPlus3060可以購自佛山三升貿(mào)易有限公司。上述光引發(fā)劑可以為二苯甲酮、二苯乙醇酮、二苯乙二酮、1-羥基環(huán)己基苯甲酮(I184)、單酰基氧化膦和雙?；趸⒌囊环N或多種，優(yōu)選為二苯甲酮。通過采用上述涂料形成的保護層，既能夠起到保護層的作用，還能夠在后續(xù)步驟中通過手撕的方法簡單地去除保護層。上述保護層為發(fā)明人經(jīng)過大量實驗后發(fā)現(xiàn)的優(yōu)選方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以采用其他常用的保護層材料，本發(fā)明不做具體限定。根據(jù)本發(fā)明，在所述金屬基材上涂覆涂料的方法沒有特別的限制，可以為本領(lǐng)域常用的各種方法，例如可以為浸涂、淋涂或噴涂等，本發(fā)明優(yōu)選使用噴涂。對于涂覆的膜厚優(yōu)選為30-60μm，更優(yōu)選為35-55μm。此外，所述固化的條件包括：烘烤溫度為55-70℃，烘烤時間20-30min，UV能量為1200-1500mj/m2。根據(jù)本發(fā)明，步驟2)中，激光蝕刻形成的微米級孔洞的孔徑為 20-200μm，孔間距50-200μm，孔深度100-1000μm；優(yōu)選地，激光蝕刻形成的微米級孔洞的孔徑為50-150μm，孔間距50-200μm，孔深度500-1000μm；更優(yōu)選地，激光蝕刻形成的微米級孔洞的孔徑為50-100μm，孔間距100-200μm，孔深度500-1000μm。對于步驟2)中所使用的激光設(shè)備沒有特別的限定，只要能夠形成上述那樣的孔洞即可。優(yōu)選地，采用大族激光設(shè)備EP-25S激光打標機對金屬基材進行打孔。對于激光蝕刻的條件也沒有特別的限定，只要能夠形成上述那樣的孔洞即可。優(yōu)選地，所述激光功率為15-25w。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，步驟3)中，用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理具體為采用腐蝕液對金屬表面進行腐蝕。更優(yōu)選地，步驟3)中，用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理包括：(1)用硫酸進行腐蝕，其中，硫酸濃度為180-220g/L，腐蝕的溫度為15-40℃，腐蝕時間為15-20min；(2)用水對基材進行清洗，除去金屬基材上殘留的硫酸；(3)采用甲胺對孔徑進行微腐蝕，其中，腐蝕溫度為15-40℃，腐蝕時間為5-8min。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過先用硫酸腐蝕，再用甲胺微腐蝕的方法，能夠?qū)锥催M行加寬，形成不規(guī)則的倒“T”字形孔，由此可以顯著提高得到的金屬復(fù)合材料中的塑料與金屬層的層間結(jié)合力。根據(jù)本發(fā)明，在用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理后，需要去除保護層。由于本發(fā)明所使用的保護層是可剝離保護層，因此在去除保護層時，僅需用手撕掉保護層即可。根據(jù)本發(fā)明，步驟4)中，所述塑料可以為本領(lǐng)域通常使用的各種塑料。例如所述塑料為聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酰亞胺、聚砜和聚醚醚酮中的一種或多種。在本發(fā)明的步驟4)中，注塑時，將得到的表面多孔金屬基材放入一體化注塑模具內(nèi)，然后對該基材具有孔洞的表面進行注塑塑料。上述注塑的條件可以為本領(lǐng)域通常使用的各種條件。優(yōu)選地，所述注塑的條件包括：模具溫度120-150℃，熔膠溫度280-350℃，注射壓力110-150bar。本發(fā)明還提供一種通過上述方法制備得到的金屬復(fù)合材料。以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。實施例11)用清洗劑(購于力潔仕公司504型號)對金屬基材(鋁合金，厚度為1mm)進行化學(xué)除油處理，清除金屬表面的油污，其中，清洗的溫度為70℃，時間為2min；然后用自來水清洗2min；2)對金屬基材表面噴涂可剝離保護涂料并固化后形成可剝離保護層，其中，噴涂的膜厚為35-45μm；固化的條件為：烘烤溫度60℃，烘烤時間30min，UV能量1300mj/m2；使用的涂料成分和重量百分比為：脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體(購于拜耳公司BayhydrolUH2342型號)：30％，光固化型聚氨酯丙烯酸分散體(購于拜耳公司BayhydrolUVXP2690型號)：50％，助溶劑(乙二醇丁醚)：10％，納米填料(納米二氧化硅)：3％，助劑(增稠劑TEGOViscoPlus3060，購于佛山三升貿(mào)易有限公司，以下相同)：2％，光引發(fā)劑(二苯甲酮)：2％，水：3％。3)用激光蝕刻在金屬的表面蝕刻成微米級孔洞；設(shè)計點陣，采用大族激光設(shè)備EP-25S激光打標機對表面有可剝離保護層的金屬基材進行打孔，孔徑為50μm，孔間距為100μm，孔深度500-800μm，激光功率20w。4)用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理，形成不規(guī)則的倒“T”字形孔，具體步驟為：a)先用硫酸腐蝕，硫酸濃度為200g/L，溫度為25℃，氧化時間為18min，通過硫酸腐蝕對孔進行拓寬加深；b)用自來水對基材進行清洗，除去基材殘留硫酸，清洗溫度為25℃；c)采用甲胺對孔徑進行微腐蝕，腐蝕時間為8min，溫度為25℃。5)撕掉保護膜用膠帶起邊，撕掉可剝離保護膜，表面多孔金屬的制備完成。6)將所制備的表面多孔金屬基材與塑料進行一體化注塑，具體步驟為：將表面多孔金屬放入一體化注塑模具內(nèi)，然后對該基材具有孔洞的表面進行注塑塑料，得到金屬與塑料一體化的金屬復(fù)合材料A1；其中，注塑料為聚苯硫醚，注塑條件為：模具溫度140-150℃，熔膠溫度300℃，注射壓力130bar。實施例21)用清洗劑(購于力潔仕公司504型號)對金屬基材(鋁合金，厚度為1mm)進行化學(xué)除油處理，清除金屬表面的油污，其中，清洗的溫度為70℃，時間為2min；然后用自來水清洗2min；2)對金屬基材表面噴涂可剝離保護涂料并固化后形成可剝離保護層，其中，噴涂的膜厚為45-50μm；固化的條件為：烘烤溫度60℃，烘烤時間30min，UV能量1300mj/m2；使用的涂料成分和重量百分比為：脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體(購于拜耳公司BayhydrolUH2342型號)：50％，光固化型聚氨酯丙烯酸分散體(購于拜耳公司BayhydrolUVXP2690型號)：30％，助溶劑(乙二醇丁醚)：6％，納米填料(納米二氧化硅)：5％，助劑(TEGOViscoPlus3060)： 3％，光引發(fā)劑(二苯甲酮)：2％，水：4％。3)用激光蝕刻在金屬的表面蝕刻成微米級孔洞；設(shè)計點陣，采用大族激光設(shè)備EP-25S激光打標機對表面有可剝離保護層的金屬基材進行打孔，孔徑為100μm，孔間距為200μm，孔深度700-1000μm，激光功率25w。4)用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理，形成不規(guī)則的倒“T”字形孔，具體步驟為：a)先用硫酸腐蝕，硫酸濃度為220g/L，溫度為25℃，氧化時間為20min，通過硫酸腐蝕對孔進行拓寬加深；b)用自來水對基材進行清洗，除去基材殘留硫酸，溫度為25℃；c)采用甲胺對孔徑進行微腐蝕，時間是8min，溫度為25℃。5)撕掉保護膜用膠帶起邊，撕掉可剝離保護膜，表面多孔金屬的制備完成。6)將所制備的表面多孔金屬基材與塑料進行一體化注塑，具體步驟為：將表面多孔金屬放入一體化注塑模具內(nèi)，然后對該金屬基材具有孔洞的表面進行注塑塑料，得到金屬與塑料一體化的金屬復(fù)合材料A2；其中，注塑料為聚碳酸酯，注塑條件為：模具溫度140-150℃，熔膠溫度300℃，注射壓力120bar。實施例31)用清洗劑(購于力潔仕公司504型號)對金屬基材(不銹鋼，厚度為1mm)進行化學(xué)除油處理，清除金屬表面的油污，其中，清洗的溫度為70℃，時間為2min；然后用自來水水清洗2min；2)對金屬基材表面噴涂可剝離保護涂料并固化后形成可剝離保護層，其中，噴涂的膜厚為50-55μm；固化的條件為：烘烤溫度60℃，烘烤時間 30min，UV能量1400mj/m2；使用的涂料成分和重量百分比為：脂肪族陰離子聚酯型聚氨酯分散體(購于拜耳公司BayhydrolUH2342型號)：40％，光固化型聚氨酯丙烯酸分散體(購于拜耳公司BayhydrolUVXP2690型號)：40％，助溶劑(乙二醇丁醚)：5％，納米填料(納米二氧化硅)：7％，助劑(TEGOViscoPlus3060)：2％，光引發(fā)劑(二苯甲酮)：2％，水：4％。3)用激光蝕刻在金屬的表面蝕刻成微米級孔洞；設(shè)計點陣，采用大族激光設(shè)備EP-25S激光打標機對表面有可剝離保護層的金屬基材進行打孔，孔徑為50μm，孔間距為200μm，孔深度500-600μm，激光功率25w。4)用化學(xué)處理液對金屬表面進行處理，形成不規(guī)則的倒“T”字形孔，具體步驟為：a)先用硫酸腐蝕，硫酸濃度為220g/L，溫度為25℃，氧化時間為20min，通過硫酸腐蝕對孔進行拓寬加深；b)用自來水對基材進行清洗，除去基材殘留硫酸，溫度為25℃；c)采用甲胺對孔徑進行微腐蝕，時間是8min，溫度為25℃。5)撕掉保護膜用膠帶起邊，撕掉可剝離保護膜，表面多孔金屬的制備完成。6)將所制備的表面多孔金屬基材與塑料進行一體化注塑，具體步驟為：將表面多孔金屬放入一體化注塑模具內(nèi)，然后對該金屬基材具有孔洞的表面進行注塑塑料，得到金屬與塑料一體化的金屬復(fù)合材料A3；其中，注塑料為聚碳酸酯，注塑條件為：模具溫度140-150℃，熔膠溫度300℃，注射壓力120bar。實施例4按照實施例1的方法進行，不同的是，步驟3)中打孔的孔徑為30μm，同樣地得到金屬復(fù)合材料A4。實施例5按照實施例1的方法進行，不同的是，步驟3)中打孔的孔徑為200μm，同樣地得到金屬復(fù)合材料A5。測試例1采用萬能拉拔試驗機，按照GB/T228.1-2010的標準對上述得到的金屬復(fù)合板材A1-A5進行拉拔強度測試，其結(jié)果表示在表1中。表1拉拔強度(Mpa)A125A225.5A323.5A418A520以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。當前第1頁1 2 3