[發(fā)明專利]一種應用于金屬/高分子連接的表面處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910298766.5
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109986191A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 蔣沐陽;巴克特然·薩里耶夫;陳科;單愛黨
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/12;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種應用于金屬/高分子連接的表面處理方法，將金屬表面磨拋洗凈后，用腐蝕性液體浸泡金屬表面，使其表面形成一層反應層，該反應層包括金屬基底和分散在金屬基底上的化合物顆粒，在與高分子連接的過程中，高溫下流動性提升的熔融高分子與金屬基底及化合物顆粒充分接觸潤濕后形成緊密的微觀咬合與鍵合，使金屬表面與高分子有效連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明表面處理工藝適用范圍廣泛，操作簡單，有效可靠，能夠滿足不同種類與尺寸的金屬/高分子的連接研究。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及金屬/高分子連接，尤其是涉及一種應用于金屬/高分子連接的表面處理方法。

背景技術(shù)

金屬與高分子的復合聯(lián)用在汽車工業(yè)、航空航天、生物醫(yī)藥等領域都有較大的需求。但較大的力學、熱學、化學性質(zhì)的差異使金屬/高分子連接具有較高的難度。一般而言，金屬與高分子連接常采用粘接、機械連接與新型焊接工藝等方法。其中，機械連接與粘接是較為傳統(tǒng)的材料間連接方法，分別存在易應力集中、鉚釘增加結(jié)構(gòu)重量與極端環(huán)境使用壽命短、連接需要工藝復雜的前后處理的缺點。新型焊接工藝，如激光焊接、攪拌摩擦焊接、超聲波焊接可以有效避免上述缺點。在這些工藝中，激光焊接與攪拌摩擦焊接分別使用激光生熱與摩擦生熱的方式加熱金屬/高分子界面，從而熔融高分子，使其與金屬之間形成較好的宏觀咬合與微觀鍵合。而超聲波焊則是使用壓頭的高頻振動波傳遞至界面處，金屬與高分子在界面相互摩擦生熱，從而使高分子熔融形成連接。這些方法都已被證明能有效實現(xiàn)金屬與高分子間的連接。

然而，使用上述連接工藝對未經(jīng)表面處理的金屬/高分子連接接頭的強度都較低。究其原因，是因為其連接機制主要為高分子熔融后與金屬的微觀界面粘接作用，連接強度不穩(wěn)定。無表面處理的金屬/高分子間無法形成有效的宏/微觀機械咬合，從而提升接頭強度。因此，開發(fā)出適合金屬/高分子連接的表面處理工藝是提高金屬/高分子連接接頭強度的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種有效的、應用范圍廣的應用于金屬/高分子連接的表面處理方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種應用于金屬/高分子連接的表面處理方法：包括以下步驟：

1.由于常用金屬暴露在大氣中均覆有較致密的氧化層，如鋁合金、鈦合金、鋼與銅，故事先使用砂紙對金屬塊體表面磨拋并清洗，以去除金屬表面的氧化層與污漬。

2.將金屬表面磨拋洗凈后，用腐蝕性液體浸泡金屬表面，使其表面形成一層反應層，該反應層包括裸露的金屬基底和分散在金屬基底上的化合物顆粒，在與高分子連接的過程中，高溫下流動性提升的熔融高分子與金屬基底充分接觸潤濕，并與化合物顆粒形成緊密的微觀咬合與鍵合，使金屬與高分子有效連接。

所述的化合物顆粒的長度與寬度范圍均為1μm-20μm，化合物顆粒的投影面積占據(jù)所述反應層總面積的5％-40％，化合物顆粒突出金屬表面的高度范圍為0.1μm–10μm。

所述的腐蝕性液體優(yōu)先選擇酸性較強的腐蝕劑，包括氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸中的一種或幾種。在酸液濃度的選擇上，為確保酸液對表面腐蝕的強度與腐蝕效率，酸液中氫離子濃度需大于0.1mol/L(即pH值低于1)；為防止酸液對表面形成的化合物顆粒的過度腐蝕，酸液中氫離子濃度需小于10mol/L(即pH值高于-1)。因此，酸液中氫離子濃度需介于0.1mol/L–10mol/L之間。

所述的酸液優(yōu)選濃度為0.5mol/L–10mol/L的氫氟酸。

所述的酸液浸泡金屬表面的時間，根據(jù)不同的金屬/高分子組合與腐蝕性液體的選擇，范圍為5秒至20分鐘不等。

所述的腐蝕性液體浸泡金屬的方式是在超聲波中浸泡，超聲波的功率選擇10W–200W之間。