一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法.pdf

本发明提供了一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法，该方法至少包含以下步骤：提供一铝合金片；对该铝合金片进行去表面致密氧化层的前处理；对该铝合金片的表面进行至少包含多个二层微米级孔洞的腐蚀处理；置该铝合金片于模具内；于该模具内注入熔融热塑性树脂，以形成铝合金和热塑性树脂结合体；因热塑性树脂与铝合金不容易剥离，故在电子机器、家用电电器中，是兼具金属制壳体的优点与热塑性树脂结构的优点，生产效率高且有大量生产性，可自由设计形状、结构的结合体。

1.  一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法，至少包含以下步骤：
提供一铝合金片；
对该铝合金片进行去表面致密氧化层的前处理；
对该铝合金片的表面进行至少包含多个二层微米级孔洞的腐蚀处理；
置该铝合金片于模具内；
于该模具内注入熔融热塑性树脂，以形成该复合体工件。

2.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的前处理的步骤是在碱性溶液1-10摩尔浓度或酸性溶液1-10摩尔浓度内进行。

3.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的二层微米级孔洞的腐蚀处理的步骤是在碱性溶液1-10摩尔浓度或酸性溶液1-10摩尔浓度的蚀刻槽内进行1至10分钟。

4.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的腐蚀处理的步骤是化学腐蚀步骤以形成上述多个二层微米级孔洞，该多个二层微米级孔洞大小至少在1μm以上，且孔洞的深度达至少1μm。

5.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的腐蚀处理步骤是以通以交流电方式的电化学腐蚀步骤进行。

6.  如权利要求5所述的制造方法，其中上述的交流电方式的电化学腐蚀步骤进行电化学腐蚀是在两个石墨电极上通以交流电，而所述的铝合金试片平行于该两个石墨电极摆放而进行。

7.  如权利要求5所述的制造方法，其中上述的交流电方式的电化学腐蚀步骤进行电化学腐蚀为包含一石墨电极，及该铝合金试片为另一电极进行的。

8.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的腐蚀处理的步骤是通以直流电方式的电化学腐蚀步骤进行，该电化学腐蚀步骤包含一石墨电极为阴极，及该铝合金试片为阳极进行。

9.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的于该模具内注入熔融热塑性树脂的方法包含选自射出成型、注射成型、共挤出成型或热压成型以及滚压挤入法所组成的群组的任一种。

10.  如权利要求1所述的制造方法，其中上述的腐蚀处理的步骤之后以及置该铝合金片于一模具内之前，还包含清理化学生成物的步骤。

一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法
技术领域
本发明提供一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法，更详细地说，本发明涉及各种机械加工法制造的铝合金形状物和热塑性树脂的组合物形成一种高结合强度的结构物，可用于携带用的各种电子产品、家电制品、其他结构用部件或外装饰用部件等使用的铝合金与树脂结合物的制造方法。
背景技术
消费性电子产品、家用电气制品等部件制造等的广泛领域需要将金属和树脂牢固地一体化技术，因此开发了很多黏胶剂(粘胶剂)，其中提出了很多非常好的黏胶剂方案。常温或通过加热挥发功能的黏胶剂用于将金属和合成树脂一体的结合，现在该方法是一般常用的技术。
另有一技术，例如由日本大成普拉斯株式会社于2006年1月4日公开于中国的公开号CN 1717323A申请案，发明名称为“铝合金与树脂组合物的复合体及制造方法”，该案于2003年11月7日申请PCT而于2004年5月21日国际公开。它的技术是先对铝合金作喷砂处理，再酸洗或碱性溶液前处理后再进行铝合金与聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂或聚苯硫醚为主要成分的热塑性树脂的复合体。当特定的热塑性树脂和铝合金表面的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂或聚苯硫醚成分热塑性树脂接触时，发生放热反应，而又没有快速的冷却固化，就会浸入铝合金表面的微细凹部中，造成接着固定。但这种方式铝合金表面为一单层微细孔洞，在铝合金和热塑型树脂两者不同膨涨系数下易剥离，因此需要先喷砂处理，再形成一披覆膜。
然而，本领域技术人员认为，不论是树脂先成型，再将成型的树脂以黏胶剂黏着在铝合金表面，或是先在铝合金表面附着一层特定树脂，再以特定树脂直接在铝合金上直接成型，总是会有更合理的接合方式，可以省略黏着剂，也不需要在铝合金表面附着一层特定树脂，热塑性树脂就可以直接在铝合金表面成型，且与铝合金有相当的结合强度。
发明内容
为了克服现有技术存在的种种缺陷，本发明经过长时间的研制，开发了一种制造铝合金和热塑性树脂结合体的方法，可以使得铝合金和热塑性树脂的结合介面具有相当高的强度，不易剥离。
本发明的目的在于提供一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法，此制造方法便于生产铝合金和热塑性树脂结合的机构零件或组件，可以在铝合金机构件上，结合各种形状的热塑性树脂结构件，且铝合金和热塑性树脂的结合介面不易剥离。
本发明提供了一种铝合金和热塑性树脂结合体的制造方法，该方法至少包含以下步骤：
提供一铝合金片；
对该铝合金片进行去表面致密氧化层的前处理；
对该铝合金片的表面进行至少包含多个二层微米级孔洞的腐蚀处理；
置该铝合金片于模具内；
于该模具内注入熔融热塑性树脂，以形成铝合金和热塑性树脂结合体。
本发明的铝合金和热塑性树脂结合体也可称为含有铝合金的热塑型复合体工件，因此，本发明的主题也可为包含铝合金和热塑型复合体工件的结合方式和制造方法。
上述的制造方法中，所述的前处理的步骤是在1-10摩尔浓度的碱性溶液或1-10摩尔浓度的酸性溶液内进行的。
所述的二层微米级孔洞的腐蚀处理的步骤在1-10摩尔浓度的碱性溶液或1-10摩尔浓度的酸性溶液的蚀刻槽内进行1至10分钟。
上述的腐蚀处理的步骤包括化学腐蚀步骤和电化学腐蚀步骤，当其为化学腐蚀步骤时，该化学腐蚀步骤以形成多个二层微米级孔洞，该多个二层微米级孔洞大小至少在1μm以上，且孔洞的深度达至少1μm。
当其为电化学腐蚀步骤时，腐蚀处理步骤是以通以交流电方式的电化学腐蚀步骤进行的。交流电方式的电化学腐蚀步骤进行电化学腐蚀是在两个石墨电极上通以交流电，而所述的铝合金试片平行于该两个石墨电极摆放而进行。即，上述的交流电方式的电化学腐蚀步骤进行电化学腐蚀为包含一石墨电极，及该铝合金试片为另一电极进行的；也就是说，优选地，上述的腐蚀处理的步骤是通以直流电方式的电化学腐蚀步骤进行，该电化学腐蚀步骤包含一石墨电极为阴极，及该铝合金试片为阳极进行。
本发明的“多个”是指两个或者两个以上。
本发明的制造方法中，所述的于该模具内注入熔融热塑性树脂的方法包含选自射出成型、注射成型、共挤出成型或热压成型以及滚压挤入法所组成的群组的任一种。
本发明的腐蚀处理的步骤之后以及置该铝合金片于一模具内之前，优选还包含清理化学生成物的步骤。
本发明是将铝合金浸泡在溶液中经化学处理或电化学处理，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。此结合方式和制造方法便于生产铝合金和热塑性树脂结合的机构零件或组件，也就是在铝合金机构件上，结合各种形状的热塑性树脂结构件。
附图说明
图1a：本发明进行前处理及化学腐蚀时的示意图。
图1b：本发明以交流电进行电化学腐蚀时的示意图，铝合金可以通电或不通电。
图1c：本发明另一以交流电进行电化学腐蚀时的示意图，铝合金可以通电或不通电。
图1d：本发明以直流电进行电化学腐蚀时的示意图。
生产表面具多层交错微米级孔洞的铝合金的各种生产环境：
图2：本发明生产表面具多层交错微米级孔洞的铝合金试片生产流程示意图。
图3a：本发明表面具多层交错的微米级孔洞的铝合金片。
图3b：本发明表面具多层交错的微米级孔洞的铝合金和热塑性树脂结合体。
附图标号：
5——槽体       10——铝合金         11——热塑性树脂
12——铝合金和热塑性树脂结合体       15——多层交错微米级孔洞
30——电极      40——前处理步骤     50——化学腐蚀步骤
50——电化学腐蚀步骤                 60——化学清洗
65——化成处理                       70——具多层交错微米级孔洞的铝合金试片步骤
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。
请参考图1a，为依据本发明一优选实施例进行前处理的示意图。首先，1xxx至7xxx系列铝合金先切片10后再以包含NaOH、KOH、Na₂CO₃等溶液浓度约为1-10％摩尔当量，20℃至60℃下浸泡10秒至3分钟，以去除铝合金表面上的油脂、灰尘及致密氧化物。
当铝合金10表面致密氧化物去除后，有别于先前技术浸泡于含有胺或胺的衍生物的溶液中以形成一化学物质附着于铝合金表面，本发明的方法是让铝合金表面产生大小1μm至100μm之间、深度1μm至50μm之间的交错腐蚀孔洞。腐蚀孔洞的形成方法可以是化学腐蚀或电化学腐蚀。
化学腐蚀的方法，和前处理的方法相似。如图1a所示的装置，化学腐蚀槽5内置有酸性或碱性溶液，将铝合金10置于化学腐蚀槽5再进行20℃至60℃下，1-10分钟的腐蚀以达到在铝合金10表面产生大小1μm至100μm之间、深度1μm至50μm之间的交错腐蚀孔洞15(请同时参考图3a表面具多层交错的微米级孔洞的铝合金片。以光学显微镜或扫描式电子显微镜，即可看到腐蚀孔洞在二次浸泡腐蚀液后，多处呈现二层或以上的复合交错微米级孔洞15。此时，表面约有10％至90％的表面积，产生了多层交错微米级孔洞。
以电化学腐蚀，例如，约±1V至±10V的交流电可加速复合腐蚀孔洞的生成。如图1b所示，被腐蚀处理的铝合金片10不通电，而交流电的两个电极30使用石墨，铝合金片10置于两个通电的石墨电极30中间。或如图1c所示，铝合金片10为交流电的一电极，而两个石墨为交流电的另一电极30。当然，若只想腐蚀铝合金片10的单一表面则只要一石墨电极30即可，此外，铝合合片10的另一面，则用防蚀油墨或塑胶保护膜遮住。
另一电化学腐蚀是将铝合金片10做为阳极，而一石墨片30做为阴极。参见图1d所示，通以1V至10V的直流电压。一般而言，电化学腐蚀可以加速复合交错微米级孔洞15的生成。腐蚀时间较短，且孔洞相较普通的化学腐蚀而言，交错微米级孔洞15密度较大。且产生时间是缩短的。此时，表面约有10％至90％的表面积，产生了多层交错微米级孔洞。
另一实施例中，除了单纯的化学腐蚀或电化学腐蚀外，也可以在化学腐蚀和电化学腐蚀以一预定的排程交错使用，以产生所需要的交错微米级孔洞15。
图2是产生表面具多层交错微米级孔洞的铝合金的步骤示意图。包含前处理40、及化学腐蚀处理50、或电化学腐蚀处理55、及化学清洗60以去除腐蚀孔洞内的腐蚀生成物60、及最后的化成处理65。化成处理65是类似于铝合金阳极处理步骤，铝合金片10本身做为阳极，石墨做为阴极，电解液则是依据所欲着色的色泽而使用不同的着色液。例如锡盐的电解液，以产生古铜色或黑色，而另外若以含银盐的电解液则是金黄色或黄绿色。
随后，若是复杂形状的电子零件而言，本发明的铝合金片10可以提供强度，而需要复杂加工的部分使用冲压成型的塑料或热塑型树脂11替代，则本发明供的多层交错微米级孔洞15铝金金将是不错的选择。首先，将已冲压成型具多层交错微米级孔洞15的铝合金片10置于一模具内，再以射出成型、注射成型、共挤出成型或热压成型及滚压挤入法其中任一种，直接将树脂成型于具多层交错微米级孔洞15的铝合金片10上，即可将铝合金部件与树脂部件牢固地结合的结合体12，此生产步骤相较于黏胶剂的生产步骤，不仅大幅缩短生产时间，亦简化生产流程。此外，因为铝合金片10表面仍保有相当比例表面积的金属表面，金属表面与塑料表面所占的比例如前所述依据多层交错微米级孔洞产生方式而有差异。因此，当以化成处理进行着色后再以塑料冲压成型成零件，可增加另一种美观性。
参见图3a是本发明表面具多层交错的微米级孔洞的铝合金片；图3b为本发明表面具多层交错的微米级孔洞的铝合金和热塑性树脂结合体。
相对于传统常需将铝合金部件与树脂部件牢固地一体化，以既有的黏胶剂方式生产，必须将黏胶剂涂布于铝合金部件上，再将已射出成型的树脂部件黏着于铝合金上的许多消费性电子产品、家用电气制品等部件制造，生产而言，本发明可以省略很多步骤。
本发明的多层交错微米级孔洞的铝合金片10除了上述直接和待射出成型零件一次生产外，也可以做另一种使用。例如以滚筒将熔融的热塑性树脂11挤入多层交错微米级孔洞15内，而使得铝合金片10呈现两种界面，一为热塑型介面，可以提供使用者粘合其他塑胶材质的结构件。另一种是金属和金属性质结合的界面。因为铝合金片表面仍保有相当比例表面积的金属表面，不但可以如上述以化成处理进行着色，以增加美观性，使用者也可以将本发明的铝合金片结合同属金属性质的结构零件。
本发明的铝合金片具有如下的优点：
(1)首先，即使热塑性树脂和铝合金的热膨胀系数是不同的，但因孔洞交错，而使铝合金和热塑性树脂深入咬合，因此不会因热膨胀系数的不同而剥离，如此可产生一高结合强度的铝合金和热塑性树脂的结合体。
(2)本发明的铝合金和热塑性树脂结合方式非常适合直接以射出成型生产热塑性塑胶结构件，仅需将已冲压成型具多层交错微米级孔洞的铝合金至于射出成型模具内，直接将树脂部件成型于具多层交错微米级孔洞的铝合金上，即可将铝合金部件与树脂部件牢固地结合。
(3)因为铝合金片表面仍保有相当比例表面积的金属表面，不但可以进行着色，而增加美观性，且也可以提供使用者多一种选择，使用者也可以将本发明的铝合金片结合同属金属性质的结构零件。