[发明专利]一种提高金属-塑料连接强度的连接装置及连接方法

权利要求书

1.一种提高金属-塑料连接强度的连接装置，其特征在于：包括数控平台、垂直设置在数控平台上方的激光器、设置在数控平台一侧的热压装置、设置在数控平台旁的氮气吹扫装置、设置在数控平台下方的支架、安装在支架上的绝缘板、安装在绝缘板上的励磁线圈；其中，所述数控平台用于放置金属件和塑料件，所述塑料件放在金属件的上面；所述激光器搭载于机器人上，通过机器人控制激光器在空间上的移动位置，激光器产生的激光束透过塑料件照射到金属件上，用于对金属件表面进行激光烧灼，使金属件表面形成凹凸不平的纳米或微米级孔洞；所述热压装置用于对激光灼烧后的金属件和塑料件进行热压，使塑料件熔化变软，填充到金属件表面凹凸不平的纳米或微米级孔洞里；所述氮气吹扫装置用于在激光器对金属件进行激光灼烧时向金属件与塑料件连接处吹氮气；所述励磁线圈与金属件保持平行，励磁线圈与励磁线圈控制器连接，励磁线圈控制器控制励磁线圈产生与激光器产生的脉冲激光束频率一致的电磁脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接装置，其特征在于：所述数控平台为能够在X方向、Y方向进行任意调整的标准件，数控平台的中间位置加工成中空的结构。

3.根据权利要求1所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接装置，其特征在于：所述激光器是使用220 mm的聚焦透镜聚焦获得激光束，为Nd:YAG固体激光器、CO₂气体激光器、半导体激光器或碟片激光器中的任意一种。

4.一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

一、预处理：对待连接的金属件和塑料件表面做预处理，去除金属件表面的污渍及氧化层，去除塑料件表面的污渍；

二、激光灼烧：将金属件与塑料件叠放在数控平台上，塑料件放在金属件的上面，控制机器人、激光器、氮气吹扫装置和励磁线圈控制器工作；激光器产生的脉冲激光束透过塑料件照射到金属件上，对预处理的金属件表面进行激光烧灼，使金属件表面形成凹凸不平的纳米或微米级孔洞；机器人根据需要连接的试样形状控制激光器改变烧灼的角度；激光灼烧的同时，在金属件与塑料件的连接处吹入氮气；此外，激光灼烧时还需通过励磁线圈控制器控制励磁线圈工作，使金属件与塑料件的背面产生磁场，同时控制励磁线圈的加热温度为200-300℃；

三、热压：激光灼烧后，迅速将灼烧处理后的金属件和塑料件放置在预热120-180℃的热压装置中，塑料件在热压装置的挤压作用下向金属件方向运动，塑料件吸收金属件表面的热量，熔化变软，填充到金属件表面凹凸不平的纳米或微米级孔洞里，使金属部与塑料件牢固结合。

5.根据权利要求4所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，其特征在于：在步骤二激光灼烧时，需要控制激光器产生的脉冲激光的波长为1.06 μm、干伸长量为10-15 mm、脉冲波长的作用周期为10~30 ms、激光的峰值功率为1~3 kW，电流为80~240 A，离焦量为-2 mm，扫描速度为0.8 m/min；同时控制氮气的气体流量为10~25 L/min。

6.根据权利要求4所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，其特征在于：步骤三进行热压时，需控制热压时的压力为30-60 MPa，保压时间为8-12分钟。

7.根据权利要求4所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，其特征在于：激光器在作用的过程中，需要在辅助气体的作用下进行激光灼烧。

8.根据权利要求7所述的一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，其特征在于：所述辅助气体为Ar或Ar+CO₂。