[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

说明书

技术领域

本发明属于异种材料连接领域，具体涉及一种提高金属-塑料直接连接强度的连接装置及连接方法。

背景技术

环境可持续发展的要求和能源消耗的逐渐增加对轻量化技术提出了新的、更高的要求，而且随着汽车、船舶、航空航天和电子等行业的快速发展，对产品综合性能的要求越来越高。有关数据显示，普通乘用车的重量每减轻10％，可节省燃油7～8％。因此，单一材料的性能已不能满足技术要求。

塑料-金属异质密封结构可以充分发挥塑料及金属的特性，满足强度、轻量化等个方面的需求，在汽车、船舶、航空航天和电子等行业被广泛应用。

传统的金属-塑料连接技术主要是通过黏结剂进行黏合。但是，大多数黏结剂在高温、强酸、强碱环境下容易脱黏，而且不同黏结剂对基体材料具有一定的选择性，常常伴随着挥发性有机化合物(VOC)的释放，对环境有一定的污染。

中国专利号为201610590686.3，公开了“一种塑料和金属异质结构的连接方法”，该方法包括以下步骤；S1、对待连接的金属部件表面进行激光毛化处理，使金属部件表面产生局部凸起和凹陷，并形成金属氧化物层；S2、对经过激光毛化处理的金属部件和待连接的塑料部件进行热压，使金属部件和塑料部件粘合在一起；S3、使用离焦激光束穿透塑料部件，到达塑料部件和金属部件的界面上，使界面处的塑料部件局部熔化。此连接方法虽然能够通过激光毛化处理增加金属与塑料的机械咬合程度，但由于连接时需要先对金属部件表面进行激光毛化处理，再将塑料与金属进行连接，且没能对工艺参数进行有效的控制，导致金属-塑料之间的气密性和连接强度无法保证。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种提高金属-塑料连接强度的连接装置，以解决现有技术中金属-塑料连接强度不足、黏结强度不高、气密性不好的问题。

为实现上述目的，本发明提供的提高金属-塑料连接强度的连接装置包括：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。

为方便在数控平台上安装样件(金属件、塑料件)，便于配合机器人对金属件与塑料件的任意位置进行连接；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；此外，为不影响励磁线圈对金属件的加热以及磁场对金属件的影响，所述数控平台的中间位置最好加工成中空的结构。

作为本发明的优选，所述激光器是使用220mm的聚焦透镜聚焦获得激光束，可以为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。

本发明的第二个目的是提供一种提高金属-塑料连接强度的连接方法，该方法具体包括以下步骤：

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位置吹入氮气，通过吹氮气增加金属件与塑料件之间连接的键合能力；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。