[发明专利]一种应用于金属/高分子连接的表面处理方法

说明书

本发明涉及一种应用于金属/高分子连接的表面处理方法，将金属表面磨抛洗净后，用腐蚀性液体浸泡金属表面，使其表面形成一层反应层，该反应层包括金属基底和分散在金属基底上的化合物颗粒，在与高分子连接的过程中，高温下流动性提升的熔融高分子与金属基底及化合物颗粒充分接触润湿后形成紧密的微观咬合与键合，使金属表面与高分子有效连接。与现有技术相比，本发明表面处理工艺适用范围广泛，操作简单，有效可靠，能够满足不同种类与尺寸的金属/高分子的连接研究。

技术领域

本发明涉及金属/高分子连接，尤其是涉及一种应用于金属/高分子连接的表面处理方法。

背景技术

金属与高分子的复合联用在汽车工业、航空航天、生物医药等领域都有较大的需求。但较大的力学、热学、化学性质的差异使金属/高分子连接具有较高的难度。一般而言，金属与高分子连接常采用粘接、机械连接与新型焊接工艺等方法。其中，机械连接与粘接是较为传统的材料间连接方法，分别存在易应力集中、铆钉增加结构重量与极端环境使用寿命短、连接需要工艺复杂的前后处理的缺点。新型焊接工艺，如激光焊接、搅拌摩擦焊接、超声波焊接可以有效避免上述缺点。在这些工艺中，激光焊接与搅拌摩擦焊接分别使用激光生热与摩擦生热的方式加热金属/高分子界面，从而熔融高分子，使其与金属之间形成较好的宏观咬合与微观键合。而超声波焊则是使用压头的高频振动波传递至界面处，金属与高分子在界面相互摩擦生热，从而使高分子熔融形成连接。这些方法都已被证明能有效实现金属与高分子间的连接。

然而，使用上述连接工艺对未经表面处理的金属/高分子连接接头的强度都较低。究其原因，是因为其连接机制主要为高分子熔融后与金属的微观界面粘接作用，连接强度不稳定。无表面处理的金属/高分子间无法形成有效的宏/微观机械咬合，从而提升接头强度。因此，开发出适合金属/高分子连接的表面处理工艺是提高金属/高分子连接接头强度的有效途径。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效的、应用范围广的应用于金属/高分子连接的表面处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种应用于金属/高分子连接的表面处理方法：包括以下步骤：

1.由于常用金属暴露在大气中均覆有较致密的氧化层，如铝合金、钛合金、钢与铜，故事先使用砂纸对金属块体表面磨抛并清洗，以去除金属表面的氧化层与污渍。

2.将金属表面磨抛洗净后，用腐蚀性液体浸泡金属表面，使其表面形成一层反应层，该反应层包括裸露的金属基底和分散在金属基底上的化合物颗粒，在与高分子连接的过程中，高温下流动性提升的熔融高分子与金属基底充分接触润湿，并与化合物颗粒形成紧密的微观咬合与键合，使金属与高分子有效连接。

所述的化合物颗粒的长度与宽度范围均为1μm-20μm，化合物颗粒的投影面积占据所述反应层总面积的5％-40％，化合物颗粒突出金属表面的高度范围为0.1μm–10μm。

所述的腐蚀性液体优先选择酸性较强的腐蚀剂，包括氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸中的一种或几种。在酸液浓度的选择上，为确保酸液对表面腐蚀的强度与腐蚀效率，酸液中氢离子浓度需大于0.1mol/L(即pH值低于1)；为防止酸液对表面形成的化合物颗粒的过度腐蚀，酸液中氢离子浓度需小于10mol/L(即pH值高于-1)。因此，酸液中氢离子浓度需介于0.1mol/L–10mol/L之间。

所述的酸液优选浓度为0.5mol/L–10mol/L的氢氟酸。

所述的酸液浸泡金属表面的时间，根据不同的金属/高分子组合与腐蚀性液体的选择，范围为5秒至20分钟不等。

所述的腐蚀性液体浸泡金属的方式是在超声波中浸泡，超声波的功率选择10W–200W之间。