一種液態(tài)金屬處理劑和復(fù)合體材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液態(tài)金屬處理劑，用于處理與塑料一體化形成復(fù)合體材料的液態(tài)金屬，包括按重量計以下配比的組分：水1000份；無機堿劑100-350份；有機堿劑70-200份；氯化鈉或氯化鉀45-90份。一種復(fù)合體材料的制備方法，包括以下步驟：a.使用所述液態(tài)金屬處理劑對液態(tài)金屬進行表面處理，使所述液態(tài)金屬的表面形成孔洞；b.對所述液態(tài)金屬進行注塑成型，以形成所述液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。經(jīng)過該處理劑處理后的液態(tài)金屬與塑料注塑結(jié)合效果好，不易發(fā)生結(jié)合部位的松動，保證電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的使用性能。
【專利說明】一種液態(tài)金屬處理劑和復(fù)合體材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液態(tài)金屬處理劑和復(fù)合體材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 液態(tài)金屬（又稱非晶材料）具有原子排列短程有序、長程無序、無晶界存在的獨特 微觀結(jié)構(gòu)，與相應(yīng)的晶體材料相比，液態(tài)金屬具有高強度、抗劃傷性好、外觀時尚、高光澤度 等優(yōu)異的性能。將液態(tài)金屬與塑料結(jié)合制備復(fù)合體材料，符合3C電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的使用要 求，具有很大的應(yīng)用潛力和市場發(fā)展前景。
[0003] 已有一種通過使用樹脂黏著劑實現(xiàn)液態(tài)金屬與基材結(jié)合以制備復(fù)合體材料的方 法。然而，使用這種黏結(jié)方式得到的復(fù)合體材料其自身的結(jié)合強度十分有限，同時，復(fù)合體 材料的強度對黏著劑的依賴程度大；另外，黏著劑在光、熱、水等環(huán)境因素的影響下容易發(fā) 生老化導(dǎo)致產(chǎn)品的結(jié)合部位出現(xiàn)斷裂，影響電子產(chǎn)品的使用性能。
[0004] 另有一種通過真空鍍膜的方法在液態(tài)金屬表面形成保護層以制備3C電子產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)件的方法。雖然，利用該法可以在一定程度上提高液態(tài)金屬的抗刮性；但是，由于真空鍍 膜設(shè)備十分昂貴，制造成本高，不適合用于規(guī)模化生產(chǎn)。
[0005] 以現(xiàn)有的具有蝕刻性的化學處理液處理所得到的液態(tài)金屬表面均勻度差，處理效 果較差，所得液態(tài)金屬基材與塑料結(jié)合強度低，而且處理的時間較長，難以滿足實際生產(chǎn)的 需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液態(tài)金屬處理劑和復(fù)合體 材料的制備方法，實現(xiàn)液體液態(tài)金屬與塑料高強結(jié)合。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種液態(tài)金屬處理劑，用于處理與塑料一體化形成復(fù)合體材料的液態(tài)金屬，包括 按重量計以下配比的組分：
[0009] 水 1000份； 無機堿劑 100-350份；
[0010] 有機堿劑 70-200份； 氯化鈉或氯化鉀45-90份。
[0011] 進一步地，所述無機堿劑為水溶性的堿或水解后呈堿性的無機鹽。
[0012] 所述無機堿劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉中的一種或 多種。
[0013] 所述有機堿劑為水合肼、乙二胺、丙二胺、苯胺、甲胺、乙胺、對苯二胺、苯基肼、咪 唑中的一種或多種或其有機衍生堿。
[0014] 一種復(fù)合體材料的制備方法，包括以下步驟：
[0015] a.使用所述液態(tài)金屬處理劑對液態(tài)金屬進行表面處理，使所述液態(tài)金屬的表面形 成孔洞；
[0016] b.對所述液態(tài)金屬進行注塑成型，以形成所述液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材 料。
[0017] 所述液態(tài)金屬為鋁基液態(tài)金屬或其合金。
[0018] 所述塑料為結(jié)晶型熱塑性塑料，包括聚對苯二甲酸丁二醇酯、尼龍、聚碳酸酯、聚 對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚樹脂以及芳香族聚酰胺樹脂中的一種或多種。優(yōu)選地，所述 塑料添加有質(zhì)量含量為25% -50 %的玻璃纖維。
[0019] 在步驟a之前，用表面除污劑對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面 的污跡，所述表面除污劑包含：35-80g/L的Κ0Η或Na0H、25-75g/L的K2C03、Na2C03或 NaHC03以及0. 2-2. Og/L的十二烷基苯磺酸鈉，除污溫度為45-75°C。
[0020] 步驟a中，液態(tài)金屬處理劑表面處理的處理溫度為60-85°C，處理時間為7-20min， 經(jīng)所述液態(tài)金屬處理劑表面處理的所述液態(tài)金屬形成孔徑10-160微米的不規(guī)則孔洞。
[0021] 步驟b中，在注塑成型模具內(nèi)設(shè)置冷卻系統(tǒng)以加速液態(tài)金屬在注塑成型后的冷 卻，優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)是循環(huán)冷卻水、液氮或液氦中的一種。
[0022] 本發(fā)明的有益效果：
[0023] 本發(fā)明的液態(tài)金屬處理劑可以有效改善液態(tài)金屬的表面處理效果，其中無機堿劑 與氯化鈉或氯化鉀主要使得液態(tài)金屬表面產(chǎn)生微米級不規(guī)則孔洞，而有機堿劑的加入，可 以改善液態(tài)金屬與處理劑液體之間的液相-固相接觸角，使得處理劑液體可以均勻地在液 態(tài)金屬表面鋪張，增加液態(tài)金屬與處理劑液體之間的接觸面積，使得處理劑液體進入微米 級孔洞內(nèi)繼續(xù)蝕刻液態(tài)金屬基材，增加孔洞內(nèi)部的深度。本發(fā)明處理效率高，工藝簡單，處 理成本經(jīng)濟，同時，經(jīng)處理的液態(tài)金屬表面與塑料的結(jié)合效果良好，不易發(fā)生結(jié)合部位的松 動，保證電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的使用性能。此外，經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后的液態(tài)金屬表面光 澤度保持良好，確保產(chǎn)品的整體具有良好外觀。本發(fā)明尤其適于鋁基液態(tài)金屬或其合金的 處理。

【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合對本發(fā)明的實施方式作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例 性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0025] 本發(fā)明的實施例所涉及的主要材料如下。
[0026] 液態(tài)金屬：通過銅模吸鑄法、噴槍法、液體急冷法、濺射法等工藝并且在模具內(nèi)成 型制備得到的形狀化液態(tài)金屬基材，例如鋁基液態(tài)金屬。
[0027] 塑料：優(yōu)選為結(jié)晶型熱塑性塑料，可以包括聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸 乙二醇酯、尼龍、聚碳酸酯、聚苯硫醚樹脂以及芳香族聚酰胺樹脂中的一種。在優(yōu)選實施例 中，以聚對苯二甲酸丁二醇酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚苯硫醚樹脂為主要成分，并優(yōu) 選添加有質(zhì)量含量為25% -50%的玻璃纖維作為輔助成分。
[0028] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料是與塑料通過注射成型技術(shù)一體化而得到的復(fù)合體材料。
[0029] 其中，液態(tài)金屬基材表面經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后產(chǎn)生微米級孔洞，十分有 利于塑料進入液態(tài)金屬孔洞內(nèi)并結(jié)合成型。在優(yōu)選實施例中，液態(tài)金屬表面的孔洞介于 10-160微米之間。注塑時模具內(nèi)部可通入氬氣作為保護氣體，以防止液態(tài)金屬在注塑時與 氧氣作用發(fā)生化學反應(yīng)，同時注塑時模具內(nèi)的溫度控制在125-140°C之間。另外，注塑成型 模具內(nèi)部優(yōu)選配置冷卻系統(tǒng)，有效地使得液態(tài)金屬在注塑成型后快速冷卻，避免其因受熱 時間長，熱量釋放緩慢而導(dǎo)致的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化。冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)可以是循環(huán) 冷卻水、液氮、液氦中的一種。
[0030] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料的制備方法及其所使用的液態(tài)金屬處理劑的具體實施例如 下。
[0031] 實施例一：
[0032] 液態(tài)金屬處理劑的配制
[0033] 在1000份的水中，添加有以下配比的組分：
[0034] 氫氧化鈉 345份
[0035] 水合肼 85份
[0036] 氯化鈉（或氯化鉀）67份。
[0037] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料的制備方法，具體步驟如下：
[0038] 1)提供形狀化的液態(tài)金屬基材，尤其是鋁基液態(tài)金屬。
[0039] 2)對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面的污跡；
[0040] 表面除污配方為：K0H65g/L，K2C0345g/L，十二烷基苯磺酸鈉1. 5g/L，除污溫度 60°C，除污時間根據(jù)具體的除污效果而定。
[0041] 3)對經(jīng)過除污處理的液態(tài)金屬基材放入上述的液態(tài)金屬處理劑中進行液態(tài)金屬 表面處理，處理溫度75°C，處理時間為lOmin，以形成平均孔徑10-120微米的不規(guī)則孔洞。
[0042] 4)將經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后的、表面具有10-120微米不規(guī)則孔洞的液態(tài)金 屬放入配置有冷卻系統(tǒng)的一體化注塑成型模具內(nèi)，然后對該液態(tài)金屬基材具有孔洞的表面 進行注射塑料，得到液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。注塑時模具內(nèi)部可通入氬氣作 為保護氣體，以防止液態(tài)金屬在注塑時與氧氣作用發(fā)生化學反應(yīng)，同時注塑時模具內(nèi)的溫 度控制在125-140°C之間。另外，注塑成型模具內(nèi)部所配置的快速冷卻系統(tǒng)，可以有效地使 得液態(tài)金屬在注塑成型后可以快速冷卻，避免其因受熱時間長，熱量釋放緩慢而導(dǎo)致的內(nèi) 部微觀結(jié)構(gòu)變化。冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)可以是循環(huán)冷卻水、液氮、液氦中的一種。
[0043] 結(jié)合強度測試：對上述方式所得到的液態(tài)金屬與塑料復(fù)合體材料用電子萬能材料 試驗機進行抗拉強度測試，該復(fù)合體材料的平均抗拉強度達到17. 7MPa。
[0044] 實施例二：
[0045] 液態(tài)金屬處理劑的配制
[0046] 在1000份的水中，添加有以下配比的組分：
[0047] 氫氧化鈉 102份
[0048] 乙二胺100份+水合肼35份
[0049] 氯化鈉（或氯化鉀）55份。
[0050] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料的制備方法，具體步驟如下：
[0051] 1)提供形狀化的液態(tài)金屬基材，尤其是鋁基液態(tài)金屬。
[0052] 2)對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面的污跡；
[0053] 表面除污配方為：K0H70g/L，K2C0348g/L，十二烷基苯磺酸鈉1. 5g/L，除污溫度 60°C，除污時間根據(jù)具體的除污效果而定。
[0054] 3)對經(jīng)過除污處理的液態(tài)金屬基材放入上述的液態(tài)金屬處理劑中進行液態(tài)金屬 表面處理，處理溫度55°C，處理時間為lOmin，以形成平均孔徑25-135微米的不規(guī)則孔洞。
[0055] 4)將經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后的、表面具有25-135微米不規(guī)則孔洞的液態(tài)金 屬放入配置有快速冷卻系統(tǒng)的一體化注塑成型模具內(nèi)，然后對該液態(tài)金屬基材具有孔洞的 表面進行注射塑料，得到液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。注塑時模具內(nèi)部可通入氬 氣作為保護氣體，以防止液態(tài)金屬在注塑時與氧氣作用發(fā)生化學反應(yīng)，同時注塑時模具內(nèi) 的溫度控制在125-140°C之間。另外，注塑成型模具內(nèi)部所配置的快速冷卻系統(tǒng)，可以有效 地使得液態(tài)金屬在注塑成型后可以快速冷卻，避免其因受熱時間長，熱量釋放緩慢而導(dǎo)致 的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化。冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)可以是循環(huán)冷卻水、液氮、液氦中的一種。
[0056] 結(jié)合強度測試：對上述方式所得到的液態(tài)金屬與塑料復(fù)合體材料用電子萬能材料 試驗機進行抗拉強度測試，該復(fù)合體材料的平均抗拉強度達到17. 5MPa。
[0057] 實施例三：
[0058] 液態(tài)金屬處理劑的配制
[0059] 在1000份的水中，添加有以下配比的組分：
[0060] 氫氧化鉀180份+氨水40份
[0061] 乙二胺 72份
[0062] 氯化鈉（或氯化鉀）80份。
[0063] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料的制備方法，具體步驟如下：
[0064] 1)提供形狀化的液態(tài)金屬基材，尤其是鋁基液態(tài)金屬。
[0065] 2)對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面的污跡；
[0066] 表面除污配方為：K0H75g/L，Na2C0360g/L，十二烷基苯磺酸鈉1. 5g/L，除污溫度 65°C，除污時間根據(jù)具體的除污效果而定。
[0067] 3)對經(jīng)過除污處理的液態(tài)金屬基材放入上述的液態(tài)金屬處理劑中進行液態(tài)金屬 表面處理，處理溫度80°C，處理時間為lOmin，以形成平均孔徑15-145微米的不規(guī)則孔洞。
[0068] 4)將經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后的、表面具有15-145微米不規(guī)則孔洞的液態(tài)金 屬放入配置有快速冷卻系統(tǒng)的一體化注塑成型模具內(nèi)，然后對該液態(tài)金屬基材具有孔洞的 表面進行注射塑料，得到液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。注塑時模具內(nèi)部可通入氬 氣作為保護氣體，以防止液態(tài)金屬在注塑時與氧氣作用發(fā)生化學反應(yīng)，同時注塑時模具內(nèi) 的溫度控制在125-140°C之間。另外，注塑成型模具內(nèi)部所配置的快速冷卻系統(tǒng)，可以有效 地使得液態(tài)金屬在注塑成型后可以快速冷卻，避免其因受熱時間長，熱量釋放緩慢而導(dǎo)致 的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化。冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)可以是循環(huán)冷卻水、液氮、液氦中的一種。 [0069] 6)結(jié)合強度測試：對上述方式所得到的液態(tài)金屬與塑料復(fù)合體材料用電子萬能 材料試驗機進行抗拉強度測試,該復(fù)合體材料的平均抗拉強度達到18. 4MPa。
[0070] 實施例四：
[0071] 液態(tài)金屬處理劑的配制
[0072] 在1000份的水中，添加有以下的配比的組分：
[0073] 氫氧化鉀120份，
[0074] 對苯二胺128份+乙二胺70份，
[0075] 氯化鈉（氯化鉀）80份。
[0076] 液態(tài)金屬復(fù)合體材料的制備方法，具體步驟如下：
[0077] 1)提供形狀化的液態(tài)金屬基材，尤其是鋁基液態(tài)金屬。
[0078] 2)對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面的污跡；
[0079] 表面除污配方為：K0H50g/L，K2C0375g/L，十二烷基苯磺酸鈉2. Og/L，除污溫度 75°C，除污時間根據(jù)具體的除污效果而定。
[0080] 3)對經(jīng)過除污處理的液態(tài)金屬基材放入上述的液態(tài)金屬處理劑中進行液態(tài)金屬 表面處理，處理溫度75°C，處理時間為lOmin，以形成平均孔徑15-105微米的不規(guī)則孔洞。
[0081] 4)將經(jīng)過液態(tài)金屬處理劑處理后的、表面具有15-105微米不規(guī)則孔洞的液態(tài)金 屬放入配置有快速冷卻系統(tǒng)的一體化注塑成型模具內(nèi)，然后對該液態(tài)金屬基材具有孔洞的 表面進行注射塑料，得到液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。注塑時模具內(nèi)部可通入氬 氣作為保護氣體，以防止液態(tài)金屬在注塑時與氧氣作用發(fā)生化學反應(yīng)，同時注塑時模具內(nèi) 的溫度控制在125-140°C之間。另外，注塑成型模具內(nèi)部所配置的快速冷卻系統(tǒng)，可以有效 地使得液態(tài)金屬在注塑成型后可以快速冷卻，避免其因受熱時間長，熱量釋放緩慢而導(dǎo)致 的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化。冷卻系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)可以是循環(huán)冷卻水、液氮、液氦中的一種。 [0082] 結(jié)合強度測試：對上述方式所得到的液態(tài)金屬與塑料復(fù)合體材料用電子萬能材料 試驗機進行抗拉強度測試，該復(fù)合體材料的平均抗拉強度達到17. 9MPa。
[0083] 此外，發(fā)明人還測試了以多種其他常規(guī)的化學蝕刻處理劑對液態(tài)金屬進行處理后 制備的液態(tài)金屬復(fù)合體材料。對比例制備的復(fù)合體材料與經(jīng)上述實施例所制備的復(fù)合體材 料的平均拉伸強度測試數(shù)據(jù)對比如下表1。
[0084] 表1平均拉伸強度測試數(shù)據(jù)對比
[0085]

【權(quán)利要求】
1. 一種液態(tài)金屬處理劑，用于處理與塑料一體化形成復(fù)合體材料的液態(tài)金屬，其特征 在于，包括按重量計以下配比的組分： 水 1000份； 無機堿劑 100-350份; 有機堿劑 70-200份； 氯化鈉或氯化鉀45-90份。
2. 如權(quán)利要求1所述的液態(tài)金屬處理劑，其特征在于，所述無機堿劑為水溶性的堿或 水解后呈堿性的無機鹽。
3. 如權(quán)利要求2所述的液態(tài)金屬處理劑，其特征在于，所述無機堿劑為氫氧化鈉、氫氧 化鉀、氨水、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉中的一種或多種。
4. 如權(quán)利要求1所述的液態(tài)金屬處理劑，其特征在于，所述有機堿劑為水合肼、乙二 胺、丙二胺、苯胺、甲胺、乙胺、對苯二胺、苯基肼、咪唑中的一種或多種或其有機衍生堿。
5. -種復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： a. 使用權(quán)利要求1至4任一項所述的液態(tài)金屬處理劑對液態(tài)金屬進行表面處理，使所 述液態(tài)金屬的表面形成孔洞； b. 對所述液態(tài)金屬進行注塑成型，以形成所述液態(tài)金屬與塑料一體化的復(fù)合體材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬為鋁基液 態(tài)金屬或其合金。
7. 如權(quán)利要求5所述的復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，所述塑料為結(jié)晶型 熱塑性塑料，包括聚對苯二甲酸丁二醇酯、尼龍、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯 硫醚樹脂以及芳香族聚酰胺樹脂中的一種或多種，優(yōu)選地，所述塑料添加有質(zhì)量含量為 25% -50 %的玻璃纖維。
8. 如權(quán)利要求5至7任一項所述的復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，在步驟a之 前，用表面除污劑對液態(tài)金屬基材進行表面除污處理，以清除其表面的污跡，所述表面除污 劑包含：35-80g/L 的 KOH 或 NaOH、25-75g/L 的 K2C03、Na2C03 或 NaHC03 以及 0· 2-2. Og/L 的十二烷基苯磺酸鈉，除污溫度為45-75°C。
9. 如權(quán)利要求5至7任一項所述的復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，步驟a中，液 態(tài)金屬處理劑表面處理的處理溫度為60-85°C，處理時間為7-20min，經(jīng)所述液態(tài)金屬處理 劑表面處理的所述液態(tài)金屬形成孔徑10-160微米的不規(guī)則孔洞。
10. 如權(quán)利要求5至9任一項所述的復(fù)合體材料的制備方法，其特征在于，步驟b中， 在注塑成型模具內(nèi)設(shè)置冷卻系統(tǒng)以加速液態(tài)金屬在注塑成型后的冷卻，優(yōu)選地，所述冷卻 系統(tǒng)所用的冷卻介質(zhì)是循環(huán)冷卻水、液氮或液氦中的一種。
【文檔編號】C23F1/36GK104060268SQ201410245803
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】鄧崇浩, 王長明, 謝守德 申請人:東莞勁勝精密組件股份有限公司, 東莞華晶粉末冶金有限公司