專利名稱：鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金部件與樹脂部件呈現(xiàn)高接合強(qiáng)度的激光接合方法。
背景技術(shù)：
將不同材質(zhì)的鋁合金部件和合成樹脂一體化的鋁-樹脂復(fù)合材料廣泛用于汽車、家用電器、工業(yè)設(shè)備等廣泛的領(lǐng)域。目前，這樣的鋁-樹脂復(fù)合材料使用在粘結(jié)劑存在的情況下壓接鋁合金部件和樹脂部件得到的鋁-樹脂復(fù)合材料。但是，最近，有人提出在不存在粘結(jié)劑的情況下將高強(qiáng)度的工程樹脂一體化的方法。例如，專利文獻(xiàn)I中，通過在金屬材料和樹脂材料的接合方法中使用激光光源，在金屬材料和樹脂材料接合的狀態(tài)下將結(jié)合部加熱到接合部的樹脂材料中產(chǎn)生氣泡的溫度，由此進(jìn)行接合的金屬樹脂接合方法。 從獲得金屬材料和樹脂部件一體化接合的復(fù)合材料的觀點，上述接合方法是有用的技術(shù)，但是，若要將這樣的復(fù)合材料應(yīng)用到要求強(qiáng)力的粘結(jié)力(固著力)和剛性的機(jī)械結(jié)構(gòu)物的話，尚不充分。因此，尋求以強(qiáng)力的粘結(jié)力使作為樹脂部件的高強(qiáng)度材料粘結(jié)而得到的鋁-樹脂
復(fù)合體。例如，專利文獻(xiàn)2，3中提出了滿足上述要求的鋁-樹脂復(fù)合體的制造方法。專利文獻(xiàn)2中提出了由經(jīng)過在選自氨、肼和水溶性胺化合物中的一種以上水溶液中浸潰的工序并在電子顯微鏡下觀察，表面被數(shù)均內(nèi)徑10 SOnm的凹部覆蓋的鋁合金部件、和通過注塑成型固著在上述鋁合金部件的上述表面上、主成分為聚酰胺樹脂、從成分為耐沖擊性改良材料的樹脂成分組成的熱塑性合成樹脂組合物部件構(gòu)成的金屬樹脂復(fù)合體。所述復(fù)合體是通過作成用超微細(xì)的凹部、孔的開口部覆蓋鋁合金部件表面的形狀來強(qiáng)固地粘結(jié)聚酰胺類樹脂組成。專利文獻(xiàn)3中提出了一種熱塑性樹脂材料和金屬材料的接合方法，其特征在于，在熱塑性樹脂材料與金屬材料的接合中，使和熱塑性樹脂材料具有相溶性的熱塑性膜存在于接合的界面上，通過照射激光使金屬材料發(fā)熱，將膜熔融，從而熔接。所述接合方法通過預(yù)先使熱塑性膜介于熱塑性樹脂材料和金屬材料的界面，緩和接合時生成的應(yīng)力，由此維持高接合強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :國際公開W02007/029440號公報專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2007-182071號公報專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2009-39987號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
但是，上述專利文獻(xiàn)2、3中提出的復(fù)合體也無法發(fā)揮能夠耐受作為機(jī)械結(jié)構(gòu)物使用那樣程度的粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明是為了解決這樣的技術(shù)問題而提出的發(fā)明，目的是提供鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，該方法通過將表面形狀復(fù)雜化的鋁合金用作為鋁合金部件，從而提高了與樹脂部件的接合強(qiáng)度。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法為了達(dá)到上述目的，其特征在于，對被接合鋁合金部件實施蝕刻處理在其表面形成具有凹凸的凹凸部后，使該鋁合金部件的一個面和樹脂部件重合，然后，在上述鋁合金部件的另一個面上照射激光使與鋁合金部件相接的樹脂部件軟化，用該樹脂填充上述凹凸部。
優(yōu)選在蝕刻處理前對鋁合金部件進(jìn)行噴砂處理。作為被接合鋁合金部件，可以使用由于通過上述蝕刻處理、或噴砂處理與蝕刻處理得到的凹凸部而形成多個凹狀部的鋁合金部件，優(yōu)選上述凹狀部的開口寬度的尺寸在O. Ιμ 以上30μπ 以下，同時深度的尺寸在O. Ιμ 以上ΙΟΟμπ 以下。這里，上述開口寬度是在該鋁合金部件的厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上通過掃描型電子顯微鏡觀察測定的值。此外，實施上述蝕刻處理、或噴砂處理與蝕刻處理的鋁合金部件優(yōu)選使用在部分或全部表面具有多個在內(nèi)表面上具有多個由共晶娃晶構(gòu)成的的凸部的開口寬度為O. I μ m以上30 μ m以下的凹狀部的Al-Si類鋁合金部件，所述由共晶硅晶構(gòu)成的凸部以當(dāng)量球徑計其尺寸為O. I μ m以上10 μ m以下。即，優(yōu)選使用這樣的鋁合金部件被接合鋁合金部件由Al-Si類鋁合金部件構(gòu)成，由于通過上述蝕刻處理、或噴砂處理與蝕刻處理形成的凹凸部，在被接合鋁合金部件的部分或全部表面形成多個內(nèi)表面具有由上述共晶硅晶構(gòu)成的凸部的凹狀部。這里，上述開口寬度是在該鋁合金部件的厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上通過掃描型電子顯微鏡觀察測定的值。較好是，上述由共晶硅晶構(gòu)成的凸部以O(shè). 001g/m2以上lg/m2以下的量突出或析出于上述凹狀部內(nèi)表面，且同時也存在多個不具有上述共晶硅晶的凸部、開口寬度為O. Ιμπι以上30 μ m以下的凹狀部。對被接合鋁合金部件實施蝕刻處理時，優(yōu)選使用在以O(shè). lg/L以上300g/L以下的濃度范圍內(nèi)含有鹵素離子的酸濃度為O. I重量％以上80重量％以下的酸水溶液中添加水溶性無機(jī)鹵化物配制而成的溶液作為蝕刻液。進(jìn)而，蝕刻處理前實施的噴砂處理優(yōu)選通過空氣嘴方式實施。從得到高接合強(qiáng)度的接合體的觀點，激光照射前實施的蝕刻處理、或噴砂處理與蝕刻處理僅在被接合鋁合金部件的與樹脂部件的接合面上實施就足夠了，也可以全面實施。發(fā)明的效果通過本發(fā)明的方法，在用于制造鋁-樹脂復(fù)合材料的鋁合金部件表面預(yù)先賦予復(fù)雜化的凹凸形狀。因此，例如用激光接合法在其表面接合樹脂部件時，由于上述復(fù)雜化的凹凸形狀，錨固效果有效作用，容易得到接合強(qiáng)度高的鋁-樹脂復(fù)合體。
而且，本發(fā)明方法中，作為鋁合金素材，不僅可以使用一般的Al合金還可以使用Al-Si類的鑄造合金，因此，可以低價制造形狀自由度高的復(fù)合體。此外，這樣制造的鋁一樹脂復(fù)合體，鋁合金部件和樹脂成形體之間的界面(鋁一樹脂界面)的密合強(qiáng)度和氣密性極高，且即使暴露于嚴(yán)酷的環(huán)境下，也可保持其優(yōu)良的密合強(qiáng)度和氣密性，可長期維持高可靠性。因此，通過本發(fā)明的方法得到的高接合強(qiáng)度鋁-樹脂復(fù)合體可以適用于以例如汽車用各種傳感器部件、家用電器用各種開關(guān)部件、各種工業(yè)設(shè)備用電容器部件等為代表的廣泛領(lǐng)域中的金屬-樹脂一體化成形部件，適用于要求高接合強(qiáng)度的金屬-樹脂一體化成形部件。


圖I說明Al-Si類合金鑄造物的凝固組織的模式圖。圖2說明Al-Si類合金鑄造物蝕刻后的截面組織的模式圖。圖3用掃描型電子顯微鏡觀察到的Al-Si類合金鑄造物的蝕刻表面的畫面。圖4說明在鋁合金部件表面形成的凹部的開口寬度的測定方法的圖。圖5在鋁合金部件的表面形成的凹部的截面示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人針對采用了上述專利文獻(xiàn)1、3中提出的激光接合方法的鋁-樹脂復(fù)合體的制造方法不能獲得充分的接合強(qiáng)度的原因以及對策，反復(fù)進(jìn)行深入研究。假定在該過程中軟化的樹脂部件和鋁表面的凹凸部的嚙合不充分，為了提高在制造鋁-樹脂復(fù)合體時與復(fù)合化的樹脂部件的接合性，研究了鋁合金部件的表面形狀的改善策略。為了提高與樹脂部件的接合性，在鋁合金部件的表面形成錨固效果高的凹凸部是有效的。但是，對于金屬組成范圍廣、金屬組織復(fù)雜的Al鑄造用合金，用一般的蝕刻處理難以發(fā)揮錨固效果。因此，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過在Al-Si類鑄造用合金中也實施有效的蝕刻處理，能夠在其表面形成錨固效果高的凹凸。以下詳細(xì)說明。首先，說明在Al-Si類合金部件表面易于形成復(fù)雜化的凹凸部的基本原理。使實際中被大量使用的具有亞共晶-共晶附近組成的Al-Si類合金的融水在鑄模內(nèi)凝固時，如圖I所示，成為薄片狀的Al-Si共晶部(2)埋在初晶α-Α1(1)之間的狀態(tài)。此外，Al-Si共晶部(2)成為由共晶α-Α1(3)和共晶Si (4)構(gòu)成的形態(tài)。若用鹽酸等酸液化學(xué)蝕刻具有這樣的金屬組織的Al-Si類合金部件，Al-Si共晶部的共晶α-Α1(3)被選擇性溶解。這是因為共晶α-Al的Al純度比初晶α-Al (I)低。結(jié)果，在埋在初晶α -Al (I)之間的薄片狀共晶部中，只有共晶Si⑷殘存，成為凹部的初晶α -Al之間的空隙部(5)中殘存的Si突出于上述凹部壁的狀態(tài)(參考圖2)。圖3是表示用掃描型電子顯微鏡觀察后述實施例中使用的試樣的表面的結(jié)果的圖?？芍猄i晶在初晶Ci-Al(I)之間形成的凹狀部的內(nèi)部突出，形成凸部。
對于Al-Si類Al合金的本發(fā)明方法中，使在初晶α -Al之間的、殘存Si突出壁面的凹狀部發(fā)揮通過激光照射接合樹脂部件時的錨固功能。為了有效體現(xiàn)上述錨固效果，將形成的凹狀部變細(xì)、突出的Si晶形成的凸部變細(xì)且變多是有效的，調(diào)整化學(xué)蝕刻條件是必要的。關(guān)于優(yōu)選的蝕刻條件將在后面記載。尤其是，為了在Al-Si類合金即Al鑄造用合金中將突出的Si晶形成的凸部變細(xì)且變多，理想的是進(jìn)行噴砂處理作為蝕刻處理前的前處理。特別優(yōu)選空氣嘴式的噴砂作為噴砂的方式。在蝕刻處理前推薦進(jìn)行噴砂處理的理由例舉如下。金屬組織復(fù)雜的Al-Si類的Al鑄造用合金在不進(jìn)行噴砂處理的情況下，有時可能會產(chǎn)生蝕刻的不均，難以進(jìn)行均勻的蝕刻處理。噴砂處理中，由于噴射介質(zhì)('> 3 卜^ r ^ 7 )的沖擊，在金屬表面反復(fù)急熱、急冷，表面組織微細(xì)化、均勻化。因此，通過在噴砂處理后進(jìn)行蝕刻處理可以均勻地處 理。此外，由于噴砂處理后的鋁表面被粗面化，因此，通過在其后實施形成凹部結(jié)構(gòu)的蝕刻處理，有望提高雙重粗面化結(jié)構(gòu)帶來的樹脂接合性。特別優(yōu)選空氣嘴式作為噴砂處理方式的理由可以例舉例如，與噴射式相比，介質(zhì)的噴射壓力高，例如，與噴射壓力低的噴射式噴砂相比，可以使介質(zhì)以更強(qiáng)的壓力沖擊表面，因此，結(jié)果是能夠在均勻的蝕刻處理形成所希望的表面組織。還有，通過組合蝕刻處理能夠形成對樹脂接合性有效的雙重粗面化結(jié)構(gòu)。另一方面，不進(jìn)行噴砂處理作為前處理時，理想的是在蝕刻處理后進(jìn)行超聲波處理。如上記載，特別是在初期的蝕刻行為中產(chǎn)生蝕刻不均。為了防止這個問題，有必要提高蝕刻時的浴溫，或者延長浸潰時間來增大蝕刻處理引起的溶解量，此時，隨著鋁溶解量的增力口，產(chǎn)生共晶硅晶堆積在最外表面的問題。由于共晶硅晶的堆積層是多孔結(jié)構(gòu)，因此樹脂容易進(jìn)入，另一方面，由于與Al-Si類的Al合金之間的密合性非常小，難以獲得接合強(qiáng)度。通過在蝕刻處理后進(jìn)行超聲波處理，可以選擇性地除去存在于最表層的堆積共晶硅晶，只讓有助于樹脂接合性的表面凹部內(nèi)的共晶硅晶殘存。對Al-Si類的Al鑄造用合金中有效發(fā)揮錨固功能的凸部的尺寸、分布狀態(tài)進(jìn)行說明。用掃描型電子顯微鏡(日立制FE-SEM、S-4500型)觀察鋁合金部件的表面結(jié)構(gòu)時，由共晶硅晶構(gòu)成的凸部的尺寸以當(dāng)量球徑計優(yōu)選O. Ιμπι以上10 μ m以下。如果硅晶尺寸不足O. Ιμπι以下，由共晶硅晶構(gòu)成的凸部本身容易折斷，有時不能發(fā)揮錨固作用。另一方面，SP使硅晶尺寸超過 ο μ m，尺寸過大有時不能發(fā)揮錨固效果。此外，殘存Si在壁面上突出的凹狀部在鋁合金部件的厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上用掃描型電子顯微鏡觀察測定的開口寬度的尺寸為O. Ιμπι以上30 μπι以下，優(yōu)選0.5 μπι以上20 μ m以下，更優(yōu)選I μ m以上10 μ m以下，從頂部線到底部線的深度尺寸為O. I μ m以上100 μ m以下，優(yōu)選O. 5μπι以上50 μ m以下。該凹狀部的開口寬度如果小于O. I μ m，則樹脂接合時熔融樹脂難以進(jìn)入，鋁合金部件和樹脂部件的界面上產(chǎn)生微小的空隙，難以獲得優(yōu)良的密合強(qiáng)度和氣密性；反之，如果大于30 μ m，則在鋁成形體的表面處理(蝕刻處理)時，溶解反應(yīng)過度進(jìn)行，產(chǎn)生材料表面的缺陷或材料的板厚減少量增大的問題，產(chǎn)生材料強(qiáng)度不足的產(chǎn)品，造成生產(chǎn)率降低。此外，深度如果小于O. I μ m，則難以獲得足夠的樹脂成形體的嵌入部；反之，如果大于100 μ m，則在鋁成形體的表面處理(蝕刻處理)時，溶解反應(yīng)過度進(jìn)行，產(chǎn)生材料表面的缺陷或材料的板厚減少量增大的問題。本發(fā)明中，關(guān)于Al-Si類Al合金的殘存Si突出于在壁面上的多個凹狀部的密度，每O. Imm見方開口寬度O. 5μπι以上20μπι以下以及深度O. 5μπι以上20μπι以下的范圍內(nèi)的一種或2種以上的尺寸的凹狀部存在5個以上、200個以下。還有，通過能量分散型X射線分析裝置(堀場制作所制ΕΜΑΧ-7000)的分布分析對上述Al-Si類鋁合金部件的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅元素及鋁元素分析時，優(yōu)選令只有存在于共晶部分的Si分布的部位占5%以上80%以下。若Si分布部位不足5%，有時體現(xiàn)不出有效的錨固效果。反之，若超過80%，則形成凹狀部壁面的初晶α-Al的溶解不容忽視，上述壁面溶解，成為Si晶堆積在凹狀部內(nèi)的狀態(tài)，有時對樹脂成分的錨固效果不起作用。關(guān)于由共晶硅晶構(gòu)成的凸部的突出量，優(yōu)選在上述凹狀部內(nèi)表面以O(shè). 001以上lg/m2以下的量突出或析出。如果不足O. 001g/m2，有時難以體現(xiàn)有效的錨固效果。反之，若超過lg/m2，則形成凹狀部壁面的初晶α -Al的溶解不容忽視，上述壁面溶解，成為Si晶堆 積在凹狀部內(nèi)的狀態(tài)，有時對樹脂成分的錨固效果不起作用。凸部的突出量是使用刷子刷掉在Al-Si類鋁合金部件表面上形成的Si晶后，用重量法測定使用O. I μ m PC濾膜采集的晶體粒子得到的值。這里，與由上述共晶α -Al的選擇溶解形成的具有共晶硅晶的突出部的凹狀部一起有效發(fā)揮錨固效果的初晶α-Al中形成的凹狀部進(jìn)行說明。如圖4所示，由鋁合金部件的表面凹凸部形成的多個凹狀部在鋁合金部件的厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上通過掃描型電子顯微鏡觀察測定。其開口寬度的尺寸為O. I μ m以上30 μ m以下，優(yōu)選O. 5 μ m以上20 μ m以下，更優(yōu)選I μ m以上10 μ m以下，從頂部線到底部線的深度尺寸為O. I μ m以上100 μ m以下，優(yōu)選O. 5μπι以上50 μ m以下。該凹狀部的開口寬度如果小于O. I μ m，則樹脂接合時熔融樹脂難以進(jìn)入，鋁合金部件和樹脂成形體的界面上產(chǎn)生微小的空隙，難以獲得優(yōu)良的密合強(qiáng)度和氣密性；反之，如果大于30 μ m，則在鋁成形體的表面處理(蝕刻處理)時，溶解反應(yīng)過度進(jìn)行，產(chǎn)生材料表面的缺陷或材料的板厚減少量增大的問題，產(chǎn)生材料強(qiáng)度不足的產(chǎn)品，造成生產(chǎn)率降低。此夕卜，深度如果小于O. I μ m，則難以獲得足夠的樹脂成形體的嵌入部；反之，如果大于30 μ m,則在鋁成形體的表面處理(蝕刻處理)時，溶解反應(yīng)過度進(jìn)行，產(chǎn)生材料表面的缺陷或材料的板厚減少量增大的問題。本發(fā)明中，關(guān)于因鋁合金部件表面的凹凸部形成的多個凹狀部的密度，每O. Imm見方開口寬度尺寸為O. 5μπι以上20μπι以下以及深度O. 5μπι以上20μπι以下范圍內(nèi)的I種或2種以上的凹狀部存在5個以上、200個以下。如圖5所示，鋁合金部件的多個凹狀部可以是具有從開口緣部的一部分朝開口寬度方向中心以雪檐狀突出的突出部的凹狀部(參考圖5( a))，或是具有從整個開口緣部朝向開口寬度方向中心以雪檐狀突出的突出部的凹狀部(參考圖5(b))，優(yōu)選為內(nèi)部還形成凹狀部的具有雙重凹狀部結(jié)構(gòu)的凹狀部(參考圖5 (C))或內(nèi)部壁面上形成內(nèi)部突起部的具有內(nèi)部凹凸結(jié)構(gòu)的凹狀部(參考圖5 (d))。還有，這些雙重凹狀部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部凹凸結(jié)構(gòu)可以并存。鋁合金部件的多個凹狀部的部分或全部中，通過存在這樣的雙重凹狀部結(jié)構(gòu)或內(nèi)部凹凸結(jié)構(gòu)，鋁合金部件的凹狀部和樹脂成形體的嵌入部彼此更牢固地結(jié)合，可發(fā)揮鋁合金部件和樹脂成形體之間的更優(yōu)良的密合強(qiáng)度和氣密性。接著，對在鋁合金部件的樹脂接合表面上形成希望的凹凸部的方法進(jìn)行說明。具體可以例舉，將鋁合金部件浸潰在由鹽酸、磷酸、硫酸、醋酸、草酸、抗壞血酸、苯甲酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、乳酸、異丁酸、蘋果酸、丙酸、酒石酸等酸溶液中構(gòu)成的蝕刻液中，在該鋁合金部件表面形成規(guī)定的凹凸部的蝕刻處理方法。出于這個目的使用的蝕刻液中的酸溶液可以例舉，酸濃度O. I重量％以上80重量％以下、優(yōu)選10重量％以上50重量％以下的鹽酸溶液、磷酸溶液、稀硫酸溶液、醋酸溶液等，酸濃度O. I重量％以上30重量％以下、優(yōu)選10重量％以上20重量％以下的草酸溶液
坐寸ο此外，Al鑄造用合金中，出于更好地促進(jìn)共晶α -Al的溶解的目的，可以在這些酸溶液中添加鹵化物。鹵化物可以例舉例如氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鋁等氯化物或氟化鈣等氟化物，以及溴化鉀等溴化物等?？紤]到安全性等，優(yōu)選氯化物，更優(yōu)選蝕刻液中的鹵離子濃度為O. I克/升(g/L)以上300g/L以下,進(jìn)一步優(yōu)選lg/L以上100g/L以下。如果不足O. lg/L,鹵離子的效果小，因此難以引起共晶α-Al的溶解，有時出現(xiàn)不能形成具有Si晶突出部的凹狀部的問題，超過300g/L時，鋁成形體表面處理(蝕刻處理)時，溶解反應(yīng)劇烈進(jìn)行，因此存在難以控制通過共晶α-Al的選擇溶解形成的凹狀部以及Si晶的突出部的問題。本發(fā)明中，作為用于在鋁合金部件表面形成所希望的凹狀部的蝕刻液，硝酸和濃度高于80重量％的濃硫酸等氧化能力較強(qiáng)的酸溶液以及氫氧化鈉和氫氧化鉀等堿溶液是不合適的。對于鋁合金而言，濃硫酸等氧化能力較強(qiáng)的酸溶液具有膜生成能力，反而會在鋁成形體表面形成牢固的氧化膜，氧化膜難以溶解。本發(fā)明中，關(guān)于使用上述蝕刻液對鋁合金部件的表面進(jìn)行蝕刻處理時的處理條件，根據(jù)使用的蝕刻液的種類、酸濃度、鹵離子濃度等、要在鋁合金部件上形成的多個凹狀部的數(shù)目和尺寸等有所不同。通常，為鹽酸溶液時，浴溫20°C以上80°C以下、浸潰時間I分鐘以上40分鐘以下，為磷酸溶液時，浴溫20°C以上60°C以下、浸潰時間I分鐘以上60分鐘以下，為硫酸溶液時，浴溫20°C以上70°C以下、浸潰時間I分鐘以上50分鐘以下，為硝酸水溶液時，浴溫20°C以上60°C以下、浸潰時間I分鐘以上20分鐘以下，為草酸溶液時，浴溫20°C以上50°C以下、浸潰時間I分鐘以上20分鐘以下，為醋酸時，浴溫20°C以上80°C以下、浸潰時間I分鐘以上30分鐘以下，分別在上述范圍內(nèi)即可。使用的蝕刻液的酸濃度和浴溫越高，蝕刻處理的效果越顯著，能夠短時間處理，但，浴溫如果不足20°C，則溶解速度變慢，因此生產(chǎn)率變差，此外，在超過80°C的浴溫下，溶解反應(yīng)劇烈進(jìn)行，難以控制。關(guān)于浸潰時間，不足I分鐘的話，難以控制溶解，反之，在超過60分鐘的浸潰時間下，會造成生產(chǎn)率下降。本發(fā)明中，在如上所述對鋁合金材料實施蝕刻處理而形成具有凹狀部的鋁合金部件時，為了進(jìn)行脫脂和表面調(diào)整、除去表面附著物、污染物等，可根據(jù)需要對該蝕刻處理前的鋁合金材料的表面實施由采用酸溶液的酸處理和/或采用堿溶液的堿處理構(gòu)成的預(yù)處理。這里，作為該預(yù)處理中所用的酸溶液，可使用例如用市售的酸性脫脂劑調(diào)制的酸溶液或者用硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸等無機(jī)酸或乙酸、檸檬酸等有機(jī)酸或?qū)⑦@些酸混合而得的混合酸等酸試劑調(diào)制的酸溶液等；作為堿溶液，可使用例如用市售的堿性脫脂劑調(diào)制的堿溶液、用苛性鈉等堿試劑調(diào)制的堿溶液或者將其混合而調(diào)制成的堿溶液等。使用上述酸溶液和/或堿溶液進(jìn)行的預(yù)處理的操作方法和處理條件可以與以往用這種酸溶液或堿溶液進(jìn)行的預(yù)處理的操作方法和處理條件相同，可通過例如浸潰法、噴霧法等方法進(jìn)行。另外，在對鋁合金材料的表面實施了上述預(yù)處理后或?qū)嵤┝擞糜谛纬砂紶畈康奈g刻處理后，也可根據(jù)需要實施水洗處理，該水洗處理可使用工業(yè)用水、地下水、自來水、離子交換水等，可根據(jù)所制造的鋁合金部件適當(dāng)選擇。還可根據(jù)需要對經(jīng)過預(yù)處理或蝕刻處理的鋁合金材料進(jìn)行干燥處理，該干燥處理可以是放置于室溫的自然干燥，也可以是用鼓風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)、烘箱等進(jìn)行的強(qiáng)制干燥。實施例
接著，實際介紹將樹脂部件接合在實施了表面處理的鋁合金部件上的例子。試驗中，使用i)厚度2mm、寬度50mm、長度IOOmm的JIS ADC12合金板和ii )厚度2mm、寬度50mm、長度IOOmm的A5052合金板這2種作為鋁合金部件，使用厚度10mm、寬度50mm、長度IOOmm的PBT (聚對苯二甲酸丁二醇酯)作為樹脂部件。JIS ADC12合金板通過鑄模澆鑄法制作。此外，A5052合金板是A5052-H34。為了調(diào)查表面狀態(tài)對接合強(qiáng)度的影響，分別改變每個鋁合金部件的表面處理方法，準(zhǔn)備5種試驗材料。5種試驗材料的制造方法將在后文進(jìn)行描述。接著，按照后述的方法觀察實施了表面處理的試驗材料的表面狀態(tài)。結(jié)果示于表I及表2。對2種鋁合金部件，將分別用5種方法處理的試驗材料(共10片)一片一片地重疊在PBT上，從鋁合金試驗材料的上方照射激光，將鋁合金試驗材料和PBT接合。此時，如表3所示對激光熔接條件進(jìn)行各種改變。然后，測定各鋁合金試驗材料與PBT的接合體的拉伸剪切強(qiáng)度。拉伸剪切強(qiáng)度的測定方法也在后面進(jìn)行描述。接合材料的拉伸剪切強(qiáng)度(N/mm)的測定結(jié)果示于表4。比較例即不進(jìn)行空氣嘴式噴砂處理和蝕刻處理的鋁合金板(試驗材料5)，在所有的激光熔接條件下都不和PBT接合。此外，空氣嘴式噴砂處理材料中，雖然接合，但接合強(qiáng)度低。另一方面，本發(fā)明的蝕刻處理材料與比較例相比，可以獲得高接合強(qiáng)度。此外，通過組合空氣嘴式噴砂處理和蝕刻處理，可以得到最高的接合強(qiáng)度。[試驗材料的調(diào)整方法]針對上述JIS ADC12合金板和A5052合金板這兩種鋁合金板，分別準(zhǔn)備以下條件的試驗材料I 5。(試驗材料I)通過空氣嘴式噴砂處理將鋁合金板的表面粗糙度調(diào)整到Rz :40μπι后，在I. 2重量％鹽酸溶液中添加90g/L (氯化物離子濃度61g/L)的氯化鋁六水合物配制成蝕刻液，40°C下將上述鋁合金板在該蝕刻液中浸潰I分鐘，然后，水洗，這樣實施蝕刻處理后，用120°C的熱風(fēng)干燥5分鐘，制成鋁合金試驗材料I。
(試驗材料2)通過空氣嘴式噴砂處理將鋁合金板的表面粗糙度調(diào)整到Rz :40μπι后，在I. 2重量％鹽酸溶液中添加90g/L (氯化物離子濃度61g/L)的氯化鋁六水合物配制成蝕刻液，400C下將上述鋁合金板在該蝕刻液中浸潰4分鐘，然后，水洗，這樣實施蝕刻處理后，用120 0C的熱風(fēng)干燥5分鐘，制成鋁鑄物合金試驗材料2。(試驗材料3)通過空氣嘴式噴砂處理將鋁合金板的表面粗糙度調(diào)整成Rz 40 μ m后，水洗，然后，用120°C的熱風(fēng)干燥5分鐘，制成鋁合金試驗材料3。(試驗材料4)·
不實施噴砂處理而是在40°C下直接將鋁合金板浸潰于由在I. 2重量％鹽酸溶液中添加90g/L (氯化物離子濃度61g/L)的氯化鋁六水合物配制成的蝕刻液中，浸潰4分鐘，然后，水洗，這樣實施蝕刻處理后，用120°C的熱風(fēng)干燥5分鐘，制成鋁鑄物合金試驗材料4。(試驗材料5)不對鋁合金板實施噴砂處理和蝕刻處理，而是直接水洗，然后，用120°C的熱風(fēng)干燥5分鐘,制成招合金試驗材料5。[各試驗材料的表面觀察方法]使用掃描型電子顯微鏡(日立制FE-SEM，S-4500型)觀察處理JIS ADC12合金板得到的各鋁合金試驗材料的表面，觀察硅晶的尺寸，再通過重量法測定其析出量。析出量是用刷子刷掉Al合金試驗片表面形成的硅晶后，通過采用O. Ιμπι PC濾膜的重量法計測收集的晶體粒子。此外，用掃描型電子顯微鏡(日立制FE-SEM，S-4500型)在倍率100倍下觀察由兩種鋁合金板得到的各鋁合金試驗材料的厚度方向截面內(nèi)的某區(qū)域的截面，根據(jù)得到的截面觀察照片(測定視野數(shù)3)如下計測。首先，確定在鋁合金試驗材料厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且通過凹凸部的最高部的頂部線(TL)，接著大致同上確定與鋁合金試驗材料的厚度方向垂直相交且通過凹凸部的最深部的底部線，然后，沿垂直方向從頂部線(TL)向底部線(BL)畫線段，通過該線段的中間部且與頂部線(TL)[或底部線(BL)]平行畫出的中間線(HL)上的鋁合金試驗材料與鋁合金試驗材料之間存在的空隙間的距離定為凹狀部的開口寬度(d)(參照圖4)，觀察因鋁合金試驗材料表面的凹凸部而形成的凹狀部的形狀和尺寸(開口寬度)。對同樣的鋁合金試驗材料的兩個視野也進(jìn)行同樣的觀察，由共計三個視野觀察到的全部開口寬度除以全部測定點數(shù)的值作為平均開口寬度來測定。另一方面，用上述從頂部線(TL)到底部線(BL)的距離定義的凹狀部的深度也進(jìn)行同樣的觀察，測定平均深度。還有，通過EDX在倍率1000倍下對凹狀部的密度進(jìn)行元素分布分析，與未處理的情況進(jìn)行比較，將鋁元素的熒光X射線強(qiáng)度低的區(qū)域定義為凹狀部，用圖像處理軟件(ImageJ)對被測定后的分布照片進(jìn)行凹狀部密度的測定。表I所示的數(shù)值顯示這些計測值。[拉伸剪切強(qiáng)度的測定方法]將用上述5種方法處理的厚度2mm、寬度50mm、長度IOOmm的招合金試驗材料和厚度10mm、寬度50mm、長度IOOmm的PBT (聚對苯二甲酸丁二醇酯)樹脂板設(shè)置為在長度方向上分別重合15mm，從鋁合金試驗材料的上方照射激光，在寬度方向上進(jìn)行激光熔接。激光熔接后，從寬度IOOmm的試驗片的端部開始30mm的位置切斷加工成寬度IOmm的拉伸試驗片，取3根拉伸試驗片，用拉伸試驗機(jī)進(jìn)行拉伸試驗，用得到的荷重(N)除以試驗片寬度的值作為拉伸剪切強(qiáng)度。拉伸速度為8X 10_3m/秒。[表I]表I使用JIS ADC12合金板的試驗材料的表面特性
權(quán)利要求
1.鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，其特征在于，對被接合鋁合金部件實施蝕刻處理在其表面形成具有凹凸的凹凸部后，使該鋁合金部件的一個面和樹脂部件重合，然后，在上述鋁合金部件的另一個面上照射激光使與鋁合金部件相接的樹脂部件軟化，用該樹脂填充上述凹凸部。
2.如權(quán)利要求I所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，蝕刻處理前對鋁合金部件進(jìn)行噴砂處理。
3.如權(quán)利要求I或2所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，使用由通過上述蝕刻處理、或者噴砂處理與蝕刻處理得到的凹凸部形成有多個凹狀部的鋁合金部件作為被接合鋁合金部件，上述凹狀部的開口寬度的尺寸為0. I y m以上30 y m以下，同時，深度的尺寸為0. I y m以上100 y m以下，上述開口寬度是在該鋁合金部件的厚度方向截面上與所述厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上通過掃描型電子顯微鏡觀察測定的值。
4.如權(quán)利要求I或2所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，被接合鋁合金部件由Al-Si類鋁合金部件構(gòu)成，由通過上述蝕刻處理、或噴砂處理與蝕刻處理得到的凹凸部在部分或全部表面上形成多個凹狀部，上述凹狀部的開口寬度的尺寸為0. I y m以上30 y m以下，且內(nèi)表面上有多個由共晶硅晶構(gòu)成的凸部，上述開口寬度是在該鋁合金部件的厚度方向截面上與該厚度方向垂直相交且在通過凹凸部的最高部的頂部線和通過最深部的底部線之間的中間線上通過掃描型電子顯微鏡觀察測定的值，此外，上述由共晶硅晶構(gòu)成的凸部以當(dāng)量球徑來算其尺寸為0. Iiim以上IOiim以下。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，上述由共晶硅晶構(gòu)成的凸部以0. 001g/m2以上lg/m2以下的量突出或析出于上述凹狀部內(nèi)表面，且同時也存在多個不具有上述共晶硅晶的凸部、開口寬度為0. I y m以上30 y m以下的凹狀部。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，對被接合鋁合金部件實施蝕刻處理時，使用在0. lg/L以上300g/L以下的濃度范圍內(nèi)含有鹵離子的、酸濃度0. I重量％以上80重量％以下的酸水溶液中添加水溶性無機(jī)鹵素化合物配制而成的溶液作為蝕刻液。
7.如權(quán)利要求2 6中任一項所述的鋁合金部件和樹脂部件的激光接合方法，蝕刻處理前實施的噴砂處理通過空氣嘴方式實施。
全文摘要
通過使用表面形狀復(fù)雜化的鋁合金部件激光接合，得到提高了與樹脂部件的接合強(qiáng)度的復(fù)合體。在被接合鋁合金部件上實施蝕刻處理在其表面形成凹凸后，使該鋁合金部件的一個面和樹脂部件重合，然后，在上述鋁合金部件的另一個面上照射激光使與鋁合金部件相接的樹脂部件軟化，用該樹脂填充上述凹凸。也可以在蝕刻處理前實施噴砂處理。
文檔編號C23F1/20GK102712136SQ201180005835
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者堀久司, 堀田元司, 遠(yuǎn)藤正憲 申請人:日本輕金屬株式會社