亚洲日产无码中文字幕|欧美日韩国产在线|亚洲欧美午夜精品一区二区三区|亚洲国产综合勉费视频

精密儀器

位置:首頁>>工藝

鋁材納米成形技術(shù)與應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展和新材料的開發(fā),鋁合金材質(zhì)以其密度低、導(dǎo)熱性能好、易于加工和表面處理等優(yōu)勢在汽車、家電、消費電子、航空航天和建筑等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。尤其是當前環(huán)保越來越受到關(guān)注,為減輕自重、降低油耗,鋁材在飛機、汽車上作為結(jié)構(gòu)件得到大量應(yīng)用。

研究表明,目前美國汽車用鋁大致為:鑄鋁77%、鋁板11%、擠壓鋁材12%,并且主要應(yīng)用在發(fā)動機(缸體、缸蓋、活塞)、熱交換器(散熱器、加熱器、制冷機蒸發(fā)器、油冷卻器、中間冷卻器)、渦輪增壓器、變速箱殼體、減震器、轉(zhuǎn)向管柱、車架橫梁、副車架、車輪及車身等部件上。在消費電子領(lǐng)域,鋁材以其穩(wěn)重大方,較高的強度,良好的質(zhì)感,在手機、平板和筆記本電腦外殼上使用是一種很好的選擇。蘋果系列零部件一直鐘情于鋁合金殼體的使用,就連一向倚重塑料外殼的三星也抵擋不了這股潮流,2015年和2016年,由金屬結(jié)構(gòu)件組成的三星智能手機的發(fā)貨量分別達到1億部和1.7億部。2015年和2016年金屬手機結(jié)構(gòu)件的滲透率分別為33%和38%,

從消費電子的發(fā)展趨勢上看,零件外觀創(chuàng)新的首要途徑是機殼的金屬化,因為金屬與塑料在性能和感覺上有著完全不同的表現(xiàn)。

消費者對于產(chǎn)品的美觀與質(zhì)感有著剛性需求。從材料角度看,金屬機殼對無線電信號存在一定程度的屏蔽;從生產(chǎn)角度來看,全金屬機殼加工比塑料難度大,要使用大量的CNC機床,尤其是復(fù)雜零件結(jié)構(gòu),加工成本非常高。另外,移動終端金屬結(jié)構(gòu)如果設(shè)計成一個閉環(huán)結(jié)構(gòu),電磁屏蔽的效應(yīng)會非常明顯,手機無法正常接收信號,所以移動終端的金屬結(jié)構(gòu)件是一個開環(huán)結(jié)構(gòu),工程塑料對無線信號沒有干擾和屏蔽作用,使用工程塑料作為金屬間連接是很好的選擇,但這2種材料的差異非常大,無法使用常規(guī)方法進行結(jié)合,因此開發(fā)一種金屬和塑料的超強結(jié)合工藝是市場導(dǎo)向下的必備技術(shù),既利用了金屬的強度高、散熱好的特點,又結(jié)合了塑料無射頻信號屏蔽、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件易于成型的優(yōu)勢,且降低了零件的生產(chǎn)成本,金屬件與塑料結(jié)合工藝應(yīng)用零件如圖2所示。

圖2 金屬件與塑料結(jié)合工藝應(yīng)用零件

目前,金屬與塑料結(jié)合工藝處理方法較多,各有優(yōu)缺點,鋁塑結(jié)合工藝常用方法如表2所示。

拉膠結(jié)構(gòu)法是直接在金屬件上提前加工出拉膠結(jié)構(gòu),金屬件表面在后續(xù)注射塑料熔體時,塑料熔體能嵌入金屬件拉膠結(jié)構(gòu)中,增加二者結(jié)合力,該法適合于零件結(jié)構(gòu)強度要求不高時使用。

焊接法是用熱空氣、超聲波、高頻,紅外或激光等方式加熱預(yù)留塑料面或鉚柱,使塑料熔化再壓緊,實現(xiàn)塑料金屬間連接的方法。

激光照射法是采用連續(xù)波激光照射,在金屬零件表面加工出布線圖案,金屬零件表面注射塑料熔體后形成類似樹脂縫合結(jié)構(gòu),加強金屬與塑料之間結(jié)合力的方法。

膠粘法是在零件的連接區(qū)域直接涂覆膠水,把金屬和塑料連接在一起的方法。

以上方法在工業(yè)上應(yīng)用時間較長,工藝較成熟,但均不同程度存在一些缺點,如拉膠結(jié)構(gòu)法零件上2種材料的結(jié)合力較弱,焊接法對操作人員要求較高,激光照射法設(shè)備投資大,不適合零件形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu),生產(chǎn)效率相對較低。膠粘法要求零件2種材料粘結(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)簡單。

相對于以上這些方法,納米成形技術(shù)(nanomoldingtechnology,NMT)采用化學(xué)、電化學(xué)方法在金屬表面形成眾多的微納米孔洞,注射成型時,塑料與孔洞上部或外部的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),把金屬與塑料牢牢鉚接在一起,其結(jié)合力是目前金屬與塑料結(jié)合工藝中最高的,加工成本低,能很好地滿足零件的功能和外觀要求,實現(xiàn)零件輕量化,簡化零件結(jié)構(gòu),具有良好的應(yīng)用前景。

1
納米成形技術(shù)的發(fā)展

納米成形技術(shù)最初是由日本大成普拉斯株式會社成富正德先生發(fā)明的,大成公司采用化學(xué)處理的方式,在鋁、鎂、不銹鋼等材料表面上獲得特定的形狀、一定尺寸、眾多規(guī)則的納米孔洞,并在納米孔洞中形成一層薄膜。在模內(nèi)注射時,塑料熔體與這層薄膜發(fā)生化學(xué)作用,使塑料熔體能夠滲入到微納米孔中,塑料熔體與金屬通過千千萬萬微孔的“嵌入”作用,牢固地結(jié)合成一個整體,表現(xiàn)出極強的粘接力。大成公司根據(jù)其公司的英文名稱首字母,把該金屬處理工藝命名為“T處理”,大成公司發(fā)明的T處理主要經(jīng)過堿洗、酸洗、T處理、水洗4個步驟。堿洗的主要目的為除去金屬表面的油污,酸洗可以將金屬光滑表面變成“珊瑚礁”結(jié)構(gòu)的納米級空洞,T處理進一步將金屬表面變成尺寸更小的納米級空洞、并殘留在孔洞里面,水洗可以將大部分T液洗去,但不會將納米孔洞里面的T液清洗掉。鋁合金T處理前后的掃描電鏡圖和納米注射后的剖面掃描電鏡圖如圖3所示。

圖3 鋁合金零件T處理前后的掃描電鏡圖

和納米注射后的剖面掃描電鏡圖

NMT的優(yōu)勢在于可以降低零件的整體厚度與高度,減輕零件的質(zhì)量,在保證零件強度的同時,大大簡化金屬結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu),降低生產(chǎn)成本,另外因其零件外觀為金屬,可很好地提升零件質(zhì)感和檔次。

在后續(xù)的幾年內(nèi),大成普拉斯株式會社陸續(xù)研究了銅和銅合金、不銹鋼、鎂和鎂合金、鈦合金以及普通鋼材等金屬零件與樹脂組合物接合的納米成形技術(shù),并申請了相關(guān)專利。同期,國內(nèi)也開發(fā)了一系列NMT處理液,并進行了類似的命名,如E處理液、B處理液、F處理液、ECIM和一些公司的C處理液等。2014年,日本東亞電化公司開發(fā)了新型的金屬塑料接合方法,對其接合原理及其制造方法申請了相關(guān)專利,并命名為TRI工藝。這幾種工藝方法的優(yōu)缺點如表3所示。

綜合目前市場上的NMT來看,其工作機理主要為3種,一是化學(xué)處理+化學(xué)藥劑;二是電化學(xué)處理+化學(xué)藥劑;三是物理處理如激光處理?;瘜W(xué)處理和電化學(xué)處理的作用是在金屬零件上形成微納米孔洞,化學(xué)藥劑的作用是填充這些孔洞或在孔洞上部或外部生成一層反應(yīng)膜,在金屬零件上注射塑料熔體時,化學(xué)藥劑與熱塑性樹脂末端官能團發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成共價鍵或酸堿結(jié)合,從而增大金屬與塑料的結(jié)合力。而激光處理在金屬零件上形成的納米孔無需化學(xué)藥品二次處理,直接在金屬零件上注射塑料熔體即可。

2
NMT主要影響因素

目前國內(nèi)外開發(fā)了多款用于NMT注射成型的聚苯硫醚(PPS)和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT),材料的性能與國外材料性能相近,PBT和PPS納米注射成型零件的綜合性能對比如表4所示。

材料選擇

NMT所用原材料包括塑料和金屬基材,其中塑料通常為PPS和PBT,PA類材料也可用于NMT注射成型材料,但在后續(xù)陽極氧化處理時,PA易變色發(fā)黃且吸水率高,結(jié)合強度耐久性差,PPS一般只能做成深色,很難做淺色,PBT可以做淺色。另外為了匹配2種材料的熱膨脹系數(shù),塑料中會添加部分纖維如玻璃纖維、碳纖維等,添加比例一般20%~50%,使塑料的熱伸縮程度與金屬相近。不同牌號PPS材料納米注射成型零件上2種材料結(jié)合力性能比較(E處理)如表5所示。

經(jīng)驗證,目前有多種金屬材料可以用于NMT,如鋁及其合金、鎂及其合金、銅及其合金、不銹鋼、鈦及其合金等,常用的幾種金屬材料牌號見表6。

處理環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)包括造孔和化學(xué)藥劑處理,造孔通常采用化學(xué)或電化學(xué)法,在金屬表面形成微納米級孔洞,再用化學(xué)藥劑填充這些孔洞或在孔洞上部或外部生成一層反應(yīng)膜,形成與陽極氧化覆膜中的Al2O3結(jié)合的化學(xué)鍵,并在后續(xù)注射成型時,在高溫高壓條件下,這些化學(xué)物質(zhì)與熱塑性樹脂的末端官能團之間形成共價鍵或酸堿結(jié)合,從而獲得更牢固的結(jié)合強度和耐久性。金屬表面處理反應(yīng)機理如圖4所示。

圖4 金屬表面處理反應(yīng)機理

納米注射模結(jié)構(gòu)

納米注射模結(jié)構(gòu)對零件上2種材料結(jié)合力的影響主要為,在材料結(jié)合部位保證一定的粘著面積的前提下,模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時局部區(qū)域要使塑料熔體能夠滲入金屬零件表面,如在金屬零件上設(shè)計T形槽、設(shè)計的脫模角度、合理的進澆口位置,另外,模具型腔的排氣要充分,保證塑料熔體能夠充分進入到金屬零件微納米孔洞中,在零件一些重要位置設(shè)置拉膠結(jié)構(gòu)需要專門設(shè)計和反復(fù)驗證。典型的NMT注射模結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 典型的NMT注射模結(jié)構(gòu)

納米注射成型

NMT的納米注射成型屬于嵌件注射成型,成型過程中料溫、模溫、注射壓力、熔體注射速度和型腔排氣對最終成型零件合格率影響較大。料溫要嚴格依據(jù)塑料物性表要求進行調(diào)整,注射壓力、熔體注射速度要依據(jù)零件實際情況反復(fù)驗證、確認效果后設(shè)定。此外鋁材注射成型前的預(yù)熱溫度也很重要,要保證鋁材注射成型前的預(yù)熱溫度與模溫一致。模溫通常要達到140℃以上,在此條件下,熱塑性樹脂末端的官能團才能更充分地與陽極氧化覆膜上的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。金屬手機殼納米注射成型加工工藝流程如圖6所示。

圖6 金屬手機殼納米注射成型加工工藝流程

3
總結(jié)

從2003年大成普拉斯株式會社發(fā)明鋁合金T處理方法以來,NMT的發(fā)展已有十多年的時間,期間其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用逐漸得到了加強,在電子、汽車、高鐵和航空航天零件、化學(xué)電源制品、管道連接等方面均有應(yīng)用。NMT的應(yīng)用,極大地豐富了設(shè)計人員的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路,降低了零件加工成本和零件質(zhì)量,為異種材料的接合應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)。幾種NMT應(yīng)用案例如圖7所示。

圖7 NMT應(yīng)用舉例

隨著金屬和塑料材料相結(jié)合零件的使用越來越廣泛,NMT在滿足工業(yè)化需求方面的前景也將越來越廣闊,今后,NMT主要解決以下幾方面的問題:

(1)擴展塑料和金屬材料相結(jié)合的應(yīng)用種類,讓更多的材料滿足使用要求。

(2)提高金屬與塑料之間整體結(jié)合強度和密封性,避免局部區(qū)域開裂和后處理零件表面產(chǎn)生白斑。

(3)延長NMT處理零件成型前放置時間,降低零件失效風(fēng)險。

(4)研究大尺寸零件NMT處理方法,降低生產(chǎn)成本。



原文來源:《模具工業(yè)》2016年第8期

原文作者:謝守德,王長明,韓靜,劉秀強,周國榮

作者單位:東莞勁勝精密組件股份有限公司



在線聯(lián)絡(luò)

上一篇:中國萬噸擠壓機打破德國壟斷,1000公斤鋁錠瞬間變25米成材 下一篇:冷溫熱精鍛技術(shù)與裝備
漠河县| 洛阳市| 东乌| 叶城县| 同仁县| 老河口市| 焉耆| 五原县| 绵竹市| 郑州市| 始兴县| 澄城县| 牡丹江市| 呼和浩特市| 鲁甸县| 长顺县| 横峰县| 谷城县| 理塘县| 乌恰县| 衢州市| 凤阳县| 赤城县| 大宁县| 错那县| 清丰县| 迭部县| 泰顺县| 衡南县| 阜城县| 内丘县| 外汇| 镇平县| 高尔夫| 博客| 大庆市| 朝阳区| 通江县| 疏附县| 徐州市| 专栏|