[发明专利]金属和树脂的复合体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一般适用于移动机械、电气设备、医疗设备、普通机械、 其他制造领域的复合体及其制造技术。更详细而言，涉及将通过各种机 械加工而形状化的钢铁材形状物和热塑性树脂组合物一体化而成的复 合体及其制造方法。

背景技术

将金属和合成树脂一体化的技术，是汽车、家庭电气化产品、产 业设备等的部件制造业等广阔产业领域所要求的，为此开发出大量粘合 剂。其中提案有非常优良的粘合剂。例如，常温或通过加热而发挥功能 的粘合剂，被用于将金属和合成树脂一体化的接合，该接合方法目前是 通常的接合技术。

然而，一直以来也研究着不使用粘合剂的更合理的接合方法。对于 镁、铝、作为其合金的轻金属类、或不锈钢等铁合金类，不介由粘合剂 而将高强度的工程树脂一体化的方法，是其中一例。例如，由本发明人 等提出了向预先插入到注射成型模具内的经表面处理的金属形状物注 射熔融树脂而将树脂部分成型，与此同时将该成型品和金属形状物固着 (接合)的方法(以下，称为“注射接合”)。

作为该接合技术，有例如对铝合金注射聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂 (以下称为“PBT”)或聚苯硫醚树脂(以下称为“PPS”)而使其接合 的一体化技术(例如，参照专利文献1)。另外，还公开了在铝材的阳极 氧化皮膜上设置大的孔，使合成树脂体插入该孔而使其粘合的接合技术 (例如，参照专利文献2)。

专利文献1的提案中的该注射接合的原理为如下所示。使铝合金形 状物金浸渍于水溶性胺系化合物的稀水溶液中，通过水溶液的弱碱性而 使铝合金形状物微细地蚀刻。另外，清楚了在该浸渍中，同时发生胺系 化合物分子在铝合金形状物表面的吸附。将完成该处理的铝合金形状物 插入到注射成型模具中，向其高压注射已熔融的热塑性树脂。

此时，热塑性树脂与吸附于铝合金形状物表面的胺系化合物分子相 遇，由此而发热。虽然与该发热几乎同时地，该热塑性树脂与保持在低 温的模具温度的铝合金形状物接触而被急速冷却，但是由于产生发热现 象，因此要结晶化并固化的树脂，其固化延迟而维持熔融状态，潜入到 超微细的铝合金形状物面上的凹部。树脂潜入凹部后固化。由此，铝合 金形状物和热塑性树脂以该树脂不会从铝合金形状物表面剥离的状态 牢固地接合(以下，也称为固着)。

即，由于发生发热反应，而可以牢固地注射接合。实际上，确认了 能与胺系化合物发生发热反应的PBT、PPS等可以与该铝合金注射接 合。另外，还知道将预先进行了化学蚀刻的金属部件插入到注射成型机 的模具中，用热塑性树脂材料进行注射成型本身的技术(例如，参照专 利文献3)。其中虽然包含了形状条件，但仍然是有关注射接合的技术之 一。

专利文献1：日本特开2004-216425号

专利文献2：WO2004-055248A1

专利文献3：日本特开2001-225352号

发明内容

由本发明人等提出的专利文献1的技术原理虽然对铝合金类显示出 明确的效果，但对于向铝合金以外的金属、尤其是钢铁材的注射接合其 效果尚不明确。因此，希望对于钢铁材也开发出新的接合技术。本发明 人等对向铝合金进行硬质树脂的注射接合进行了开发改良，从中开发出 新的技术。即，发现了无需胺系化合物向金属部件表面的化学吸附，总 之不需得到格外的发热反应、某些特异的化学反应的帮助，而可以进行 注射接合的条件。

为此，必须要至少2个条件。1个条件为，使用硬的高结晶性树脂， 即虽然使用PPS、PBT或芳香族聚酰胺，但仅此并不充分，必须配合注 射接合而进一步将它们制成改良的组合物后使用。另一条件是对金属合 金方面所要求的条件，即，金属部件的表层为适当的粗糙度形状且表面 为硬质。

对粗糙度形状进行概述，是1～10μm周期的(微米级周期的)凹凸， 且至少在其凹部内壁面具有数十～数百nm周期的微细凹凸的二重凹凸 型的粗糙度结构。而且形成该粗糙度的表面形成金属氧化物或金属磷氧 化物的薄层，即形成高硬度的陶瓷质地。

该薄层的厚度为十～数十nm即足够，对于自然氧化层具有耐腐蚀性 的金属种类而言，优选比自然氧化层厚。此外，对于像镁合金、普通钢 材这样的自然氧化层没有足够耐腐蚀性的金属种类而言，优选实施化成 处理等，形成由与底料金属不同金属种类的氧化物、磷氧化物等形成的 表面层。总之，必要条件是将表层制成比金属硬度高的陶瓷质地。