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日本MEC公司的異種材料接合技術(shù)

在不使用黏結(jié)劑或接續(xù)零件的前提下接合異種材料的技術(shù)所適用的材料范圍正在不斷擴(kuò)大。日本MEC公司開發(fā)了能直接接合樹脂與金屬的技術(shù)AMALPHA。目前，能適用該技術(shù)的樹脂材料已經(jīng)從原有的5種增加到17種。同時(shí)，在金屬材料方面，不僅可用于鋁合金鍛造件，現(xiàn)在還能適用于鋁合金壓鑄件。為此，在使用鋁合金壓鑄零部件較多的汽車領(lǐng)域，AMALPHA技術(shù)的應(yīng)用范圍也得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

以往，AMALPHA的適用樹脂材料有聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA6)、聚醚醚酮(PEEK)、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂5種。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)在又增加了PA6T、PA66、PA11、PA12、聚鄰苯二甲(PPA)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯橡膠(EPDM)和腈-丁二烯橡膠(NBR)12種。另外，適用的金屬原來有鋁合金、不銹鋼(SUS)和銅3種，如前文所述，現(xiàn)在又增加了鋁合金壓鑄件。

在上述異種材料中，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)能實(shí)現(xiàn)牢固接合的樹脂與金屬材料組合如表1所列。大致來講，表1中符號(hào)“◎”和“○”所示材料組合是可以實(shí)現(xiàn)理想接合的。

樹脂與金屬的接合是利用了物理性接合原理所產(chǎn)生的“錨定效應(yīng)”，即在金屬表面形成微細(xì)的孔穴，并注入熔融樹脂，其后，樹脂冷卻凝固并在孔穴內(nèi)像錨一樣被固定住。

異種材料的接合工序如下。首先，在脫脂液中浸泡金屬，去掉附著在其表面的加工油脂及鐵銹等。接著，在蝕刻液(表面粗糙劑)中浸泡金屬，以破壞金屬表面，形成微細(xì)孔穴。之后，再將金屬浸泡在酸性液體中，洗去其表面析出的雜質(zhì)污物，然后再用水清洗干凈并令其干燥。最后，在這種表面開孔的金屬上，以注塑成形或熱壓成形的工藝，注入熔融樹脂并固化，從而完成樹脂與金屬牢固接合的制品。

MEC公司不僅為每種金屬開發(fā)了適宜的蝕刻液，還針對(duì)不同樹脂材料設(shè)定最佳的成形條件，增加了實(shí)現(xiàn)異種材料之間牢固接合的適用材料范圍。其中，由于實(shí)現(xiàn)了鋁合金壓鑄件與樹脂(PPS、PA6、PA66、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂)的直接接合，AMALPHA技術(shù)在汽車零部件上的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

具體而言，以帶水套的動(dòng)力模塊為例，將鋁合金制散熱器和不銹鋼制冷卻水道利用PPS接合并密封后，就能完成體現(xiàn)AMALPHA技術(shù)優(yōu)勢(shì)(接合強(qiáng)度和密封性)的產(chǎn)品。開發(fā)過程中試樣所使用的是鋁合金鍛造件，但在批量生產(chǎn)時(shí)預(yù)計(jì)將使用鋁合金壓鑄件。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元也是在由鋁合金鍛造件切削而成的殼體中直接接合PPS連接件，同樣，批量生產(chǎn)時(shí)也可改用鋁合金壓鑄件。

表1 材料接合條件及接合強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果

◎:可用注塑成形工藝，拉伸試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，即使基材損壞，其接合面也不會(huì)脫落；

○:使用熱壓成形工藝，拉伸試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，即使基材損壞，其接合面也不會(huì)脫落；

△:可使用注塑成形或熱壓成形工藝，但接合強(qiáng)度低，僅1MPa的力就會(huì)導(dǎo)致接合面脫落；

-:尚未評(píng)價(jià)的材料。

陳云生 供稿