日本MEC公司的異種材料接合技術

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日本MEC公司的異種材料接合技術

在不使用黏結劑或接續零件的前提下接合異種材料的技術所適用的材料范圍正在不斷擴大。日本MEC公司開發了能直接接合樹脂與金屬的技術AMALPHA。目前，能適用該技術的樹脂材料已經從原有的5種增加到17種。同時，在金屬材料方面，不僅可用于鋁合金鍛造件，現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域，AMALPHA技術的應用范圍也得到進一步擴大。

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)、酚醛樹脂和環氧樹脂5種。在此基礎上，現在又增加了PA6T、PA66、PA11、PA12、聚鄰苯二甲(PPA)、聚對苯二甲酸丁二酯(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，現在又增加了鋁合金壓鑄件。

在上述異種材料中，經試驗證實能實現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“◎”和“○”所示材料組合是可以實現理想接合的。

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

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了適宜的蝕刻液，還針對不同樹脂材料設定最佳的成形條件，增加了實現異種材料之間牢固接合的適用材料范圍。其中，由于實現了鋁合金壓鑄件與樹脂(PPS、PA6、PA66、酚醛樹脂、環氧樹脂)的直接接合，AMALPHA技術在汽車零部件上的應用范圍得到進一步擴大。

具體而言，以帶水套的動力模塊為例，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AMALPHA技術優勢(接合強度和密封性)的產品。開發過程中試樣所使用的是鋁合金鍛造件，但在批量生產時預計將使用鋁合金壓鑄件。另外，發動機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，批量生產時也可改用鋁合金壓鑄件。

表1 材料接合條件及接合強度的試驗結果

◎:可用注塑成形工藝，拉伸試驗結果證實，即使基材損壞，其接合面也不會脫落；

○:使用熱壓成形工藝，拉伸試驗結果證實，即使基材損壞，其接合面也不會脫落；

△:可使用注塑成形或熱壓成形工藝，但接合強度低，僅1MPa的力就會導致接合面脫落；

-:尚未評價的材料。

陳云生 供稿