鋁合金外觀件納米注塑工藝技術探索

謝學華

（同致電子科技（廈門）有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，金屬與塑膠結(jié)合制品在消費電子產(chǎn)品、汽車、航空等領域的應用在逐漸增多，其中，又因鋁合金材質(zhì)輕、耐高溫、散熱性好，外觀表面處理工藝豐富等優(yōu)點特別受鐘愛，而隨著科技的不斷發(fā)展，對設備的集成化、小型化、輕薄便攜性、裝飾性、強度、剛度要求也越來越高，而鋁合金納米注塑正好為這種高要求提供了解決方案，本文提供鋁合金外觀件與塑膠一體化納米注塑并相互牢固錨結(jié)的生產(chǎn)工藝及其加工注塑技術經(jīng)驗分享。

1 納米注塑簡介

納米注塑成型(NMT，即Nano MoldingTechnology)，是金屬與塑料以納米技術結(jié)合的工法，先將金屬表面經(jīng)過T 處理化后，塑料直接射出成型在金屬表面，讓金屬與塑料可以一體成形，不但能夠兼顧金屬外觀質(zhì)感，也可以簡化產(chǎn)品機構(gòu)件設計，使產(chǎn)品更輕、薄、短、小，且較CNC 工法更具成本效益。

2 鋁合金納米注塑的工藝

2.1 鋁合金納米注塑方法

納米注塑整個工藝的要點在于金屬材料的納米化處理上，可以說納米化是整個注塑過程的重中之重，其方法為將需要結(jié)合的鋁合金件進行機械加工，完成型胚，再對其進行堿液處理、酸處理、酯氨酸弱酸等處理后，就會在表面形成無數(shù)的孔徑約為20nm 微孔，清洗、干燥后放于注塑設備內(nèi)與塑膠進行一體注塑，當樹脂進入這些凹凸結(jié)構(gòu)的納米微孔中，產(chǎn)生錨定效果，即可使鋁合金與塑膠牢固黏結(jié)成一體。工藝過程主要有機械拋光、化學除油、表面涂覆耐腐蝕涂層、激光刻凹槽、電化學腐蝕、冷凍干燥、化學腐蝕、熱處理、納米注塑等步驟，詳圖1 圖流程。

圖1

2.2 具體工藝步驟

（1）機械拋光選自磨光、拋光、滾光、噴砂或拋丸中的一種，用于除去鋁合金表面的天然氧化層。

（2）除油預處理，采用堿性除油劑與酸性除油劑預處理，處理溫度為室溫。

（3）表面涂覆耐腐蝕涂層為熱塑性樹脂涂層，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一種，涂覆方式為噴涂，涂層的厚度為5 ～20μm。

（4）通過激光獲得的凹槽在含有涂層的金屬基材上有規(guī)則的均勻分布，凹槽的孔徑為1 ～200μm，凹槽的深度大于或等于表面涂覆耐腐蝕涂層的厚度，以露出基材金屬，用于導電，激光刻凹槽的參數(shù)：電流5 ～10A，頻率24kHz。

（5）電化學腐蝕大孔的過程為：將經(jīng)過預腐蝕的金屬作為陽極，石墨作為陰極，同時，浸泡于混合腐蝕液，接直流電源通電腐蝕然后純水洗滌，獲得的腐蝕大孔與凹槽孔徑大小一致。

（6）將電化學腐蝕后的金屬基材置于溫度低于0℃的冷庫或冰箱中0.5 ～5h，然后，置于冷凍干燥機中，冷凍干燥0.5 ～5h，除去孔中的水分。

（7）化學腐蝕介孔的過程為將經(jīng)過冷凍干燥的金屬基體放T 液中浸泡，通過腐蝕，在大孔孔壁上形成化學腐蝕的介孔，所述T 液的主要成分為脂氨酸。

（8）然后，將上述方法制備獲得的鋁合金基材表面進行納米注塑。納米注塑，其中所述納米注塑的樹脂熔化溫度為200 ～300℃，所述納米注塑的溫度為70 ～90℃，所述注塑的壓力為70 ～130MPa，所述納米注塑的速度為400 ～900mm/s。

2.3 表面處理獲得鋁基材或納米注塑產(chǎn)品，具有如下優(yōu)異的技術效果

（1）金屬表面設有均勻分布的電化學腐蝕大孔，有利于納米注塑樹脂與金屬基材的結(jié)合力穩(wěn)定，即納米注塑產(chǎn)品的剝離強度均勻，波動性小。

（2）電化學腐蝕大孔的孔壁上設有化學腐蝕的介孔，在大孔之間設有陽極氧化介孔，即金屬表面的孔隙率極高，有利于納米注塑樹脂與金屬基材的結(jié)合力提高。

（3）通過熱處理，有效地除去了金屬孔道內(nèi)部或外部的結(jié)合水或自由水，有利于納米注塑樹脂與金屬基材之間的穩(wěn)定性提高。

（4）在熱處理除去水分的同時，能夠簡單方便地除去保護涂層，無須額外地去除保護層工藝，即整個金屬表面處理工藝的效率高，性價比強。

（5）納米注塑產(chǎn)品的力學性能、耐疲勞性、沖擊韌性、耐熱性和成型加工性能均高于同類市場上的產(chǎn)品。

（6）此金屬表面納米注塑成型的工藝簡單，安全、環(huán)保，適用于流水線工業(yè)化生產(chǎn)。

3 鋁合金加工及納米注塑技術要求

（1）為保證注塑時金屬坯強度及CNC 精加工壓板壓緊位置；金屬坯（嵌件）需要外周(X/Y)加寬（單邊3 ～4mm)。

（2）產(chǎn)品在注塑后，變形較大；所以，金屬坯厚度方向需要單邊預留0.3mm（注塑且平面度變化約0.2 ～0.3)精加工余量。

（3）因為納米注塑需要高壓力和高模溫才能保證塑膠與金屬的結(jié)合力，合模線的設計應盡可能簡化避免披鋒出現(xiàn)。

分模線的設計避開轉(zhuǎn)角或圓角區(qū)域，以避免披鋒的出現(xiàn)金屬坯與模具配合面可能簡化，保證模具與滑塊有足夠的接觸面和強度，以防止注塑時高壓力造成金屬變形。

（4）使用定位孔方法確定金屬坯在模具（X/Y)位置使用2 ～3 個定位孔，建議定位孔的直徑大于3mm，這樣更利于產(chǎn)品產(chǎn)入模內(nèi)且所需要做防呆設計（每個定位孔不同的規(guī)格）金屬坯Z 方向與模具配合面盡可能使用平面，因需要使用機械手真空吸的方法將金屬坯放入模內(nèi)或從模內(nèi)取出，所以，金屬坯需要相應增加真空吸盤的位置。

（5）為了減少重復定位及使用不同定位孔或面造成加工和注塑誤差，CNC 加工與注塑使用同一組定位孔和面。

（6）為避免模具與金屬在X/Y 方向壓模，金屬坯與模具之間需要增加0.3mm 塑膠。

（7）如果是外觀區(qū)域，金屬需要單邊增加0.2 ～0.3mm余量，模具與金屬邊需要增加工0.3mm 塑膠，IM 后由CNC 加工切除多余的塑膠和金屬。

（8）如果使用陽極掛具導通各段金屬陽極，每段金屬會有色差的風險，所以，建議使用內(nèi)部金屬連接導電橋的方法在陽極時連接各段金屬，陽極后使用CNC 切除。

（9）為了改善和提高金屬與塑膠的結(jié)合力；建議在斷開區(qū)域（面積比較小的區(qū)域），增加相應的抓膠結(jié)構(gòu)。抓膠結(jié)構(gòu)建議使用T 形刀加工倒扣和孔連通方法，但如果使用過這種結(jié)構(gòu)，會相應增加CNC 加工時間及成本。

（10）塑膠與金屬結(jié)合區(qū)域有吐酸；因為塑膠與金屬之間存在微小的縫隙（特別是在抓膠弱的地方），陽極前處理的液體就會進入縫隙中，而在染色時滲出，會造成局部區(qū)域花斑（白點）（如圖2）。

圖2

對策：①ID 外觀設計盡可能避免大面積塑膠和金屬結(jié)合；②重點在USB、AJ、天線槽等有塑膠外露區(qū)域增加足夠強的抓膠結(jié)構(gòu)，盡可能減少縫隙及開膠的風險；③修改陽極參數(shù)，增加清洗和中和的次數(shù)。

（11）當輪廓是利邊時，CNC 和陽極后會碰傷凹陷及造成露白，建議利邊增加R0.5 ～R1，降低露白的風險：①建議產(chǎn)品外輪廓一周使用同一曲率，這樣可以使用成型刀具一次加工完成，（以現(xiàn)在5 寸機來講，外觀輪廓曲面加工如果使用成型刀加工比使用球刀加工可以節(jié)8 ～10min；而且外觀刀紋一致，后制程（拋光、噴砂）易加工）。②如果外觀造型復雜時，需要設計工程師提供刀具輪廓和刀具切削軌跡。

4 結(jié)語

納米注塑成型是一先進的工藝，可以實現(xiàn)金屬和塑料結(jié)合的一體化，達到超強的結(jié)合力，不但能夠兼顧金屬外觀質(zhì)感，簡化產(chǎn)品機構(gòu)件設計，增強產(chǎn)品的強度、剛度，讓產(chǎn)品更輕、薄、短、小，且更具成本效益。由于這種工藝具有非常大的優(yōu)勢，在未來的應用發(fā)展中存在著極大的發(fā)展空間，其顯著優(yōu)點：減自重、減厚度、降成本、延壽命等，都有著非常大的商業(yè)空間，其應用方向也在向著大件化、工業(yè)化方向發(fā)展。