基于微纳结构调控的PA6/铝合金一体化成型技术研究

摘要

汽车轻量化逐渐成为汽车发展的主流趋势，能够有助于实现汽车轻量化的塑料/金属一体化成型技术就越来越受到关注。本文先通过化学刻蚀（包含磷酸+酒石酸、硫酸+重铬酸钾两种化学工艺）和低温退火对铝合金试样表面进行处理，获得不同的微纳结构表面，然后与PA6试样模压成型制备铝合金/PA6复合试样，通过万能试验机、激光共聚焦显微镜（CLSM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、高温接触角及界面张力仪等检测分析手段从表面形貌、表面粗糙度、表面物质成分、表面润湿性等方面探究不同的金属前处理方法对复合试样结构性能的影响。实验结果表明：磷酸+酒石酸、硫酸+重铬酸钾两种化学刻蚀后的复合试样的最大拉伸剪切强度达到了10.01MPa、19.13MPa，相比打磨抛光后的复合试样（S-AlP）分别提升了408%、870%，断裂功达到了13.75KJ/m2、22.47KJ/m2，相比S-AlP复合试样分别提升了1018%、2895%，这是因为化学刻蚀后铝合金表面形成了微纳米结构、表面粗糙度增大，促进形成有效的微观机械互锁结构，从而提升了铝合金和PA6之间的结合强度；铝合金进一步退火处理后形成的复合试样的最大拉伸剪切强度达到了 13.48MPa、21.03MPa ，相比退火处理前的复合试样分别提升了35%、10%，断裂功达到了22.47KJ/m2、70.52KJ/m2，相比退火前分别提升了63%、91%，这是因为退火后表面物质成分发生了改变，改善了PA6在铝合金表面的润湿性，从而提升了两者之间的结合强度。　　本文接着通过阳极氧化、浸蚀扩孔、退火、涂覆PA6膜等方式处理铝合金表面，继续与PA6试样模压成型复合试样，研究分析铝合金表面经不同处理后复合试样结构性能的变化情况。实验结果表明：磷酸阳极氧化后铝合金表面形成了一层孔洞分布均匀的氧化膜，孔洞直径为100-140nm，形成的复合试样的最大拉伸剪切强度和断裂功分别为7.53MPa、9.17KJ/m2；阳极氧化+浸蚀扩孔后形成的复合试样（PAE-AlP)的最大拉伸剪切强度和断裂功有所降低，为 5.85MPa、5.73KJ/m2，虽然扩孔后孔径增大，但由于浸蚀扩孔除去了部分氧化膜裸露出铝合金基体，反而降低了PA6在铝合金表面的润湿性能；阳极氧化+扩孔+退火处理形成的复合试样的最大拉伸剪切强度和断裂功为8.24MPa、12.27KJ/m2，相比PAE-AlP复合试样分别提升了41%、114%，退火改变了表面物质成分，提高了PA6在铝合金表面的润湿性；阳极氧化+扩孔+退火+涂覆PA6膜处理后的铝合金形成的复合试样的最大拉伸剪切强度和断裂功进一步提升，达到了12.11MPa ， 22.90KJ/m2，可能是因为涂覆PA6膜后，树脂小分子进入铝合金表面孔洞更深入，复合试样成型过程中相当于PA6膜与PA6试样的搭接，结合效果更优异。

目录

声明

1 绪论

1.1前沿

1.2金属表面处理及国内外研究进展

1.3金属/塑料一体化成型粘结理论及失效形式

1.4 本课题主要研究的内容及意义

2 试样制备

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 铝合金试样的制备

2.4 PA6试样制备

2.5 PA6/铝合金复合试样制备

3 铝合金表面化学处理及形貌分析

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4 化学处理对铝合金/PA6复合试样的结构性能影响

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 铝合金表面阳极氧化处理及形貌分析

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 小结

6 阳极氧化处理对铝合金/PA6复合试样的结构性能影响

6.1实验部分

6.2 结果与讨论

6.3 小结

结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果