[发明专利]一种利用金属配合物显著提高金属胶接强度的方法

说明书

本发明涉及一种利用金属配合物提高金属胶接强度的方法。特别涉及希夫碱金属配合物对金属胶接强度的影响。该设计方法是先在洁净的金属板上构建微纳结构；金属板表面羟基化；制备双水杨醛希夫碱配体及其金属配合物；希夫碱金属配合物自组装于金属板表面；热压做单搭剪切样探究其对金属/树脂胶接强度的影响。本发明通过机械啮合力、化学键、分子缠绕等作用提高金属与树脂之间的界面强度。阳极氧化与希夫碱钛配合物工艺结合，TC4/PEEK的单搭剪切强度达到了47.5MPa，比单纯的阳极氧化样(30.8MPa)提高了54.2％。有利于解决纤维金属层板中界面分层、湿热老化等问题，且制备工艺简单，反应条件可控，可实现大规模生产和应用。

技术领域

本发明属于金属表面改性领域，涉及一种利用金属配合物提高金属胶接强度的方法，尤其涉及希夫碱金属配合物对金属胶接强度的影响。

背景技术

纤维金属层板，其早期是为民用飞机高疲劳裂纹区开发的材料，它是由纤维复合材料和金属薄板交替铺层后热压后形成的超混杂层板。超混杂层板将金属优异韧性与纤维复合材料高强度、高模量、耐疲劳的性能相结合，以满足空天领域更高的使用要求。

纤维金属层板中间存在多层界面，若界面胶接性能较差，就无法发挥金属层板的优异抗疲劳性、高损伤容限、高强度等优点。故金属-树脂间的胶接性能直接导致其在航空航天、汽车、建筑行业的应用。

目前，提高界面胶接性能的方法有机械法(物理法)、化学法等。主要旨在提高其(1)表面的粗糙度，增加接触面积，通过机械啮合，增加胶接力；(2)改变表面组织，尽可能使金属、树脂间通过化学键胶接。由于化学键相对于各种物理作用有更强的键能和稳定性，通过化学键优化其界面性能成为了研究的重点方向。

经对现有文献进行检索发现，中国申请公开号：CN103540934A，名称为“一种表面改性的医用钛金属材料及其制备方法”的专利提出在钛金属表面接枝1代以上的带有端氨基的树枝状大分子，为改善种植体与骨组织之间不仅仅产生机械嵌合，而是通过强有力的化学骨性结合。但是这种通过有机物改善金属表面活性的方法仅用于医学上，且这种有机物仅适用于人体环境，并不能耐高温。而本发明尝试通过耐高温的金属有机配合物改善结构材料的界面性能。

发明内容

本发明涉及一种利用金属配合物提高金属胶接强度的方法，目的是克服金属-树脂界面易分层的现象。

本发明利用金属配合物与金属表面的羟基存在较强的化学键的作用改善金属与树脂间的界面性能。在金属板表面通过阳极氧化、羟基化等处理后，在其表面接枝希夫碱金属配合物，希夫碱金属配合物与金属端通过化学键连接，另一端与树脂产生分子缠绕、吸附等作用力，从而起到桥接的作用。并且，本发明的确显著提高了界面胶接性能。

本发明提供一种利用金属配合物提高金属胶接强度的方法：

包括以下步骤：

S1、去除金属板的油污及氧化膜；

其中，清洗金属板的具体步骤为：制备硝酸与氢氟酸的混酸溶液，并且硝酸的的质量分数为350g/L，氢氟酸的质量分数为60g/L。将丙酮、清水清洗过的金属板放在混酸溶液中清洗约40s，迅速取出，大量清水冲洗，洗去酸液。

进一步的，可以在金属板表面构造微-纳米的粗糙结构，方法为阳极氧化，其具体操作步骤为：配制电解液：氢氧化钠300g/L,酒石酸钠65g/L,乙二胺四乙酸30g/L,硅酸钠6g/L。以钛板为阳极，以相同尺寸的不锈钢为阴极，固定阴阳两极间距离为3cm。阳极氧化时直流电源的电压为10V～15V，时间为10min～20min。

S2、金属板表面羟基化；用Piranha溶液，其中H₂SO₄与H₂O₂溶液的体积比为7:3。将处理过的金属板浸入上述溶液，90℃高温下处理5min左右，金属板取出，蒸馏水冲洗多次，吹干，备用。