[发明专利]用于金属-聚合物复合连接的激光诱导微锚结构和钝化层及其制造方法

说明书

本公开提供了一种金属‑聚合物复合接头，其包括第一部件、第二部件。第一部件包括金属。第一部件具有包括多个微锚的第一表面。第二部件包括复合材料，该复合材料包括聚合物和增强纤维。第二部件具有第二表面，该第二表面至少部分地与第一部件的第一表面接合。第二部件的聚合物的一部分占据第一部件的微锚的至少一部分，以将第二部件固定到第一部件。在一个方面，金属‑聚合物复合接头还包括设置在第一部件的第一表面和第二部件的第二表面之间的钝化层。

引言

该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及金属-聚合物复合接头和制造该金属-聚合物复合接头的方法。更具体地，金属-聚合物复合接头可包括激光诱导的微锚结构和钝化层。

为了提高车辆燃料经济性的减重促进了各种轻质材料的使用，例如铝和镁合金，以及轻质增强复合材料的使用。虽然使用这一类的轻质材料可以用于降低总重量并且总体上提高燃料效率，但是在制造某些部件时会出现问题。例如，用增强复合材料模制大的复杂的部件可能是困难的或不可行的。因此可能需要连接多个较小的部件。然而，连接不同的材料，例如金属和增强聚合物复合材料，可能会带来额外的挑战，例如低强度的接头或长的制造周期。因此，需要开发一种快速且稳健的连接金属和复合部件的方法。

发明内容

该部分提供了对本公开的总体概述，并未全面公开其全部范围或其所有特征。

在各个方面，本公开提供了金属-聚合物复合接头。金属-聚合物复合接头包括第一部件和第二部件。第一部件包括金属。第一部件具有包括多个微锚的第一表面。第二部件包括复合材料，复合材料包括聚合物和增强纤维。第二部件具有第二表面，其至少部分地与第一部件的第一表面接合。第二部件的聚合物的一部分占据第一部件的微锚的至少一部分，以将第二部件固定到第一部件。

在一个方面，第一表面还限定了多个波峰和多个波谷。多个波峰限定了多个微锚。

在一个方面，第一表面还限定了多个细长的谷部和多个细长的峰部。细长的谷部设置在细长的峰部之间。波峰的一部分和波谷的一部分设置在每个细长的谷部上。波峰的一部分和波谷的一部分设置在每个细长的峰部上。

在一个方面，多个细长的谷部和多个细长的峰部彼此平行设置，并且金属-聚合物复合接头可以在垂直于细长的谷部和细长的峰部的方向上承受大于或等于约6kN的载荷。

在一个方面，金属选自不锈钢、铝及其组合组成的组。

在一个方面，金属包括铝。第一表面至少部分地涂覆有包括氧化铝(Al₂O₃)的钝化层。

在一个方面，聚合物选自聚碳酸酯(PC)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚甲醛(POM)、热塑性弹性体(TPE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、热塑性烯烃(TPO)、聚酰胺(PA，尼龙)及其组合组成的组。

在一个方面，金属包括铝，聚合物包括聚酰胺(PA，尼龙)，增强纤维包括碳纤维。

在一个方面，微锚的至少一部分包括微孔。每个微孔具有限定相连的形状的周边。

在各个方面，本公开提供了另一种金属-聚合物复合接头。金属-聚合物复合接头包括第一部件、第二部件和钝化层。第一部件包括铝，并具有第一表面。第二部件固定至第一部件。第二部件包括复合材料，该复合材料包括聚合物和增强纤维。第二部件具有第二表面，该第二表面至少部分地与第一部件的第一表面接合。钝化层设置在第一部件的第一表面上。钝化层与第二部件的第二表面接合。钝化层包括氧化铝(Al₂O₃)。金属-聚合物复合接头在5年后具有大于或等于约6kN的搭接剪切强度。

在一个方面，钝化层在从第一部件的第一表面测量的500nm深度处具有大于或等于约10％的氧的平均原子百分比。