[发明专利]一种基于超声波辅助的塑料/金属连接成型方法

说明书

本发明提供一种基于超声波辅助的塑料/金属连接成型方法，在加热模具上对待连接的塑料板材和金属基材进行预热；将所述塑料板材和金属基材待连接的部位重叠到一起，然后对所述重叠部位施加压力，在施加压力的同时对塑料板材进行超声波处理，使金属塑料界面处的塑料熔体渗入所述的金属基材表面的微孔中，自然冷却后，即可完成塑料和金属的连接。塑料在熔融状态下受到压力和超声波的协同作用，通过调控超声振幅、频率和压力，可以使熔体更容易流进金属孔结构中，增加其与金属的结合力，同时超声波还可以起到细化晶粒的作用，从而提高塑料基板与金属基板的结合强度。本发明简化模具的结构，成本低，简化工艺流程，操作比较方便，提高工作效率。

技术领域

本发明属于塑料/金属复合成型加工技术领域，具体涉及一种基于超声波辅助的塑料/金属连接成型方法。

背景技术

异质材料连接是材料领域发展的重要方向。大量使用轻合金和塑料成为汽车轻量化的主要趋势，由此引发的金属和塑料汽车零部件整体设计与加工成为汽车轻量化加工技术增长点。同时，通信迎来5G时代，近距离无线通信、wifi及无线充电技术将成为手机等移动终端产品的标配。由于全金属机壳对无线信号存在屏蔽作用，移动终端金属机壳常采用开环结构设计，塑料成为金属间连接材料的选择，开发新型的塑料/金属连接成型方法成为3C产品的加工技术热点。

传统的塑件与金属零部件连接方法主要是胶结、螺栓联接与铆接三种方式。胶黏剂容易产生挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOC），在很大程度上造成环保问题，加工中容易出现黏胶溢料、固化时间长，胶合易受环境老化影响而失效；螺栓联接与铆接需要联接零件而增重，使用过程易造成联接部位疲劳变形、密封不佳等问题。因此，开发一种“不依赖胶黏剂粘接或机械联接”而直接连接成型的塑料/金属一体化技术，成为当前材料复合加工急需发展的关键技术，不仅有利于实现塑料与金属零部件的异质连接，而且为异质材料产品一体化设计与加工提供了新的发展思路。

塑料/金属焊接作为新型异质连接技术，主要分为搅拌摩擦焊（Friction StirJoining, FSJ）、激光焊接（Laser Assisted Metal and Plastic Joining，LAMPJ）等。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm²为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm²时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。搅拌摩擦焊接是通过搅拌头的快速旋转，使待焊金属发生热塑性变形，在夹具的力的作用下实现异种金属的连接的一种方式。使用这两种焊接方法对异种金属焊接件进行焊接，均存在焊接过程中易产生脆性相的问题，容易导致焊接件发生脆性断裂，严重影响焊接质量。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种基于超声波辅助的塑料/金属连接成型方法，解决现有连接方式存在胶黏剂容易产生挥发性有机化合物，在很大程度上造成环保问题，加工中容易出现黏胶溢料、固化时间长，胶合易受环境老化影响而失效等问题。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于超声波辅助的塑料/金属连接成型方法，包括如下步骤：

1）在加热模具上对待连接的塑料板材和金属基材进行预热；

2）将所述塑料板材和金属基材待连接的部位重叠到一起，然后对所述重叠部位施加压力，在施加压力的同时对塑料板材进行超声波处理，使金属塑料界面处的塑料熔体渗入所述的金属基材表面的微孔中，自然冷却后，即可完成塑料和金属的连接。

本发明所使用的超声波仅为辅助提供热源作用，目的在于为塑料熔体提供上下振动作用力，可以保证塑料在熔融状态下受到超声波的作用，通过改变超声振幅和频率，可以使熔体更容易流进金属基材的孔结构中，增加其与金属的结合力。