鋁合金復(fù)合體及其接合方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，牢固地接合鋁合金部件和FRP預(yù)浸料坯。對鋁合金實(shí)施合適的液體處理，制成具有微米級大小的凹凸且有數(shù)十nm周期的微細(xì)凹凸的表面，且表面沒有鈉離子存在，進(jìn)而形成厚度比自然氧化層還厚的氧化鋁的表面被膜，由此得到物件可見到在其與環(huán)氧系粘合劑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的接合力。通過與將相同環(huán)氧系粘合劑用于基質(zhì)的FRP預(yù)浸料坯同時(shí)固化，從而制作以以往沒有的堅(jiān)固接合力一體化的FRP和鋁合金的一體化物復(fù)合體、或結(jié)構(gòu)物。
【專利說明】f呂合金復(fù)合體及其接合方法
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00880008157.1、國際申請日為2008年3月12日、發(fā)明名稱為
“鋁合金復(fù)合體及其接合方法”的發(fā)明申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及在運(yùn)輸機(jī)械、電氣設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、一般機(jī)械、其他產(chǎn)業(yè)機(jī)械、或民生設(shè)備等中使用的金屬和金屬、或金屬和樹脂的接合方法，其復(fù)合體及它們的制造方法。更詳細(xì)而言，涉及在汽車部件、航空器部件等構(gòu)成要求輕量化的運(yùn)輸機(jī)械的部件中，將最合適的鋁合金部件和樹脂制部件雙方一體化而使用的鋁合金復(fù)合體和其接合方法。
【背景技術(shù)】
[0003]就航空器而言，近來由于能源價(jià)格的高漲而要求其有進(jìn)一步的技術(shù)革新。即，在波音公司(美國)、空中客車公司(法國)新發(fā)表的新型機(jī)、新型機(jī)構(gòu)想中，為了機(jī)體的輕量化，超超級杜拉鋁(以下，按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS )為“A7075 ”)、超級杜拉鋁(以下，按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)為“A2024”)等鋁合金的使用率在急速減少，根據(jù)其減少量，碳纖維強(qiáng)化塑料(以下將Carbon-Fiber Reinforced Plastic簡稱為“CFRP”)的使用率在增加。
[0004]“A7075”(超超級杜拉鋁)是鋁合金的一種，其比重為2.7左右，但CFRP的比重為
1.6~1.7，其輕量化是無法比擬的。以前，高使用率地將CFRP用作航空器材料，主要是用于戰(zhàn)斗機(jī)或戰(zhàn)斗直升機(jī)等軍事用途，作為民用航空器用材料的使用，需要開發(fā)用于制造大型部件的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，以及成本方面的大小也有影響，不如期待的那樣有進(jìn)展。盡管CFRP具有輕量化、高強(qiáng)度、高耐腐蝕性，但在民需用途方面還未被應(yīng)用。但是，近來，在上述兩家有實(shí)力的民營飛機(jī)制造公司的研究開發(fā)的基礎(chǔ)上，由于原油價(jià)格高漲且居高不下，從使用材料方面出發(fā)，不得不研究機(jī)體的輕量化。
[0005]汽車業(yè)界也需要面對原油高漲和環(huán)境問題，混合動力車、電力汽車、歐洲的高性能柴油車等的開發(fā)在進(jìn)展，期待將來會普及能量轉(zhuǎn)換效率最高的燃料電池車。燃料電池的開發(fā)有飛躍性發(fā)展，但用于汽車的最大問題在于，如何安全順利地進(jìn)行燃料氫的處理，仍是很費(fèi)腦筋的問題。在民需用途方面，安全第一，對于將一般人操作搭載有數(shù)百氣壓的氫氣的車日?；?，障礙過大。因此，現(xiàn)行的液體燃料系統(tǒng)目前還不會改變?；谶@種情況，實(shí)際上除了動力系統(tǒng)的改進(jìn)之外，車體結(jié)構(gòu)的輕量化是重要的。實(shí)際上，在一部分車型中正在進(jìn)行鋁合金材料的多用途化，預(yù)測CFRP化在將來必然成為課題。 [0006]于是，關(guān)于航空器制造，為了提高CFRP材料的使用率，除了因高價(jià)CFRP的使用導(dǎo)致的材料費(fèi)升高之外，還存在技術(shù)問題。問題之一是，在已經(jīng)決定批量生產(chǎn)的最新的空中客車、波音兩公司制航空器中，鋁合金的使用率以重量比計(jì)預(yù)測為50%以上，共用CFRP材料和A7075材料兩種材料。接近機(jī)翼端的部分使用CFRP材料，機(jī)體的中心結(jié)構(gòu)部分如以往那樣使用A7075材料等。通常在兩者的結(jié)合中因鉚釘或螺栓螺母而需要特殊的物件。
[0007]這是因?yàn)?，CFRP材料和金屬在其基本物性方面有較大差異。金屬材料的伸長(牽拉斷裂伸展=Elongation)大，即使是A7075的伸長也為10~16% JSCFRP的伸長僅為數(shù)％。當(dāng)向這些材料施加較強(qiáng)的牽拉力時(shí)，金屬材料在某種程度的力內(nèi)發(fā)生彈性伸縮(按照楊氏模量進(jìn)行與力成比例的伸縮)，但施加超過該限度的力時(shí)，超過楊氏模量而伸長，在A7075材料中，以原始長度為100%，在達(dá)到110~116%時(shí)斷裂。而在CFRP材料中，是沿著與纖維平行的方向牽拉的情況，但碳纖維自身的伸長僅為I~2%,在施加超過基于楊氏模量的伸縮范圍的較大牽拉載荷時(shí)，碳纖維斷開，CFRP被撕裂?？傊?，就CFRP而言，自身伸長來吸收力的范圍小。
[0008]不僅在牽拉中如此，而且對于壓碎力(壓縮力)也是一樣。即，在用螺栓螺母緊固的情況下，即便是壓縮力超過限度的情況，金屬自身也能發(fā)生變形而免于被破壞，而在使CFRP負(fù)載壓縮載荷的情況下，該力首先由固化環(huán)氧樹脂承受，當(dāng)施加過度的擠壓力時(shí)，環(huán)氧樹脂向周邊伸長而變形，盡管如此，伸長被碳纖維限制而不動，在無法變形的情況下導(dǎo)致斷裂。
[0009]總之，設(shè)置貫通CFRP的貫通孔，向其中插入螺栓，已旋入該螺栓的螺母以過度的扭矩緊固時(shí)，該CFRP被壓縮而斷裂。這兩者的物性的較大差異，是由原子的金屬鍵形成的金屬部件、碳原子等的共價(jià)鍵形成的環(huán)氧樹脂或碳纖維的本質(zhì)差異引起的，所以改進(jìn)其物性自身的手段基本上不存在。因此，為了用螺栓螺母方式將兩者緊固而固定，只有不施加過度的力來防止CFRP側(cè)的斷裂，只能為此開發(fā)特殊的螺栓螺母來使用。據(jù)說，正在進(jìn)行該螺栓結(jié)構(gòu)開發(fā)的企業(yè)的成功，會推動近來的民用航空器的開發(fā)競爭。
[0010]關(guān)于今后的航空器，無論CFRP的使用率怎樣提高，輕金屬材料的使用率都不會為零，使CFRP材料和鋁合金材料容易結(jié)合的技術(shù)仍然是非常重要的基本技術(shù)。另一個(gè)是在CFRP預(yù)浸料坯的加熱固化后的脫模方面的問題。通過模具且在利用壓縮力進(jìn)行加壓的狀態(tài)下使預(yù)浸料坯加熱固化，但該過程中，環(huán)氧樹脂對模具起到粘合劑的作用，所以在模具和預(yù)浸料坯之間需要涂布脫模劑。因此，脫模劑(通常為硅油系的油性脫模劑)難免會滲入到作為產(chǎn)品的CFRP內(nèi)，而無法確保環(huán)氧樹脂原本具有的最高物性。即便品質(zhì)稍稍降低，但在用作航空器、汽車等高速移 動機(jī)械用結(jié)構(gòu)體方面，仍是應(yīng)該解決的問題。本發(fā)明基于該點(diǎn)提出一個(gè)解決對策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明人等發(fā)明了使已注射成型的樹脂制部件、與預(yù)先插入到注射成型模具內(nèi)的金屬部件具體為鋁合金部件、鎂合金部件、銅合金部件、鈦合金部件、不銹鋼部件等在注射成型的同時(shí)牢固接合的技術(shù)(以下稱為“注射接合”技術(shù))(參照后述的專利文獻(xiàn)1、2、3、4、5)。這成為發(fā)現(xiàn)對插入的金屬預(yù)先實(shí)施表面處理法的主要原因，本發(fā)明人等預(yù)測，通過該表面處理得到的金屬的表面形狀不僅對注射接合有效，而且對通過一般的粘合劑的接合(粘合)也有效。
[0012]即，就上述的“注射接合”的發(fā)明而言，如果匯總示出使用的金屬合金所要求的表面狀態(tài)，成為下述的條件(I)~(3)。(I)通過化學(xué)蝕刻得到的粗面即以I~?ομπι周期的凹凸且其凹凸高低差為其周期的一半左右即0.5~5 μ m的粗面為第一條件。這是因?yàn)?，對于?shù)百~千氣壓的高壓熔融樹脂且流入到比其熔點(diǎn)低百數(shù)十。C的模具內(nèi)而驟冷、邊結(jié)晶化邊固化的樹脂而言，能夠勉強(qiáng)流入的尺寸的凹部的直徑為I~10 μ m。
[0013]然而，實(shí)際上，在有偏差的化學(xué)反應(yīng)的情況下，該粗面難以100%完全覆蓋鋁合金表面。實(shí)際上，當(dāng)用表面粗糙度測量儀進(jìn)行測定時(shí)，認(rèn)為只要描繪出0.2~20 μ m范圍的不規(guī)則周期的凹凸且其最大高低差為0.2~10 μ m的范圍的粗度曲線，或者，用掃描型探針顯微鏡進(jìn)行分析，是JIS標(biāo)準(zhǔn)(JIS B0601:2001)所說的峰谷平均間隔(RSm)為0.8~10 μ m、最大高度(Rz)為0.2~IOym的粗面，就認(rèn)為滿足上述的表面粗糙度的條件。本發(fā)明人等認(rèn)為理想的粗面的凹凸周期如上所述為I~ΙΟμπι，并以此進(jìn)行判斷，所以作為易懂的技術(shù)用語，本發(fā)明中將具有該表面粗糙度的粗面定義為“具有微米級粗度的表面”。
[0014]另外，進(jìn)而要求(2)當(dāng)用電子顯微鏡水平放大觀察該粗面時(shí),具有10~500nm周期的微細(xì)凹凸面，最優(yōu)選具有40~50nm周期的微細(xì)凹凸面,且(3)其表面比該金屬合金的通常的自然氧化層厚，或者用更結(jié)實(shí)的金屬氧化物層的薄層來覆蓋。關(guān)于該金屬合金側(cè)所必需的上述三個(gè)條件，如上所述鎂合金、鈦合金、銅合金、不銹鋼、鋁合金等全部能夠滿足，注射接合而得到強(qiáng)度達(dá)20~30MPa以上的金屬一硬質(zhì)樹脂間的剪切斷裂力。總之，關(guān)于注射接合，已經(jīng)明確需要上述三個(gè)條件的假說是正確的。此時(shí)，即便關(guān)于粘合劑的接合(粘合)，本發(fā)明人等也預(yù)測該假說當(dāng)然是有效的。
[0015]因此，本發(fā)明人對粘合劑接合建立的假說如下所示。與在上述的注射接合實(shí)驗(yàn)中使用的物件相同，首先制成金屬合金的表面(滿足上述三個(gè)條件的金屬合金)，在該金屬片上涂布液狀的單組分環(huán)氧系粘合劑，將其置于真空下，然后返回至常壓，經(jīng)過上述等工序，使粘合劑侵入到金屬合金表面的微細(xì)凹凸面而相互融合。此外，隨后使其加熱固化。此時(shí)，即便流入壓力僅為I氣壓左右，作為液體的環(huán)氧系粘合劑也可能侵入到由金屬合金表面的條件(I)的微米級粗度形成的凹部內(nèi)。只要可以侵入，則通過隨后的加熱，環(huán)氧系粘合劑在該凹部內(nèi)固化。
[0016]此時(shí)，該凹部的內(nèi)壁面成為條件(2)的納米水平的微細(xì)凹凸面。推測環(huán)氧系粘合劑難以完全侵入到形成該(2)中所說的微細(xì)凹凸面的微細(xì)凹部的深處。但是，環(huán)氧粘合劑的一部分在微細(xì)凹部開口部的內(nèi)側(cè)稍微露出頭來并固化。此時(shí)，在大的凹部內(nèi)固化的環(huán)氧系粘合劑，成為因無數(shù)的毛刺(spike)而在凹部內(nèi)被阻止的狀態(tài)(卡合)，應(yīng)該難以通過外力將其從金屬基材上剝離。在強(qiáng)行剝離已固化的環(huán)氧樹脂的情況下，碰上毛刺的表面的上述條件
(3)的金屬氧化物層，具有能夠發(fā)揮其陶瓷質(zhì)硬度的厚度，所以在金屬合金側(cè)的變形少，大的凹部內(nèi)的環(huán)氧樹脂無法脫落出來。結(jié)果，在大的凹部的開口部附近，環(huán)氧樹脂自身斷裂。此時(shí)，斷裂所需的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由以往公知的粘合劑形成的粘合力數(shù)據(jù)。
[0017]關(guān)于該假說的妥當(dāng)性，實(shí)際上已在鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金、不銹鋼中得到證實(shí)。本發(fā)明在接下來的證實(shí)試驗(yàn)中，將提出與各種金屬合金有關(guān)的一系列發(fā)明組。根據(jù)這些試驗(yàn)，本發(fā)明人等認(rèn)為有關(guān)粘合劑接合的上述假說是正確的，但在學(xué)術(shù)上仍需要大多數(shù)科學(xué)家、化學(xué)家的批評、認(rèn)可。本發(fā)明人等在本發(fā)明中將這些想法的該假說簡稱為“NAT(納米粘合技術(shù):Nano Adhesion Tchonology)”。在“NAT”中,將通過粘合材料的粘合如前所述作為完全的物理效果即固著效果來理解接合。這是因?yàn)?，如果不這樣理解，就不能說明如下事實(shí):不僅是鋁合金，包括其它合金在內(nèi)也是一樣的，當(dāng)使用環(huán)氧系粘合劑時(shí)，用剪切斷裂力、及牽拉斷裂力測定竟達(dá)500~700Kgf/cm2 (50~70N/mm2 = 50~70MPa)的強(qiáng)大接合力。
[0018]另外，上述條件(I)的大凹凸即I~ΙΟμπι周期的凹凸是優(yōu)選的，但這不僅在本發(fā)明所示的利用鋁合金的NAT中得到證實(shí)，而且在銅合金、鈦合金、不銹鋼、普通鋼材等中也得到證實(shí)。在具有上述以上的大凹凸的情況下，或者相反具有該凹凸以下的過小凹凸的情況下，由粘合劑引起的接合的接合力會降低。其理由考慮為，如果是過大的凹部，由于形成凹部的單位面積的密度降低，而固著效果被降低，另外，如果是過小的凹部，環(huán)氧系粘合劑不會充分侵入到其內(nèi)部。
[0019]如果利用通過上述的“NAT”的接合強(qiáng)度，則可以滿足前章所述的多種需要。首先，金屬合金彼此進(jìn)行粘合劑接合，但按照“NAT”假說，如果是經(jīng)表面處理的金屬之間，使用環(huán)氧系粘合劑可以得到非常強(qiáng)的粘合力?？傊幢闶卿X合金之間、鋁合金和鈦合金之間，也是一樣的。這是因?yàn)?，粘合力自身并非在金屬之間生成，而是在各金屬和環(huán)氧樹脂之間生成。此外，仍將環(huán)氧樹脂用于基質(zhì)的FRP材料是最不會妨礙與上述金屬合金片粘合劑接合的對象。如果擠壓FRP預(yù)浸料坯和涂布有環(huán)氧系粘合劑的上述鋁合金部件，升溫而使雙方的環(huán)氧樹脂同時(shí)固化，則能夠理解接合(粘著)對于配對金屬以上是容易的。
[0020]作為該粘合形態(tài)，首先考慮用鋁合金薄板材料夾持FRP材料而成的夾層結(jié)構(gòu)，即層疊結(jié)構(gòu)。重量雖有增加，但不需要用于預(yù)浸料坯的脫模劑，所以可以防止由脫模劑引起的環(huán)氧樹脂的劣化。另外，例如，考慮在鋁合金厚板并非夾持預(yù)浸料坯整個(gè)面而是夾持一部分的夾層結(jié)構(gòu)上，設(shè)置貫通孔，使螺栓通過該貫通孔而與其他部件結(jié)合時(shí)，即便是超過限度的螺栓擰緊，也可以使CFRP部免于斷裂。
[0021]進(jìn)而，使端部為招合金構(gòu)件、使中心部的主材料為CFRP構(gòu)件而一體化的板狀或管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可以利用其端部使用基于螺栓螺母的連結(jié)、嵌合、其他公知的各種金屬用結(jié)合方式，因而組裝分解變得容易成為適合大量生產(chǎn)的構(gòu)件。不僅對航空器的輕量牢固化有效，而且對汽車等移動機(jī)械、移動用電子電氣設(shè)備、機(jī)器人設(shè)備等的輕量牢固化也是有效的?，F(xiàn)在，CFRP材料是非常常用的材料，能夠用于移動機(jī)械用途對將來的節(jié)能社會、環(huán)保社會能作出很大的貢獻(xiàn)。
[0022]根據(jù)如上所述的問題，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)以下的目的。
[0023]本發(fā)明的目的在于，提供一種將CFRP材料和鋁合金接合的鋁合金復(fù)合體及其制造方法。
[0024]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠不使用特殊結(jié)構(gòu)的螺栓螺母等連結(jié)手段而以普通的連結(jié)手段將CFRP材料和鋁合金部件結(jié)合的鋁合金復(fù)合體和其制造方法。
[0025]本發(fā)明的其他目的還在于，提供一種在接合(粘著)CFRP材料和鋁合金時(shí)不需要脫模劑的鋁合金復(fù)合體和其制造方法。
[0026]專利文獻(xiàn)1:W0 03/064150 Al
[0027]專利文獻(xiàn)2:W0 2004/041532 Al
[0028]專利文獻(xiàn)3:特愿2006 — 329410號
[0029]專利文獻(xiàn)3:特愿2006 — 281961號
[0030]專利文獻(xiàn)4:特愿2006 - 345273號
[0031]專利文獻(xiàn)4:特愿2006 - 354636號
[0032]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的采用了下述手段。
[0033]即，本發(fā)明的招合金復(fù)合體的宗旨在于，由第一招合金制的第一金屬部件和其他粘附件形成；所述第一金屬部件在表面形成有化學(xué)蝕刻所致的微米級表面粗糙度，上述表面具有不含鈉離子的 厚度為2nm以上的氧化鋁薄層，且在上述表面粗糙度內(nèi)，被具有直徑10~1OOnm且深度或高度相同的凹部或突起的超微細(xì)凹凸面覆蓋；所述其他粘附件是以侵入到所述超微細(xì)凹凸面的環(huán)氧系粘合劑為粘合劑而被粘合的。
[0034]本發(fā)明的鋁合金復(fù)合體的制造方法的宗旨在于，包括以下工序:由鑄造物或中間件通過機(jī)械加工而將鋁合金部件形狀化的工序、將上述已形狀化的鋁合金部件浸潰于強(qiáng)堿性水溶液中的化學(xué)蝕刻工序、將上述鋁合金部件浸潰于酸水溶液中的中和工序、將上述鋁合金部件浸潰于含有從水合肼、氨、及水溶性胺化合物中選擇的一種以上的水溶液中而在表面形成超微細(xì)凹凸面的超微細(xì)蝕刻工序、將上述鋁合金部件浸潰于過氧化氫水溶液中的氧化工序、在上述鋁合金部件的上述超微細(xì)凹凸面上涂布環(huán)氧系粘合劑的工序、將含有上述環(huán)氧性樹脂成分的纖維強(qiáng)化塑料的預(yù)浸料坯形成必要的形狀的工序、使上述纖維強(qiáng)化塑料的預(yù)浸料坯附著在上述鋁合金部件的上述涂布面上的工序、和對上述預(yù)浸料坯和上述鋁合金部件進(jìn)行定位且邊加壓邊加熱而使上述環(huán)氧性樹脂成分固化的工序。
[0035]以下，對構(gòu)成它們的每個(gè)要素進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]〔鋁合金部件〕
[0037]可以在本發(fā)明中使用的鋁合金部件，只要是鋁合金就可以是任意種類。具體而言，可以使用由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)規(guī)定的伸展用鋁合金的A1000系列~7000系列(耐腐蝕鋁合金、高強(qiáng)度鋁合金、耐熱鋁合金等)等所有合金、及ADCl~12種(壓鑄用鋁合金)等鑄造用鋁合金。作為形狀物，只要是鑄造用合金等，可以使用通過壓鑄法形狀化的部件，還可以使用進(jìn)一步對其進(jìn)行機(jī)械加工而調(diào)整了形狀的部件。另外，在伸展用合金中，除了作為中間件的板材之外，還可以使用對它們施加熱加壓加工等機(jī)械加工而形狀化的部件。
[0038]〔鋁合金部件的表面處理/前處理/其理論和觀點(diǎn)〕
[0039]鋁合金部件優(yōu)選首先浸潰在脫脂槽中并除去因機(jī)械加工等而附著的油劑、油脂。具體而言，優(yōu)選不需要本發(fā)明特有的脫脂處理，而是準(zhǔn)備將市售的鋁合金用脫脂材料以該試劑制造商指定的濃度投入到熱水中而得到的溫水溶液，浸潰于其中進(jìn)行水洗?？傊?，可以是鋁合金進(jìn)行的常規(guī)方法的脫脂處理。情況視脫脂材料的產(chǎn)品而異，但就普通的市售品而言，濃度為5~10%，液溫為50~80°C，浸潰5~10分鐘。
[0040]就自此以后的前處理工序而言，對于鋁合金中含有比較多的硅的合金、和這些成分少的合金，它們的處理方法不同。就硅成分少的合金、即A1050、Al 100、A2014、A2024、A3003、A5052、A7075等伸展用鋁合金中，優(yōu)選以下的處理方法。即，將鋁合金部件短時(shí)間浸潰于酸性水溶液中進(jìn)行水洗，使鋁合金部件的表層吸附酸成分，這可以以良好的再現(xiàn)性提高接下來的堿蝕刻，所以優(yōu)選。該處理可以稱為預(yù)酸洗工序，使用液可以使用硝酸、鹽酸、硫酸等價(jià)格低廉的無機(jī)酸的I %~數(shù)％濃度的稀水溶液。接著，浸潰于強(qiáng)堿性水溶液中進(jìn)行水洗，進(jìn)行蝕刻。
[0041]通過該蝕刻，在鋁合金表面殘留的油脂或污物與鋁合金表層一起被剝離。在該剝離的同時(shí)，在其表面形成微米水平的粗度，即，如果從JIS標(biāo)準(zhǔn)(JIS B 0601: ’01，ISO4287: ’ 97/IS0 1302: ’ 02)來說，形成峰谷平均間隔(RSm)為0.8~10 μ m、最大高度(Rz)為0.2~5.0 μ m的粗度。這些數(shù)值只要使用近來的掃描性探針顯微鏡就可以自動計(jì)算并輸出。然而，關(guān)于通過自動輸出顯示微細(xì)凹凸的數(shù)值，也有算出的RSm值不表示實(shí)際情況的時(shí)候。更為準(zhǔn)確地說，關(guān)于該凹凸情況，有必要通過目視檢查對能由掃描性探針顯微鏡輸出的粗度曲線再次確認(rèn)RSm值。
[0042]目視檢查上述粗度曲線，如果有0.2~20 μ m范圍的不規(guī)則周期且高低差為0.2~5μπι范圍的粗糙度狀況，則實(shí)際情況與上述大致相同。在該目視檢查法判斷自動計(jì)算不可靠的情況下，目視檢查能使判斷簡單，所以優(yōu)選。總之，如果使用本發(fā)明定義的技術(shù)用語，則為“具有微米級粗度的表面”。關(guān)于使用液，優(yōu)選使1%~數(shù)％的苛性鈉水溶液為30~40°C然后浸潰數(shù)分鐘。接著，優(yōu)選再次浸潰于酸性水溶液中，進(jìn)行水洗，由此除去鈉離子而結(jié)束前處理。本發(fā)明人等將其稱為中和工序。作為該酸性水溶液，特別優(yōu)選數(shù)％濃度的硝酸水溶液。
[0043]另一方面，在ADC10、ADC12等鑄造用鋁合金中，優(yōu)選經(jīng)過以下的工序。即，優(yōu)選在從鋁合金的表面除去油脂類的脫脂工序之后，與前述的工序一樣進(jìn)行預(yù)酸洗、蝕刻。通過該蝕刻，在強(qiáng)堿性條件下不溶解的銅成分、硅成分成為微粒狀的黑色污物(以下，在金屬鍍業(yè)界將該污濁物稱為“污物(smut)”，仿照其表述)。由此，為了溶解該污物而將其剝脫，接著，優(yōu)選浸潰于數(shù)％濃度的硝酸水溶液。由于向硝酸水溶液的浸潰，銅污物被溶解，且硅污物從鋁合金表面浮起。[0044]特別是在所使用的合金像ADC12那樣為含有大量硅成分的合金時(shí)，如果僅僅浸潰于硝酸水溶液中，硅污物會繼續(xù)附著在鋁合金基材的表面上而不會將其剝離干凈。因此，接著，優(yōu)選浸潰于已施加超聲波的水槽內(nèi)，進(jìn)行超聲波清洗，物理剝脫硅污物。由此并非將所有污物剝落，但在實(shí)際應(yīng)用上已足夠。由此可以結(jié)束前處理，但優(yōu)選再次短時(shí)間浸潰于稀硝酸水溶液中進(jìn)行水洗。由此結(jié)束前處理，由于前處理以酸性水溶液浸潰和水洗而結(jié)束，所以不會殘留鈉離子。以下，對鈉離子進(jìn)行說明。
[0045]如果從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，關(guān)于使用環(huán)氧系粘合劑將兩片鋁合金彼此粘合時(shí)的接合力，根據(jù)微米級的粗度和該面的納米級超微細(xì)凹凸的形狀特性，可大致確定其接合強(qiáng)度。如果從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，只要通過基于苛性鈉水溶液的蝕刻找出其浸潰條件等，雖是偶然但在形狀上滿足在前述“MT”假說中所說的條件，就能夠得到意想不到的強(qiáng)粘合力。但是，在僅是利用苛性鈉的蝕刻的處理中，如果結(jié)束表面處理，則即便后來進(jìn)行充分水洗，也會在鋁合金表層殘留鈉離子。鈉離子粒徑小，所以容易移動，即便在完成了涂裝、粘合之后，也會成為整體浸潤的狀態(tài)，伴隨滲透樹脂層的水分子而殘留的鈉離子不知為何會集中在金屬/樹脂的界面處，促進(jìn)鋁表面的氧化。
[0046]即，鋁合金表面發(fā)生腐蝕，其結(jié)果，促進(jìn)基材和涂膜、粘合劑間的剝離。根據(jù)這種情況，作為在粘合前仍進(jìn)行的鋁合金前處理，沒有進(jìn)行用苛性鈉水溶液蝕刻的理由。因此，目前，在重鉻酸鉀、鉻酸酐之類的6價(jià)鉻化合物的水溶液中，浸潰招合金，進(jìn)行鉻酸鹽處理，或進(jìn)行陽極氧化而在未封孔的情況下使用，這是強(qiáng)粘合劑接合的標(biāo)準(zhǔn)前處理法。總之，在著眼于利用蝕刻提高粘合力的以前，防止鋁合金表面的腐蝕、變質(zhì)是主要著眼點(diǎn)。
[0047]但是，對鋁合金進(jìn)行苛性鈉蝕刻的方法并非完全不使用，作為用于涂裝的前處理而經(jīng)常使用。通常在涂裝中并不要求有極度的粘合力，只要不是經(jīng)受風(fēng)吹雨打的屋外使用用途且不會浸潰于水中，就可酌情使用。除此之外，如果不是涂膜保證為10年等之類的產(chǎn)品，該涂裝前處理法也并非不合理。本發(fā)明并不是以這樣容易的觀點(diǎn)為前提，而是以長期的接合穩(wěn)定性為重要課題。因此，鈉離子的排除是最重要事項(xiàng)。
[0048]鋁合金中的鈉
[0049]對鋁合金中含有的鈉(Na)進(jìn)行描述。就鋁金屬的制法而言，通過用苛性鈉水溶液溶解鋁土礦而得到高純度的鋁化合物，通過其電解還原制造鋁坯。關(guān)于該制法，難免在鋁坯中含有鈉作為雜質(zhì)。但是，現(xiàn)行的冶金技術(shù)可以將鋁合金中的鈉含量控制在極限。因此，在沒有酸堿霧的普通環(huán)境中，關(guān)于近來的市售鋁合金，如果不共存有直接的潤濕(液體的水)，則不會發(fā)生腐蝕。實(shí)際上，腐蝕高速進(jìn)行是在有潤濕和來自海風(fēng)的鹽分(氯化鈉)、及通過陽光的加熱時(shí)。即，當(dāng)市售的鋁合金在惡劣環(huán)境地域、例如鄰近海岸的都市，在海風(fēng)強(qiáng)且氣溫高的地域的屋外使用時(shí)，其腐蝕速度快。
[0050]關(guān)于該腐蝕對策，通常用涂料、粘合劑等覆蓋其整個(gè)表面。此時(shí)，對于不在該涂膜、粘合層上產(chǎn)生破裂裂紋是必要的，含有鹽分的水不會因該破裂裂紋等而侵入到鋁合金的表面是重要的。在完成這樣的對策的情況下，作為鋁合金的表面處理，并非必需進(jìn)行普通的鉻酸鹽處理，只要涂膜耐氣候性良好且涂膜/基材間的粘合良好，即便僅是涂裝也會在惡劣環(huán)境下維持足夠長時(shí)間。特別是近來世界上拒絕使用6價(jià)鉻，鉻酸鹽處理已經(jīng)不能說是優(yōu)選的鋁合金表面處理法。另一方面，目前耐氣候性出色的涂料、耐蝕性或耐熱性出色的粘合劑有大量市售品。其中，本發(fā)明人等為了使涂料或粘合劑與鋁合金基材之間的強(qiáng)烈接合得到長時(shí)間維持，試圖進(jìn)行鋁合金側(cè)所要求的條件的最佳化和其理論化。
[0051]Ig合金的表面
[0052]關(guān)于鋁合金表面的優(yōu)選粗度，具體而言，基本上是通過苛性鈉等強(qiáng)堿性水溶液獲得，隨后通過向酸水溶液浸潰和充分的水洗以去除鈉離子。但是，如果用電子顯微鏡觀察該處，通過苛性鈉水溶液的蝕刻得到的面的微細(xì)結(jié)構(gòu)(圖5中示出A7075的例子)，是具有數(shù)十rim周期的超微細(xì)凹凸且已固化的粘合劑難以從基材凹部除去的面，即是“NAT”假說中希望的優(yōu)選微細(xì)凹凸面，與此相對，將其浸潰于硝酸水溶液中水洗后的表面(圖6中示出A7075的例子)，其被要求的微細(xì)凹凸的品質(zhì)水平降低?？傊?，向用于去除鈉離子的酸性水溶液中的浸潰操作，成為一種化學(xué)研磨。在電子顯微鏡相片上用感覺來表現(xiàn)時(shí)該表面形成所謂的粗澀面，該粗澀面通過化學(xué)研磨而降低了粗澀度，在粘合劑接合中成為逆效應(yīng)。 [0053]因此，在以下所述的主體處理中恢復(fù)該粗澀度。將參考的相片類示于圖5~7，但圖6是硝酸水溶液浸潰處理后的電子顯微鏡相片的例子。認(rèn)為前述的理由是可以理解的。總之，本發(fā)明人等進(jìn)行本發(fā)明的經(jīng)過、思考、理論，基于能夠容易地使用可得到數(shù)nm的高分辨率的高性能電子顯微鏡。另外，在本發(fā)明中，其觀點(diǎn)是:鋁合金的耐氣候性耐腐蝕性的獲得可以通過如下方式確保，即，以所得到的最終的鋁合金表面為氧化鋁表層，且將粘合劑與合金基材的接合力提高到極限。
[0054]〔鋁合金部件的表面處理/主體處理/超微細(xì)蝕刻〕
[0055]已結(jié)束前處理的鋁合金部件，進(jìn)行作為最終處理的如下所示的表面處理即主體處理。優(yōu)選將已結(jié)束前處理的鋁合金部件浸潰于含有水合肼、氨、及水溶性胺化合物中任意一種以上的水溶液中，然后進(jìn)行水洗，在70°C以下進(jìn)行干燥。這也是對下述情況進(jìn)行的粗面恢復(fù)對策，即，由于在前處理的最終處理中進(jìn)行的脫鈉離子處理，表面稍微發(fā)生變化，粗度雖被保持，但其表面已稍微變得光滑。在水合肼水溶液等弱堿性水溶液中浸潰短時(shí)間，進(jìn)行超微細(xì)蝕刻，表面被具有直徑為10~IOOnm且高度或深度相同的凹部或凸起的超微細(xì)凹凸面覆蓋，詳細(xì)而言，優(yōu)選在微米級的凹凸的凹部內(nèi)壁面上，形成40~50nm周期的微細(xì)凹凸占多數(shù)，如果從視覺上描述觀察電子顯微鏡相片時(shí)所見的感覺，則是加工成粗澀度高的面。
[0056]另外，當(dāng)使水洗后的干燥溫度為例如100°C以上的高溫時(shí)，假設(shè)干燥機(jī)內(nèi)是密閉的，則在沸水和鋁之間發(fā)生水氧化反應(yīng)，表面發(fā)生變化而形成勃姆石層。這不是結(jié)實(shí)的表層，所以不優(yōu)選。干燥機(jī)內(nèi)的濕度狀況不僅與干燥機(jī)的大小或換氣的狀況有關(guān)，與投入的鋁合金的量也有關(guān)系?；谶@種情況，為了防止表面的勃姆石化，無論什么樣的投入條件，在90°C以下、優(yōu)選70°C以下進(jìn)行熱風(fēng)干燥會良好再現(xiàn)性地得到良好的結(jié)果，所以優(yōu)選。在70°C以下進(jìn)行干燥時(shí)，僅能通過基于XPS的表面元素分析從鋁的峰檢測出鋁(3價(jià))，市售的A5052、A7075鋁合金板材等的能通過XPS分析檢測出的鋁(O價(jià))將消失。
[0057]XPS分析能夠檢測出存在于自金屬表面起I~2nm深的場所的元素，所以由其結(jié)果可知，通過浸潰于水合肼、胺系化合物的水溶液中，然后進(jìn)行水洗并進(jìn)行熱風(fēng)干燥，鋁合金所具有的原本的自然氧化層(厚度為Inm左右的氧化鋁薄層)因主體處理而變得更厚。可知至少與自然氧化層不同，有2nm以上的厚度，而除此之外尚不清楚。即，如果在用氬離子束等進(jìn)行蝕刻之后進(jìn)行XPS分析，在比10~IOOnm左右更深的位置的分析是可能的，但有可能因光束自身的影響而使深層的鋁原子的價(jià)數(shù)發(fā)生變化，由此認(rèn)為目前的該解析比較困難，本發(fā)明人等停止該考察。
[0058]對利用其他表面處理方法在鋁合金表面形成氧化鋁層的方法進(jìn)行說明。為了提高鋁合金的耐氣候性而進(jìn)行的表面處理法之一有陽極氧化法。在對鋁合金進(jìn)行陽極氧化的情況下，可以形成數(shù)Pm~十?dāng)?shù)μ m厚的氧化鋁層，耐氣候性大大提高。在陽極氧化處理剛剛結(jié)束后的氧化鋁層殘留有無數(shù)的直徑為20~40nm左右的孔的開口部。如果在該狀態(tài)即未封孔鋁陽極氧化狀態(tài)下進(jìn)行粘合劑的接合或涂料的涂布，則粘合劑或涂料有若干從開口部進(jìn)入到孔中并固化，發(fā)揮強(qiáng)固著效果，利用基于粘合劑的接合產(chǎn)生強(qiáng)接合力。實(shí)際上，在航空器的組裝中，作為陽極氧化鋁合金，已知向其上涂布粘合劑來接合不同材質(zhì)材料等。
[0059]但是，本發(fā)明人等對該說法有疑問。即，當(dāng)對陽極氧化鋁合金之間用環(huán)氧粘合劑牢固接合而得到的一體化物進(jìn)行剪切斷裂試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明人等的斷裂試驗(yàn)，沒有因40MPa(40N/mm2)以上的強(qiáng)力而斷裂的樣品，且如果觀察斷裂面，幾乎都是粘合劑沒有斷裂而陽極氧化層(氧化鋁層)從鋁合金基材上脫落。在這里，如果表述本發(fā)明人等的考察，是所謂“強(qiáng)接合所需的金屬側(cè)的表面必須是金屬氧化物等陶瓷質(zhì)的高硬度層，但其厚度不能過厚”。陽極氧化物的表層是氧化鋁，是基材鋁自身的氧化物，但表層為陶瓷質(zhì)，基材是金屬，所以彼此之間為異物。
[0060]如果陶瓷質(zhì)厚，則必然在極限狀態(tài)下顯現(xiàn)物性差異而斷裂。因此，優(yōu)選金屬氧化物層較薄，且從常識出發(fā)，如果該金屬氧化物是非晶態(tài)或微晶狀態(tài)的陶瓷質(zhì)，則與基材的接合是極佳的，應(yīng)考慮優(yōu)選。即，得出的結(jié)論是:為了使粘合物的剪切斷裂力、牽拉斷裂力為50~IOOMPa水平的強(qiáng)力，不應(yīng)該胡亂增厚氧化金屬層，不優(yōu)選使用已完成陽極氧化的未封孔鋁陽極氧化。
[0061]軺微細(xì)飩刻
[0062]以下，對本發(fā)明中所說的超微細(xì)蝕刻進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。如果在水合肼、氨、或水溶性胺等的水溶液且PH9~10的弱堿性水溶液中，僅在適當(dāng)?shù)臏囟认陆⑦m當(dāng)?shù)臅r(shí)間，則其表面為直徑10~IOOnm的超微細(xì)凹凸形狀且被全面覆蓋。如果以數(shù)均直徑計(jì)，則為50nm左右。另外，換言之,為了得到表面為直徑10~IOOnm的超微細(xì)凹凸形狀,選擇最佳的PH、溫度、時(shí)間即可。本發(fā)明人等預(yù)想的最優(yōu)選超微細(xì)凹凸的周期或超微細(xì)凹凸部的直徑為50nm左右，這是經(jīng)驗(yàn)性考慮。其理由在于，如果是周期IOnm的凹凸，與其說是粗澀面，還不如說是凹凸情況過于微細(xì)且通過具有粘性的粘合劑成為光滑面，另外，如果是周期IOOnm以上的凹凸，稱之為粗澀面過于概況且沒有掛住的印象。需要說明的是，本發(fā)明中所說的“數(shù)均”，并非能夠用統(tǒng)計(jì)學(xué)驗(yàn)證程度的所謂總和平均的程度，而是抽出20個(gè)以內(nèi)的樣品的程度的平均值。
[0063]50nm是由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的來自經(jīng)驗(yàn)感覺的數(shù)值。不過，即便以50nm周期為目標(biāo)，利用化學(xué)反應(yīng)也不會形成這樣有規(guī)律的數(shù)值，會有偏差。僅僅是觀察由電子顯微鏡拍攝的相片并進(jìn)行數(shù)值化，如果根據(jù)其結(jié)果來表述，則可以說是直徑為10~IOOnm且深度或高度相同的凹部或凸部大致100%覆蓋了整個(gè)面的超微細(xì)凹凸形狀面。實(shí)際上，在直徑10~20nm的凹凸占表面的大部分的情況下，或相反直徑IOOnm以上的凹凸占多數(shù)的情況下，接合力會劣化。實(shí)例為利用水合肼的水溶液對A7075材料或A5052材料進(jìn)行蝕刻的例子，以下記為實(shí)驗(yàn)例。
[0064]軺微細(xì)飩刻的實(shí)駘例
[0065]即，為了用如此大小的凹部或凸部覆蓋鋁合金，有必要通過反復(fù)試驗(yàn)和失敗來探索浸潰條件。如果用一水合肼的3.5%濃度的60°C水溶液來說明，在A5052、A7075材料的浸潰中將浸潰時(shí)間設(shè)為2分鐘左右是最合適的，在該浸潰時(shí)間條件下，表面被直徑10~IOOnm且以數(shù)均計(jì)直徑為40~50nm的凹部全面覆蓋。但是，在浸潰4分鐘的情況下，凹部的直徑擴(kuò)大而成為80~200nm，按照這些凹部的直徑的數(shù)平均值超過IOOnm直徑的方式急劇擴(kuò)大，進(jìn)而在凹部的底部也形成凹部，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。進(jìn)而，如果浸潰8分鐘，橫孔狀的侵蝕也在進(jìn)行而近似成為海綿狀，進(jìn)而深的凹部相互連接而變成谷狀或峽谷狀。如果浸潰16分鐘，則即便目視也會看到鋁合金從原來的金屬色稍稍帶有褐色，可見光線的吸收狀況開始發(fā)生變化。
[0066]順便說一下，當(dāng)在上述的條件下浸潰時(shí)間為I分鐘時(shí)，觀察電子顯微鏡相片中10~40nm直徑的凹部，它們是數(shù)均直徑為25~30nm的凹部。進(jìn)而，如果是0.5分鐘的浸潰，覆蓋表面的凹部的直徑為10~30nm，如果它們以數(shù)均直徑計(jì)則為25nm左右，與浸潰時(shí)間為I分鐘的情況相比，沒有很大差異。此外，如果認(rèn)真比較浸潰時(shí)間為0.5分鐘的物件和浸潰時(shí)間為I分鐘的物件的電子顯微鏡相片，關(guān)于凹部的深度，浸潰0.5分鐘的物件與浸潰I分鐘的物件相比更明顯是淺的樣子?？傊P(guān)于弱堿性水溶液中的A5052、A7075，不知為何以20~25nm的周期開始侵蝕，首先，這樣制作直徑20nm左右的凹部，該凹部的深度達(dá)到與直徑同等水平，然后凹部邊緣被侵蝕，凹部直徑擴(kuò)大，開始向凹部內(nèi)部的不定方向的侵蝕。在被如此侵蝕的情況下，最適于粘合劑接合的單純且結(jié)實(shí)的侵蝕狀況，是在將A7075、A5052浸潰于3~5% —水合肼水溶液(60°C)中的情況下，大約為2分鐘。
[0067]例如，對使用溫度23°C且粘度40Pa.秒的單組分高溫固化型環(huán)氧粘合劑“EP106(施敏打硬(CEMEDINE)公司制)”的情況進(jìn)行說明。如果根據(jù)實(shí)施例所示的粘合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來描述，對于在上述條件下浸潰于水合肼水溶液中I分鐘的A7075等鋁合金材料的情況，微細(xì)凹部的直徑以數(shù)均計(jì)過小為25nm左右，環(huán)氧樹脂難以侵入到該微細(xì)凹部，浸潰時(shí)間為2分鐘時(shí)的粘合力為最大。當(dāng)在上述條件下浸潰A7075等2分鐘時(shí)，微細(xì)凹部的直徑以數(shù)均直徑計(jì)為40nm左右，所以只要為該程度以上的微細(xì)凹部，推測該環(huán)氧樹脂的頭部會插入到該微細(xì)凹部內(nèi)。
[0068]總之，當(dāng)微米級的凹部內(nèi)面是具有數(shù)十nm周期的凹凸的粗澀面時(shí)，接合力增加。另外，如果上述的浸潰時(shí)間為2分鐘以上、例如為4分鐘、8分鐘而延長時(shí)，不僅凹部直徑增大，在凹部中還會形成凹部，簡而言之，成為海綿狀，不僅鋁合金表面層自身的強(qiáng)度減弱，而且粘合劑無法侵入到深而復(fù)雜的孔的深處。其結(jié)果，在接合物的接合邊界部，空隙部增加，作為結(jié)果，接合力與最大值相比降低?？傊?，在將上述的環(huán)氧系粘合劑用于A7075等鋁合金的情況下，為了使其接合力為最高，除了使其為微米級的適當(dāng)粗度之外，優(yōu)選利用以數(shù)平均值計(jì)直徑為40~50nm的超微細(xì)凹部覆蓋其表面，用于制作該超微細(xì)凹部的最佳浸潰時(shí)間的范圍非常狹窄是可以理解的。因?yàn)樵谏鲜龅?分鐘前后的浸潰時(shí)間的情況下，可得到最好的接合效果。
[0069]在對A5052鋁合金使用相同的環(huán)氧粘合劑的情況下，利用苛性鈉水溶液蝕刻時(shí)的浸潰條件與針對A7075的情況有若干不同。這是因?yàn)?，侵蝕狀況、其被侵蝕的表面的物性顯然不同。詳細(xì)內(nèi)容示于后述的實(shí)驗(yàn)例中。
[0070]氨水的PH低于肼水溶液，當(dāng)使水溶液為高于常溫的高溫時(shí)，氨的揮發(fā)加劇。因此，成為高濃度、低溫下的浸潰處理，即便是常溫下使用25%濃度左右的最濃氨水，也需要15~20分鐘的浸潰時(shí)間。相反，水溶性胺類的大部分成為堿性比肼水溶液還強(qiáng)的堿性水溶液，所以成為更短時(shí)間的處理。在批量生產(chǎn)處理中，浸潰時(shí)間過長或過短都會失去作業(yè)的穩(wěn)定性。在此意義上，認(rèn)為能使最佳浸潰時(shí)間為數(shù)分鐘的水合肼適于實(shí)際使用。
[0071]在任何情況下都有如下所述的合金種，即在浸潰到水合肼、氨、或水溶性胺的水溶液中之后，浸潰于數(shù)％濃度的過氧化氫水溶液中，此時(shí)接合力增加?？赡苁潜砻娴难趸饘賹拥暮穸仍龊?，但較難分析2nm以上的厚度，無法從理論上闡明。
[0072]〔環(huán)氧樹脂系粘合劑及其涂布〕
[0073]作為在本發(fā)明中使用的環(huán)氧系粘合劑的原材料，可以使用市售的粘合劑用環(huán)氧樹月旨。即，市售的粘合劑 用環(huán)氧樹脂已知有雙酚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂、多官能多酚型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)型環(huán)氧樹脂等，本發(fā)明中可以使用任意類型。另外，也可以使用將這些環(huán)氧樹脂彼此與多官能的第三成分例如具有多個(gè)羥基的多官能低聚物等發(fā)生反應(yīng)而聯(lián)合的物質(zhì)。優(yōu)選向這些粘合劑用環(huán)氧樹脂中添加多官能胺系化合物作為固化劑，混合而成為單組分環(huán)氧系粘合劑。
[0074]彈性體成分
[0075]向上述環(huán)氧系粘合劑成分中添加彈性體成分等，這樣會成為在向接合部施加溫度沖擊、物理沖擊時(shí)的緩沖材料，所以優(yōu)選。另外，向上述成分中添加填充材料成分，會使其線膨脹率等于鋁合金，等于CFRP材料，所以優(yōu)選。作為彈性體成分，優(yōu)選相對于上述樹脂成分(環(huán)氧樹脂成分十固化劑成分)總計(jì)100質(zhì)量份，含有O~30質(zhì)量份。如果彈性體成分過多為30質(zhì)量份以上，會使接合力降低，所以不優(yōu)選。彈性體成分之一是粒徑為數(shù)μ m~15 μ m的硫化橡膠粉末。如果是直徑為數(shù)μ m以上的大小，在粘合劑涂布中，相對于鋁合金上的凹部稍大而無法侵入，在此意義上，不會影響固著部而主要?dú)埩粲谡澈蟿又小?br> [0076]因此，具有不降低接合力且可以耐受沖擊的作用。作為硫化橡膠，可以使用所有種類，實(shí)際上與橡膠種無關(guān)，難以粉碎至粒徑接近數(shù)μ m。關(guān)于微粒硫化橡膠的制造法，在本發(fā)明人等研究的范圍內(nèi)，可能是沒有必要的緣故，并沒有研究開發(fā)比較活躍的跡象。本發(fā)明人等采用的方法是:用液體氮冷卻天然橡膠硫化物(與除了炭黑之外的輪胎橡膠的配合成分基本相同的成分)，對其進(jìn)行機(jī)械粉碎、分級的方法。關(guān)于其制造成本，很遺憾，不具有商業(yè)性。另外一點(diǎn)是未硫化、半交聯(lián)性橡膠及經(jīng)修飾的超級工程塑料、聚烯烴系樹脂的使用。作為經(jīng)修飾的超級工程塑料的例子，有羥基末端聚醚砜“PES100P (三井化學(xué)公司制)”等。即，可以使用羥基末端聚醚砜的熔點(diǎn)軟化點(diǎn)為300°C以上的末端修飾型的熱塑性樹脂。
[0077]另外，在聚烯烴系樹脂中，已開發(fā)出容易混合在環(huán)氧系樹脂中的物質(zhì)，也優(yōu)選使用它們。本發(fā)明人等見到對于溫度沖擊的耐久性理論上因粉末硫化橡膠而劣化，但實(shí)際上并不十分清楚。評價(jià)法自身在本發(fā)明人等的方法中未至極限。不管怎樣，即便是這些未硫化型的彈性體，混入其也會得到較強(qiáng)耐受溫度沖擊的結(jié)果。作為這樣的聚烯烴系樹脂，有馬來酸酐改性烯系共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯改性烯系共聚物、縮水甘油醚改性烯系共聚物、乙稀丙稀酸烷基酷共聚物等。
[0078]填充材料
[0079]進(jìn)而對填充材料進(jìn)行描述。優(yōu)選使用相對于包括彈性體成分的樹脂成分總計(jì)100質(zhì)量份還含有填充材料O~50質(zhì)量份的環(huán)氧粘合劑組合物。作為填充材料，可以舉出作為強(qiáng)化纖維系的碳纖維、玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維等，作為粉末系填充材料，可以舉出碳酸鈣、云母、玻璃薄片、玻璃球、碳酸鎂、二氧化硅、滑石、粘土、及碳纖維或芳香族聚酰胺纖維的粉碎物等。進(jìn)而，作為填充材料，可以使用碳納米管。
[0080]環(huán)氧粘合劑的調(diào)整
[0081]就具體的環(huán)氧粘合劑的調(diào)整而言，充分混合環(huán)氧樹脂主材、彈性體、填充材料、固化劑，根據(jù)粘度混合環(huán)氧粘合劑用的溶劑(它們也是市售的)。將其作為本發(fā)明中的粘合劑組合物(未固化的環(huán)氧樹脂組合物)。將該粘合劑組合物涂布于在前工序中得到的鋁合金部件的必要位置處。通過人手的筆涂、通過粘合劑涂布裝置的涂布都是沒有問題的。
[0082]〔環(huán)氧樹脂粘合劑涂布后的處理工序〕
[0083]涂布后，優(yōu)選將涂布物放置到減壓容器或壓力容器中，減壓至接近真空，放置數(shù)分鐘之后，空氣進(jìn)入而恢復(fù)至常壓，或?yàn)閿?shù)氣壓或數(shù)十氣壓的壓力下。進(jìn)而，優(yōu)選反復(fù)進(jìn)行減壓和升壓的循環(huán)。由此，涂布材料和鋁合金之間的空氣或氣體漏掉，涂布材料容易侵入到超微細(xì)凹部。當(dāng)進(jìn)行實(shí)際的批量生產(chǎn)時(shí)，使用壓力容器、使用高壓空氣，會在設(shè)備和經(jīng)費(fèi)方面都導(dǎo)致成本升高，所以使用減壓容器的減壓/常壓的恢復(fù)、或減壓/數(shù)氣壓的加壓的一次或多次是經(jīng)濟(jì)的。只要是本發(fā)明的鋁合金，就能夠通過數(shù)次的減壓/常壓恢復(fù)循環(huán)得到足夠穩(wěn)定的接合力。也優(yōu)選從容器中取出在常溫或40°C左右的環(huán)境下放置數(shù)小時(shí)。即，通過上述操作，即便是在環(huán)氧粘合劑組合物中多少添加有溶劑的物質(zhì)，也可以使溶劑的大部分揮發(fā)。
[0084]〔 FRP預(yù)浸料坯〕
[0085]FRP中有玻璃纖維強(qiáng)化塑料(以下稱為“GFRP”)、芳香族聚酰胺纖維強(qiáng)化塑料(以下稱為“AFRP”)、CFRP等。本發(fā)明論述的是以環(huán)氧樹脂為基質(zhì)的FRP，使用了玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚酰胺纖維的FRP當(dāng)然可以使用，使用了其他強(qiáng)化纖維的FRP全部可以使用。其中，對最容易獲得本發(fā)明效果的CFRP進(jìn)行具體說明，代替對其他FRP的說明。
[0086]市售的CFRP預(yù)浸料坯等當(dāng)然可以使用。作為市售品，將上述環(huán)氧系粘合劑浸滲于碳纖維織物中的物件、由未固化的上述環(huán)氧樹脂作成膜狀物并與碳纖維織物重疊的形式的物件，作為預(yù)浸料坯被銷售。另外，即便不是專門制造商，它們的技術(shù)也是公知的，只要是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，都能夠使用碳纖維織物和單組分環(huán)氧系粘合劑而容易地制作。使用的環(huán)氧樹脂多是雙氰胺或胺固化型的物質(zhì)，常溫下保持B階段(B - stage)(接近固體但為未固化狀態(tài))，在升溫至百數(shù)十。C的過程中熔融，隨后固化而構(gòu)筑。在此意義上，優(yōu)選在鋁合金部件上涂布的環(huán)氧系粘合劑與在CFRP預(yù)浸料坯中使用的環(huán)氧系未固化樹脂(粘合劑)的固化溫度特性是一致的。不過，本發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)中，在沒有特別調(diào)整它們的固化溫度特性的情況下，即便將其加熱固化也會產(chǎn)生強(qiáng)接合力，所以只要進(jìn)行詳細(xì)的研究，就會得到更為出色的一體化物。
[0087]將未固化的預(yù)浸料坯切成需要的形狀，以需要的形式使其重疊而進(jìn)行預(yù)浸料坯部分的準(zhǔn)備。即，在重疊多個(gè)單方向預(yù)浸料坯(來自縱向絲多而橫向絲極少的編織方法的織物的預(yù)浸料坯)而構(gòu)成板材的情況下，使其纖維方向一致，或使其角度不同而進(jìn)行重疊，由此可以控制作為最終板材的強(qiáng)度的方向性。為此，其組裝有大量經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。另外，在碳纖維的純織物品中，縱向絲和橫向絲的數(shù)量相同，當(dāng)例如每45度改變角度重疊預(yù)浸料坯時(shí)，可以說在最終的CFRP板材中，所有方向上的強(qiáng)度均相等?？傊?，事先設(shè)計(jì)所需的個(gè)數(shù)、其重疊方法，據(jù)此切斷各預(yù)浸料坯，按照設(shè)計(jì)重疊而完成板材。
[0088]〔預(yù)浸料坯的層疊和復(fù)合體的制造方法〕[0089]在涂布有上述的環(huán)氧系粘合劑的鋁合金部件上，載置上述FRP預(yù)浸料坯(上述板材)。如果在該狀態(tài)下加熱，環(huán)氧樹脂粘合劑和預(yù)浸料坯中的環(huán)氧樹脂熔融，接著它們發(fā)生固化。牢固接合需要在擠壓兩者的狀態(tài)下加熱，其間所含的空氣在樹脂熔融時(shí)被趕出去。例如，預(yù)先作成與鋁合金的接合面的相反側(cè)的面的形狀一致的臺座，在該臺座上鋪上鋁箔、聚乙烯膜，然后放置上述鋁合金部件，載置預(yù)浸料坯，進(jìn)而在預(yù)浸料坯上鋪上聚乙烯膜，載置用結(jié)構(gòu)材料等另外制作的與最終制品預(yù)浸料坯形狀一致的固定用構(gòu)件，進(jìn)而在其上載置重型物，由此能夠進(jìn)行加熱固化中的擠壓和固定。
[0090]當(dāng)然，在擠壓雙方的同時(shí)使其固化即可，所以不僅可以利用重力，還可以利用各種方法。在航空器構(gòu)件中，將如上所述組裝的整體封到耐熱性膜袋中，邊減壓邊過熱，在全部環(huán)氧成分熔融時(shí)，強(qiáng)制性地使內(nèi)部空氣漏掉。如果空氣漏掉某種程度，則預(yù)浸料坯變得緊湊，所以是隨后向膜袋內(nèi)輸送空氣，升壓下使其固化的方法。在這里，假設(shè)預(yù)浸料坯內(nèi)的空氣在環(huán)氧成分熔融時(shí)因擠壓的壓力而漏掉大部分，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0091]加熱是將上述構(gòu)筑的整體放入到熱風(fēng)干燥機(jī)或壓熱器中進(jìn)行。優(yōu)選通常在110~140°C下放置數(shù)十分鐘，使粘合劑成分熔融并凝膠化，升溫至150~170°C，進(jìn)一步加熱數(shù)十分鐘，使其固化。最佳的溫度條件因環(huán)氧成分、固化劑成分而異。固化后放冷，拆下模具，取出成型物。如上所述使用鋁箔、聚乙烯膜的情況下，以能夠脫模的方式將其剝離。
[0092]粘合強(qiáng)度測定方法
[0093]以下說明在本發(fā)明中使用的鋁合金和FRP的粘合強(qiáng)度測定。圖1是用于粘合鋁合金和FRP的煅燒夾具的截面圖。圖2是用該煅燒夾具I煅燒鋁板和CFRP而制成的鋁合金復(fù)合體10的試驗(yàn)片。煅燒夾具I是對鋁合金板11和預(yù)浸料坯12進(jìn)行煅燒時(shí)的固定夾具。模具主體2的上面開放且以長方體狀形成有模具凹部3。在其底部形成有模具貫通孔4。
[0094]在模具貫通孔4中插有模具底板5的底板突起部6。底板突起部6按照從模具主體2的模具底板7突出的方式突出來。模具主體2的底面搭載于模具臺座8上。在將模具底板5插入到模具主體2的模具凹部3內(nèi)而載置的狀態(tài)下，對圖2所示的鋁合金板11和CFRP12接合了的鋁合金復(fù)合體10進(jìn)行煅燒而制造。為了制造該鋁合金復(fù)合體10，大致以如下的步驟進(jìn)行。首先，在模具底板5的整個(gè)上面鋪上脫模用膜17。在脫模用膜17上載置鋁合金板11和板狀的PTEF隔離物16。在該P(yáng)TEF隔離物16上和鋁合金板11的端部上層疊需要的預(yù)浸料坯12。預(yù)浸料坯12是由強(qiáng)化纖維織物和滲入到其中的未固化環(huán)氧系粘合劑構(gòu)成的CFRP預(yù)浸料坯。
[0095]在該預(yù)浸料坯12的層疊之后，進(jìn)而在鋁合金板11及預(yù)浸料坯12上層疊脫模用的聚乙烯膜片13。在其上載置PTFE (聚四氟乙烯樹脂)的PTEF塊14、15。進(jìn)而，根據(jù)需要在其上載置數(shù)百g的紡錘(未圖示)。在該狀態(tài)下投入到煅燒爐中，使預(yù)浸料坯固化，放冷后，拆下紡錘及臺座8等。如果向底面擠壓底板突起部6的下端，則連同脫模用膜13、17—起取出鋁板和CFRP接合的鋁合金復(fù)合體10 (參照圖2)。PTEF隔離物16、脫模用膜17、13是沒有粘合性的原材料，所以能夠容易地從CFRP剝離。
[0096]〔復(fù)合體的使用方法的一例〕
[0097]圖3是表示將本發(fā)明的鋁合金FRP復(fù)合體、和金屬結(jié)構(gòu)材料(角材)用螺栓螺母結(jié)合的例子的立體圖。鋁合金復(fù)合體10是鋁合金和CFRP成為一體的復(fù)合體。CFRP21是對預(yù)浸料坯進(jìn)行煅燒而制造的板狀結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)用的角材23是現(xiàn)成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)材料。在CFRP21的表背面一體接合有矩形的加強(qiáng)板材22。加強(qiáng)板材22的材質(zhì)是鋁合金(例如A7075)，通過前述的方法，按照與CFRP21成為一體的方式進(jìn)行煅燒而預(yù)先將其接合。
[0098]CFRP21、其表背的加強(qiáng)板材22、及角材23，通過加強(qiáng)板材22上的墊圈24、在角材23下面配置的墊圈、螺母(未圖示)固定且因螺栓25而不相互移動。在由鋁合金(A7075)制作的矩形板材22和CFRP21粘合而成的鋁合金復(fù)合體20中，兩者之間的粘合力極強(qiáng)，以剪切斷裂力表示為50~70MPa。另外，通過螺栓25、墊圈24向板材22上施加的力能夠在CFRP21順利分散?？傊?，即便以足夠的強(qiáng)度擰緊螺栓25和螺母，也只有由A7075制作的板材22發(fā)生變形，不會損傷復(fù)合體20中的CFRP21。如上所示，可以通過本發(fā)明的鋁合金復(fù)合體的制造方法，強(qiáng)有力地粘合鋁合金和CFRP。
[0099]如以上詳述的內(nèi)容所示，本發(fā)明的鋁合金復(fù)合體和其制造方法，是將鋁合金部件和FRP強(qiáng)有力地一體化，所以能夠提供輕量且結(jié)實(shí)的部件。作為航空器用等的構(gòu)件，可以制造將鋁合金構(gòu)件和FRP構(gòu)件一體化的構(gòu)件，所以在需要將兩者結(jié)合固定時(shí)，可以采用新結(jié)構(gòu)。
[0100]另外，本發(fā)明的鋁合金復(fù)合體為輕質(zhì)，所以可以用于迫切希望輕量化的汽車部件、自行車部件等構(gòu)成移動體的部件。即，鋁合金材料通過機(jī)械加工等能夠作成比較自由的形狀，所以鋁合金彼此的結(jié)合可以采用螺栓螺母、螺旋夾法等已有的連結(jié)方法。一方的FRP部分，與復(fù)雜形狀相比，更適于作成板狀或管狀的形狀物，也可以作成大型物品或長條物品的固化物，所以可以制作發(fā)揮出兩者特征的復(fù)合結(jié)構(gòu)物。
[0101]因此，只要對一體化的部件進(jìn)行端部的鋁合金化，就可以成為能容易地通過螺栓螺母、螺旋夾組裝的構(gòu)件?？傊?，通過精密地設(shè)計(jì)鋁合金的表面，可以飛躍性地提高與環(huán)氧樹脂的接合強(qiáng)度、精度，可以采用利用了該接合力的新的加工法、組裝法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0102]圖1是表示用于使鋁合金片和CFRP預(yù)浸料坯在熱風(fēng)干燥機(jī)內(nèi)固化的煅燒夾具和其設(shè)置方法的模式圖。
[0103]圖2是顯示用環(huán)氧系粘合劑將鋁合金片和CFRP預(yù)浸料坯接合得到的物件的復(fù)合體，用于牽拉斷裂而測定兩者之間的接合力的試驗(yàn)片。
[0104]圖3是表示對鋁合金片與FRP預(yù)浸料坯一體化得到的復(fù)合體和其金屬制結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行螺栓螺母結(jié)合的結(jié)構(gòu)例的模式圖。
[0105]圖4表示鋁合金片彼此被環(huán)氧粘合劑接合得到的物件，用于牽拉斷裂而測定鋁合金彼此之間的接合力的試驗(yàn)片。
[0106]圖5是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻的A7075鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0107]圖6是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻后用硝酸水溶液中和的A7075鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0108]圖7是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用水合肼水溶液進(jìn)行超微細(xì)蝕刻的A7075鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0109]圖8是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用水合肼水溶液進(jìn)行超微細(xì)蝕亥|J、進(jìn)而用過氧化氫水進(jìn)行處理的A7075鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0110]圖9是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用3.5%濃度的水合肼水溶液進(jìn)行I分鐘超微細(xì)蝕刻的A5052鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0111]圖10是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用3.5%濃度的水合肼水溶液進(jìn)行2分鐘超微細(xì)蝕刻的A50 52鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0112]圖11是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用3.5%濃度的水合肼水溶液進(jìn)行4分鐘超微細(xì)蝕刻處理的A5052鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0113]圖12是經(jīng)苛性鈉水溶液蝕刻、用硝酸水溶液中和后用3.5%濃度的水合肼水溶液進(jìn)行8分鐘超微細(xì)蝕刻處理的A5052鋁合金片的電子顯微鏡相片。
[0114]圖13是將表1作曲線的圖。
[0115]圖14是將表2作曲線的圖。
[0116]圖15是用掃描型探針顯微鏡觀察在實(shí)驗(yàn)例I中得到的A5052鋁合金的結(jié)果。
[0117]符號說明:1 一煅燒夾具，2 —模具主體，3 —模具凹部,4 一模具貫通孔,5 —模具底板，6 —底板突起部，7 —模具底面，8 —臺座，10 —鋁合金.FRP復(fù)合體，11 一鋁合金板，12 — FRP片，13 一脫模用膜，14 一 PTFE塊，15 — PTFE塊，16 — PTFE隔離物，17 一脫模用膜，20 —鋁合金復(fù)合體，21 - CFRP，22 —鋁合金厚板片，23 —結(jié)構(gòu)材料(角材)，24 —墊圈，25 一螺栓，30 —鋁合金片，31 —鋁合金片，32 —接合面。
【具體實(shí)施方式】
[0118]以下，用實(shí)驗(yàn)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖4表示對金屬和作為金屬的鋁合金片進(jìn)行粘合劑接合的形狀。圖中的鋁合金片30和鋁合金片31是由相同原材料制作的鋁合金板。鋁合金片30和鋁合金片31由接合面32接合。該接合面32如前所述在表面形成通過化學(xué)蝕刻所致的微米級的表面粗糙度，該表面具有不含鈉離子的厚2nm以上的氧化鋁薄層，且表面粗糙度內(nèi)被具有直徑10~IOOnm且深度或高度相同的凹部或凸起的超微細(xì)凹凸面覆蓋。
[0119]該超微細(xì)凹凸面有環(huán)氧系粘合劑存在而被粘合。另外，圖2如前所述示出用環(huán)氧系粘合劑接合鋁合金板和FRP而得到的接合強(qiáng)度測定用的試驗(yàn)片。另外，圖3如上所述是通過螺栓螺母將如下所述的復(fù)合體和其他金屬部件結(jié)合起來的模式圖，所述復(fù)合體是用環(huán)氧樹脂接合鋁合金板和FRP而得到的。在后述的實(shí)施例中示出具體例子，在測定等中使用的設(shè)備類如下所示。
[0120](a) X射線表面觀察(XPS觀察)
[0121]使用能對直徑為數(shù)μ m的表面觀察到深達(dá)I~2nm的范圍的構(gòu)成元素的形式的ESCA “AXIS - Nova (Kratos/ 島津制作所社制)”。
[0122](b)電子顯微鏡觀察
[0123]使用SEM型電子顯微鏡“S - 4800 (日立制作所社制)”及“ JSM — 6700F (日本電子)”，以I~2KV進(jìn)行觀察。
[0124](c)掃描型探針顯微鏡觀察
[0125]使用“SPM - 9600 (島津制作所社制)”。
[0126](d) X射線衍射分析(XRD分析)
[0127]使用“XRD - 6100 (島津制作所社制)”。
[0128](e)復(fù)合體的接合強(qiáng)度的測定
[0129]使用牽拉試驗(yàn)機(jī)“Model 1323 (愛光工程(AIKOH ENGINEERING)株式會社制)”，以牽拉速度IOmm/分鐘測定剪切斷裂力。 [0130]實(shí)施例
[0131][實(shí)驗(yàn)例I](與A5052鋁合金粘合)
[0132]獲得市售的1.6_1厚45052板材，切斷而作成多個(gè)4511111^18111111的長方形片。在槽內(nèi)準(zhǔn)備水，向其中投入市售的鋁合金用脫脂劑“NE - 6 (Meltex公司制)”，制成60°C、濃度
7.5%的水溶液。在其中浸潰上述長方形鋁合金片7分鐘，充分水洗。接著，在另外的槽內(nèi)準(zhǔn)備40°C的I %濃度鹽酸水溶液,在其中浸潰鋁合金片I分鐘，充分水洗。接著，在另外的槽內(nèi)準(zhǔn)備40°C的1.5%濃度苛性鈉水溶液，浸潰剛才的鋁合金片2分鐘，充分水洗。接著，在另外的槽內(nèi)準(zhǔn)備40°C的3%濃度硝酸水溶液，在其中浸潰鋁合金片I分鐘,進(jìn)行水洗。
[0133]接著，在另外的槽中準(zhǔn)備溫度設(shè)為60°C的含有3.5%—水合肼的水溶液，在其中浸潰上述鋁合金片I分鐘，進(jìn)行水洗，放入到67°C的熱風(fēng)干燥機(jī)中15分鐘進(jìn)行干燥。干燥后，用鋁箔包好鋁合金片，進(jìn)而將其放入到聚乙烯袋中密封保管。4日后，對其中的I個(gè)進(jìn)行電子顯微鏡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)被直徑10~80nm的凹部、以數(shù)均計(jì)直徑為25~30nm的凹部覆
至JHL ο
[0134]將其示于圖9的相片。另外，用掃描型探針顯微鏡觀察另一個(gè)，以40 μ m/秒掃描20μπι部分。求在JIS標(biāo)準(zhǔn)(JISB0601:2001)中所說的峰谷平均間隔(RSm)和最大高度(Rz)，結(jié)果RSm為1.1 μ m，Rz為0.3 μ m。該粗度曲線圖示于圖15中。進(jìn)而，對另外的一個(gè)進(jìn)行XPS觀察，進(jìn)行鋁原子的觀察，在已購入的A5052中，觀察到Al (O價(jià))和Al (3價(jià))之比約為1:3，與此相對，未看到Al (O價(jià))可知氧化鋁的膜厚增厚。利用XPS檢測出自表面起直至I~2nm的深度的原子構(gòu)成，所以明確了氧化鋁表層的厚度為2nm以上。
[0135]同日，取出已完成前述表面處理的10個(gè)鋁合金片，在其端部薄薄地涂布市售的液狀單組分雙氰胺固化型環(huán)氧粘合劑“EP — 106 (施敏打硬公司制)”。使涂布面朝上放入到干燥器中，用真空泵減壓至ImmHg，放置I分鐘之后放入空氣恢復(fù)至常壓。將該減壓后恢復(fù)至常壓的操作重復(fù)3次，從干燥器中取出。移至熱風(fēng)干燥機(jī)內(nèi)，將涂敷有粘合劑的面彼此重疊，按照接合面的面積達(dá)到0.5cm2左右的方式組裝5組，在接合面上放置500g的重物，關(guān)閉裝置門急速升溫達(dá)135°C。40分鐘后改變熱風(fēng)干燥機(jī)的設(shè)定為165°C，等待升溫，達(dá)到165°C，然后放置20分鐘，斷開熱風(fēng)干燥機(jī)的開關(guān)，打開干燥機(jī)的門，放冷。在該操作中，得到如圖4所示用接合面32將鋁合金片30和鋁合金片31接合在一起的一體化試驗(yàn)片。2日后，進(jìn)行牽拉斷裂試驗(yàn)，結(jié)果5組的平均剪切斷裂力為48MPa，非常大。
[0136][實(shí)驗(yàn)例2](與A5052鋁合金粘合)
[0137]與實(shí)驗(yàn)例I 一樣對A5052板片進(jìn)行表面處理。不過，直到利用脫脂劑“NE — 6(Meltex公司制)”的處理、利用I %濃度鹽酸水溶液的預(yù)酸洗處理、及利用1.5%濃度苛性鈉水溶液的堿蝕刻處理，與實(shí)驗(yàn)例I完全相同，但表面處理在此結(jié)束，在該狀態(tài)下進(jìn)行保管。同日，取出上述鋁合金片，在其端部薄薄地涂布環(huán)氧粘合劑“EP — 106”，隨后的脫氣處理、貼附、利用熱風(fēng)干燥機(jī)的粘合劑固化等，均與實(shí)驗(yàn)例I相同，得到圖4所示的試驗(yàn)片。
[0138]2日后，進(jìn)行牽拉斷裂試驗(yàn)，結(jié)果4組的平均剪切斷裂力為48MPa。與實(shí)驗(yàn)例I 一樣示出較強(qiáng)的接合力。但是，對表面處理后的鋁合金片進(jìn)行XPS分析，結(jié)果看到氧、鋁的大峰，還看到鎂、鋅、鈉的小峰。在本實(shí)驗(yàn)例中，苛性鈉水溶液處理是最終處理，可知僅通過水洗不會除去鈉離子。[0139][實(shí)驗(yàn)例3](與A5052鋁合金粘合)
[0140]與實(shí)驗(yàn)例I 一樣對A5052板片處理至中途。不過，直到利用脫脂劑“NE — 6”的處理、利用I %濃度鹽酸水溶液的預(yù)酸洗處理、利用1.5%濃度苛性鈉水溶液的堿蝕刻處理、及利用3%濃度硝酸水溶液的中和處理，與實(shí)驗(yàn)例I完全相同，但表面處理在此結(jié)束，在該狀態(tài)下進(jìn)行保管。
[0141]對該鋁合金片進(jìn)行XPS分析，即使累計(jì)也未看到鈉的峰，所以判斷鈉經(jīng)在硝酸水溶液的浸潰和水洗而被去除。同日，取出上述鋁合金片，在其端部薄薄地涂布環(huán)氧粘合劑“EP - 106”，隨后的脫氣處理、貼附、利用熱風(fēng)干燥機(jī)的粘合劑固化等，均與實(shí)驗(yàn)例I相同。2日后，進(jìn)行牽拉斷裂試驗(yàn)，結(jié)果4組的平均剪切斷裂力為44MPa。接合力遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)例1、2。
[0142][實(shí)驗(yàn)例4~12](與A5052鋁合金粘合)
[0143]在實(shí)驗(yàn)例4、5、6中，與實(shí)驗(yàn)例I 一樣進(jìn)行至水合肼水溶液的浸潰處理。但是，與實(shí)驗(yàn)例I相比，僅使在苛性鈉水溶液中的浸潰時(shí)間不同。關(guān)于浸潰時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)例4中為I分鐘，在實(shí)驗(yàn)例I中為2分鐘，在實(shí)驗(yàn)例5中為4分鐘，在實(shí)驗(yàn)例6中為8分鐘。在實(shí)驗(yàn)例7、
8、9中，與實(shí)驗(yàn)例2 —樣進(jìn)行至苛性鈉水溶液的浸潰處理。但是，與實(shí)驗(yàn)例2相比，僅使在苛性鈉水溶液中的浸潰時(shí)間不同。關(guān)于浸潰時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)例7中為I分鐘，在實(shí)驗(yàn)例2中為2分鐘，在實(shí)驗(yàn)例8中為4分鐘，在實(shí)驗(yàn)例9中為8分鐘。
[0144]在實(shí)驗(yàn)例10、11、12中，與實(shí)驗(yàn)例3 —樣進(jìn)行至硝酸水溶液的浸潰處理。但是，與實(shí)驗(yàn)例3相比，僅使在苛性鈉水溶液中的浸潰時(shí)間不同。關(guān)于浸潰時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)例10中為I分鐘，在實(shí)驗(yàn)例3中為2分鐘，在實(shí)驗(yàn)例11中為4分鐘，在實(shí)驗(yàn)例12中為8分鐘。表1中示出實(shí)驗(yàn)例I~12的結(jié)果。該結(jié)果還示于圖13中?？v軸表示A5052鋁合金片彼此的粘合力，橫軸表不1.5%苛性鈉水溶液中的浸潰時(shí)間。
[0145]〔表1〕
[0146]A5052的剪切斷裂力
【權(quán)利要求】
1.一種鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，包括如下工序: 由鑄造物或中間件通過機(jī)械加工而將鋁合金部件形狀化的工序； 將所述已形狀化的鋁合金部件浸潰于強(qiáng)堿性水溶液中的化學(xué)蝕刻工序； 在所述化學(xué)蝕刻工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于酸水溶液中的中和工序； 在所述中和工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于含有選自水合肼、氨、及水溶性胺化合物中一種以上的水溶液中，在表面形成超微細(xì)凹凸面的超微細(xì)蝕刻工序； 在所述超微細(xì)蝕刻工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于過氧化氫水溶液中的氧化工序; 在所述氧化工序之后，在所述鋁合金部件的所述超微細(xì)凹凸面上涂布環(huán)氧系粘合劑的工序； 將含有環(huán)氧性樹脂成分的纖維強(qiáng)化塑料的預(yù)浸料坯形成必要形狀的工序； 使所述已形狀化的預(yù)浸料坯附著在所述鋁合金部件的涂布有所述環(huán)氧系粘合劑的面上的工序；和 對所述預(yù)浸料坯和所述鋁合金部件進(jìn)行定位，且邊加壓邊加熱，而使所述環(huán)氧系粘合劑和所述環(huán)氧性樹脂成分固化的工序。
2.—種鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，包括如下工序: 由鑄造物或中間件通過機(jī) 械加工而將鋁合金部件形狀化的工序； 將所述已形狀化的鋁合金部件浸潰于強(qiáng)堿性水溶液中的化學(xué)蝕刻工序； 在所述化學(xué)蝕刻工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于酸水溶液中的中和工序； 在所述中和工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于含有選自水合肼、氨、及水溶性胺化合物中一種以上的水溶液中，在表面形成超微細(xì)凹凸面的超微細(xì)蝕刻工序； 在所述鋁合金部件的所述超微細(xì)凹凸面上涂布環(huán)氧系粘合劑的工序； 將涂布有所述環(huán)氧系粘合劑的所述鋁合金部件收納于密閉容器內(nèi)，減壓，接著加壓，由此將所述環(huán)氧系粘合劑壓入到鋁合金的所述超微細(xì)凹凸面的固化前處理工序； 將含有環(huán)氧性樹脂成分的纖維強(qiáng)化塑料的預(yù)浸料坯形成必要形狀的工序； 使所述已形狀化的預(yù)浸料坯附著在經(jīng)過所述固化前處理工序后的鋁合金部件的涂布有所述環(huán)氧系粘合劑的面上的工序；和 對所述預(yù)浸料坯和所述鋁合金部件進(jìn)行定位，且邊加壓邊加熱，而使所述環(huán)氧系粘合劑和所述環(huán)氧性樹脂成分固化的工序。
3.—種鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，包括如下工序: 由鑄造物或中間件通過機(jī)械加工而將鋁合金部件形狀化的工序； 將所述已形狀化的鋁合金部件浸潰于強(qiáng)堿性水溶液中的化學(xué)蝕刻工序； 在所述化學(xué)蝕刻工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于酸水溶液中的中和工序； 在所述中和工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于含有選自水合肼、氨、及水溶性胺化合物中一種以上的水溶液中，在表面形成超微細(xì)凹凸面的超微細(xì)蝕刻工序； 在所述超微細(xì)蝕刻工序之后，將所述鋁合金部件浸潰于過氧化氫水溶液中的氧化工序; 在所述氧化工序之后，在所述鋁合金部件的所述超微細(xì)凹凸面上涂布環(huán)氧系粘合劑的工序；將涂布有所述環(huán)氧系粘合劑的所述鋁合金部件收納于密閉容器內(nèi)，減壓，接著加壓，由此將所述環(huán)氧系粘合劑壓入到所述鋁合金表面的超微細(xì)凹凸面的固化前處理工序； 將含有環(huán)氧性樹脂成分的纖維強(qiáng)化塑料的預(yù)浸料坯形成必要形狀的工序； 使所述已形狀化的預(yù)浸料坯附著在經(jīng)過所述固化前處理工序的鋁合金部件的所述涂布面上的工序；和 對所述預(yù)浸料坯和所述鋁合金部件進(jìn)行定位，且邊加壓邊加熱，而使所述環(huán)氧系粘合劑和所述環(huán)氧性樹脂成分固化的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，所述微米級的表面粗糙度是峰谷平均間隔RSm為0.8~10 μ m、最大高度Rz為0.2~5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，所述超微細(xì)蝕刻是通過向含有選自水合肼、氨、及水溶性胺化合物中一個(gè)以上的水溶液中浸潰處理而形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，在所述環(huán)氧系粘合劑的固化物(I)的樹脂成分中，相對于樹脂成分總計(jì)100質(zhì)量份，含有彈性體成分O~30質(zhì)量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，所述固化物(I)中，相對于樹脂成分總計(jì)100質(zhì)量份，配合填充劑總計(jì)O~100質(zhì)量份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，所述填充劑是選自玻璃纖維、碳纖維、及芳香族聚酰胺纖維中一種以上的強(qiáng)化纖維，以及選自碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化硅、滑石、粘土、及玻璃中一種以上的粉末填料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一`項(xiàng)所述的鋁合金復(fù)合體的制造方法，其特征在于，所述彈性體成分具有I~15 μ m的粒徑，是選自硫化橡膠粉末、半交聯(lián)橡膠、未硫化橡膠、羥基末端聚醚砜的熔點(diǎn)軟化點(diǎn)為300°C以上的末端修飾型熱塑性樹脂、及聚烯烴系樹脂中一種以上。
【文檔編號】B32B15/092GK103882430SQ201410043074
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2007年3月12日
【發(fā)明者】成富正德, 安藤直樹 申請人:大成普拉斯株式會社