树脂/金属一体化成型技术及其在汽车部件的应用
前言
注塑成型是将金属喷涂在树脂内侧或外侧与树脂形成一体化部件的加工方法。这种方法只是将金属与树脂贴合在一起，并没有“接合”起来。所以，对要求接合强度的部件和要求密封性的部件，需要使用黏结剂或螺钉进行紧固接合。日本成功开发出树脂/金属一体化成型技术NMT，利用该技术将家电部件等许多产品投入市场。本文对NMT接合机制、NMT制品实例以及ISO化的情况进行介绍，并对中小企业如何应对制品全球化进行了论述。
2
树脂/金属一体化成型技术NMT
树脂/金属一体化成形技术——纳米成型技术（Nano Molding Technology，NMT），是将金属或合金浸渍在药品溶液中，使金属或合金的表面形成纳米尺度的微孔，将这种处理后的金属或合金作为模具的内壁，进行注塑成形，使树脂成形物与金属或合金达到一体化接合的技术。NMT的效果是，简化组装工艺、减少部件数量，从而降低制造成本，此外还具有防水防尘作用和提高装饰性以及使部件轻量化的效果。使用的接合金属种类，最初是铝合金，现在已经扩大到镁合金、不锈钢、铜、黄铜、铁、钛等多种金属或合金。使用的树脂是结晶性树脂PPS、PBT、PA等，最近扩大到PEEK、环氧树脂。
NMT技术的关键是将金属或合金浸渍在药品溶液中形成纳米尺度的微孔，将该工序称为“T处理”。“T处理”针对不同种类的金属，对药品种类、浓度、浸渍时间等进行不同的控制。对铝合金的“T处理”流程是：
1）去除油污的脱脂处理；
2）为进行酸、碱溶液清洗表面的前处理；
3）利用水溶性胺系化合物水溶液的处理；
4）纯水洗净干燥。经过这个流程“T处理”的铝合金表面形成了直径20-50nm的微孔（图1）。这种微孔具有蚁巢状立体结构，使金属或合金的表面呈现极薄的多孔层。树脂填充到微孔的细部形成了树脂与金属或合金的牢固接合。
3
NMT的模具和成型
常常被问到NMT的模具和成型是否很特殊。本文的NMT是非常普通的内侧成型。模具将内侧金属部件牢固地固定住，然后利用喷气口将树脂送到流动末端，并且不使气体残留在接合部，因此不需要特殊的成型机。
成型条件基本上是树脂适用的条件。但为了使树脂在微孔内流动，树脂温度尽量不下降，使树脂处于压力容易传递的状态。此外，对NMT用的结晶性树脂的结晶化速度进行控制，使熔融树脂的冷却固化有少许延迟，可以流入纳米微孔冷却固化，产生锚固效果，使金属或合金与树脂牢固接合为一体化。
4
NMT的接合强度
在开发初期，尚不知道如何测定接合强度，因而制作出可测定单位面积剪切强度的哑铃状试样（图2），后来该试样纳入ISO标准。通过反复进行金属或合金T处理-成形-剪切拉伸试验，确立了各类金属或合金的处理诀窍。最初使用的拉伸试验机是通用的拉伸试验机，但由于试样本身的转动力矩使试样发生变形，测定出的接合强度数值波动很大，不能获得正确的接合强度值。后来制作出剪切试验专用的夹具，使接合强度测定值稳定下来。NMT制品的接合强度都在40MPa以上，这是传统接合方式不可能达到的高强度。
随着汽车部件制造业用户的增加，用户提出了不同环境试验后的接合强度要求。NMT制品在热冲击试验（-55℃↔+150℃、各温度下保持1h、3000个循环）、高温高湿度试验（85℃、85%RH、3000h）、盐水喷雾试验等环境试验后，仍可保持40MPa以上的接合强度。现在NMT制品已经是正式用于汽车部件的制品。
5
NMT的ISO化和未来发展前景
日本进行了树脂/金属异种材料复合体特性试验方法的研究开发并形成系列化标准，于2015年完成ISO注册，标准号是ISO19095-1~4。该标准获得2017年度的经济产业大臣奖。NMT试验方法纳入国际标准后，大大加速了NMT技术的采用。NMT的转向部件和自行车曲轴在展览会上展出产生了巨大反响。
NMT技术最初是为注塑成型接合而开发的技术，最近又作为金属表面粗化处理技术而受到人们的关注。特别是作为使用黏结剂粘结的前处理技术的纳米粘接技术（Nano Adhesion Technology，NAT），目前正在进行生产性研究。例如，铝合金之间进行粘结接合时，采用普通黏结剂的接合强度只有15-20MPa。但经NAT处理使金属表面粗化，接合强度可提高到30MPa（ISO4587）。虽然断裂模式也是界面断裂，但断裂是黏结剂层断裂，接合强度等于黏结剂强度。此外，NAT处理还用于金属与CFRP的粘结接合。日本已经开发出CFRP等复合材料与金属的接合品的特性评价试验方法，并为纳入国际标准做准备。此外，还开始了金属与环氧树脂的粘结接合、金属与液态EPT树脂一体成型、金属涂装的前处理等各项研究，为真正实现汽车部件材料多元化加快研究速度。
