СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ СКЛЕИВАНИЯ

После того как для определенного назначения выбраны клей, тип и размеры клеевого соединения, необходимо выбрать и приме­нить соответствующие методы склеивания. Получение качественного прочного клеевого соединения, как и любого другого, в значитель­ной мере зависит от принятого метода его изготовления. Ниже перечисляются наиболее важные факторы и операции, которые нужно учитывать и выполнять в процессе склеивания:

1) подготовка склеиваемых поверхностей;

2) подготовка клея к применению;

3) способ нанесения клея на склеиваемые поверхности;

4) количество наносимого клея;

5) подсушивание нанесенного клея перед сборкой и запрессов­кой оклеиваемых деталей;

6) условия отверждения клеевых швов (температура, удельное давление запрессовки, длительность выдержки);

7) зачистка клеевых соединений;

8) меры предосторожности при работе с клеями;

9) контроль качества склеивания.

Обычно некоторые из указанных факторов бывают заранее об­условлены, поскольку выбор клея уже сделан. Однако, так как любой тип клея может быть в различных формах или видах, то в соответствии: с этим могут изменяться способы нанесе іия клея, подсушивания и условия отверждения. Применение тех или иных методов нагрева и приложения давления при склеивании часто определяется размерами и конфигурацией детали, а также произ­водственными возможностями.

Чрезвычайно большую роль в обеспечении качественного клеево - | о соединения играют методы подготовки поверхностей металлов под склеивание. Если поверхность металла покрыта смазкой или. нагрязнена, то <на этих участках контакт клея с металлом, смачива­ние и прилипание не могут иметь места; следовательно, соединение будет слабым и при напряжении разрушится по поверх юсти раз - іела клей—металл. Известно, что некоторые смазочные масла или жидкости, например, кремнийорганические, часто специально при­меняют в тех случаях, когда нежелательно проявление адгезии (отливка пластмасс в металлические формы и т. п.). Влияние под­

ГОТОВКИ 'Поверхности на прочность соединения можно видеть по данным табл. 28 и 34.

Тщательный контроль всех стадий технологического процесса склеивания весьма важен и должен охватывать весь производствен­ный процесс от начала до конца. Некоторые рекомендации по кон­тролю качества склеивания в изделиях и по испытаниям клеевых соединений даны в § 26—29, 41 и 45.

§ 33. Подготовка склеиваемых поверхностей

Несколько лет тому назад считали, что перед склеиванием ме­таллов достаточно ограничиться удалением с их поверхностей загрязнений. Это можно осуществить протиранием поверхности чистой тряпкой, смоченной растворителем жира, например, четырех хлористым углеродом, промыванием смывками «ли путем механиче­ской еачистки. Оказалось, однако, что в ряде случаев такая простая обработка склеиваемых поверхностей не обеспечивает максимальной прочности соединения, которую можно получить на данном клее.

Много работ по изысканию оптимальных методов подготовки под склеивание поверхностей различных металлов было проведено в связи с появлением конструкционных «леев для металлов во время второй мировой войны и в последующие годы. Влияние обра­ботки поверхности металлов на свойс ва клеевых соединений иссле­довала, в частности, Лаборатория лесных материалов (г. Мэдиссон в штате Висконсин, США). Особенно интенсивно проводились рабо­ты с алюминиевыми сплавами, которые широко используются в авиа­ционной промышленности. Исследовались также способы подток жи поверхности сталей, магниевых и титановых сплавов.

Алюминиевые сплавы

В случае применения алюминиевых сплавов как плакированных, так и иеплакированных, клеевые соединения высокого качества чаще всего получаются при использовании следующего метода под­готовки поверхности:

1) обезжиривание в соответствующем растворителе;

2) погружение склеиваемых деталей па 10 мин. в горячий (с тем - ; пературой 70—75е) раствор, составленный из 10 ■весовых частей концентрированной серной кислоты, 1 весовой часта бихромата нат­рия. и 30 весовых частей воды

3) промывание в холодной воде и высушивание.

Для обезжиривания широко применяют органические раствори­тели: трихлорэтилен, этиловый спирт, метилэтилкетон. Процесс обезжиривания паром заключается в том, что очищаемые металли­ческие части помещают примерно на 3 мин. в атмосферу горячих паров (обычно стабилизированного трихлорэтилена). Иногда можно

1 Необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении с кислота­ми. Всегда следует вллвать кислоту в воду, притом медленно и в открытом сосуде, а не наоборот.

очищать детали простым протиранием чистой тряпкой или тампо­ном, смоченным растворителем.

Кислотная ванна одновременно служит и травителем, удаляю­щим поверхностные слои металла, и сильным окислителем, образую­щим однородную окисную пленку на поверхности металла. Такая пленка обладает высокой полярностью и, таким образом, благо­приятствует возникновению прочных 'вторичных химических связей с полярными клеями. Кислотная ванна, кроме того, придает металлу шероховатую поверхность, которая увеличивает отношение истинной площади склейки к номинальной и повышает роль механической адгезии.

Аналогичных результатов можно достичь электрохимическим методом -— анодированием, но оно требует большей затраты вре-

мени. Если алюминиевые детали необходимо анодировать, то рекомендуется проводить такую обработку перед оклеиванием. Это правильно независимо от того, будет анодная пленка одновременно окрашиваться (фиг. 63) и подвергаться операции наполнения «уплотнения» или нет Для склеивания обычно предпочитают про­цесс анодирования вести с применением в качестве электролита не серной кислоты, а хромовой.

Полученная в результате оксидирования пористость или шеро­ховатость наружных слоев увеличивает в 10—20 раз площадь поверхности обработанного алюминиевого сплава по сравнению с необработанным.

Промывка чистой водой необходима для удаления остатков ■кислот, которые в противном случае могли бы оказать вредное влияние на последующее отверждение клея. Бо время промывки обычно желательно проверять чистоту поверхности испытанием на «растекание воды». Если поверхность металла достаточно чиста, тс ка ней будет удерживаться сплошная пленка воды.

Некоторые фирмы, изготовляющие и применяющие клеи, реко­мендуют производить промывку не холодной, а горячей водой. Однако исследования, выполненные в Англии с соединениями на клее ридакс. показали, что окончательная промывка горячей (выше 60°)

водой приводит к понижению прочности склейки на отдира-ние. По­этому следует производить промывку в холодной водопроводной воде.

Промытые полуфабрикаты и детали высушивают «на воздухе в производственном помещении или в сушильных камерах.

Обычно практикуется нанесение клея в пределах 8 час. после подготовки поверхности металла. Однако исследования фирмы Норт Америкэн Авиэйшн показали, что нет никакой необходимости в таких мерах предосторожности. Алюминиевые панели были под­готовлены для оклеивания и затем хранились перед нанесением ■клея в относительно свободном от пыли помещении в течение 70 суток. По истечении этого срока панели были склеены клеем ридакс К-6. Прочность образцов, соединенных внахлестку, на сдвиг при комнатной температуре была 246 кг/см - •— почти на 10% выше, чем прочность образцов, изготовленных немедленно после подготов­ки (поверхности.

Измерения стабильности поверхности алюминиевых панелей как функции времени хранения те обнаружили большого изменения ее. Это доказывает, что окисная плетка, обраоовавшаяся при погруже­нии в раствор бихромата и серной кислоты, не портится от хранения на воздухе в течение 70 суток, если только поверхность не загрязняет­ся за это время.

Очистка поверхности фосфорной кислотой также подходит для алюминия и его сплавов. Типичная ванна состоит из одного объема фосфорной кислоты (85% концентрации), четырех объемов н бути­лового спирта, трех объемов изопропилового спирта и двух объемов воды. Алюминиевые детали погружают в этот раствор при комйат - ной температуре на 10 мин., затем промывают и просушивают.

Лаборатория лесных материалов исследовала влияние на каче­ство склеивания обработки деталей в различных других кислотных ваннах, а также в ряде щелочных очистительных ванн Однако уста, новлено, что наиболее подходящей является ванна с водным раство ром серной кислоты и бихромата натрия.

Хотя обработка в оксидирующей кислотной ванне весьма настоя тельно рекомендуется для подготовки поверхности алюминиевых сплавов под склеивание, она не является обязательной. Можно добиться хороших показателей прочности крацевапием — очисткой проволочной щеткой, опескоструиванием, обдиркой наждачной ^ шкуркой или даже простым обезжириванием поверхностей перед нанесением клея. Очистку проволочной щеткой часто рекомендуют там, где желательно ускорить изготовление небольшого количества мелких изделий, и в тех случаях, когда не имеется очиститсльиых ванн.

Нержавеющие стали

Исследования методов подготовки перед склеиванием нержавею­щих сталей показали, что простое обезжиривание так же эффектив­но, как и более сложные методы. Фирмой Норт Америкэн Авиэйшн были исследованы три различных метода подготовки нержавеющих

сталей 17-7, 18-8, 19-9 1 для оклеивания их клеями НАА «Хай-Темп» и СНТ. Были изготовлены стандартные образцы, соединенные вна­хлестку для. испытания на сдвиг, и испытаны при комнатной темпе­ратуре и при 260е. Во всех случаях простое протирание обезжири­вающим растворителем — мстилэтилкетоном — обеспечивало такие же или даже более прочные клеевые соединения, чем обдувка песком с последующим обезжириванием иши обезжириванием с дальнейшим травлением смесью разбавленных фтористоводород­ной и азотной кислот. Были зафиксированы значення предела проч­ности на сдвиг при растяжении до 140 кг/см2 при 260°.

Для отожженной стали SAE 41302 Лаборатория лесных мате­риалов рекомендует следующую обработку (ем. также табл. 36):

1) щелочное обезжиривание (обработка № 1);

2) промывание горячей водой;

3) хромокислая >ванна (обработка № 2).

Однако имеются сведения о 'Прекрасных результатах, полученных простым обезжириванием с последующим опескоструиванием.

Таблица 36

Составы очистительных ванн и режимы обработки, рекомендуемые для подготовки под склеивание поверхностей деталей из нержавеющих сталей ______ и магниевых сплавов__________________________

№ 1

Погружение на 10 мин. <в нагретый до 80±8° раствор следующего состава (•в весовых частях):

Метасиликат натрия....................................... 2,25

Пярофосфат натрия ...................................... 1,12

Едкий натр....................................................... 1,12

Нэкконель HPя. 0,37

Вода......................... ........................ 100,0

pH раствора 12.65-

№ 2

Погружение на 3 мин. в нагретый до 65±5° водный раствор хромовой кислоты (5.25 весовых частей кислоты на 100 весовых частей воды), рн раствора 0,6—0,8.

Продолжение табл. 36

№ З

Погружение «а 10 мішг. в нагретый до 60° водный ■раствор хромовой кислоты (17,95 весовых частей числоты на 100 весовых частей воды). pH раствора меньше 0,1.

№ 4

Попружение на 5 мин. в раствор, состоящий из 1 объема фтористоводород­ной кислоты 50%-ной концентрации и 2 объемов воды и имеющий темгтерап'-ру 27±5°.

№ 5

Погружение на 30 ммн 'в кипящий раствор следующего состава (в весовых частях):

Бихромат натрия....................................................... 24,0

Фтористый кальций.................................................. 0,3

Вода......................................................................... 100,0

pH раствора 5,19.

Магниевые сплав ы

Прочность клеевых соединений магниевых сплавов значительно ниже, чем алюминиевых. Лучшие результаты, полученные на листо­вом магниевом сплаве FS1-H24[14], были в два раза ниже результа тов, полученных >на алюминиевых сплавах. По данным Лаборатории -"есных материалов, средние показатели прочности при сдвиге для четырех опробованных клеев колебались от 75 до 127 кг/см - по сравнению с 200—320 кг/см2 для алюминиевых сплавов. Поверх­ность магниевого сплава была подготовлена к склеиванию следую­щим образом (см. также табл. 36):

1) очистка в парах стабилизированного трихлорэтилена;

2) хромовокислая ванна (обработка № 3);

3) промывание холодной и горячей водой;

4) щелочная очистка (обработка № 1);

5) промывка горячей водой;

6) ваина с разбавленной фтористоводородной кислотой (обра­ботка № 4);

7) промывка холодной водой;

8) бихроматная фиксирующая ванна (обработка № 5).

Почти одинаковые результаты были получены и при простом

обезжиривании поверхностей магниевых сплавов перед склеиванием.

Эти относительно низкие показатели прочности при сдвиге клее­вых соединений магниевых сплавов, полученные Лабораторией лес­ных материалов, были подтверждены исследованиями фирмы Норт Америкэн Авиэйшн и др. ’

Применяя пленочный клей метлбонд MN3C и подготавливая поверхности протиранием тампонами, смоченными обезжиривающим

растворителем, добились прочности соединений на сдвиг при растя­жении приблизительно 70 кг/см2 в условиях комнатной температуры.

Фирма Боинг Аэроплейн исследовала возможность применения для магниевых сплавов модифицированного покрытия типа Доу-7. Была достигнута прочность клеевого соединения примерно 175 кг/см2 при комнатной температуре, если применялся следующий процесс склеивания пленочным клеем метлбонд MN3G:

1) очистка в парах трихлорэтилена;

2) погружение на 10 мин. в 10%-ный раствор каустика, нагре­тый до 76—88°;

3) промывка їв течение 5 мин. в холодной воде (опрыскиванием);

4) погружение в раствор хромовой кислоты я нитрата натрия на S мин. при комнатной температуре;

5) промывка водой в течение 3 мин.;

6) погружение в 20%-ный раствор фтористоводородной кислоты на 5 мин. при[15] комнатной температуре;

7) промывка водой в течение 0,5—1 мин.;

8) погружение в кипящий раствор бикромата натрия (10—15%) и фтористого кальция (0,15%) на 30 мин.;

9) промывка водой в течение 1—2 мин.;

10) просушивание в - горячем воздухе (71—99°) в течение 10 мин.;

11) наложение толстого слоя грунтовки из хромата цинка;

12) сушка в течение минимум 30 мин. при комнатной темпера­туре;

13) сушка в камере при температуре 83—93° в течение 30 мин.;

14) нанесение пульверизатором слоя клея метлбонд МЗС на плотно подогнанные поверхности;

15) сушка на воздухе в течение 30 мин.,

16) нагрев в печи при температуре 138—149° в течение 30 мин.;

17) охлаждение до комнатной температуры и нанесение пульве­ризатором второго слоя клея метлбонд МЗС;

18) сушка на 'воздухев течение 2 час. (или больше);

19) наложение клеевой пленки MN3C на одну из склеиваемых поверхностей;

20) соединение склеиваемых частей и завершающий этап про­цесса склеивания по специальному режиму 1.

'Другие аналогичные по сложности процедуры подготовки маг­ниевых сплавов под склеивание (такие, как анодирование магния, например, обработка «Мэнодайз») были исследованы, но «е дали особенно обнадеживающих результатов. Можно полагать что поиски лучших способов подготовки поверхности магниевых сплавов для склеивания будут продолжаться.