BR102014003607B1

BR102014003607B1 - Método de formar junção de um material termoplástico e um metal e método de usar uma solução sol-gel

Info

Publication number: BR102014003607B1
Application number: BR102014003607-5A
Authority: BR
Inventors: Kay Y. Blohowiak; Kirstin L. Krieg; Robert A. Anderson Anderson
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2021-11-03
Also published as: JP6355937B2; BR102014003607A2; RU2014104697A; EP2772506B1; US9475964B2; JP2014169441A; EP2772506A1; US20140238595A1; US20160237323A1; US9222006B2; CN104017219B; CN104017219A; CA2838936A1; CA2838936C; RU2657500C2; BR102014003607B8

Abstract

junção de um material termoplástico e um metal. a presente invenção refere-se a um método e aparelho compreendendo uma solução sol-gel. n-propóxido de zircônio é envelhecido em um solvente para formar uma primeira parte para a solução sol-gel. a primeira parte é combinada com água deionizada para formar uma segunda parte para a solução sol-gel. aminoaril trialcóxi silano é combinado com um álcool para formar uma terceira parte para a solução sol-gel. a terceira parte é combinada com a segunda parte para formar uma mistura para a solução sol-gel. a água deionizada, ou o álcool, ou uma combinação desses, é combinada com a mistura para formar uma solução. a solução é envelhecida para formar a solução sol-gel compreendendo uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre o n-propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se geralmente a junções e, em particular, à formação de junções entre um material termoplástico e um metal. Ainda mais particularmente, a presente descrição refere-se a um método e aparelho para tratar um metal para unir o metal e o material termoplástico quando formando uma junção.

Antecedentes da Invenção

[002] Os aviões estão sendo projetados e fabricados com porcentagens sempre crescentes de materiais compósitos. Os materiais compósitos podem ser materiais duros de peso leve criados combinando-se dois ou mais componentes funcionais. Por exemplo, um material compósito pode incluir fibras de reforço ligadas em uma matriz de resina polimérica. As resinas usadas em materiais compósitos podem incluir resinais termoplásticas ou termocuráveis. Um material termoplástico pode se tornar mole mediante aquecimento e pode endurecer mediante resfriamento. Um material termoplástico pode ser capaz de ser repetidamente aquecido e resfriado. Um material termocurável pode se tornar duro quando aquecido. As fibras podem ser unidirecionais ou podem ter a forma de um tecido trançado.

[003] Em algumas aplicações, pode ser desejável unir um material termoplástico, tal como um compósito termoplástico, a um metal. Atualmente, os materiais termoplásticos podem ser unidos a metais usando fixadores ou adesivos. Entretanto, usar fixadores para unir os materiais termoplásticos e metais pode adicionar indesejavelmente mais peso a uma junção. Ademais, o projeto de junção ou as propriedades dos materiais podem tornar os fixadores indesejáveis.

[004] As características dos materiais termoplásticos, tal como a tensão na superfície, podem tornar os adesivos indesejáveis em junções termoplásticas. Ademais, as propriedades de material de um adesivo, tal como a temperatura de degradação, podem tornar os adesivos indesejáveis em certos processos de fabricação. Então, seria desejável ter um método e aparelho que levem em conta ao menos alguns dos problemas discutidos acima, bem como outros possíveis problemas.

Sumário

[005] Em uma configuração ilustrativa, um método é apresentado. N-propóxido de zircônio é envelhecido em um solvente para formar uma primeira parte para uma solução sol-gel. A primeira parte é combinada com água deionizada para formar uma segunda parte para a solução sol-gel. Aminoaril trialcóxi silano é combinado com um álcool para formar uma terceira parte para a solução sol-gel. A terceira parte é combinada com a segunda parte para formar uma mistura para a solução sol-gel. A água deionizada, ou o álcool, ou uma combinação desses, são combinados com a mistura para formar uma solução. A solução é envelhecida para formar a solução sol-gel compreendendo uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre o n-propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano.

[006] Em outra configuração ilustrativa, uma solução sol-gel é apresentada. A solução sol-gel compreende n-propóxido de zircônio, aminoaril trialcóxi silano, um solvente, um álcool, e água deionizada. A solução sol-gel compreende uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre n-propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano.

[007] Em ainda outra configuração ilustrativa, uma solução sol-gel é apresentada. A solução sol-gel compreende, em percentual molar, n- propóxido de zircônio na faixa de aproximadamente 0,005% a aproximadamente 8,10%, aminoaril trialcóxi silano na faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 44,9%, um solvente na faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 46,1%, um álcool na faixa de aproximadamente 3,0% a aproximadamente 93,2%, e água deionizada na faixa de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 98,2%, com base nos moles totais da solução sol-gel.

[008] As características e funções podem ser alcançadas independentemente em várias configurações da presente descrição ou podem ser combinadas em ainda outras configurações nas quais detalhes adicionais podem ser vistos com relação à seguinte descrição e desenhos.

Breve Descrição dos Desenhos

[009] Os novos recursos, que se acredita são característicos das configurações ilustrativas, são apresentados nas reivindicações em anexo. As configurações ilustrativas, entretanto, bem como o modo de uso preferencial, objetivos adicionais e características dessas, serão entendidas melhor com relação à seguinte descrição detalhada de uma configuração ilustrativa da presente descrição, quando lida em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[0010] A Figura 1 é uma ilustração de um avião no qual uma configuração ilustrativa pode ser implementada.

[0011] A Figura 2 é uma ilustração de uma junção entre um material termoplástico e um metal de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0012] A Figura 3 é uma ilustração de um diagrama de blocos de um ambiente de fabricação de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0013] A Figura 4 é uma ilustração de um fluxograma de um processo para gerar uma solução sol-gel de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0014] A Figura 5 é uma ilustração de um fluxograma de um processo para tratar um metal de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0015] A Figura 6 é uma ilustração de um fluxograma de um processo para criar uma junção entre um material termoplástico e um metal de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0016] A Figura 7 é uma ilustração de um fluxograma de um processo para criar uma junção entre um material termoplástico e um metal de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0017] A Figura 8 é uma ilustração de um gráfico de barras dos resultados de teste de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0018] A Figura 9 é uma ilustração de um gráfico de barras dos resultados de teste de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0019] A Figura 10 é uma ilustração de um gráfico de barras dos resultados de teste de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0020] A Figura 11 é uma ilustração de um método de fabricação e manutenção de aviões de acordo com uma configuração ilustrativa.

[0021] A Figura 12 é uma ilustração de um avião no qual uma configuração ilustrativa pode ser implementada.

Descrição Detalhada da Invenção

[0022] As diferentes configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta uma ou mais considerações diferentes. Por exemplo, as configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta que aderir um material termoplástico e um metal pode ser um método de junção desejável. Como usado aqui, aderir é o processo de unir o material termoplástico a um metal usando temperatura e pressão. As configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta que aderir um material termoplástico e um metal pode ser um método mais rápido ou de menor custo de unir um material termoplástico e um metal do que usar fixadores ou adesivos.

[0023] As configurações ilustrativas também reconhecem e levam em conta que aderir um material termoplástico a um metal pode ser um método mais rápido do que unir um material termocurável a um metal através de cura. Como um resultado, as configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta que o uso de materiais termoplásticos ao invés de materiais termocuráveis pode resultar em um método de junção mais rápido ou de menor custo.

[0024] As configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta ainda que as ligações mecânicas entre um material termoplástico e um metal não podem fornecer uma ligação desejável. Por exemplo, um material termoplástico e um metal com somente ligações mecânicas não podem ter propriedades taxa de liberação de energia de deformação crucial, resistência ao cisalhamento, durabilidade ambiental, ou resistência à fadiga desejáveis. Como um resultado, as configurações ilustrativas reconhecem e levam em conta que alterar a química da superfície do titânio pode ser desejável para promover ligações químicas na interface com o material termoplástico.

[0025] Assim, as diferentes configurações ilustrativas fornecem um aparelho e um método para unir materiais termoplásticos e metais. Em particular, uma ou mais das diferentes configurações ilustrativas fornecem um método para unir um material termoplástico e um metal sem aumentar mais do que o desejado ao menos um dentre o peso, o custo e a complexidade de uma plataforma.

[0026] Com relação agora às figuras, e em particular, com relação à Figura 1, uma ilustração de um avião é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. Nesse exemplo ilustrativo, o avião 100 tem a asa 102 e a asa 104 acopladas à fuselagem 106. O avião 100 inclui o motor 108 acoplado à asa 102 e o motor 110 acoplado à asa 104.

[0027] A fuselagem 106 tem a seção de cauda 112. O estabilizador horizontal 114, o estabilizador horizontal 116, e o estabilizador vertical 118 são acoplados à seção de cauda 112 da fuselagem 106.

[0028] O avião 100 é um exemplo de um avião no qual a adesão de um material termoplástico a um metal pode ser implementada de acordo com uma configuração ilustrativa. Por exemplo, a fuselagem 106 do avião 100 pode ter revestimento de compósito termoplástico 120. O revestimento de compósito termoplástico 120 pode compreender um revestimento de um avião feito de materiais de compósitos termoplásticos. Os materiais de compósito termoplástico podem incluir fibras de reforço ligadas em uma matriz de resina termoplástica. Neste exemplo, suportes de metal (não mostrados) dentro do corpo 106 podem ser aderidos ao revestimento de compósito termoplástico 120. Em outro exemplo ilustrativo, a janela 122 do avião 100 pode ter uma borda dianteira metálica. Como um resultado, a borda dianteira metálica da janela 122 pode ser aderida ao revestimento de compósito termoplástico 120 ou a um quadro termoplástico da janela 122.

[0029] A ilustração do avião 100 na Figura 1 não implica em limitações físicas ou arquitetônicas à maneira na qual uma configuração ilustrativa pode ser implementada. Por exemplo, embora o avião 100 seja um avião comercial, o avião 100 pode ser um avião militar, aeronave de asa giratória, helicóptero, veículo aéreo não tripulado, ou qualquer aeronave adequada.

[0030] Voltando agora à Figura 2, uma ilustração de uma junção entre um material termoplástico e um metal é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. A junção 200 pode ser uma implementação de uma junção entre o revestimento de compósito termoplástico 120 e um componente de metal tal como um suporte de metal na Figura 1. A junção 200 tem o material termoplástico 202 e o metal 204. Em um exemplo ilustrativo, o material termoplástico 202 pode ser uma parte feita substancialmente de um termoplástico. Em outro exemplo ilustrativo, o material termoplástico 202 pode ser um compósito termoplástico. Neste exemplo ilustrativo, o compósito termoplástico pode ter fibras de reforço ligadas em uma matriz de resina termoplástica. Em ainda outro exemplo ilustrativo, o material termoplástico 202 pode ser uma mistura na qual um componente é um termoplástico.

[0031] O material termoplástico 202 e o metal 204 são unidos na interface 206. O material termoplástico 202 e o metal 204 podem ser unidos na interface 206 por adesão.

[0032] Em um exemplo ilustrativo, antes da adesão, o metal 204 pode ser processado com tratamentos mecânicos em uma superfície ao longo da interface 206. Esses tratamentos mecânicos podem incluir, por exemplo, ao menos um dentre jateamento abrasivo, lixamento, ou outros tratamentos adequados. Em outro exemplo ilustrativo, antes da adesão, o metal 204 pode ser processado com tratamentos químicos em uma superfície ao longo da interface 206. Esses tratamentos químicos podem incluir, por exemplo, ao menos um dentre gravura química ou outros tratamentos adequados. Em alguns exemplos ilustrativos, uma gravura química pode ser selecionada a partir de uma gravura alcalina ou uma gravura ácida. Em alguns exemplos ilustrativos, um tratamento químico pode ser selecionado a partir de ao menos um dentre anodização com ácido fosfórico, anodização com ácido bórico, anodização com dicromato de sódio-ácido sulfúrico, anodização com ácido crômico, gravura em fosfato-fluoreto, ou outras gravuras químicas adequadas.

[0033] A ilustração da junção 200 na Figura 2 não implica em limitações físicas ou arquitetônicas à maneira na qual a configuração ilustrativa pode ser implementada. Por exemplo, a junção 200 pode ser uma junção entre dois metais e um único termoplástico. Em outro exemplo ilustrativo, a junção 200 pode ser uma junção entre dois materiais termoplásticos e um único componente de metal. Em ainda outro exemplo ilustrativo, a interface 206 da junção 200 pode não ser perfeitamente plana. Em exemplos adicionais, o material termoplástico 202 pode ter uma espessura diferente do metal 204. Em ainda outros exemplos adicionais, a espessura de ao menos um dentre um material termoplástico 202 e um metal 204 pode variar ao longo do comprimento da junção 200.

[0034] Com relação agora à Figura 3, uma ilustração de um diagrama de blocos de um ambiente de fabricação é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. O ambiente de fabricação 300 pode ser um exemplo de um ambiente no qual os componentes do avião 100 da Figura 1 podem ser fabricados, reparados, realizada manutenção, ou alguma combinação desses.

[0035] O ambiente de fabricação 300 inclui um número de componentes diferentes. Como representado, o ambiente de fabricação 300 inclui a plataforma 302, o equipamento de geração de sol-gel 304, e equipamento de tratamento de superfície 306.

[0036] Na Figura 3, o avião 100 na Figura 1 é um exemplo de uma implementação física para a plataforma 302 na Figura 3. Embora os exemplos ilustrativos para uma configuração ilustrativa sejam descritos com relação a um avião, uma configuração ilustrativa pode ser aplicada a outros tipos de plataformas. A plataforma 302 pode ser, por exemplo, sem limitação, uma plataforma móvel, uma plataforma estacionária, uma estrutura com base terrestre, uma estrutura com base aquática, e uma estrutura com base aérea. Mais especificamente, a plataforma 302 pode ser um navio de superfície, um tanque, um veículo de transporte de tropas, um trem, um veículo espacial, submarino, um automóvel, uma planta de energia, uma ponte, uma represa, uma casa, uma fábrica, um edifício, ou outras plataformas adequadas.

[0037] Neste exemplo ilustrativo, a plataforma 302 tem o material termoplástico 308 e o metal 310 unidos ao longo da interface 312. O material termoplástico 308, o metal 310, e a interface 312 formam a junção 314 da plataforma 302.

[0038] A junção 314 pode ser formada através da adesão do material termoplástico 308 ao metal 310. O material termoplástico 308 pode ser escolhido a partir do grupo de uma poliéter imida, sulfeto de polifenileno, poli-imida, poliéter-éter-cetona-cetona, poliéter-éter- cetona, um acetal, um acrílico, um vinil, um celulósico, uma poliamida tal como náilon, poliestireno, polisulfona, poliuretano, poitetrafluoroetileno tal como Teflon®, uma poliolefina tal como polietileno, polipropileno, um fluoreto de polivinila tal como Tedlar®, uma poliéterimida tal como Ultem®, uma polifenil sulfona, policarbonato tal como Lexan®, Declar®, ou qualquer outro material termoplástico adequado. O metal 310 pode ser escolhido a partir do grupo de titânio, ligas de titânio, ligas de alumínio, ligas de níquel, ligas de aço inoxidável, ligas de cobre, ou qualquer outro metal adequado. Em um metal exemplificado ilustrativo 310 compreende Ti-6Al-4V, uma liga de titânio.

[0039] Como usado aqui, a frase "ao menos um dentre", quando usado como uma lista de itens, significa que diferentes combinações de um ou mais dos itens listados podem ser usadas e somente um de cada item na lista pode ser necessário. Por exemplo, "ao menos um dentre o item A, o item B, e o item C" pode incluir, sem limitação, o item A ou o item A e o item B. Esse exemplo também pode incluir o item A, o item B, e o item C ou o item B e o item C. O item pode ser um objeto particular, coisa ou uma categoria. Em outras palavras, ao menos um dentre significa que qualquer combinação de itens e número de itens pode ser usada a partir da lista, mas nem todos os itens na lista são exigidos. Em outras palavras, ao menos um dentre o item A e o item B pode significar o item a, ou o item B, ou uma combinação desses.

[0040] Em alguns exemplos ilustrativos, para produzir características desejáveis na junção 314, o metal 310 pode ser tratado na superfície. O tratamento de superfície pode incluir ao menos um dentre limpeza, tratamento mecânico, e tratamento químico antes de adesão. O tratamento de superfície do metal 310 pode ser executado por equipamento de tratamento de superfície 306. Como representado, o equipamento de tratamento de superfície 306 inclui o equipamento de desengraxe 316, o equipamento de limpeza 318, o equipamento de enxágue 320, o equipamento de pré-tratamento mecânico 322, o equipamento de pré-tratamento químico 324, o forno 326, aplicador de iniciador 328, aplicador de escovas 330, e aplicador de aspersão 332.

[0041] O equipamento de desengraxe 316 pode ser configurado para executar um desengraxe tal como o desengraxe aquoso no metal 310 como parte do tratamento da superfície do metal 310. O equipamento de limpeza 318 pode executar uma limpeza tal como uma limpeza alcalina no metal 310 como parte do tratamento de superfície do metal 310. Em algumas configurações ilustrativas, o equipamento de limpeza 318 pode executar uma limpeza após uma etapa de desengraxe aquoso no metal 310.

[0042] O equipamento de enxágue 320 pode ser configurado para executar um enxágue no metal 310. O equipamento de enxágue 320 pode ser configurado para executar ao menos um dentre um enxágue de imersão e um enxágue de aspersão. Em um exemplo ilustrativo, o equipamento de enxágue 320 pode executar um enxágue no metal 310 após o metal 310 ter recebido ao menos um dentre uma etapa de desengraxe e uma etapa de limpeza. Em alguns exemplos ilustrativos, o equipamento de enxágue 320 pode executar um enxágue no metal 310 após o metal 310 ter recebido ao menos um dentre um tratamento mecânico, tal como abrasão, e um pré-tratamento químico, tal como uma gravura.

[0043] O equipamento de pré-tratamento mecânico 322 pode ser configurado para executar um pré-tratamento mecânico no metal 310. O equipamento de pré-tratamento mecânico 322 pode executar ao menos um dentre jateamento abrasivo, polimento, lixamento, ou qualquer outro pré-tratamento mecânico adequado. Em um exemplo ilustrativo, o equipamento de pré-tratamento mecânico 322 pode tornar áspera a superfície do metal 310 para promover a adesão mecânica do material termoplástico 308 ao metal 310. Em outro exemplo ilustrativo, o equipamento de pré-tratamento mecânico 322 pode preparar a superfície do metal 310 para aplicação da solução sol-gel 334.

[0044] O equipamento de pré-tratamento químico 324 pode ser configurado para executar um pré-tratamento químico no metal 310. O equipamento de pré-tratamento químico 324 pode executar ao menos um dentre uma gravura alcalina, uma gravura ácida, ou outro pré- tratamento químico adequado.

[0045] Em um exemplo ilustrativo, o equipamento de pré-tratamento químico 324 pode causar aspereza na superfície do metal 310 para promover a adesão mecânica do material termoplástico 308 ao metal 310. Em outro exemplo ilustrativo, o equipamento de pré-tratamento químico 324 pode preparar a superfície do metal 310 para aplicação da solução sol-gel 334.

[0046] O forno 326 pode ser configurado para secar o metal 310 após os tratamentos de superfície. Em um exemplo ilustrativo, o forno 326 pode ser usado para secar o metal 310 após uma etapa de enxágue usando o equipamento de enxágue 320. Em um exemplo ilustrativo, o forno 326 pode ser usado para secar o metal 310 após a aplicação de um material ao metal 310 por aplicador de escovas 330 ou aplicador de aspersão 332.

[0047] O aplicador de iniciador 328 pode ser configurado para aplicar um iniciador ao metal 310. Em um exemplo ilustrativo, após secar no forno a solução sol-gel 334 no metal 310, um iniciador pode ser aplicado ao metal 310 usando o aplicador de iniciador 328. Neste exemplo ilustrativo, o forno 326 pode ser usado para secar o metal 310 após a aplicação de um iniciador pelo aplicador de iniciador 328.

[0048] Um iniciador pode ser aplicado ao metal 310 para mudar as características da junção resultante 314. Em alguns exemplos ilustrativos, um iniciador pode ser um iniciador de alta temperatura. Um iniciador de alta temperatura pode ser configurado para suportar temperaturas elevadas na faixa de 65,5°C a 426,6°C (150 a 800 graus Fahrenheit). Em um exemplo ilustrativo, um iniciador de alta temperatura pode ser configurado para suportar a temperatura de consolidação do material termoplástico 308. Em um exemplo ilustrativo, o iniciador de alta temperatura pode ser configurado para suportar temperaturas na faixa de 260°C a 426,6°C (500 a 800 graus Fahrenheit).

[0049] A solução sol-gel 334 pode ser aplicada ao metal 310 usando ao menos um dentre um aplicador de escovas 330, um aplicador de aspersão 332, ou qualquer outro aplicador adequado. Em alguns exemplos ilustrativos, a solução sol-gel 334 pode ser aplicada ao metal 310 após ao menos um dentre uma etapa de desengraxe, limpeza, enxágue, pré-tratamento mecânico, pré-tratamento químico, secagem no forno, ou outros tratamentos de superfície adequados. Nestes exemplos ilustrativos, os tratamentos de superfície podem preparar a superfície do metal 310 para a solução sol-gel 334. Nestes exemplos ilustrativos, os tratamentos de superfície podem fazer com que a junção 314 tenha características desejáveis.

[0050] O equipamento de geração de sol-gel 304 é configurado para produzir a solução sol-gel 334. Como usado aqui, a solução sol-gel 334 pode também ser chamada de uma solução sol-gel de alta temperatura, ou uma solução sol-gel. O equipamento de geração de sol-gel 304 combina n-propóxido de zircônio 336, aminoaril trialcóxi silano 338, água deionizada 340, o solvente 342, um álcool 344 para formar a solução sol-gel 334.

[0051] A solução sol-gel 334 é uma solução sol-gel configurada para promover a adesão entre o metal 310 e o material termoplástico 308 quando aplicado ao metal 310 antes da adesão. Uma solução solgel é uma solução criada através de uma reação de solução-gelação. Uma reação de solução-gelação é uma técnica química a úmido compreendendo as reações de hidrólise e condensação. Uma solução sol-gel pode compreender um precursor de alcóxido de metal solúvel com grupos laterais funcionais. Em alguns exemplos ilustrativos, uma solução sol-gel pode ser usada para ao menos um dentre acoplar e revestir.

[0052] Como usado aqui, o acoplamento pode ser um acoplamento em uma interface, tal como a interface 312. A solução sol-gel 334 pode promover a adesão por interações químicas na interface 312. As reações químicas encorajadas pela solução sol-gel 334 podem não incluir reticulação. As reações químicas para promover a adesão podem ser selecionadas a partir de ao menos uma dentre interações van der Waals, interações ácido-base, ou outras reações químicas adequadas. Em alguns exemplos ilustrativos, a solução sol-gel 334 promove a adesão por ligações químicas secundárias.

[0053] A solução sol-gel 334 é também configurada para suportar altas temperaturas. Durante a adesão do material 310 e do material termoplástico 308, a solução sol-gel 334 pode ser exposta à temperatura de consolidação do material termoplástico 308. A temperatura de consolidação do material termoplástico 308 pode estar na faixa de 65,5°C a 426,6°C (150 a 800 graus Fahrenheit). Em alguns exemplos ilustrativos, uma temperatura de consolidação do material termoplástico 308 pode estar na faixa de 260°C a 426,6°C (500 a 800 graus Fahrenheit). Como um resultado, a solução sol-gel 334 é configurada para suportar a temperatura de consolidação do material termoplástico 308.

[0054] Em alguns exemplos ilustrativos, a solução sol-gel 334 pode também ser configurada para impedir que o metal 310 ao menos um dentre forme uma camada de óxido, o material mude ao longo do tempo, e degradação do material. Nesses exemplos ilustrativos, a solução solgel 334 pode funcionar como um selante para a superfície do metal 310.

[0055] A solução sol-gel 334 tem uma faixa de pH desejada que é levemente ácido. Em alguns exemplos ilustrativos, o pH da solução solgel 334, sem ajustamento, está entre 4 e 5. Entretanto, em outros exemplos ilustrativos, o pH da solução sol-gel 334 pode variar de 3 a 6.

[0056] Em um exemplo ilustrativo, uma série de etapas é seguida para produzir a solução sol-gel 334. Na geração da solução sol-gel 334, a solubilidade dos componentes é influenciada pela ordem das técnicas de mistura, comprimento das técnicas de mistura, e tipo das técnicas de mistura. Como um resultado, as técnicas de mistura afetam o resultado da solução sol-gel 334. As técnicas de mistura incluem ao menos uma dentre a etapa de agitação, turbulência, e envelhecimento.

[0057] A solução sol-gel 334 pode ser criada no ambiente de fabricação 300, ou qualquer outro ambiente adequado tendo os materiais e equipamentos necessários. Entretanto, a solução sol-gel 334 tem uma vida útil limitada, variando de 1 hora a 12 horas. A vida útil pode ser o período de tempo que uma solução sol-gel permanece adequada para seu processamento pretendido após a solução sol-gel ser produzida.

[0058] No exemplo ilustrativo, o álcool 344 pode ser um álcool de baixo peso molecular. Como usado aqui, um álcool de baixo peso molecular é um álcool que tem um baixo peso molecular e evapora em temperatura ambiente ou em temperatura levemente elevada. Adicionalmente, um álcool de baixo peso molecular pode também não deixar uma quantidade indesejada de resíduo em uma superfície na qual o álcool de baixo peso molecular é aplicado. O álcool 344 pode ser selecionado a partir do grupo que consiste de álcool isopropílico, metanol, etanol, propanol, n-butanol (1-butanol), sec-butanol (2- butanol), isobutanol (2-metil-1-propanol), ter-butanol (2-metoil-2- propanol), e 3-metil-2-butanol, ou outros álcoois de baixo peso molecular adequados.

[0059] O solvente 342 age para catalisar a reação. O solvente 342 mantém o n-propóxido de zircônio 336 em solução. Em um exemplo ilustrativo, o solvente 342 pode afetar o pH da solução sol-gel 334. O solvente 342 pode ser selecionado a partir do grupo de glicóis, glicol éteres, ácido acético glacial, butil éster, ou outros catalisadores adequados. Uma reação entre o solvente 342 e o n-propóxido de zircônio 336 pode ser um pouco exotérmica.

[0060] O ambiente de fabricação 300 também tem equipamento de adesão 346. O equipamento de adesão 346 é configurado para executar um processo de adesão no material termoplástico 308 e no metal 310. Após a aplicação da solução sol-gel 334 a uma superfície do metal 310, o material termoplástico 308 pode ser posicionado em contato com a superfície do metal 310. Esse posicionamento pode ser chamado de montagem. O material termoplástico 308 e o metal 310 podem então passar por um processo de adesão usando o equipamento de adesão 346.

[0061] Em alguns exemplos ilustrativos, o material termoplástico 308 pode ser não consolidado. Nesses exemplos ilustrados, o equipamento de adesão 346 pode ser usado para substancialmente consolidar simultaneamente o material termoplástico 308 e aderi-lo ao metal 310. Em um exemplo ilustrativo, a consolidação e adesão podem acontecer em um único ciclo de calor e pressão. Em outro exemplo ilustrativo, a consolidação e a adesão podem acontecer em uma pluralidade de ciclos de calor e pressão.

[0062] Em alguns exemplos ilustrativos, o material termoplástico 308 pode ser pré-consolidado. Nesses exemplos ilustrativos, o equipamento de adesão 346 pode ser usado para aderir o material termoplástico 308 ao metal 310.

[0063] Em alguns exemplos ilustrativos, o material termoplástico 308 pode ser parcialmente consolidado. Nesses exemplos ilustrativos, o equipamento de adesão 346 pode ser usado para completar a consolidação do material termoplástico 308 e para aderir o material termoplástico 308 ao metal 310.

[0064] O equipamento de adesão 346 pode ser selecionado a partir de ao menos um dentre um autoclave, uma prensa, uma ferra de aquecimento, grampos, equipamento de aquecimento localizado, ou qualquer outro equipamento adequado configurado para fornecer temperatura e pressão elevada. Após a adesão de material termoplástico 308 e do metal 310, a junção 314 com a interface 312 é formada.

[0065] Em alguns exemplos ilustrativos, o material termoplástico 308 é posicionado em contato com a superfície do metal 310 após a aplicação de um iniciador à superfície do metal 310. Como um resultado, as propriedades da junção resultante 314 são afetadas pelo iniciador entre o material termoplástico 308 e o metal 310.

[0066] A ilustração do ambiente de fabricação 300 na Figura 3 não implica em limitações físicas ou arquitetônicas à maneira na qual uma configuração ilustrativa pode ser implementada. Outros componentes em adição ou em lugar dos ilustrados podem ser usados. Alguns componentes podem ser desnecessários. Também, os blocos são apresentados para ilustrar alguns componentes funcionais. Um ou mais dos blocos podem ser combinados, divididos, ou combinados e divididos em blocos diferentes quando implementados em uma configuração ilustrativa.

[0067] Por exemplo, o metal 310 pode não receber um pré- tratamento mecânico. Nesse exemplo ilustrativo, o equipamento de pré- tratamento mecânico 322 pode não estar presente no ambiente de fabricação 300. Em outro exemplo ilustrativo, a solução sol-gel 334 pode ser exclusivamente aspergida no metal 310. Nesse exemplo ilustrativo, o aplicador de escovas 330 pode não estar presente no ambiente de fabricação 300.

[0068] Voltando agora à Figura 4, uma ilustração de um fluxograma de um processo para gerar uma solução sol-gel é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. O processo 400 pode ser implementado no ambiente de fabricação 300 da Figura 3 para criar a solução sol-gel 334.

[0069] O processo 400 cria a solução sol-gel 402. A solução sol-gel 402 pode ser a solução sol-gel 334 da Figura 3. A solução sol-gel 402 é configurada para suportar a temperatura de consolidação de um material termoplástico, tal como o material termoplástico 308 da Figura 3. A solução sol-gel 402 é configurada para promover a adesão entre um metal, tal como o metal 310, e um material termoplástico, tal como o material termoplástico 308 quando aplicado ao metal antes da adesão. A solução sol-gel 402 pode promover a adesão por interações químicas em uma interface entre o metal e o material termoplástico.

[0070] O processo começa combinando n-propóxido de zircônio e ácido acético glacial. Nesse exemplo ilustrativo, o n-propóxido de zircônio é fornecido 70% em n-propanol. Neste exemplo ilustrativo, n- propóxido de zircônio é adicionado ao ácido acético glacial (operação 404). Nesse processo, o ácido acético glacial age como um solvente para o n-propóxido de zircônio. O ácido acético glacial pode ser o solvente 342 da Figura 3. Como descrito em mais detalhes abaixo, a quantidade de n-propóxido de zircônio e ácido acético glacial combinados pode variar com base na composição desejada de solução sol-gel 402. Entretanto, uma relação molar de aproximadamente 1:1 é mantida para o n-propóxido de zircônio e ácido acético glacial. Uma relação molar, como usada aqui, é uma relação entre as quantidades, em moles, de duas substâncias na solução sol-gel. Um mole é uma unidade de medida usada para expressar uma quantidade de uma substância química. Um mole é tantas entidades elementares quanto há átomos em 12 gramas de carbono-12 puro, um valor de aproximadamente 6,02214179 (30) * 1023. Em um exemplo ilustrativo, aproximadamente 2,00 mL de n-propóxido de zircônio 70% em n- propanol são adicionados a aproximadamente 1,46 mL de ácido acético glacial.

[0071] Em seguida, o n-propóxido de zircônio e o ácido acético glacial são envelhecidos em temperatura ambiente (operação 406). Essa operação forma a parte A 408. Antes do envelhecimento, o n- propóxido de zircônio e o ácido acético glacial podem ser agitados em redemoinho. O redemoinho pode ser executado movendo-se o recipiente contendo o n-propóxido de zircônio e o ácido acético glacial em um padrão circular. O redemoinho mistura os ingredientes dentro do recipiente. O redemoinho é executado para permitir que a reação ocorra regularmente. Em alguns exemplos ilustrativos, o n-propóxido de zircônio e o ácido acético glacial podem ser agitados ao invés de misturados em redemoinho. Após o redemoinho, o n-propóxido de zircônio e o ácido acético glacial são então envelhecidos em temperatura ambiente. Em alguns exemplos ilustrativos, após o redemoinho ou agitação do n-propóxido de zircônio e do ácido acético glacial, uma folha ou outra superfície refletora pode ser colocada sobre a abertura do recipiente.

[0072] A mistura de n-propóxido de zircônio e ácido acético glacial é então deixada de lado para envelhecer. Como usado aqui, o envelhecimento é usado para descrever uma passagem de tempo. Em um exemplo ilustrativo, o n-propóxido de zircônio e o ácido acético glacial podem ser envelhecidos por aproximadamente vinte a trinta minutos.

[0073] O processo combina aminoaril trialcóxi silano e álcool isopropílico. Nesse exemplo ilustrativo, o processo adiciona aminoaril trialcóxi silano ao álcool isopropílico para formar a parte B 412 (operação 410). O álcool isopropílico pode ser o álcool 344 da Figura 3. O resultado dessa adição é um silano funcionalizado. A química da solução sol-gel 402 exige uma quantidade mínima de álcool isopropílico. A quantidade mínima de álcool isopropílico pode ser expressa como uma relação molar mínima de aproximadamente 18:1 entre o álcool isopropílico e o aminoaril trialcóxi silano. Em um exemplo ilustrativo, aproximadamente 5,60 mL de aminoaril trialcóxi silano são adicionados a aproximadamente 40 mL de álcool isopropílico. Após o aminoaril trialcóxi silano ser adicionado ao álcool isopropílico, essa mistura é agitada. A agitação mistura os ingredientes dentro do recipiente. A agitação pode ser executada para permitir que a reação ocorra regularmente. Em alguns exemplos ilustrativos, a agitação pode ser executada para melhorar ou manter a solubilidade de uma mistura. A agitação pode ser executada usando uma barra de agitação magnética, bomba, impulsor, ou outro mecanismo de agitação adequado.

[0074] Após o envelhecimento por aproximadamente vinte a trinta minutos, a parte A 408 e a água deionizada são combinadas. Nesse exemplo ilustrativo, a parte A 408 é adicionada à água deionizada para formar a parte C 416 (operação 414). Em alguns exemplos ilustrativos, uma pequena quantidade de água deionizada pode ser primeiro adicionada à parte A 408 e misturada em redemoinho, antes da adição da parte A 408 à água deionizada para formar a parte C 416. Nesses exemplos ilustrativos, essa pequena quantidade de água deionizada e redemoinho podem preparar a parte A 408 para a adição à água deionizada. Nesses exemplos ilustrativos, essa pequena quantidade de água deionizada pode desencorajar o n-propóxido de zircônio de sair da solução mediante a adição à água deionizada para formar a parte C 416. Nesses exemplos ilustrativos, essa pequena quantidade de água deionizada pode estar na faixa de algumas gotas de água deionizada a alguns mL de água deionizada.

[0075] Como descrito em mais detalhes abaixo, a quantidade de água deionizada na solução sol-gel 402 pode variar com base na composição desejada de solução sol-gel 402. Entretanto, a solução solgel 402 tem uma quantidade mínima de água deionizada. A quantidade mínima de água deionizada pode ser expressa como uma relação molar mínima de aproximadamente 18:1 entre a água deionizada e n- propóxido de zircônio.

[0076] Em um exemplo ilustrativo, a parte A 408 é adicionada a aproximadamente 70 mL de água deionizada. Após adicionar a parte A 408 à água deionizada, a mistura é agitada. A agitação pode ser executada para promover solubilidade e manter os componentes suspensos em solução.

[0077] Em seguida, o processo combina a parte C 416 e a parte B 412. Nesse exemplo ilustrativo, o processo adiciona a parte C 416 à parte B 412 (operação 418). Em um exemplo ilustrativo, o processo pode derramar lentamente a parte C 416 na parte B 412. A água deionizada, ou álcool isopropílico, ou uma combinação desses é adicionada à parte B 412 e à parte C 416 (operação 420). Em alguns exemplos ilustrativos, durante essa etapa, ao menos um dentre a água deionizada e o álcool isopropílico pode ser usado para enxaguar qualquer resíduo da parte C 416 do recipiente em que a parte C 416 foi derramada no recipiente que mantém a parte B 412 e a parte C 416. A quantidade de água deionizada e álcool isopropílico pode variar contanto que a quantidade de água deionizada e álcool isopropílico alcance as relações molares mínimas. Em alguns exemplos ilustrativos, essa adição de água deionizada, ou álcool isopropílico, ou uma combinação desses pode resultar em uma concentração que é desejável para aplicação por aspersão. Em um exemplo ilustrativo, a adição inclui aproximadamente 320 mL de água deionizada e aproximadamente 60 mL de álcool isopropílico.

[0078] Em seguida, a solução é agitada e envelhecida em temperatura ambiente (operação 422). Em um exemplo ilustrativo, a solução pode ser envelhecida por trinta minutos a cinco horas enquanto sob agitação. Após a operação 422, a solução sol-gel 402 está pronta para aplicação a um metal. A vida útil da solução sol-gel 402 pode estar na faixa de 1 a 12 horas. A vida útil pode ser o período de tempo que uma solução sol-gel permanece adequada para seu processamento pretendido após a solução sol-gel ser produzida.

[0079] A solução sol-gel resultante 402 pode conter, por percentual molar, n-propóxido de zircônio na faixa de aproximadamente 0,005% a aproximadamente 8,10%, aminoaril trialcóxi silano na faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 44,9%, um solvente na faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 46,1%, um álcool na faixa de aproximadamente 3,0% a aproximadamente 93,2%, e água deionizada na faixa de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 98,2%, com base nos moles totais da solução sol-gel. Como usado aqui, um percentual molar de uma substância é a relação dos moles da substancia na solução sol-gel para os moles da solução sol-gel. Em um exemplo ilustrativo, o percentual molar desejável para a solução sol-gel 402 pode ser n-propóxido de zircônio em uma faixa de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 0,03%, aminoaril trialcóxi silano em uma faixa de aproximadamente 0,09% a aproximadamente 0,13%, solvente em uma faixa de aproximadamente 0,09% a aproximadamente 0,20%, álcool em uma faixa de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 6,2%, e água deionizada em uma faixa de aproximadamente 84,0% a aproximadamente 98,0%, com base nos moles totais da solução sol-gel. Em outro exemplo ilustrativo, os valores de percentual molar para os componentes podem ser como segue: aproximadamente 0,0195% de n-propóxido de zircônio, aproximadamente 0,108% de aminoaril trialcóxi silano, aproximadamente 0,111% de solvente, aproximadamente 5,62% de álcool, e aproximadamente 94,14% de água deionizada com base nos moles totais da solução sol-gel.

[0080] Com relação agora à Figura 5, uma ilustração de um fluxograma de um processo para tratar um metal é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. O processo 500 pode ser implementado por equipamento de tratamento de superfície 306 no ambiente de fabricação 300 da Figura 3 para tratar um metal tal como o metal 310.

[0081] O processo 500 resulta em metal com superfície tratada 502. O metal 504 pode passar por etapas opcionais de desoxidação e limpeza 506. As etapas opcionais de desoxidação e limpeza 506 incluem desengraxe aquoso 508, limpeza alcalina 510, e enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 512. Em alguns exemplos ilustrativos, ao menos um dentre o desengraxe aquoso 508, a limpeza alcalina 510, e o enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 512 pode ser executado no metal 504. Em alguns exemplos ilustrativos, nenhum dentre desengraxe aquoso 508, a limpeza alcalina 510, e o enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 512 é executado. Em alguns exemplos ilustrativos, se as etapas opcionais de desoxidação e limpeza 506 forem executadas, determina-se, com base em ao menos uma das propriedades do material do metal 504, quaisquer propriedades de uma junção resultante, ou outras considerações adequadas.

[0082] Em seguida, o metal 504 pode passar por etapas de pré- tratamento 514. As etapas de pré-tratamento 514 incluem pré- tratamento mecânico 516, pré-tratamento químico 518, enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 520, e secagem no forno 522. O pré-tratamento mecânico 516 pode incluir ao menos um dentre jateamento abrasivo, polimento, lixamento, ou qualquer outro pré- tratamento mecânico adequado. O pré-tratamento químico 518 pode incluir ao menos um dentre gravura alcalina, uma gravura ácida, ou outro pré-tratamento químico adequado.

[0083] Em alguns exemplos ilustrativos, ao menos um dentre o pré- tratamento mecânico 516, o pré-tratamento químico 518, o enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 520, e a secagem no forno 522 pode ser executado. Em outros exemplos ilustrativos, nenhum dentre o pré-tratamento mecânico 516, o pré-tratamento químico 518, o enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão 520, e a secagem no forno 522 pode ser executado.

[0084] Em seguida, o metal 504 passa por aplicação da solução sol gel 524. A solução sol-gel 524 pode ser aplicada através de escovação, laminação, aspersão, ou outro processo de aplicação adequado. Em um exemplo ilustrativo, a aplicação da solução sol-gel 524 ao metal 504 é executada usando ao menos um dentre um aplicador de escovas 330 e uma aplicação de aspersão 332 da Figura 3. Após a aplicação da solução sol-gel 524, a solução sol-gel no metal 504 é seca no forno 526.

[0085] Após a secagem no forno, uma determinação é feita se durabilidade adicional é desejada para a junção 528. A durabilidade desejada de uma junção pode ser dependente de ao menos um dentre o tipo dos materiais na junção, a localização da junção, o uso pretendido para a junção, ou qualquer outra característica adequada da junção. Em um exemplo ilustrativo, essa determinação compara um valor de durabilidade estimado para uma junção incluindo um material termoplástico e o metal 504 com o tratamento de superfície recebido com uma durabilidade desejada. Se a durabilidade desejada é determinada como sendo maior do que o valor de durabilidade estimado, o processo se move para a operação 530. Se a durabilidade desejada é determinada como não sendo maior do que o valor de durabilidade estimado, o processo está completo e resulta em metal com superfície tratada 502.

[0086] Se a durabilidade adicional é determinada como sendo desejada, um iniciador é aplicado ao metal 504 (operação 530). Em alguns exemplos ilustrativos, o iniciador pode ser um iniciador de alta temperatura. Nesses exemplos ilustrativos, um iniciador de alta temperatura pode ser configurado para suportar as temperaturas de consolidação dos materiais termoplásticos. Após a aplicação do iniciador, o iniciador no metal 504 é seco no forno (operação 532). Essa secagem no forno resulta no metal com superfície tratada 502.

[0087] Voltando agora para a Figura 6, uma ilustração de um fluxograma de um processo para criar uma junção entre um material termoplástico e um metal é representado de acordo com uma configuração ilustrativa. O processo 600 pode ser implementado no ambiente de fabricação 300 da Figura 3 para criar a junção 314.

[0088] O material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 entram no processo 600. O material termoplástico 602 pode ser o material termoplástico 308 da Figura 3. O metal com superfície tratada 604 pode ser o metal 310 da Figura 3 com ao menos um tratamento a partir do processo 500 da Figura 5. Em um exemplo ilustrativo, o metal com superfície tratada 604 recebeu pré-tratamento mecânico, pré-tratamento químico, enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão, secagem no forno, a aplicação de solução solgel, e secagem no forno.

[0089] O processo 600 monta o material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 (operação 606). Na montagem do material termoplástico 602 e do metal com superfície tratada 604, o material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 podem ser posicionados um em relação ao outro como desejado para uma junção. Durante a montagem, o material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 podem ser posicionados um em relação ao outro com a mão ou usando equipamento. Em um exemplo ilustrativo, o material termoplástico 602 pode ser um compósito termoplástico na forma de uma fita. Nesse exemplo ilustrativo, o material termoplástico 602 pode ser posicionado em relação ao metal com superfície tratada 604 colocando-se a fita de compósito termoplástico no metal com superfície tratada 604.

[0090] Em seguida, o processo adere o material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 (operação 608). A adesão une o material termoplástico 602 e o metal com superfície tratada 604 sem o uso de um adesivo ou fixadores. A adesão inclui a aplicação tanto de calor quanto de pressão ao material termoplástico 602 e ao metal com superfície tratada 604. A adesão pode ser executada por ao menos um dentre um autoclave, uma prensa, um ferro de aquecimento, grampos, equipamento de aquecimento local, ou qualquer outro equipamento de adesão adequado.

[0091] Em seguida, o equipamento de adesão é removido, resultando no componente metal-termoplástico 610. O componente metal-termoplástico 610 tem uma junção que pode exibir adesão desejável. Ademais, o componente metal-termoplástico 610 pode resultar em propriedades de material desejáveis em testes mecânicos.

[0092] Com relação agora à Figura 7, uma ilustração de um fluxograma de um processo para criar uma junção entre um material termoplástico e um metal é representado de acordo com uma configuração ilustrativa. O processo 700 pode ser implementado no ambiente de fabricação 300 da Figura 3 para criar a junção 314.

[0093] O processo 700 começa por limpar um metal (operação 702). Em alguns exemplos ilustrativos, limpar o metal pode incluir ao menos um dentre um desengraxe aquoso, uma limpeza alcalina, e um enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão. Em seguida, o processo 700 pré-trata o metal (operação 704). Em alguns exemplos ilustrativos, pré-tratar o metal pode incluir ao menos um dentre pré-tratamento mecânico, pré-tratamento químico, enxágue com imersão em água e enxágue por aspersão, e secagem no forno.

[0094] O processo 700 em seguida, envelhece n-propóxido de zircônio em um solvente para formar uma primeira parte para a solução sol-gel (operação 706). Em alguns exemplos ilustrativos, o solvente pode ser ácido acético glacial. O n-propóxido de zircônio no solvente é envelhecido até que a reação está completa. Em um exemplo ilustrativo, o n-propóxido de zircônio no solvente é envelhecido por aproximadamente vinte a trinta minutos.

[0095] Após o envelhecimento, o processo 700 combina a primeira parte com água deionizada para formar uma segunda parte para a solução sol-gel (operação 708). O processo combina aminoaril trialcóxi silano com um álcool para formar uma terceira parte para a solução solgel (operação 710). Em seguida, a terceira parte é combinada com a segunda parte para formar uma mistura para a solução sol-gel (operação 712). Em seguida, a água deionizada, ou o álcool, ou uma combinação desse, é combinada com a mistura para formar uma solução (operação 714). Ao menos um dentre água deionizada e álcool pode ser adicionado para resultar em uma solução com uma faixa desejável de componentes. Em um exemplo ilustrativo, ao menos um dentre água deionizada e álcool pode ser adicionado para diluir a solução a uma concentração que é desejável para aspersão.

[0096] Após adicionar ao menos um dentre água deionizada e álcool, a solução é envelhecida para formar a solução sol-gel compreendendo a relação molar de aproximadamente 1:5 de n- propóxido de zircônio e aminoaril trialcóxi silano (operação 716). A solução pode ser envelhecida, enquanto sob agitação, até que resulte em uma solução sol-gel. A solução sol-gel resultante compreende uma relação molar de aproximadamente 1:5 de n-propóxido de zircônio e aminoaril trialcóxi silano. Em um exemplo ilustrativo, o envelhecimento pode acontecer por aproximadamente 0,5 a 5,0 horas. Em um exemplo ilustrativo, o envelhecimento acontece por aproximadamente quatro horas. Neste exemplo ilustrativo, o envelhecimento da solução para formar a solução sol-gel compreende agitar a solução por quatro horas em temperatura ambiente.

[0097] A solução sol-gel resultante é então aplicada ao metal (operação 718). Em alguns exemplos ilustrativos, a solução sol-gel pode ser aplicada ao metal por ao menos um dentre aspersão e escovação. Nesses exemplos ilustrativos, a solução sol-gel pode ser aplicada ao metal usando ao menos um dentre um aplicador de escovas 330 e um aplicador de aspersão 332 da Figura 3. A solução sol-gel não precisa ser aplicada imediatamente ao metal após a geração de sol-gel, entretanto, a solução sol-gel tem uma vida útil entre aproximadamente 1 e 12 horas. A solução sol-gel precisa ser aplicada ao metal dentro dessa vida útil.

[0098] Após a aplicação do sol-gel, a solução sol-gel no metal é seca no forno para formar um metal com superfície tratada (operação 720). Em seguida, o material termoplástico e o metal com superfície tratada são montados (operação 722). O material termoplástico e o material com superfície tratada podem ser montados em um arranjo desejável para o componente metal-termoplástico resultante. Na montagem do material termoplástico e do material com superfície tratada, o material termoplástico é posicionado em contato com a superfície tratada do metal com superfície tratada.

[0099] Por fim, o material termoplástico e o metal com superfície tratada são aderidos (operação 724). A adesão resulta em um componente metal-termoplástico com uma junção. A junção não inclui quaisquer fixados ou adesivos. De preferência, a junção é formada por interações químicas entre o metal com superfície tratada e o material termoplástico. Em alguns exemplos ilustrativos nos quais a operação 704 inclui pré-tratamento mecânico, a junção pode também incluir interações mecânicas entre o metal com superfície tratada e o material termoplástico.

[00100] Voltando agora para a Figura 8, uma ilustração de um gráfico de barras de resultados de teste é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. A Figura 8 é um exemplo de dados de cisalhamento para uma junção, tal como a junção 314 mostrada na forma de blocos na Figura 3. O gráfico de barras 800 tem o eixo x 802, o eixo x 804, e o eixo y 806. Como representado, o eixo x 802 representa o tipo de tratamento de superfície aplicado ao metal dentro da junção. O eixo x 804 representa a temperatura na qual o teste de cisalhamento é executado. Os testes de cisalhamento foram executados em aproximadamente -53,8°C a aproximadamente -55°C (aproximadamente -65 a aproximadamente -67 graus Fahrenheit), aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit), e aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). O eixo Y 806 representa a resistência ao cisalhamento da junção.

[00101] O gráfico de barras 800 contém dados a partir de um teste de cisalhamento de área ampla das junções. Em cada junção, o material termoplástico é um compósito termoplástico PEKK-FC. O compósito termoplástico PEKK-FC foi aplicado a uma fita termoplástica. A fita de compósito termoplástico PEKK-FC foi aplicada entre duas peças de metal. As duas peças de metal são ligas de titânio, especificamente Ti- 6Al-4V.

[00102] O número de referência 1 808 representa uma junção na qual o metal recebeu uma limpeza seguida por um pré-tratamento mecânico, especificamente um jateamento abrasivo. A barra 818 representa a junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 1 808 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 55°C (-67 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 818 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 12 MPa (1750 psi). A barra 820 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 1 808 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 820 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 8,61 MPa (1250 psi). A barra 822 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 1 808 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 822 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 7,5 MPa (1100 psi).

[00103] O número de referência 2 810 representa uma junção na qual o metal recebeu uma limpeza seguida por um pré-tratamento químico, especificamente uma gravura em fluoreto-nítrico. A barra 824 representa a junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 2 810 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 55°C (-67 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 824 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 17,9 MPa (2600 psi). A barra 826 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 2 810 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 826 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 15,5 MPa (2250 psi). A barra 828 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 2 810 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 828 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 10,3 MPa (1500 psi).

[00104] O número de referência 3 812 representa uma junção na qual o metal recebeu um pré-tratamento químico, especificamente uma gravura em fluoreto-nítrico, seguida pela aplicação de uma gravura alcalina em temperaturas elevadas. A barra 830 representa a junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 3 812 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 55°C (-67 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 830 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 33 MPa (4800 psi). A barra 832 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 3 812 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 832 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 24,8 MPa (3600 psi). A barra 834 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 3 812 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 834 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 24 MPa (3500 psi).

[00105] O número de referência 4 814 representa uma junção na qual o metal recebeu um pré-tratamento químico, especificamente uma gravura em fluoreto-nítrico, seguida pela aplicação de TiBoe em uma solução sol-gel convencional. Nesse exemplo ilustrativo, a solução solgel convencional tem um agente de acoplamento diferente do que a solução sol-gel da aplicação atual tal como a solução sol-gel 334 da Figura 3. Especificamente, uma solução sol-gel convencional não compreende um aminoaril trialcóxi silano, como na solução sol-gel 334 da Figura 3.

[00106] A barra 836 representa a junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 4 814 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 55°C (-67 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 836 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 28,9 MPa (4200 psi). A barra 838 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 4 814 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 838 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 28,2 MPa (4100 psi). A barra 840 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 4 814 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 840 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 28,2 MPa (4100 psi).

[00107] Como representado, a junção com o tratamento de superfície de número de referência 4 814 tem resultados substancialmente similares através das três temperaturas de teste. Ademais, como representado, uma junção com o tratamento de superfície de número de referência 4 814 tem maior resistência ao cisalhamento em temperaturas positivas do que o número de referência 1 808, o número de referência 2 810, e o número de referência 3 812, que não receberam uma aplicação de solução sol-gel em alta temperatura.

[00108] O número de referência 5 816 representa uma junção na qual o metal recebeu um pré-tratamento químico, especificamente uma gravura em fluoreto-nítrico, seguida por um pré-tratamento mecânico, especificamente um jateamento abrasivo, seguido pela aplicação de TiBoe, e uma aplicação de uma solução sol-gel de alta temperatura, tal como a solução sol-gel 334 da Figura 3. A barra 842 representa a junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 5 816 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 55°C (-67 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 842 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 36,5 MPa (5300 psi). A barra 844 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 5 816 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 23,8°C (75 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 844 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 36,8 MPa (5350 psi). A barra 846 representa uma junção tendo o tratamento de superfície de número de referência 5 816 testada quanto ao cisalhamento em aproximadamente 82,2°C (180 graus Fahrenheit). Como representado, a barra 846 tem resistência ao cisalhamento de aproximadamente 37,2 MPa (5400 psi).

[00109] Como representado, a junção com o tratamento de superfície de número de referência 5 816 tem resultados substancialmente similares através das três temperaturas de teste. Ademais, como representado, uma junção com o tratamento de superfície de número de referência 5 816 tem maior resistência ao cisalhamento em todas as temperaturas de teste do que os outros tratamentos de superfície.

[00110] Voltando agora à Figura 9, uma ilustração de um gráfico de barras de resultados de teste é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. A Figura 9 é um exemplo de dados de teste em viga em balanço dupla para uma junção, tal como a junção 314 mostrada na forma de bloco na Figura 3. O gráfico de barras 900 tem eixo x 902 e eixo y 904. Como representado, o eixo x 902 representa o tipo de tratamento de superfície aplicado ao metal dentro da junção. Similarmente, o eixo y 904 representa o GIC ou a taxa de liberação de energia de deformação crucial da junção. A taxa de liberação de energia de deformação crucial pode caracterizar a resistência de uma junção. A taxa de liberação de energia de deformação crucial pode ser a energia por unidade de área da superfície da trinca.

[00111] O gráfico de barras 900 contém dados a partir de um teste de viga em balanço dupla de junções. Um componente de metal e um componente termoplástico são conectados em cada junção. Em cada junção, o material termoplástico é um compósito termoplástico PEKK- FC. O metal é uma liga de titânio, especificamente Ti-6Al-4V.

[00112] O número de referência 1 906 representa uma junção tendo um metal recebendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 1 808 da Figura 8. Como representado, o GIC do número de referência 1 906 é aproximadamente 5 in-lb/in2.

[00113] O número de referência 3 908 representa uma junção com um metal recebendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 3 812 da Figura 8. Como representado, o GIC do número de referência 3 908 é significativamente maior do que o do número de referência 1 906. Especificamente, o GIC do número de referência 3 908 é aproximadamente 13,8 in-lb/in2. Ademais, nesses testes limitados, a junção para o número de referência 3 908 não exibiu falha de adesão. Em outras palavras, 100% da falha foi falha interlaminar no compósito termoplástico.

[00114] O número de referência 5 910 representa uma junção com um metal recebendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 5 816 da Figura 8. Como representado, o GIC do número de referência 5 910 é aproximadamente 10,3 in-lb/in2. Como a junção para o número de referência 3 908, nesses testes limitados, a junção para o número de referência 5 910 não exibiu falha de adesão. Como tanto o número de referência 3 908 quanto o número de referência 5 910 falharam devido aos modos de falha interlaminar, esses valores deveriam ser comparados com cuidado.

[00115] O número de referência 6 912 representa uma junção na qual o metal recebeu um pré-tratamento químico, especificamente uma gravura em fluoreto-nítrico, seguida por um pré-tratamento mecânico, especificamente um jateamento abrasivo, seguido pela aplicação de TiBoe, e uma aplicação de uma solução sol-gel de alta temperatura, tal como a solução sol-gel 334 da Figura 3, e uma aplicação de um iniciador. Como representado, o GIC de número de referência 6 912 é também significativamente maior do que o número de referência 1 906. Especificamente, o GIC de número de referência 6 912 é aproximadamente 9 in-lb/in2.

[00116] Voltando agora para a Figura 10, uma ilustração de um gráfico de barras de resultados de teste é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. A Figura 10 é um exemplo de dados de teste de inspeção de trincas para uma junção, tal como a junção 314 mostrada na forma de bloco na Figura 3. O gráfico de barras 1000 tem eixo x 1002 e eixo y 1004. Como representado, o eixo x 1002 representa o tipo de tratamento de superfície aplicado ao metal dentro da junção. Similarmente, o eixo y 1004 representa a extensão da trinca da junção.

[00117] O gráfico de barras 1000 contém dados a partir de um teste de inspeção de trincas em junções. Em cada junção, o material termoplástico é um compósito termoplástico PEKK-FC. O compósito termoplástico PEKK-FC foi aplicado como uma fita termoplástica. A fita de compósito termoplástico PEKK-FC foi aplicada entre duas peças de metal. As duas peças de metal são ligas de titânio, especificamente Ti- 6Al-4V.

[00118] Nesse teste, um valor menor indica uma melhor durabilidade a quente/a úmido. Como representado, os valores do teste de inspeção aumentam drasticamente incluindo-se uma solução sol-gel de alta temperatura aplicada à superfície de metal.

[00119] O número de referência 1 1006 representa uma junção com um metal tendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 1 808 da Figura 8. Como representado, a extensão da trinca para a junção é aproximadamente 10,7 cm (4,25 polegadas).

[00120] O número de referência 3 1008 representa uma junção com um metal tendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 3 812 da Figura 8. Como representado, a mudança no tratamento de superfície para um pré-tratamento químico não aumenta a extensão da trinca. A extensão da trinca para a junção é aproximadamente 11 cm (4,35 polegadas).

[00121] O número de referência 4 1010 representa uma junção com um metal tendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 4 814 da Figura 8. Como representado, a adição da solução sol-gel reduz a extensão da trinca para aproximadamente 7,62 cm (3,0 polegadas). Entretanto, esse valor pode ser ainda indesejável para uma junção.

[00122] O número de referência 5 1012 representa uma junção com um metal tendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 5 816 da Figura 8. Como se pode ver, a adição da solução sol-gel de alta temperatura tal como a solução sol-gel 334 da Figura 3 reduz substancialmente a extensão da trinca em relação às outras junções. Como representado, o número de referência 5 1012 tem uma extensão de trinca levemente abaixo de 3,81 cm (1,50 polegadas).

[00123] O número de referência 6 1014 representa uma junção com um metal tendo um tratamento de superfície idêntico ao do número de referência 6 912 da Figura 9. Como se pode ver, a adição de um iniciador após a solução sol-gel de alta temperatura reduz a extensão da trinca. Como representado, o número de referência 6 1014 tem uma extensão de trinca de aproximadamente 2,74 cm (1,08 polegadas).

[00124] Os fluxogramas e diagramas de blocos nas diferentes configurações representadas ilustram a arquitetura, funcionalidade, e operação de algumas possíveis implementações de aparelhos e métodos em uma configuração ilustrativa. Nesse aspecto, cada bloco nos fluxogramas ou diagramas de bloco pode representar um módulo, um segmento, uma função, e/ou uma parte de uma operação ou etapa.

[00125] Em algumas implementações alternativas de uma configuração ilustrativa, a função ou funções notadas nos blocos podem ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, em alguns casos, dois blocos mostrados em sucessão podem ser executados substancialmente ao mesmo tempo, ou os blocos podem às vezes ser executados na ordem reversa, dependendo da funcionalidade envolvida. Também, outros blocos podem ser adicionados em adição aos blocos ilustrados em um fluxograma ou diagrama de blocos.

[00126] Por exemplo, em alguns exemplos ilustrativos, a limpeza do metal na operação 702 da Figura 7 pode ocorrer simultaneamente ou após o envelhecimento do n-propóxido de zircônio em um solvente para formar uma primeira parte para uma solução sol-gel. Em outros exemplos ilustrativos, a operação 702 e a operação 704 podem ser executadas após a operação 716, envelhecendo a solução para formar a solução sol-gel. Em ainda outro exemplo ilustrativo, a operação 702 e a operação 704 podem não ser executadas.

[00127] As configurações ilustrativas da descrição podem ser descritas no contexto do método de fabricação e manutenção de avião 1100, como mostrado na Figura 11 e o avião 1200, como mostrado na Figura 12. Voltando primeiro à Figura 11, uma ilustração de um método de fabricação e manutenção de avião é representada de acordo com uma configuração ilustrativa. Durante a pré-produção, o método de fabricação e manutenção de avião 1100 pode incluir a especificação e projeto 1102 do avião 1200 na Figura 12 e aquisição de material 1104.

[00128] Durante a produção, a fabricação de componente e subconjunto 1106 e a integração de sistema do avião 1200 na Figura 12 acontecem. Então, o avião 1200 na Figura 12 pode passar por certificação e entrega 1110 de modo a ser colocado em manutenção 1112. Enquanto em manutenção 1112 por um consumidor, o avião 1200 na Figura 12 é programado para manutenção de rotina 1114, que pode incluir modificação, reconfiguração, reforma, e outras manutenções.

[00129] Cada um dos processos do método de fabricação e manutenção de avião 1100 pode ser executado por um integrador de sistema, um terceiro, e/ou um operador. Nesses exemplos, o operador pode ser um consumidor. Para os propósitos desta descrição, um integrador de sistema pode incluir, sem limitação, qualquer número de fabricantes de avião e subempreiteiros de sistema maior; um terceiro pode incluir, sem limitação, qualquer número de vendedores, subempreiteiros, e fornecedores; e um operador pode ser uma companhia aérea, uma companhia de leasing, uma entidade militar, uma organização de serviços, e assim por diante.

[00130] Com relação agora à Figura 12, uma ilustração de um avião é representada na qual uma configuração ilustrativa pode ser implementada. Neste exemplo, o avião 1200 é produzido pelo método de fabricação e manutenção de avião 1100 na Figura 11 e pode incluir a fuselagem 1202 com sistemas 1204 e interior 1206. Exemplos de sistemas 1204 incluem um ou mais dentre o sistema de propulsão 1208, o sistema elétrico 1210, o sistema hidráulico 1212, e o sistema ambiental 1214. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Embora um exemplo de espaçonave seja mostrado, diferentes configurações ilustrativas podem ser aplicadas a outras indústrias, tal como a indústria automotiva.

[00131] Aparelhos e métodos incorporados aqui podem ser empregados durante ao menos um dos estágios do método de fabricação e manutenção de avião 1100 na Figura 11.

[00132] Uma ou mais configurações ilustrativas podem ser usadas durante a fabricação de componentes e subconjunto 1106. Por exemplo, a solução sol-gel 334 da Figura 3 pode ser usada durante a fabricação de componente e subconjunto 1106. Ademais, a solução sol-gel 334 da Figura 3 pode também ser usada para executar substituições durante a manutenção 1114. Por exemplo, a solução sol-gel 334 pode ser usada na junção de um metal e um material termoplástico durante o reparo do avião durante a manutenção 1114.

[00133] As configurações ilustrativas podem fornecer um método e aparelho para unir materiais termoplásticos e metais. Em particular, as configurações ilustrativas podem fornecer um método e aparelho para criar uma junção entre materiais termoplásticos e metais sem fixadores ou adesivos. Nas configurações ilustrativas, uma junção entre um metal e um material termoplástico é criada usando adesão. A superfície do metal é quimicamente tratada com uma solução sol-gel para criar adesão entre o material termoplástico e o metal.

[00134] Ademais, as configurações ilustrativas fornecem a geração de uma solução sol-gel para promover a adesão entre o material termoplástico e o metal. Essa solução sol-gel pode ser configurada para suportar as temperaturas de consolidação de materiais termoplásticos. A solução sol-gel pode promover a adesão através de interações químicas com o material termoplástico. Adicionalmente, essa solução sol-gel pode impedir ou desencorajar mudanças de material no metal.

[00135] Uma ou mais configurações ilustrativas podem fornecer junções entre os materiais termoplásticos e os metais com as propriedades de material desejadas. Especificamente, uma ou mais configurações ilustrativas podem fornecer junções com resistência ao cisalhamento, resistência ao descascamento, e durabilidade ambiental mais altas do que as junções entre os materiais termoplásticos e os metais sem uma solução sol-gel.

[00136] Ademais, a descrição compreende as modalidades de acordo com as seguintes cláusulas:

[00137] Método, compreendendo:

[00138] envelhecer n-propóxido de zircônio em um solvente para formar uma primeira parte para uma solução sol-gel;

[00139] combinar a primeira parte com água deionizada para formar uma segunda parte para a solução sol-gel;

[00140] combinar aminoaril trialcóxi silano com um álcool para formar uma terceira parte para a solução sol-gel;

[00141] combinar a terceira parte com a segunda parte para formar uma mistura para a solução sol-gel;

[00142] combinar a água deionizada, ou o álcool, ou uma combinação desses, com a mistura para formar uma solução; e

[00143] envelhecer a solução para formar a solução sol-gel compreendendo uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre o n- propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano.

[00144] Método, de acordo com a cláusula 1, onde envelhecer o n- propóxido de zircônio no solvente para formar a primeira parte compreende misturar em redemoinho o n-propóxido de zircônio no solvente por trinta minutos em temperatura ambiente.

[00145] Método, de acordo com a cláusula 1, onde envelhecer a solução para formar a solução sol-gel compreende agitar a solução por quatro horas em temperatura ambiente.

[00146] Método, de acordo com a cláusula 1, onde o álcool é selecionado a partir do grupo que consiste de álcool isopropílico, metanol, etanol, propanol, n-butanol (1-butanol), sec-butanol (2- butanol), isobutanol (2-metil-1-propanol), ter-butanol (2-metoil-2- propanol), e 3-metil-2-butanol.

[00147] Método, de acordo com a cláusula 1, onde o solvente é selecionado a partir do grupo que consiste de ácido acético glacial, glicóis, glicol éteres, e butil éster.

[00148] Método, de acordo com a cláusula 1, onde a solução sol-gel compreende de aproximadamente 0,005% a 8,10% de n-propóxido de zircônio em porcentagem molar.

[00149] Método, de acordo com a cláusula 1, onde uma relação molar mínima entre o álcool e o aminoaril trialcóxi silano é aproximadamente 18:1 na solução sol-gel.

[00150] Método, de acordo com a cláusula 1, onde a relação molar mínima entre a água deionizada e o n-propóxido de zircônio é aproximadamente 18:1 na solução sol-gel.

[00151] Método, de acordo com a cláusula 1, adicionalmente compreendendo misturar em redemoinho o n-propóxido de zircônio no solvente antes de envelhecer o n-propóxido de zircônio no solvente, e onde:

[00152] envelhecer o n-propóxido de zircônio no solvente para formar a primeira parte compreende misturar em redemoinho por trinta minutos em temperatura ambiente, o solvente compreendendo ácido acético glacial;

[00153] envelhecer a solução para formar a solução sol-gel compreende agitar a solução por quatro horas em temperatura ambiente;

[00154] combinar o aminoaril trialcóxi silano com um álcool para formar uma terceira parte para a solução sol-gel compreende combinar o aminoaril trialcóxi silano com álcool isopropílico; e

[00155] envelhecer a solução para formar a solução sol-gel compreendendo uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre o n- propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano compreende adicionalmente a solução sol-gel compreendendo de aproximadamente 0,005% a 8,10% de n-propóxido de zircônio em porcentagem molar.

[00156] Método, de acordo com a cláusula 1, adicionalmente compreendendo:

[00157] aplicar a solução sol-gel a um metal;

[00158] secar no forno a solução sol-gel no metal para formar um metal com superfície tratada;

[00159] unir um material termoplástico e o metal com superfície tratada; e

[00160] aderir o material termoplástico e o metal com superfície tratada.

[00161] Método, de acordo com a cláusula 10, adicionalmente compreendendo:

[00162] limpar o metal; e

[00163] pré-tratar o metal.

[00164] Método, de acordo com a cláusula 10, onde o metal é selecionado a partir do grupo que consiste de titânio, ligas de titânio, ligas de alumínio, ligas de níquel, ligas de aço inoxidável, e ligas de cobre.

[00165] Solução sol-gel, compreendendo:

[00166] n-propóxido de zircônio;

[00167] aminoaril trialcóxi silano, a solução sol-gel compreendendo uma relação molar de aproximadamente 1:5 entre o n-propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano;

[00168] um solvente;

[00169] um álcool; e

[00170] água deionizada.

[00171] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde a relação molar entre o n-propóxido de zircônio e o aminoaril trialcóxi silano é aproximadamente 1:5 na solução sol-gel.

[00172] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde a relação molar mínima entre o álcool e o aminoaril trialcóxi silano é aproximadamente 18:1 na solução sol-gel.

[00173] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde a relação molar mínima entre a água deionizada e o n-propóxido de zircônio é aproximadamente 18:1 na solução sol-gel.

[00174] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde o álcool tem um baixo peso molecular e evapora prontamente.

[00175] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde o álcool é selecionado a partir do grupo que consiste de álcool isopropílico, metanol, etanol, propanol, n-butanol (1-butanol), sec-butanol (2- butanol), isobutanol (2-metil-1-propanol), ter-butanol (2-metoil-2- propanol), e 3-metil-2-butanol.

[00176] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 13, onde o solvente é selecionado a partir do grupo que consiste de ácido acético glacial, glicóis, glicol éteres, e butil éster.

[00177] Solução sol-gel, compreendendo, em percentual molar:

[00178] n-propóxido de zircônio em uma faixa de aproximadamente 0,005% a aproximadamente 8,10%;

[00179] aminoaril trialcóxi silano em uma faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 44,9%;

[00180] um solvente em uma faixa de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 46,1%;

[00181] um álcool em uma faixa de aproximadamente 3,0% a aproximadamente 93,2%; e

[00182] água deionizada em uma faixa de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 98,2%, com base nos moles totais da solução sol-gel.

[00183] Solução sol-gel, de acordo com a cláusula 20, compreendendo:

[00184] n-propóxido de zircônio em uma faixa de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 0,03%;

[00185] aminoaril trialcóxi silano em uma faixa de aproximadamente 0,09% a aproximadamente 0,13%;

[00186] um solvente em uma faixa de aproximadamente 0,09% a aproximadamente 0,20%;

[00187] um álcool em uma faixa de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 6,2%; e

[00188] água deionizada em uma faixa de aproximadamente 84,0% a aproximadamente 98,0%, com base nos moles totais da solução solgel.

[00189] A descrição das diferentes configurações ilustrativas foi apresentada com propósitos de ilustração e descrição, e não é destinada a ser completa ou limitada às configurações na forma descrita. Muitas modificações e variações estarão claras aos versados na técnica. Ademais, diferentes configurações ilustrativas podem fornecer diferentes características, se comparado a outras configurações ilustrativas. A configuração ou configurações selecionadas são escolhidas e descritas de modo a explicar melhor os princípios das configurações, a aplicação prática, e possibilitar que outros versados na técnica entendam a descrição para várias configurações com várias modificações adequadas ao uso particular observado.

Claims

1. Método de formar uma junção entre um metal e um material termoplástico, que compreende: envelhecer n-propóxido de zircônio (336) em um solvente (342) para formar uma primeira parte para uma solução sol-gel (334); combinar a primeira parte com água deionizada (340) para formar uma segunda parte para a solução sol-gel (334); combinar aminoaril trialcóxi silano (338) com um álcool (344) para formar uma terceira parte para a solução sol-gel (334); combinar a terceira parte com a segunda parte para formar uma mistura para a solução sol-gel (334); combinar a água deionizada (340), ou o álcool (344), ou uma combinação desses, com a mistura para formar uma solução; e envelhecer a solução para formar a solução sol-gel (334) compreendendo uma relação molar de 1:5 entre o n-propóxido de zircônio (336) e o aminoaril trialcóxi silano (338); caracterizado pelo fato de que, após aplicação da solução sol-gel (334) a uma superfície do metal, o material termoplástico é aderido ao metal usando um equipamento de adesão (346), a adesão ocorrendo em um ciclo de calor e pressão para formar a junção entre o metal e o material termoplástico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que envelhecer o n-propóxido de zircônio (336) no solvente (342) para formar a primeira parte compreende misturar em redemoinho o n-propóxido de zircônio (336) no solvente (342) por trinta minutos em temperatura ambiente.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que envelhecer a solução para formar a solução sol-gel (334) compreende agitar a solução por quatro horas em temperatura ambiente.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o álcool (344) é selecionado a partir do grupo que consiste de álcool isopropílico, metanol, etanol, propanol, n-butanol (1-butanol), sec-butanol (2-butanol), isobutanol (2- metil-1-propanol), terc-butanol (2-metoil-2-propanol), e 3-metil-2- butanol.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o solvente (342) é selecionado a partir do grupo que consiste de ácido acético glacial, glicóis, glicol éteres, e butil éster.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solução sol-gel (334) compreende de 0,005% a 8,10% de n-propóxido de zircônio (336) em porcentagem molar.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma relação molar mínima entre o álcool (344) e o aminoaril trialcóxi silano (338) é 18:1 na solução solgel (334); e onde a relação molar mínima entre a água deionizada (340) e o n-propóxido de zircônio (336) é 18:1 na solução sol-gel (334).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente misturar em redemoinho o n-propóxido de zircônio (336) no solvente (342) antes de envelhecer o n-propóxido de zircônio (336) no solvente (342), e onde: envelhecer o n-propóxido de zircônio (336) no solvente (342) para formar a primeira parte compreende misturar em redemoinho por trinta minutos em temperatura ambiente, o solvente (342) compreendendo ácido acético glacial; envelhecer a solução para formar a solução sol-gel (334) compreende agitar a solução por quatro horas em temperatura ambiente; combinar o aminoaril trialcóxi silano (338) com o álcool (344) para formar a terceira parte para a solução sol-gel (334) compreende combinar o aminoaril trialcóxi silano (338) com álcool isopropílico; e envelhecer a solução para formar a solução sol-gel (334) compreendendo a relação molar de 1:5 entre o n-propóxido de zircônio (336) e o aminoaril trialcóxi silano (338) compreende adicionalmente a solução sol-gel (334) compreendendo de 0,005% a 8,10% de n- propóxido de zircônio (336) em porcentagem molar.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: limpar o metal; pré-tratar o metal; aplicar a solução sol-gel (334) ao metal; secar no forno a solução sol-gel (334) no metal para formar um metal com superfície tratada (502); unir o material termoplástico e o metal com superfície tratada (502); e aderir o material termoplástico e o metal com superfície tratada (502); onde o metal é selecionado a partir do grupo que consiste de titânio, ligas de titânio, ligas de alumínio, ligas de níquel, ligas de aço inoxidável, e ligas de cobre.

10. Método de uso uma solução sol-gel (334) na formação de uma junção entre um metal e um material termoplástico, a solução sol-gel (334) que compreende: n-propóxido de zircônio (336); aminoaril trialcóxi silano (338), a solução sol-gel (334) compreendendo ainda uma relação molar de 1:5 entre o n-propóxido de zircônio (336) e o aminoaril trialcóxi silano (338); um solvente (342); um álcool (344); e água deionizada (340); caracterizado pelo fato de que após aplicação da solução sol-gel a uma superfície do metal o material termoplástico é aderido ao metal usando uma ferramenta de adesão (346), a adesão ocorrendo em um ciclo de calor e pressão para formar a junta entre o metal e o material termoplástico.

11. Método de uso de uma solução sol-gel (334), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a relação molar entre o n-propóxido de zircônio (336) e o aminoaril trialcóxi silano (338) é 1:5 na solução sol-gel (334).

12. Método de uso de uma solução sol-gel (334), de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a relação molar mínima entre o álcool (344) e o aminoaril trialcóxi silano (338) é 18:1 na solução sol-gel (334); e onde a relação molar mínima entre a água deionizada (340) e o n-propóxido de zircônio (336) é 18:1 na solução sol-gel (334).

13. Método de uso de uma solução sol-gel (334), de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o álcool (344) é selecionado a partir do grupo que consiste de álcool isopropílico, metanol, etanol, propanol, n-butanol (1-butanol), secbutanol (2-butanol), isobutanol (2-metil-1-propanol), terc-butanol (2- metoil-2-propanol), e 3-metil-2-butanol.

14. Método de uso de uma solução sol-gel (334), de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que o solvente (342) é selecionado a partir do grupo que consiste de ácido acético glacial, glicóis, glicol éteres, e butil éster.