CN1009128B - 铝金属制品及粘接结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

铝金属板上带有一层人工保护层，例如以铬酸盐为基体的膜或阳极氧化物膜，并且在保护层的表面有一层有机涂料或油漆的可剥离膜，例如聚氯乙烯薄膜。这种平板能被压制成型，并且在这以后可剥离油漆连同外来的灰尘和压制润滑油可被一齐撕离下来。可剥高膜可应用于把铝板转化为由压制成型的构件粘接的结构所用的方法中。

Description

本发明涉及将带卷铝板转化为压制成型的铝构件的粘接结构的方法。它还涉及到适用于本方法的铝金属板制品以及由它加工为成型构件的制造方法。用粘结剂来连接铝型材构件的结构被广泛用于航空工业中。汽车工业多年来就希望将这类结构用在机动车辆上，以利用铝比钢优越的强度/重量比的性能。然而迄今尚未证明这是行得通的。现有的粘结剂只有在受控制的条件下使用才能提供足够牢固的连接，而这些条件在车辆生产线上是很难达到的。

GB    2139540A叙述了将带卷铝板转化为压制成型的铝构件的方法，包括下述步骤：

（Ⅰ）伸展铝板并预处理展平的铝板，使其上面生成一种含有至少5%重量铬的表面层。

（Ⅱ）在预处理过的表面上涂覆压制润滑油，

（Ⅲ）将平板切成块，

（Ⅳ）将各块铝板压制成所需构件的形状，

（Ⅴ）不用除去润滑油，在构件上涂覆粘结剂并将各构件按所需结构的形状粘接在一起，

（Ⅵ）将构件点焊在一起，然后

（Ⅶ）固化粘结剂，制成所需结构。

压制润滑油不仅在压制成型步骤（Ⅳ）中是有用的，还改进了含铬表面层在步骤（Ⅲ）前后的贮存稳定性。该方法的价值在于它第一次实现了在生产线上将带卷的铝板转化为型材构件粘接的结构。但是它有 一些实用方面的缺点：

-经步骤（Ⅱ）得到的涂上润滑油的平板太滑，难以用通常的联机设备抓牢。

-润滑油对于防止偶然的擦损沾污及划痕只能起很少的保护作用，而这些情况在生产线上是易于发生的。

-因为要除掉润滑油是不现实的，故要选与润滑油相容的粘结剂。这就限制了对粘结剂和润滑油两者的选择，并可能减弱得到的粘接效果。

本发明打算回避这些困难，不用压制润滑油，而代之以有机涂料或油漆的可剥离膜。

美国专利3192619叙述了一种金属成型工艺，其中向金属板上涂以纤维素醚的润滑剂涂层，涂覆重量达15克/平方米。成型后，可以用有机溶剂或溶剂蒸气清洗器将涂层除去。

一方面，本发明提供的铝制品形式有平板或带卷铝金属板，或由其压制成型的构件，金属表面带有一层人工涂覆的牢固结合的保护层，其特征是在保护层表面还有一层可剥离的有机涂料或油漆膜。

另一方面，本发明提供了将铝金属板压制成构件形状来生产构件的方法。它在所说的铝金属板表面带有一层人工涂覆的牢固结合的保护层，其特征是在保护层表面涂上一层可剥离的有机涂料或油漆膜，然后将平板压制成型，再从构件上将膜剥离掉。

还有一个方面，本发明提供了将带卷铝板转变为压制成型铝构件的粘接结构的方法，它包括的步骤有：

（a）展平铝板并对金属进行预处理，在其表面涂覆牢固结合的保护层，做为其后续的涂覆粘结剂的底层，

（b）在结合层上面涂覆一层可剥离的有机涂料或油漆的膜，

（c）将平板切成块，

（d）将各块压制成所需构件的形状，

（e）从构件上去除可剥离膜，

（f）往构件上涂覆粘结剂，将构件粘接在一起，固化粘结剂以制成所需的结构。

这里使用的术语“铝”不仅包括纯金属，还包括富铝合金，特别是设想用于汽车结构的那些品种，像在铝协会注册登记的2000及5000及6000系列的品种。

为满足预定的用途，金属板需要有足够的强度，但不能太坚硬，以免不能绕过连续表面预处理用的滚轮。金属板通常厚0.7至2.5毫米，最好是1.2至2.0毫米，这在一定程度上取决于所用的合金。

牢固结合的保护层的形成处理包括对带卷状铝的预处理。当金属板很长时，总应把它卷起来。这类平板通常被卷起来是为了便于保存。当然在进行预处理时，需要临时将其展平。为使预处理能真正地连续进行，一卷的末尾可能要和另一卷的开头连接起来。这种预处理是将人工涂覆的表面层来代替铝在空气中通常存在的那层氧化层。这种人工涂层很薄，一般小于0.4微米。此涂层的化学成份是不同的，并且未必能很容易测定出来。比如，它可能是一层氧化物层，或是一层转化涂层，像铬酸盐转化涂层。

表面预处理必须满足几项要求。它必须适合于在带卷拉伸时向金属的涂覆，这意味着表面预处理要足够快，通常的磷酸阳极氧化处理由于这个原因就不合适了。形成的表面层必须不被后续的操作所破坏，这些操作包括成型，粘结剂的固化以及可能还要为上涂料做的准备。 还有，表面层必须与粘结剂相容，并且可能还要与涂料相容。

结合的保护层应当足够厚，以便为各段金属间的粘接可靠牢固和经久耐用提供稳定的基础。还有，保护层要足够厚，在有可剥离膜时能经得住长久存放。保护层过厚不仅耗资大，还可能（取决于预处理）在干燥时和/或金属板在压制成型时剥落和龟裂。此外，如果保护层过厚，它的电阻可能太高，使得点焊困难。一般情况下涂覆的保护层干消耗量在0.03至1.0，最好在0.1至0.5克/平方米，最佳厚度取决于预处理的特性。

一种适宜的预处理涂料是Pyrene化学服务有限公司经销的，注册商标为Bonderite735。这种涂料可用来喷涂0.03至0.9克/平方米，最好是0.1至0.3克/平方米的表面层，它与粘结剂的结合有很好的强度和耐久性。已经确认这种表面层基本由水合磷酸铬组成，在靠近铝/转化涂层界面处存在有少量的氧化铬和氟化铝。推荐的工艺操作顺序是：喷射酸清洗，喷射水冲洗，喷涂转化涂层，喷射水冲洗，热空气干燥。

另一种适宜的预处理涂料是由Albright    &    Wilson    Limited公司经销的，注册商标为Accomet    C.这是一种“免冲洗”处理型，并且特别适于带卷涂层用，因为它包括滚轮涂覆铬酸盐型涂层，这种涂层无活性并且不需要后续的冲洗步骤。这就减少了对排放废水所必需的处理，使得工艺过程操作较为简单易行。推荐的工艺操作顺序是：喷射酸清洗，喷射水冲洗，滚轮涂覆Accomet    C.干燥。

其他适宜的预处理涂料包括可替换的铬酸盐-磷酸盐涂料，诸如由I.C.I经销的，注册商标为Alodine    407/47的涂料，此外适宜的是阳极氧化处理，例如在热硫酸中的交流阳极氧化（英国 专利说明书No.1235661），以及在GB2139540A中叙述过的各种处理。

认为有机涂料或油漆膜是可剥离的是基于这样的意义，即可以把它们从成型后的金属表面扯下或剥去而不必过分费力去撕扯。无论用溶剂还是用化学手段将膜从金属上除去，可能都是不现实的。这样，术语“可剥离的”就要求膜要足够厚，它的撕裂强度大于膜和金属间的结合强度。

有机涂料或油漆的可剥离膜在过去一直用于保护裸露的金属表面，例如抛光工序防止机械损伤。但是就申请者所知，在过去尚未有人用可剥离膜来保护金属上人工涂覆的牢固结合的保护层。可剥离膜的这种新用途导致的优点有如下述。

有机涂料及油漆以及在金属表面涂覆可剥离膜的技术是众所周知的，这里不再叙述。合适的油漆包括那些以聚氯乙烯，丙烯酸树脂和聚乙烯醇为基础的油漆。已经证实，以溶剂为基体的聚氯乙烯特别适用。涂覆的膜要有合适的厚度，例如从40或50到80微米。采用这种较厚的膜，降底了偶然将基体划伤的危险，改善了铝板成型性能，并在成型后容易从构件上剥离下来。膜的涂覆技术包括喷射和滚轮涂覆，后一技术在需要厚膜的场合最适用。

带有保护层及可剥离有机膜的铝金属板被切成所需尺寸的小块。无论在切割之前或切割之后，通常都需要存放一段时间直至几个月。人们会发现可剥离有机膜提供了满意的保护作用，使得保护层在这期间内能稳定存放，并随时为后续的涂覆粘结剂起到有效底料的作用。

然后将一块块的金属板压制成型为构件。此后，将有机涂料或油漆膜剥离构件，使之与牢固结合于构件上的保护层分离。如有必要，可 在压制成型操作时使用压制润滑油。由于这种润滑油以后会随有机涂料或油漆的可剥离膜一起从构件上除去，所用压制润滑油的性质和用量就不必要求那么严格。与可剥离膜一起除去的还有在金属平板沿生产线通过时可能附着在上面的灰尘、污物或沾带物。成型的构件留下了清洁的保护表面。

向这种清洁表面的选定区域涂覆粘结剂。

当然，粘结剂必须在构件之间形成牢固稳定的连接，并且在广泛变化的条件下它们必须能保持自己的强度（例如，在做为汽车构件的情况下，在汽车通常遇到的温度，湿度，腐蚀等条件下，其时间至少等于车辆有效服务的寿命）。此外，粘结剂必须在预处理过的构件表面上显示这些特性。

粘结剂还必须满足各种进一步的要求。在涂覆垂直或外伸物表面时，粘结剂必须不下垂或塌落;在使用摇溶性物质或在高温下使用热熔性粘结剂时，最好要满足这种要求。粘结剂需要能润湿金属，并在固化前具有强的初始粘性。由于结构的构件在粘结剂固化前被点焊在一起，而点焊易使金属板弯曲，可能会要求将粘结剂涂覆得足够厚，以填充由此形成的空隙，这些空隙可能宽达3毫米。粘结剂需要有足够的流动性以使其在点焊枪的压力下被挤压出来。

粘结剂必需是在不损害结构的条件下能够固化，成为牢固而不发脆的状态。要求有抗冲击性时，可借助于向粘结剂中加入韧化剂（如橡胶相）而达到要求。

尽管这些要求是很严格的，要找到满足这些要求的市售产品还不太困难。不同的公司销售丙烯酸的，乙烯塑料溶胶的，环氧树脂的及合成橡胶的粘结剂。两种适宜的粘结剂是单组份高温固化环氧树脂材 料。第一种是由3M公司销售的，注册商标为EC.2214，是一种常用的，未经韧化处理的环氧化物，它表现有良好的耐贮存性能及合适的综合性能。第二种由Permabond    InC.公司（层压塑料胶合剂有限公司）出售，注册商标是ESP    105，是一种由分散的橡胶相韧化的环氧化物，它提供了较高的撕裂强度，改善了抗冲击性和改善了抗恶劣的湿度-应力环境的性能。

其他能用的粘结剂包括单组分韧化处理过的环氧树脂材料，经销者有（Ciba    Geigy    Plastics    &Additives    Co.公司，注册商标为XD4199;3M公司，注册商标为7823G;Permabond    Inc.公司，注册商标为ESP110。广泛用于粘接钢材的双部份丙烯酸粘结剂具有可贵的（对本发明的应用而言）特性，那就是对油在金属表面的污染相对不敏感。

在构件需要之处涂以未固化的粘结剂并组装好后，在粘结剂未固化前及固化过程中都需要固定住组件。这可以靠夹具或铆合来做到，但对大量生产线来说更方便的技术是点焊。点焊还起制止撕裂的作用。这种粘结剂与点焊的结合叫做焊粘连接，在论文T17中叙述过，该论文由Aluminium    Association协会在1978年发表，名称为“焊粘连接-用于铝汽车车身合金的一种替代连接方法”，在GB    2139540A中亦引用了这篇论文。

在最初的预处理中，涂覆的整个结合的表面层都对点焊有影响。若此涂层太厚，电阻可能太高，不易点焊。从这一点看，涂层厚度比它的组分更显得重要。对点焊而言，大约0.1～0.5克/平方米的表面层是适宜的。

粘结剂需要在适当的条件下加以固化，例如在150至180℃ 下固化10至30分钟，以形成所需的结构。如果此结构需加以油漆，下一步的清洗步骤可能是采用一种常用的，比如，防腐碱性清洗剂。在选择结合的表面层时就应考虑到它不应被这个清洗步骤毁坏或严重损伤。最后，涂上油漆层。同样，结合的表面层必须与涂覆的油漆层相容并形成这种油漆的稳定的底层。

在GB2139540A给出的方法中，成型的构件除了涂覆粘结剂外，不作任何预处理，就直接组装在一起，制出所需的结构。相反，在本发明给出的方法中，成型的构件在被组装制成结构之前，必须加以处理，以除去有机涂料或油漆形成的可剥离膜。但是这个缺点远被下述优点所补偿：

A.采用可剥离膜代替压制润滑油意味着涂覆后的金属带卷不打滑，通常的设备不经改造也能抓住它。

B.在金属板通过生产线和穿过压制设备过程中，附着其上的外来污物、灰尘及润滑油会随可剥离膜一齐自动除掉。压制成型设备常带有残留的润滑油，粘结剂常与它不相容。

C.对压制成型而言，可能需要也可能不需要向可剥离膜上附加润滑油。如果需要加，则对所用润滑油的用量和性质均无严格要求，因为润滑油会连同可剥离膜在以后一齐除去。特别是不必要选择出和粘结剂相容的润滑油。

D.粘结剂涂在清洁的金属保护表面上。其结果是生成更牢固的粘接。还有，选择粘结剂只着眼于生成牢固的粘接，而不必考虑它与压制润滑油是否相容。

E.有机涂料或油漆构成的可剥离膜保护住表面层不受偶然发生的擦伤或划痕。其保护的程度比起压制润滑油所能提供的保护要惊人 地高出许多。

F.将金属板压制成型的过程中，由涂料或油漆形成的可剥离膜竟能惊人地保持完整，并且随后能快速而容易地从成型的构件上剥下来。

实施例

AA    5251合金的带卷，用卡规测量，在宽度达1650毫米的范围内厚度从0.7毫米至2.3毫米，带卷两侧面都经免冲洗铬酸盐预处理。然后将带卷用滚轮涂覆上高固体含量的聚氯乙烯有机溶胶。干燥后的聚氯乙烯膜大约60微米厚并且是可剥离的。将预处理过并经涂覆的带卷切成坯料并压制成型为构件。发现聚氯乙烯涂层具有良好的润滑性能，成型前都不必给坯料附加润滑油。用手工将聚氯乙烯涂层剥去，并将构件粘接成几种汽车样机的载重部件，它们的使用情况令人满意。

Claims (9)

1、一种平板形或带卷铝金属板或是由其压制成型的构件的铝制品，金属表面带有人工涂覆的牢固结合的保护层，其特征在于保护层的表面有一由有机涂料或油漆形成的可剥离膜。

2、权利要求1中所述的一种产品，其中的可剥离膜是聚氯乙烯薄膜。

3、权利要求1或2中所述的一种产品，其中可剥离膜厚度为50至80微米。

4、权利要求1或2所述的一种产品，其中的保护层是以铬酸盐为基体的。

5、一种由压制成型为构件形状的铝金属板构件的制造方法，铝金属板表面有一层人工涂覆的牢固结合的保护层，其特征在于，往保护层的表面上涂覆一种可剥离的有机涂料或油漆形成的膜，然后将平板压制成型，再从构件上将膜剥离掉。

6、一种将带卷铝板转化为由压制成型铝构件粘接而成的结构的方法，它包括的步骤有：

（a）展平铝板并预处理金属，在上面涂覆牢固结合的保护层，做为其后续涂覆粘结剂的底层，

（b）在结合层上面涂覆一层可剥离的有机涂料或油漆的膜，

（c）将平板切成块，

（d）将各块压制成所需构件的形状，

（e）从构件上除去可剥离膜，

（f）向构件上涂覆粘结剂，将构件粘接在一起，固化粘结剂以制成所需的结构。

7、在权利要求5或6中所述的一种方法，其中的可剥离膜是聚氯乙烯薄膜。

8、在权利要求5或6所述的一种方法，其中可剥离膜厚度为50至80微米。

9、在权利要求5或6所述的一种方法，其中的保护层以铬酸盐为基体的。