CN109306984B - 用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺。溶胶‑凝胶预处理工艺在紧固件表面上产生界面膜，该界面膜包括有机金属基网络系统。当在干涉配合条件下使用紧固件时(即孔直径小于紧固件柄直径)，界面膜有助于改善粘附和表面粗糙度。

Description

用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺
技术领域
本公开主要涉及紧固件的使用，以便以实现紧固件在它们在结构中的相应孔内的高度干涉配合的方式来固定两个或更多个结构或工件(其中至少一个由复合材料(诸如纤维增强塑料)制成)。特别地，本公开涉及干涉配合紧固件组件，包括螺栓或销和配对零件(例如，螺母或套环)并且不包括围绕紧固件的套筒。
背景技术
用于将多层材料紧固在一起的通常做法是夹紧层、钻孔、且然后将一些类型的紧固件插入到孔中，从而将层固定在一起。紧固件通常插入到网中或间隙配合到层中的接收孔中。对于许多施加来说，这将是足够的。然而，当组装好的结构经受循环加载时，紧固件在它们的孔内的配合的松动将导致紧固件在它们的孔内的持续工作。这继而可导致紧固件或层的与特定孔相邻的周围区域的微振磨损(fretting)和疲劳问题。
为了解决上述问题，已知的是，利用紧固件(以下称为“干涉配合紧固件”)在孔中的干涉配合可有效地防止由于组装结构的循环加载而造成的大部分的该微振磨损。高度干涉产生减少运动的更紧的接合，从而导致增加的疲劳性能。此外，通过最小化由非干涉配合紧固件引起的跨越间隙电弧，干涉配合紧固件可以帮助确保作为雷击保护方案的部分的电流的安全消散。在很多情况下，超大型紧固件将被直接驱动到层中的接收孔中。通常，一些润滑剂在组装之前施加到紧固件和孔，以减小当紧固件被推入到孔中时磨损的趋势。例如，紧固件的一些部分可涂覆有具有的润滑性大于干涉配合紧固件的与孔接触的部分的表面的润滑性的材料。涂层例如可为铝颜料涂层、固体界面膜润滑剂或金属镀层(镉板、锌-镍等)。该涂层可以具有施加在其上的额外的润滑剂，诸如鲸蜡醇。
铝颜料涂层(例如，来自美国加利福尼亚州托兰斯的LISI Aerospace公司的HI-KOTETM或来自美国加利福尼亚州莫哈韦的创新涂层科技公司(Innovative CoatingsTechnology Corp.)的INCOTEC 8GTM)通常以低于最佳粘附强度粘附到由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件，这会导致腐蚀。在将铝着色涂层施加到干涉配合紧固件的表面的一部分之前，使用以下预处理：(1)用铝网喷砂；以及(2)用酸蚀刻。尽管喷砂提高了可接受的粘附性，但紧固件的表面粗糙度是高的。因此，当将紧固件安装(推入或铆接)到干涉配合孔中时，由于在涂覆表面与孔接触时低于最佳粘附强度，涂层倾向于被移除。由于裸露的表面已被喷砂，表面粗糙度产生摩擦，从而导致更高的插入负载和对结构的潜在损坏。尽管被蚀刻的零件具有比喷砂零件更光滑的表面粗糙度条件，但这些零件没有足够的粘附特性并且不符合性能目标。
鉴于上述情况，一种增加粘附到干涉配合紧固件的经受安装力负载的表面的部分的固体润滑剂的粘附强度的工艺将是需要的。
发明内容
以下详细公开的主题涉及一种在施加铝颜料涂层之前使用溶胶-凝胶预处理工艺处理由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件的表面的方法。(术语“溶胶-凝胶”是溶液-凝胶的缩写，是指可溶性金属物质(通常为金属醇盐或金属盐)水解形成金属氢氧化物的一系列反应。)溶胶-凝胶预处理工艺可以用来替代喷砂或蚀刻。当在干涉配合条件下使用紧固件(即，孔直径小于紧固件柄直径)时，溶胶-凝胶预处理工艺有助于改善粘附和表面粗糙度。
根据一些实施例，干涉配合紧固件的表面(例如，柄表面)被处理成使得该表面的至少一部分具有以足够的粘附强度粘附于此的固体润滑剂，以在将紧固件以干涉配合插入到孔中期间承受施加在固体润滑剂上的力。根据下面公开的实施例，增加的粘附强度是由于在紧固件表面和固体润滑剂的层之间形成界面膜，该界面膜使用溶胶-凝胶工艺形成在紧固件表面上。溶胶-凝胶工艺改善了涂覆干涉配合紧固件(例如螺栓或销)的表面的固体润滑剂(例如，铝着色涂层)之间的粘附性并且改善了紧固件的表面粗糙度。
溶胶-凝胶工艺是用于从小分子生产固体材料的方法。在溶胶-凝胶工艺中，溶液形成包含液相和固相的凝胶状双相系统。根据一个实施例，凝胶状双相系统的形态是一种连续的聚合物网络。更具体地说，通过施加液体溶胶-凝胶层来处理紧固件表面。然后通过溶剂(例如水)的损失而允许溶胶-凝胶层形成薄的干凝胶界面膜。(如本文所使用，术语“干凝胶”是由凝胶通过干燥利用无阻碍收缩而形成的固体)。溶胶-凝胶工艺伴随有层形成界面膜时层的孔隙率的降低。干凝胶界面膜的最终厚度、孔隙率和表面积可通过明智选择溶胶-凝胶层的溶剂系统、浓度、粘度和厚度来控制。
根据本文公开的实施例，界面膜是有机金属基网络系统。根据一个实施例，起始溶液是具有约2％固体的水基溶液，其包含环氧官能硅烷(例如，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)和有机金属化合物(例如，丁氧锆)。
如本文所使用的，术语“胶体物质”是指胶体形式的物质。术语“胶体”指示宽范围的固-液(和/或液-液)混合物，所有这些均包含不同程度地分散在液体介质中的不同固体(和/或液体)颗粒。该术语针对单个颗粒的尺寸，其大于原子尺寸但是足够小，以展现布朗运动。
尽管下面将详细描述用于处理干涉配合紧固件的表面的方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可由以下方面中的一个或多个来表征。
下面详细公开的本主题的一个方面是一种紧固件表面处理方法，其包括以下步骤：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质(即干凝胶界面膜)，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜(例如，薄界面膜)，其中该界面膜包括有机金属基网络系统；(b)允许胶体物质在室温或较高温度(通过在烘箱中加热紧固件而产生)下固化；(c)在胶体物质已固化之后，在紧固件的柄的表面的至少一部分上方在胶体物质的顶部上施加涂层材料，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及(d)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层。根据前述方法的一个实施例，有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷、有机金属化合物和腐蚀抑制剂，而涂层材料中的金属粉末包括铝颗粒。
本文公开的主题的另一方面是一种用于紧固具有第一孔的第一结构以及具有第二孔的第二结构的方法，该第一孔和第二孔具有相同的孔直径，该方法包括：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中紧固件包括头部、柄和配对部分，该柄具有比孔直径大的柄直径，并且界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后，将涂层材料施加在紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；(c)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层；(d)将第一结构和第二结构放置在一起，其中第一孔和第二孔对准；(e)迫使紧固件进入并且穿过第一结构和第二结构的对准的孔，直到配对部分突出超出第二结构，在该位置柄与第一孔和第二孔接触；以及(f)将配对零件耦接到紧固件的配对部分。
另一方面是一种组件，其包括：第一结构元件，具有第一孔；第二结构元件，具有与第一结构元件的第一孔对准的第二孔，第一孔和第二孔具有相同的孔直径；紧固件，其由钛合金或耐腐蚀钢制成并且包括头部、具有大于孔直径的外径的柄、以及包括外部突出部的配对部分，其中柄至少占据第一结构元件和第二结构元件中的第一孔和第二孔的相应部分而不需要包围套筒，并且配对部分延伸超出第二结构元件；固体涂层，借助于界面膜粘附到紧固件的柄的至少一部分，其中固体涂层包括铝并且界面膜包括有机金属基网络系统；以及配对零件，邻接第二结构元件并且耦接到紧固件的配对部分。根据一个实施例，有机金属基网络系统包含环氧官能硅烷和有机金属化合物。使用溶胶-凝胶工艺将界面膜施加在紧固件的柄的表面上。
根据前段所述组件的另一实施例，固体涂层覆盖柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域，以形成固体涂层的第一纵向条和第二纵向条，在柄上具有设置在第一纵向条和第二纵向条之间的未涂覆的纵向条形区域。
以下公开了改善的干涉配合紧固件的其他方面，该紧固件涂覆有具有改善的粘附强度的固体润滑剂材料。
附图说明
前面部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立实现，或可在其他实施例中组合。为了说明上述和其他方面的目的，下文将参考附图描述各种实施例。
图1是表示根据一个实施例的具有连续涂覆的柄的干涉配合紧固件的局部截面视图的图。
图2是表示根据一个实施例的具有表面处理的紧固件柄的一部分的纵向横截面视图的图。
图3是表示根据一个实施例的包括由无套筒干涉配合紧固件组件夹持的复合结构和金属结构的组件的局部截面视图的图，该紧固件组件包括图1中所示类型的干涉配合紧固件。
图4是识别根据一个实施例的用于处理紧固件的表面的方法的步骤的方框图。
图5是表示根据一个实施例的具有不连续涂覆的柄的干涉配合紧固件的局部截面视图的图。
以下将参考附图，其中不同附图中的类似元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
为了说明的目的，现在将详细描述干涉配合紧固件的各种实施例。以下公开的细节中的至少一些涉及可选的特征或方面，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，在一些应用中可省略这些可选的特征或方面。
特别地，下面将相当详细地描述用于将两个结构彼此附接的干涉配合紧固件的说明性实施例。在下面给出的示例中，结构中的一个由金属材料(例如，金属合金)制成，而另一个结构由复合材料(例如，纤维增强塑料)制成。然而，在替代示例中，两种结构均可以由复合材料制成，或两种结构均可以由金属材料制成。另外，应当理解的是，本文公开的构思还具有将三个或更多个结构附接在一起的应用。每个干涉配合紧固件包括头部、柄和具有外部突出部的配对部分。根据一些实施例，干涉配合紧固件还包括在柄和配对部分之间的锥形引入区段。该锥形引入几何形状通过在螺栓被推动穿过待紧固的结构时促进材料的逐渐压缩来减小干涉配合孔中的安装力。然而，应当理解的是，本文公开的粘附强度增加工艺也可应用于不具有本文所述类型的引入区段的干涉配合紧固件的表面处理。
根据一些实施例，紧固件包括螺栓，并且配对部分包括具有内螺纹的螺母，该内螺纹与螺栓的配对部分的外部突出部相互接合。根据其他实施例，紧固件包括销，并且配对部分包括与销的配对部分的外部突出部相互接合的套环。
如本文所使用的，类别“配对零件”包括内螺纹螺母和套环以及型锻套环。如本文所使用的，类别“紧固件”包括螺栓和销。如本文所使用的，术语“外部突出部”应当被广义地解释为涵盖至少以下类型：(1)外螺纹以及(2)外部环形圈。下面描述了具有外螺纹的紧固件的实施例。然而，本文公开和要求保护的构思也适用于具有外部环形圈的干涉配合紧固件。
图1是表示由钛合金或耐腐蚀钢制成的螺栓2形式的干涉配合紧固件的局部截面视图的图。螺栓2包括设计成待埋入到结构中的头部4和从头部4延伸的柄6。头部4具有钻孔中心凹坑(dimple)28。柄6包括圆柱形的外表面。螺栓2还包括具有外螺纹8a的配对部分8。另外，螺栓2的配对部分8具有六角形凹部20，在安装期间可以将内六角扳手插入到凹部中，以在配对零件围绕外螺纹8a旋转时将螺栓2保持在位。螺栓2的尺寸将根据被紧固在一起的结构的厚度以及这些结构中的对准的孔的直径而变化。
为了便于螺栓以干涉配合插入到孔中，柄6连接到线性锥形引入区段10。如前所述，柄6的表面是圆柱形的。相反，线性锥形引入区段10的表面是圆锥形的并且从最小直径延伸到最大直径。柄6和线性锥形引入区段10的表面相接于圆形的交叉部22处，该圆的直径等于柄表面的直径，并且等于线性锥形引入区段10的表面的最大直径。线性锥形引入区段10的线性锥形引入几何形状促进了当螺栓2被推动穿过待紧固的结构时材料的逐渐压缩。在替代实施例中，锥形引入区段可以具有倒圆(即弧形的)轮廓而不是线性(即直的)轮廓。
为了进一步便于螺栓插入到孔中，柄6和线性锥形引入区段10的表面的至少部分可以设置有具有润滑性质的涂层。图1示出铝着色涂层14形式的此润滑剂涂层。在图1所示的示例中，铝着色涂层14覆盖柄6的表面的至少一部分(从边界16开始)和线性锥形引入区段10的至少一部分(从边界18开始)，包括交叉部22。铝着色涂层14从边界16到交叉部22围绕柄6的整个圆周覆盖柄6的圆柱形表面的部分，并且从边界18到柄6与线性锥形引入区段10的交叉部围绕线性锥形引入区段的整个圆周覆盖线性锥形引入区段10的锥形表面的部分。铝着色涂层14优选地被配制成防止电偶腐蚀并且在紧固件以干涉配合插入到孔中期间提供润滑。在替代实施例中，铝着色涂层14可以围绕柄6的圆周不连续地施加。
如前所述，螺栓2由钛合金或耐腐蚀钢制成。铝颜料涂层通常以小于最佳粘附强度粘附到由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件。为了增加粘附强度，借助于使用溶胶-凝胶工艺施加的界面膜(在图1中不可见)将铝着色涂层14粘附到紧固件的表面。下列美国专利公开了溶胶-凝胶工艺：5,789,085、5,814,137、5,849,110、5,869,140、5,939,197和6,037,060。合适的溶胶-凝胶系统是AC-130-2，其可在商业上从美国加利福尼亚州加登格罗夫的3M公司获得。
图2是表示根据一个实施例的具有表面处理的柄6的一部分的纵向横截面视图的图。表面处理包括直接粘附到柄6的圆柱形表面的界面膜12和借助于界面膜12间接粘附到柄表面的至少一部分的铝着色涂层14。换句话说，铝着色涂层14粘附到界面膜12，界面膜又粘附到柄6的表面。在图2中，膜12和涂层14的厚度被夸大以使得它们可见。在图2中未使用阴影线，以免使施加在柄6的表面上的材料层不明显。
根据本文公开的实施例，界面膜是有机金属基网络系统。根据一个实施例，开始溶液是具有约2％固体的水基溶液，其包含环氧官能硅烷(例如，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)和有机金属化合物(例如，丁氧锆)。得到的界面膜是混合Zr/Si氧化物系统。另外，起始溶液中可以包括腐蚀抑制剂(诸如衍生自稀土盐或硫醇的抑制剂)。
根据一些实施例，界面膜12覆盖螺栓2的整个表面。覆盖螺栓2的头部4的界面膜12的部分在待涂刷头部4的情况下将产生更好的涂料粘附。界面膜12的覆盖螺栓2的配对部分8的部分将提供进一步的腐蚀保护。界面膜12的覆盖柄6的部分以及可选地螺栓2的线性锥形引入区段10的一部分将使得铝着色涂层14能够以增加的粘附强度有效地粘附到螺栓2的表面。
在界面膜12已施加到紧固件之后，将铝着色涂层14施加在界面膜12的至少一部分的顶部上。可以使用任何合适的方法，诸如浸渍、喷涂或刷涂。根据一种方法，将涂层材料的溶液喷涂到用界面膜预处理的紧固件上。通过干燥或快速固化，或在环境温度下或稍微升高的温度下，将大量溶剂在相当短的时间段内从所施加的涂层材料中移除，使得被涂覆的紧固件触摸起来是干燥的以便于处理。然而，被涂覆的紧固件此时不适合使用，因为铝着色涂层14没有充分地粘附到合金基体金属，并且因为涂层本身没有充分地粘着以抵抗在使用中可能发生的机械损伤。随后使铝着色涂层14在升高的温度下在一段时间内正确地固化。在由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件上，涂层材料在固化后优选具有0.0002英寸至0.0005英寸的厚度。在固化之后，可将诸如鲸蜡醇的补充润滑剂施加到整个紧固件。通过浸渍工艺将补充润滑剂施加到被涂覆的紧固件。在浸渍工艺之后，随后使紧固件在室温下或在稍微升高的温度下正确地固化，以移除溶剂并且允许处理。
可使用各种各样的包含铝的可固化有机涂层材料。典型和优选的可固化有机涂料具有与一种或多种增塑剂、其他有机组分(诸如聚四氟乙烯)和无机添加剂(诸如铝粉末)混合的酚醛树脂。这些涂层组分优选地溶解在存在一定量的合适溶剂中以产生期望的施加稠度。根据一些实施例，涂层材料溶解在乙醇、甲苯和甲基乙基酮的混合物的溶剂中。典型的可喷涂涂层溶液具有作为溶剂的约30重量％的乙醇、约7重量％的甲苯、以及约45重量％的甲基乙基酮；以及作为涂层材料的约2重量％的铬酸锶、约2重量％的铝粉末、其余为酚醛树脂和增塑剂。可任选地添加少量的聚四氟乙烯。一种合适的涂层是HI-KOTETM 1，其可在商业上从LISI Aerospace公司获得。HI-KOTETM 1涂层材料通常在350℉至450℉的升高的温度下固化1小时至4小时。美国专利第7,655,320号公开了对所喷涂的HI-KOTETM 1涂层的分析结果。较重元素以如下的重量含量存在：Al，82.4％；Cr，2.9％；Fe，0.1％；Zn，0.7％；以及Sr，13.9％。然而，由于铬酸盐已被环保的替代方案取代，因此HI-KOTETM 1涂层的配方已随时间而改变。
诸如螺栓2(参见图1)的被涂覆的干涉配合紧固件可以用于紧固具有第一孔的第一结构和具有第二孔的第二结构，第一孔和第二孔具有相同的直径。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：将第一结构和第二结构放置在一起，其中第一孔和第二孔对准；将螺栓2的配对部分8插入到第一结构中的孔中，直到第一结构中的孔的边缘与锥形引入区段10接触并包围锥形引入区段；并且迫使螺栓2进一步进入第一结构和第二结构的对准的孔中以导致柄6接触第一结构中的孔的边缘，推动穿过第一结构中的孔，并且然后推动穿过第二结构中的孔，直到螺栓2的配对部分8突出超出第二结构；以及将配对零件耦接到螺栓2的配对部分8。
在安装期间，可以使用手动铆钉枪或自动系统将螺栓2锤入到待紧固的结构的对准孔中。根据一个实施例，锥形引入区段10朝向配对部分8逐渐呈锥形并且具有等于或小于20度的锥角，而柄6是圆柱形的并且具有的直径大于第一孔和第二孔的直径。习惯上将“干涉量”定义为等于柄直径和孔直径之差的一半。
根据一个实施例，锥形引入区段10具有等于柄6的直径的最大直径和小于第一孔和第二孔的直径的最小直径。螺栓2将推入到待紧固的结构的对准的干涉孔中，直到配对部分8突出超出最后的结构。如前面所提及，当螺栓2被推动穿过时，锥形引入区段10的几何形状促进第一结构和第二结构中材料的逐渐压缩。然后以特定的夹紧力将配对零件(图1中未示出)放置到螺栓2的配对部分8上。在一些情况下，配对零件可采取具有带内螺纹的开口的螺母和设计成待通过扳手或类似工具接合的非圆形扳手表面(例如，六边形的)的形式。然而，应当理解的是，多种套环和螺母与本文公开的紧固件相兼容。
前段描述的螺栓安装过程可以用于紧固由类似的或不同的材料制成的结构。例如，图3是表示包括通过无套筒干涉配合紧固件组件紧固在一起的复合结构30和金属结构32(以下称为“接合结构”)的组件35的局部截面视图的图。该紧固件组件35包括图1所示类型的螺栓2和与螺栓2的配对部分8相互接合的螺母42。在替代实施例中，螺栓2可具有外部环形圈而不是外螺纹，而配对零件是型锻套环而不是内螺纹螺母。尽管图3示出了具有埋头(即齐平)头部4的螺栓2，但是在替代方案中螺栓2可具有突出的头部。
图4是识别用于处理柄表面以实现图2中部分地描绘的被涂覆的紧固件的方法50的步骤的方框图。首先，在脱脂剂溶液中清洁紧固件(步骤52)以除去从研磨过程中残留的油。根据一个实施例，然后使用溶胶-凝胶工艺将界面膜施加在清洁的紧固件的整个表面上。该溶胶-凝胶工艺包括将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上(步骤56)，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质(即干凝胶界面膜)，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜(即薄界面膜)。可通过将紧固件浸入容纳一定体积的预凝胶溶液的容器中来施加预凝胶溶液。根据图4所示的实施例，该溶胶-凝胶工艺还包括在升高的温度(即高于室温)下使胶体物质固化(步骤58)，例如通过在烘箱中利用施加的溶液加热紧固件。在替代实施例中，胶体物质可以在室温下固化。
可选地，紧固件的表面可以在清洁(步骤52)之后且在施加预凝胶溶液(步骤56)之前在酸性溶液(pH6或更低)中蚀刻(步骤54)或使用化学加速振动抛光(步骤68)精制。蚀刻步骤54和振动抛光步骤68的可选性在图4中用虚线箭头指示。在蚀刻的情况下，酸溶液可包含氟酸或氯酸。在振动抛光的情况下，使用专用化学品以形成转化涂层，该转化涂层主动地结合到紧固件的金属表面，且然后未研磨介质的随机运动有利于与金属一起移除转化涂层，同时使金属表面平滑和纹理化。
步骤52、步骤54、步骤56和步骤58中的全部可以在多个紧固件上同时执行，例如，通过将多个紧固件放置在篮(未示出)中，将篮浸入各种浴中(用于清洁步骤52，蚀刻步骤54并且施加预凝胶溶液步骤56)，且然后将篮放入烘箱中(用于固化步骤58)。振动抛光可以使用可在商业上从康涅狄格州绍辛顿的REM化学品公司(REM Chemicals Inc.)获得的技术在多个紧固件上同时进行。
在胶体物质已固化之后，在紧固件的柄6的表面的至少一部分上方将铝着色涂层材料施加在胶体物质的顶部上(步骤60)。涂层材料包含溶解在液体溶剂中的铝粉末。在替代实施例中，涂层材料可包括溶解在液体溶剂中的其他金属粉末。涂层材料可通过将其喷涂到柄的表面的至少一部分上来施加。例如，涂层材料可连续或不连续地(参见图5)围绕柄6的外圆周施加。在步骤60之后，使涂层材料固化(步骤62)以形成固体涂层(例如，图2中看到的铝着色涂层14)，该固体涂层借助于使用溶胶-凝胶工艺形成的界面膜12粘附到紧固件。可选地，如前所述，可将补充润滑剂施加到整个紧固件(步骤64)，且然后固化(步骤66)。
图5是表示根据一个实施例的具有不连续地涂覆的柄6的螺栓2的局部截面视图的图。在该示例中，铝着色涂层14覆盖柄上的第一纵向条形表面区域到第四纵向条形表面区域以形成涂层的四个纵向条，在这些纵向条之间布置有未涂覆的纵向条形表面区域。在图5中仅可见涂层材料的第一纵向条34a和涂层材料的第二纵向条34b的一部分。涂层材料的每个纵向条延伸到柄6与线性锥形引入区段10相接的交叉部22。涂层材料可通过喷涂或刷涂施加在柄6上。铝着色涂层材料的此不连续施加使得螺栓2的未涂覆区域能够支持复合结构的雷击保护。
优选的螺栓由几种钛合金或耐腐蚀不锈钢合金中的任何一种制成。如本文所使用的，术语“耐腐蚀钢”是指金属材料是奥氏体、马氏体或铁素体不锈钢。尽管航空航天工业使用由所有类型的不锈钢制成的紧固件，但300系列奥氏体类型最广泛地用于部件或紧固件的制作。除了铬之外，该奥氏体组中的合金具有至少8％的镍。它们提供比马氏体和铁素体类型更高的耐腐蚀度，但更不耐氯化物应力腐蚀开裂。马氏体和铁素体不锈钢包含至少12％的铬，但包含很少或不含镍，因为它使奥氏体稳定。马氏体等级，诸如410类型和416类型，具有磁性，并且可以通过热处理硬化。诸如430类型的铁素体合金也具有磁性，但通常不可以通过热处理硬化，而是在退火和淬火条件下显示出最大延展性、韧性和耐腐蚀性。因此，应用于铁素体合金的唯一热处理是退火。
尽管已参考各种实施例描述了具有至少部分地涂覆有固体润滑剂材料的柄的干涉配合紧固件，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离下文阐述的权利要求的范围的情况下，可做出各种变化并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离权利要求的范围的情况下，可做出许多修改以使本文的教导内容适于特定的情况。
此外，本公开包括如以下详细列举的条款中描述的示例：
条款1.一种用于处理紧固件的表面的方法，包括：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后将涂层材料施加在紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及(c)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层。
条款2.根据条款1所述的方法，还包括在步骤(a)之后且在步骤(b)之前加热溶液以从溶液移除液体溶剂。
条款3.根据条款1所述的方法，其中，步骤(c)包括在烘箱中加热紧固件。
条款4.根据条款1所述的方法，其中，步骤(b)包括围绕柄的表面的圆周连续地施加涂层材料。
条款5.根据条款1所述的方法，其中，步骤(b)包括将涂层材料施加在柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域上，以形成涂层材料的第一纵向条和第二纵向条，在柄上具有设置在涂层材料的第一纵向条和第二纵向条之间的无涂层材料的纵向条形表面区域。
条款6.根据条款1所述的方法，其中，有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷和有机金属化合物。
条款7.根据条款6所述的方法，其中，有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。
条款8.根据条款1所述的方法，其中，涂层材料中的金属粉末包括铝颗粒。
条款9.根据条款1所述的方法，其中，步骤(a)包括将紧固件浸入到容纳一定体积的预凝胶溶液的容器中，并且步骤(b)包括将涂层材料喷涂到紧固件上。
条款10.根据条款1所述的方法，还包括在执行步骤(a)之前蚀刻紧固件的表面。
条款11.根据条款1所述的方法，还包括在步骤(c)之后将紧固件浸入到容纳一定体积的补充润滑剂的容器中，并且随后移除溶剂。
条款12.一种用于紧固具有第一孔的第一结构和具有第二孔的第二结构的方法，第一孔和第二孔具有相同的孔直径，该方法包括：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中紧固件包括头部、柄和配对部分，该柄具有比孔直径大的柄直径，并且界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后，将涂层材料施加在紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；(c)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层；(d)将第一结构和第二结构放置在一起，其中第一孔和第二孔对准；(e)迫使紧固件进入并且穿过第一结构和第二结构的对准的孔，直到配对部分突出超出第二结构，在该位置柄与第一孔和第二孔接触；以及(f)将配对零件耦接到紧固件的配对部分。
条款13.根据条款12所述的方法，其中，步骤(b)包括将涂层材料施加在柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域上，以形成涂层材料的第一纵向条和第二纵向条，在柄上具有从涂层材料的第一纵向条延伸到涂层材料的第二纵向条的无涂层材料的纵向条形表面区域。
条款14.根据条款12所述的方法，其中，有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷和有机金属化合物。
条款15.根据条款14所述的方法，其中，有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。
条款16.根据条款12所述的方法，其中，涂层材料中的金属粉末包括铝颗粒。
条款17.一种组件，包括：第一结构元件，具有第一孔；第二结构元件，具有与第一结构元件的第一孔对准的第二孔，第一孔和第二孔具有相同的孔直径；紧固件，其由钛合金或耐腐蚀钢制成并且包括头部、具有大于孔直径的外径的柄、以及包括外部突出部的配对部分，其中柄至少占据第一结构元件和第二结构元件中的第一孔和第二孔的相应部分，并且配对部分延伸超出第二结构元件；固体涂层，借助于界面膜粘附到紧固件的柄的至少一部分，其中固体涂层包括铝并且界面膜包括有机金属基网络系统；以及配对零件，邻接第二结构元件并且耦接到紧固件的配对部分。
条款18.根据条款17所述的方法，其中，有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷和有机金属化合物。
条款19.根据条款18所述的方法，其中，有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。
条款20.根据条款17所述的方法，其中，固体涂层覆盖柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域，以形成固体涂层的第一纵向条和第二纵向条，在柄上具有设置在第一纵向条和第二纵向条之间的未涂覆的纵向条形区域。
条款21.根据条款17所述的方法，其中，紧固件还包括设置在柄和配对部分之间的引入区段，并且固体涂层覆盖引入区段的表面的至少一部分。
此外，本文公开的表面处理工艺在其应用中不限于紧固件，而是可更广泛地应用。更具体地说，本文公开的表面处理可应用于可具有外螺纹或凹槽(即环形圈)的螺钉、螺栓、锁定螺栓、销、铆钉等，以及凹入配对部件，诸如螺母、锁定垫圈、套环等。

Claims (13)

1.一种用于处理紧固件的表面的方法，包括：
(a)使用溶液-凝胶工艺通过将预凝胶溶液施加在所述紧固件的表面上来形成界面膜，所述预凝胶溶液能够转变成胶体物质，所述胶体物质又能够在从所述预凝胶溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中所述界面膜包括有机金属基网络系统，其中利用包含环氧官能硅烷和有机金属化合物的起始溶液；
(b)在步骤(a)已完成之后将涂层材料施加在所述紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中所述涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及
(c)使所述涂层材料固化以形成借助于所述界面膜粘附到所述紧固件的固体涂层，
其中步骤(b)包括将所述涂层材料施加在所述柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域上，以形成涂层材料的第一纵向条和第二纵向条，在所述柄上具有设置在涂层材料的所述第一纵向条和第二纵向条之间的无涂层材料的纵向条形表面区域。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在步骤(a)之后且在步骤(b)之前加热所述预凝胶溶液以从所述预凝胶溶液移除液体溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(c)包括在烘箱中加热所述紧固件。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述环氧官能硅烷是3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，并且所述有机金属化合物是丁氧锆。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(a)包括将所述紧固件浸入到容纳一定体积的预凝胶溶液的容器中，并且步骤(b)包括将所述涂层材料喷涂到所述紧固件上。
7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在执行步骤(a)之前蚀刻所述紧固件的所述表面。
8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在步骤(c)之后将所述紧固件浸入到容纳一定体积的补充润滑剂的容器中，并且随后移除溶剂。
9.一种组件，包括：
第一结构元件，具有第一孔；
第二结构元件，具有与所述第一结构元件的所述第一孔对准的第二孔，所述第一孔和所述第二孔具有相同的孔直径；
紧固件，由钛合金或耐腐蚀钢制成并包括头部、具有大于所述孔直径的外径的柄、以及包括外部突出部的配对部分，其中所述柄至少占据所述第一结构元件和所述第二结构元件中的所述第一孔和所述第二孔的相应部分，并且所述配对部分延伸超出所述第二结构元件；
固体涂层，借助于使用溶液-凝胶工艺形成的界面膜粘附到所述紧固件的所述柄的至少一部分，其中所述固体涂层包括铝并且所述界面膜包括有机金属基网络系统，其中利用包含环氧官能硅烷和有机金属化合物的起始溶液；以及
配对零件，邻接所述第二结构元件并耦接到所述紧固件的所述配对部分。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述环氧官能硅烷是3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，并且所述有机金属化合物是丁氧锆。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。
12.根据权利要求9或10所述的组件，其中，所述固体涂层覆盖所述柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域，以形成固体涂层的第一纵向条和第二纵向条，在所述柄上具有设置在所述第一纵向条和第二纵向条之间的未涂覆的纵向条形区域。
13.根据权利要求9或10所述的组件，其中，所述紧固件还包括设置在所述柄和所述配对部分之间的引入区段，并且所述固体涂层覆盖所述引入区段的表面的至少一部分。
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