CN109664517A - 一种金属与非金属的表面粘接方法 - Google Patents

一种金属与非金属的表面粘接方法 Download PDF

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张微
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Abstract

本发明涉及一种金属与非金属的表面粘接方法，属于材料表面处理领域。该方法通过采用低温等离子清洗设备处理硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面，用常温等离子清洗设备处理高温合金或不锈钢材质工件待粘接表面，在所述工件待粘接表面涂敷密封剂，依次粘接、固化和硫化。所述方法采用等离子处理技术，可以有效改善材料表面性能，提高非金属材料与金属材料之间的粘接强度；通过粘结剂以及粘结固化条件的选择，进一步提高金属与非金属材料表面的粘接强度；所述方法中空气流经高频高压电源作用后等离子化，作用在工件上时使工件表面C‑C键断裂，在工件与密封剂粘接过程中形成新的C‑C或C‑O键，从而提高粘接性能。

Description

一种金属与非金属的表面粘接方法
技术领域
本发明涉及一种金属与非金属的表面粘接方法，属于材料表面处理技术领域。
背景技术
目前，一些飞行器等设备上常采用非金属高分子聚合物来起到缓冲、减震的作用。传统工艺中常采用粘接剂直接粘接的方式实现金属与非金属的连接，例如非金属材质的发动机燃烧室的滑板组件与金属材质的火焰筒组件通过有机硅密封胶粘接，但是这种连接方式的粘接强度不高，约在0.5MPa～0.6MPa。
随着飞行器等设备的发展，对设备的结构强度和性能等提出了粘接强度大于13000N的更高要求。以某改进型发动机为例，由于助推器长度、质量、载荷等发生变化，分离过程中作用在滑板组件上的摩擦力增大，对滑板组件和火焰筒组件的粘接强度提出了更高的要求，传统的粘接方式无法满足指标要求，如何提高滑板组件和火焰筒之间的粘接强度成为该型号技术攻关中的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法采用等离子处理技术，通过大量的试验研究，获得合适的工艺流程、参数及条件，可以有效改善材料表面性能，提高非金属与金属之间的粘接强度。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法步骤如下：
(1)将硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件放入低温等离子清洗设备的真空舱内，对所述工件待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后所述工件在2h内完成粘接，处理后至粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
真空舱内环境为纯氧氛围，真空度为0.2mBar～0.4mBar，工作功率为80W～100W，处理时间为3min～5min，工作温度小于等于40℃。
将高温合金或不锈钢材质工件采用常温等离子清洗设备对其待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后所述工件待粘接表面冷却至室温，在1h内完成粘接，处理后粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
常温等离子清洗设备外连压缩空气，处理过程中等离子枪头距离所述工件待处理表面10mm～20mm，枪头移动速度为10mm/s～20mm/s，工作温度小于等于150℃；
(2)在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.3mm～0.6mm的HM108室温硫化密封剂，在高温合金或不锈钢材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同方向进行涂敷，在20℃～30℃，相对湿度30％～70％的条件下进行粘接和固化，粘接后在压力下静置固化90h以上，再硫化后完成本发明所述的一种金属与非金属的表面粘接方法。
有益效果
1.本发明提供了一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法采用等离子处理技术，通过大量的试验研究，获得合适的工艺流程、参数及条件，可以有效改善材料表面性能，提高非金属材料与金属材料之间的粘接强度；
2.本发明提供了一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法通过粘结剂以及粘结固化条件的选择，进一步大大提高了金属与非金属材料表面的粘接强度；
3.本发明提供了一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法中空气流经高频高压电源作用后等离子化，作用在工件上时使工件表面的C-C键发生断裂，在工件与密封剂粘接过程中形成新的C-C或C-O键，从而提高粘接性能。
具体实施方式
以下实施例中：
低温等离子清洗设备采用DIENER Pico(5型)40KHz低温等离子清洗机；
常温等离子清洗设备采用DIENER PlasmaBeam大气等离子清洗机；
对实施例中所述方法的粘接性能采用万能拉伸试验机测试。
实施例1
一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法步骤如下：
(1)将硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件放入低温等离子清洗设备的真空舱内，对所述工件待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后至粘接间隔时间为1.5h，处理后至粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
真空舱内环境为纯氧氛围，真空度为0.2mBar，工作功率为100W，处理时间为3min，工作温度小于等于40℃。
将GH99高温合金材质工件采用常温等离子清洗设备对其待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后所述工件待粘接表面冷却至室温，表面处理完至粘接间隔时间为0.5h，处理后粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
常温等离子清洗设备外连压缩空气，处理过程中等离子枪头距离所述工件待处理表面10mm，枪头移动速度为20mm/s，工作温度小于等于150℃；
(2)在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.6mm的HM108b-4室温硫化密封剂，在GH99高温合金材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108b-4室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同一方向进行涂敷，在20℃，相对湿度50％的条件下进行粘接和固化，粘接后在800N压力下静置固化90h，再硫化14d后，完成本发明所述的一种金属与非金属的表面粘接方法。
采用本实施例所述的一种金属与非金属的表面粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度大于15000N。
实施例2
一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法步骤如下：
(1)将硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件放入低温等离子清洗设备的真空舱内，对所述工件待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后至粘接间隔时间为2h，处理后至粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
真空舱内环境为纯氧氛围，真空度为0.4mBar，工作功率为80W，处理时间为5min，工作温度小于等于40℃。
将GH3044高温合金材质工件采用常温等离子清洗设备对其待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后所述工件待粘接表面冷却至室温，表面处理完至粘接间隔时间为1h，处理后粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
常温等离子清洗设备外连压缩空气，处理过程中等离子枪头距离所述工件待处理表面10mm，枪头移动速度为10mm/s，工作温度小于等于150℃；
(2)在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.5mm的HM108b-4室温硫化密封剂，在GH3044高温合金材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108b-4室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同一方向进行涂敷，在28℃，相对湿度70％的条件下进行粘接和固化，粘接后在1000N压力下静置固化90h，再硫化14d后，完成本发明所述的一种金属与非金属的表面粘接方法。
采用本实施例所述的一种金属与非金属的表面粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度大于15000N。
实施例3
一种金属与非金属的表面粘接方法，所述方法步骤如下：
(1)将硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件放入低温等离子清洗设备的真空舱内，对所述工件待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后至粘接间隔时间为2h，处理后至粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
真空舱内环境为纯氧氛围，真空度为0.3mBar，工作功率为100W，处理时间为5min，工作温度小于等于40℃。
将不锈钢材质工件采用常温等离子清洗设备对其待粘接表面进行处理，保证粘接部位全部处理到，处理后所述工件待粘接表面冷却至室温，表面处理完至粘接间隔时间为1h，处理后粘接前禁止触碰待粘接表面；
处理具体如下：
常温等离子清洗设备外连压缩空气，处理过程中等离子枪头距离所述工件待处理表面20mm，枪头移动速度为20mm/s，工作温度小于等于150℃；
(2)在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.3mm的HM108b-4室温硫化密封剂，在不锈钢材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108b-4室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同一方向进行涂敷，在30℃，相对湿度30％的条件下进行粘接和固化，粘接后在1300N压力下静置固化90h，再硫化14d后，完成本发明所述的一种金属与非金属的表面粘接方法。
采用本实施例所述的一种金属与非金属的表面粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度大于15000N。
对比例1
同实施例1步骤(2)：在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.6mm的HM108b-4室温硫化密封剂，在GH99高温合金材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108b-4室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同一方向进行涂敷，在20℃，相对湿度50％的条件下进行粘接和固化，粘接后在2000N压力下静置固化90h，再硫化14d后，完成一种金属与非金属的表面粘接。
采用本对比例所述粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度为9000N。
对比例2
(1)同实施例1步骤(1)。
(2)静置固化60h，其余同实施例1步骤(2)。
采用本对比例所述的粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度为12000N。
对比例3
(1)同实施例1步骤(1)。
(2)静置固化72h，其余同实施例1步骤(2)。
采用本对比例所述的粘接方法的粘接性能试验结果为：粘接强度为12000N。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种金属与非金属的表面粘接方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件放入低温等离子清洗设备的真空舱内，对所述工件待粘接表面进行处理，处理后所述工件在2h内完成粘接，处理后至粘接前禁止触碰待粘接表面；
将高温合金或不锈钢材质工件采用常温等离子清洗设备对其待粘接表面进行处理，处理后所述工件待粘接表面冷却至室温，在1h内完成粘接，处理后粘接前禁止触碰待粘接表面；
(2)在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面和在高温合金或不锈钢材质工件待粘接表面上，分别涂敷HM108室温硫化密封剂，涂敷过程中沿同方向进行涂敷，在20℃～30℃，相对湿度30％～70％的条件下进行粘接和固化，粘接后在压力下静置固化90h以上，再硫化后完成所述的一种金属与非金属的表面粘接方法。
2.根据权利要求1所述的一种金属与非金属的表面粘接方法，其特征在于：
低温等离子清洗设备处理具体如下：真空舱内环境为纯氧氛围，真空度为0.2mBar～0.4mBar，工作功率为80W～100W，处理时间为3min～5min，工作温度小于等于40℃；
常温等离子清洗设备处理具体如下：常温等离子清洗设备外连压缩空气，处理过程中等离子枪头距离所述工件待处理表面10mm～20mm，枪头移动速度为10mm/s～20mm/s，工作温度小于等于150℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属与非金属的表面粘接方法，其特征在于：在硬质聚氨酯泡沫塑料材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.3mm～0.6mm的HM108室温硫化密封剂，在高温合金或不锈钢材质工件待粘接表面上涂敷厚度为0.1mm的HM108室温硫化密封剂。
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