CN117124608A - 一种不同材料牢固联接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料联接的技术领域，特别是涉及一种不同材料牢固联接的方法。本申请公开了一种不同材料牢固联接的方法，包括以下步骤：S1.表面处理，将金属材料的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；所述接触面为双面接触、多面接触或者其它增大接触面的结构；S2.联接剂涂覆，在接触面上涂覆联接剂，将非金属材料连接到金属材料的接触面；S3.联接，将联接剂凝固，干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料一体件。本申请所述的不同材料牢固联接的方法，通过处理接触面，在接触面上填充的联接剂，可以将非金属材料和金属材料很好的稳固连接。
Description
技术领域
本发明涉及材料联接的技术领域，特别是涉及一种不同材料牢固联接的方法。
背景技术
非金属材料由于其重量轻、耐腐蚀、耐磨、绝缘、绝热性能优异等特性，被广泛应用于冶金、宇航、机械、汽车、电子、光学等领域。但是，非金属材料的韧性差，机加工性能差，难以制作复杂的装配结构，导致其实际应用受到限制。而金属材料的强韧性及优异的机加工性能可弥补非金属材料的缺点。例如，在电真空器件中，陶瓷作为绝缘材料通常需要与金属进行密封连接，而玻璃材料则由于其具有良好的透光性、也在真空密封领域得到了一定的应用。因此，非金属材料与金属材料的连接技术一直是材料连接领域的研究热点之一。
非金属材料与金属材料连接的主要问题为物理化学相容性问题和连接的应力问题。非金属材料主要以离子键和共价键的方式结合，表现出非常稳定的电子配位，而金属材料则以电子云的方式结合，两种材料的互润性较差；例如陶瓷与金属的热胀系数相差很大，会导致焊接过程中产生很大的残余应力，削弱接头的力学性能。另外，无机非金属的脆性大，很容易出现开裂现象，使接头失效。
目前非金属材料和金属材料的连接主要有焊接、螺栓连接、铆接、化学联接等，焊接工艺要求高，密封性较差，螺栓连接等机械联接因对材料部件局部打空而对材料有所破坏，在使用中不能避免应力集中。相比之下，化学联接技术是一种非破坏性连接技术，因联接界面整体承受负荷而提高负载能力，延长了使用寿命。当前化学联接方式技术空白，也没有对接触面的研究和结构设计，没有有效的联接剂，联接强度有限，稳定性和可靠性低。
因此有必要提供一种可以将非金属材料，金属材料等不同材料牢固联接的方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种不同材料牢固联接的方法，通过设计接触面，处理接触面，在接触面上填充联接剂，可以将非金属材料和金属材料很好的稳固连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的目的是，提供一种不同材料牢固联接的方法，包括以下步骤：
S1.表面处理
将金属材料的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
所述接触面为双面接触、多面接触或者其它增大接触面的结构；
S2.联接剂涂覆
在接触面上涂覆联接剂，将非金属材料连接到金属材料的接触面；
S3.联接
将联接剂凝固，干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料一体件。
进一步的，双面接触或多面接触也可以为设置弧形槽增大接触面。所述其它增大接触面的结构，具体还可将金属材料上的接触面设置成环形槽状、锥形槽状的双面或者多面接触，因为接触面的创新设计，保证受力均匀。
进一步的，所述联接剂可为橡胶，聚氨酯树脂，环氧树脂；
例如，联接剂以重量份为单位，包括以下原料：
丁基橡胶50-100份、聚氨酯树脂30-40份、气相二氧化硅5-10份、溶剂50-100份、助剂3-5份；
或联接剂以重量份为单位，包括以下原料：环氧树脂100份，固化剂30-100份，促进剂0-10份。
更进一步的，所述助剂为异氰酸酯。助剂可以活化纤维表面活性促进帘线、聚酯线绳同橡胶之间粘合力，改善难附着和易变黄的缺点。
在本申请中，丁基橡胶气密性好；它还能耐热、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，并有吸震、电绝缘性能。对臭氧具良好的抵抗性，可暴露于油或是可氧化的化学物中；但是存在着结合性差，须需要进行热处理或使用添加剂，以增加橡胶的补强作用，提高拉伸强度、拉伸应力、弹性、耐磨和电绝缘性能等。在本申请中，丁基橡胶选用丁基橡胶1751。
聚氨酯树脂具有耐用性和弹性，可用于湿气固化系统，在结构应用中效果良好，可结合相似和不同的基材(包括塑料)；
环氧树脂热稳定性好，可以用于需要耐高低温的环境。
所述的接触面，具有良好的强度；凝固过程中，起始力高，剥离强度、抗弯强度、抗扭和抗冲击等性能优良，且具有很好的耐冷水、耐油、耐稀酸、耐磨性、以及耐热性。对金属(钢、铝、铜、钨)等亦有一定结合强度，亦能将不同材料作任意交叉结合。
在本申请中，所述丁基橡胶为氯化丁基橡胶，丁基橡胶卤化后，硫化速度大大提高，与其他橡胶的共混性和硫化性能均有所改善，结合性也有明显提高；所述聚氨酯树脂为聚氨基甲酸酯(7160型)，具有良好的结合力，在室温下凝固。溶剂为异丙醇混合物。
进一步的，使用激光、磁感应或者红外线可加速固化，具体激光固化条件为进行UV光束功率为300-400MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。通过激光进行固化，激光的波长容易被助剂吸收，且能量集种，热影响区域小，可以在短时间内对结合面加热，能够在较短时间(1min)实现从里到外、从隐蔽到可见的彻底凝固。具体红外线固化处理为使用3.0-10μm的红外线进行固化，通过使用红外线，以非接触方式传导热量，缩短反应时间。
更进一步的，在金属材料和非金属材料联接完成后，可通过无损检测，机械检测等检测方法来检测联接效果。
进一步的，所述金属材料包括铁、铝、铜、钨或者铁合金、铝合金、钨合金中任一种或者多种组成的金属材料；金属材料对应成型的工件包括法兰、套管、端盖、其它异型件；
进一步的，所述非金属材料为塑料、树脂、陶瓷、石墨、石墨烯、纤维或其它高分子材料中的一种或多种；非金属材料对应成型的工件包括管材、腔体、型材、棒材、板面、或其它异型件。
本发明的有益效果是：
1.通过在金属表面活化接触面，在接触面上通过填充的联接剂，可以将非金属材料和金属材料很好的稳固连接。
2.通过专业的接触面结构设计，实现最优接触结构。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述金属材料和非金属材料联合后的示意图；
图2是本发明所述金属材料接触面的示意图；
图3是本发明所述联接方法中非金属材料放入到金属材料接触面后的示意图；
图4是本发明所述联接方法中将联接剂注入接触面后的流程图；
附图说明：1、非金属材料；2、金属材料；3、联接剂；21、接触面。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
如图1-4所示的一种不同材料牢固联接的方法，包括以下步骤：
S1.表面处理
将金属材料(铁合金)的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
接触面为双面接触；
S2.联接剂涂覆
将非金属材料连接到金属材料的接触面，在接触面上涂覆联接剂；
联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
丁基橡胶(1751)50份、聚氨基甲酸酯(7160型)30份、气相二氧化硅5份、异丙醇10份、异氰酸酯3份。
S3.联接
联接剂凝固，所述条件为：使用激光，激光为UV光束功率为300MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料。
实施例2
S1.表面处理
将金属材料(铁合金)的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
接触面为双面接触；
S2.联接剂涂覆
将非金属材料连接到金属材料的接触面，在接触面上涂覆联接剂；
联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
环氧树脂(双酚A环氧树脂)：100份，固化剂(异佛尔酮二胺)：30份
S3.联接
联接剂凝固，所述条件为：使用激光，光束功率为400MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料一体件。
实施例3
S1.表面处理
将金属材料(铁/合金)的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
接触面为双面接触；
S2.联接剂涂覆
将非金属材料连接到金属材料的接触面，在接触面上涂覆联接剂；
联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
环氧树脂(双酚A环氧树脂)：100份，固化剂(异佛尔酮二胺)：30份，促进剂(酰基胍)：2份。
S3.联接
将联接剂凝固，所述条件为：使用激光，光束功率为350MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料组合体。
实施例4
S1.表面处理
将金属材料(铁/合金)的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
所述接触面为双面接触；
S2.联接剂涂覆
将非金属材料连接到金属材料的接触面，在接触面上涂覆联接剂；
联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
丁基橡胶(1751)60份、聚氨基甲酸酯(7160型)33份、气相二氧化硅6份、异丙醇12份、异氰酸酯(4-甲基间亚苯基二异氰酸酯)3.5份。
S3.联接
将联接剂凝固，所述条件为：使用激光，激光功率为350MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料一体件。
实施例5
S1.表面处理
将金属材料(钢铁/合金)的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
所述接触面为双面接触；
S2.联接剂涂覆
将非金属材料连接到金属材料的接触面，在接触面上涂覆联接剂；
联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
丁基橡胶(1751)90份、聚氨基甲酸酯(7160型)38份、气相二氧化硅9份、异丙醇18份、异氰酸酯(4-甲基间亚苯基二异氰酸酯)3.8份。
S3.联接
将联接剂凝固，所述条件为：使用3-10μm的红外线进行固化。干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料结合体。
其中，上述实施例1-实施例5中，金属材料(钢铁/合金)设置为法兰工件；非金属材料设置为复合材料管；复合材料管与金属法兰的两端采用双面结合结构(管端部插入法兰的双面环形槽里，并在环形槽内设置联接剂)
对比例1
使用常规的联接剂，其余条件和实施例1一致；
对比例2
使用常规的UV(UV照射，温度＜160℃)，其余条件和实施例1一致；
将实施例1-实施例5以及对比例1-2联接后的非金属-金属工件，进行联接的性能检测，结果汇总至下表
| 项目 | 粘接剪切强度(Mpa) |
| 实施例1 | 11.2 |
| 实施例2 | 15 |
| 实施例3 | 30 |
| 实施例4 | 20 |
| 实施例5 | 11.9 |
| 对比例1 | 5.5 |
| 对比例2 | 7.8 |
因此，可以看出，在本申请所述联接剂以及激光照射下，实施例1-实施例5联接得到的金属-非金属工件，粘接剪切强度高，联接效果好。
对比例1，使用常规的联接剂，得到的金属-非金属工件，粘接剪切强度低，联接效果差。
对比例2
使用常规的UV(UV照射，温度＜160℃)，得到的金属-非金属工件，粘接剪切强度一般，联接效果一般。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的结构，工艺或配方替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.表面处理
将金属材料的表面进行活化或光滑处理，形成接触面；
所述接触面为双面接触、多面接触或者以增大接触面为导向的设计结构；
S2.联接剂涂覆
在接触面上涂覆联接剂，将非金属材料连接到金属材料的接触面；
S3.联接
将联接剂凝固，干燥后得到联接在一起的金属材料和非金属材料一体件。
2.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，其它增大接触面的结构包括环形槽状、锥形槽状的双面或者多面接触结构。
3.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
丁基橡胶50-100份、聚氨酯树脂30-40份、气相二氧化硅5-10份、溶剂50-100份、助剂3-5份。
4.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述联接剂，以重量份为单位，包括以下原料：
环氧树脂100份，固化剂30-100份，促进剂0-10份。
5.根据权利要求3所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述助剂为异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述凝固条件为，使用激光、磁感应或者红外线进行固化处理。
7.根据权利要求6所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，激光固化处理条件为进行UV光束功率为300-400MV，填充扫描速度5000m/s，轮廓扫描速度为3000m/s。
8.根据权利要求6所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，红外线固化处理为使用3.0-10μm的红外线进行固化。
9.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述金属材料为钢铁、铝、铜、钨或者钢铁合金、铝合金、钨合金中任一种或者多种组成。
10.根据权利要求1所述的一种不同材料牢固联接的方法，其特征在于，所述非金属材料为塑料、树脂、陶瓷、玻璃、石墨、石墨烯、纤维中的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311079785.1A CN117124608A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种不同材料牢固联接的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311079785.1A CN117124608A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种不同材料牢固联接的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117124608A true CN117124608A (zh) | 2023-11-28 |
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ID=88857789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311079785.1A Pending CN117124608A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种不同材料牢固联接的方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117124608A (zh) |
-
2023
- 2023-08-25 CN CN202311079785.1A patent/CN117124608A/zh active Pending
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