*

Подготовка поверхности металлов



Для подготовки поверхности алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, нержавеющих и углеродистых сталей, вольфрама, меди, молибдена и других металлов используют травление в раствора, содержащих серную, азотную, соляную и ортофосфорную кислоты [131, 219, 221].

Для подготовки поверхности алюминивых сплавов, в частности, рекомендуется раствор, содержащий 22,5 масс.ч. H2SO4 (конц.), 7,5 масс. ч. Na2Cr2O7 и 70 масс. ч. воды [368, c/ 57]. После травления детали обязательно надо промыть проточной холодной водой до нейтральной реакции промывной воды. Сушат детали, обдувая сжатым воздухом (при температуре помещения 15 - 30°С), нагретым не выше 50°С (в случае алюминиевых деталей) или 110°С (для других металлических деталей).

После травления деталей можно хранить до склеивания от 4 ч до 10 - 14 сут. При более длительном хранении подготовленных к склеиванию деталей прочность клеевых соединений снижается. Особенно резко снижается прочность при расслаивании - после хранения подготовленной поверхности до 30 сут этот показатель может снизиться до 80%. При хранении детали следует оборачивать крафтбумагой для защиты от загрязнений [275].

Поверхность металлов можно обрабатывать растворами однозамещённых солей ортофосфорной кислоты (фосфатирование) [6, c. 121]. Перед фосфатированием поверхность должна должна быть тщательно очищена. Наиболее высокие показатели прочности клеевых соединений при склеивании эпоксидным клеем обеспечиваются при фосфатировании в 15%-ном растворе ортофосфорной кислоты в течение 50 мин. при 23 - 25°С; при этом разрушение происходит по клею и прочность соединения примерно на 25% выше, чем при склеивании нефосфатированных образцов.

Одним из наиболее широко используемых методов подготовки поверхности металлов является анадное оксидирование [254]. Образующаяся при этом анодная плёнка обладает не только высокой адгезией, но и хорошими защитными свойствами. При анодном оксидировании детали погружают в электролит и соединяют с положительным полюсом источника тока. Во время прохождения тока через электролит на аноде выделяется кислород, который взаимодействует с алюминием с образованием оксидной плёнки. С увеличением толщины плёнки защитные свойства её улучшаются, но прочность уменшается.

Существует три способа анодного оксидирования деталей: сернокислотный, хромовокислый и фосфорнокислый. Режимы анодирования для каждого из этих способов представлены в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Способы анодного оксидирования деталей
Параметры процесса Способ анодирования
Сернокислотный Хромовокислотный Фосфорнокислотный

Электролит

Серная кислота Хромовая кислота Фосфорная кислота

Содержание электролита, г/л

180 - 200 50 - 55 90 - 100

Температура электролита, °С

10 - 15 37 - 41 13 - 25

Плотность тока, А/дм2

1 - 1,5 1 -

Продолжительность анодирования, мин

20 - 25 60 10 - 20

Толщина анодной плёнки, мкм

5 - 8 3 - 4 -


Образующаяся при сернокислотном способе анодирования плёнка обладает наилучшими защитными свойствами, однако она самая хрупкая и непрочная. При прочности клеевых соединений при сдвиге порядка 20 МПа происходит её отрыв от поверхности металла. Кроме того, при сернокислотном анодировании наблюдается пониженная водостойкость клеевых соединений (влага проникает через оксидную плёнку). Состав, в котором производится анодирование, требуется охлаждать до 10 - 15°С, что связано с дополнительными трудностями. Сернокислотное анодирование может быть рекомендовано только как метод подготовки поверхности при склеивании не жёсткими клеями (например, фенолокаучуковыми), прочность клеевых соединений на которых при сдвиге не превышает 20 МПа.

Анодное оксидирование в хромовой кислоте обеспечивает более высокую прочность клеевых соединений, образуется более плотная оксидная плёнка, но но её защитные свойства хуже свойств плёнки, образующейся при сернокислотном анодировании [258]. Недостатком этого способа является высокая токсичность, а также дефицитность электролита. Сравнение свойств клеевых соединений, выполненных эпоксидным клеем ВК-24 при подготовке поверхности различными способами, представлено в табл. 4.6.

Наиболее эффективным способом подготовки алюминиевых сплавов является анодирование в фосфорной кислоте [259]. Этот способ имеет преимущества перед другими: повышенная прочность клеевых соединений и незначительное её изменение при колебаниях напряжения, температуры ванны и продолжительности анодирования, более высокая водостойкость и др.

Таблица 4.6. Влияние способа подготовки поверхности
алюминиевого сплава Д16Т на прочность клеевых соединений,
выполненных эпоксидным плёночным клеем ВК-24
Состояние образцов Разрушающее напряжение при сдвиге, МПа
Сернокислотное анодирование Хромовокислотное анодирование Пиклинг-процесс***
- 60°С - 20°С 80°С - 60°С - 20°С 80°С - 60°С - 20°С 80°С

Исходные данные

14,6 18,0 15,6 21,5 28,0 25,6 24,0 24,3 18,6

После воздействия воды в течение 30 сут

16,8 16,3 4,2 22,0 28,5 25,0 26,0 28,8 15,2

После воздействия тропического климата в течение 3 мес.

15,0 17,8 4,2 22,4 27,4 10,0 19,5 17,0 -

***Обработка в растворе содержащем 22,5 масс. ч. H2SO4 7,5 масс. ч. Na2Cr2O7 и 70 масс. ч. H2O при 60°С в течение 30 мин.



Промывать детали после анодного окисления водой недопустимо, поскольку оксидные плёнки легко гидролизуются и образующиеся гидроокислы служат центрами начала разрушения клеевых соединений [260]. Cyшить детали следует тёплым сухим воздухом, очищенным от масла и пыли. Хранение деталей после анодного окисления приводит к снижению адгезии анодной плёнки и прочности клеевых соединений, поэтому склеивание следует проводить непосредственно после подготовки поверхности. Допускается хранение деталей после анодного окисления до 3 сут при строгом соблюдении условий хранения, исключающих их загрязнение.

Иногда для повышения прочности клеевых соединений при подготовке поверхности сочетают различные методы. Так, при подготовке поверхностей углеродистых сталей эффективно травление по пиклинг-процессу с последующим фосфатированием [261]. При этом между фосфатным покрытием и реакционноспособными группами основы клея образуются химические связи. Такая подготовка поверхности обеспечивает стабильность свойств клеевых соединений в процессе хранения.

На примере полиуретанового клея ВИЛАД-6К при склеивании фосфатированной стали с поливинилхлоридной плёнкой показано, что между поверхностью фосфатированной стали и изоцианатными группами полиуретана образуются химические связи [262].

Адгезионная прочность соединения зависит от толщины (массы) аморфного фосфатного слоя. Наилучшие адгезионные характеристики получены при массе 1,5 - 3,5 мг/дм2 (табл. 4.7).

Таблица 4.7. Влияние способа подготовки поверхности на прочность
клеевых соединений стали, выполненных полиуретановым клеем ВИЛАД-6К
Способ подготовки поверхности Масса фосфатного покрытия, мг/дм2 Сопротивление отслаиванию ПВХ плёнки, МН/м
после изготовления после прогрева при 160°С в течение 1 ч после хранения в течение 1 года

Обезжиривание

- 8 10 8,4

Травление

- 12 13,2 10

Фосфатирование цинкофосфатное

25 - 30 9,3 9,8 -

Фосфатирование железофосфорное с нитратными окислителями

1,5 - 3,5
4,0 - 5,0
22,5
20
45
28
36
26

Фосфатирование железофосфорное с хлоратными окислителями

1,5 - 3,5
4,0 - 5,0
24
21,5
45,6
32,2
36
28

Фосфатирование железофосфорное с броматными окислителями

1,5 - 3,0
3,5 - 4,5
22
19
37
25
30,8
22,8


*


на предыдущую страницу


*