被粘材料的表面处理与胶接

被粘材料的表面处理与胶接

（一）表面特性的影响

1、清洁度：金属表面吸附着一层内聚强度低的表面能低的污染层和氧化膜，这将降低胶接强度。一般地，金属表面干净时，接触很小甚至为零。材料处理后接触随时间而变化，在空气中易受环境气氛的污染，接触角升高，约5H后接触角趋于稳定。

表面处理前后的接触角和胶接强度

2、粗糙度被粘材料表面用纱布打磨或喷砂处理，适当地将表面粗化均能提高胶接强度。糙化过程去除原先存在的表面层。形成新的表面层（净化），而且喷砂表面比抛光表面有更大的实际胶接面积，表面太粗糙反而会降低胶接强度，因为过于粗糙的表面不能将胶粘剂良好侵润，凹处易残面空气对胶接不利。

3、表面化学结构表面的化学组成与结构对被粘材料的胶接性能、耐久性能、热老化性能等都有重要影响，而表面结构对胶接性能的影响往往是通过改变表面层的内聚强度、厚度、孔隙度、活性和表面能来实现。

用铬酸酸蚀铝表面后，将铝试样侵泡在60ºC蒸馏水中清洗，很容易在表面生成以AL2O3.3H2O为主的氧化铝水合物，其内聚强度较低，厚度>103A，使接头出现破坏，强度大大降低，并且能在铝试片表面观察到单晶或粉末状图谱以及虹色干涉现象。在热自来水中清洗时，填充效率很低，水合物生成较少，其表面看不到虹色或单晶图谱，胶接强度较高。因此，要得到高剥离强度，铝表面氧化物应该是无水的。

（二）表面处理方法

1、溶剂碱液和超声波脱脂法：

溶剂脱脂法：常用擦洗法即用无油棉花（脱脂棉）沾溶剂如丙酮、汽油、甲苯等直接擦洗被粘材料表面。

碱液脱脂法：采用热碱液中处理油污表面，如30-55%磷酸钠(Na4P2O7)、10-50% NaOH 、

10-6%Na2CO3或30-85%的碱性硅酸盐。NaOH虽是强碱，由于其润湿性能并不太好，又不易漂洗干净，其效果不如碱性硅酸盐；碱性硅酸盐由SiO2 和Na2O 混合。比例为1：2时清洁效果最好；比例为1：1时，适用于铝材的清洁。

超声波脱脂法：一般部件放在功率为20瓦/cm2的超声波中处理20-60秒即可得到足够清洁表面。

2、机械加工：打磨和喷砂

砂纸打磨操作简便，但均匀性较差，难以得到相同的重复效果。

喷砂法能迅速简便的清除表面的污物，并产生不同粗糙度的表面。

3、化学腐蚀法：

被粘材料经上述处理后须放在酸液或碱液中进行化学腐蚀处理。这可进一步除去表面上的残留污物，并使表面生成具有良好内聚强度的活化或钝化氧化层，（严格控制水的纯度）。

4、涂底胶法：

在处理好的表面上，先涂一层很薄的底胶，以改进胶接性能。

5、等离子体法

用等离子体法处理PE、聚丙烯、聚四氟乙烯等难粘材料的胶接强度大大提高，这是因为表面处理后接触角降低，极限表面张力增加，因而改进胶粘剂对其侵润和粘附力。

(三) 各种材料的表面处理与胶接

1金属材料

1.1、铝合金：按脱脂——碱液处理——铬酸酸蚀处理法。溶剂脱脂法只能除去铝表面的污物使表层

的自然氧化变得干净；碱液法除去油污，又将表层自然氧化膜溶解在碱液中，并形成新的氧化膜；酸蚀法处理能溶解表层的自然氧化膜，并再生成一层致密而坚硬的氧化膜，膜厚为1-3um,内聚强度高，吸附力强，因而胶接性能良好，酸蚀处理后的表面常是在自来水中漂洗干净，并出现一层均匀水膜。待擦净并在70°C 以下烘干。

2Al(OH)3+3H2SO4 → Al2(SO) 4+6H2O

Na2CrO7+ H2SO4 → Na2SO4+2CrO3+ H2O

2Al+2CrO3 → Al2O3+ Cr2O3

美国标准处理H2SO4 ——重铬酸钠溶液配方：

Na2CrO7 1 （2.4%）（66-71°C）/10-12分浓H2SO4 10 （22.4%）（66-71°C）/10-12分蒸馏水30 （73.2%）（66-71°C）/10-12分

英国标准处理配方：Cr2O3 5% 或0 （60-65°C）/30分Na2CrO7 0 或7.5% （60-65°C）/30分浓H2SO4 127.3% 或27.3% 60-65°C）/30分蒸馏水67.7% 或65.5% （60-65°C）/30分 1.2、碳钢：在潮湿的空气易氧化生成Fe2O3.n H2O.

(1)、溶剂脱脂——在浓HCL1份和H2O1份溶液中室温浸泡5-10min——聚合漂洗干净、擦干——烘干（93°C，10min）

(2）、溶液脱脂——在Na2CrO7（4份）、浓H2SO4 （10份）和30份蒸馏水溶液71-77°C下浸泡10min——其余同（1）。

（3）、溶液脱脂——在硫酸酸钠（30份）、洗衣粉（3份）和水（96.7份）中于60-65°C下浸泡5-10min——漂洗干净并在100-105°C烘干。

1.3、不锈钢

（1）、脱脂后在100份浓H2SO4 和3份Na2CrO7溶液中于60-65°C下浸泡15min，洗净烘干。

（2）、脱脂后在100份浓HCL、4份H2O2（30%）、20份甲醛（40%）和90份H2O 中于65°C浸泡10分钟。洗净后放在浓H2SO4 （100份）、Na2CrO7 （10份）和H2O（30份）于65°C下浸泡10min，洗净烘干。

（3）脱脂后在浓HCL（2份），六次甲基四胺（5份），H2O2（1份）和H2O（20份）中于65-70°C 浸泡10min，洗净烘干。

1.4、钛合金：

(1) 脱脂后在2.7g H2O2（50%）、9.6NaOH和1000mlH2O中室温处理1-2H，洗净烘干。

(2) 脱脂后在841ml浓HCL、63ml浓HF酸和89mlH3PO4中室温浸泡2min，洗净烘干（82-93°C下10-15min）。选用胶粘剂有环氧、酚醛、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等高温胶。

1.5、镁合金：镁合金是很轻的金属，其表面活性大易生成氧化膜。镁较耐碱，但易与甲酯反应，因此脱脂溶剂只能用丙酮、三氯乙烯等。

（1）、脱脂后在NaOH（80%）中于60-80°C下浸泡5-10min，洗净放在1.8份Ca(NO3) 2、24份铬酸、123份H2O中于室温浸泡5-10min，洗净烘干。

（2）、脱脂后在Cr2O3(17份)、NaNO3（20份）、105份醋酸和100份H2O中于室温浸泡3min，洗净烘干。选用EPOXY——聚酰胺或EPOXY——橡胶型胶粘剂。

1.6、铜：铜在潮湿环境中易被腐蚀，尤其用乙二胺或DTA固化的环氧胶对铜的腐蚀作用更大。

（1）脱脂后在混合溶液中室温浸泡3min，洗净干燥，立即使用（混合溶液为浓HCL：FeCL3：H2O=50：20：30）

（2）脱脂后在溶液HNO3中浸泡约15min，并擦洗至所有腐蚀处消失至净，烘干立即使用。选用EPOXY、聚酰胺、有机硅、酚醛、氯丁胶和丁腈胶等。

1.7、锌

（1）脱脂后在HCL （6%）中于室温浸泡4min，洗净干燥立即使用。

（2）脱脂后在混合溶液中38°C浸泡5min，洗净烘干。（混合溶液为Na2CrO7：浓H2SO4 ：H2O=1：