粘接的工艺方法（二）_爱游戏老版本下载网

（3）除锈粗化金属材料在空气中由于氧、水分及其他介质作用引起的腐蚀或变色叫做生锈或锈蚀，其腐蚀产物习惯上称为“锈”。一般在高温下空气对金属的侵蚀叫做氧化，其氧化产物称为“氧化皮”。锈蚀和氧化皮妨碍环氧胶黏剂对被粘基体的湿润，需要清除，露出基体的新鲜表面。为了增加粘接面积提高粘接强度，通常要求表面具有适当的粗糙度。对于金属材料，在除锈的同时，往往也会达到粗化的目的，因此归为一起讨论。

除锈的方法有手工法、机械法、化学法、电解法、超声波法等。

①手工除锈手工法除锈主要是依靠人力使用简单的工具进行打磨，这些工具有砂布、砂纸、锉刀、刮刀、砂轮、钢丝刷、不锈钢丝刷等，通过擦、锉、刮、磨、刷等方式除去金属表面的锈蚀并获得适当的粗糙度。这些方法最简单，用之最普遍，但劳动条件比较差、效率低，只适用于对粘接强度要求不太高或作为预处理的情况。

②机械除锈机械法是利用某种机械设备及工具除去金属表面的锈蚀，这些机械有手提式钢板除锈机、电动砂轮、风动刷、电动刷、砂带机、除锈枪、喷砂机、磨光轮、角向磨光机等，通过摩擦与喷射金属表面而除锈。

利用喷砂机喷射出高速砂流对金属表面除锈粗化，是速度最快、效率最高、效果最好的一种快捷、简便、易控的高模量材料表面处理方法，可以除掉氧化皮、锈蚀、型砂、积炭、焊渣、旧漆层等污物。喷砂机由压缩空气泵、储气罐、油水分离器、橡胶管、喷枪等组成。喷砂处理用的磨料有河砂、海砂、矿砂、石英砂、氧化铝、金刚砂、钢丸，普遍采用的为河砂、石英砂、钢丸等。为了得到较均匀粗糙的表面，所用磨料应当筛选，尽量使粒度大小基本一致。磨料还应在120℃左右烘干，干燥砂粒能获得最大的摩擦效应，并可防止湿砂对金属表面的不良影响。

喷砂处理可分为干法喷砂和湿法喷砂。干法喷砂又分为露天喷砂和无尘喷砂，干法露天喷砂一般采用河砂或石英砂，粒度80～100目，以0.2～0.7MPa压力的压缩空气喷射。可除掉钢板表面的锈层和氧化皮，获得粗糙度均匀的表面。干法露天喷砂简单易行，适用于大面积的表面处理，只是粉尘浓度大，污染环境，易患矽肺，危害健康，并且砂粒也难以回收。

干法无尘喷砂是加砂、喷砂、集砂回收和工件都在密闭系统里，完全可以避免粉尘飞扬，没有空气污染，保护环境，砂粒回收容易，可重复使用，只是不能对大面积工件进行表面喷砂处理。

湿法喷砂比干法喷砂适应性更大，是将水和砂粒（如氧化铝）按比例为3:1（体积）混合成砂浆，砂粒粒度140～325目，再以压力为0.2～0.7MPa的压缩空气喷射。为防止喷砂处理后再生锈，预先于水中加入缓蚀剂，如亚硝酸钠、三乙醇胺、乳化剂等，亚硝酸钠的浓度为0.3%～0.5%，三乙醇胺为0.1%～0.3%，乳化剂为0.5%～1.0%。湿法喷砂处理的质量好，无粉尘产生，但冬天不能露天操作。

为了避免砂尘飞扬，开始采用金属丸代替河砂或石英砂进行喷砂处理，金属丸粒度为6～50目，广泛用于型钢、圆钢、带材、板材等的除锈处理。

应当指出，喷砂处理方便高效，但对于薄型件不宜采用，容易产生翘曲或变形。细小部位很难处理。也不适用于高弹性材料。

干冰喷砂是清垢除污的新方法，利用低温（-73℃）的干冰细粒喷向被处理表面，使表面的污垢冷冻脆化及炸裂。当干冰细粒钻进污垢裂缝后，随即气化，瞬间其体积膨胀近800倍，从而使污垢脱离被粘物表面。

③化学除锈化学法除锈就是利用化学反应方法把金属表面的锈蚀溶解剥落，它特别适用于小型和比较复杂的工件，或者是无喷砂设备条件的情况。化学除锈的依据是金属的锈蚀产物主要是金属的氧化物及氢氧化物，可被酸或碱溶解，实质是一种强腐蚀。

a.钢铁的除锈钢铁表面的锈蚀主要成分是Fe₂O₃及Fe₃O₄和FeO，热处理后的氧化皮主要是Fe₃O₄。这些铁的氧化物都可用硫酸、盐酸或混合酸处理除掉，其化学反应如下：

上述反应（1）和（4）进行最快。三氧化二铁和四氧化三铁是不大容易溶解的，只有当酸渗到铁的表面，铁为阳极，与氧化皮接触处首先溶解，生成氢气，产生压力，才使氧化物从钢铁表面脱落：

同时，放出的氢气能使三氧化二铁和四氧化三铁还原为氧化亚铁，加大了在酸中的溶解度，还能加快黑色氧化皮的剥落。因而加速了除锈过程：

然而，氢气还可渗入钢铁内部，引起氢脆。另外，氢气逸出会带酸雾，危害健康。为了消除这些不利影响，防止和减少除锈过程对金属基体的腐蚀和氢脆，可于除锈液中加入适当的缓蚀剂。常用的缓蚀剂为：用于硫酸溶液的缓蚀剂有若丁、乌洛托品-硫脲、有机胺类、邻二甲苯硫脲、醛胺缩合物等；用于盐酸溶液的缓蚀剂有六次甲基四胺、松香咪唑啉、糠醛等。缓蚀剂的用量一般为1～3g/L。若丁（rodine）的主要成分为邻二甲苯硫脲、糊精、平平加、氯化钠。

铸铁件因含硅若以盐酸除锈需加入一些氢氟酸，可加入六次甲基四胺、若丁、2-巯基苯并噻唑+OP等作缓蚀剂。

以酸除锈要控制酸的浓度、处理温度和时间。硫酸的浓度控制在20%～25%最好，盐酸以15%～20%为佳。硫酸溶液的温度一般在50～60℃，盐酸溶液的温度一般为30～40℃。

盐酸比硫酸溶解金属氧化物的能力强，但硫酸发生氢脆现象比盐酸少。

钢铁化学除锈的典型配方如下。

配方1：硫酸（96%） 150～250g/L

硫脲 2～3g/L

水余量

处理温度40～60℃；处理时间1～3min。

配方2：盐酸（38%） 150～200g/L

六次甲基四胺 1～3g/L

水余量

处理温度30～40℃；处理时间：1～3min。

配方3：盐酸（38%） 100g/L

氢氟酸 10～20g/L

水余量

处理温度30～40℃；处理时间1～5min。

该配方适用于铸件的除锈。

配方4：盐酸 15%～18%

氢氟酸 1.0%

六次甲基四胺 0.5%

水余量

用于钢铁氧化皮的酸洗。

钢铁除锈后不能用丙酮或丁酮擦洗，而应用甲苯，因为酮类含有微量水分易引起生锈。

b.不锈钢的除锈不锈钢的表面有氧化铬保护层，对酸有很强的耐蚀性，因此，常用硝酸和氢氟酸混合液除去无机和有机污物，其中硝酸的作用是使有机污物氧化分解，并使不锈钢钝化，而氢氟酸则对无机锈蚀有温和的溶解作用。不锈钢的除锈一般分为松散（动）锈蚀和除掉锈蚀两步。如果锈层很薄，只进行第2步即可。

松散锈层的配方为：

硫酸 100g/L

盐酸 100g/L

水余量

处理温度55～60℃；处理时间10～15min。

除掉锈层的配方为：

硫酸 70g/L

硝酸（65%） 120g/L

氢氟酸（35%） 20g/L

水余量

处理温度18～25℃；处理时间30～60min。

为防止对基体腐蚀，可加入少量缓蚀剂826（有机胺类）。为避免再氧化应在22%～30%的稀硝酸中进行钝化处理，温度为50℃:左右，时间控制在20～60min。

c.铝及其合金除锈铝及其合金表面的氧化膜，可用碱溶液或酸溶液除去，其中以碱溶液用得最普遍。碱溶液除锈的速度快、效率高。表面油污不严重时，不需要预先除油，可同时进行，但是，如果控制不严，容易造成基体腐蚀，而酸溶液除锈则无此弊端，不过要预先用有机溶剂除油。

常用的碱液为10%左右的氢氧化钠溶液，温度18～25℃，浸蚀时间0.5～1min。再于稀硝酸中20～30℃进行浸蚀钝化0.1～0.2min。为了改善外观，可于10%的氢氧化钠溶液中加入2%的氯化钠。

酸溶液的配方为：

铬酐 65g/L

硫酸 350g/L

水余量

处理温度60～70℃；时间0.5～20min。

铝合金经表面处理后，膜的底部为多孔结构，顶部为须状结构，其粘接性能显著提高。

d.铜及其合金除锈铜及其合金的除锈通常在硫酸、硝酸和加有少量盐酸的混合液中进行。表面有黑色氧化亚铜薄层的工件，在浸蚀前应先用10%（质量）硫酸溶液进行预浸蚀，然后再进行光亮浸蚀，光亮浸蚀的配方为：

硫酸（96%） 10～20mL

铬酐 100～200g

水稀释至 1000mL

处理温度18～25℃；处理时间1～3min。

还有，铜表面用39%FeCl₃水溶液处理1min，然后用25%盐酸水溶液浸1min，再用磷酸钠水溶液85～90℃浸泡2min，取出后水沸15min，110℃干燥2h。可以提高铜的粘接强度。

e.锌及其合金除锈锌及其合金的锈蚀为白色、灰色和白色粉末的薄层，除锈配方为：

氢氧化钠 5～10

水 1.0

处理温度60～70℃；处理时间0.5～1.0min。

采用化学方法除锈需注意如下一些事项。

Ⅰ.除锈液一般都具有强腐蚀性，要注意安全，不得使溶液飞溅到皮肤或衣物上。

Ⅱ.除锈各步过程必须连续进行，中途不要停顿，不然会影响除锈质量和效果。

Ⅲ.除锈过程中应保持溶液浓度基本不变，水的蒸发应随时补加。

Ⅳ.必须严格控制温度和时间，以防过度腐蚀基体金属。

Ⅴ.以热溶液除锈时，取出后应先用热水洗，再用冷水冲洗；于室温进行除锈时，取出后先用冷水洗，再用热水冲洗。清洗要彻底，不残留酸碱液。

Ⅵ.必须注意水质的变化，这是影响处理效果的重要因素，尤其是漂洗水的纯度，对处理效果影响更大。

Ⅶ.严禁将氧化剂、酸与酸酐放在一起，例如硫酸、铬酐、亚硝酸钠应分开存放，以防混合产生爆炸或燃烧。

Ⅷ.废液要妥善处理，不能随便排液，防止污染水体。

Ⅸ.强酸、强碱具有腐蚀性，氢氟酸毒性很大，需要注意安全，通风良好，严防泄漏，防止受害。

④电解除锈电解除锈就是把零件放在电解液中，通以直流电发生电化学反应除锈，基本上分为阳极除锈、阴极除锈及阴极与阳极混合除锈三种。阳极电化学除锈就是被处理的金属作为阳极，通电后在阳极上产生的氧气的机械力把金属表面的锈层剥落下来。该法不发生氢脆，但使金属基体在除锈的同时受到较大腐蚀，所以很少采用。阴极除锈是被处理的金属作为阴极，通电后阴极上产生氢气还原氧化铁，使它易溶于酸液中，加上氢气的机械力使锈层脱落，其优点是金属基体一般不受腐蚀。但因为有氢气产生，就存在氢脆问题。采用适当的缓蚀剂不仅可以抑制停电时金属基体的溶解，而且能够防止氢脆。阴极与阳极混合除锈可扬长避短。

钢铁阴极除锈的配方为：

盐酸 20～25g/L

硫酸 120～160g/L

水余量

操作条件：电压5～7V；阴极电流密度2～10A/d㎡；温度60～70℃；时间4～7min。

⑤一步法除锈一般情况下是先除油后除锈，分两步进行。现已有一步法除锈工艺，除油、除锈、钝化、磷化同时完成，工艺简单，效率很高，适用于带有薄油轻锈工件的表面处理，而对厚油重锈的工件效果不好。

一步法除锈液是由乳化剂、除锈剂、磷化剂、钝化剂等组成，其典型配方如下。

配方1：

硫酸 120～160g/L

氯化钠 30～50g/L

十二烷基硫酸钠 0.03～0.05g/L

平平加（102） 20～25g/L

硫脲 0.8～1.2g/L

水余量

处理温度70～90℃；处理时间至锈除净。

适用于黑色金属除油、除锈。

配方2：

磷酸（85%） 110～180g/L

十二烷基苯磺酸钠 20～40g/L

氧化锌 30～50g/L

硝酸锌 150～170g/L

氯化镁 15～30g/L

酒石酸 5～10g/L

重铬酸钾 0.2～0.4g/L

钼酸铵 0.8～1.2g/L

水余量

处理温度70℃以下；处理时间5～15min。

适用于黑色金属除油、除锈、磷化、钝化。

（4）化学处理化学处理就是将被粘物放在酸、碱、盐等溶液或络合物中进行处理，通过化学反应使表面活化或钝化。表面形成牢固稳定的氧化层和特殊的化学结构及表面性质，有利于产生良好的湿润性和强劲的粘接力，提高粘接强度、耐水性、耐湿热老化性和耐久性。例如以草酸一硫酸氧化法［草酸24（质量）份、浓硫酸20份、水200份配成处理液，于85～900℃处理至表面呈褐色］处理不锈钢，用E-51爱游戏老版本下载 80份、PPGGE（聚丙二醇二缩水甘油醚）20份、DDS30份组成的环氧胶粘接，比未进行化学处理的剪切强度提高约130%。以硅酸-磷酸钠法［硅酸钠4（质量）份、焦磷酸钠2份、十二烷基硫酸钠0.6份、蒸馏水200份，于70～85℃浸泡10min，蒸馏水冲洗，90℃烘干］处理铝合金，用上述环氧胶粘接，要比未经化学处理的剪切强度提高150%多。化学处理包括硫酸-重铬酸钠、氯化铁-硝酸、硝酸-氢氟酸、钠萘、阳极氧化等，其中硫酸-重铬酸钠溶液浸蚀法虽然粘接强度高，却无防腐蚀性，且耐久性差。阳极氧化能形成耐腐蚀性氧化膜，尤以磷酸阳极氧化（PAA）处理后的粘接强度和耐久性最好。磷酸阳极氧化的具体过程为：①在碱液中（60～65℃）浸泡10～15min；②用自来水（40～60℃）冲洗5min；③在硫酸-重铬酸钠水溶液中（65～70℃）浸泡10～15min；④第1次在40℃以下的自来水喷洗20min，第2次在40℃以下自来水浸泡5min；⑤浸入9%～12%（质量）的磷酸水溶液（19～25℃）中，用14～16V直流电阳极化20～25min；⑥第1次在40℃以下自来水浸泡3min，第2次在40℃以下自来水浸泡10min；⑦用65℃以下热风干燥30min。

磷酸阳极氧化铝合金不仅粘接强度高，而且粘接的耐久性突出。然而，磷酸阳极氧化后表面形成不导电的氧化层，对于有导电要求的铝型材室温粘接，该法不适用。需要采用导电氧化方法。

首先是碱液除油，即在氢氧化钠20～35g/L、碳酸钠20～30g/L的溶液中（40～60℃）浸泡2min，然后用50～60℃热水洗，再冷水洗。

接着进行酸性氧化，溶液配方为：

三氧化铬（CrO₃） 5～10g/L

高锰酸钾（KmnO₄） 4～5g/L

氟化钠（NaF） 2～5g/L

磷酸（H3PO₄） 5～15g/L

室温浸泡5～10min。取出后冷水洗1～3min，用60～70℃热水洗1～3min，热风吹干。

化学转化处理是使铝合金表面形成致密而均匀的连续薄膜，以铬酸/盐酸、磷酸/盐酸和氢氟酸为基础。转化膜形成后必须用清水冲洗，然后热风干燥，以增强膜层的硬度。

化学处理可在玻璃、陶瓷、耐化学腐蚀的塑料、搪瓷等容器中进行，若含有能腐蚀玻璃、陶瓷、搪瓷的化学药品（如氢氟酸、氟化物等）时，应改用聚乙（丙）烯等容器。需定期更换化学处理液，以防污染并保证足够的浓度。

经过化学处理的粘接可以大大提高粘接强度和耐久性，适用于对粘接性能要求比较高的情况。化学处理工艺繁杂，除油、除锈、粗化之后需进行溶液浸蚀，然后还要经过多次冷热水冲洗，清除酸碱物质，有的还要钝化，最后干燥。金属阳极氧化形成牢固的氧化膜表面，能显著提高粘接强度、耐水性和耐久性。有些非金属材料例如难粘塑料，经过化学处理后引入活性基团，可用一般的环氧胶黏剂直接粘接。

化学处理用的氢氟酸是剧毒物质，铬酸及铬酸盐毒性也很大，硫酸、硝酸、氢氧化钠等都有强腐蚀性，使用时一定要特别当心，注意安全，通风良好，防止中毒，避免伤害，减少泄漏，保护环境。化学处理后的废液及冲洗用水应进行必要的处理，不可随意排放造成环境污染。由于六价铬的高毒性和致癌性，近年来，德国汉高公司开发了钢铁、铝合金的表面处理无铬化技术。表7-12列举了各种材料化学处理方法。金属粘接前的处理可参考ASTMD2651-01标准，结构粘接的铝表面磷酸阳极化处理方法参见ASTMD 3933-98标准，塑料粘接前表面处理方法可参考ASTMD 2093-97标准。国内已开发成功一种金属粘接前KJ型表面处理剂，主要成分为环己六醇六磷酸酯，能与金属反应生成络合物，在金属表面形成一层致密单分子保护膜，阻止氧气和湿气对金属的腐蚀，且与环氧胶结合力强。实践证明，完全可以替代传统的磷化工艺，高效、无毒、环保。

（5）等离子体处理等离子体是一种由离子、电子和中性粒子组成的部分或全部反应活性很大的离子化气体。等离子化学反应的主要特征是只在固体材料表面薄层发生反应，而材料内部基本不受影响，处理时间（几秒到几分钟）很短。因此，将这一特性用于高分子材料的表面改性，具有重要的实际意义。尤其是低表面能材料如聚烯烃、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、硅橡胶等，可使粘接强度提高十到几百倍。经过等离子处理的聚醚醚酮用环氧胶黏剂粘接的强度很高。聚乙（丙）烯在氧等离子体中处理10min后，用环氧胶黏剂粘接的剪切强度大于20MPa。

若想获得高质量、重复性好的等离子体，需要精心控制反应气体及其混合气体的性质、气体压力和流速、放电能量密度、表面温度和工件的电子能量、能量发生器的激发频率等参数。

等离子体产生的高能粒子和光子与聚合物表面发生强烈相互作用，其结果是除去有机污染物，使表面清洁，通过消融和蚀刻消除弱界面层并增大粘接面积；表面分子接枝或交联，形成膜层，改善耐热性和粘接强度；表面氧化出现新的活性基团，产生酸碱相互作用和共价键结合。