Подготовка поверхности металлов

Свежеобработанная поверхность металлов за редким исключением золота, платины, титана и высококачественных нержавеющих сталей высокоактивна, особенно легко покрывается окисной пленкой и способна поглощать содержащиеся в воздухе загрязняющие примеси, пыль и влагу. Поэтому еще раз рекомендуем производить склейку как можно быстрее по окончании обработки поверхностей.

Обезжиривание

Поверхности металлов практически всегда загрязнены маслами. Поэтому обязательной является операция обезжиривания, которую можно производить водяным паром, протиркой поверхности тканью, смоченной растворителем (пока на чистой ткани не перестанут появляться следы загрязнения). Весьма эффективна обработка в парах растворителя. Обезжиривание должно быть тщательным, во всех случаях не будет лишним прополоскать, промыть поверхность свежей порцией чистого растворителя. Иногда только обезжириванием и ограничиваются. Но при применении более сложных методов подготовки поверхности обезжиривание является в любом случае обязательным первым этапом обработки. Проверить эффективность обезжиривания можно легко, нанеся на обработанный металл воду. В отсутствие масел или жиров образуется водяная пленка, стекающая равномерно, без капелек и разрывов.

После обезжиривания каким-либо способом для удаления грязи и прочих неорганических остатков следует использовать очищающие составы или растворы моющих средств. Крепкие щелочные неингибированные растворы применяются для черных металлов, титана и некоторых медных сплавов. Для алюминия и его сплавов, когда следует избегать травления поверхности, нужно воспользоваться ингибированными растворами. В качестве крепких щелочных растворов в отсутствие твердых щелочей можно использовать такие широко распространенные моющие средства, как «Санитарный», «Крот». В качестве ингибированных щелочных растворов можно применять растворы синтетических моющих средств. Щелочную очистку обычно сопровождают химической или механической обработкой, так как обработанные щелочью поверхности несовместимы с большинством конструкционных клеев. Перед склеиванием поверхность следует осушить горячим воздухом.

Механические методы

Механическая, абразивная обработка применяется, когда поверхность металла несет на себе заметный слой коррозии или окалины (стали, чугуны). На алюминии и его сплавах быстро образуются окислы, в отличие от инертных металлов, упомянутых выше. К механическим следует отнести методы, основанные на абразивном (истирающем) воздействии проволочных щеток, стеклянной и наждачной бумаги, дробеструйную обработку, способную удалить ненужный поверхностный слой. При том, что абразивная обработка придает поверхности шероховатость и увеличивает площадь контакта клея с субстратом, нельзя не отметить, что после такой обработки увеличивается тенденция к проникновению влаги или растворителей внутрь клеевого шва. Этот метод может оказаться абсолютно непригодным для деталей, прошедших точную механическую обработку, где конечные размеры строго заданы.

При обработке поверхностей способом обдувки сухими абразивами хороших результатов можно достичь только применением зерен с хорошими режущими кромками, т.е. применяя материалы, обладающие высокой твердостью, такие как окись алюминия, кварцевый песок или карборунд. Круглые стеклянные или металлические шарики могут вызвать наклеп металлической поверхности и потому непригодны. Природа и размер зерна являются важным фактором при дробеструйной или пескоструйной обработке. Для большинства металлов и сплавов эмпирически выяснили размер зерен абразива и методику обработки. Помимо этого, сами зерна абразивов не должны нести на себе загрязнители, которые могут свести на нет все труды. Заключительное ополаскивание растворителем удаляет остатки абразива, наличие которых на разделе клей — субстрат ослабит адгезию. Если есть возможность использовать обдувку увлажненными абразивами, надо знать, что этот способ предпочтительнее, так как при нем шире номенклатура абразивных материалов, которыми можно воспользоваться. В случае употребления в качестве увлажнителя воды применение ограничивается только некорродирующими металлами, или к воде необходимо добавлять ингибиторы коррозии.

Химические методы

Химические и электрохимические методы обработки поверхности, если их сравнивать с механическими, более эффективны, дешевы и дают хорошую воспроизводимость результатов. Помимо того, что они оказывают очищающее действие, эти виды обработки зачастую обеспечивают образование на поверхности химически стойкого слоя, способствующего долговременному сохранению прочности клеевого соединения. Процесс, именуемый травлением, включает в себя погружение субстрата в растворы кислот или щелочей (от разбавленных до крепких) при различных температурах. Кислоты или щелочи разрушают поверхностный слой окислов быстрее, чем основной металл. В случае необходимости в раствор кислот нужно добавлять ингибиторы, которые увеличивают разницу в скорости растворения металла и окисла. Это особенно важно для толстых слоев окалины, если по каким-либо причинам применение абразивной обработки недопустимо.

Удалив травлением с поверхности толстые слои окислов, далее металл следует обработать в более слабых растворах, например в ванне кислота — бихроматы, что приводит к образованию тонкой окисной пленки с необходимой структурой, прочно связанной с основным слоем металла. Заключительные промывки и ополаскивания следует проводить в чистой воде, понимая под этим воду дистиллированную, которая хранилась в условиях, исключающих попадание посторонних примесей, и ненасыщенную кислородом воздуха. Т.е. следует либо пользоваться свежеприготовленным дистиллятом, либо хранить его в герметичной таре с минимальным свободным объемом. Температура, при которой производилась обработка реагентами, промывка водой, оказывает влияние на структуру образовавшихся на поверхности металла окисных пленок, что требует скрупулезного соблюдения рекомендаций, приведенных в Табл. 3. Таким образом, несущественные технологические отклонения могут существенно снизить качество (долговечность и несущую способность) клеевого шва.

Таблица 3. Подготовка поверхности металлов

Склеиваемый материал Обезжиривающий растворитель Метод обработки поверхности Примечание
Алюминий и алюминиевые сплавы Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или провести мокрую пескоструйную обработку, или зашкурить наждачной шкуркой №100*, а затем обезжирить растворителем Предназначен для клеевых соединений общего назначения. Обдувка стальной дробью не рекомендуется
2. Травить в течение 30 мин при 60...65°С в растворе, мас. ч.:
серная кислота (93%, плотность 1.84)...27.0
бихромат натрия (кристаллический)...7.5
вода (дистиллированная)...2.5
Промыть водопроводной водой, затем прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
Применяется для получения максимальной прочности склеивания. При промывке и сушке температура не должна превышать 65°С
3. Погрузить на 5 мин при 65°С в раствор, мас. ч.:
метасиликат натрия...1.0
очищающее средство (не диссоциирующее)...0.1
вода (дистиллированная)...40.0
Промыть водопроводной водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
Пригоден для обработки фольги. При промывке и сушке температура не должна превышать 65°С
4. Погрузить на 10 мин при 77±6°С в раствор, мас. ч.:
метасиликат натрия...30
едкий натр...1.5
пирофосфат натрия...1.5
очищающее средство...0.5
вода (дистиллированная)...28.0
Промыть в воде с температурой ниже 65°С и травить 10 мин при 68±3°С в растворе, мас. ч.:
бихромат натрия...1
серная кислота (93%, плотность 1.84)...10
вода (дистиллированная)...30
Промыть водопроводной водой, затем прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
При сушке и промывке температура не должна превышать 65°С. Применяются также растворы с иными соотношениями бихромата натрия, серной кислоты и дистиллированной воды — 7:2:17; 3:5:15; 2:2:6; 1:2:7. Не рекомендуется для обработки фольги
5. Травить в течение 3 с при 20°С в растворе, мас. ч.:
азотная кислота (67%, плотность 1.41)...3
плавиковая кислота (48%)...1
Промыть холодной, затем горячей водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
Предназначен для литьевых сплавов с высоким содержанием меди. При промывке и сушке температура не должна превышать 65°С
Бериллий Трихлорэтилен Погрузить на 5...10 мин при 20°С в раствор, мас. ч.:
едкий натр...20...30
вода (дистиллированная)...170...180
Промыть водопроводной водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить в печи 10 мин при температуре 121...177°С
Бронза и латунь (см. также медные сплавы) Трихлорэтилен Травить 5 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
окись цинка...20
серная кислота (93%, плотность 1.84)...460
азотная кислота (67%, плотность 1.41)...360
Промыть в воде с температурой ниже 65°С, повторно травить в кислотном растворе 5 мин при 49°С. Промыть водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
При промывке и сушке температура не должна превышать 65°С
Кадмий Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, или зачистить наждачной шкуркой №100, а затем обезжирить растворителем Пригоден для клеевых соединений общего назначения
2. Никелировать или серебрить гальваническим методом Для обеспечения максимальной прочности склеивания
Хром Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, или зачистить наждачной шкуркой № 100, а затем обезжирить растворителем Пригоден для клеевых соединений общего назначения
2. Травить 5...10 мин при 90...95°С в растворе, мас. ч.:
соляная кислота (37%)...17
вода...20
Промыть холодной, затем горячей водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить горячим воздухом
Для обеспечения максимальной прочности склеивания
Медь и медные сплавы Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — опескоструить или зачистить проволочными щетками или наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить в парах растворителя Пригоден для клеевых соединений общего назначения. Для фольги использовать наждачную шкурку зернистостью 320
2. Травить 10 мин при 66°С в растворе, мас. ч.:
сульфит трехвалентного железа...1.0
серная кислота (95%)...0.75
вода...85
Промыть в воде при 20°С и травить в холодном растворе, мас. ч.:
бихромат натрия...5
серная кислота (95%)...10
вода...85
Прополоскать в воде, окунуть в аммиак (плотность 0.88) и промыть в водопроводной воде. Прополоскать в дистиллированной воде и просушить теплым воздухом
Для обеспечения максимальной прочности склеивания. Пригоден для латуни и бронзы
3. Травить 1...2 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
хлорное железо (раствор 42 мас. %)...0.75
азотная кислота (плотность 1.42)...1.5
вода...10
Промыть холодной водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить в струе воздуха при 20°С
Для обеспечения максимальной прочности при склеивании эпоксидными клеями рекомендуется наносить адгезионный грунт — смолу Х83/65. Применяются также растворы с иными соотношениями хлорного железа, азотной кислоты и воды — 1:1:10; 1:2:7; 2:4:27; 1:2:13
4. Травить 30 с при 20°С в растворе, мас. ч.:
персульфат аммония...1
вода...4
Промыть холодной водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить в струе воздуха при 20°С
Взамен предыдущего травящего раствора для случаев, когда необходима быстрота обработки
Германий Трихлорэтилен Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, а затем обезжирить растворителем
Золото Трихлорэтилен Слегка зашкурить мелкозернистой наждачной шкуркой, а затем обезжирить в парах растворителя или жидким растворителем
Железо См. Сталь низкоуглеродистая
Свинец и свинцовые припои Трихлорэтилен Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, затем обезжирить растворителем
Магний и магниевые сплавы Трихлорэтилен 1. Зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100 и обезжирить растворителем Клей наносить немедленно по окончании очистки
2. Погрузить на 5 мин при 70...75°С в раствор, мас. ч.:
едкий натр...126
вода...1000
Промыть в холодной воде и травить 5 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
хромовый ангидрид...100
вода...1000
сульфат натрия (безводный)...28
Промыть в холодной воде, прополоскать в дистиллированной воде, просушить на воздухе при 40°С
Применяется для обеспечения максимальной прочности склеивания, клей следует наносить сразу же
3. Погрузить на 3 мин при 20°С в раствор, мас. ч.:
хромовый ангидрид...16.6
нитрат натрия...20
уксусная кислота (ледяная)...105
вода...100
Промыть в холодной воде, прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе при 40°С
Взаимозаменяем с раствором по методу 2
4. Обезжирить в парах растворителя и погрузить на 10 мин при 70°С в раствор едкого натра (63 г/л). Прополоскать в дистиллированной воде и погрузить на 5 мин при 55°С в раствор, мас. ч.:
хромовый ангидрид...13.8
нитрат кальция...1.2
вода...85.0
Прополоскать в дистиллированной воде и погрузить на 3 мин при 55°С в раствор, мас. ч.:
хромовый ангидрид...10
сульфат натрия...0.5
вода...89.5
Прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе при 60°С
5. Травить 30 мин при 60...70°С в растворе, мас. ч.:
бихромат натрия...10
сульфат магния...5
сульфат марганца...5
вода...80
Прополоскать в обычной, затем в дистиллированной воде, просушить
на воздухе
6. Обезжирить растворителем и погрузить на 20 мин в кипящий раствор следующего состава, мас. ч.:
бихромат аммония....5
сульфат аммония...3
бихромат натрия...1.5
аммиак (плотность 0.88)...0.3
вода...93.7
Промыть теплой водой, затем прополоскать в дистиллированной воде и просушить
7. Анодировать в растворе кислого фтористого аммония (100 г/л) с температурой до 30°С при напряжении переменного тока 90...120 В до тех пор, пока плотность тока станет ниже 0.45 А/м2 поверхности одного электрода. Промыть в воде и просушить
8. Травить 10...15 с при 20°С в растворе, мас. ч.:
серная кислота (93%, плотность 1.84)...1
азотная кислота (67%, плотность 1.41)...2
вода...45
Прополоскать в холодной воде и протравить в растворе с хромовой кислотой либо по методу 2, либо по методу 3
Хороший травящий раствор для плохо оксидированных или потускневших поверхностей, загрязненных пригоревшей смазкой, используемой при горячей штамповке или волочении
9. Обезжирить в парах растворителя и анодировать при 20...30°С вследующем растворе, мас. ч.:
едкий калий...12
алюминий (металл)...0.75
фторид калия (безводный)...3.4
тринатрийфосфат...3.4
перманганат калия...1.5
вода...80
Использовать переменный ток напряжением до 85 В при плотности тока 1.1...1.4 А/м2 поверхности одного электрода. Промыть в холодной дистиллированной воде и просушить на воздухе
Никель Трихлорэтилен 1. Зашкурить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить жидким растворителем Для клеевых соединений общего назначения
2. Травить 5 с при 20°С в азотной кислоте (67%, плотность 1.41). Промыть в холодной, затем в горячей воде. Прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе при 40°С
Платина Трихлорэтилен Слегка зашкурить наждачной шкуркой зернистостью 320, обезжирить жидким растворителем или в парах
Серебро Трихлорэтилен Зашкурить наждачной шкуркой зернистостью 320, затем обезжирить растворителем
Стали коррозионно-стойкие Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — зачистить наждачной шкуркой зернистостью 320 или обдуть абразивным порошком, или провести мокрую пескоструйную обработку, затем обезжирить растворителем
2. Погрузить на 10 мин при 70...80°С в раствор, мас. ч.:
метасиликат натрия...6.4
пирофосфат натрия...3.2
едкий натр...3.2
вода...32.1
Промыть в холодной, затем в дистиллированной воде. Просушить на воздухе при 93°С
Обработка в щелочной ванне для очистки поверхности, используется для клеевых соединений общего назначения
Стали низкоуглеродистые, железо и черные металлы (кроме коррозионно-стойких) Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость обдувкой абразивным порошком или мокрой пескоструйной обработкой, затем обезжирить растворителем, не содержащим воды Предпочтительнее применять ксилол или толуол, чем ацетон или другие кетоны, так как они могут содержать влагу в количествах, достаточных для ржавления
2. Зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем Для клеевых соединений общего назначения. При пескоструйной обработке следует использовать песок зернистостью 60...70 меш; давление 60 Н/см2
3. Травить 5...10 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
соляная кислота (37%)...1
вода...1
Промыть холодной водой, прополоскать в дистиллированной воде и просушить теплым воздухом 10 мин при 93°С
Склеивание следует производить немедленно по окончании обработки, так как черные металлы ржавеют. Если склеивание нужно выполнять не сразу, следует применять абразивную обработку
Травить 10 мин при 60°С в растворе, мас. ч.:
ортофосфорная кислота (88%)...1
этиловый спирт (денатурированный)...2
Удалить нейлоновой кистью черный налет при промывке в проточной воде. Прополоскать в дистиллированной воде и просушить с нагревом 1 ч при 120°С
Применяется для обеспечения максимальной прочности клеевых соединений. Можно также взамен нагрева при 120°С использовать электролитическое травление в серной кислоте (до появления на обрабатываемой поверхности газовых пузырьков)
5. Погрузить на 5 мин при 60...65°С в раствор, мас. ч.:
ортосиликат натрия...30
алкиларилсульфонат натрия...3
вода...967
Промыть в горячей дистиллированной воде и просушить в нагревательной печи при 100...105°С
Для клеевых соединений общего назначения
6. Травить 10 мин при 71...77°С в растворе, мас. ч.:
бихромат натрия...4
серная кислота (93%, плотность 1.84)...10
вода...30
Прополоскать в обыкновенной, затем в дистиллированной воде и просушить при 93°С
Можно также применять раствор с соотношением бихромата, кислоты и воды 2:5:15 (травление 10 мин при 71...77°С)
Олово Трихлорэтилен Слегка зачистить тонкой наждачной шкуркой (зернистостью 320) и обезжирить жидким растворителем или паром
Титан и титановые сплавы Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке либо зачистить наждачной шкуркой с зернистостью 100. Затем обезжирить растворителем Для клеевых соединений общего назначения
2. Погрузить на 10 мин при 70...80°С в раствор, мас. ч.:
метасиликат натрия...6.4
пирофосфат натрия...3.2
едкий натр...3.2
вода...32.1
Промыть в холодной, затем в дистиллированной воде. Просушить на воздухе при 93°С
Обработка в щелочной ванне для очистки поверхности. Используется для клеевых соединений общего назначения
3. Травить 5...10 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
фторид натрия...2
хромовый ангидрид...1
серная кислота (93%, плотность 1.84)...10
вода...50
Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде. Просушить на воздухе при 93°С
4. Травить 2 мин при 20°С в растворе, об. ч.:
плавиковая кислота (60%)...84
соляная кислота (37%)...8.9
ортофосфорная кислота (85%)...4.3
Прополоскать в обычной и в дистиллированной воде, просушить на воздухе при 93°С
Для обработки сплавов перед склеиванием полибензимидазольными клеями. Склеивать не позднее чем через 10 мин после окончания обработки
5. Травить 2 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
тринатрийфосфат (раствор 50 г/л)...25
фторид калия (раствор 20 г/л)...10
плавиковая кислота (2.6%)...15
Прополоскать и выдержать в воде 15 мин при 60°С, прополоскать в дистиллированной воде и просушить на воздухе
6. Травить 10...15 мин при 38...52°С в растворе, об. ч.:
азотная кислота
(69,8%, плотность 1,42)...6
плавиковая кислота (60%)...1
вода...20
Промыть водой, затем дистиллированной водой. Просушить в нагревательной печи при 71...82°С в течение 15 мин
Для обработки сплавов, подлежащих склеиванию полиамидными клеями, можно также использовать раствор с соотношением азотной, плавиковой кислоты и воды 5:1:27 (по массе), травить 30 с при 20°С
Вольфрам и вольфрамовые сплавы Трихлорэтилен Травить 1...5 мин при 20°С в растворе, мас. ч.:
азотная кислота (69%, плотность 1,42)...6
плавиковая кислота (60%)...1
серная кислота (93%, плотность 1,84)...10
вода...3
В раствор добавляется несколько капель перекиси водорода (20%). После травления прополоскать в обычной, затем в дистиллированной воде. Просушить на воздухе 15 мин при 71...82°С
Уран Трихлорэтилен Провести абразивную обработку металла в ванне из жидкого клея (используются эпоксидные смолы) Предотвращает окисление металла
Цинк и цинковые сплавы Трихлорэтилен 1. Придать поверхности шероховатость — обдуть абразивным порошком или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, или зачистить наждачной шкуркой с зернистостью 100, затем обезжирить растворителем Для клеевых соединений общего назначения
2. Травить 2...4 мин при 20°С в растворе, об. ч.:
соляная кислота (37%)...10...20
вода...90...80
Прополоскать в теплой воде, затем в дистиллированной воде. Просушить 30 мин на воздухе при 66...71°С
Взамен соляной кислоты можно использовать ледяную уксусную кислоту
Травить 3...6 мин при 38°С в растворе, мас. ч.:
серная кислота (93%, плотность 1.84)...2
бихромат натрия (кристаллический)...1
вода...8
Прополоскать в воде, затем в дистиллированной воде. Просушить на воздухе при 40°С
Для свежеоцинкованного металла

*Здесь и далее номера шкурок и зернистость абразивов приведены в мешах.