Предварительная обработка для клейкого соединения

В настоящее время все чаще предпочтение отдается клейким соединениям, особенно  в самолетостроении. Данный тип соединения становится все более предпочтительным, чем механические соединения или сварка, поэтому в настоящее время ведется много работ, направленных на оптимизацию методов для подготовки поверхностей подобных способом. В данном случае большое значение имеют факторы начальной силы сцепления и долговечности сцепления, при этом было установлено, что необходимая подготовка поверхности должна давать равномерный оксидный слой на поверхности алюминия, обладающий следующими характеристиками. Он должен прилегать плотно к металлу основания и иметь стойкое сцепление, быть смачиваемым адгезивом,  восприимчивым к формированию адгезивных связей и не разлагаться в окружающей среде.

Наиболее простым способом подготовки поверхности в данном случае является механическая обработка с помощью обычных методов, однако она должна обеспечивать начальную силу сцепления, продолжительность сцепления в коррозийной или влажной среде зачастую достаточно низкая. Было выяснено, что достаточно хорошие показатели долговечности могут быть получены путем использования щеток Скотч-брайт, хотя в данном случае анодирование образцов осуществлялось с помощью фосфорной кислоты и производилось после механической обработки.

Химическая очистка, которая производится в ингибированных щелочных растворах, является еще одной альтернативой, однако при этом так же часто наблюдается плохая стойкость. В результате были разработаны специальные способы травления для обеспечения большей продолжительности сцепления. Наиболее известным из этих методов был разработан Форест Продуктс Лаборатори и известен как травление FPL. Используемый в этом случае раствор содержит хромат натрия и серную кислоту, далее приводится рекомендуемая процедура подготовки:

1.  Удалите с поверхности смазку или масло с помощью соответствующего растворителя.

2.  Погрузите в умеренное щелочное средство для удаления смазки.

3.  Промойте в горячей воде.

4.  Погрузите в травильное средство FPL на 15-30 минут при 60ºС

5.  Промойте в проточной воде на протяжении 20 минут.

6.  Просушите в теплом воздухе (20 минут).

Сцепление происходит в первые 3 часа предварительной обработки.

В Великобритании используется подобные раствор, который содержит:

В процессе обработки с помощью данного травильного средства происходит удаление оригинального оксидного слоя, а с поверхности растворяется 1-3 микрона алюминия. После этого происходит формирование новой более однородной оксидной пленки, которая утолщается в процессе промывки.  Было выдвинуто предположение, что данный оксид имеет поверхность, состоящую из нитевидных выступов, которые  имеют большое значение для обеспечения силы и надежности сцепления. Конечно, подобная поверхность покрыта многочисленными микроскопическими лунками, которые находятся внутри лунок большего размера.   Влияние переменных на процесс травления было подробно изучено Биджлмером,  срок службы раствора изучался МакНамаром и др., а общее исследование данного типа предварительной обработки было осуществлено Молони.

Благодаря присутствию шестивалентного хрома в травильных средствах типа FPL были разработаны альтернативные системы без использования хрома, в частности, основанные на растворах серной кислоты и сульфате железа.  Подобные растворы подробно изучались Русселем и Гарнисом, а так же Роджерсом, в результате чего они заключили, что травильное средство, содержащее 370 г/л концентрированной серной кислоты и 150 г/л сульфата железа (75% по весу), используемом при 68ºС на протяжении 16 минут дает такие же результаты, как и при использовании травильного средства FPL.

В большинстве случаев используемые травильные средства используются для предварительной обработки перед анодированием хромовой и фосфорной кислотой, преимущества, даваемые подобной дополнительной обработкой, были изучены Боенгом. Сравнительный анализ стойкости соединения, получаемого с помощью оптимизированного травильного средства FPL и анодирования серной кислотой проводился МакМиланом , типичные результаты приведены на рисунок.

Ученые Томпсон и Хитон провели сравнительный анализ анодирования с помощью фосфорной и серной кислоты, в качестве предварительной обработки перед сваркой или покраской. Они заключили, что обработка с помощью фосфорной кислоты является более предпочтительной, это оказалось особенно верным при использовании адгезива на основе эпоксида. Данная тема подробно изучалась учеными Козма и Олефджорд, Гритчлов и Брюис  так же представили широкий обзор различных типов предварительной обработки. При проведении другого исследования те же авторы  подтвердили предпочтительность проведения анодирования с помощью фосфорной кислоты с эпоксидными связующими веществами.

Алкан так же провел значительную работу, касающуюся производства материалов для структурной адгезивной связи в автомобильной промышленности. Их работа концентрировалась на листовых сплавах Al-Mg, которые приготовляются в виде катушек, в применением конверсионного покрытия или анодирования в качестве предварительной обработки. С данным материалом применяется формирующее смазочное средство, при этом как смазочные средства предназначенные для предварительной обработки, так и формирующие смазочные средства являются совместимыми с используемым структурным связывающим средством. В настоящее время имеется огромное количество результатов различных исследований, касающихся структурной адгезивной связи алюминия, которые в виде резюме приводятся в книге Кинлоха.

Сравнение результатов испытаний

Циклы очистки

При наличии огромного разнообразия составов сплавов, а так же разнообразных форм загрязнения, с которыми приходится сталкиваться при работе в данной сфере, невозможно порекомендовать использование каких-либо определенных очистных циклов для каждой стадии технологического процесса. Так, существуют отчеты о случаях, когда анодирование алюминия осуществлялось непосредственно после его производства, а окалина на поверхности может оказаться отличной основой для нанесения краски. Это, правда, скорее исключения, чем правила.

Тщательный контроль процесса предварительной обработки будет вознагражден экономией, получаемой в процессе конечной обработки, низким количеством брака и улучшенным внешним видом обработанной детали.