被粘材料的表面处理方法一般可分为机械物理方法和化学方法两大类,常用的砂纸打磨、喷砂、机械加工等属于前一类,而酸碱腐蚀,溶剂、洗涤剂等处理属于后一类。这些方法可以单独使用,但经常是联合使用以达到更好的效果。选用处理方法时应考虑许多因素的影响,通常考虑如下几个方面:
(1)表面油污的种类,如动物油、植物油、矿物油、润滑剂、脏土、流体、无机盐、水分、汗迹等。
(2)油污的物理特性,如污染层的厚度、紧密或松散程度。
(3)被粘材料的种类,如钢铁零部件怕不怕碱液,而处理黄铜、铝材时应考虑选用对金属腐蚀性较小的弱碱或中性溶液,又如铸铁类的零件组织较疏松,抽污渗透到这些疏松的组织当中,很难清洗掉,如条件允许最好先用火焰灼烧,然后再清洗。
(4)清洁剂的能力和设备情况。
(5)危险性与价格等等。
了解上述几个方面的情况后有利于选择合理的处理方法,例如,动植物油可用强碱溶液去除;矿物油则用洗涤剂较合适;而有机溶剂对动植物油、矿物油都是有效的,下面分别介绍几种表面处理方法。
1.溶剂、碱液和超声波脱脂法
(1)溶剂脱脂法
大家知道,有机溶剂对于除去表面上的油污是很有效的。但是.作为清洁被粘表面用的有机溶剂应具有如下性能:溶解污物的能力强、比热低、不燃、无毒、稳定、对金属呈惰性、拂点较低等。显然,没有一种商品溶剂能全部满足上述要求。碳氢化物(如丙酮、甲乙酮、汽油、甲苯等)虽然都是优良的溶剂,但是易燃,一般在常温下使用,氯化烷烃(如四氯化碳、三氯乙烯等)的溶解性能良好。可燃性小,但毒性又较大。尽管如此,这类溶剂还是广泛使用。溶剂脱脂时常用擦洗法,就是用脱脂棉浸蘸溶剂后直接擦洗被粘材料表面。使用时切勿将擦过的棉花与溶剂瓶口直接接触,以防棉花上溶解的油污转移到瓶子里去。另一种与攘洗法相似的是浸泡法。即将被粘材料浸泡在溶剂中擦洗。但是,溶解在溶剂中的油污又要使表面受到一定程度的污染。
(2)碱液脱脂法
用碱液脱脂是一种价廉有效的方法,目前在工业上广泛使用,值得注意的是此法对矿物油的效果很差。作为碱性清洁剂,应具备如下条件:
(a)有较强的碱性和溶解能力;
(a)X十污物的分散能力好;
(a)对液体的乳化能力好;
(a)表面张力低,浸润性良好;
(a)漂洗方便;
(a)稳定,无毒.无污染,价廉。
通常一种物质是难以满足上述要求的。因此,碱性清洗剂大多有几个组分。比如,清洗碳钢时可由30%一55%偏磷酸钠、10%一50%氢氧化钠、10%一60%碳酸钠和2%一5%润湿剂(如十二烷基硫酸钠)等组成。也可用30%一85%的碱性硅酸盐进行脱脂处理,对于较活性金属(如铝)则用中等强度的碱性清洁剂,如碳酸钠、偏磷酸盐和硅酸盐等处理。
(3)超声波脱脂法
通常的表面处理方法很难将杂质从复杂结构部件的细缝、低坑等死角处清理出来,因为液体在那里的流速实际上等于零,但是超声波对解决这个问题很有帮助。超声渡的原理是由高频发生器与换能器将电磁振动能转变为机械振动能,当清洗时超声波传给清洗剂,清洗剂以同样的频率进行高频振动,于是在被清洗物的表面产生很大的机械冲刷力将杂质油污撕掉或冲击出来,因此,使清洗速度和效率大大加快,同时清洗效果也是很理想。但是,这种方法比较适用于小型的复杂部件。用超声波脱脂时,可以依次使用不同溶剂,这主要与被清洗的污物种类有关。比较典型的处理次序为:清洁剂溶液一水—醇—烘干,然后再经三氯乙烯一醇一烘干。
2.机械加工、打磨和喷砂
物理机械方法是工业上常用的表面处理方法之一。机械处理可以去除表面上的污染物并得到一定的表面粗糙度。用砂纸、钢丝刷等手工方法打磨表面时.虽然很简便,但在实际操作时粘接强度值分散性较大,即操作的均匀性较差,因此常在要求不严的地方使用。在机械处理方法中,喷砂法是工业上比较广泛使用的一种快速方便的方法。此法对于清除表面上的锈斑、鳞片、脱膜剂等污物是很有效的。一般都是将被粘表面先脱脂再喷砂,这样可以避免油擂转移,当然,喷砂也能进一步除去微量的油污。喷砂方法又分为干法和湿法两种。通常用化学方法难以处理的合金以及在表面上有较多鳞片和氯化物时,用干法喷砂更有效。喷砂后残留在表面七的细粉磨料砂粒应该用干净的压缩空气或氮气吹净。湿法喷砂就是将磨料、液体和空气混合在一起使用。其主要优点是能控制和减少粉尘飞物。因此,对于不怕水的被粘材料表面的处理是很适用的。最后用喷淋的方法除去喷砂表面上的残留物。
3化学腐蚀法
不少被粘材料经过上述方法处理后还要放在碱液、酸液以及其他活性溶液中进行化学腐蚀处理,这时不仅进一步地除去表面上的残留油污,而且更重要的是使表面活化或钝化。在某些金属表面上还能生成具有鼯好结合强度的表面氧化皮。这对提高粘接强度是很有用的。
4.涂底胶法
在已经处理好的表面上,有时先涂一层很薄的底胶,以改进牯接性能,涂底胶可以起到如下功用:
(1)保护作用,使金属表面保持清洁,防止受腐蚀或污染,延长处理好表面的存放时间;
(2)改善粘接性能,例如弹性底胶与环氧胶配合,环氧胶很脆,剥离强度很低,在金属表面上涂丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶或聚乙烯醇缩丁醇胶之后可以使性能得到改善;—3作腐蚀抑制,其用法类似涂料中的防腐底漆.
5放电处理
在真空或惰性气体环境中,进行放电,使表面氧化或交联,产生极性表面。根据使用的装置和放电条件,放电处理有电晕接触、电弧、辉光、等离子等方法,特别适合于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等难粘材料的表面处理。
(三)表面处理后的有效期
表面处理后未涂底胶的被粘物最好马上粘接,不要放置过久。一般把金属材料表面处理后至粘接前允许存放的时间称为表面处理后的有效期,实验发现酸蚀法和阳极化处理的铝表面在室温下存放5—10d后再粘接,剪切强度基本不变化。但用砂纸打磨铝表面时,周围的环境条件对有效期有很大的影响。比如,在车问里湿度高达∞%~85%,而实验室里只有50%一55%。通过进一步的实验发现,在50%的湿度下将铝板砂纸打磨处理好再放到92%的高湿环境下暴露后.剪切强度下降了40%。这说明用机械方法处理的铝板在潮湿空气中不能久放。其原因可能与表面层氧化膜很快吸附了一层潮气,并生成一层结构很松强度很低的水合氧化物有关。因此,用机械方法处理的铝材应存放在干燥环境中或者尽快使用。