秦嘉駿

金屬膠接性能優(yōu)劣根本上取決于膠接零件表面的質(zhì)量，表面污染將嚴(yán)重降低膠接質(zhì)量，故在整個(gè)膠接過(guò)程中必須始終保證膠接表面具有優(yōu)異的膠接性能。為實(shí)現(xiàn)零件牢固持久的、耐環(huán)境作用的膠接性能，本文通過(guò)探究金屬膠接前處理流轉(zhuǎn)不同工藝間關(guān)系和要求，提出了一種有效、可靠、連續(xù)、簡(jiǎn)便的零件串聯(lián)操作方案，實(shí)現(xiàn)兩種工藝流程和控制，減少轉(zhuǎn)移對(duì)膠接面的影響，以實(shí)現(xiàn)良好的膠接性能，提高金屬膠接產(chǎn)品合格率。

一、引言

利用膠粘劑與被粘金屬表面間的粘附力，使金屬被粘物連接成為一個(gè)整體，并具有一定力學(xué)性能的方法，稱(chēng)為金屬膠接。

金屬膠接被公認(rèn)是獲得破損安全和高效結(jié)構(gòu)的低成本工藝方法，同時(shí)具有良好密封性、抗聲振與聲疲勞性。因此，國(guó)外在軍、民機(jī)上廣泛采用。金屬膠接技術(shù)用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)已近半個(gè)世紀(jì)，至今仍在飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造技術(shù)中占有重要地位。然而，膠接性能優(yōu)劣根本上取決于膠接零件表面的質(zhì)量，表面污染將嚴(yán)重降低膠接質(zhì)量，故在整個(gè)膠接過(guò)程中必須始終保證膠接表面具有優(yōu)異的膠接性能。保證膠接表面處理質(zhì)量是金屬膠接工藝的重要課題，并需要較大的投資。

經(jīng)研究，人們發(fā)現(xiàn)改變鋁合金表面氧化物生成的方法是獲得牢固持久、耐環(huán)境作用的膠接性能的重要保證。磷酸陽(yáng)極化在鋁合金表面形成一層多孔層，實(shí)現(xiàn)膠粘劑和金屬的良好膠接，這個(gè)過(guò)程與電解液的性質(zhì)、反應(yīng)生成物、電流密度、裝掛方式、電壓、溫度以及氧化時(shí)間等因素有關(guān)。

磷酸陽(yáng)極化和底膠噴涂工藝對(duì)保證膠接性能有著重要作用，但這兩種工藝的工藝要求、施工環(huán)境、操作方法等都不同，例如磷酸陽(yáng)極化作為一種表面處理設(shè)備，受制于危險(xiǎn)化學(xué)品的使用，環(huán)境惡劣，操作空間溫度高，腐蝕嚴(yán)重;而底膠的施工按照膠粘劑的控制要求進(jìn)行施工，在凈化間內(nèi)操作，溫濕度、顆粒度等都進(jìn)行控制;此外，一般零件流轉(zhuǎn)起來(lái)，金屬膠接工藝對(duì)陽(yáng)極化后進(jìn)入凈化間和進(jìn)行底膠噴涂有著嚴(yán)格的時(shí)間控制，但磷酸陽(yáng)極化零件采用鋁絲捆扎后的下架操作、以及噴膠采用懸掛架的上架操作等就難以滿(mǎn)足要求，如果兩個(gè)工藝不在同一廠(chǎng)房?jī)?nèi)還會(huì)涉及保護(hù)和轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題，污染影響更加難以評(píng)估，當(dāng)然采用自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的方式可以解決此問(wèn)題但投資巨大，成本難以控制，故需要一種有效、可靠、連續(xù)、簡(jiǎn)便的零件串聯(lián)操作方案，可實(shí)現(xiàn)兩種工藝流程和控制，減少轉(zhuǎn)移對(duì)膠接面的影響，以實(shí)現(xiàn)良好的膠接性能，提高金屬膠接產(chǎn)品的合格率。

二、金屬膠接前處理工藝簡(jiǎn)介

1.磷酸陽(yáng)極化。磷酸陽(yáng)極化是一種鋁合金表面處理技術(shù)。鋁合金磷酸陽(yáng)極化的表面，使用超高分辨率掃描透射電子顯微鏡，發(fā)現(xiàn)磷酸陽(yáng)極化生成的表面為一層多孔層。氧化物表面是分兩個(gè)階段生成的：第一步是快速生成厚的蜂窩狀結(jié)構(gòu)層;第二步則是在蜂窩層上緩慢生成指狀結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極化膜的生長(zhǎng)過(guò)程是在膜的增厚和溶解這一矛盾過(guò)程中展開(kāi)的，即在氧化膜生長(zhǎng)的同時(shí)，在酸的作用下有一部分溶解掉了，隨著氧化膜的生長(zhǎng)，鋁合金表面的電阻逐漸增長(zhǎng)，電流變小，隨之氧化膜的成長(zhǎng)速度隨之降低。當(dāng)膜層的成長(zhǎng)速度與溶解速度相平衡時(shí)，氧化膜厚度就保持恒定了，此時(shí)膜層厚度到達(dá)最大值。

磷酸陽(yáng)極化設(shè)備一般與其他場(chǎng)所和設(shè)備隔離，以預(yù)防對(duì)結(jié)合力有害的物質(zhì)產(chǎn)生污染（包括但不限于脂、油、煙、蒸汽和脫膜劑），陽(yáng)極化各工藝步驟之間不許暫停，在零件加工過(guò)程中零件表面必須保持濕潤(rùn)，一般都是采用行車(chē)控制的方式，以實(shí)現(xiàn)零件在槽間的轉(zhuǎn)移。在零件加工過(guò)程中，確因工作需要接觸濕零件時(shí)，應(yīng)配戴潔凈棉布手套。下架后盡量快點(diǎn)進(jìn)入凈化間。

2.底膠涂覆。底膠的涂覆應(yīng)在明亮、通風(fēng)、溫濕度及清潔度合格的噴膠間（凈化間內(nèi)）進(jìn)行。主要的涂覆方法有刷涂、揩涂、掛涂、浸涂、輥涂、噴涂等。涂覆方法主要由膠液粘度和涂膠設(shè)備決定。其中掛涂適合粘度比較大的膠液，刷涂和輥涂適合粘度中等的膠液，而揩涂、浸涂、噴涂適合粘度較小的膠液。其中使用較多的方法是刷涂和噴涂。

大多采用噴涂方法，噴涂有利于提高涂敷質(zhì)量，對(duì)大尺寸或復(fù)雜的涂膠尤為如此，噴涂方法主要有壓縮空氣噴涂、靜電噴涂，由零件形狀、工作量大小和噴涂設(shè)備決定，底膠噴涂質(zhì)量主要表現(xiàn)在單位面積底膠噴涂量及其均勻程度，主要受制于底膠性質(zhì)決定噴涂設(shè)備，一般都是采用空氣噴涂的方式進(jìn)行涂覆。

空氣噴涂主要靠壓縮空氣流通過(guò)噴槍將膠料噴涂到工件表面膠液，其存在材料浪費(fèi)大，對(duì)環(huán)境污染重等現(xiàn)象，但也存在設(shè)備工具簡(jiǎn)單，易操作，適用范圍廣，至今應(yīng)用最廣泛。

3.流轉(zhuǎn)工藝控制要求。一般來(lái)說(shuō)，磷酸陽(yáng)極化的零件要求2小時(shí)進(jìn)入凈化間，72小時(shí)內(nèi)噴涂底膠，以實(shí)現(xiàn)表面的最大活性，避免表面污染，當(dāng)搬運(yùn)表面處理過(guò)的零件，要戴上清潔的手套。經(jīng)常更換手套以消除污染物積累。即使戴上清潔手套，也要盡可能少搬動(dòng)清洗過(guò)的已表面處理或已涂底膠的零件。除了絕對(duì)需要時(shí)，決不要觸及膠接貼合面。在凈化間內(nèi)，不要使已清洗或已表面處理的零件去接觸任何會(huì)使待膠接表面遭到污染的物質(zhì)。針對(duì)磷酸陽(yáng)極化和底膠噴涂工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)以及裝掛要求，分析如下。

①磷酸陽(yáng)極化比其它形式陽(yáng)極化要求高，需要滿(mǎn)足PTSV槽間電壓和電流波動(dòng)小于3%要求，這就決定了磷酸陽(yáng)極化的裝掛要求極高，即零件之間不能彼此接觸，避免交疊和遮擋，不能夾裹空氣和槽液，槽間轉(zhuǎn)移和溶液攪拌不允許夾持點(diǎn)松動(dòng)，同時(shí)夾持點(diǎn)裸露區(qū)域和夾持點(diǎn)單位面積數(shù)量也都有嚴(yán)格的工藝控制，這就決定了磷酸陽(yáng)極化裝掛一般采用線(xiàn)掛零件方式，復(fù)雜零件不留下大于3/32英寸的裸露區(qū)，故夾具和掛架的使用非常的講究。

②底膠噴涂過(guò)程將零件裝夾好，裝夾部位不留下大于3/32英寸的裸露區(qū)，用噴涂設(shè)備施加一連續(xù)的濕涂層，不應(yīng)帶有目視可見(jiàn)滴落或流淌，噴涂前應(yīng)先選擇好噴涂參數(shù)，如噴槍與零件保持垂直、距離、噴嘴頂針、空氣壓力及移動(dòng)速度等，應(yīng)防止出現(xiàn)滴膠現(xiàn)象，故噴膠支架的應(yīng)用非常重要。

③最后進(jìn)行底膠空氣干燥和烘干，空氣干燥需至底膠粘性消失（手觸不粘），后轉(zhuǎn)移至烘箱進(jìn)行按照工藝規(guī)范要求參數(shù)進(jìn)行烘干。烘干前，低于規(guī)范要求最低厚度的底膠涂層可再次噴涂以達(dá)到要求，所獲得的雙層底膠應(yīng)在首層底膠施涂后120小時(shí)內(nèi)烘干，底膠烘干后，用底膠測(cè)厚儀測(cè)量膠層厚度，或采用標(biāo)準(zhǔn)涂膠量實(shí)樣進(jìn)行比色，檢查底膠厚度，一般被烘干底膠厚度為0.15mil-0.40mil。

三、零件流轉(zhuǎn)過(guò)程控制

通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，針對(duì)金屬膠接工藝對(duì)陽(yáng)極化后進(jìn)入凈化間和進(jìn)行底膠噴涂的控制要求，以及盡量避免轉(zhuǎn)移和污染的影響，可通過(guò)考慮陽(yáng)極化掛架的工藝通用性，統(tǒng)一噴膠懸掛架和烘箱懸掛架的掛鉤與掛架的連接形式，省去零件不下架和上架等繁瑣的操作，使整個(gè)工藝過(guò)程零件實(shí)現(xiàn)串聯(lián)控制方法，從而減少轉(zhuǎn)移對(duì)膠接面的影響。

1.陽(yáng)極化過(guò)程控制?？紤]通用性?huà)旒芤约瓣?yáng)極化掛具，掛架上設(shè)置連接孔可用螺栓與相關(guān)掛具連接，在磷酸陽(yáng)極化工藝過(guò)程中，根據(jù)零件尺寸和數(shù)量，以及掛架的大小，用鋁絲拉拽配合小尺寸夾具的方式在掛架上裝掛零件，將掛架通過(guò)陽(yáng)極化掛具固定在飛把（導(dǎo)電銅桿）上，用螺栓固定進(jìn)行磷酸陽(yáng)極化。

2.下架轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程控制。陽(yáng)極化后在零件不下架或拆除較少夾具后，將整個(gè)掛架轉(zhuǎn)移至噴膠懸掛架上用掛具固定。這樣可以再最短的時(shí)間內(nèi)完成零件的轉(zhuǎn)移，而不用碰到零件，即通過(guò)掛架轉(zhuǎn)移的方式實(shí)現(xiàn)零件不下架的目的，減少污染的風(fēng)險(xiǎn)。掛架的通用性通過(guò)簡(jiǎn)單的連接孔即可實(shí)現(xiàn)，通過(guò)在噴膠懸掛架上開(kāi)槽設(shè)置滑軌保證掛具的適應(yīng)性，以及烘箱懸掛架掛具在掛桿上移動(dòng)保證適用性，成本低，靈活性高。

3.底膠噴涂過(guò)程控制。用聚乙烯膜對(duì)夾具和掛架做保護(hù)，進(jìn)行整體噴膠。這樣不會(huì)對(duì)掛架產(chǎn)生影響，后續(xù)只要去除陽(yáng)極化膜層保證導(dǎo)電性，可重復(fù)使用，提高掛架利用率，同時(shí)只要將噴膠懸掛架運(yùn)至噴膠間內(nèi)進(jìn)行噴涂，節(jié)省時(shí)間，很容易達(dá)到工藝控制時(shí)間要求。噴膠懸掛架采用單面設(shè)計(jì)，裝掛好掛架即可一次噴涂不需要翻面，同時(shí)掛架的重量避免了噴涂霧化壓縮空氣對(duì)零件的影響，提高了底膠噴涂表面質(zhì)量和效率。

4.底膠干燥過(guò)程控制。完成噴膠后將整個(gè)掛架零件轉(zhuǎn)移至烘箱懸掛架上用掛具固定，進(jìn)行烘干，烘干后去除掛架保護(hù)膜進(jìn)行退膜處理，重復(fù)使用掛架進(jìn)行工藝流程。烘箱懸掛架采用多層設(shè)計(jì)思路，即通過(guò)獨(dú)立的開(kāi)槽滑軌實(shí)現(xiàn)掛桿（含掛具）的數(shù)量同時(shí)避免相關(guān)之間影響，將多個(gè)掛架進(jìn)行裝掛，提高了烘干的效率。同時(shí)掛架在烘箱懸掛架上多層裝掛可進(jìn)行烘箱前的空氣干燥，提高了凈化間內(nèi)的空間利用率。

針對(duì)金屬膠接工藝對(duì)陽(yáng)極化后進(jìn)入凈化間和進(jìn)行底膠噴涂的控制要求，以及盡量避免轉(zhuǎn)移和污染的影響，通過(guò)研究和分析兩種不同工藝的工藝要求、施工環(huán)境、操作方法等，使整個(gè)工藝過(guò)程零件實(shí)現(xiàn)串聯(lián)控制方法，從而減少轉(zhuǎn)移對(duì)膠接面的影響。本文通過(guò)研究磷酸陽(yáng)極化、底膠噴涂工藝，以及兩者工藝控制要求，提出了一種在這兩種不同工藝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零件串聯(lián)的控制方法，即零件在陽(yáng)極化不下架的情況下實(shí)現(xiàn)后續(xù)噴膠操作，整個(gè)工藝過(guò)程中，操作人員只轉(zhuǎn)移掛架，省去零件不下架和上架等繁瑣的操作，減少手接觸零件的風(fēng)險(xiǎn)，避免污染零件表面和金屬氧化層水解，保持活性表面，提高零件的膠接性能。

（作者單位：上海飛機(jī)制造有限公司復(fù)合材料中心）