金屬膠接前處理流轉工藝探究

秦嘉駿

金屬膠接性能優劣根本上取決于膠接零件表面的質量，表面污染將嚴重降低膠接質量，故在整個膠接過程中必須始終保證膠接表面具有優異的膠接性能。為實現零件牢固持久的、耐環境作用的膠接性能，本文通過探究金屬膠接前處理流轉不同工藝間關系和要求，提出了一種有效、可靠、連續、簡便的零件串聯操作方案，實現兩種工藝流程和控制，減少轉移對膠接面的影響，以實現良好的膠接性能，提高金屬膠接產品合格率。

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整體，并具有一定力學性能的方法，稱為金屬膠接。

金屬膠接被公認是獲得破損安全和高效結構的低成本工藝方法，同時具有良好密封性、抗聲振與聲疲勞性。因此，國外在軍、民機上廣泛采用。金屬膠接技術用于制造飛機結構已近半個世紀，至今仍在飛機結構制造技術中占有重要地位。然而，膠接性能優劣根本上取決于膠接零件表面的質量，表面污染將嚴重降低膠接質量，故在整個膠接過程中必須始終保證膠接表面具有優異的膠接性能。保證膠接表面處理質量是金屬膠接工藝的重要課題，并需要較大的投資。

經研究，人們發現改變鋁合金表面氧化物生成的方法是獲得牢固持久、耐環境作用的膠接性能的重要保證。磷酸陽極化在鋁合金表面形成一層多孔層，實現膠粘劑和金屬的良好膠接，這個過程與電解液的性質、反應生成物、電流密度、裝掛方式、電壓、溫度以及氧化時間等因素有關。

磷酸陽極化和底膠噴涂工藝對保證膠接性能有著重要作用，但這兩種工藝的工藝要求、施工環境、操作方法等都不同，例如磷酸陽極化作為一種表面處理設備，受制于危險化學品的使用，環境惡劣，操作空間溫度高，腐蝕嚴重;而底膠的施工按照膠粘劑的控制要求進行施工，在凈化間內操作，溫濕度、顆粒度等都進行控制;此外，一般零件流轉起來，金屬膠接工藝對陽極化后進入凈化間和進行底膠噴涂有著嚴格的時間控制，但磷酸陽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足要求，如果兩個工藝不在同一廠房內還會涉及保護和轉運問題，污染影響更加難以評估，當然采用自動化生產線的方式可以解決此問題但投資巨大，成本難以控制，故需要一種有效、可靠、連續、簡便的零件串聯操作方案，可實現兩種工藝流程和控制，減少轉移對膠接面的影響，以實現良好的膠接性能，提高金屬膠接產品的合格率。

二、金屬膠接前處理工藝簡介

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

磷酸陽極化設備一般與其他場所和設備隔離，以預防對結合力有害的物質產生污染（包括但不限于脂、油、煙、蒸汽和脫膜劑），陽極化各工藝步驟之間不許暫停，在零件加工過程中零件表面必須保持濕潤，一般都是采用行車控制的方式，以實現零件在槽間的轉移。在零件加工過程中，確因工作需要接觸濕零件時，應配戴潔凈棉布手套。下架后盡量快點進入凈化間。

2.底膠涂覆。底膠的涂覆應在明亮、通風、溫濕度及清潔度合格的噴膠間（凈化間內）進行。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量，對大尺寸或復雜的涂膠尤為如此，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備決定，底膠噴涂質量主要表現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決定噴涂設備，一般都是采用空氣噴涂的方式進行涂覆。

空氣噴涂主要靠壓縮空氣流通過噴槍將膠料噴涂到工件表面膠液，其存在材料浪費大，對環境污染重等現象，但也存在設備工具簡單，易操作，適用范圍廣，至今應用最廣泛。

3.流轉工藝控制要求。一般來說，磷酸陽極化的零件要求2小時進入凈化間，72小時內噴涂底膠，以實現表面的最大活性，避免表面污染，當搬運表面處理過的零件，要戴上清潔的手套。經常更換手套以消除污染物積累。即使戴上清潔手套，也要盡可能少搬動清洗過的已表面處理或已涂底膠的零件。除了絕對需要時，決不要觸及膠接貼合面。在凈化間內，不要使已清洗或已表面處理的零件去接觸任何會使待膠接表面遭到污染的物質。針對磷酸陽極化和底膠噴涂工藝的關鍵控制點以及裝掛要求，分析如下。

①磷酸陽極化比其它形式陽極化要求高，需要滿足PTSV槽間電壓和電流波動小于3%要求，這就決定了磷酸陽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，槽間轉移和溶液攪拌不允許夾持點松動，同時夾持點裸露區域和夾持點單位面積數量也都有嚴格的工藝控制，這就決定了磷酸陽極化裝掛一般采用線掛零件方式，復雜零件不留下大于3/32英寸的裸露區，故夾具和掛架的使用非常的講究。

②底膠噴涂過程將零件裝夾好，裝夾部位不留下大于3/32英寸的裸露區，用噴涂設備施加一連續的濕涂層，不應帶有目視可見滴落或流淌，噴涂前應先選擇好噴涂參數，如噴槍與零件保持垂直、距離、噴嘴頂針、空氣壓力及移動速度等，應防止出現滴膠現象，故噴膠支架的應用非常重要。

③最后進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），后轉移至烘箱進行按照工藝規范要求參數進行烘干。烘干前，低于規范要求最低厚度的底膠涂層可再次噴涂以達到要求，所獲得的雙層底膠應在首層底膠施涂后120小時內烘干，底膠烘干后，用底膠測厚儀測量膠層厚度，或采用標準涂膠量實樣進行比色，檢查底膠厚度，一般被烘干底膠厚度為0.15mil-0.40mil。

三、零件流轉過程控制

通過長期實踐，針對金屬膠接工藝對陽極化后進入凈化間和進行底膠噴涂的控制要求，以及盡量避免轉移和污染的影響，可通過考慮陽極化掛架的工藝通用性，統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，使整個工藝過程零件實現串聯控制方法，從而減少轉移對膠接面的影響。

1.陽極化過程控制。考慮通用性掛架以及陽極化掛具，掛架上設置連接孔可用螺栓與相關掛具連接，在磷酸陽極化工藝過程中，根據零件尺寸和數量，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，將掛架通過陽極化掛具固定在飛把（導電銅桿）上，用螺栓固定進行磷酸陽極化。

2.下架轉運過程控制。陽極化后在零件不下架或拆除較少夾具后，將整個掛架轉移至噴膠懸掛架上用掛具固定。這樣可以再最短的時間內完成零件的轉移，而不用碰到零件，即通過掛架轉移的方式實現零件不下架的目的，減少污染的風險。掛架的通用性通過簡單的連接孔即可實現，通過在噴膠懸掛架上開槽設置滑軌保證掛具的適應性，以及烘箱懸掛架掛具在掛桿上移動保證適用性，成本低，靈活性高。

3.底膠噴涂過程控制。用聚乙烯膜對夾具和掛架做保護，進行整體噴膠。這樣不會對掛架產生影響，后續只要去除陽極化膜層保證導電性，可重復使用，提高掛架利用率，同時只要將噴膠懸掛架運至噴膠間內進行噴涂，節省時間，很容易達到工藝控制時間要求。噴膠懸掛架采用單面設計，裝掛好掛架即可一次噴涂不需要翻面，同時掛架的重量避免了噴涂霧化壓縮空氣對零件的影響，提高了底膠噴涂表面質量和效率。

4.底膠干燥過程控制。完成噴膠后將整個掛架零件轉移至烘箱懸掛架上用掛具固定，進行烘干，烘干后去除掛架保護膜進行退膜處理，重復使用掛架進行工藝流程。烘箱懸掛架采用多層設計思路，即通過獨立的開槽滑軌實現掛桿（含掛具）的數量同時避免相關之間影響，將多個掛架進行裝掛，提高了烘干的效率。同時掛架在烘箱懸掛架上多層裝掛可進行烘箱前的空氣干燥，提高了凈化間內的空間利用率。

針對金屬膠接工藝對陽極化后進入凈化間和進行底膠噴涂的控制要求，以及盡量避免轉移和污染的影響，通過研究和分析兩種不同工藝的工藝要求、施工環境、操作方法等，使整個工藝過程零件實現串聯控制方法，從而減少轉移對膠接面的影響。本文通過研究磷酸陽極化、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程中實現零件串聯的控制方法，即零件在陽極化不下架的情況下實現后續噴膠操作，整個工藝過程中，操作人員只轉移掛架，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險，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：上海飛機制造有限公司復合材料中心）