Для получения прочного клеевого соединения необходимо выбрать оптимальные для данной конструкции клеевую композицию и технологию склеивания [4]. Технологический процесс склеивания включает следующие операции:

*  подготовка клея;
* подготовка поверхностей склеиваемых металлов; нанесение клея на соединяемые поверхности; сушка (открытая выдержка) нанесенного клея перед сборкой соединяемых деталей; отверждение клея.


Подготовка клея. Обязательной при подготовке к употреблению является проверка его срока годности. Кроме того, обычно определяют внешний вид, вязкость и концентрацию клея, а для клеев, приготовляемых из компонентов на месте потребления, — еще и жизнеспособность.


Подготовка поверхностей. Для обеспечения высокой прочности склеивания необходимо прежде всего очистить поверхность металла от различных загрязнений, так как даже следы масла или жиров могут привести к получению некачественного клеевого соединения. Обычно поверхность протирают чистой тканью или ватным тампоном, смоченным ацетоном, трихлорэтиленом и другими-органическими растворителями. Рекомендуется обработка в парах трихлорэтилена. В качестве обезжиривающего средства предложен также водный раствор, состоящий из тринатрийфосфата (50—70 г/л), жидкого стекла (25—35 г/л) и жидкого мыла (3—5 г/л). Этим раствором надо обрабатывать склеиваемые поверхности в течение 3—5 мин при 75—80 °С с последующим промыванием теплой водой.


Для повышения эффективности обезжиривания используются ванны, оборудованные ультразвуковой аппаратурой [5]. Существуют и успешно применяются автоматические ультразвуковые установки для обезжиривания, в частности, для обезжиривания фольги, используемой при изготовлении сотового заполнителя. Эффективными для обезжиривания оказались растворы препарата ОП-7 и ОП-Ю [10]. Применение хлорированных растворителей при обезжиривании исключает образование зарядов статического электричества [10].


Наиболее высокие показатели прочности клеевых соединений дуралюмина на клеях БФ-2 и ПУ-2 достигаются при обработке поверхности в гидропескоструйном аппарате*. Это объясняется тем, что поверхность металла в результате опескоструивания увеличивается. Состояние поверхности значительно меньше отражается на прочности клеевых соединений дуралюмина на клее БФ-2, чем на клее ПУ-2; строганые поверхности плохо склеиваются клеем ПУ-2.


Адгезию клеев повышают также анодные пленки, широко применяемые в промышленности для предохранения алюминиевых сплавов от коррозии. Повышенная адгезия многих клеев к анодным пленкам объясняется их большей по сравнению с необработанными металлами полярностью. Следует, однако, иметь в виду, что на неплакированных алюминиевых сплавах (Д16АТ, В-95 и др.) адгезия анодной пленки к металлам может быть ниже адгезии клеевого соединения.


Наиболее широко в отечественной практике применяется метод анодного оксидирования алюминиевых сплавов обработкой в растворе серной кислоты. Этим методом на необработанном и плакированном алюминии можно получить анодную пленку толщиной 8—12 мкм, а на плакированном деформированном металле — около 5 мкм. Анодная пленка — твердая и хрупкая, поэтому при нагревании она иногда растрескивается. С увеличением толщины пленки и повышением температуры склонность к растрескиванию возрастает; отслаивания пленки при этом не происходит.


Не допускается анодное оксидирование деталей из алюминиевых сплавов, сваренных точечной сваркой, клепаных или имеющих узкие зазоры, из которых невозможно полностью удалить растворы, применяемые при анодном оксидировании. Эффективен способ травления дуралюмина различными кислотами — хромовой, смесью хромовой и серной, смесью серной кислоты и двухро-мовокислого натрия.


За рубежом получил большое распространение метод химического травления алюминиевых сплавов в смеси серной и хромовой кислот, так называемый пиклинг-процесс [2]. Сначала детали обрабатывают в парах трихлорэтилена (5 мин), затем погружают в жидкий трихлорэтилен на 15—20 мин и, наконец, после промывания холодной водой обрабатывают в течение 20—30 мин при 60—65 °С раствором, состоящим из концентрированной серной кислоты (22,5 вес. ч.), двухромовокислого натрия (7,5 вес. ч.) и воды (70 вес. ч.). После обработки этим методом детали пригодны для склеивания в течение 7 сут. По прошествии указанного срока обработка должна быть повторена. Детали, подготовленные для склеивания, нельзя брать руками, хранить их надо в пеналах, ящиках, полиэтиленовых пакетах или на специальных стеллажах.


Известен ускоренный способ подготовки поверхности, предусматривающий очистку деталей ацетоном и четыреххлористым углеродом и травление в течение 1 мин при комнатной температуре раствором, состоящим из 1 вес. ч. натриевой или калиевой соли фтористоводородной кислоты, 15 вес. ч. азотной кислоты (конц.) и 84 вес. ч. воды. Окончательное травление производится в растворе смеси серной и хромовой кислот (состав аналогичен раствору, применяемому для пиклинг-процесса) при 60—65 °С в течение 1 мин.


Рекомендуется обработка поверхности металла 2%-ным раствором едкого натра при 20 °С в течение 5 мин с последующим травлением в течение 30 мин в растворе 5 вес. ч. сернокислой меди в 30 вес. ч. концентрированной серной кислоты и 100 вес. ч. воды с температурой 80 °С. Описана также обработка алюминиевых сплавов в ванне, состоящей из 1 объема 85%-ной фосфорной кислоты, 4 объемов к-бутанола, 3 объемов изопропилового спирта и 2 объемов воды. Продолжительность обработки при 20 °С — 10 мин.


Следует иметь в виду, что перечисленные методы обработки не всегда обеспечивают достаточно надежную защиту алюминиевых сплавов от коррозии.


Способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов влияет не только на прочность, но и на термостабильность клеевых соединений. При исследовании влияния способов обработки поверхности алюминиевого сплава 24-ТЗ на термостабильность клеевых соединений на эпоксидно-фенольном клее FPL-878 установлено, что окисная пленка обеспечивает наиболее высокую прочность склеивания и стойкость к старению при 290 °С (табл. III.6). Небольшие количества влаги или кислоты, адсорбированные окис-ной пленкой, значительно снижают прочность и термостабильность клеевых соединений.


Если детали из алюминиевого сплава нельзя обрабатывать, погружая в растворы кислот, можно на склеиваемые поверхности нанести и выдержать при комнатной температуре в течение 20—• 25 мин пасту, состоящую из 55 вес. ч. серной кислоты, 10 вес. ч. бихромата натрия, 80 вес. ч. воды и мелкодисперсной аморфной двуокиси кремния в количестве, необходимом для достижения требуемой консистенции пасты. По окончании обработки поверхность промывают водой.


Температура ванны 60—65 °С, продолжительность обработки около 30 мин. После обработки детали промывают сначала холодной, а затем горячей (50—65 °С) водой и сушат на воздухе или при 65°С.


Железо и сталь рекомендуется подвергать механической обработке или травлению в ванне, состоящей из 10 л 88%-ной фосфорной кислоты и 5 л технического метилового спирта. Продолжительность выдержки в ванне" 10 мин при 60 °С. После этого детали промывают холодной водой.


При подготовке к склеиванию стали возможны различные способы механической и химической обработки поверхности. При склеивании стали ЗОХГСА клеями ПУ-2 и БФ-2 лучшие результаты достигаются при опескоструивании, цинковании и кадмирова-нии (табл. III.7). Фосфатирование стальных поверхностей перед склеиванием не рекомендуется, так как прочность клеевых соединений снижается при разрушении фосфатной пленки.


Обезжиривать сталь можно и различными органическими растворителями, например ацетоном или метилэтилкетоном. Наиболее рационально поверхность деталей из стали (за исключением стали ЗОХГСНА) перед склеиванием подвергать цинкованию или кадми-рованию с последующим пассивированием. Если это сделать невозможно, то можно обработать детали металлическими опилками, наждачной или стеклянной бумагой. Склеивание должно быть произведено не более чем через 6 ч после обработки.


Заготовки и деталг из нержавеющей стали можно склеивать без специальной обработки поверхности. Их надо только обезжирить, протерев тампоном, смоченным ацетоном, или промыв в водном растворе ОП-7 концентрацией 1,5—2,0 г/л при 75—80 °С в течение 3—5 мин.


Исследование влияния обработки поверхности нержавеющей стали Т-301 на термостабильность клеевых соединений на клее FPL-878 показало, что наилучшие результаты дает обработка, выполненная по следующему режиму:


* обработка смесью перекиси водорода, формалина и соляной кислоты или хромовой смесью;
* погружение в раствор нафтената цинка;
* нагревание обработанного нафтенатом цинка металла в течение 30 мин при 65 °С;
* охлаждение перед нанесением клея.


Такая обработка обеспечивает прочность при сдвиге клеевых соединений нержавеющей стали (после старения в течение 48 ч при 290 °С) 65—70 кгс/см2, что значительно превышает прочность склеивания стали,, не подвергнутой предварительной обработке. Высказано предположение, что при такой обработке поверхности нержавеющей стали на ней образуется слой окиси цинка, являющейся стабилизатором дальнейшего окисления металла — процесса, неблагоприятно влияющего на термостабильность клея.


Подготовка поверхности магниевых сплавов перед склеиванием специфична, поскольку эти сплавы легко подвергаются коррозии. Перед оклеиванием на поверхности магниевых сплавов обязательно должна быть создана защитная пленка. Однако защитные пленки, получаемые химическим путем, обладают меньшей адгезией к металлу, чем клей к защитной пленке, что приводит к образованию клеевых соединений с невысокой прочностью.


Предложено также обезжиривать поверхность магниевых сплавов трихлорэтиленом, обрабатывать раствором едкого натра (10 вес. ч. NaOH + 80 вес. ч. воды) при 70—75 °С е течение 5 мин и затем промывать холодной водой, травить при 20 °С в течение 3 мин в растворе, состоящем из хромовой кислоты (10 вес. ч.), сульфата натрия (0,05 вес. ч.) и воды (100 вес. ч.), с последующим промыванием водой и сушкой деталей.


Подготавливаемые к склеиванию поверхности меди, бронзы и латуни обрабатывают пескоструйным аппаратом и затем обезжиривают. Рекомендованы также кислотные ванны, состоящие из 19 вес. ч. концентрированной серной кислоты, 12 вес. ч. кристаллического сульфата железа и 100 вес. ч. воды. Детали погружают на 10 мин в такой раствор, нагретый до 65—71 °С, потом промывают водой и тщательно высушивают.


Детали из меди, бронзы и латуни можно обрабатывать 25%-ным раствором персульфата аммония или составом из 15 вес. ч. хлорного железа и 30 вес. ч. концентрированной серной кислоты на 200 вес. ч. воды в течение 1—3 мин при комнатной температуре [8].


Рекомендована также обработка поверхности титановых сплавов смесью водного раствора 70%-ной азотной (15 объемн. %) и .58%-ной плавиковой (3 объемн. %) кислот в течение 30 с при комнатной температуре [23]. Для увеличения адгезии -титановых сплавов предлагается наносить на поверхность металла фторидное покрытие путем обработки при комнатной температуре в течение 5—25 с в растворе, содержащем фтористый калий и плавиковую кислоту [17].


Эффективным методом подготовки поверхности бериллия и его сплавов является следующий [11]. Обезжиренный в парах метил-этилкетона металл обрабатывают в 5%-ном растворе серной кислоты, промывают водой, после чего нейтрализуют 10%-ным раствором едкого натра (5 мин при 50—60 °С) и снова промывают водой. Предложено также после обезжиривания в парах растворителя погружать детали на 3—4 мин в нагретый до 76—82 °С 20%-ный водный раствор едкого натра с последующим промыванием холодной водой и просушиванием в течение 10—15 мин при 135—163 °С [8].


Детали из никеля и его сплавов следует погружать на 4—6 с в концентрированную азотную кислоту при комнатной температуре, а затем промывать холодной водой и сушить при 20—25 °С. Рекомендована также обработка составом из 15 вес. ч. хромового ангидрида и 20 вес. ч. соляной кислоты.


Необходимо отметить, что никелированные детали нельзя подвергать травлению или опескоструиванию. Их рекомендуется протирать не содержащими хлора моющими средствами, промывать дистиллированной водой и сушить при 59 °С. После такой обработки следует сразу же загрунтовать или склеить детали [23].


Хром и хромированные детали перед склеиванием сначала обезжиривают, затем погружают на 2—3 мин в раствор, состоящий из равных по массе частей концентрированной соляной кислоты и дистиллированной воды, нагретой до 86 °С, после этого детали промывают холодной дистиллированной водой и сушат фильтрованным воздухом [8].


Поверхность цинка и оцинкованных металлов после промывки растворителем (ацетоном, метилэтилкетоном) погружают на 2— 4 мин в раствор, состоящий из 15 частей концентрированной соляной кислоты и 85 частей дистиллированной воды. После промывания теплой, а затем холодной дистиллированной водой и сушки при 60—72 °С в течение 15 мин детали должны быть сразу же склеены или загрунтованы [8].


Поверхность олова перед склеиванием очищают растворителями, обрабатывают наждачной бумагой, затем раствором специального мыла, прополаскивают дистиллированной водой и просушивают при комнатной температуре чистым фильтрованным воздухом [8].


Смоченную водой поверхность свинца рекомендуется зашкуривать наждачной бумагой, протирать мылом, промывать дистиллированной водой и сушить при 49 °С. Непосредственно перед склеиванием поверхность очищают трихлорэтиленом и как можно быстрее склеивают или загрунтовывают.


Кадмированные, посеребренные или позолоченные металлы перед склеиванием очищают и обезжиривают растворителем, протирают не содержащим хлора моющим средством, после чего прополаскивают дистиллированной водой и просушивают при комнатной температуре чистым фильтрованным воздухом.


Платину обычно очищают в парах растворителей и покрывают грунтом или сразу же склеивают. Можно также протереть поверхность щеткой, смоченной мягким моющим составом, после чего ополоснуть водой и просушить. После такой обработки детали надо быстро склеить или загрунтовать [8].


Изучение влияния различных видов подготовки поверхности урана на прочность клеевых соединений показало, что наиболее эффективна электролитическая обработка с последующей выдержкой в атмосфере инертных газов в вакууме [39].


Нанесение клея. Для склеивания металлов чаще всего используются жидкие клеи, в некоторых случаях пленочные, или их сочетания с жидкими. Жидкий клей в большинстве случаев наносят кистью или пульверизатором. В последнем случае вязкость клея должна быть понижена с помощью разбавителей. В качестве разбавителей обычно используют растворители, входящие в состав клея.


Пульверизаторы работают под давлением 0,7—3,5 кгс/см2, расстояние до склеиваемой поверхности должно быть около 25 см. В зависимости от качества подгонки склеиваемых поверхностей и свойств клея его наносят в два или более слоев, причем каждый последующий слой надо наносить в направлении, перпендикулярном к предыдущему.


Применяется метод механического распыления клея: клей подается насосом под давлением 4—6 кгс/см2 в форсунку через отверстие, расположенное по касательной к поверхности канала форсунки. Струя клея движется под действием центробежных сил по цилиндрической поверхности, одновременно под действием избыточного давления поток клея перемещается по оси форсунки к выходу. Из сопла форсунки клей выходит в виде спиральной струи, которая, дробясь на мелкие частицы, образует конусообразный факел, расширяющийся по направлению к детали [5].


Для нанесения клея можно использовать также клеевые вальцы или окунать деталь в жидкий клей. При работе с очень вязкими системами (например, с клеями, содержащими наполнители) можно применять шпатели.


Предложено [12] устройство для нанесения клея на поверхность изделия сложного контура, представляющее собой резервуар для клея, имеющий в нижней части щель. Для регулирования толщины клеевого слоя устройство снабжено магнитным механизмом подачи изделия к резервуару, а одна из стенок резервуара сделана подвижной в вертикальном и горизонтальном направлениях.


Интересен метод нанесения жидких клеев распылением в электростатическом поле. Как правило, хорошо распыляются клеи, имеющие удельное объемное электрическое сопротивление порядка 106—107 Ом-см и высокую диэлектрическую проницаемость. Вязкость таких клеев должна находиться в пределах 15—40 с (по ВЗ-4). Для распыления применяются пневматические, электромеханические и электростатические устройства. Наиболее широко используется пневматический распылитель КРВ-2 [5]. Для нанесения на склеиваемые детали феиолокаучукового клея ВК-3 в электростатическом поле предназначена специальная установка УНК-1 [5]. Известны и другие устройства [41].


Сконструирована [131 установка для нанесения клея, включающая станину с смонтированным на ней клеенамазывающим устройством в виде двух пар рабочих и дозирующих валков (в полостях между которыми как бы образуются клеевые ванны) и устройство для приготовления клея. Между мешалкой лопастного типа с водяной рубашкой и клеенамазывающим устройством смонтированы герметизированные питающие бачки для поддержания постоянного уровня клея в клеевой ванне. В крышке и дне бачков укреплены краны с клапанами, приводимыми в действие электромагнитами, сблокированными таким образом, что при открывании одного крана второй закрывается.


Клеевые пленки используются в ряде случаев в комбинации с жидким клеем; при этом сначала на поверхность металла наносят подслой жидкого клея, а затем после открытой выдержки между соединяемыми поверхностями закладывают клеевую пленку.