СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C09J5/06 C09J183/04 

Описание патента на изобретение RU2032701C1

Изобретение относится к технологии соединения металлов и сплавов с применением полимерной кремнийсодержащей композиции и может быть использовано в машиностроительной, авиакосмической, радиотехнической, автомобильной промышленности и других областях техники для изготовления металлических неразъемных деталей и конструкций.

Известен способ соединения металлов и сплавов, в частности, деталей из алюминия и его сплавов, включающий подготовку поверхностей соединяемых деталей водным раствором гидроксида натрия при 40-60оС, затем водным раствором серной кислоты в присутствии триоксида хрома, нанесение на подготовленную поверхность детали полимерной пленки из полиэтилентерефталата с последующей термообработкой при 250-285оС в течение 15-80 мин [1]
Недостатком указанного способа является его технологическая сложность из-за использования агрессивных сред на стадии подготовки соединяемых поверхностей, низкие температуры эксплуатации.

Известен способ соединения металлов и сплавов (металлических материалов), включающий подготовку поверхностей соединяемых металлических материалов механической обработкой с последующей очисткой поверхности моющими средствами, нанесение на подготовленную поверхность кремнийсодержащий полимерный клеевой композиции, состоящей из кремнийорганического сополимера, асбеста и растворителя (клей ВК-15), с последующим соединением поверхностей при температуре 150оС в течение 2 ч при давлении 0,1-0,3 МПа [2]
Способ позволяет соединять стали, титановые и другие сплавы, однако, прочность на сдвиг клеевых соединений не превышает 11,0 МПа при температуре 20оС, прочность при неравномерном отрыве составляет не более 110 кН/м2. Полученные таким образом конструкции могут эксплуатироваться при температурах не выше 500оС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому, является способ соединения металлов и сплавов, включающий подготовку поверхностей соединяемых материалов (зачистку и обезжиривание), нанесение на подготовленную поверхность полимерной композиции, содержащей кремнийорганический полимер (полиметилфенилсилоксан), инициатор отверждения, порошковый наполнитель (асбест, оксид хрома) и двухстадийную обработку соединяемых поверхностей при температуре 200оС (2 ч) и при температуре 500оС (2 ч) [3]
Недостатком способа является низкая прочность соединений 11-12 МПа, относительно невысокие температуры эксплуатации не выше 500оС.

Целью изобретения является создание технологически более простого способа соединения металлов и сплавов, позволяющего получать сложные неразъемные конструкции с высокой прочностью клеевого шва при высокой температуре эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что способ соединения металлов и сплавов включает подготовку контактных поверхностей соединяемых материалов, нанесение слоя полимерной клеевой композиции, состоящей из кремнийорганического связующего и порошкового наполнителя, 2-х стадийную термообработку на первой стадии при температуре 150-400оС на воздухе в течение 0,5-3,0 ч, на второй стадии при температуре 750-1600оС в среде азота, аргона или гелия в течение 700-1600оС. При этом клеевая композиция в качестве кремнийорганического связующего содержит поликарбосилан (РКС) с мол. массой не менее 700, полиорганосилазан (ПСЗ) с мол. массой не менее 900 и содержанием сухого остатка не менее 80% и инициатор отверждения в виде перекиси бензоила, дикумила, трет-бутила или лаурила, а в качестве порошкового наполнителя содержит соединение, выбранное из группы, включающей: нитриды алюминия, бора или титана, карбиды кремния, бора или титана, оксиды алюминия, кремния, иттрия или циркония, металл или сплав, подобный соединяемым, при следующем соотношении компонентов, мас. Поликарбосилан 5,0-20,0 Полиорганосилазан 5,0-20,0 Инициатор отверж- дения 0,5-3,0 Порошковый напол- нитель Остальное
В качестве поликарбосилана могут быть использованы соединения общих формул
Me2SilH-RR′Si(I) или MeHSilH
(II) где R, R', H, Alk, Ar, Vin; Y 10-60;
n 1-20m 0,1; х 2-50 с молекулярной массой не менее 700.

В качестве полиорганосилазана могут быть использованы соединения общей формулы
[RSi(NH)1,5]a[R′R″SNH]b[Me3SiNH]
(III) где R, R', R'' H, Alk, Рh, Vin, C l;
a, b, c 0-3; n 3-10 с молекулярной массой не менее 900 и содержанием сухого остатка не менее 80%
В качестве соединяемых металлических материалов могут быть использованы любые металлы и сплавы, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, а также любые марки сталей, латуни, бронзы. Для соединения могут быть использованы пластины, простые и сложные конструкции любых размеров.

Подготовку поверхностей соединяемых металлических материалов проводят путем их обезжиривания обработкой моющими средствами.

Получение полимерной композиции осуществляют следующим образом.

В металлический стакан, снабженный рубашкой с охлаждением и лопастной мешалкой, помещают кремнийорганическое связующее: поликарбосилан общей формулы (I) или (II) с молекулярной массой не менее 700 (5-20 мас.), полиорганосилазан (III) в виде толуольного раствора (содержание сухого остатка не менее 80%) и с молекулярной массой не менее 900 (5-20 мас.) и 0,5-3,0 мас. органической перекиси (перекиси дикумила, бензоила, трет-бутила или лаурила), перемешивают в течение 15-20 мин. Затем в органической части клеевой композиции в течение 1 ч при постоянном интенсивном перемешивании порциями добавляют до 10 мас. порошковый наполнитель, в качестве которого используют соединения из группы, содержащей нитриды, карбиды, оксиды (натрид алюминия, бора, кремния, титана, карбид кремния, бора, титана, оксид алюминия, кремния, иттрия, циркония), металлы и сплавы, аналогичные соединяемым. Указанные соединения не ограничивают возможность использования ряда других известных тугоплавких соединений. Порошковый наполнитель может быть использован с размером частиц не более 50 мкм. Гомогенизацию клеевой композиции проводят в шаровой мельнице в течение не более 4-х ч со скоростью 1000 об/мин. На подготовленные металлические поверхности полимерную клеевую композицию наносят с помощью штапеля, кисти или распылителя. Путем наложения фиксируют соединяемые металлические поверхности друг относительно друга с помощью механических зажимов. Затем осуществляют термообработку подготовленных и закрепленных металлических поверхностей под давлением 0,5-1 кгс/см2 при температуре 150-400оС на воздухе. По окончании, механические зажимы снимают и проводят термообработку при температуре 750-1600оС в атмосфере инертного газа (азот, аргон, гелий).

П р и м е р 1. Соединение пластин титанового сплава.

Поверхности пластин (100 x 20 x 2) из титанового сплава марки ВТ-6 механически обрабатывают наждачной бумагой, промывают моющим средством ОП-7 (или ОП-10), водой, высушивают при 50-60оС. На подготовленную поверхность наносят кисточкой полимерную клеевую композицию равномерным слоем 0,5-1 мм состава, мас. Поликарбосилан с моле- кулярной массой 1000 15,0 Полиорганосилазан с мо- лекулярной массой 1040 10,0 Перекись лаурила 3,0 Нитрид кремния 30,0 Карбид титана 18,5 ВТ-6 23,5 Закрепляют пластины внахлест на 10 мм друг относительно друга зажимами и проводят их термообработку в виде стадии. На первой стадии закрепленные пластины (давление около 0,5 кгс/см2) помещают в предварительно нагретую до 350оС муфельную печь и выдерживают в течение 1 ч на воздухе. При этих условиях происходит отверждение клеевого состава, что обеспечивает композиции необходимую когезионную прочность сцепления со сплавом. На второй стадии температуру обработки пластины повышают до 1500оС и выдерживают в течение 0,5 ч в среде аргона. При этих условиях отработки происходит термодеструкция клеевой композиции с пиролизом кремнийорганических компонентов связующего поликарбосилана и полиорганосилаза с выходом неорганического остатка до 92 мас. представляющего собой гетерогенную смесь нитрида и карбида кремния с примесью углерода и кремния. При этом происходит диффузионное проникновение элементов клеевого слоя и продуктов его термодеструкции в поверхность соединяемых пластин, что приводит к их прочному соединению. Прочность на сдвиг составила 740 МПа при 20оС.

Другие примеры соединения металлических материалов представлены в таблице с указанием состава полимерной клеевой композиции, режимов соединения и прочности полученного соединения на сдвиг.

Как следует из представленных данных, изобретение позволяет получать клеевые соединения металлов и сплавов, обладающие высокими механо-прочностными характеристиками с прочностью на сдвиг 320-850 МПа. При этом высокие эксплуатационные свойства клеевых конструкций остаются практически постоянными в широком интервале температур (20-1600оС), что позволяет использовать предлагаемый способ соединения металлов и сплавов практически в любых отраслях промышленности.

Похожие патенты RU2032701C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1992
  • Орлов Г.И.
  • Сытова И.М.
  • Водяницкий С.Я.
RU2047636C1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ АДГЕЗИВ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1992
  • Орлов Г.И.
  • Сытова И.М.
  • Водяницкий С.Я.
RU2034892C1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ АДГЕЗИВ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1992
  • Орлов Г.И.
  • Сытова И.М.
  • Водяницкий С.Я.
RU2034890C1
ТЕРМОСТОЙКАЯ КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2015
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Петрова Алефтина Петровна
  • Лукина Наталия Филипповна
  • Котова Елена Владимировна
RU2606616C1
ТЕРМОСТОЙКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2014
  • Есаулов Сергей Константинович
RU2573468C2
КЕРАМИКООБРАЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, КЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕЕ ОСНОВЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2001
  • Каблов Е.Н.
  • Минаков В.Т.
  • Гуняев Г.М.
  • Сорина Т.Г.
  • Стребкова Т.С.
  • Швец Н.И.
  • Антонова С.В.
  • Солнцев С.С.
  • Розененкова В.А.
  • Миронова Н.А.
RU2190582C2
Композиционный материал для защиты от внешних воздействующих факторов и способ его получения 2018
  • Есаулов Сергей Константинович
  • Есаулова Целина Вацлавовна
RU2721323C1
ТЕРМОСТОЙКИЙ ВСПЕНЕННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВЫ ДЛЯ НЕГО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА 2013
  • Есаулов Сергей Константинович
RU2545287C1
Высокотемпературная клеевая композиция до 1000 градусов Цельсия 2019
  • Вялов Андрей Игоревич
  • Векшин Никита Николаевич
  • Лимарева Дарья Владимировна
RU2732909C2
СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ 1994
  • Кузнецов Геннадий Георгиевич[Uz]
  • Мандель Леонид Ефимович[Uz]
  • Веселовский Роман Александрович[Ua]
RU2097399C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 032 701 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к технологии соединения металлов и сплавов, позволяющей получать сложные неразъемные конструкции с прочностью клеевого шва на сдвиг при 320 - 850°С МПа при высоких температурах эксплуатации. Сущность изобретения: способ соединения металлов и сплавов включает подготовку контактных поверхностей, нанесение слоя клеевой композиции, содержащей, мас%: поликарбосилан, с молекулярной массой не менее 700 и полиорганосилазан с молекулярной массой не менее 900 и содержанием сухого остатка не менее 80%, порошковый наполнитель и отвердитель, после чего осуществляют отверждение композиции при температуре 150 - 400°С, в течение 0,5 - 3,0 ч и затем проводят термообработку в среде азота, аргона или гелия при температуре 700 - 1600°С в течение 0,3 - 1 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%: поликарбосилан 5 - 20, полиорганосилазан 5 - 20, отвердитель 0,5 - 3,0, порошковый наполнитель остальное. В качестве наполнителя используют соединение, выбранное из группы, включающей: нитриды алюминия, кремния, бора или титана, карбиды кремния, бора и титана, оксиды кремния, алюминия, иттрия или циркония, металл или сплав, подобный соединяемым, а в качестве отвердителя используют пероксид дикумила, или бензоила, или трет-бутила или лаурила. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 032 701 C1

1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, включающий подготовку поверхностей соединяемых материалов, нанесение на подготовленную поверхность клеевой композиции, содержащей кремний органический компонент, порошковые наполнитель и отвердитель, отверждение композиции и ее термообработку, отличающаяся тем, что используют клеевую композицию, содержащую в качестве кремнийорганического компонента поликарбосилан с мол.м. не менее 700 и полиорганосилазан с мол.м. не менее 900 и содержанием сухого остатка не менее 80% отверждение композиции осуществляют при 150-400oС в течение 0,5-3,0 ч, а термообработку проводят в среде азота, аргона или гелия при 700-1600oС в течение 0,3-1 ч при следующем соотношении компонентов, мас.

Поликарбосилан 5 20
Полиорганосилазан 5 20
Отвердитель 0,5 3,0
Порошковый наполнитель Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют клеевую композицию, содержащую в качестве наполнителя соединение, выбранное из группы, включающей нитриды алюминия, кремния, бора и титана, карбиды кремния, бора и титана, оксиды кремния, алюминия, иттрия и циркония, металл или сплав подобный соединяемым.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют клеевую композицию, содержащую в качестве отвердителя пероксид дикумила, или бензоила, или бензоила, или трет-бутила, или лаурила.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2032701C1

Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Клеевая композиция 1989
  • Губасарян Санасар Мушегович
  • Давтян Сусанна Акоповна
  • Дуринян Соник Джангировна
  • Аветян Лусвард Ервандовна
SU1641850A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 032 701 C1

Авторы

Орлов Г.И.

Сытова И.М.

Водяницкий С.Я.

Даты

1995-04-10Публикация

1992-07-14Подача