Клеевая композиция Советский патент 1984 года по МПК C09J1/00 

ND

сл

о

N5

4; Изобретение относится к получению высокотемпературных неорганичес ких клеев и может быть использовано в условиях эксп-луата1т,ии склеенны металлов при комнатной и повышенно температурах ;(до ), может пр меняться в электронной промышленно ти, в химическом машиностроении, дл производства биметаллических конст рукций типа сталь - сталь, железо железо, железо - никель, железо - к бальт, электротехническая сталь. Известны клеевые композиции на основе жидкого стекла или ортофосфорной кислоты i и 2 . Однако такие композитдаи не обеспечивают достаточную прочность сцеп ления (адгезию) склеиваеьмх материа лов (предел прочности при отрыве составляет 50-90 кгс/см) при термостойкости 450-500°С. Наиболее близкой к изобретению по технической-сущности и достигаемому результату является клеевая сомпозиция, включающая ортофосфорну кислоту, оксиды алюминия и магния, гидроксид натрия, карбонат кальция воду и другие компоненты ,3 . Однако известная композиция также не обеспечивает достаточной проч ности склеивания и термостойкости -клеевого шва, имеет малую жизнеспособность , сложную технологию приготовления и длительность процесса склеивания (ступенчатый нагрев до 600° в течение 3ч). Цело изобретения - увеличение жизнеспособности и прочности склеивания при комнатной и повышенных температурах. Поставленная цель достигается тем, что клеевая композиция, включающая ортофосфорную кислоту 100%-ной концентрации, оксиды алюминия и магния, соединение натрия и воду, содержит в качестве соедине НИН натрия карбонат натрия и дополнительно оксиды бария, бора и кобальта при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ортофосфорная кислота 100%-ной концентрации42,5-59,5 Оксид алюминия 0,15-0,25 Оксид бария0,5-2,0 Оксид магния5,0-7,0 Оксид бора 1,-0-2,0 Карбонат натрия 0,8-1,0 Оксид кобальта 0,05-0,10 Вода Остальное Ортофосфорная кислота и оксид магния в предлагаемых пределах при повышенных температурах образуют стекловидный фосфат полимерного , строения (полифосбат магния), который имеет циклическую конфигурацию. Вводимый в предлагаемых количествен ных пределах оксид бария образует линейную структуру полифосфата и подавляет его кристаллизационную способность, что способствует сцеплению (адгезии) фосфата с металлом. При введении карбоната натрия ионы натрия, встраиваясь в структуру стекла, вытесняют ионы Во к поверхности стекла. При последующем контакте с металлом ионы йа активируют его поверхность. Пределы концентраций карботана натрия обусловлены тем, что нижний предел ограничивает сцепление металлов, верхний ограничивает переокисление металла (при переокислении образуется объемная окисная пленка, которая не может раствориться в тонком слое фосфата). Окисный слой, являясь промежуточным Между металлом и клеевой основой, не способствует сцеплению клея с металлом. Оксид алюминия упрочняет полимерную структуру фосфата, концентрационные пределы его обуслойлены раст воримостью оксида в фосфорной кислоте. Оксид бора способствует стеклообразованию (образованию клеевой основы),, концентрационные пределы также обусловлены растворимостью его в фосфорной кислоте. Оксид кобальта способствует окислительно-восстановительным процессам на металлической поверхности, активированной оксидом бария. Совокупность всех перечисленных свойств улучшает сцепление и способствует формиров анию высокотемпературного клеевого шва. Технология получения высокотемпературной клеевой композиции. Ортофосфорную кислоту разбавляют водой (1/4 от объема кислоты), нагревают до 80°С и последовательно растворяют оксиды алюминия, бария, магния, бора (или в пересчете на )., карбонат натрия и оксид кобальта, затем добавляют остальную воду, выдерживают раствор в течение часа при 80-90°С. Полученный раствор имеет плотность 1,4 г/си и вязкость 0,57 П. Далее на металлические поверхности, предварительно отшлифованные, обезжиренные ацетоном и окисленные при ,наносят полученный раствор Б количестве 0,15-0,20 кг/м, подсушивают, соединяют металлические поверхности и обжигают при 10001020°С в течение 2-10 мин в зависиости от величины склеиваемых детаей. Предлагаемая клеевая композиция ожет быть использована для склеиания различных металлов (сталь сталь, железо - железо, х елезо - ниель, железо - кобальт, электротех ическая сталь).

Пример 1. 50 г 85%-ной (содержание ортофосфорной кислоты 42,5 г) разбавляют водой в количестве 13 см, нагревают до 80°С и последовательно растворяют 0,15 г AljO, 0,5 г ВаО, 7 г MgO, 1 г 0,8 г , 0,05 г СоО, добавляют 27,5 г воды, вьщерживают раствор в течение 1 ч при 80°С,

Предел прочности клеевого соединения сталь - сталь на разрыв 560 кг/см, после обработки склеенной детали на токарном станке 500 кг/см.

Пример 2. 60 г 85%-ной ().. (содержание ортофосфорной кислоты 51 г) разбавляют водой в количестве 15 СМ, нагревают до 80с и последовательно растворяют 0,20 г AljO-j, 1,0 г ВаО,6,0 г gO, 1,5 г BjOj, 0,9 г , 0,07 г СоО, добавляют 15,33 г воды, выдерживают в течение 1 ч при 90 С. Предел прочности клеевого соединения железо армко - железо армко,на сдвиг 500 кг/см.

Пример 3. 70 г 85%-ной (содержание ортофосфорной. кислоты 59,5 г) разбавляют водой в количестве 18 см., нагревают до и последовательно растворяют 0,25 г AljO,, 2,0 г ВаО, 5,0 г flgO, 2,0 г , 1,0 г , 0,1.г СоО, добавляют 1,65 г воды, выдерживают в течение 1 ч при 80°С.

Предел прочности клеевого соединения железо армко - никель на сдвиг больше 450 кг/см , железо армко - кобальт больше 450 кг/см .

После механической обработки склеенной электротехнической стали склеенность сохраняется.

Таким образом, предлагаемая композиция позволяет получить прочные клеевые соединения, устойчивые до температуры обжига (1000 - 1020°с), причем склеенные детали можно подвергать механической обработке (резание на токарном станке, распиливание, шлифование и т.д.). В предусмотренном режиме (обжиг при 10001020с) известная композиция не склеивает, она отслаивается с окисной пленкой металла, тогда как в предлагаемом стеклоклее эта пленка растворяется. Максимальная прочность склеивания металлов известной композицией достигается в условиях ступенчатого нагрева до в тече- . ние 3ч З . При этом предел прочности соединения сталь - сталь на разрыв 0,5 кг/см. С помощью пред-, лагаемой композиции в этих условиях

0 также можно получить клеевые соединения с прочностью на разрыв 0,51,0 кг/см (см. таблицу). Кроме того, известная композиция является клеем разового пользования, ее жиз5неспособность составляет несколько часов, тогда как срок хранения предлагаемой композиции 9-12 мес.

20

Режим склей- i Прочность склеивания.

МПа, композиции

вания

25

ПредлагаеИзвестнаямая

Температура 600°С, продолжительность 3 ч (ступенчатый

0,5-1,0

0,5

нагрев)

Температупа 1000-1020°С, продолжительность

500 10 мин

Базовый объект ij позволяет получать клеевые соединения с прочностью на разрыв 65-80 кг/см, устойчивые до . По сравнению с ним предлагаемая клеевая композиция также характеризуется повьиенной прочностью склеивания, термостойкостью, жизнеспособностью.

КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, включаю 1дая ортофосфорную кислоту 100%-ной концентрации, оксиды алюминия и магния, соединение натрия и воду, о тличающаяся тем, что, с целью увеличения жизнеспособности и прочности склеивания при комнатной и повышенных температурах, она содержит в качестве соединения натрия карбонат натрия и дополнительно оксиды бария, бора и кобальта при . следующем соотношении компонентов, мае.%: Ортофосфорная кислота 100%-ной концентрации42,5-59,5 Оксид алюминия 0,15-0,25 Оксид бария0,5-2,0 Оксид магния5,0-7,0 Оксид бора 1,0-2,0 § Карбонат натрия 0,8-1,0 Оксид кобальта 0,05-0,10 (Л ВодаОстальное