Способ склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей Советский патент 1993 года по МПК C09J5/02 

Изобретение относится к технологии склеивания металлов, а именно деталей из низкоуглеродистых сталей с использованием термопластичного клеящего вещества на основе полиэтилена. Оно может найти применение в строительстве и различных областях техники, где предъявляются высокие требования к надежности склеенных соединений.

Целью изобретения является повышение влагостойкости клеевого шва на основе полиэтилена.

Для достижения поставленной цели в способе склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей, включающем размещение между ними пленки полиэтилена с последующим нагреванием при остаточном давлении менее Па, перед склеиванием пленку полиэтилена обезжиривают в этиловом спирте, а поверхности деталей обрабатывают раствором, содержащим, мае.ч.: 35%- ную соляную кислоту - 83,3, 85%-ную фосфорную кислоту- 12,5 и 60%-ную плавиковую кислоту - 4,2, при температуре 75- 85°С в течение 5-15 мин, перед нагреванием детали сжимают усилием 0,05- 0,3 МПа, а нагревание ведут до температуры 230-300°С и выдерживают при этой температуре 20-80 мин.

Для более значительного повышения влагостойкости клеевого шва склеиваемые поверхности после обработки смесью кислот выдерживают в растворе, содержащем, мае.ч.: бихромат натрия - 4, серную кислота

00

о

00

о о

со

- 10, воду - 30, при температуре 74°С в течение 10 мин.

В качестве клеящего вещества используют полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или полиэтилен низкого давления (ПЭНД),

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Предварительная химическая обработка проводится с целью образования на поверхности деталей кристаллогидратов окислов железа. В процессе нагревания происходит термодеструкция полиэтилена с разрывом межмолекулярной .связи С-Н, что приводит к образованию реакционнос- пособных функциональных групп в клее- расплаве. Эти группы вступают во взаимодействие с поверхностью металла через гидроксильные группы кристаллогидратов окислов железа и образуют с ней прочную химическую связь, обеспечивающую влагостойкость, вакуумную плотность и механическую прочность склеенного соединения.

На основании масс-спектрометриче- ских исследований был установлен режим склеивания. При температуре 230-300°С происходит оптимальная термодеструкция полиэтилена и выделяется максимальное количество кристаллизационной воды с поверхности металлов. При температуре выше 300°С наблюдается интенсивная необратимая деструкция полиэтилена с уменьшением его когезионной прочности.

Продолжительность склеивания 20-80 мин определяется тем, что при выдержке менее 20 мин пленка полиэтилена не успевает прогреться до заданной температуры и результаты по надежности узлов нестабильны, а выдержка более 80 мин приводит к более интенсивной деструкции полиэтилена него когезионная прочность уменьшается,

Предварительное усилие сжатия 0,05- 0,3 МПа определено экспериментально и является оптимальным для обеспечения эффективного взаимодействия клея-расплава с поверхностью деталей.

Режим предварительной химической обработки склеиваемых поверхностей определен экспериментально с учетом масс- спектрометрических исследований.

При обезжиривании пленки полиэтилена в различных растворителях наилучшие результаты по улучшению адгезии получены при использовании этилового спирта.

На чертеже представлен склеиваемый узел. На оправке 1 закреплен металлический стержень 2. на котором расположены два фланца 3 и 4 из низкоуглеродиглой стали. Для склеивания фланцев между ними размещена прокладка 5 из полиэтилена. Для обеспечения предварительного сжатия деталей служит гайка б и тарельчатая пружина 7.

Пример 1. Цилиндрические фланцы 3, 4 из Ст. 3 после механической обработки и очистки от загрязнений помещают в рас-, твор, содержащий мас.ч.: соляную кислоту

(35%-ную) - 83.3, фосфорную кислоту (85%- ную) - 12,5, и плавиковую кислоту (60%-ную) - 4,2, выдерживают 5 минут при тем-ре 75°С. Затем фланцы промывают в проточной и дистиллированной воде, сушат на воздухе

при80°С.

Для склеивания используют пленку ПЭВД марки 15303-003 ГОСТ 16337-77, из которой вырубают кольцо 5 и обезжиривают его в этиловом спирте 5 мин.

Обработанные детали собирают в узел „согласно чертежу. С помощью гайки 6 и пружины 7 тарированным ключом, настроенным на момент вращения, соответствующего осевому усилию 0,05 МПа,

обеспечивают предварительное сжатие деталей. Затем узел помещают в вакуумную печь и процесс склеивания осуществляют при остаточном давлении 3 10 Па, тем-ре 230°С в течение 20 мин. После охлаждения

вакуумной печи до 35° С в нее напускают воздух, узел извлекают и подвергают испытаниям на механическую прочность, вакуумную плотность и влагостойкость по стандартным методикам.

Стандартные методики испытаний склеенных узлов заключаются в следующем.

Герметичность склеенных узлов определяют на цельнометаллическом вакуумном посту с помощью течеискателя ПТИ-7. В

замкнутый объем баллона при атмосферном давлении помещают склеенный узел и внутреннюю полость баллона соединяют с ПТИ-7,

Герметичность узлов из низкоуглеродистых сталей, склеенных по заявляемому способу (во всех примерах) характеризуется натеканием, скорость которого лежит вне чувствительности течеискателя ПТИ-7, т.е. меньше мкм/с.

Механическую прочность склеенных узлов определяют с помощью разрывной машины Р-5, закрепляя образцы в специальных захватах и накладывая разрывное усилие в осевом направлении до полного

разрушения образца.

Механическая прочность узла из Ст.З с использованием в качестве клеящего вещества пленки ПЭВД характеризуется удельным разрывным усилием 15-16 МПа..

Обследование на влагостойкость производят помещением склеенного узла в водопроводную воду на требуемую длительность по времени. По истечении этого времени образцы извлекают из воды, су- шат и вновь испытывают на вакуумную плотность и механическую прочность.

Обработанный и склеенный согласно примеру 1 узел не теряет вакуумной плотности и не изменяет значения механической прочности после пребывания в водопроводной воде в течение 1г.

Пример 2. Фланцы 3,4 из Ст.З обрабатывают в смеси кислот такого же состава, как в примере 1, при тем-ре 85°С в течение 15 мин. После химической обработки фланцы промывают в проточной и дистиллированной воде, сушат на воздухе. Затем между ними помещают прокладку из ПЭВД, предварительно обработанную, как в примере 1. Собранный узел сжимают усилием 0,3 МПа и помещают в вакуумную печь, где ведут процесс склеивания при давлении 3- Па, тем-ре 300°С в течение 80 мин. После охлаждения вакуумной печи в нее напускают воздух, узел извлекают и испытывают на .механическую прочность, вакуумную плотность и влагостойкость по стандартным методикам.

Склеенный таким образом узел из Ст.З не теряет вакуумной плотности и механиче- ской прочности после пребывания в вбдо- проводной воде в течение 1 г.

Пример 3. В режимах примеров 1 и 2 проводят предварительную обработку фланцев из Ст.З в смеси соляной, фосфорной и плавиковой кислот. После промывки фланцев в проточной и дистиллированной воде их помещают в раствор, содержащий, мае.ч.: бихромат натрия 4, соляную кислоту 10 и воду 30, выдерживают в этом растворе 10 мин при тем-ре 74°С. После промывки и высушивания фланцев на воздухе при тем- ре 93°С проводят процесс склеивания в режимах примеров 1 и 2, после чего склеен- ные узлы проверяют на механическую прочность, вакуумную плотность и влагостойкость. При такой дополнительной обработке склеиваемых поверхностей склеенные узлы из Ст.З не теряют вакуумной плотности и механической прочности в течение 2 лет.

Эксперименты по склеиванию деталей из Ст.З в режимах примеров 1,2,3 проводились с использованием полиэтилена низкого давления (ПЭНД) марки 20108-001 ГОСТ 16338-77. ПЭНД создает с поверхностью стали более прочное и надежное адгезион- ное соединение. Склеенные узлы не теряют своей механической прочности и вакуумной плотности после 1-2 лет хранения в водопроводной воде. Исходное значение механической прочности 20-22 МПа.

Таким образом, проведенные эксперименты показывают, что предложенный способ позволяет получать влагостойкое надежное клеевое соединение из низкоуглеродистых сталей на основе полиэтилена, э также обеспечить вакуумную плотность и механическую прочность склеиваемых узлов.

Формула изобретения

1. Способ склеивания деталей из низко- углеродистых сталей, включающий механическую очистку деталей, размещение между ними пленки полиэтилена с последующим нагреванием, в вакууме при остаточном давлении менее Па, отличающийся тем, что, с целью повышения влагостойкости клеевого шва, перед склеиванием пленку полиэтилена обезжиривают в этиловом . спирте, а поверхности деталей обрабатывают раствором, содержащим, мае.ч.: 35%-ная соляная кислота - 83,3, 85%-ная фосфорная кислота - 12,5; 60%-ная плавиковая кислота - 4,2, при температуре 75-85°С в течение 5-15 мин, перед нагреванием детали сжимают усилием 0,05-0,3 МПа, а нагревание ведут до температуры 230-300°С и выдерживают при этой температуре 20-80 мин.

2. Способ склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей поп.1,отличающий- с я тем, что, с целью увеличения адгезии, склеиваемы е детали после обработки смесью кислот выдерживают в растворе, содержащем, мае,ч.: бихромат натрия - 4; серная кислота -10; вода - 30, при температуре 74°С в течение 10 мин.

Использование: в строительстве и различных областях техники, где предъявляются высокие требования к надежности склеенных соединений. Сущность изобретения: детали из низкоуглеродистых сталей очищают механическим путем, затем обрабатывают раствором,, содержащим 35%- ную соляную кислоту - 83,3. 85%-ную фосфорную кислоту - 12,5 и 60%-ную плавиковую кислоту - 4,2 при температуре 75- 85°С в течение 5-15 мин, после чего между деталями размещают пленку полиэтилена, обезжиренную в этиловом спирте, сжимают усилием 0,05-0,3 МПа и нагревают в вакууме при остаточном давлении менее Па до температуры 230-300°С и выдерживают при этой температуре 20-80 мин. Для увеличения адгезии склеиваемые детали после обработки смесью кислот выдерживают в растворе, содержащем, мае.ч.; бихромат натрия 4, серная кислота 10 и вода 30, при температуре 74° С в течение 10 мин, 1 ил. со с