Способ склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей

 

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

д

ОМОВ сОВе тских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 09 J 5/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

ОО

C)

C)

C) (21) 4947525/05 (22) 07,05,91 (46) 07.04,93, Бюл, ¹ 13 (71) Институт химической кинетики и горения СО АН СССР (72) В,И.Таборский, Г.Ф.Поляков и И.M,Èêрянов (73) Институт химической кинетики и горения СО PAH (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1595866. кл. С 09 J 5/02, 1988.

Коварская Л.Б. Исследование адгезии полиэтилена к металлам. Автореферат, Москва, 1972. (54) СПОСОБ СКЛЕИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ

НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ (57) Использование: в строительстве и различных областях техники, где предъявляются высокие требования к надежности

Изобретение относится к технологии склеивания металлов, э именно деталей из низкоуглеродистых сталей с использованием термопластичного клеящего вещества на основе полиэтилена. Оно может найти применение в строител стве 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 давле„„ Ы „„ t 808001 АЗ 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 7585 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 10 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, мас,ч.: бихромат натрия 4, серная кислота 10 и вода 30, при температуре 74 С в течение 10 мин. 1 ил, нии менее 10 Па, перед склеиванием пленку полиэтилена обезжиривают в этиловом спирте, а поверхности деталей обрабатывают раствором, содержащим, мас.ч.: 35%ную соляную кислоту — 83,3, 85%-ную фосфорную кислоту- 12,5 и 60%-ную плавиковую кислоту — 4,2, при температуре 7585 С в течение 5-15 мин, перед нагреванием детали сжимают усилием 0,050,3 МПа, а нагревание ведутдо температуры

230-300 С и выдерживают при этой температуре 20-80 мин.

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

1808001

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 клеерасплаве. 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-спектрометрических 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 и его когезионная прочность уменьйается, Предварительное усилие сжатия 0,050,3 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 массспектрометрических 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 низкоуглеродис ой стали. Для склеивания фланцев между ними размещена прокладка 5 из полиэтилена, Для обеспечения предварительного сжатия деталей служит гайка 6 и тарельчатая пру5 жина 7, Пример 1. Цилиндрические фланцы

3, 4 из Ст, 3 после механической обработки и очистки от загрязнений помещают в рас-. теор, содержащий мас.ч,: соляную кислоту

10 (35 (,-ную) — 83.3, фосфорную кислоту (85 ф,ную) — 12,5, и плавиковую кислоту (60;ь-ную)—

4,2, выдерживают 5 минут при тем-ре 75 С.

Затем фланцы промывают в проточной и дистиллированной воде, сушат на воздухе

15 при 80 С.

Для склеивания используют пленку

ПЭВД марки 15303-003 ГОСТ 16337-77, из которой вырубают кольцо 5 и обеэжиривают его в этиловом спирте 5 мин.

20 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, 25 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 влагостой кость 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

40 замкнутый объем баллона при атмосферном давлении помещают склеенный узел и внутреннюю полость баллона соединяют с ПТИ-7, Герметичность узлов иэ низкоуглероди45 стых сталей, склеенных по заявляемому способу (во всех примерах) характеризуется натеканием, скорость которого лежит вне чувствительности течеискателя ПТИ-7, т.е, меньше 5 10 мкм/с.

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

Механическая прочность узла из Ст.3 с использованием в качестве клеящего вещества пленки ПЭВД характеризуется удельным разрывным усилием 15-16 МПа.

1806C|t) 1

Обследование на влагостойкость производят помещением склеенного узла в водопроводную воду на требуемую длительность по времени. По истечении этого времени образцы извлекают из воды, сушат 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 1 r, Пример 2. Фланцы 34 из Ст3 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 оомещают 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 10 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.3 не теряет вакуумной плотности и механической прочности после пребывания в водопроводной воде в течение 1 г.

Пример 3. В режимах примеров 1 и

2 проводят предварительную обработку фланцев из Ст.3 в смеси соляной, фосфорной и плавиковой кислот. После промывки фланцев в проточной и дистиллированной воде их пОмещают в раствор, содержащий, мас,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 темре 93 С проводят процесс склеивания в режимах примеров 1 и 2, после чего склеенные узлы проверяют на механическую прочность, вакуумную плотность и влагостойкость, При такой дополнительной обработке склеиваемых поверхностей склеенные узлы из Ст,З не теряю вакуум«ой плотности и механической прочности в течение 2 лет, Эксперименты по склеиванию деталей

5 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 адгезион10 ное соединение. Склеенные узлы не теряют своей механической прочности и вакуумной плотности после 1-2 лет хранения в водопроводной воде. Исходное значение механическей прочности 20-22 МПа.

15 Таким образом, проведенные эксперименты показывают, что предложенный способ позволяет получать влагостойкое надежное клеевое соединение из низкоуглеродистых сталей на основе полиэтилена, 20 а также обеспечить вакуумную плотность и механическую прочность склеиваемых узлов.

Формула изобретения

25 1. Способ склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей, включающий механическую очистку деталей, размещение между ними пленки полиэтилена с последующим нагреванием. в вакууме при остаточном давлении менее10 Па, отлича ющийся

-2

30 тем, что, с целью повышения влагостойкости клеевого шва, перед склеиванием пленку полиэтилена обезжиривают в этилового . спирте, а поверхности деталей обрабатывают раствором, содержащим. мас.ч.: 35 -ная

35 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

40 температуры 230-300 С и выдерживают при этой температуре 20-80 мин.

2, Способ склеивания деталей из низкоуглеродистых сталей по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения адгезии, 45 склеиваемые детали после обработки смесью кислот выдерживают в растворе, содержащем, мас.ч.: бихромат натрия — 4; серная кислота — 10; вода -30, при температуре

74 С в течение 10 мин.

1808001

Составитель P,Вакар

Редактор Т.Никольская Техред М,Моргентал Корректор М.Петрова

Заказ 1394 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород. ул.Гагарина, 101