用于与铝结构性粘接的表面处理的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及金属表面处理技术，更具体而言涉及利用转化涂层和溶胶-凝胶材料 而不使用粘合剂粘接用底漆（adhesivebondprimer)来使粘合剂与错部件结构性粘接的 技术。
【背景技术】
[0002] 粘接之前的金属处理对粘接接缝的初始粘合力以及其长期环境耐久性而言都是 关键因素。然而，常规的粘接用底漆应用技术对于使用来说并不方便和/或过于复杂。例 如，许多类型的粘接用底漆需要长固化时间和/或高温（高温固化设备，如加热板、加热灯、 加热枪或烘箱），而这种长固化时间和/或高温在许多环境中可能不容易获得，例如在登机 口或飞机库。这些时间和温度要求延缓了整个粘接过程，需要专门设备和环境，并且使处理 对象（例如飞行器）长时间不能执行任务。另外，过去主要因表面整理不充分而造成的粘 接失效已经成为粘接构件在当前使用中的限制因素。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种不利用粘合剂粘接用底漆而使粘合剂与铝部件结构性粘接的 方法。所述方法包括从铝部件的表面去除污物。在此操作中在铝部件上形成清洁表面。所 述方法随后可通过在铝部件的清洁表面上沉积转化涂层来进行，该步骤在清洁表面上形成 转化层。所述方法通过在转化涂层上沉积溶胶-凝胶材料来进行，从而在转化层上形成溶 胶-凝胶层。在形成溶胶-凝胶层后，所述方法可通过在溶胶-凝胶层上沉积粘合剂层来 进行。固化后，粘合剂层与铝部件形成结构性粘接。
[0004] 本发明还提供了一种用于处理铝部件的方法，该方法用于在不利用粘合剂粘接用 底漆的情况下进行结构性粘合剂粘接。在一些实施方式中，所述方法包括从铝部件的表面 去除污物，从而形成清洁表面。所述方法随后通过在铝部件的清洁表面上沉积转化涂层来 进行，从而在清洁表面上形成转化层。在形成转化层后，所述方法通过在转化涂层上沉积溶 胶-凝胶材料来进行，从而在转化层上形成溶胶-凝胶层。
[0005] 本发明还提供了一种包含铝部件、转化层、溶胶_凝胶层、固化的粘合剂层和铝补 片的装置。铝补片设置在固化的粘合剂层上。转化层设置在铝部件之上。溶胶-凝胶层设 置在转化层之上，而固化的粘合剂层设置在溶胶-凝胶层之上。转化层、溶胶-凝胶层和固 化的粘合剂层形成了设置在铝部件和铝补片之间的叠层体。叠层体提供了铝部件和铝补片 之间的结构性粘接。
[0006] 下面将参考附图进一步描述这些实施方式和其他实施方式。
【附图说明】
[0007] 图1A是一些实施方式的铝补片与铝部件在结构性粘接过程中系统的示意性截面 图。
[0008] 图1B图示了一些实施方式的装置的示意性顶视图，所述装置包括转化层、溶 胶-凝胶层和固化的粘合剂层以及通过转化层、溶胶_凝胶层和固化的粘合剂层而结构性 粘接的铝补片和铝部件。
[0009] 图2图示了一些实施方式的不利用粘合剂粘接用底漆而使粘合剂（或更具体而言 为铝补片）与铝部件结构性粘接的方法所对应的工艺流程图。
[0010] 图3是一些实施方式的结构性粘接的子组件的示意图，该结构性粘接的子组件包 括粘合剂层、铝部件和在粘合剂层和铝部件之间设置的溶胶-凝胶层。
[0011] 图4A是反映一些实施方式的一些飞行器制造和保养操作的过程流程图。
[0012] 图4B是图示一些实施方式的飞行器的各种部件的框图。
【具体实施方式】
[0013] 在以下描述中，阐述多种具体细节以提供对所提出的构思的充分理解。所提出的 构思可以在省略一些或所有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，对公知的工艺操 作没有进行描述，从而不会不必要地使所述构思难以理解。虽然对一些构思结合具体实施 方式进行了描述，但应理解的是这些实施方式不意图构成限制。
[0014] 引言
[0015] 与铝部件（例如飞行器的外表面）形成结构性粘接的常规方法通常利用粘接用底 漆和/或难以在机场使用的其他材料。例如，粘合剂粘接用底漆可需要在250°F的温度保 持90分钟以充分固化粘合剂粘接用底漆。该温度需要强大的热源，例如加热板、烘箱或加 热枪，而这些通常在机场不能获得和/或由于安全原因（例如燃料蒸汽和环境中存在的其 他可燃性材料）而通常不能使用。另外，施加并固化粘合剂粘接用底漆的操作一般是非常 费力的长时间程序，整个过程常常耗费超过4小时。同时，结构性粘接常常需要短时间内、 如飞行器在航空港地面停留时在机场形成。
[0016] 本发明提供了用于建立与铝部件的结构性粘接的表面处理方法。在一些实施 方式中，经处理的表面用于粘接各种补片，所述补片还可由铝或各种其他材料形成，例如 钛和复合材料如碳纤维和玻璃纤维等。这些表面处理方法消除了对使用粘合剂粘接用 底漆的需要。结果，这些方法不使用高温并节省了大量时间，而不牺牲结构性粘接的质 量和强度。在不使用粘合剂粘接用底漆的情况下，对铝部件的表面首先以转化涂层如 ALODINE? (获自HenkelCorporation,Dusseldorf,德国）处理，然后以溶胶凝-胶材 料如B0EGEL-EPII(获自波音公司，Chicago,IL)处理。随后将粘合剂直接施加在铝部件的 经处理表面上，而不使用任何粘合剂粘接用底漆。这两种处理的组合（即，转化涂层处理和 溶胶-凝胶材料处理）使得即使在所得结构中不存在粘合剂粘接用底漆的情况下也能够形 成结构性粘接。
[0017] 出于本文的目的，结构性粘接定义为两个结构部件（例如铝部件和铝补片）之间 的粘接，其利用了位于这两个结构部件之间的粘合剂。这样，结构性粘接还存在于两个结构 部件中的每一个与粘合剂层之间。结构性粘接应当与其中一个是非结构部件（例如保护涂 层或漆）的两个部件之间的粘接区分开。然而，应注意该方法也可用于非结构性应用。例 如，非结构性粘接的搭接剪切强度可小于约l〇〇〇psi，而室温下结构性粘接的搭接剪切强度 可为至少约lOOOpsi，或者更通常为至少约2000psi，或甚至至少约3000psi。
[0018] 本文所述表面处理方法避免了对强力加热设备如电加热器的需要，并且可以在不 能获得或不允许这种加热器的场所（例如有较高易燃性危险因素的场所）进行粘接。表面 处理方法的这些特征可改善机队可用性（fleetavailability)，这是因为粘接可在机场进 行，而通常无需使飞行器退出任务。例如，该方法可以在登机口或航空港飞机库中进行，而 不是将飞行器返回到制造厂或特定的修理地点。整个结构性粘接过程包括：整理需处理的 表面、处理该表面和施加并固化粘合剂，该过程可仅需要2~4小时；而包括粘接用底漆的 通常方法可能花费长达8~24小时。
[0019] 结构性粘接实例
[0020] 图1A是一些实施方式的铝补片110与铝部件102的结构性粘接过程中系统100 的示意性截面图。系统1〇〇的其他部件有转化层104、溶胶-凝胶层106和固化的粘合剂层 108。转化层104可称为第一层，溶胶-凝胶层106可称为第二层，固化的粘合剂层108可 称为第三层。应注意，转化层104可包括多个子层。同样，溶胶-凝胶层106也可包括多个 子层。
[0021] 转化层104、溶胶-凝胶层106和固化的粘合剂层108设置在铝补片110和铝部件 102之间，从而使转化层104设置在铝部件102之上，溶胶-凝胶层106设置在转化层104之 上，并且固化的粘合剂层108设置在溶胶-凝胶层106之上。转化层104接触铝部件102。 在一些实施方式中，通过对铝部件102的表面进行有效改性来使转化层104部分或完全并 入铝部件102。固化的粘合剂层108接触铝补片110,铝补片110可具有特殊处理的表面以 提供与固化的粘合剂层108的增强粘接。例如，表面可通过施加粘合剂粘接用底漆来处理 (例如，在其制造过程中预处理铝补片110)。作为另一选择，铝补片110可通过转化涂层和 溶胶-凝胶涂层的组合来处理，该处理可在机场进行。
[0022] 转化层104、溶胶-凝胶层106和固化的粘合剂层108以及铝补片110和铝部件 102成为装置（例如，飞行器）的一部分。换言之，转化层104、溶胶-凝胶层106和固化的粘 合剂层108以及铝补片110在结构性粘接工序完成后保持附接在铝部件102上。系统100的 非永久性附接在装置上的其他部件为剥离层112、真空袋114、一个或多个热包116和绝热 体118。这些部件可以临时使用，例如，在固化的粘合剂层108中的粘合剂固化过程中使用。 例如，剥离层112可用于控制未固化的粘合剂的分布，并防止未固化的粘合剂与系统100的 其他部件（例如绝热体118或真空袋114)接触。真空袋114可用于将固化区域与周围环 境隔离并对铝补片110施加一些压力。可通过外部机械作动器（未示出）提供额外压力。 在一些实施方式中，可使用外部机械作动器替代真空袋114。热包116可以是能够在需要的 时长内保持需要的温度的热包、矩形扁瓶或容器中包含的化学相变材料（PCM)。在一些实 施方式中，使用能够在室温固化的粘合剂，例如获自HenkelCorporation(Dusseldorf,德 国）的HYSOLCfcEA9394?。HYSOLSEA9394?在77°F约5~7天后完全固化，或如果需 要更短的固化时间则可以在较高温度下固化。较高固化温度粘合剂的实例包括HYSOLK EA9696?，也获自HenkelCorporation(Dusseldorf,德国）。HYSOL.SEA9696? 可在 225°F~265°F的温度固化，以完全固化。在一些实施方式中，可使用其他