橡胶与金属骨架粘合失效原因分析及解决方法探讨
橡胶, 金属, 骨架, 粘合, 失效
随着现代化车辆的高速发展，车辆上使用的减震器也日益受到人们的重视。车辆上普遍使用的橡胶一金属复合减震器，由于兼顾金属的高强度及橡胶的高弹性，也成为了减震器领域研究的热点。然而，由于橡胶与金属的表面结构、力学性能有着根本性的区别，使得橡胶与金属的粘合始终是橡胶减震器生产中的难点及重点。
一、橡胶与金属粘合的机理简述
所谓粘合是指两种相同或不同材料的表面通过各种界面力而结合在一起的状态。对于橡胶与金属的粘合，其理论的解释有热力学理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、界面化学理论等。各个理论均有其合理及不足之处。目前普遍认为，粘合过程一般分为两个阶段，第一阶段是粘合物(即橡胶)流动、扩散、浸润于金属表面;第二阶段是橡胶与金属表面发生硫化反应及其他化学反应，通过各种化学键及界面力的作用，使得橡胶与金属粘合成一体。目前，橡胶一金属复合减震器普遍使用的胶粘体系为胶粘剂法。广泛使用的胶粘剂如MEGUM 系列，其主要成分为酚醛树脂、卤化橡胶，还包含有粘合增进剂、硫化剂、溶剂等。其实现热硫化粘接的机理为胶粘剂中的卤素分子 (在卤化橡胶的分子链上)。如氯、溴分子，以共价键、离子键的形式，将金属原子(如铁原于)与卤化橡胶结合，同时，在热硫化的作用下。胶粘剂与橡胶产生共交联，从而完成粘合过程。本文主要以此类胶粘剂为例，从橡胶一金属复合减震器的生产实际出发，探讨粘合失效的原因及解决办法。
粘合失效的原因及解决办法
本企业橡胶减震器生产工艺流程见图1。
金属骨架的处理
(1)金属骨架脱脂。
在生产过程中，金属骨架在仓存时往往表面附着大量的油脂，骨架本身也有锈蚀，这两类污染物如不彻底清理干净，胶粘剂将无法在骨架表面充分结合、扩散、浸润，不易形成金属骨架一胶粘剂之间的有效粘接。
解决办法:规范金属骨架脱脂操作。金属骨架利用脱脂剂。有效脱除油脂。金属骨架在脱脂机内必须合理放置，避免形成脱脂死点。造成骨架内部分
油脂清除不干净;脱脂操作后，用大量的清水清除残余的油脂及脱脂剂。薄型金属骨架可用酸洗一磷化法，厚型金属骨架用抛丸法(喷砂法)来清除骨架表面的锈蚀。无论采取哪种形式，均以完全清除掉骨架表面的锈蚀，使金属骨架有一个干净、清洁的表面，同时又不过多损伤金属骨架表面的结构为宜。
(2)金属骨架过度抛丸。
金属骨架在采用抛丸法(喷砂法)时，金属骨架表面也因钢丸的喷射受到破坏，在表面形成肉眼不可见的裂纹。这些细小的裂纹对橡胶减震器的生产过程并没有影响，但减震器在恶劣的工作环境下。金属骨架表面裂纹的存在，会使其在垂直/扭转的拉力下迅速扩大，而导
致金属一金属分离，造成重大事件。
解决办法:
①选用合适粒径的钢丸。钢丸粒径大，则其冲击力强，除锈速度快，但也会使金属件表面形成很多细小的裂纹，并且会对金属件造成较大的变形。这对随后的金属件校证带来很大麻烦。钢丸粒径过小，对金属件表面除锈均匀，但速度较慢。同时其粉尘很大，很容易被抽风机抽出。通过对比，我们认为粒径在0.6-1mm之间的钢丸效率最佳。
②根据金属骨架锈蚀的多少，合理制定抛丸时间。应使金属件表面的锈刚好除掉，而又不过多损伤金属件表面为宜。若部分金属件仍有大面积锈迹，应单独将此金属件平置。静止抛丸60-100s。
(3)胶粘剂涂刷、干燥过程中的问题。
金属骨架在涂刷胶粘剂时，为了提高工作效率，往往在刚涂完底层胶粘剂不久，就开始涂刷面胶，造成底胶未达到干燥。使面胶融入底胶内。渗透至金属一底胶结合处。由于面胶与金属的粘合性较差，极易导致多处粘合失效。
解决办法:
底胶充分干燥后，再涂刷面胶。一般来说，常用的胶粘剂如底胶MEGUMl100，GHEWLOK205。在常温(20℃-30℃)下，干燥30-40min，或在烘箱(40℃-5O℃)里，干燥仍-2Omin，即可达到干燥效果。
(4)金属骨架、胶粘剂受到污染。
①铁骨架在抛丸后，表面已露出金属原色。长时间暴露在空气中，会在氧、水分的作用下生锈，在铁骨架表面形成疏松的氧化层。疏松的氧化层成为底胶在金属骨架表面充分结合、扩散的障碍。
②我们常用聚乙烯、聚丙烯塑料袋来装载涂刷胶粘剂的金属骨架。由于塑料袋与金属骨架表面的胶粘剂充分摩擦，会给胶粘剂表面带来聚乙烯(聚丙烯)分子和其他杂质。这些物质会阻碍胶粘剂与橡胶的交联，从而造成粘合失效。表l为待涂刷胶粘剂的金属骨架在充分摩擦聚乙烯塑料袋后对粘合的影响。
表1聚乙烯塑料袋对金属骨架材料与橡胶粘合的影晌
项目胶粘剂体系拉断强度/MPa 胶一铁分离类型%
止常涂胶
底胶 MEGUM3270 胶一胶98
963
面胶 WECUM3270 胶一铁2
胶粘剂涂层充
分摩擦塑料袋
底胶 MEGUM3270 7.85 胶一胶80
面胶 NEGUM3270 胶一铁20
注①所用胶料为天然胶②粘接性能试验按ASTM D429 1998标准.
从表1可以看出。聚乙烯塑料袋在充分摩擦胶粘剂层后，对金属骨架与胶料的粘合影响是不可忽视的。事实上聚乙烯塑料袋有着价廉、使用方便的优点，只要使用得当，不与胶粘剂层过分的摩擦、粘连，还是可以采用的。
⑤磷化层失效
采用磷化法来处理金属骨架，可在骨架表面形成一层磷化膜。磷化膜的主要成分为铁、锌一磷酸盐晶体。磷化膜一般耐温不太高。在硫化温度超过150℃时。磷化膜在高温下就会失去结晶水，导致膜层干燥、变脆。以至脱落。从而造成骨架一胶粘剂粘合失效。
解决办法:
①换用磷化液，采用能形成耐较高温度磷化膜的牌号。
②控制磷化温度与磷化液浓度，在磷化过程中形成以HPO3²¯为主的磷化膜，尽量避免形成H2PO3¯与pO3³¯为主的磷化膜，这是因为含HPO3²¯比H2PO3¯与pO3³¯形成的铁、锌一磷酸盐晶体更致密的缘故。
2.胶粘剂选型与橡胶品种。配方的匹配
(])胶粘剂与橡胶品种的匹配。
常用的橡胶品种如NBR、CR为极性橡胶，NR、SBR、EPDM、IIR为非极性橡胶，一般来说，极性较高的橡胶易于与金属骨架粘合;NR、SBR分子链中含有大量双键，粘合也很容易;非极性橡胶如EPDM、lIR由于活性低。分子链中的双键少，难与胶粘剂粘合。对此，除了改进硫化体系外，采用高活性的胶粘剂也是必不可少的。如MEGUM704、MEGUWl4550、CHEMLOK234B 等。对于ACM、NBR等特种橡胶。则需使用特殊的胶粘剂。表2、3为常见MEGUM系列与CHEMLOK 系列胶粘剂的型号及其适用的胶种。
(2)硫化体系的选择
有的时候，即使工确选用了与胶种相适应的胶粘剂品种，仍然末能获得满意的粘合效果。这种情况在非极性橡胶的特种橡胶中尤为突出。此时，选用合适的硫化体系或换用橡胶牌号就成为我们的必然选择。如EPDM橡胶的粘合。采用普遍硫黄硫化体系时，即使使用MEGUM14550等高反应性的胶粘剂，也存在粘合失效的问题。此时，可采用过氧化物硫化体系。由于反应形成的交联链为碳一碳键，反应点大大增加，粘合效果也随之大为改善。表4为硫黄硫化体系与过氧化物硫化体系的粘合试验对比。
表4硫黄硫化体系与过氧化物硫化体系的粘台试验对比
胶料配方主要成分。硫黄硫化体系:EPDM(EP35) 1OO，S 1.6促进剂CZ O.5促进剂TMTD 1。氧化锌5;硬脂酸1;HAF 35。
过氧化物硫化体系:EPDM(EP35) 1OO，S 0.3，DCP 4,氧化锌5，硬脂酸l,HAF 35。
(3)配合剂对粘合体系的影响。
有些配合剂对金属骨架一橡胶的粘合影响较大。在不影响产品性能的情况下，对配合剂的种类、份量作出调整，就可获得满意的粘合效果。
①古马龙可增加胶料的粘性，使胶料与胶粘剂表层充分结合。适当使用(不多于5份)，对增加粘合效果很好;
②在配方中使用白炭黑。白炭黑粒子表面是一个反应活性很强的以硅烷醇结构为特征的酸性面，水分吸附于白炭黑离子的活性面，将水分以液态水的形式固定下来，将水束缚并均匀分
布于整个胶料中，减少了水在橡胶与胶粘剂之间的界面上富集，阻止了水对粘合结构的破坏。因此，使用白炭黑对粘合是非常有利的。
③石蜡、芳烃油、烷烃油。由于这些填充剂容易喷出，并在橡胶一胶粘剂界面富集，阻碍了橡胶一胶粘剂界面富集，阻碍了橡胶一胶粘剂的充分反应。因此，在满足使用要求的情况下，应尽量少用；
④硫黄对于极性橡胶而言，如NR、SBR等，采用普遍硫黄硫化体系比采用半有效硫黄硫化体系、有效硫黄硫化体系更有利于粘合;
⑤对于促进剂的使用，自然以硫化诱导期较长、硫化平坦较宽，硫化速度较快的CZ、DM、NOBS为宜，事实上，由于胶粘剂如MEGUM100、CHEMLOK-220的适应期比较长，只要保证有较快的装模速度，胶料没有焦烧，就不会影响粘合质量。
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金属断裂与失效分析（尚慈编） 第一章概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二）无损检测 （三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四）断口分析 （五）断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。 K I＝Yσ（πα）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC 对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y（πα）1/2 应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC / Yσ）2/π 中低强度材料，当断裂前发生大围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs) 不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界开位移） J积分判据：对一定材料在大围屈服的情况下，裂纹尖端应力应变场强度由形变功差率J来描述。开型裂纹不断裂的判据为：
J＜J IC K IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。 五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹（龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与中心不一致；或者在加工过程中发生过热与过烧，晶界性能降低等，导致裂纹沿晶界扩展。如： ①铸件表面裂纹：在1250～1450℃形成的裂纹，沿晶界延伸，
橡胶与金属粘接时金属表面处理方法 一、橡胶中常用的金属材料 按材质分：铁、钢、不锈钢、铜、铝及铝合金等； 按形态分：线绳、帘布、金属件、金属块等； 如轮胎中胎圈、胎体、带束层所使用的钢丝或钢丝帘线。内胎上的黄铜气门嘴；胶带中的钢丝绳、胶管中的钢丝编织层；胶辊中的金属芯，油封的金属骨架，橡胶的金属减震器，金属的防腐橡胶衬里等。 二、金属的表面性质 1、金属的表面层结构 金属的表面结构，由里向外依次为：金属基体、1000nm厚加工硬化层、10nm厚氧化物质层、0.3nm厚气体吸附层、3nm厚污染物层。 2、金属的表面性质: 由于金属内部的金属原子之间易形成金属键，原子之间的相互作用力强，金属表面层原子受内部原子的相互吸引力较大，力场处于不平衡状态，因此金属表面具有较大的界面张力，表面能很高，因此很容易吸附周围环境中的气体分子、液滴和灰尘，具有很强的吸附性，因此金属表面会有一层气体吸附层和污染物层。在金属与橡胶粘合时，如果气体吸附层和污染物层不除去的话，会严重削弱粘合效果。 由于高能表面对低能表面具有较强的吸附作用，所以低能表面在高能表面上能润湿，能赶走高能表面的气体吸附层，而与金属表面充分接触。由于橡胶材料属于低能材料，因此橡胶在金属表面是湿润的，这给橡胶与金属的粘合提供了热力学条件。由于金属表面层原子受内部分子吸引作用较大，表面层原子排列紧密，很难形变和运动，所以橡胶与金属表面在接触时不能发生互溶、扩散和渗透，再加上金属表面一般都比较光滑，这又给橡胶与金属粘合带来不利的影响。 由于金属表面有一层氧化层，从而使金属表面带有一定的极性，能够增大橡胶与金属表面的吸附作用力，有利于粘合。另外，金属表面较容易失去电子，而橡胶材料易获得电子，所以当橡胶与金属表面靠近时，会发生电子转移，形成双电层，从而产生界面静电引力，这也对粘合有好处。 但是，金属表面的氧化层与橡胶之间不易发生化学作用，形成的化学键键合作用很小（黄铜除外），而且氧化层松脆，与本体结合不很牢固，因此橡胶与金属之间突现牢固的粘合比较难。此外，由于金属材料与橡胶材料的模量差异太大，在粘合界面处易发生应力分布不均匀，易受剪切而破坏。
橡胶与金属的粘合技术 橡胶与金属的粘合技术 粘合剂分类：1.溶剂型：如CH205、CH252、CH220（用酮、苯为溶剂） 2.水性：如E1542 （运输存储较困难、有良好的模具耐脏性，环保型） 3.环保型：CH6100、CH6109、2000TEF（不含重金属、不产生臭氧化合物、不含氯化溶剂） 粘合剂涂层的组成和作用： ?底胶：提供腐蚀环境的耐抗性、提供与金属高强度的附着力和面胶的化学粘结性 ?面胶：用于弹性体与底胶的粘结、提供弹性体与金属的充分附着（经验法则单涂的效果通常不如双涂的效果）、提供对外部环境长期耐久性的屏障、提供必要的抗磨性。 ?单涂：用于特种胶如MVQ、FKM、HNBR等粘合，能提供较薄且坚硬的漆膜、且无色，用于有色弹性体，提供较高的耐热和抗溶剂性、抗腐蚀性。 粘结性能的影响因素： ?弹性体选择 橡胶的硬度? 碳黑用量和类型? 抗氧化物/Antiozonants? ?硫化剂 混合硫化 增塑剂用量和类型 3.粘合剂的组成： 溶剂：78-72%；树脂、聚合物、反应性固体：22-28% 没有溶剂或水的蒸发，固体的含量不会增加； 注意： ?客户不允许任意混合的不同牌号的粘合剂； 粘合剂的溶剂量按以下排列：刷涂= 滚涂＜浸涂＜喷涂；? ?固体含量是影响黏度的因数之一； 溶剂与固体含量是否充分混合，第一次使用前是否充分搅拌；? ?稀释液必须是和粘合剂中的固体有兼容性的溶剂； 总是将溶剂加入粘合剂而不能相反，加入溶剂时必须搅拌；? ?在通风的地方转移溶剂； 必须能秤重式测量体积；? 酮类和酒精应是高等级水含量少的溶剂；? ?涂了粘合剂的金属工件在热模具中时间应相对多于橡胶； ?预烘的时间越久，模具消耗和积聚的化学活性就越多，这就相应减少用于粘结橡胶化合物的活性； ?如果粘合剂中的交联剂在预烘中遗失和释放，那么橡胶和金属粘结会失败； ?如果粘合剂化学成分活性太高或容易焦化，与橡胶的硫化不匹配，也会造成粘结失败。 粘合剂的使用方法： ?黏度由黏合剂中的固体成分和各成分间的相互作用决定。
橡胶与金属的粘合 在汽车工业中，橡胶与金属的粘合是很普遍的，骨架油封、发动机及变速箱支承、摆壁衬套、车身支撑等都是典型的金属——橡胶结构。金属和橡胶的结合强度对产品的性能有着至关重要的影响。金属橡胶件的寿命很大程度上取决于两种材料的粘接质量。粘接技术因此成为许多工厂的研究课题。 众所周知，增大粘接面的表面积及静电吸附力、提高粘接材料之间的化学作用力是获得高粘接强度的关键。本文通过对金属粘合表面不同处理工艺的试验，得出了操作方便、经济性好、粘接性能优异的骨架表面处理方法。 一、实验 1.主要材料 CHEMLOK 252上海洛德公司产品；CHEMLOK 205上海洛德公司产品；10#钢；20目石英砂；天然胶SCR5海南天然胶联合产业集团；丁腈胶N41兰州化学工业公司。 2.设备 普压干喷砂机(空气压力>0.6MPa)；磷化处理线；400×400电热平板硫化机；0-200℃老化箱；0-2500N电子拉机。 3.粘接橡胶基本配方 天然胶SCR5 100；硬脂酸1；氧化锌(间接法)5；防老剂3；防护蜡4；软化剂10；炭黑70；硫黄2；促进剂1.5。 丁腈胶N41 10；硬脂酸1；氧化锌(间接法)5；防老剂3；聚酯
增塑剂10；炭黑60；DCP 1.5；硫黄0.5；促进剂1.5。 粘合剂：①单涂氧化锌(间接法)；②底涂CHEM-LOK 205,面涂CHEMLOK 252。 4.粘接橡胶的常规机械性能 天然胶邵尔A型硬度65度，拉伸强度22MPa，拉断伸长率450%。 丁腈胶邵尔A型硬度70度，拉伸强度24MPa，拉断伸长率340%。 5.试样制备 ①在K360×160开放式炼胶机上将配方物料混合均匀；②试块表面处理；③在400×400电热平板硫化机上压制试样；④试样制备工艺。 NR硫化工艺条件为155℃×6min。 NBR硫化工艺条件为160℃×6min。 6.测试 按GB/T 13936标准对已硫化的试样进行测试。 二、实验数据 骨架不同表面处理方法下的粘结强度见表1，骨架不同后处理工艺下的粘结强度见表2，双涂层粘合体系下不同骨架表面处理方法的粘结强度见表3，粘合剂涂层厚度对粘结强度的影响见表4。 表1 骨架不同表面处理方法下的粘结强度
五，金属的断裂韧性 传统的机械设计是建立在一个基本假设的基础上，即认为材料是连续的、均匀的、各项同性的可变形体。设计构件时不仅要满足强度、刚度和稳定性这三点要求，同时还要满足成本低、重量轻、耗能小、容量大的要求。而原来的传统设计方法已不能合理的解决以上问题，断裂力学则是为适应这一要求而发展起来的学科，是现代强度学科的重要组成部分。 断裂力学是从实际材料中存在缺陷和裂纹出发，把构建看成是连续和间断的统一体。研究带裂纹材料中裂纹拓展的规律，分析裂纹尖端应力、应变分布，并建立断裂判据，用以解决工程构建中的低应力脆性断裂问题。这一整套计算方法和设计原则，使工程中低应力脆断得到合理的说明和解决，使灾难性事故减少发生。宏观断裂理论包括线弹性断裂理论和弹塑性断裂理论。线弹性断裂理论主要研究脆性断裂。而脆性断裂主要以格里菲斯（Griffith）理论为基础。格里菲斯关系式是根据弹性材料和非常尖锐裂纹的应力分布推导出来的。平面应力下的格里菲斯公式为： σ= （5-1） 平面应变下的格里菲斯公式： σ= 5-2） 式中σ—工作应力； E—弹性模量； a—裂纹半长； r s ——比表面能； 图5-1 裂纹扩展三种类型 a-张开型；b-滑开型；c-撕开型 5.1.1应力强度因子 5.1.1.1 裂纹扩展方式 根据裂纹面的位移方式，将裂纹分为三种类型：Ⅰ型或张开型（拉伸型）；Ⅱ型
或滑开型（面内剪切型）；Ⅲ型或撕开型（面外剪切型）；如图5-1所示。 5.1.1.2裂纹尖端的应力场和位移场 （1）Ⅰ型裂纹尖端的应力分量，如图5-2所示。 ) 23 s i n 2s i n 1(2c o s 2y θ θθπσ+=r K I 23c o s 2s i n 2c o s 2θ θθπτr K I xy = 图5-2 双向拉伸作用下的格里菲斯裂纹 图5-3 Ⅱ型Griffithlith 裂纹 Ⅰ型裂纹中y σ是引起断裂的关键性的应力。当0=θ时，则 r K I y πσ2= ) 23sin 2sin 1(2cos 2x θ θθπσ-= r K I
金属与金属粘接技术 4.4.1乐泰胶水选择 经表面处理后，金属就可涂乐泰胶水。此时选胶就成为当务之急。由于金属的种类繁多，每一种金属是由其元素所组成，因此，其表面也呈现不同的特性。一种胶粘剂不可能满足各种金属粘接强度要求，就一种高性能胶粘剂而言，由于其配方的比例不同，所用原料批次不一，也会出现性能差别较大的粘接体系，所以对胶粘剂的选择应予以高度重视。一般遵守的基本原则(详见3.1节所述)和考虑的因素为： ①金属粘接件使用环境条件; ②金属的种类及表面特性; ③金属接头形式、受力类型、大小和持续的时间; ④粘接面大小和固化条件; ⑤成本; ⑥现有设备(压机、夹具、热源和表面处理装置等) 的状况等。 在满足应用要求的前提下，尽量选择成本低，易涂胶，室温固化的胶种。选胶时，应经初步筛选，去掉那些不合格的胶粘剂，选准几个牌号的胶加以试验，择其良者。一旦候选胶粘剂限于仅有的几个牌号，就比较容易地寻找到最佳粘接体系。金属表面的非结构性粘接，可选用热塑性树脂和橡胶类胶粘剂，其成本低，适用于低强度或中等强度的粘接。但金属部件通常都是用作结构件和受力构件，所进行的粘接同样也是结构粘接。因此，在谈及金属粘接用胶粘剂时，通常是指结构胶粘剂，为便于选择现将金属粘接常用的结构胶粘剂的类型和通用物理性能列于表4-4-1，仅供选胶时参考。国内金属粘接用胶粘剂牌号、性能和用途请参见14.2。 表4-4-1 金属粘接用结构乐泰胶水的性能 胶粘剂使用温度/℃剪切强度/ MPa 剥离 强度 冲击 强度 耐蠕 变性 耐溶 剂性 耐湿性接头类型 最高最低 环氧-胺 环氧-聚酰胺环氧-酸酐环氧-酚醛环氧-尼龙环氧-聚硫丁腈-酚醛乙烯-酚醛氯丁-酚醛聚酰亚胺 聚苯并咪唑66 66 149 177 82 66 149 107 93 316 260 10 15.6 15.6 -253 -253 -73 -73 -51 -56.7 -253 -253 20.7～34.5 13.8～27.6 20.7～34.5 22.1 44.8 20.7 20.7 13.8～34.5 20.7 20.7 13.8～20.7 差 中等 差 差 很好 良好 良好 很好 良好 差 差 差 良好 中等 差 良好 中等 良好 良好 良好 差 差 良好 良好 良好 良好 中等 中等 良好 中等 良好 良好 很好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 中等 良好 良好 良好 良好 中等 良好 良好 差 良好 良好 良好 良好 中等 良好 硬 韧性及中柔性 硬 硬 韧性 柔性 韧性及中柔性 韧性及中柔性 韧性及中柔性 硬 硬
作业：（8）航空发动机涡轮盘-叶片结构 ◆材料为镍基高温合金，为什么？ ◆服役环境的要素有哪些？ ◆有可能发生的失效类型是什么？ ◆如何设计实验确定失效的类型？ ◆改进的建议和措施 一．涡轮叶片的材料 涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键。所以对涡轮叶片材料就有更高的要求。 涡轮叶片的材料一般选择镍基高温合金。镍基合金就是以镍为基础，加入其他的金属，比如钨、钴、钛、铁等金属，做成以镍为基础的合金。有的镍基高温合金含镍量达到70%左右，其次Cr含量也比较高。其性能主要有： 1.物理性能。具有较高的熔点和弹性模量；各温度下均有较低的热膨胀系数，且随温度变化不大；没有磁性。 2.耐腐蚀性。镍基合金由于含Cr，在氧化性的腐蚀环境中的耐腐蚀性优于纯镍。同时，由于Ni含量高，在还原性腐蚀环境下也能维持良好的耐腐蚀性能。还具有良好的耐应力腐蚀开裂性能，也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛。 3.机械性能。镍基高温合金在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能。 4.高温特性。高温下耐氧化性极佳，对氮、氢以及渗碳也具有极佳的耐受性。 5.热处理及加工、焊接性。高温镍基合金不能通过热处理进行失效硬化，但可以进行固溶热处理和退火处理等。高温镍基合金比较容易进行热加工，冷加工性能比奥氏体不锈钢好。焊接性能与标准奥氏体钢一样，可采用TIG焊接、MIG焊接以及手工电弧焊。 总的来说，镍基合金具有优良的热强热硬性能、热稳定性能及热疲劳性能，可以承受复杂应力，组织稳定，有害相少，高温时抗氧化热腐蚀性好，蠕变特性出色，能够在相当苛刻的高温环境下进行服役。所以涡轮叶片的材料选择高温镍基合金。 二.涡轮叶片的服役环境 涡轮处于燃烧室后面的一个高温部件，而涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，即涡轮叶片的服役环境特别的复杂与恶劣。总得来说，涡轮叶片服役环境的要素主要有： 1.不均匀的高温条件下工作。涡轮处于燃烧室后面的一个高温部件，涡轮工作叶片的工作温度大约在720℃～1120℃，其在工作时已达到红热状态，并且其温度场不均匀，随着飞行状态的变化而承受不同的温度，而且还存在高温氧化，这些都使得涡轮叶片的服役环境非常恶劣。 2.高转速条件下工作。涡轮发动机靠涡轮叶片快速旋转将燃气压缩排出，装化为机械能，为航天器提供动力。 3.高应力和复杂应力条件下工作。涡轮工作叶片承受很大的离心力及其弯矩，还要承受燃气施加的很高的弯曲载荷、热应力，还有振动应力和气动力等复杂的应力作用。 4.受到燃气高频脉动及燃气腐蚀的影响。涡轮工作叶片直接接触高温高压燃气，燃烧产生的燃气含有大量的Na，V，S等热腐蚀性元素，使得涡轮工作叶片的工作环境更为苛刻。 三．可能发生的失效类型 根据涡轮叶片的服役环境，可以推断出涡轮叶片的失效方式大概分为正常失效和非正常失效两种。 1.正常失效中的叶片损伤包括由磨损、掉块、内裂等构成的表观损伤和内部冶金组织损伤两类。其中，内部冶金组织损伤是指叶片在低于规定使用温度和应力的服役环境下发生的诸如γ＇相粗化，晶界及晶界碳化物形貌的变化，脆性相生成等显微组织的变化。导致的主要失效形式是蠕变失效，但同时还有高温腐蚀、热疲劳和低周疲劳及其交互作用等。蠕变损伤主要表现为蠕变孔洞和蠕变裂纹的产生。 大多数涡轮叶片的失效方式为正常失效方式，即蠕变失效、蠕变－疲劳交互作用导致的失效和腐蚀失效。 2.非正常失效是由于叶片设计不当、制备缺陷或人员操作不当引起的失效行为，主要表现为高周疲劳、超温服役引起的过热甚至过烧等失效形式。 总的来说，涡轮叶片可能的失效类型主要为：疲劳失效、蠕变失效和过载断裂等。 四．设计实验确定失效的类型 1.疲劳失效。金属零件再使用中发生的疲劳断裂具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点；引起疲劳断裂的应力一般很低，端口上经常可观察到特殊的、反映断裂各阶段宏观及微观过程的特殊花样。典型的疲劳端口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的选择发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。 2.蠕变失效。蠕变断裂是材料在恒定应力（应力水平低于材料的断裂强度）作用下应变时间逐渐增加，最后发生断裂。明显的塑性变形是蠕变断裂的主要特征，在端口附近产生许多裂纹，使断裂件的表面呈现龟裂现象。
硅橡胶与不锈钢的粘接方法研究 蔡威杰 摘要：对硅橡胶与不锈钢粘接的方法进行了研究。探讨了不锈钢表面处理、偶联剂种类、含量以及专用胶粘剂对粘接性能的影响与对比。 关键词：硅橡胶；不锈钢；粘接 i前言 由于硅橡胶具有耐热、耐寒、耐候和耐臭氧等宝贵性能，使其能够成功地用于其他橡胶所不能应用的场台。利用硅橡胶热硫化粘接技术，用硅橡胶与金属材料制成的复合元件，已经成为航天、航空、船舶及其他现代高科技领域中必不可少的装置。然而，由于硅橡胶极性低，表面湿润性和粘接性能差，较难与不锈钢粘接，因此，如何提高硅橡胶与不锈钢的粘接强度，一直是人们关注的研究课题。 橡胶与金属粘接机理比较复杂，目前公认的机理是扩散、渗透、共交联理论。金属与橡胶的粘接一般采用热硫化粘接的方法，即先对金属进行表面处理，然后涂刷胶粘剂，利用成型模具把混炼胶与金属制备成橡胶-金属复合构件，加热加压硫化，实现粘接。其好处是在热硫 化的过程中，在胶粘剂与金属、胶粘剂与橡胶之间以及胶粘剂、橡胶内部发生一系列物理化学反应形成牢固的连接体 2 3]。 本文以硅橡胶与不锈钢316L粘接为例，对不锈钢表面的处理方法、偶联剂的种类以及用量等因素对粘接性能的影响进行研究。 2实验部分 2.1原材料 甲基乙烯基双组分硅橡胶,江西宏达化工新材料股份有限公司；703有机硅粘合剂，深圳市金三秒胶粘剂有限公司；乙烯基三叔丁基过氧化硅烷（VTPS),哈尔滨化工研究所；乙烯基三乙氧基硅烷（A-151),曲阜 市万达化工有限公司；Y —氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550), 南京友好助剂化工有限责任公司；硅胶金属专用胶粘剂ST-608,ST-2503，嘉兴市新优化工有限公司提供，不锈钢316L,市售；丙酮分析纯)，市售。 2. 2仪器与设备 0160 mm X320 mm两棍开炼机，广东湛江机械厂；XQLB2350 X350型平板硫化机，上海橡胶机械厂；CMT4104型电子拉力机，深圳市新三思计量技术有限公司。 2.3试验方法 (1)不锈钢表面处理 先用去油剂擦除不锈钢表面的油脂，再用啧砂法进 行粗化处理，最后用丙酮溶液清洗干净，晾干后涂覆一 层703粘合剂（只供胶料加入偶联剂使用），另一部份 只涂专用胶粘剂，待用。 (2)炼胶 将双组分硅橡胶、偶联剂按配比称量后在开炼机上混炼均匀。 将金属件装入成型模具中，采用模压成型的方法，在平板硫化机上对硅橡胶与不锈钢进行高温成型。按照GB /T 13936—1992进行粘接强度测试。 3结果与讨论 3.1啧砂粒径对粘接强度的影响 对不锈钢进行啧砂处理时，分别用粗、细2种不同粒径的砂处理。比较2种粒径砂对粘接强度的影响，测试结果见表1。 从表1可以看出，采用细砂进行啧砂表面处理的试样粘接强度较高，可达2.4 MPa,而采用粗砂进行啧砂表面处理的试样粘接强度较低。这可能是由于用细砂进行啧砂表面处理更有利于增加不锈钢表面积，进而增加了粘接面积，提高了粘接性能。 3.2硅烷偶联剂对粘接强度的影响硅烷偶联剂兼有与高聚物和无机材料作用的2种基团，在硅橡胶与金属之间起到连接作用，从而提高硅橡胶与金属的粘接强度。分别在硅橡胶中加入2%的KH- 550、A-151 和VTPS 3种硅烷偶联剂以及直接使用专用胶粘剂粘接，比较它们对粘接强度的影响，结果见表2。 胶粘剂型号粘接强度/MPa 破坏形式 ST-608 2.6 混合破坏 ST-2503 2.7 混合破坏 从表2可以看到，偶联剂加入VTPS后，硅橡胶与不锈钢的粘接强度最高，破坏形式为混合破坏；A-151 表1喷砂粒径对粘接强度的影响 Tab.1 Effect of particle size of sand particles for blasting on bonding 表2不同硅烷偶联剂对粘接强度的影响
橡胶与金属的粘合是橡胶制品制造过程中的重要环节，如果粘合不良或无法粘合，一些橡胶制品如轮胎、钢丝输送带、橡胶软管，橡胶计架油封、汽门油封，橡胶金属组合垫圈、组合胶套等橡胶金属复合制品就无法制作。就橡胶密封制品而言，上世纪80年代初，青岛密封件厂协同青岛化工厂研制成功了 RM-1粘合剂，替代日本TD870成功生产岀与国外同等水平的許架油封，使引进的国外技术得以消化吸收，开辟了卄架汕封制作的新工艺。上世纪 90年代，由于汽车工业的发展，不少厂家要求用氟橡胶制作骨架汕封、汽车汕封，但是粘合问题不好解决，严重的制约了该产品的开发，当时青岛双星集团密封件厂成功的研制了 FG-1氟橡胶与黑色金属的热硫化粘合剂，使氟橡胶与金属计架牢牢的粘合成一体，顺理成章的研发成功斯太尔发动机曲轴前后油封和气门油封替代了进口，满足了配套需要，该粘合剂一直使用至今。因此橡胶与金属粘合是极其重要的应用技术，应引起生产企业的高度重视。 1金属竹架的表面处理）计架表而无油污、无锈蚀，有一左粗糙度的新鲜表而才能有效的与金属粘合，因此竹架必须进行表面处理，处理大体有两种方法：一是机械法处理。如采用履带式的抛丸淸理机326或滚筒式的抛丸淸理机Q3110,将粒径0.5mm的钢砂喷射到计架表面，将表面的锈蚀等有害物料喷掉，使表面新鲜并增大表而积，加大计架与胶粘剂间的接触面：二是化学法。即酸洗处理，磷化钝化处理，其工艺过程是碱液去油，酸液去锈，磷化上磷化膜，然后进行钝化烘干，碱液是有多种材料如苛性钠、硅酸钠（表而湿润剂）、焦磷酸钠（阴离子表而活性剂）、烷基磺酸钠组成的水溶液，淸洗温度80-9CTC,时间视表而的汕污多少而有差异，一般是5min左右。去油污的计架经流动的自来水冲洗后，进行酸洗处理，而不同的金属去锈时对酸的品种是有选择性的。例如，铁件要用盐酸淸洗处理。铜件和不锈钢忖架采用硫酸、硝酸混合液协同去锈。铝件用硫酸、馅酸混合液进行处理。要求对周IM环境不产生或少产生腐蚀时，而金属件架锈蚀较轻的竹架，可采用以草酸为主，掺用少戢硫酸和加入缓钝剂的水溶液进行处理。磷化是黑色金属表而处理的重要方法。磷化液的品种很多, 如常温磷化液，采用的是铁系磷化液，骨架经酸洗后进行表调，放入常温磷化液中（温度30°C 左右）处理5-6min：中温磷化是采用锌系或锌钙系的磷化液，件架在65-75°C下处理6min左右：髙温磷化液是锚系磷化液，骨架在80-90°C下处理3-4min,目前采用中温磷化液较好，因常温磷化表面磷化膜磷化后停放时容易造成再生锈，髙温磷化的竹架表而磷化膜粗糙而且较厚，易造成脱落，中温磷化，磷化膜细致而牢固有利于粘合。磷化后的丹架要进行钝化处理，主要是通过钝化液的表而处理，封闭骨架表而的易氧化离子，防止件架再生锈。钝化液的品种很多，如以辂酸盐类、硝酸盐类，三乙酸胺为代表的有机胺类，其中珞酸盐类钝，化效果好，表而的珞离子有利于与橡胶的粘合，但珞酸盐类环保控制较严格，需进行废液的处理，对于难粘合如不锈钢件架除混合酸淸冼后进行表而钝化后还需进行偶化处理，这有利于提高粘合强度。如无锡威力达公司生产的全电脑控制双勾磷化处理线，温度、浸洗时间、烘干时间、停放滴水时间等全部自动控制，可有效的保证处理质量。其工艺过程是碱液去锈（5°C X3n】in）,吊起滴水（常温X lmin）-*自来水冲洗（常温X lminL酸液去锈（常温X3minL吊起滴液（常温XlminL流动自来水冲洗（常温X0.5min）-磷化处理（65-70a C X5-6min）-*吊起滴液（常温X lmin）-*流动自来水冲洗（常温X lmin）-*吊起滴液（常温><11血）-*钝化（90°。X 0.5minL烘干备用。 2粘合胶、胶料配方的设计 要使橡胶与金属件架产生良好的粘合强度，必须要在粘合剂与金属界而上和粘合剂与橡胶界面上，具有良好的扩散、湿润、吸附、渗透能力，大的分子间的引力（即范徳华引力）和密集的化学键及良好的共硫化效应，要达到上述要求，除选择高活性的粘合剂、严格的金属骨架表而处理工艺和正确的配制浸涂、预固化粘合剂之外，橡胶配方是极其重要的因素，若胶料配方不当，苴粘着强度低而且适应性也差。丁腊橡胶勺铁骨架浸涂酚类粘合剂，以进行热硫化为例，通过试验发现丁腊橡胶随着丙烯猜含量的增加，粘合强度随之提髙（见表1）。不同丙烯腊含量丁腊橡胶的粘合强度生胶品种国产丁尉橡胶40日本丁睛橡胶203S国产丁腊橡胶26、27-30日本丁尉橡胶N-41日本丁睛橡胶240S国产丁腊橡胶18
703粘合剂密封胶 703粘合剂密封胶又名703硅橡胶、703有机硅一、性能特点：703硅橡胶是一种粘接性好，高强度，无腐蚀的单组份室温硫化硅橡胶。具有优良的电绝缘性能、密封性能和耐老化性能，可在-50℃-+250℃的范围内长期使用。 703室温硫化硅橡胶不仅有突出的耐高、低温性和耐老化性，优异的电器绝缘性和防潮抗震性，还具有优良的粘接性，它能广泛粘合各种金属、非金属、塑料和橡胶。具有优异的耐高温和耐热水性能，是耐热器件密封的理想材料。适用于家用电器.电热电器的粘合于绝缘密封，适用于电器的绝缘保护涂层和点插头密封之用。也可用于电视机行输出变压器元件维修，高压帽于勾簧间的防潮密封，防打火和灭弧之用。还用于霓虹灯变压器、节能灯元件上电热管、电饭煲、电烫斗及电热设备上的粘合于绝缘密封。 二、使用工艺 1、清洁表面：将被粘或被涂覆物表面清理干净，并除去锈迹、灰尘和油污等。 2、施胶：拧开（或削开）胶管盖帽，将胶液挤到已清理干净的表面,使之分布均匀,将被粘面合拢固定。 3、固化：将被粘好或密封好的部件置于空气中让其自然固化。固化过程是一个从表面向内部的固化过程，在24小时以内(室温及55%相对湿度)胶将固化2～4mm的深度,如果部位位置较深,尤其是在不容易接触到空气的部位,完全固化的时间将会延长,如果温度较低,固化时间也将延长。在作进一步处理或将被粘结的部件包装之前，建议用户等待足够长的时间以使粘合的牢固和整体性不被影响。 三、注意事项 操作完成后，未用完的胶应立即拧紧盖帽，密封保存。再次使用时，若封口处有少许结皮，将其去除即可，不影响正常使用。胶在贮存过程中，管口部也有可能出现少量的固化现象，将之清除后可正常使用，不影响产品性能。 外观：白色流淌 表面固化时间(MLN)：5-30 抗张强度(N/cm)：8 耐温(℃)：-60～＋250 伸长率(%)：160 铝与铝剪切强度(N/cm)：8 铝与帆布剥离强度(N/cm)：0.8 邵氏硬度(A)：35 表面电阻率(Q)：5×10-12 体积电阻率(Q/cm)：2.5×10-13 介质常数(106HZ)：3.7 介质损耗角正功值(106HZ)：6×10-3 击穿强度(KV/mm)：15
金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。
硅橡胶制品主要特点和用途(2007/06/2514:55) 硅橡胶制品是以甲基乙烯基硅橡胶为基胶，加入各种填料（补强剂、耐热剂、改性剂等）经混炼、簿通、过滤、加硫、模压、挤出、粘接等生产工艺制成。硫化胶制品具有如下特性：（1）耐高低温性：在200℃下可长期使用，在-60℃下仍有弹性； （2）电绝缘性能：硅橡胶的介电性能极好，尤其是高温下的介电性能大大超过一般有机橡胶，介电强度在20-200℃范围内几乎不受温度的影响。 （3）优异的耐天候、耐臭氧和耐紫外线照射性能，长期在室外使用不发生龟裂。一般认为硅橡胶可在室外使用20年以上。 ~ （4）优良的高温压缩永久变形。 （5）良好的加工性能、易成型等优点，可通过挤出热空气硫化成型、模加成型、加延成型等方法制作出各种制品。 由于硅橡胶制品具有优异的综合性能和良好的技术经济效果，已在航空，宇航，原子能、电器、电子，仪表、汽车、机械、冶金、化工、医疗卫生、日常生活各个领域中获得了广泛的应用 1、天然橡胶（NR）以橡胶烃（聚异戊二烯）为主，含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易于其它材料粘合，在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点是耐氧和耐臭氧性差，容易老化变质；耐油和耐溶剂性不好，第抗酸碱的腐蚀能力低；耐热性不高。使用温度范围：约－60℃~＋80℃。制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带、电线电缆的绝缘层和护套以及其他通用制品。特别适用于制造扭振消除器、发动机减震器、机器支座、橡胶－金属悬挂元件、膜片、模压制品。 2、丁苯橡胶（SBR）丁二烯和苯乙烯的共聚体。性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，其特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶，质地也较天然橡胶均匀。缺点是：弹性较低，抗屈挠、抗撕裂性能较差；加工性能差，特别是自粘性差、生胶强度低。使用温度范围：约－50℃~＋100℃。主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。 ！ 3、顺丁橡胶（BR）是由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶。优点是：弹性与耐磨性优良，耐老化性好，耐低温性优异，在动态负荷下发热量小，易于金属粘合。缺点是强度较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性差。使用温度范围：约－60℃~＋100℃。一般多和天然橡胶或丁苯橡胶并用，主要制作轮胎胎面、运输带和特殊耐寒制品。 4、异戊橡胶（IR）是由异戊二烯单体聚合而成的一种顺式结构橡胶。化学组成、立体结构与天然橡胶相似，性能也非常接近天然橡胶，故有合成天然橡胶之称。它具有天然橡胶的大部分优点，耐老化由于天然橡胶，弹性和强力比天然橡胶稍低，加工性能差，成本较高。使用温度范围：约－50℃~＋100℃可代替天然橡胶制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带以及其他通用制品 5、氯丁橡胶（CR）是由氯丁二烯做单体乳液聚合而成的聚合体。这种橡胶分子中含有氯原子，所以与其他通用橡胶相比：它具有优良的抗氧、抗臭氧性，不易燃，着火后能自熄，耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等优点；其物理机械性能也比天然橡胶好，故可用作通用橡胶，也可用作特种橡胶。主要缺点是耐寒性较差，比重较大、相对成本高，电绝缘性不好，加工时易粘滚、易焦烧及易粘模。此外，生胶稳定性差，不易保存。使用温度范围：约－45℃~＋100℃。主要用于制造要求抗臭氧、耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩；耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里；耐燃的地下采矿用橡胶制品，以及各
金属断裂与失效分析（刘尚慈编） 第一章概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二）无损检测 （三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四）断口分析 （五）断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。 K I＝Yσ（πα）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC 对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y（πα）1/2 应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC / Yσ）2/π 中低强度材料，当断裂前发生大范围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端张开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs) 不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界张开位移） J积分判据：对一定材料在大范围屈服的情况下，裂纹尖端应力应变场强度由形变功差率J来描述。张开型裂纹不断裂的判据为：
J＜J IC K IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的内涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。 五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹（龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与中心不一致；或者在加工过程中发生过热与过烧，晶界性能降低等，导致裂纹沿晶界扩展。如： ①铸件表面裂纹：在1250～1450℃形成的裂纹，沿晶界延伸，周围有严重的氧化和脱碳。
.. 金属断裂与失效分析（刘尚慈编） 第一章概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二）无损检测 （三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四）断口分析 （五）断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。 K I＝Yσ（πα）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC 对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y（πα）1/2 应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC / Yσ）2/π 中低强度材料，当断裂前发生大范围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端张开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs) 不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界张开位移） J积分判据：对一定材料在大范围屈服的情况下，裂纹尖端应. . . 资
力应变场强度由形变功差率J来描述。张开型裂纹不断裂的判据为： J＜J IC K IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的内涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。 五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹（龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与中心不一致；或者在加工过程中发生过热与过烧，晶界性能降低
研究报告及专论 2008年2月 粘接 A d h e s i o ni nC h i n a 硅橡胶与钛合金粘接工艺研究 涂春潮,米志安,王文志,苏正涛,王景鹤 (北京航空材料研究院,北京100095) 收稿日期:2007-10-16 作者简介:涂春潮(1978-),男,硕士,工程师,从事阻尼减震降噪材料的研究。 摘要:对硅橡胶与钛合金粘接的方法及工艺进行了研究。探讨了钛合金表面处理、胶粘剂种类、硫化条件、金属件预处理工艺等因素对粘接性能的影响,并给出了最佳粘接硫化工艺。 关键词:粘接工艺;钛合金;硅橡胶 中图分类号:T G 494 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2008)02-0033-03 1 前言 钛合金具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点,是 一种广泛应用于航空航天工业的重要结构材料。硅橡胶具有耐高低温、耐紫外线、耐辐射、耐气候等优异性能,在航空、航天、电子电气等众多领域中得到了广泛应用。将钛合金与硅橡胶这2种不同性质的材料粘接在一起制成具有不同构型和特性的复合件,在航空航天、舰船等特殊场合具有广泛的应用前景,如固体火箭发动机的柔性接头、水下潜艇、扫雷 艇的密封部件等[1] 。但由于钛合金的表面活性低,硅橡胶很难与其直接粘接在一起。 在橡胶与金属的粘接过程中,由于橡胶的流动性、变形性等因素的影响,其粘接机理非常复杂,目 前公认的机理是扩散、渗透、共交联理论[2] 。金属与橡胶的粘接一般采用热硫化粘接的方法,该方法先对金属进行表面处理,然后涂刷胶粘剂,利用成型模具把混炼胶与金属制备成橡胶-金属复合构件,加热加压硫化,实现粘接。其好处是在热硫化的过程中,在胶粘剂与金属、胶粘剂与橡胶之间以及胶粘剂、橡胶内部发生一系列物理化学反应形成牢固的连接体。 本文以硅橡胶与T i 80粘接为例,对钛合金表面的处理方法,胶粘剂的种类以及硫化工艺,预处理工艺等因素对粘接性能的影响进行研究。2 实验部分2.1 原材料 苯基硅橡胶,国外进口;P R I M E R 24T ,日本进 口;胶粘剂V T P S ,哈尔滨化工研究所;胶粘剂X Y -601S ,北京航空材料研究院;钛合金T i 80,北京航空 材料研究院;丙酮(分析纯),市售。2.2 仪器与设备 X L L -50拉力试验机,广州试验机厂;Y J -500平板硫化试验机。 2.3 试验方法 金属表面处理一般分为机械物理方法和化学方法2大类[3] 。由于钛合金耐酸、碱溶液的腐蚀,酸、碱液对钛合金表面的处理效果较差。因此本文采用先用溶剂擦除钛合金表面的油脂,再用喷砂的方法进行粗化处理,最后用丙酮溶液清洗干净,晾干后待用。 将处理过的钛合金涂刷胶粘剂,在保证不缺胶的情况下,胶层尽量薄。 将涂刷好胶粘剂的金属件装入成型模具中,按照G B /T 12830—91《硫化橡胶与金属粘合剪切强度测定方法》标准,采用注压成型的方法,在平板硫化机上对硅橡胶与钛合金进行高温成型。 按照G B /T 12830—91规定的方法进行粘接强度测试。3 结果与讨论 3.1 喷砂粒径对粘接强度的影响 对钛合金进行喷砂处理时,分别用粗、细2种不同粒径的砂处理。比较2种粒径砂对粘接强度的影响,测试结果见表1。 33
Viton?氟橡胶与金属的硫化粘合 肖风亮广州机械科学研究院密封研究所（510700，广东，广州） 摘要：讨论了Viton氟橡胶与金属的粘合，阐述了配方设计、粘合剂选择、骨架处理工艺方法、二段硫化、模腔压力等因素对粘合剂质量的影响。分析了含一氧化铅难粘胶料的粘结方法 关键词：氟橡胶，金属，粘合 如果将金属表面作适当的处理并使用合适的粘合剂，就可实现氟橡胶与金属在模压硫化时获得良好的粘合效果。对预混型氟弹性体（Viton E-60C,E-430,B-910）来说，要获得与金属良好的粘合效果，需要专门的配合才行。下面就结合生产实际来阐述配合技术对粘合的影响。 以前专用于预混胶的硫化系统，现在可以用在所有的Viton?氟橡胶硫化系统中。本文考察了硫化剂20＃与硫化剂30＃在Viton? A 和A-HV中所产生的影响。 金属的处理、粘合剂的选择、二次硫化条件均是影响良好粘合效果的重要的因素，本文也将分别给予详细的阐述。在改善粘合性能方面，尤其针对难粘合应用方面，文中提供了一些技术数据。这些应用包括低硬度或高硬度胶料、含有一氧化铅的胶料以及硫化过程中模腔压力较低时的情况。 1配方的影响 1.1氧化镁/氢氧化钙酸吸收系统 含硫化剂的氟橡胶通常与高活性氧化镁（一般为3份）和氢氧化钙（3~6 份）配合即可获得良好的贮存、加工与硫化性能。然而采用这些酸吸收系统对于标准的粘合剂（例如Chemlok607或Chemosil511）来说，其粘合质量往往不均匀或者不理想，粘结状况取决于制品结构和生胶的选择。 采用高用量低活性氧化镁（15~17份）和低用量氢氧化钙（2份）能使绝大多数预混胶模压粘合性能获得改善。以Viton E-60C、Viton E-430和Viton B-910为例，粘合性能的改善如表1所示。