等離子體處理對鋁合金表面粘接性能的影響

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-06-22

為了提高鋁合金與高分子材料之間粘接強(qiáng)度，采用低溫空氣等離子體預(yù)處理技術(shù)，對5083型鋁合金表面進(jìn)行活化處理。對鋁合金表面的顯微形貌、接觸角、表面能、化學(xué)元素的成分及價態(tài)等理化性能進(jìn)行了分析，對鋁合金與環(huán)氧樹脂的粘接性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明：低溫等離子體處理后鋁合金表面的活性顯著增加，水接觸角下降明顯，表面能上升明顯，表面氧元素含量明顯增加，顯微形貌及粗糙度未發(fā)生明顯改變。表面氧元素的含量及活性增加是樹脂與鋁合金粘接性能提升的重要因素。

鋁合金材料具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱好、耐腐蝕、易加工成形等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于交通運輸、建筑裝飾、機(jī)械制造、航空航天、武器裝備等領(lǐng)域，成為實現(xiàn)裝備輕量化的重要材料之一。受環(huán)境、人為等因素影響，一方面，鋁合金由于硬度低，容易造成損傷，特別是在野外現(xiàn)場遭受的損傷，需要現(xiàn)場盡快修復(fù)，而膠接修補(bǔ)是簡單高效的方法之一；另一方面，鋁合金裝備及其零部件表面通常需要采用高分子涂料進(jìn)行涂裝。由于鋁合金表面極易氧化，親水性較差，暴露在空氣中會在表面迅速形成一層氧化物薄膜，因此，涂料或膠黏劑與鋁合金表面結(jié)合質(zhì)量差是鋁合金材料應(yīng)用中非常突出的問題。當(dāng)前提高鋁合金表面膠接性能的常用方法有機(jī)械打磨或噴砂、化學(xué)處理法、陽極氧化等，其中機(jī)械法處理可造成表面二次污染、鋁合金基體損傷等問題，生產(chǎn)中常用的陽極氧化法則不僅工藝復(fù)雜，且受鍍槽尺寸影響顯著，難以在現(xiàn)場或野外應(yīng)用。

等離子體被稱為物質(zhì)的“第四態(tài)”，含有大量正電荷、負(fù)電荷等活性粒子。低溫等離子體處理是一種新型的表面預(yù)處理技術(shù)等離子體表面改性是等離子體中的高能活性粒子對材料表層物質(zhì)的作用過程。

鋁合金表面等離子體預(yù)處理的增強(qiáng)機(jī)理

空氣經(jīng)過電離產(chǎn)生具有較高活性的等離子體，包括：離子、電子、亞穩(wěn)態(tài)分子、原子、自由基以及光子等各種粒子。等離子體高速撞擊材料表面時，除了將自身的能量傳遞到材料表層之外，還會引起表面刻蝕，使表面吸附的氣體或其他物質(zhì)的分子離開表層。部分粒子還可能發(fā)生自濺射，一些粒子特別是電子、亞穩(wěn)態(tài)粒子有可能貫穿材料表層，貫穿深度可達(dá)5~50nm。

一般認(rèn)為，膠粘劑和被粘表面之間的粘接力主要分為機(jī)械粘接力和化學(xué)鍵合力。而表面粗糙化是產(chǎn)生機(jī)械粘接力的源泉，通過對等離子體處理后的鋁合金表面進(jìn)行SEM和三維形貌分析得出，其表面粗糙度在處理前后沒有明顯變化，由此表明，等離子體處理后的鋁合金表面與環(huán)氧樹脂之間粘接強(qiáng)度的提高不是主要由表面粗糙化所貢獻(xiàn)的，而是由化學(xué)鍵合力所貢獻(xiàn)的。鋁合金表面低溫等離子體處理后，含氧量顯著增加，并且主要以過氧化物的形態(tài)存在，由此導(dǎo)致的表面活性升高及氫鍵含量增加是拉伸剪切強(qiáng)度提升的主要原因。

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等離子表面處理