等離子體處理對(duì)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(shí)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(duì)5083型鋁合金表面進(jìn)行活化處理。對(duì)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(jià)態(tài)等理化性能進(jìn)行了分析，對(duì)鋁合金與環(huán)氧樹(shù)脂的粘接性能進(jìn)行了測(cè)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(shù)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)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(shí)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(chǎng)遭受的損傷，需要現(xiàn)場(chǎng)盡快修復(fù)，而膠接修補(bǔ)是簡(jiǎn)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(huì)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(wèn)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(yáng)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(wèn)題，生產(chǎn)中常用的陽(yáng)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(chǎng)或野外應(yīng)用。

等離子體被稱(chēng)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(duì)材料表層物質(zhì)的作用過(guò)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(guò)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(shí)，除了將自身的能量傳遞到材料表層之外，還會(huì)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(kāi)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(guò)對(duì)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(méi)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(shù)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(guò)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。