无机粘接的实用技巧

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：氧化铜-磷酸粘结剂的配制主要应注意以下几个方面：氧化铜及其处理粘结剂中所用的氧化铜需具备两个条件，一是要有一定的纯度，特别是所含酸性和碱性物质不得超过0.01%，密度应为6.32～6.42g/cm3；二是氧化铜必须是经过高温处理的，这样才能有较高的粘接强度。有些大件粘接用胶量较大，可采取多人同时调和、同时操作的方法。

目前，在一般机械行业中，使用的无机粘结剂主要由氧化铜（CuO）和磷酸（H₃PO₄）配制而成。

1.无机粘结剂的配制

氧化铜（CuO）和磷酸（H₃PO₄）的配制比例应根据所使用时的室温来决定，一般冬季的配制比例为4∶1，夏季的配制比例为3∶1。配合比例越大，凝固速度越快，粘接强度越高。但配比不能大于5，否则粘结剂产生高温放热反应，急速固化，使粘结剂来不及发挥作用。氧化铜-磷酸粘结剂的配制主要应注意以下几个方面：

（1）氧化铜（CuO）及其处理粘结剂中所用的氧化铜需具备两个条件，一是要有一定的纯度，特别是所含酸性和碱性物质（质量分数）不得超过0.01%，密度应为6.32～6.42g/cm³；二是氧化铜必须是经过高温处理的，这样才能有较高的粘接强度。

其处理方法是，将一般化学试剂的二、三级品氧化铜粉送入烧结炉中，加热至900～930℃保温3h，在烧结过程中需多次搅拌，使上、下各层铜粉烧结效果一致；烧结后的氧化铜呈黑色略带银灰光泽，冷却后打碎成小块，送入陶瓷球磨机粉碎，而后用孔径为0.053mm（280目）左右的筛网过筛、烘干，再装入密封瓶内备用。这种氧化铜粉目前在化工商店里也能买到。

（2）磷酸（H₃PO₄）及其处理粘结剂中所用的磷酸溶液是普通化学试剂二、三级品正磷酸，含量（质量分数）不低于85%，密度为1.7g/cm³，经加工处理后呈透明状。常用的磷酸溶液及其处理方法有以下两种：

1）磷酸铝溶液。为了延长可粘接时间，需制成专用的磷酸铝溶液，即在正磷酸中加入适量的氢氧化铝（每100mL磷酸中加入5～10g氢氧化铝），加入量可根据温度、湿度的不同而灵活掌握，室温在20℃左右时加入5g，温度较高时可适当增加氢氧化铝的加入量。

制取方法是将10mL左右磷酸置于烧杯内，再把按比例称量的全部氢氧化铝粉缓慢地加入磷酸中，一边加入一边搅拌，调成浓乳状，然后将此溶液加热至200～230℃，使酸中的水分充分蒸发以提高酸的浓度，得到密度为1.8～1.9g/cm³的磷酸铝溶液，待自然冷却后，装入密封瓶内备用。溶液密度对粘接强度和可粘接时间有很大影响，其关系分别如图10-16、图10-17所示。

图10-16 磷酸相对密度对粘接强度的影响

图10-17 磷酸相对密度对可粘接时间的影响

2）磷酸-钨酸钠溶液。其配制方法是100mL磷酸加入4～10g钨酸钠（加入量的掌握原则与“磷酸中加入氢氧化铝”时大体相同）。配制时，将钨酸钠粉缓慢倒入磷酸中，边倒边搅拌成糊乳状，然后加热升温至300℃左右，保温30min呈天蓝色，待自然冷却后装入密封瓶备用。

用氢氧化铝配制的磷酸溶液，在低温下放置过久可能会有结晶析出，甚至凝固。处理方法是将瓶盖打开，置于热水中，使其溶解成均匀液相后即可使用。如果不易溶化，可加入温水约20mL，即可溶化，但溶化后必须加热至230℃，待其自然冷却后方能使用。而用钨酸钠配制的磷酸溶液，则可久置而不结晶。

（3）辅助填料在粘结剂中可加入某种辅助填料，以得到所需要的各种性能。

1）加入还原铁粉，可改善粘结剂的导电性能。

2）加入碳化硼和水泥，可增加粘结剂的硬度。

3）加入硬质合金粉末，可适当增加粘接强度。

此外，还可以根据需要，适当加入石棉粉、硼粉和玻璃粉等。

2.无机粘接的操作

使用无机粘结剂进行粘接操作时，应严格按以下操作步骤及操作要点进行：

1）粘结剂及粘接用具的准备。准备所需粘结剂用氧化铜粉和磷酸溶液各一瓶、光滑铜板一块（厚约4mm）、调胶用扁竹签一根、清洗剂一瓶（一般用香蕉水或丙酮等）、干净细棉纱一团、小天平一台和医用注射器一支（不要针头）。

2）粘接件的准备。要求被粘接件尽可能选用套接和槽接结构，其配合间隙视工件大小可控制在0.1～0.3mm范围内，个别间隙可大至1mm以上（间隙过大将降低粘接部位的抗冲击性能）。

通常被粘接面的表面粗糙度值Ra应为25～100μm，达不到这样的表面粗糙度时，应辅以人为的加工，如滚花、铣浅槽以及车成齿深为0.3mm、螺距为1mm的螺纹等。如果是盲孔套接，则应留排气孔或排气槽。

被粘接面必须经过除锈、脱脂和清洗处理。脱脂、清洗一般用香蕉水、丙酮，也可用四氯化碳，不能用清水或汽油。清洗时宜用刷子，不要用棉纱。

3）调胶。按每4～4.5g氧化铜粉加入1mL磷酸溶液的比例，先将所需氧化铜粉置于铜板上，中部留一凹坑，然后用注射器抽取磷酸溶液，按需要的毫升数将磷酸溶液缓慢注入凹坑中，一边注入一边用竹签反复调和1～2min，使胶体成稀糊状即可使用。

调和时，氧化铜粉与磷酸溶液反应会产生热量，一定的热量又促使反应加剧，放出更多的热量，导致胶体迅速凝固，影响操作，并使粘接强度降低（这种现象在夏季温度较高时比较明显）。用铜板调胶，有利于散去调和时产生的热量，延缓胶体凝固时间，便于操作。必要时，可以在铜板下面放置冰块，以加速降温。在冬季气温较低的情况下，也可在玻璃板上调胶，但操作时最好将磷酸溶液和被粘接件预热一下，以防冻凝。

一次调胶量不宜过多。当第一次调的胶用完以后，应将铜板（或玻璃板）用清水洗净，并用棉纱擦干后再调第二次。有些大件粘接用胶量较大，可采取多人同时调和、同时操作的方法。由于胶体吸水性强，最好随调随用，用完再调。如果一次调的胶较多，一时用不完，就会吸水变稀，导致粘接强度下降。

4）粘接。将调好的胶迅速、均匀地涂在被粘接面上，然后进行适当的挤压。套接件则应缓慢地反复旋入。排出的多余胶体，可刮下继续使用。为保持被粘接件的美观，被粘接件表面黏附的残余胶体可用微湿的棉纱擦拭干净。

手上粘的粘结剂可用清水洗净，注意洗手时不能用肥皂，因为皂液与粘结剂反应，反而不易洗净。

5）烘烤。粘接后宜迅速将被粘接件放在干燥温暖的地方，最好能放入电烘箱内，先用50℃烘1～2h，再升温至80～100℃烘2h。烘烤时间长短应视被粘接件的大小而定。粘接后用日光晒亦可。有些较大的部件，如粘接修补机床设备，不便于搬动，也可用普通电炉、碳炉、红外线灯泡烘烤粘接部位，使胶层在较短的时间内完全凝固硬化。要注意的是，如果干燥温度过高、干燥速度太快，易使粘结剂急剧收缩，产生裂纹，影响粘接强度。

无机粘接的实用技巧

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