用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺制造技术

一种用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺。溶胶‑凝胶预处理工艺在紧固件表面上产生界面膜，该界面膜包括有机金属基网络系统。当在干涉配合条件下使用紧固件时(即孔直径小于紧固件柄直径)，界面膜有助于改善粘附和表面粗糙度。

Technology for adhering solid lubricants to interference fit fasteners

A process for adhering solid lubricants to interference fit fasteners is described. The sol gel pretreatment process produces a surface film on the surface of the fastener, which includes an organic metal based network system. When the fastener is used under interference fit condition (i.e. the diameter of the hole is less than the diameter of the fastener handle), the interfacial film helps to improve adhesion and surface roughness.

【技术实现步骤摘要】
用于将固体润滑剂粘附到干涉配合紧固件的工艺
本公开主要涉及紧固件的使用，以便以实现紧固件在它们在结构中的相应孔内的高度干涉配合的方式来固定两个或更多个结构或工件(其中至少一个由复合材料(诸如纤维增强塑料)制成)。特别地，本公开涉及干涉配合紧固件组件，包括螺栓或销和配对零件(例如，螺母或套环)并且不包括围绕紧固件的套筒。
技术介绍
用于将多层材料紧固在一起的通常做法是夹紧层、钻孔、且然后将一些类型的紧固件插入到孔中，从而将层固定在一起。紧固件通常插入到网中或间隙配合到层中的接收孔中。对于许多施加来说，这将是足够的。然而，当组装好的结构经受循环加载时，紧固件在它们的孔内的配合的松动将导致紧固件在它们的孔内的持续工作。这继而可导致紧固件或层的与特定孔相邻的周围区域的微振磨损(fretting)和疲劳问题。为了解决上述问题，已知的是，利用紧固件(以下称为“干涉配合紧固件”)在孔中的干涉配合可有效地防止由于组装结构的循环加载而造成的大部分的该微振磨损。高度干涉产生减少运动的更紧的接合，从而导致增加的疲劳性能。此外，通过最小化由非干涉配合紧固件引起的跨越间隙电弧，干涉配合紧固件可以帮助确保作为雷击保护方案的部分的电流的安全消散。在很多情况下，超大型紧固件将被直接驱动到层中的接收孔中。通常，一些润滑剂在组装之前施加到紧固件和孔，以减小当紧固件被推入到孔中时磨损的趋势。例如，紧固件的一些部分可涂覆有具有的润滑性大于干涉配合紧固件的与孔接触的部分的表面的润滑性的材料。涂层例如可为铝颜料涂层、固体界面膜润滑剂或金属镀层(镉板、锌-镍等)。该涂层可以具有施加在其上的额外的润滑剂，诸如鲸蜡醇。铝颜料涂层(例如，来自美国加利福尼亚州托兰斯的LISIAerospace公司的HI-KOTETM或来自美国加利福尼亚州莫哈韦的创新涂层科技公司(InnovativeCoatingsTechnologyCorp.)的INCOTEC8GTM)通常以低于最佳粘附强度粘附到由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件，这会导致腐蚀。在将铝着色涂层施加到干涉配合紧固件的表面的一部分之前，使用以下预处理：(1)用铝网喷砂；以及(2)用酸蚀刻。尽管喷砂提高了可接受的粘附性，但紧固件的表面粗糙度是高的。因此，当将紧固件安装(推入或铆接)到干涉配合孔中时，由于在涂覆表面与孔接触时低于最佳粘附强度，涂层倾向于被移除。由于裸露的表面已被喷砂，表面粗糙度产生摩擦，从而导致更高的插入负载和对结构的潜在损坏。尽管被蚀刻的零件具有比喷砂零件更光滑的表面粗糙度条件，但这些零件没有足够的粘附特性并且不符合性能目标。鉴于上述情况，一种增加粘附到干涉配合紧固件的经受安装力负载的表面的部分的固体润滑剂的粘附强度的工艺将是需要的。
技术实现思路
以下详细公开的主题涉及一种在施加铝颜料涂层之前使用溶胶-凝胶预处理工艺处理由钛合金或耐腐蚀钢制成的紧固件的表面的方法。(术语“溶胶-凝胶”是溶液-凝胶的缩写，是指可溶性金属物质(通常为金属醇盐或金属盐)水解形成金属氢氧化物的一系列反应。)溶胶-凝胶预处理工艺可以用来替代喷砂或蚀刻。当在干涉配合条件下使用紧固件(即，孔直径小于紧固件柄直径)时，溶胶-凝胶预处理工艺有助于改善粘附和表面粗糙度。根据一些实施例，干涉配合紧固件的表面(例如，柄表面)被处理成使得该表面的至少一部分具有以足够的粘附强度粘附于此的固体润滑剂，以在将紧固件以干涉配合插入到孔中期间承受施加在固体润滑剂上的力。根据下面公开的实施例，增加的粘附强度是由于在紧固件表面和固体润滑剂的层之间形成界面膜，该界面膜使用溶胶-凝胶工艺形成在紧固件表面上。溶胶-凝胶工艺改善了涂覆干涉配合紧固件(例如螺栓或销)的表面的固体润滑剂(例如，铝着色涂层)之间的粘附性并且改善了紧固件的表面粗糙度。溶胶-凝胶工艺是用于从小分子生产固体材料的方法。在溶胶-凝胶工艺中，溶液形成包含液相和固相的凝胶状双相系统。根据一个实施例，凝胶状双相系统的形态是一种连续的聚合物网络。更具体地说，通过施加液体溶胶-凝胶层来处理紧固件表面。然后通过溶剂(例如水)的损失而允许溶胶-凝胶层形成薄的干凝胶界面膜。(如本文所使用，术语“干凝胶”是由凝胶通过干燥利用无阻碍收缩而形成的固体)。溶胶-凝胶工艺伴随有层形成界面膜时层的孔隙率的降低。干凝胶界面膜的最终厚度、孔隙率和表面积可通过明智选择溶胶-凝胶层的溶剂系统、浓度、粘度和厚度来控制。根据本文公开的实施例，界面膜是有机金属基网络系统。根据一个实施例，起始溶液是具有约2％固体的水基溶液，其包含环氧官能硅烷(例如，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)和有机金属化合物(例如，丁氧锆)。如本文所使用的，术语“胶体物质”是指胶体形式的物质。术语“胶体”指示宽范围的固-液(和/或液-液)混合物，所有这些均包含不同程度地分散在液体介质中的不同固体(和/或液体)颗粒。该术语针对单个颗粒的尺寸，其大于原子尺寸但是足够小，以展现布朗运动。尽管下面将详细描述用于处理干涉配合紧固件的表面的方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可由以下方面中的一个或多个来表征。下面详细公开的本主题的一个方面是一种紧固件表面处理方法，其包括以下步骤：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质(即干凝胶界面膜)，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜(例如，薄界面膜)，其中该界面膜包括有机金属基网络系统；(b)允许胶体物质在室温或较高温度(通过在烘箱中加热紧固件而产生)下固化；(c)在胶体物质已固化之后，在紧固件的柄的表面的至少一部分上方在胶体物质的顶部上施加涂层材料，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及(d)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层。根据前述方法的一个实施例，有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷、有机金属化合物和腐蚀抑制剂，而涂层材料中的金属粉末包括铝颗粒。本文公开的主题的另一方面是一种用于紧固具有第一孔的第一结构以及具有第二孔的第二结构的方法，该第一孔和第二孔具有相同的孔直径，该方法包括：(a)将预凝胶溶液施加在紧固件的表面上，该预凝胶溶液能够转变成胶体物质，该胶体物质又能够在从溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中紧固件包括头部、柄和配对部分，该柄具有比孔直径大的柄直径，并且界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后，将涂层材料施加在紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；(c)使涂层材料固化以形成借助于界面膜粘附到紧固件的固体涂层；(d)将第一结构和第二结构放置在一起，其中第一孔和第二孔对准；(e)迫使紧固件进入并且穿过第一结构和第二结构的对准的孔，直到配对部分突出超出第二结构，在该位置柄与第一孔和第二孔接触；以及(f)将配对零件耦接到紧固件的配对部分。另一方面是一种组件，其包括：第一结构元件，具有第一孔；第二结构元件，具有与第一结构元件的第一孔对准的第二孔，第一孔和第二孔具有相同的孔直径；紧固件，其由钛合金或耐腐蚀钢制成并且包括头部、具有大于孔直径的外径的柄、以及包括外部突出部的配对部分，其中柄至少占据第一结构元件和第二结构元件中的第一孔和第二孔的相应部分而不需要包围套筒，并且配对部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理紧固件的表面的方法，包括：(a)将预凝胶溶液施加在所述紧固件的表面上，所述预凝胶溶液能够转变成胶体物质，所述胶体物质又能够在从所述预凝胶溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中所述界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后将涂层材料施加在所述紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中所述涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及(c)使所述涂层材料固化以形成借助于所述界面膜粘附到所述紧固件的固体涂层。

【技术特征摘要】
2017.07.28 US 15/663,3201.一种用于处理紧固件的表面的方法，包括：(a)将预凝胶溶液施加在所述紧固件的表面上，所述预凝胶溶液能够转变成胶体物质，所述胶体物质又能够在从所述预凝胶溶液移除液体溶剂时转变成界面膜，其中所述界面膜包括有机金属基网络系统；(b)在步骤(a)已完成之后将涂层材料施加在所述紧固件的柄的表面的至少一部分上，其中所述涂层材料包括溶解在液体溶剂中的金属粉末；以及(c)使所述涂层材料固化以形成借助于所述界面膜粘附到所述紧固件的固体涂层。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在步骤(a)之后且在步骤(b)之前加热所述预凝胶溶液以从所述预凝胶溶液移除液体溶剂。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(c)包括在烘箱中加热所述紧固件。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(b)包括围绕所述柄的表面的圆周连续地施加所述涂层材料。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(b)包括将所述涂层材料施加在所述柄上的第一纵向条形表面区域和第二纵向条形表面区域上，以形成涂层材料的第一纵向条和第二纵向条，在所述柄上具有设置在涂层材料的所述第一纵向条和第二纵向条之间的无涂层材料的纵向条形表面区域。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机金属基网络系统包括环氧官能硅烷和有机金属化合物。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述有机金属基网络系统还包括腐蚀抑制剂。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(a)包括将所述紧固件浸入到容纳一定体积的预凝胶溶液的容器中，并且步骤(b)包括将...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱克·A·辛普森，坦尼·西斯科，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US