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。

总体上说，橡胶与金属之间具备粘合的条件，但较难形成牢固而持久的粘合。

要提高橡胶与金属的粘合效果，必须对金属进行表面处理。

三、金属的表面处理1、表面处理的目的：①获得清洁、新鲜的表面；②提高表面能；③增大表面的粗糙度；④获得适当的化学活性或惰性。

2、表面方法：物理机械表面处理：车削加工、喷砂处理、机械打磨（砂纸、砂轮、钢刷等）、超声波处理；化学表面处理方法：酸法、碱法、有机溶剂法、磷化处理法；这些方法可以单用，但大都采用多种方法结合使用，达到良好的粘合效果。

不同的金属表面，所采取的处理方法不同。

一般，大型金属部件宜采用车削加工、喷砂处理（厚度小于1.2mm的钢板不行）；小型部件宜用化学处理和砂纸打磨，结构复杂的小型部件采用超声波法。

（1）铝及其合金的表面处理：铝属于活泼金属，表面覆盖一层致密的氧化膜（Al2O3），有很高的稳定性，粘合时需除去氧化层。

具体处理方法：①阳极化处理法步骤：a．用丙酮或汽油去油污；b．将铝件放入浓度为5％，温度为55℃的NaOH水溶液中泡3~5min，至表面发黑；c．取出被腐蚀骨架，用自来水冲洗多余的碱液；d．将铝件置于30％的HNO3水溶液中光化至无黑色；e．取出铝件用自来水冲洗至无酸；f．将铝件置于浓度为100~140g/L二磷酸液中阳极化20min，极化电压10V，极化温度（20±2）℃；若无极化条件，可将铝件置于磷酸中浸泡10min；g．取出后用自来水冲洗至无酸性，在65℃烘箱中烘干，即可涂覆胶黏剂。

②硫酸重铬酸钠法步骤：a.用丙酮或汽油脱脂，也可用碱液脱脂；b.将铝件在硫酸重铬酸钠处理液中浸泡10min；处理液配方：水 450ml，H2SO4（相对密度1.84）80ml，NaCr2O3 15g。

处理液温度：65~70℃。

c.水洗，干燥后立即涂粘合剂。

（2）钢、铁表面的处理方法：钢、铁的主要成分为Fe，表面有Fe2O3、Fe3O4、FeO等氧化层，有油脂。

具体方法：①喷砂处理法：去锈，表面粗化对尺寸公差较大的钢、铁橡胶复合或粘合件，通常采用喷砂方法去掉表面锈蚀和氧化皮。

厚度在0.6mm以下，容易变形的金属骨架不能用喷砂法。

喷砂设备：喷砂机（履带抛丸清理机）、履带盘转速（3~6）r/min，骨架最大允许量10kg,抛丸器转速2800r/min。

工艺条件:钢砂直径0.7~1.0mm；压力：0.1~0.25MPa一次处理的金属数量≤50kg；时间：0.6~0.8mm 6min；0.9~1.0mm 8min；1.1~1.25mm 9min；1.26~1.5mm 10min喷砂后骨架存放时间≤8h要求：不得有锈蚀、毛刺、变形，麻点要均匀。

②酸蚀处理（酸洗）：除锈和氧化层喷砂达不到技术要求的骨架应进行酸处理。

将骨架在浓度为35％~36％的工业盐酸或90％~95％的工业硫酸中与室温下浸泡30min以上，再用自来水冲洗，水的PH在6以上。

③脱脂处理：除油污、杂质金属骨架喷砂或酸蚀后，还必须脱脂处理。

方法：将待脱脂的骨架装入带孔的金属容器，如网袋或箩筐；将金属容器浸入丙酮溶剂中，容器上下串动，左右摆动2min以上。

提起容器于丙酮液的上方，上下串动，左右摆动1~2min，在室温下晾2~3min。

丙酮纯度95％，环境温度＜30℃，相对湿度＜80％，清洗时间≥2min。

丙酮液至少每周更换一次，用洒水法检测表面清洗的情况。

④磷化处理：增加表面活性把钢铁件放入磷酸盐溶液中，是金属表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜。

磷化膜是黑色金属最普通的保护层，高强度合金钢宜用磷化处理。

磷化处理方法：低温磷化：室温，不用加热，磷化液稳定，但效率低，磷化膜抗蚀能敌低；中温磷化：50-70℃，时间7-15min，效率高，抗蚀能力强；高温磷化：90-98℃，时间10-20min，效率高，抗蚀能力强，但加热时间长，溶液挥发大。

钢、铁表面处理工艺流程：1#槽：金属清洗剂：洗衣粉：水=40:2:450，PH值13~14，温度65~75℃，时间5~6min；2#槽：NaOH：硅酸钠：金属清洗剂：水=45:15:4:450，PH值13~14，温度70~80℃，7~8min；3#槽：PH值7~8，流动水；4#槽：磷化液：水（体积比）=1:4，PH值2~3，温度65~75℃×6~8min；5#槽：PH值6~7；6#槽：铬酸钾：水=2:450，70~80℃×0.5min；7#槽：热空气干燥，80~100℃×20~25min。

表面处理处理要求：a.骨架不得有锈痕、毛刺、变形；b.涂油防锈油的骨架须用锯末（木粉）串光除油；c.锈斑严重的骨架应先入盐酸中浸泡，然后用水冲洗干净，才能进入磷化工艺；d.磷化后的骨架应在24h内用完，最长不能超过96h。

处理检验：外观检验：肉眼观察：颜色（灰色、暗灰色）、结晶均匀性、致密牢固、完整性、有无沉淀物、空白，锈斑等。

抗蚀性检验：硫酸铜溶液法：配制0.25mol/L硫酸铜溶液：10%氯化钠溶液：0.1mol/L盐酸溶液=40：20：0.8的混合液，先用酒精擦拭冷却后的骨架表面，酒精挥发后，在骨架表面上滴几滴配制的硫酸铜混合液，记录混合液由天蓝色变成土黄色或土红色的时间（15-20℃下进行），时间≥1min合格，高抗蚀的可达5min。

食盐水浸泡法：磷化后的骨架浸入3%的氯化钠溶液中，2H后取出，表面没有锈斑为合格；浸泡5min取出后水洗，晾干30min，不出现黄锈为合格。

磷化膜的退除：磷化膜不合格的应及时将其从骨架上退除，方法是：将带磷化膜的金属骨架在酸洗溶液中洗1~1.5min即可，水洗中和后干燥重复使用。

⑤镀黄铜法：制备小规格的橡胶金属密封件。

方法是利用电镀的方法在金属表面上镀上一层厚度为1.25~10mm的黄铜。

镀铜后应立即将表面冲洗干净并干燥，并涂上一层胶浆。

⑥镀锌法：对黑色金属表面进行镀锌处理。

（3）不锈钢骨架的表面处理成分：铁、镍、铬、含碳少的合金。

Ni,Cr能溶于稀酸（HCl,H2SO4）中，不与强碱反应，Fe，Ni，Cr都能被双氧水（H2O2）氧化还原，形成高价金属离子，再加入甲醛，可活化不锈钢表面，再用重铬酸钠和硫酸进一步氧化。

①盐酸、甲醛法：a 去油污。

丙酮或汽油浸泡表面的油污；b 氧化还原。

用HCl（37％）：双氧水：甲醛（38％）：H2O=52:2:10:45配制氧化还原液，加热至65℃，浸泡10min。

c 用蒸馏水清洗表面，70℃干燥即可。

d 或采用：HCl（37％）：促进剂H：双氧水：蒸馏水=2:5:1:20配成氧化还原液，65~70℃×5~10min，漂洗后93℃干燥30min。

②硫酸重铬酸钠法：a 蒸汽脱脂。

用三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯作溶剂，在挂有金属骨架的容器中加热，形成溶剂蒸气，当金属件的温度达到溶剂的沸点时，脱脂结束。

溶剂的PH值7~7.5。

b 脱脂后的金属件在硫酸重铬酸钠混合液中于50℃下浸泡5min。

硫酸重铬酸钠液：浓H2SO4（相对密度1.84）：1000ml，饱和的Na2Cr2O7溶液35ml。

c 冷水洗，开水洗，干燥，30min内涂胶黏剂。

③硫酸草酸法：a 碱性脱脂，再水洗碱液组成：NaOH（20~50）g/L,Na2CO3(20~30) g/L,NaSiO4(10~15) g/L,Na3PO4(50~70) g/L.温度：80~100℃，时间20~40min。

b 脱脂后的金属件在硫酸草酸液中于65℃下浸泡10min。

硫酸草酸液：草酸10，硫酸10，水80.c 用水冲洗、干燥，30min内涂胶黏剂。

（4）铜及铜合金的表面处理：铜在干燥的空气中稳定，与水几乎不反应。

但当与含有CO2的潮湿空气接触时，其表面会生成一层铜锈[Cu(OH)2·CuCO3]。

铜不溶于稀HCl,H2SO4，易溶于HNO3和热的浓H2SO4。

常温下能与绿卤素作用，在加热时能直接与硫直接化合生成CuxS。

因此，铜的表面处理在于除铜锈，溶解出Cu的活性表面。

一般用浓H2SO4腐蚀，用Fe2(SO4)3作保护剂，用Na2CrO3与浓H2SO4混合液除表面杂质。

最后用氨水洗去酸，再用水洗，干燥即可。

①硫酸铁硫酸法a 脱脂除油污。

丙酮或汽油。

b 侵蚀溶液配制：硫酸铁：浓硫酸：水=454g：340g：45L。

c 脱脂的骨架在65~70℃下，在侵蚀液中侵蚀10min，然后于20℃冷水中洗5min。

d 骨架浸入浸亮液中，在室温下浸至表面发亮。

浸亮液：Na2Cr2O7：浓H2SO4：水=5:10:85。

e 冷水洗，浸氨水，再冷水洗5min，再用蒸馏水洗，40℃下干燥30min。