[发明专利]用于增强的粘合剂结合的系统和方法

说明书

技术领域

本技术涉及用于基底材料的粘合剂结合。 更具体地，本技术通过使用焊料球以多种方式提供增强的粘合剂结合。

背景技术

结构粘合剂在许多应用中替代焊接接头和机械紧固件，原因是结构粘合剂减少了通常在焊缝接头和紧固件周围发现的疲劳和失效。在需要抵抗弯曲和振动的情况下，结构粘合剂也可以优于焊接接头和机械紧固件。

粘合剂结合使用结构粘合剂以将一种材料的基底表面连接到相同材料或不同材料的另一基底表面。粘合剂结合广泛地用于需要具有低结合温度的材料的应用中或者需要不存在电压和电流的应用中。另外，通过消除基底材料与紧固件和其他腐蚀性元件的接触，粘合剂结合可有助于提高抗腐蚀性。

当将结构粘合剂施加到基底表面时，在基底表面的汇合处形成结合线。结合线内的均匀性对于最佳粘合剂性能是一个重要因素，因此规定在设计结合接头中结合线厚度是关键的。

当存在相当大的力时，用于粘合剂结合中的结构粘合剂可以（1）沿结合线的法线被加载，这产生导致基底材料在不同平面上的剥离效应（即剥离断裂），或（2）垂直于断裂的前缘被加载，无论是在平面内还是在平面外，这在基底材料保持在相同平面上的情况下产生剪切效应（即剪切断裂）。虽然通常避免了断裂，但是如果存在断裂，那么剪切断裂优于剥离断裂，原因是剪切断裂需要的外部加载大于剥离断裂需要的外部加载以产生失效。

粘合剂就其本质而言显示出在结合过程期间用于粘结基底的类似流体特性和用于在成品组件中维持载荷的固体特性（通常称为固化的粘合剂）。粘合剂的固化可以是在粘合剂内或粘合剂和环境之间发生物理或化学能量交换时在确定时间段期间发生的物理转化和/或化学转化的过程。在能量交换时段期间，需要外部力以在粘合剂固化并获得强度之前将基底和粘合剂保持在一起。

与在基底之间形成金属合金结合时的焊接接头中不同，固化的粘合剂通过在粘合剂-基底界面处的静电或范德华力和粘合剂内的聚合物结合将基底保持在一起。由于粘合剂接头内的结合在遭受激活能量水平时可能变得不稳定，所以粘合剂接头通常通过焊接和机械紧固件来补充以实现长期稳定性。

电阻点焊（RSW），在固化之前的过程，其中在用粘合剂组装基底之后，通过来自电流的热量将金属基底接合。可以使用RSW以在处理粘合剂结合的组件、固化粘合剂以获得结合强度期间以及在成品产品的使用期间促进基底之间的结构稳定性。传送到点的热量（能量）的量由电极之间的电阻和电流的量级和持续时间确定。熔融结合金属（例如，钢和铝）所需的热量可导致引起粘合剂蒸发或粘合剂化学降解的高温。

发明内容

存在对产生结合线均匀性并在随后的处理和使用期间提供足够的强度和稳定性的结构粘合剂的需求。本公开涉及用于建立结构粘合剂的系统和方法，所述结构粘合剂产生结合线均匀性并提供强度和尺寸稳定性，直到结构粘合剂在随后的处理期间固化。另外，本公开涉及提供结构粘合剂结合线的在线过程监控的方法。

在一个方面中，本技术包括结合系统，包括第一基底，至少部分地与加热元件接触的第二基底，与第一基底的第一接触表面和第二基底的第二接触表面接触的粘合剂，和定位在粘合剂中在一位置处与第一接触表面接触以从加热元件接收热能的多个焊料球。

在一些实施例中，加热元件向第二基底的局部区域产生热能。

在一些实施例中，多个焊料球以传导加热元件产生的热能的温度结合到第一基底。

在一些实施例中，多个焊料球中的至少一个以不同于加热元件产生的热能的温度结合到第一基底。

在一些实施例中，多个焊料球以如下分配方式定位：（i）停止裂纹传播或（ii）促进裂纹沿着需要最大量的断裂能量的路径传播。

在一些实施例中，多个焊料球中的一个或多个进一步定位成与第二接触表面接触。

在另一方面中，本技术包括结合系统，其包括第一基底，至少部分地与加热元件接触的第二基底，与第一基底的第一接触表面和第二基底的第二接触表面接触的粘合剂，以及位于整个粘合剂中与第一接触表面接触的具有一个或多个结合温度的多个焊料球，多个焊料球中的至少一个定位成从加热元件接收热能。

在一些实施例中，加热元件向第二基底的局部区域产生热能。

在一些实施例中，多个焊料球以传导加热元件产生的热能的温度结合到第一基底。

在一些实施例中，多个焊料球中的至少一个以不同于加热元件产生的热能的温度结合到第一基底。

在一些实施例中，多个焊料球中的一个或多个进一步定位成与第二接触表面接触。