Lämpötilamuutosten vaikutukset metallien liimaliitoksiin

Diplomityön tavoitteena oli tutkia lämpötilan ja sen muutosten vaikutusta kahden metallin tai metallin ja magneetin väliseen liimaliitokseen. Tutkimuksen päätavoitteena oli tutkia magneettien liimaukseen käytetyn akryyliliiman lujuutta lämpösyklitysten jälkeen ja eri käyttölämpötilojen seurauksena. Teoriaosassa on käsitelty erilaisia liimauksen toteutukseen ja liimaliitoksen lujuuteen vaikuttavia tekijöitä. Erilaiset metallien liimaukseen soveltuvat liimatyypit ja niiden tarttumiseen liittyvät tekijät, kuten esikäsittelyt on myös käyty läpi teoriaosassa. Myös liiman- ja liimatyypin valintaa koskevia periaatteita ja tekniikoita on käsitelty. Käytännön osassa on esitelty koejärjestelyt sekä tutkittavat materiaalit ja niille suoritetut esikäsittelyt. Käytännön kokeissa suoritettavissa liimaliitoksissa käytettiin akryyli- ja silikoniliimoja, joille suoritettiin erilaisia vetokokeita. Akryyliliimalla liimatuille liitoksille suoritettiin myös lämpösyklityksiä, joita vertailtiin käsittelemättömiin liitoksiin. Magneettien ja metallien välisten liitosten lujuuden lisäksi liimalta saavutettavia lujuuksia arvioitiin rakenneterästen välisen liimaliitoksen sisältävillä vetosauvoilla. Suoritettujen kokeiden perusteella havaittiin lämpötilan vaikuttavan radikaalisesti liimaliitosten lujuuteen. Magneettien liimaliitoksilla saavutettiin käytännön sovellukseen riittävän suuria leikkauslujuuden arvoja vain huoneenlämpötilassa vedettäessä. Lämpösyklitysten todettiin myös heikentävän liitosta selvästi. Silikoniliiman lujuus oli alle sovelluskohteessa vaikuttavien voimien optimaalisissakin olosuhteissa. Metallien välisten liimaliitosten lujuuden todettiin heikentyvän nopeasti kasvatettaessa vetokokeissa käytettyä lämpötilaa. Liitoksen heikkenemistä havaittiin myös lämpötilaa laskettaessa.

The objective of this master’s thesis was to study the effect of temperature changes and different temperatures in adhesively bonded joints between two metals or a metal and a magnet. The main goal was to find out the strength in the acrylic adhesive used after the heat cycles and different operating temperatures. The theoretical section focuses on different factors considering the creation of adhesive joints and the factors influencing on its strength. Different types of adhesives created for metal bonding and the techniques influencing on the adhesion, like surface treatment methods, are also considered in the theoretical section. The selection process of the adhesive and the adhesive type are not forgotten. The practical section introduces the experimental arrangements and the different materials used with their pre-treatment methods. The adhesives used in the experiment are acrylic and silicone types which are tested with different kinds of shear tests. The acrylic bonded joints were also exposed to pre-defined heat cycles and the results in the shear tests were compared with the non-treated joints. After the strength data between magnets and metal were gained, the strength of the adhesive was tested with lap-shear tests performed to metallic counterparts. According to the experiments, the temperature was found to radically decrease the strength of the joint. The joints between magnets and metals were found to have enough shear strength for the practical application only in room temperature. Heat cycles were also found to weaken the joints. The silicone adhesive was inadequate even in room temperature when compared to the forces in the practical application. The bond strengths degraded rapidly by elevating the temperature in the shear strength tests. Decreasing the temperature had a similar effect.