为何要连接异种金属？

现代产品很少仅由一种材料构成。就金属而言，不同金属各有优势——有的导电性优异，有的耐腐蚀与防锈性能出色，有的质轻，有的则更易加工成型。将胶粘剂纳入产品设计的一大好处，是您在材料选择上获得更大的自由度与灵活性，从而可自由选用适合产品目标的合适金属。

异种金属在何处连接？真实应用

异种金属相互接触的实际情况很多，例如：

• ·电动汽车电池——在 EV 电池中，铜集流体连接到铝极耳或汇流排。铜优异的导电性与铝的轻质、经济特性相互结合。
• ·汽车车架——另一项汽车应用是将铝板粘接到高强度钢车架上。铝的轻质特性提升燃油效率，而钢的强度与耐久性则提高碰撞安全性。
• ·飞机机身——在高性能飞机中，钛蒙皮段被粘接或紧固到铝制次结构上，以获得优化的应力与耐温性能。
• ·管道——将铜水管连接到钢或黄铜管件。

上述例子中，选用异种金属是因为彼此互补、提升了成品的整体性能。

异种金属粘接的挑战

与塑料类似，不同金属特性各异。与同种金属部件互粘不同，粘接异种金属时会出现一些需要考量因素。其中关键几项包括：

热膨胀系数（CTE）差异——可能是要考虑的关键问题。每种材料都有自己的热膨胀系数（简称 CTE），描述材料受热膨胀、遇冷收缩的程度。CTE 值越高，随温度变化胀缩越明显。粘接同种金属（如钢对钢）时 CTE 影响不大，因为部件胀缩速率相同；而粘接异种金属时，一种金属可能比另一种胀缩更明显，导致接头部位应力增加。例如钛的 CTE 约为 8.6，铝约为 23，意味着铝的胀缩约为钛的 3 倍。若不匹配且胶粘剂选用不当，长此以往很容易导致粘接失效。

电偶腐蚀（也称异种金属腐蚀）是一种在电解质存在下、一种金属与另一种金属电接触时发生腐蚀的过程，需要导电液体作为电解质。两种金属中活性较低者作为阴极吸引电子，活性较高者放出电子并腐蚀。设想一个钢与铝直接接触、且湿气进入接头的场景：此时铝作为活性更高的金属会逐步腐蚀——尽管铝本身以耐腐蚀著称！

鉴于上述 CTE 差异，设计异种金属接头时尤其要增大剪切和/或压缩力，避免剥离或劈裂接头，以尽量减小固化后胶粘剂接头上的应力与压力。

如何应对这些挑战

针对热膨胀不匹配，请选用经过增韧的胶粘剂，许多环氧胶即属此类。具有良好剪切与/或剥离强度的增韧环氧胶，具备吸收差异胀缩冲击所需的柔韧性与抗应力能力。若高强度并非首要优先级，使用改性环氧胶也能提供应对 CTE 不匹配的优异柔韧性——可关注名称以“MT-”开头的 Permabond 胶粘剂。另一个有帮助的做法是在异种金属间使用更厚的胶层，以容纳应力位移。

为防止电偶腐蚀，关键是要对接头区域进行充分密封，尤其在可能接触水或湿气的应用中——海水因含盐量（电解质）高而尤为棘手。好在，仅通过使用胶粘剂，这点就更容易实现。机械紧固件往往无法做到充分密封，而合适的胶粘剂在正确施胶后几乎总能做到。更厚的胶层在此同样有帮助，可减少两金属间的导电性并防止微动磨损（两金属表面分子相互摩擦、进而引发腐蚀的过程）。

在接头设计方面，使用胶粘剂时理想情况是设计承受剪切或压缩的接头，避免剥离或劈裂接头，从而让应力在接头区域更均匀分布。务必为合适的胶层间隙留出空间，这有助于防止因 CTE 不匹配引起的应力。

那我直接焊接不行吗？

您或许会想，与其操心热膨胀与电偶腐蚀，是否可以直接把两种异种金属焊在一起？

答案是可以，但往往困难。焊接时您不必考虑 CTE，却要面对更深层的冶金问题——各种金属的熔点。例如要将铝焊到钢上，铝的熔点（约 660°C / 1220°F）约为钢（约 1350°C / 2500°F）的一半，所以在钢尚未达到可焊温度前，铝早已熔化流失！焊接碳钢与不锈钢等较相似的金属更容易，但凡熔点差异巨大的金属都难以焊接。

激光焊接等更先进的焊接工艺可用于此，但既然用一款普通的丙烯酸酯结构胶就能得到类似结果，我们实在想不出您为何非要这么做！

粘接异种金属的合适胶粘剂

说到这里，我们来讨论粘接异种金属的合适胶粘剂。一般而言，正确选择取决于所粘金属、环境与温度条件、接头类型与强度要求。下面列出一些较常选用的胶粘剂。

环氧胶

若追求兼具出色韧性与强度，环氧胶是非常强固的选择。环氧胶具有较高的剪切与剥离强度，非常适合应对金属间热胀冷缩的差异。在异种金属应用中，若高强度很重要且 CTE 差异显著，可考虑 Permabond ET5428 及其姊妹产品 ET5429。若不介意较慢的固化或可热固化，Permabond ET5441 专为粘接异种基材开发，具有优异的耐温性，且能很好地应对热循环，减小接头部位应力。

单组份热固化环氧在粘接异种金属时可提供极高的结构强度，与焊接强度相近。若强度是您的首要考量且可进行热固化，我们强烈建议使用单组份环氧。如 Permabond ES550 与 ES558 在金属上具有优异的剪切强度。

厌氧胶

厌氧胶可以是粘接异种金属的很好选择，尤其当其中一种金属具有较活性的表面（如铜或黄铜）时。这类胶粘剂在金属存在、缺氧条件下固化，能在紧密间隙中快速固化，特别适合间隙极小的螺纹与圆柱形接头。厌氧胶通常只适合粘接同种材料，但也可用于异种金属的滑配、过盈与冷缩配合连接。

Permabond F201 采用核壳橡胶增韧，非常适合容纳应力与冲击；其姊妹产品 Permabond F201HV 粘度更高，益处相似。

丙烯酸酯结构胶

丙烯酸酯结构胶是粘接异种金属的另一强有力候选。除在多种金属上强度高外，我们还配制了几款带特殊表面粘附技术的丙烯酸酯结构胶，使胶粘剂能粘接未经处理的金属表面（如透过油膜或氧化层）。因此，它们对那些无法进行大量表面处理或希望提升效率的用户尤为有意义。

Permabond TA4207、TA4208 与 TA4230（后者还具备阻燃性）均带有该表面粘附技术。Permabond TA4550 是粘接异种金属的另一强候选人，难得地兼具高强度与高柔韧性。这款最初为粘接尼龙开发的丙烯酸酯结构胶，在多种金属上强度优异。

氰基丙烯酸酯胶粘剂（瞬干胶）

表面处理的重要性

粘接金属时，正确的表面处理非常重要——粘接异种金属时更是如此。相较同种金属互粘，热胀冷缩不匹配会给胶粘剂接头带来额外应力，因此确保表面处于理想的待粘接状态在此尤为关键。

除非您选用上述表面活化型丙烯酸酯结构胶（如 TA4207 或 TA4208），否则请按以下步骤处理金属表面：

• ·清洁与除油：用丙酮、异丙醇或 Permabond Cleaner A 擦拭金属，去除灰尘、油污、指纹与脱模剂。即便使用表面活化型丙烯酸酯，我们也建议这样做以获得较好效果。
• ·拉糙：用砂纸或喷砂（或喷丸）拉糙，有助于去除许多金属表面的氧化层，也能“划伤”表面、为胶粘剂提供更大抓附力。拉糙后将 Permabond 2K 底涂剂揉入表面，有助于防止金属表面重新氧化；它同时充当粘附促进剂，确保更持久的粘接。
• ·再次清洁：拉糙后再次清洁表面，去除碎屑。
• ·粘接：金属现已可粘接。若使用了 2K 底涂剂，您无需着急——金属表面在拉糙后不会重新氧化；若未用底涂剂，则越早粘接越好，否则金属会重新氧化，您将不得不重复拉糙。

异种金属粘接常见问题（FAQ）

• ·粘接异种金属应选用哪种胶粘剂？

• 并不存在适用于所有金属组合的单一适用胶粘剂。结构环氧胶与丙烯酸酯胶是常见选择，而氰基丙烯酸酯与厌氧胶可适用于特定接头设计与应用。温度、接头尺寸、所需柔韧性与所粘金属都应纳入考量。

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• ·能用胶粘剂把铝粘到钢上吗？

• 可以。胶粘剂能成功粘接铝与钢，并可较机械紧固或焊接更具优势。设计接头时应特别考量差异热膨胀值并避免电偶腐蚀。

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• ·连接异种金属时如何防止电偶腐蚀？

• 电偶腐蚀需要异种金属间的电接触与电解质（如水）。胶粘剂层可在电学上隔离两种金属，同时帮助密封接头以防潮，降低电偶腐蚀风险。

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• ·热膨胀会影响不同金属间的胶粘剂接头吗？

• 会。金属具有不同的热膨胀系数（CTE），意味着随温度变化胀缩量不同。增韧或更具柔韧性的胶粘剂有助于容纳这种差异位移，减小接头内应力。

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• ·异种金属在粘接前需要表面处理吗？

• 通常需要。去除油污、污染物与薄弱表层一般可提升粘接可靠性。合适的处理方式取决于所涉及的金属与胶粘剂；部分丙烯酸酯结构胶（如 Permabond TA4207、TA4208、TA4230）对极少处理或轻微污染表面的容忍度高于许多环氧胶。

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• ·拉糙后多久需要粘接金属部件？取决于金属。

• 对于铝等极易氧化的金属，应在拉糙后尽快粘接以防重新氧化；若您在拉糙过程中使用了 Permabond 2K 底涂剂，则可拥有更充裕的时间！

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• ·胶粘剂连接是否优于焊接或紧固异种金属？

• 可以是。胶粘剂将应力分散到更大面积、避免焊接高温、能连接难以焊接的金属（如钢与铝），并能在电学上隔离异种金属。胶粘剂可提供与焊接和紧固相近的强度，且在防止金属间电偶腐蚀方面更优。

如果您对异种金属粘接有任何疑问，或想探讨您的应用，请联系我们。