(57)【要約】      （修正有）【課題】熱可塑性樹脂と表面処理金属を接合する接着方法（ジョイント）に関する。【解決手段】ゾルゲル溶液を含む方法及び装置である。ジルコニウムｎ−プロポキシドを溶媒中でエージングして、前記ゾルゲル溶液の第１重量部を作製する。前記第１重量部を脱イオン水と混合して、前記ゾルゲル溶液の第２重量部を作製する。アミノアリールトリアルコキシシランをアルコールと混合して、前記ゾルゲル溶液の第３重量部を作製する。前記第３重量部を前記第２重量部と混合して、前記ゾルゲル溶液の混合物を作製する。前記脱イオン水または前記アルコール、或いは前記脱イオン水及び前記アルコールの混合液を前記混合物と混合して溶液を作製する。前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液を作製する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を溶媒（３４２）中でエージングして、ゾルゲル溶液（３３４）の第１重量部を作製することと、
前記第１重量部を脱イオン水（３４０）と混合して、前記ゾルゲル溶液（３３４）の第２重量部を作製することと、
アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）をアルコール（３４４）と混合して、前記ゾルゲル溶液（３３４）の第３重量部を作製することと、
前記第３重量部を前記第２重量部と混合して、前記ゾルゲル溶液（３３４）の混合物を作製することと、
前記脱イオン水（３４０）または前記アルコール（３４４）、或いは前記脱イオン水及び前記アルコールの混合液を前記混合物と混合して溶液を作製することと、
前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）を約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液（３３４）を作製することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を前記溶媒（３４２）中でエージングして前記第１重量部を作製することは、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を前記溶媒（３４２）中で３０分にわたって室温で旋回させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶液をエージングして前記ゾルゲル溶液（３３４）を作製することは、前記溶液を４時間にわたって室温で撹拌することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルコール（３４４）は、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブタノール（１−ブタノール）、二級ブタノール（２−ブタノール）、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）、三級ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及び３−メチル−２−ブタノールからなるグループから選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶媒（３４２）は、氷酢酸、グリコール類、グリコールエーテル類、及びブチルエステルからなるグループから選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ゾルゲル溶液（３４４）は、モルパーセント表示で、約０．００５％〜８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルコール（３４４）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）の最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液（３３４）中で約１８：１であり；そして前記脱イオン水（３４０）と前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）の最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液（３３４）中で約１８：１である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
更に、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を前記溶媒（３４２）中でエージングする前に、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を前記溶媒（３４２）中で旋回させることを含み、そして：
前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を前記溶媒（３４２）中でエージングして前記第１重量部を作製することは、３０分にわたって室温で、氷酢酸を含む前記溶媒（３４２）を旋回させることを含み、
前記溶液をエージングして前記ゾルゲル溶液（３３４）を作製することは、前記溶液を４時間にわたって室温で撹拌することを含み、
アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）をアルコール（３４４）と混合して、前記ゾルゲル溶液（３３４）の第３重量部を作製することは、アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）をイソプロピルアルコールと混合することを含み、そして
前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）を約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液（３３４）を作製することは、モルパーセント表示で、約０．００５％〜８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）を含む前記ゾルゲル溶液（３３４）を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
金属をクリーニングすることと、
前記金属を前処理することと、
前記ゾルゲル溶液（３３４）を前記金属に塗布することと、
前記金属に付着した前記ゾルゲル溶液（３３４）をオーブン乾燥させて表面処理金属（５０２）を形成することと、
熱可塑性材料及び前記表面処理金属（５０２）を組み付けることと、
前記熱可塑性材料及び前記表面処理金属（５０２）を接着させることとを更に含み、前記金属は、チタン、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、ステンレス鋼合金、及び銅合金からなるグループから選択される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）と、
アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）であって、ゾルゲル溶液（３３４）が、前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）を約１：５の平衡モル比で含む、前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）と、
溶媒（３４２）と、
アルコール（３４４）と、
脱イオン水（３４０）と
を含む、ゾルゲル溶液（３３４）。
【請求項１１】
前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）の平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液（３３４）中で約１：５である、請求項１０に記載のゾルゲル溶液（３３４）。
【請求項１２】
前記アルコール（３４４）と前記アミノアリールトリアルコキシシラン（３３８）の最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液（３３４）中で約１８：１であり、そして前記脱イオン水（３４０）と前記ジルコニウムｎ−プロポキシド（３３６）の最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液（３３４）中で約１８：１である、請求項１０または１１に記載のゾルゲル溶液（３３４）。
【請求項１３】
前記アルコール（３４４）は、低分子量を有し、そして容易に蒸発する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のゾルゲル溶液（３３４）。
【請求項１４】
前記アルコール（３４４）は、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブタノール（１−ブタノール）、二級ブタノール（２−ブタノール）、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）、三級ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及び３−メチル−２−ブタノールからなるグループから選択される、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のゾルゲル溶液（３３４）。
【請求項１５】
前記溶媒（３４２）は、氷酢酸、グリコール類、グリコールエーテル類、及びブチルエステルからなるグループから選択される、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のゾルゲル溶液（３３４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、ジョイントに関するものであり、特にジョイントを熱可塑性材料と金属との間に形成することに関するものである。更に具体的には、本開示は、金属を処理して、金属及び熱可塑性材料を、ジョイントを形成するときに接合させる方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、複合材料を極めて高い割合で用いて設計され、そして製造されるようになっている。複合材料は、２種類以上の機能成分を組み合わせることにより形成される軽量で強靭な材料とすることができる。例えば、複合材料は、ポリマー樹脂マトリックス中に埋め込まれた強化繊維を含むことができる。複合材料に使用される樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含むことができる。熱可塑性材料は、加熱すると軟化させることができ、そして冷却すると硬化させることができる。熱可塑性材料は、加熱及び冷却を繰り返し受けることができる。熱硬化性材料は、加熱して硬化させることができる。繊維は一方向性繊維とするか、または織布または織物の形態を採ることができる。
【０００３】
幾つかの用途では、熱可塑性複合材料のような熱可塑性材料を金属に接合させることが望まれる。現在、熱可塑性材料は金属に、ファスナーまたは接着剤を使用して接合させることができる。しかしながら、ファスナーを使用して熱可塑性材料と金属を接合させると、ジョイントに望ましくない余分な重量が付加されてしまう。更に、ジョイント構造または材料特性によってファスナーが不所望な状態になる虞がある。
【０００４】
表面張力のような熱可塑性材料の材料特性は、熱可塑性ジョイントの接着剤を不所望な状態にする虞がある。更に、劣化温度のような接着剤の材料特性によって接着剤が特定の製造プロセスにおいて不所望な状態になる虞がある。従って、上に説明した問題のうちの少なくとも幾つかの問題だけでなく、他の起こり得る問題を考慮に入れた方法及び装置を有することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
例示的な構成では、１つの方法が提供される。ジルコニウムｎ−プロポキシドを溶媒中でエージングして、ゾルゲル溶液の第１重量部を作製する。前記第１重量部を脱イオン水と混合して、前記ゾルゲル溶液の第２重量部を作製する。アミノアリールトリアルコキシシランをアルコールと混合して、前記ゾルゲル溶液の第３重量部を作製する。前記第３重量部を前記第２重量部と混合して、前記ゾルゲル溶液の混合物を作製する。前記脱イオン水または前記アルコール、或いは前記脱イオン水及び前記アルコールの混合液を前記混合物と混合して溶液を作製する。前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液を作製する。
【０００６】
別の例示的な構成では、ゾルゲル溶液が提供される。前記ゾルゲル溶液は、ジルコニウムｎ−プロポキシドと、アミノアリールトリアルコキシシランと、溶媒と、アルコールと、そして脱イオン水と、を含む。前記ゾルゲル溶液は、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む。
【０００７】
更に別の例示的な構成では、ゾルゲル溶液が提供される。前記ゾルゲル溶液は、モルパーセント表示で前記ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて、約０．００５％〜約８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシドと、約０．０３％〜約４４．９％の範囲のアミノアリールトリアルコキシシランと、約０．０３％〜約４６．１％の範囲の溶媒と、約３．０％〜約９３．２％の範囲のアルコールと、約５．０％〜約９８．２％の範囲の脱イオン水と、を含む。
【０００８】
特徴及び機能は、本開示の種々の構成において個別に実現することができる、または更に他の構成において組み合わせることができ、これらの構成において、更なる詳細が、次の説明及び以下の図面を参照することにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
例示的な構成に固有であると考えられる革新的な特徴が添付の請求項に開示される。しかしながら、これらの例示的な構成のみならず、これらの構成の好適な使用形態、更に別の目的、及び特徴は、本開示の例示的な構成に関する以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と関連付けながら一読することにより最も深く理解される。
【００１０】
【図１】図１は、例示的な構成を実現することができる航空機の図である。
【図２】図２は、例示的な構成による熱可塑性材料と金属との間のジョイントの図である。
【図３】図３は、例示的な構成による製造環境のブロック図を示している。
【図４】図４は、例示的な構成によるゾルゲル溶液を調製するプロセスのプロセスフローの図である。
【図５】図５は、例示的な構成による金属を処理するプロセスのプロセスフローの図である。
【図６】図６は、例示的な構成によるジョイントを熱可塑性材料と金属との間に形成するプロセスのプロセスフローの図である。
【図７】図７は、例示的な構成によるジョイントを熱可塑性材料と金属との間に形成するプロセスのフローチャートの図である。
【図８】図８は、例示的な構成による試験結果の棒グラフの図である。
【図９】図９は、例示的な構成による試験結果の棒グラフの図である。
【図１０】図１０は、例示的な構成による試験結果の棒グラフの図である。
【図１１】図１１は、例示的な構成による航空機製造及び整備方法の図である。
【図１２】図１２は、例示的な構成を実現することができる航空機の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
異なる例示的な構成では、１つ以上の異なる注意事項を認識し、そして考慮に入れる。例えば、例示的な構成では、熱可塑性材料と金属を接着させることが、望ましい接合方法であることを認識し、そして考慮に入れる。本明細書において使用されるように、ａｄｈｅｒｉｎｇ（接着法）とは、熱可塑性材料を金属に、温度及び圧力を利用して接合させるプロセスである。例示的な構成では、熱可塑性材料と金属を接着させることが、ファスナーまたは接着剤を使用するよりも、熱可塑性材料と金属の接合方法を迅速な、または低コストの方法にすることができることを認識し、そして考慮に入れる。
【００１２】
例示的な構成では更に、熱可塑性材料を金属に接着させることが、熱硬化性材料を金属に硬化によって接合させるよりも迅速な方法となり得ることを認識し、そして考慮に入れる。その結果、例示的な構成では、熱硬化性材料ではなく熱可塑性材料を使用すると、接合方法をより迅速な方法にする、またはより低コストの方法にすることができることを認識し、そして考慮に入れる。
【００１３】
例示的な構成では更に、熱可塑性材料と金属との間の機械的接合が所望の接合とはならない可能性があることを認識し、そして考慮に入れる。例えば、機械的にのみ接合している熱可塑性材料及び金属は、望ましい臨界歪みエネルギー解放率、せん断強度、環境耐性、または疲労特性を持たない可能性がある。その結果、例示的な構成では、チタンの表面化学状態を改質することが、熱可塑性材料との界面における化学結合をより強固にするために望ましいことを認識し、そして考慮に入れる。
【００１４】
従って、異なる例示的な構成は、熱可塑性材料と金属を接合させる装置及び方法を提供する。具体的には、異なる例示的な構成のうちの１つ以上の例示的な構成は、熱可塑性材料と金属を、プラットフォームの重量、コスト、及び複雑さのうちの少なくとも１つを所望の状態よりも増大させることなく接合させる方法を提供する。
【００１５】
次に、これらの図を参照するに、特に図１を参照すると、航空機の図が例示的な構成に従って描かれている。この例示的な例では、航空機１００は、胴体１０６に取り付けられる翼１０２及び翼１０４を有する。航空機１００は、翼１０２に取り付けられるエンジン１０８と、そして翼１０４に取り付けられるエンジン１１０と、を含む。
【００１６】
胴体１０６は、尾翼部分１１２を有する。水平尾翼１１４、水平尾翼１１６、及び垂直尾翼１１８は、胴体１０６の尾翼部分１１２に取り付けられる。
【００１７】
航空機１００は、熱可塑性材料と金属の接着を例示的な構成に従って行なうことができる航空機の一例である。例えば、航空機１００の胴体１０６は、熱可塑性複合材外板１２０を有することができる。熱可塑性複合材外板１２０は、熱可塑性複合材料により形成される航空機外板を含むことができる。熱可塑性複合材料は、熱可塑性樹脂マトリックス中に埋め込まれた強化繊維を含むことができる。この例では、胴体１０６内の金属ブラケット（図示せず）は、熱可塑性複合材外板１２０に接着させることができる。別の例示的な例では、航空機１００の窓１２２は金属製前縁部を有することができる。その結果、窓１２２の金属製前縁部は、熱可塑性複合材外板１２０に、または窓１２２の熱可塑性フレームに接着させることができる。
【００１８】
図１の航空機１００の図は、例示的な構成を実現することができる態様に物理的な制約、または構造上の制約があることを意味するために図示しているのではない。例えば、航空機１００は民間航空機であるが、航空機１００は軍用機、回転翼航空機、ヘリコプター、無人機、または任意の他の適切な航空機とすることができる。
【００１９】
次に、図２を参照するに、熱可塑性材料と金属との間のジョイントの図が、例示的な構成に従って図示されている。ジョイント２００は、図１の熱可塑性複合材外板１２０と金属ブラケットのような金属部品との間のジョイントの１つの実施形態とすることができる。ジョイント２００は、熱可塑性材料２０２及び金属２０４を有する。１つの例示的な例では、熱可塑性材料２０２は、ほぼ全体が熱可塑性物質で形成される部分とすることができる。別の例示的な例では、熱可塑性材料２０２は熱可塑性複合材料とすることができる。この例示的な例では、熱可塑性複合材料は、熱可塑性樹脂マトリックス中に埋め込まれた強化繊維を有することができる。更に別の例示的な例では、熱可塑性材料２０２は、１つの構成要素が熱可塑性物質である混合物とすることができる。
【００２０】
熱可塑性材料２０２及び金属２０４は、界面２０６で接合させる。熱可塑性材料２０２及び金属２０４は、界面２０６で接着により接合させることができる。
【００２１】
１つの例示的な例では、接着前に、金属２０４は、機械的処理を表面に界面２０６に沿って施すことにより処理することができる。これらの機械的処理は、例えば砥粒吹き付け、サンディング、または他の適切な処理のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の例示的な例では、接着前に、金属２０４は、化学的処理を表面に界面２０６に沿って施すことにより処理することができる。これらの化学的処理は、例えば化学エッチングまたは他の適切な処理のうちの少なくとも１つを含むことができる。幾つかの例示的な例では、化学エッチングは、アルカリエッチングまたは酸エッチングから選択することができる。幾つかの例示的な例では、化学的処理は、リン酸陽極酸化、ホウ酸陽極酸化、硫酸ナトリウム及び重クロム酸塩を使用した陽極酸化、クロム酸陽極酸化、リンフッ化水素酸によるエッチング、または他の適切な化学エッチングのうちの少なくとも１つとして選択することができる。
【００２２】
図２のジョイント２００の図は、例示的な構成を実現することができる態様に物理的な制約、または構造上の制約があることを意味するために図示しているのではない。例えば、ジョイント２００は、２つの金属と１つの熱可塑性物質との間のジョイントとすることができる。別の例示的な例では、ジョイント２００は、２つの熱可塑性材料と１つの金属製構成部品との間のジョイントとすることができる。更に別の例示的な例では、ジョイント２００の界面２０６は、完全な平面ではなくてもよい。別の例では、熱可塑性材料２０２は、金属２０４とは異なる厚さを有することができる。更に別の例では、熱可塑性材料２０２及び金属２０４のうちの少なくとも一方の厚さは、ジョイント２００の長さに沿って変えることができる。
【００２３】
次に、図３を参照するに、製造環境のブロック図が、例示的な構成に従って図示されている。製造環境３００は、図１の航空機１００の構成部品を製造する、修理する、整備する、または構成部品に対するこれらの作業を組み合わせた作業を実施することができる環境の一例とすることができる。
【００２４】
製造環境３００は、多数の異なる構成部品を含む。図示のように、製造環境３００は、プラットフォーム３０２、ゾルゲル形成装置３０４、及び表面処理装置３０６を含む。
【００２５】
図３では、図１の航空機１００は、図３のプラットフォーム３０２の１つの物理的形態の一例である。例示的な構成の例示的な例について、航空機に関連して説明するが、例示的な構成は、他の種類のプラットフォームに適用することができる。プラットフォーム３０２は、例えばこれらには限定されないが、移動プラットフォーム、静止プラットフォーム、地上構造物、水上構造物、及び宇宙構造物とすることができる。更に詳細には、プラットフォーム３０２は、水上艦、戦車、人員運搬車、列車、宇宙船、潜水艦、自動車、発電所、橋梁、ダム、家屋、製造工場、建物、または他の適切なプラットフォームとすることができる。
【００２６】
この例示的な例では、プラットフォーム３０２は、界面３１２に沿って接合される熱可塑性材料３０８及び金属３１０を有する。熱可塑性材料３０８、金属３１０、及び界面３１２がプラットフォーム３０２のジョイント３１４を形成する。
【００２７】
ジョイント３１４は、熱可塑性材料３０８と金属３１０を接着させることにより形成することができる。熱可塑性材料３０８は、ポリエーテルイミド、硫化ポリフェニレン、ポリイミド、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、アセタール、アクリル、ビニル、セルロース、ナイロンのようなポリアミド、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレタン、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）のようなポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンのようなポリオレフィン、ポリプロピレン、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）のようなポリビニルフルオライド、Ｕｌｔｅｍ（登録商標）のようなポリエーテルイミド、ポリフェニルスルホン、Ｌｅｘａｎ（登録商標），Ｄｅｃｌａｒ（登録商標）のようなポリカーボネート、または任意の他の適切な熱可塑性材料からなるグループから選択することができる。金属３１０は、チタン、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、ステンレス鋼合金、銅合金、または任意の他の適切な金属からなるグループから選択することができる。１つの例示的な例では、金属３１０は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金を含む。
【００２８】
本明細書において使用されるように、“ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ”というフレーズは、複数のアイテムを列挙して使用される場合に、列挙されるこれらのアイテムのうちの１つ以上のアイテムの異なる組み合わせを用いることができ、そして列挙されるアイテムの中の各アイテムの１つだけで済ませることができることを意味する。例えば、“ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ”は、例えばこれらには限定されないが、“ｉｔｅｍ  Ａ（アイテムＡ）”または“ｉｔｅｍ  Ａ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｂ（アイテムＡ及びアイテムＢ）”を含むことができる。この例は更に、“ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ）”または“ｉｔｅｍ  Ｂ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＢ及びアイテムＣ）”を含むことができる。当該アイテムは特定のオブジェクト、物、またはカテゴリーとすることができる。別の表現をすると、“ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ”とは、アイテム群の任意の組み合わせ、及び多数のアイテムを、列挙されるアイテムの中から用いることができるが、列挙されるアイテム群の全てが必要である訳ではないことを意味している。別の表現をすると、“ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  ｉｔｅｍ  Ａ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｂ”とは、アイテムＡを指すか、またはアイテムＢを指すか、或いはアイテムＡ及びアイテムＢの組み合わせを指すことができる。
【００２９】
幾つかの例示的な例では、所望の特性をジョイント３１４に持たせるために、金属３１０は表面処理する必要がある。当該表面処理は、接着前のクリーニング、機械的処理、及び化学的処理のうちの少なくとも１つを含むことができる。金属３１０の表面処理は、表面処理装置３０６によって行なうことができる。図示のように、表面処理装置３０６は、脱脂装置３１６、クリーニング装置３１８、リンス装置３２０、機械的前処理装置３２２、化学的前処理装置３２４、オーブン３２６、プライマー塗布装置３２８、ブラシアプリケータ３３０、及びスプレー塗布装置３３２を含む。
【００３０】
脱脂装置３１６は、水性脱脂のような脱脂を金属３１０に対して、金属３１０の表面処理の一部として行なうように構成することができる。クリーニング装置３１８は、アルカリクリーニングのようなクリーニングを金属３１０に対して、金属３１０の表面処理の一部として行なうことができる。幾つかの例示的な構成では、クリーニング装置３１８はクリーニングを、水性脱脂工程を金属３１０に対して行なった後に行なうことができる。
【００３１】
リンス装置３２０は、リンスを金属３１０に対して行なうように構成することができる。リンス装置３２０は、浸漬リンス及びスプレーリンスのうちの少なくとも一方を行なうように構成することができる。１つの例示的な例では、リンス装置３２０は、金属３１０が脱脂工程及びクリーニング工程のうちの少なくとも一方の工程を経た後に、リンスを金属３１０に対して行なうことができる。幾つかの例示的な例では、リンス装置３２０は、金属３１０が、研磨のような機械的前処理、及びエッチングのような化学的前処理のうちの少なくとも一方の処理を経た後に、リンスを金属３１０に対して行なうことができる。
【００３２】
機械的前処理装置３２２は、機械的前処理を金属３１０に施すように構成することができる。機械的前処理装置３２２は、砥粒吹き付け、研削、サンディング、または任意の他の適切な機械的前処理のうちの少なくとも１つを行なうことができる。１つの例示的な例では、機械的前処理装置３２２は、金属３１０の表面を粗くして、金属３１０との熱可塑性材料３０８の機械的接着を強固にすることができる。別の例示的な例では、機械的前処理装置３２２は、金属３１０の表面を、ゾルゲル溶液３２４を塗布するために予め形成しておくことができる。
【００３３】
化学的前処理装置３２４は、化学的前処理を金属３１０に施すように構成することができる。化学的前処理装置３２４は、アルカリエッチング、酸エッチング、または他の適切な化学的前処理のうちの少なくとも１つを行なうことができる。
【００３４】
１つの例示的な例では、化学的前処理装置３２４は、表面粗さを金属３１０の表面に発現させて、金属３１０との熱可塑性材料３０８の機械的接着を強固にすることができる。別の例示的な例では、化学的前処理装置３２４は、金属３１０の表面を、ゾルゲル溶液３２４を塗布するために予め形成しておくことができる。
【００３５】
オーブン３２６は、金属３１０を表面処理後に乾燥させるように構成することができる。１つの例示的な例では、オーブン３２６を用いて金属３１０を、リンス装置３２０を用いるリンス工程後に乾燥させることができる。１つの例示的な例では、オーブン３２６を用いて金属３１０を、材料を金属３１０にブラシアプリケータ３３０またはスプレー塗布装置３３２により塗布した後に乾燥させることができる。
【００３６】
プライマー塗布装置３２８は、プライマーを金属３１０に塗布するように構成することができる。１つの例示的な例では、オーブンで金属３１０に付着したゾルゲル溶液３３４を乾燥させた後、プライマーを金属３１０に、プライマー塗布装置３２８を用いて塗布することができる。この例示的な例では、オーブン３２６を用いて金属３１０を、プライマーをプライマー塗布装置３２８で塗布した後に乾燥させることができる。
【００３７】
プライマーを金属３１０に塗布して、結果として得られるジョイント３１４の特性を変えることができる。幾つかの例示的な例では、プライマーは耐熱プライマーとすることができる。耐熱プライマーは、華氏１５０〜８００度の範囲の高温に耐えるように構成することができる。１つの例示的な例では、耐熱プライマーは、熱可塑性材料３０８の凝固点温度に耐えるように構成することができる。１つの例示的な例では、耐熱プライマーは、華氏５００〜８００度の範囲の温度に耐えるように構成することができる。
【００３８】
ゾルゲル溶液３２４は金属３１０に、ブラシアプリケータ３３０、スプレー塗布装置３３２、または任意の他の適切な塗布装置のうちの少なくとも１つを用いて塗布することができる。幾つかの例示的な例では、ゾルゲル溶液３２４は金属３１０に、脱脂工程、クリーニング、リンス、機械的前処理、化学的前処理、オーブン乾燥、または他の適切な表面処理のうちの少なくとも１つの後に塗布することができる。これらの例示的な例では、これらの表面処理によって、金属３１０の表面をゾルゲル溶液３３４のために予め形成しておくことができる。これらの例示的な例では、これららの表面処理によって、ジョイント３１４に所望の特性を持たせることができる。
【００３９】
ゾルゲル形成装置３０４は、ゾルゲル溶液３２４を作製するように構成される。本明細書において使用されるように、ｓｏｌ−ｇｅｌ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ３３４は、ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｏｌ−ｇｅｌ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ（高耐熱ゾルゲル溶液）またはｓｏｌ−ｇｅｌ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ（ゾルゲル溶液）と表記することもできる。ゾルゲル形成装置３０４は、ジルコニウムｎ−プロポキシド３３６、アミノアリールトリアルコキシシラン３３８、脱イオン水３４０、溶媒３４２、及びアルコール３４４を混合してゾルゲル溶液３２４を作製する。
【００４０】
ゾルゲル溶液３２４は、金属３１０と熱可塑性材料３０８との間の接着を、接着前の金属３１０への塗布時に、より強固にするように構成されるゾルゲル溶液である。ゾルゲル溶液は、溶液−ゲル化反応により生成される溶液である。溶液−ゲル化反応は、加水分解反応及び縮合反応を含む湿式化学反応である。ゾルゲル溶液は、側鎖官能基を有する水溶性金属アルコキシド前駆体である。幾つかの例示的な例では、ゾルゲル溶液は、取り付け方法、及び被覆方法のうちの少なくとも一方の方法に使用することができる。
【００４１】
本明細書において使用されるように、ａｔｔａｃｈｉｎｇ（取り付け方法）とは、界面３１２のような界面におけるａｔｔａｃｈｍｅｎｔ（取り付け操作）とすることができる。ゾルゲル溶液３３４は、界面３１２における化学反応により、接着をより強固にすることができる。ゾルゲル溶液３３４の存在で促進される化学反応では、架橋反応は生じない。接着をより強固にする化学反応は、ファンデルワールス相互作用、酸塩基相互作用、または他の適切な化学反応のうちの少なくとも１つとして選択することができる。幾つかの例示的な例では、ゾルゲル溶液は、二次化学結合により、接着をより強固にする。
【００４２】
ゾルゲル溶液３３４は更に、高温に耐えるように構成される。金属３１０と熱可塑性材料３０８を接着させている間、ゾルゲル溶液３３４は、熱可塑性材料３０８の凝固点温度に曝される可能性がある。熱可塑性材料３０８の凝固点温度は、華氏１５０〜８００度の範囲とすることができる。幾つかの例示的な例では、熱可塑性材料３０８の凝固点温度は、華氏５００〜８００度の範囲とすることができる。その結果、ゾルゲル溶液３３４は、熱可塑性材料３０８の凝固点温度に耐えるように構成される。
【００４３】
幾つかの例示的な例では、ゾルゲル溶液３３４は更に、金属３１０が、酸化物層を形成する、経時的に材料変化する、及び材料劣化する、のうちの少なくとも１つを防止するように構成することができる。これらの例示的な例では、ゾルゲル溶液３３４は、金属３１０の表面のシーラントとして機能することができる。
【００４４】
ゾルゲル溶液３３４は、やや酸性の所望のｐＨ範囲を有する。幾つかの例示的な例では、調製しない場合のゾルゲル溶液３３４のｐＨは、４〜５の間である。しかしながら、他の例示的な例では、ゾルゲル溶液３３４のｐＨは、３〜６の間で変えることができる。
【００４５】
１つの例示的な例では、一連の工程を続けて行なって、ゾルゲル溶液３３４を作製する。ゾルゲル溶液３３４を調製する際、成分の溶解度は、混合法の順序、混合法の所要時間、及び混合法の種類の影響を受ける。その結果、これらの混合法は、ゾルゲル溶液３３４の生成物に影響を与える。これらの混合法は、撹拌工程、旋回流動工程、及びエージング工程のうちの少なくとも１つの工程を含む。
【００４６】
ゾルゲル溶液３３４は、製造環境において、または必要な材料及び装置を有する任意の他の適切な環境において作製することができる。しかしながら、ゾルゲル溶液３３４は、１時間〜１２時間の間で変化する短い保存寿命を有する。保存寿命は、ゾルゲル溶液が作製された後に当該ゾルゲル溶液を用いて所望の処理を行なうために適する状態をゾルゲル溶液３３４が保持する期間とすることができる。
【００４７】
例示的な例では、アルコール３４４は、低分子量アルコールとすることができる。本明細書において使用されるように、低分子量アルコールとは、低分子量を有し、かつ室温で、または室温よりもほんの少し高い温度で蒸発するアルコールである。更に、低分子量アルコールはまた、不所望な量の残渣を低分子量アルコールの塗布先の表面に残すことがない。アルコール３４４は、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブタノール（１−ブタノール）、二級ブタノール（２−ブタノール）、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）、三級ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及び３−メチル−２−ブタノール、または他の適切な低分子量アルコールからなるグループから選択することができる。
【００４８】
溶媒３４２は、反応の触媒として作用する。溶媒３４２は更に、ジルコニウムｎ−プロポキシド３３６を溶液中に保持する。１つの例示的な例では、溶媒３４２は、ゾルゲル溶液３３４のｐＨに影響を与えることができる。溶媒３４２は、グリコール類、グリコールエーテル類、氷酢酸、ブチルエステル、または他の適切な触媒からなるグループから選択することができる。溶媒３４２とジルコニウムｎ−プロポキシド３３６との反応は、高熱の反応熱を発生する可能性がある。
【００４９】
製造環境３００は更に、接着治具３４６を有する。接着治具３４６は、接着プロセスを熱可塑性材料３０８及び金属３１０に対して実施するように構成される。ゾルゲル溶液３３４を金属３１０の表面に塗布した後、熱可塑性材料３０８は、金属３１０の表面に接触するように配置することができる。この配置は、ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ（組み付け）と表記することができる。次に、熱可塑性材料３０８及び金属３１０は、接着治具３４６を用いる接着プロセスを経ることができる。
【００５０】
幾つかの例示的な例では、熱可塑性材料３０８は凝固させないようにすることができる。これらの例示的な例では、接着治具３４６を用いて、熱可塑性材料３０８の凝固、及び金属３１０との熱可塑性材料３０８の接着をほぼ同時に行なうことができる。１つの例示的な例では、凝固及び接着は、１回の加熱及び加圧サイクルで行なうことができる。別の例示的な例では、凝固及び接着は、複数回の加熱及び加圧サイクルで行なうことができる。
【００５１】
幾つかの例示的な例では、熱可塑性材料３０８は予め凝固させておくことができる。これらの例示的な例では、接着治具３４６を用いて、熱可塑性材料３０８を金属３１０に接着させることができる。
【００５２】
幾つかの例示的な例では、熱可塑性材料３０８は部分的に凝固させることができる。これらの例示的な例では、接着治具３４６を用いて、熱可塑性材料３０８の凝固を完了させ、そして熱可塑性材料３０８を金属３１０に接着させることができる。
【００５３】
接着治具３４６は、オートクレーブ、プレス機、熱アイロン、クランプ、局部加熱装置、または高温及び高圧を供給するように構成される任意の他の適切な治具のうちの少なくとも１つとして選択することができる。熱可塑性材料３０８及び金属３１０を接着させた後、界面３１２を有するジョイント３１４が形成される。
【００５４】
幾つかの例示的な例では、プライマーを金属３１０の表面に塗布した後、熱可塑性材料３０８を金属３１０の表面に接触するように配置する。その結果、結果として得られるジョイント３１４の特性に、熱可塑性材料３０８と金属３１０との間のプライマーが影響する。
【００５５】
図３の製造環境３００は、例示的な構成を実現することができる態様に物理的な制約、または構造上の制約があることを示すために図示しているのではない。図示の構成要素の他に、または構成要素に代えて、他の構成要素を用いることができる。幾つかの構成要素は不要とすることができる。また、ブロック群を提示して、幾つかの機能的構成要素を示している。これらのブロックのうちの１つ以上のブロックは、例示的な構成において実現される場合に、組み合わせる、分割することができる、または組み合わせ、そして分割して異なるブロックとすることができる。
【００５６】
例えば、金属３１０は機械的前処理を経る必要がない。この例示的な例では、機械的前処理装置３２２は、製造環境３００に設けなくてもよい。別の例示的な例では、ゾルゲル溶液３３４のみを金属３１０にスプレーすることができる。この例示的な例では、ブラシアプリケータ３３０は、製造環境３００に設けなくてもよい。
【００５７】
次に、図４を参照するに、ゾルゲル溶液を調製するプロセスのプロセスフローの図が、例示的な構成に従って図示されている。プロセス４００は、図３の製造環境３００において実施することにより、ゾルゲル溶液３３４を生成することができる。
【００５８】
プロセス４００では、ゾルゲル溶液４０２を生成する。ゾルゲル溶液４０２は、図３のゾルゲル溶液３３４とすることができる。ゾルゲル溶液４０２は、図３の熱可塑性材料３０８のような熱可塑性材料の凝固点温度に耐えるように構成される。ゾルゲル溶液４０２は、金属３１０のような金属と熱可塑性材料３０８のような熱可塑性材料との間の接着を、接着前の金属への塗布時に、より強固にするように構成される。ゾルゲル溶液４０２は、金属と熱可塑性材料との界面における化学的相互作用により、接着をより強固にすることができる。
【００５９】
当該プロセスは、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を混合することにより始まる。この例示的な例では、ジルコニウムｎ−プロポキシドは、ｎ−プロパノール中７０％の含有率で供給される。この例示的な例では、ジルコニウムｎ−プロポキシドを氷酢酸に加える（操作４０４）。このプロセスでは、氷酢酸は、ジルコニウムｎ−プロポキシドの溶媒として作用する。氷酢酸は、図３の溶媒３４２とすることができる。以下に更に詳細に説明されるように、混合するジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸の量は、ゾルゲル溶液４０２の所望の組成に応じて変えることができる。しかしながら、約１：１の平衡モル比は、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸について維持される。本明細書において使用されるｍｏｌｅ  ｂａｌａｎｃｅ  ｒａｔｉｏｎ（平衡モル比）とは、ゾルゲル溶液中の２種類の物質の量をモル単位で表示したときの比である。ｍｏｌｅ（モル）とは、化学物質の量を表わすために用いられる測定単位である。ｍｏｌｅ（モル）とは、１２グラムの純炭素−１２の中に含まれる原子と同じ数の粒子集団を指し、この数は、約６．０２２１４１７９（３０）＊１０２３の値である。１つの例示的な例では、ｎ−プロパノール中に７０％含まれる約２．００ｍＬのジルコニウムｎ−プロポキシドを約１．４６ｍＬの氷酢酸に加える。
【００６０】
次に、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を室温でエージングする（操作４０６）。この操作により重量部Ａ４０８が作製される。エージングの前に、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を旋回させることができる。旋回は、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を収容する容器を円形パターンに移動させることにより実行することができる。旋回により、容器内の成分を混合することができる。旋回を実行することにより、反応を均一に起こすことができる。幾つかの例示的な例では、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を旋回させるのではなく、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を撹拌することができる。旋回させた後、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を次に、室温でエージングする。幾つかの例示的な例では、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を旋回させた後、またはジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を撹拌した後、箔または他の反射表面を、容器の開口部を覆うように配置することができる。
【００６１】
次に、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸の混合液をエージング状態にしておく。本明細書において使用されるように、ａｇｉｎｇとは、時間の経過を表わすために使用される。１つの例示的な例では、ジルコニウムｎ−プロポキシド及び氷酢酸を、約２０〜３０分にわたってエージングすることができる。
【００６２】
当該プロセスでは、アミノアリールトリアルコキシシラン及びイソプロピルアルコールを混合する。この例示的な例では、当該プロセスにおいて、アミノアリールトリアルコキシシランをイソプロピルアルコールに加えて重量部Ｂ４１２を作製する（操作４１０）。イソプロピルアルコールは、図３のアルコール３４４とすることができる。この加える操作の結果、官能性シランが得られる。ゾルゲル溶液４０２の化学反応には、最小限の量のイソプロピルアルコールが必要である。最小限の量のイソプロピルアルコールは、イソプロピルアルコールとアミノアリールトリアルコキシシランとの約１８：１の最小平衡モル比として表現することができる。１つの例示的な例では、約５．６０ｍＬのアミノアリールトリアルコキシシランを約４０ｍＬのイソプロピルアルコールに加える。アミノアリールトリアルコキシシランをイソプロピルアルコールに加えた後、この混合液を撹拌する。撹拌により、容器内の成分を混合する。撹拌は、反応を均一に起こすことができるように行なうことができる。幾つかの例示的な例では、撹拌は、混合物の溶解度を高めるように、または混合物の溶解度を維持するように行なうことができる。撹拌は、磁気撹拌棒、ポンプ、インペラー、または他の適切な撹拌機構を用いて行なうことができる。
【００６３】
エージングを約２０〜約３０分にわたって行なった後、重量部Ａ４０８及び脱イオン水を混合する。この例示的な例では、重量部Ａ４０８を脱イオン水に加えて重量部Ｃ４１６を作製する（操作４１４）。幾つかの例示的な例では、重量部Ａ４０８を脱イオン水に加えて重量部Ｃ４１６を作製する前に、微量の脱イオン水をまず、重量部Ａ４０８に加え、そして当該混合液を旋回させることができる。これらの例示的な例では、この微量の脱イオン水を加える操作、及び旋回させる操作によって、脱イオン水に加える重量部Ａ４０８を予め作製しておくことができる。これらの例示的な例では、この微量の脱イオン水によって、脱イオン水に加えて重量部Ｃ４１６を作製するときに、ジルコニウムｎ−プロポキシドが溶液から脱離する現象を抑制することができる。これらの例示的な例では、この微量の脱イオン水は、数滴の脱イオン水から数ｍＬの脱イオン水の範囲とすることができる。
【００６４】
以下に更に詳細に説明するように、ゾルゲル溶液４０２中の脱イオン水の量は、ゾルゲル溶液４０２の所望の組成に応じて変えることができる。しかしながら、ゾルゲル溶液４０２は、最小限の量の脱イオン水を有する。最小限の量の脱イオン水は、脱イオン水とジルコニウムｎ−プロポキシドとの約１８：１の最小平衡モル比として表現することができる。
【００６５】
１つの例示的な例では、重量部Ａ４０８を約７０ｍＬの脱イオン水に加える。重量部Ａ４０８を脱イオン水に加えた後、当該混合液を撹拌する。撹拌は、溶解度を高めるために、そして溶液中に懸濁している成分を維持するために行なうことができる。
【００６６】
次に、当該プロセスでは、重量部Ｃ４１６及び重量部Ｂ４１２を混合する。この例示的な例では、当該プロセスにおいて、重量部Ｃ４１６を重量部Ｂ４１２に加える（操作４１８）。１つの例示的な例では、当該プロセスにおいて、重量部Ｃ４１６を重量部Ｂ４１２にゆっくり注ぎ入れる。脱イオン水またはイソプロピルアルコール、または脱イオン水及びイソプロピルアルコールの混合液を重量部Ｂ４１２及び重量部Ｃ４１６に加える（操作４２０）。幾つかの例示的な例では、この工程中、脱イオン水及びイソプロピルアルコールのうちの少なくとも一方を用いて、重量部Ｃ４１６を注ぎ出したときの注ぎ元の容器から、重量部Ｂ４１２及び重量部Ｃ４１６の収納容器に流れ込む可能性のある当該容器中の重量部Ｃ４１６の全ての残渣をリンスすることができる。脱イオン水及びイソプロピルアルコールの量は、脱イオン水及びイソプロピルアルコールの量が最小平衡モル比を満たす限り、変えることができる。幾つかの例示的な例では、脱イオン水またはイソプロピルアルコール、或いは脱イオン水及びイソプロピルアルコールの混合液を加えるこの操作によって、スプレー塗布にとって望ましい濃度が得られる。１つの例示的な例では、当該加える操作において、約３２０ｍＬの脱イオン水及び約６０ｍＬのイソプロピルアルコールを加える。
【００６７】
次に、当該溶液を撹拌し、そして室温でエージングする（操作４２２）。１つの例示的な例では、当該溶液は、３０分〜５時間にわたって撹拌しながらエージングすることができる。操作４２２に続いて、ゾルゲル溶液４０２を金属に塗布する作業を開始する状態になる。ゾルゲル溶液４０２の保存寿命は、１〜１２時間の範囲とすることができる。保存寿命は、ゾルゲル溶液が作製された後に当該ゾルゲル溶液を用いて所望の処理を行なうために適する状態をゾルゲル溶液が保持する期間とすることができる。
【００６８】
結果として得られるゾルゲル溶液４０２は、モルパーセント表示で、ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて、約０．００５％〜約８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシド、約０．０３％〜約４４．９％の範囲のアミノアリールトリアルコキシシラン、約０．０３％〜約４６．１％の範囲の溶媒、約３．０％〜約９３．２％の範囲のアルコール、及び約５．０％〜約９８．２％の範囲の脱イオン水を含有することができる。本明細書において使用されるように、物質のモルパーセントとは、ゾルゲルのモル数に対するゾルゲル中の当該物質のモル数の比である。１つの例示的な例では、ゾルゲル溶液４０２の所望のモルパーセント範囲は、ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて、約０．０１％〜約０．０３％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシド、約０．０９％〜約０．１３％の範囲のアミノアリールトリアルコキシシラン、約０．０９％〜約０．２０％の範囲の溶媒、約５．０％〜約６．２％の範囲のアルコール、及び約８４．０％〜約９８．０％の範囲の脱イオン水とすることができる。別の例示的な例では、これらの成分のモルパーセント値は次の通りとすることができ：ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて、約０．０１９５％のジルコニウムｎ−プロポキシド、約０．１０８％のアミノアリールトリアルコキシシラン、約０．１１１％の溶媒、約５．６２％のアルコール、及び約９４．１４％の脱イオン水とすることができる。
【００６９】
次に、図５を参照するに、金属を処理するプロセスのプロセスフローの図が、例示的な構成に従って図示されている。プロセス５００は、図３の製造環境３００の表面処理装置３０６で実施することにより、金属３１０のような金属を処理することができる。
【００７０】
プロセス５００により表面処理金属５０２が得られる。金属５０４は、任意の脱酸／クリーニング工程５０６を経ることができる。任意の脱酸／クリーニング工程５０６は、水性脱脂５０８、アルカリクリーニング５１０、及び超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５１２を含む。幾つかの例示的な例では、水性脱脂５０８、アルカリクリーニング５１０、及び超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５１２のうちの少なくとも１つを金属５０４に対して行なうことができる。幾つかの例示的な例では、水性脱脂５０８、アルカリクリーニング５１０、及び超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５１２のいずれも行なわない。幾つかの例示的な例では、任意の脱酸／クリーニング工程５０６を行なうかどうかは、金属５０４の材料特性、結果的に得られるジョイントの任意の要求特性、または他の適切な注意事項のうちの少なくとも１つに基づいて決定される。
【００７１】
次に、金属５０４は前処理工程５１４を経ることができる。前処理工程５１４は、機械的前処理５１６、化学的前処理５１８、超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５２０、及びオーブン乾燥５２２を含む。機械的前処理５１６は、砥粒吹き付け、研削、サンディング、または任意の他の適切な機械的前処理のうちの少なくとも１つを含むことができる。化学的前処理５１８は、アルカリエッチング、酸エッチング、または他の適切な化学的前処理のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００７２】
幾つかの例示的な例では、機械的前処理５１６、化学的前処理５１８、超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５２０、及びオーブン乾燥５２２のうちの少なくとも１つを行なうことができる。他の例示的な例では、機械的前処理５１６、化学的前処理５１８、超純水浸漬リンス及びスプレーリンス５２０、及びオーブン乾燥５２２のいずれも行なわない。
【００７３】
次に、金属５０４は、ゾルゲル溶液５２４の塗布を経る。ゾルゲル溶液５２４は、はけ塗り、ロール塗り、スプレー塗布、または他の適切な塗布プロセスにより塗布することができる。１つの例示的な例では、金属５０４へのゾルゲル溶液５２４の塗布は、図３のブラシアプリケータ３３０及びスプレー塗布装置３３２のうちの少なくとも一方を用いて行なわれる。ゾルゲル溶液５２４を塗布した後、金属５０４に付着したゾルゲル溶液５２４をオーブン乾燥させる（工程５２６）。
【００７４】
オーブン乾燥の後、ジョイント５２８の耐久性を高めることが望ましいかどうかについての判断を行なう。ジョイント５２８の所望の耐久性は、ジョイント中の材料の種類、ジョイントの位置、目的とするジョイントの用途、またはジョイントの任意の他の適切な特性のうちの少なくとも１つによって異なり得る。１つの例示的な例では、この判断において、熱可塑性材料と、そして表面処理を経た状態の金属５０４と、を含むジョイントの推定耐久性値を所望の耐久性と比較する。所望の耐久性が、推定耐久性値よりも大きいと判断される場合、当該プロセスは操作５３０に移行する。所望の耐久性が、推定耐久性値よりも大きくないと判断される場合、当該プロセスは完了し、そして表面処理金属５０２が得られる。
【００７５】
耐久性を高めることが望ましいと判断される場合、プライマーを金属５０４に塗布する（操作５３０）。幾つかの例示的な例では、プライマーは耐熱プライマーとすることができる。これらの例示的な例では、耐熱プライマーは、熱可塑性材料の凝固点温度に耐えるように構成することができる。プライマーを塗布した後、金属５０４に付着したプライマーをオーブン乾燥させる（操作５３２）。このオーブン乾燥により、表面処理金属５０２が得られる。
【００７６】
次に、図６を参照するに、ジョイントを熱可塑性材料と金属との間に形成するプロセスのプロセスフローの図が、例示的な構成に従って図示されている。プロセス６００は、図３の製造環境３００において実施することにより、ジョイント３１４を形成することができる。
【００７７】
熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４をプロセス６００に投入する。熱可塑性材料６０２は、図３の熱可塑性材料３０８とすることができる。表面処理金属６０４は、図５のプロセス５００による少なくとも１つの処理が施された図３の金属３１０とすることができる。１つの例示的な例では、表面処理金属６０４は、機械的前処理、化学的前処理、超純水浸漬リンス及びスプレーリンス、オーブン乾燥、ゾルゲル溶液の塗布、及びオーブン乾燥を経ている。
【００７８】
プロセス６００では、熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を組み付ける（操作６０６）。熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を組み付ける際、熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を互いに対して、ジョイントにとって望ましい状態になるように配置することができる。組み付け中、熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を互いに対して手で配置するか、または装置を使用して配置することができる。１つの例示的な例では、熱可塑性材料６０２は、テープ状の熱可塑性複合材料とすることができる。この例示的な例では、熱可塑性材料６０２は、表面処理金属６０４に対して、熱可塑性複合材料テープを表面処理金属６０４の上に積層することにより配置することができる。
【００７９】
次に、当該プロセスでは、熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を接着させる（操作６０８）。接着により、熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４を、接着剤またはファスナーを用いることなく接合させることができる。接着させる際、熱及び圧力の両方を熱可塑性材料６０２及び表面処理金属６０４に加える。接着は、オートクレーブ、プレス機、熱アイロン、クランプ、局部加熱装置、または任意の他の適切な接着装置のうちの少なくとも１つにより行なうことができる。
【００８０】
その後、接着治具を取り外すと、金属−熱可塑性部品６１０が得られる。金属−熱可塑性部品６１０は、所望の接着性を発現することができるジョイントを有する。更に、金属−熱可塑性部品６１０により、所望の材料特性が機械試験で得られる。
【００８１】
次に、図７を参照するに、ジョイントを熱可塑性材料と金属との間に形成するプロセスのフローチャートの図が、例示的な構成に従って図示されている。プロセス７００は、図３の製造環境３００において実施することにより、ジョイント３１４を形成することができる。
【００８２】
プロセス７００は、金属をクリーニングする（操作７０２）ことにより始まる。幾つかの例示的な例では、金属をクリーニングする際、水性脱脂、アルカリクリーニング、及び超純水浸漬リンス及びスプレーリンスのうちの少なくとも１つを行なうことができる。次に、プロセス７００では、金属を前処理する（操作７０４）。幾つかの例示的な例では、金属を前処理する際、機械的前処理、化学的前処理、超純水浸漬リンス及びスプレーリンス、及びオーブン乾燥のうちの少なくとも１つを行なうことができる。
【００８３】
次に、プロセス７００では、ジルコニウムｎ−プロポキシドを溶媒中でエージングして、ゾルゲル溶液の第１重量部を作製する（操作７０６）。幾つかの例示的な例では、溶媒は氷酢酸とすることができる。溶媒中のジルコニウムｎ−プロポキシドは、反応が完了するまでエージングされる。１つの例示的な例では、溶媒中のジルコニウムｎ−プロポキシドは、約２０分〜３０分にわたってエージングされる。
【００８４】
エージングの後、プロセス７００では、第１重量部を脱イオン水と混合して、ゾルゲル溶液の第２重量部を作製する（操作７０８）。当該プロセスでは、アミノアリールトリアルコキシシランをアルコールと混合して、ゾルゲル溶液の第３重量部を作製する（操作７１０）。その後、第３重量部を第２重量部と混合して、ゾルゲル溶液の混合物を生成する（操作７１２）。次に、脱イオン水またはアルコール、或いは脱イオン水及びアルコールの混合液を、当該混合物と混合して溶液を作製する（操作７１４）。脱イオン水及びアルコールのうちの少なくとも一方を加えて、所望の範囲の成分を有する溶液が得られるようにすることができる。１つの例示的な例では、脱イオン水及びアルコールのうちの少なくとも一方を加えて溶液を、スプレーするために望ましい濃度に希釈することができる。
【００８５】
脱イオン水及びアルコールのうちの少なくとも一方を加えた後、当該溶液をエージングして、ジルコニウムｎ−プロポキシドとアミノアリールトリアルコキシシランとを約１：５の平衡モル比で含むゾルゲル溶液を作製する（操作７１６）。当該溶液は、撹拌しながら、ゾルゲル溶液が得られるまでエージングすることができる。結果として得られるゾルゲル溶液は、ジルコニウムｎ−プロポキシドとアミノアリールトリアルコキシシランとを約１：５の平衡モル比で含む。１つの例示的な例では、エージングは、約０．５〜５．０時間にわたって行なうことができる。１つの例示的な例では、エージングは、約４時間にわたって行なわれる。この例示的な例では、当該溶液をエージングしてゾルゲル溶液を作製する際、当該溶液を室温で４時間にわたって撹拌する。
【００８６】
次に、結果的に得られるゾルゲル溶液を金属に塗布する（操作７１８）。幾つかの例示的な例では、ゾルゲル溶液を金属に、スプレー塗布及びはけ塗りのうちの少なくとも一方により塗布することができる。これらの例示的な例では、ゾルゲル溶液を金属に、図３のブラシアプリケータ３３０及びスプレー塗布装置３３２のうちの少なくとも一方を用いて塗布することができる。ゾルゲル溶液を金属に、ゾルゲル調製後直ぐに塗布する必要はないが、ゾルゲル溶液は、約１〜１２時間の範囲の保存寿命しかない。ゾルゲル溶液は金属に、この保存寿命が来る前に塗布する必要がある。
【００８７】
ゾルゲル溶液を塗布した後、金属に付着したゾルゲル溶液をオーブン乾燥させて表面処理金属を形成する（操作７２０）。次に、熱可塑性材料及び表面処理金属を組み付ける（操作７２２）。熱可塑性材料及び表面処理金属を所望の配置になるように組み付けると、結果的に金属−熱可塑性部品が得られる。熱可塑性材料及び表面処理金属を組み付ける際、熱可塑性材料を表面処理金属の処理表面に接触するように配置する。
【００８８】
最後に、熱可塑性材料及び表面処理金属を接着させる（操作７２４）。接着により、ジョイントを含む金属−熱可塑性部品が得られる。当該ジョイントは、ファスナーまたは接着剤を全く含んでいない。そうではなく、当該ジョイントは、表面処理金属と熱可塑性材料との間の化学的相互作用によって形成されている。操作７０４が機械的前処理を含む幾つかの例示的な例では、当該ジョイントは更に、表面処理金属と熱可塑性材料との間の機械的相互作用を含むことができる。
【００８９】
次に、図８を参照するに、試験結果の棒グラフの図が、例示的な構成に従って図示されている。図８は、図３のブロックで囲んで示すジョイント３１４のようなジョイントに関するせん断強度データの一例である。棒グラフ８００は、ｘ軸８０２、ｘ軸８０４、及びｙ軸８０６を有する。図示のように、ｘ軸８０２は、ジョイント内の金属に適用される表面処理の種類を表わしている。ｘ軸８０４は、せん断試験が行なわれるときの温度を表わしている。せん断試験は、華氏約−６５度〜約−６７度、華氏約７５度、及び華氏約１８０度で行なわれた。ｙ軸８０６は、ジョイントのせん断強度を表わしている。
【００９０】
棒グラフ８００は、ジョイントに対する大面積ラップせん断試験（ｗｉｄｅ  ａｒｅａ  ｌａｐ  ｓｈｅａｒ  ｔｅｓｔ）に基づくデータを含んでいる。各ジョイントでは、熱可塑性材料は、ＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料である。ＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料は、熱可塑性テープとして貼り付けた。ＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料テープは、２つの金属部材の間に貼り付けた。２つの金属部材は、チタン合金、特にＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。
【００９１】
参照番号１−８０８は、金属がクリーニングに続いて、機械的前処理、特に砥粒吹き付けを経た状態のジョイントを表わしている。棒８１８は、参照番号１−８０８の表面処理が施され、かつ華氏約−６７度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８１８は、約１７５０ｐｓｉのせん断強度である。棒８２０は、参照番号１−８０８の表面処理が施され、かつ華氏約７５度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８２０は、約１２５０ｐｓｉのせん断強度である。棒８２２は、参照番号１−８０８の表面処理が施され、かつ華氏約１８０度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８２２は、約１１００ｐｓｉのせん断強度である。
【００９２】
参照番号２−８１０は、金属がクリーニングに続いて、化学的前処理、特にフッ硝酸エッチングを経た状態のジョイントを表わしている。棒８２４は、参照番号２−８１０の表面処理が施され、かつ華氏約−６７度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８２４は、約２６００ｐｓｉのせん断強度である。棒８２６は、参照番号２−８１０の表面処理が施され、かつ華氏約７５度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８２６は、約２２５０ｐｓｉのせん断強度である。棒８２８は、参照番号２−８１０の表面処理が施され、かつ華氏約１８０度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８２８は、約１５００ｐｓｉのせん断強度である。
【００９３】
参照番号３−８１２は、金属が化学的前処理、特にフッ硝酸エッチングに続いて、高温でアルカリエッチングされた状態のジョイントを表わしている。棒８３０は、参照番号３−８１２の表面処理が施され、かつ華氏約−６７度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８３０は、約４８００ｐｓｉのせん断強度である。棒８３２は、参照番号３−８１２の表面処理が施され、かつ華氏約７５度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８３２は、約３６００ｐｓｉのせん断強度である。棒８３４は、参照番号３−８１２の表面処理が施され、かつ華氏約１８０度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８３４は、約３５００ｐｓｉのせん断強度である。
【００９４】
参照番号４−８１４は、金属が化学的前処理、特にフッ硝酸エッチングに続いて、ＴｉＢｏｅ及び従来のゾルゲルの塗布を経た状態のジョイントを表わしている。この例示的な例では、従来のゾルゲルは、図３のゾルゲル溶液３３４のような本出願人が出願したゾルゲル溶液とは異なるカップリング剤を有する。詳細には、従来のゾルゲルは、図３のゾルゲル溶液３３４中に含まれるようなアミノアリールトリアルコキシシランを含んでいない。
【００９５】
棒８３６は、参照番号４−８１４の表面処理が施され、かつ華氏約−６７度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８３６は、約４２００ｐｓｉのせん断強度である。棒８３８は、参照番号４−８１４の表面処理が施され、かつ華氏約７５度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８３８は、約４１００ｐｓｉのせん断強度である。棒８４０は、参照番号４−８１４の表面処理が施され、かつ華氏約１８０度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８４０は、約４１００ｐｓｉのせん断強度である。
【００９６】
図示のように、参照番号４−８１４の表面処理が施されたジョイントは、３つの試験温度についてほぼ同様の結果を有する。更に、図示のように、参照番号４−８１４の表面処理が施されたジョイントは、高温ゾルゲル溶液の塗布を経なかった参照番号１−８０８、参照番号２−８１０、及び参照番号３−８１２よりも、正の温度で高いせん断強度を有する。
【００９７】
参照番号５−８１６は、金属が化学的前処理、特にフッ硝酸エッチングに続いて、機械的前処理、特に砥粒吹き付けを経て、ＴｉＢｏｅの塗布、及び図３のゾルゲル溶液３３４のような高温ゾルゲル溶液の塗布を経た状態のジョイントを表わしている。棒８４２は、参照番号５−８１６の表面処理が施され、かつ華氏約−６７度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８４２は、約５３００ｐｓｉのせん断強度である。棒８４４は、参照番号５−８１６の表面処理が施され、かつ華氏約７５度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８４４は、約５３５０ｐｓｉのせん断強度である。棒８４６は、参照番号５−８１６の表面処理が施され、かつ華氏約１８０度でせん断試験が行なわれたジョイントを表わしている。図示のように、棒８４６は、約５４００ｐｓｉのせん断強度である。
【００９８】
図示のように、参照番号５−８１６の表面処理が施されたジョイントは、３つの試験温度についてほぼ同様の結果を有する。更に、図示のように、参照番号５−８１６の表面処理が施されたジョイントは、他の表面処理が施される場合よりも全ての試験温度において高いせん断強度を有する。
【００９９】
次に、図９を参照するに、試験結果の棒グラフの図が、例示的な構成に従って図示されている。図９は、図３のブロックで囲んで示すジョイント３１４のようなジョイントに関する二重片持ち梁試験データの一例である。棒グラフ９００は、ｘ軸９０２及びｙ軸９０４を有する。図示のように、ｘ軸９０２は、ジョイント内の金属に適用される表面処理の種類を表わしている。同様に、ｙ軸９０４は、ジョイントのＧＩＣまたは臨界歪みエネルギー解放率（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｓｔｒａｉｎ  ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｌｅａｓｅ  ｒａｔｅ）を表わしている。臨界歪みエネルギー解放率は、ジョイントの強靭さを特徴付けることができる。臨界歪みエネルギー解放率は、クラック表面の単位面積当たりのエネルギーとすることができる。
【０１００】
棒グラフ９００は、ジョイントに対する二重片持ち梁試験に基づくデータを含んでいる。金属部分及び熱可塑性部分は、各ジョイントにおいて接続される。各ジョイントでは、熱可塑性材料はＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料である。金属は、チタン合金、特にＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。
【０１０１】
参照番号１−９０６は、金属が、図８の参照番号１−８０８の表面処理と同じ表面処理を経た状態のジョイントを表わしている。図示のように、参照番号１−９０６のＧＩＣ（臨界エネルギー解放率）は、約５ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ２である。
【０１０２】
参照番号３−９０８は、金属が、図８の参照番号３−８１２の表面処理と同じ表面処理を経た状態のジョイントを表わしている。図示のように、参照番号３−９０８のＧＩＣは、参照番号１−９０６よりもずっと高い。詳細には、参照番号３−９０８のＧＩＣは、約１３．８ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ２である。更に、これらの限界試験では、参照番号３−９０８のジョイントは、接着不良を全く示すことがなかった。別の表現をすると、不良の全てが、熱可塑性複合材料の層間強度不良であった。
【０１０３】
参照番号５−９１０は、金属が、図８の参照番号５−８１６の表面処理と同じ表面処理を経た状態のジョイントを表わしている。図示のように、参照番号５−９１０のＧＩＣは、約１０．３ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ２である。参照番号３−９０８のジョイントと同様に、これらの限界試験では、参照番号５−９１０のジョイントは、接着不良を全く示すことがなかった。参照番号３−９０８、及び参照番号５−９１０が共に、層間強度不良モードに起因して不良となったので、これらの値は、警告値と比較される必要がある。
【０１０４】
参照番号６−９１２は、金属が化学的前処理、特にフッ硝酸エッチングに続いて、機械的前処理、特に砥粒吹き付けを経て、ＴｉＢｏｅの塗布、図３のゾルゲル溶液３３４のような高温ゾルゲル溶液の塗布、及びプライマーの塗布を経た状態のジョイントを表わしている。図示のように、参照番号６−９１２のＧＩＣもまた、参照番号１−９０６よりもずっと高い。詳細には、参照番号６−９１２のＧＩＣは、約９ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ２である。
【０１０５】
次に、図１０を参照するに、試験結果の棒グラフの図が、例示的な構成に従って図示されている。図１０は、図３のブロックで囲んで示すジョイント３１４のようなジョイントに関する楔挿入割裂試験データ（ｗｅｄｇｅ  ｃｒａｃｋ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｄａｔａ）の一例である。棒グラフ１０００は、ｘ軸１００２及びｙ軸１００４を有する。図示のように、ｘ軸１００２は、ジョイント内の金属に適用される表面処理の種類を表わしている。同様に、ｙ軸１００４は、ジョイントの割裂長さを表わしている。
【０１０６】
棒グラフ１０００は、ジョイントに対する楔挿入割裂試験に基づくデータを含んでいる。各ジョイントでは、熱可塑性材料はＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料である。ＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料は、熱可塑性テープとして貼り付けた。ＰＥＫＫ−ＦＣ熱可塑性複合材料テープは、２つの金属部材の間に貼り付けた。２つの金属部材は、チタン合金、特にＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。
【０１０７】
この試験では、値が小さくなるほど、高温／濡れ耐性が良いことを示している。図示のように、楔挿入割裂試験値は、金属表面に塗布される高温ゾルゲル溶液を取り入れることにより劇的に良好な値を示す。
【０１０８】
参照番号１−１００６は、図８の参照番号１−８０８の表面処理と同じ表面処理を経た金属を有するジョイントを表わしている。図示のように、ジョイントの割裂長さは、約４．２５インチである。
【０１０９】
参照番号３−１００８は、図８の参照番号３−８１２の表面処理と同じ表面処理を経た金属を有するジョイントを表わしている。図示のように、表面処理を化学的前処理に変更しても、割裂長さが短くならない。参照番号３−１００８の割裂長さは、約４．３５インチである。
【０１１０】
参照番号４−１０１０は、図８の参照番号４−８１４の表面処理と同じ表面処理を経た金属を有するジョイントを表わしている。図示のように、従来のゾルゲル溶液を加えると、割裂長さが約３．０インチにまで短くなる。しかしながら、この値は依然としてジョイントには望ましくない値である。
【０１１１】
参照番号５−１０１２は、図８の参照番号５−８１６の表面処理と同じ表面処理を経た金属を有するジョイントを表わしている。図から分かるように、図３のゾルゲル溶液３３４のような高温ゾルゲル溶液を加えると、割裂長さが他のジョイントと比較して大幅に短くなる。図示のように、参照番号５−１０１２は、１．５０インチを僅かに下回る割裂長さを有する。
【０１１２】
参照番号６−１０１４は、金属が図９の参照番号６−９１２の表面処理と同じ表面処理を経た状態のジョイントを表わしている。図から分かるように、高温ゾルゲル溶液に続いてプライマーを加えると、割裂長さが短くなった。図示のように、参照番号６−１０１４は、約１．０８インチの割裂長さを有する。
【０１１３】
異なる図示の構成におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な構成における装置及び方法の数通りの実施形態の構造、機能、及び操作を示している。この点に関して、これらのフローチャートまたはブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能を表わすことができ、そして／または操作またはステップの一部を表わすことができる。
【０１１４】
例示的な構成の幾つかの別の実施形態では、ブロックに記述される機能または機能群は、これらの図に記述される順番とは異なる順番で行なうことができる。例えば、幾つかの場合では、連続して示される２つのブロックは、略同時に実行することができる、またはこれらのブロックを、搭載される機能によって異なるが、逆の順番で実行することができる場合がある。また、フローチャートまたはブロック図における図示のブロック群の他に、他のブロック群を追加することができる。
【０１１５】
例えば、幾つかの例示的な例では、金属を図７の操作７０２においてクリーニングすることは、ジルコニウムｎ−プロポキシドを溶媒中でエージングしてゾルゲル溶液の第１重量部を作製することと同時に、または当該作製することの後に行なうことができる。他の例示的な例では、操作７０２及び操作７０４は、溶液をエージングしてゾルゲル溶液を作製する操作７１６の後に行なうことができる。更に別の例示的な例では、操作７０２及び操作７０４は行なわなくてもよい。
【０１１６】
本開示の例示的な構成は、図１１に示す航空機製造及び整備方法１１００、及び図１２に示す航空機１２００に関連して説明することができる。まず、図１１を参照するに、航空機製造及び整備方法の図が、例示的な構成に従って図示されている。製造前段階では、航空機製造及び整備方法１１００において、図１２の航空機１２００の仕様決定及び設計１１０２、及び材料調達１１０４を行なうことができる。
【０１１７】
製造段階では、図１２の航空機１２００の部品及びサブアセンブリ製造１１０６、及びシステム統合１１０８が行なわれる。その後、図１２の航空機１２００は、証明書発行及び機体引き渡し１１１０を経て、供用１１１２される。顧客が供用１１１２している間、図１２の航空機１２００は、日常的なメンテナンス及び整備１１１４を行うようにスケジューリングされ、このメンテナンス及び整備１１１４は、改修、再構成、改装、及び他のメンテナンスまたは整備を含むことができる。
【０１１８】
航空機製造及び整備方法１１００のプロセス群の各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータによって行なうことができるか、または実行することができる。これらの例では、オペレータは顧客とすることができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、任意の数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、任意の数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【０１１９】
次に、図１２を参照するに、例示的な構成を実現することができる航空機の図が図示されている。この例では、航空機１２００は、図１１の航空機製造及び整備方法１１００により製造され、そしてシステム群１２０４を搭載した機体１２０２と、そして機内１２０６と、を含むことができる。システム群１２０４の例として、推進システム１２０８、電気システム１２１０、油圧システム１２１２、及び環境システム１２１４のうちの１つ以上を挙げることができる。任意の数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、異なる例示的な構成は、自動車産業のような他の産業に適用することができる。
【０１２０】
本明細書において具体化される装置及び方法は、図１１の航空機製造及び整備方法１１００の種々の段階のうちの少なくとも１つの段階において用いることができる。
【０１２１】
１つ以上の例示的な構成は、部品及びサブアセンブリ製造１１０６において用いることができる。例えば、図３のゾルゲル溶液３３４は、部品及びサブアセンブリ製造１１０６において用いることができる。また、図３のゾルゲル溶液３３４を用いて、取り替えをメンテナンス及び整備１１１４が施されているときに行なうこともできる。例えば、ゾルゲル溶液３３４は、金属と熱可塑性材料を、メンテナンス及び整備１１１４において航空機の修理が行なわれているときに接合する際に用いることができる。
【０１２２】
例示的な構成は、熱可塑性材料と金属を接合する方法及び装置を提供することができる。具体的には、例示的な構成は、ジョイントを熱可塑性材料と金属との間に、ファスナーまたは接着剤を用いることなく形成する方法及び装置を提供することができる。これらの例示的な構成では、金属と熱可塑性材料との間のジョイントは、接着を利用して形成される。金属の表面は、ゾルゲル溶液で化学的に処理されて、接着部を熱可塑性材料と金属との間に形成する。
【０１２３】
更に、例示的な構成は、ゾルゲル溶液を調製して、熱可塑性材料と金属との接着を、より強固にすることができる。このゾルゲル溶液は、熱可塑性材料の凝固点温度に耐えるように構成することができる。ゾルゲル溶液は、熱可塑性材料との化学的な相互作用により、接着をより強固にすることができる。更に、このゾルゲル溶液は、金属の材質が変化するのを防止する、または抑制することができる。
【０１２４】
１つ以上の例示的な構成は、ジョイントを熱可塑性材料と金属との間に、所望の材料特性を有するように形成することができる。詳細には、１つ以上の例示的な構成は、ゾルゲル溶液を用いない熱可塑性材料と金属との間のジョイントよりも高いせん断強度、剥離強度、及び環境耐性を備えるジョイントを提供することができる。
【０１２５】
更に、本開示は、以下の条項に記載の実施形態を含む：
【０１２６】
１．ジルコニウムｎ−プロポキシドを溶媒中でエージングして、ゾルゲル溶液の第１重量部を作製することと、
前記第１重量部を脱イオン水と混合して、前記ゾルゲル溶液の第２重量部を作製することと、
アミノアリールトリアルコキシシランをアルコールと混合して、前記ゾルゲル溶液の第３重量部を作製することと、
前記第３重量部を前記第２重量部と混合して、前記ゾルゲル溶液の混合物を作製することと、
前記脱イオン水または前記アルコール、或いは前記脱イオン水及び前記アルコールの混合液を前記混合物と混合して溶液を作製することと、
前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液を作製することと
を含む、方法。
【０１２７】
２．前記ジルコニウムｎ−プロポキシドを前記溶媒中でエージングして前記第１重量部を作製することは、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドを前記溶媒中で３０分にわたって室温で旋回させることを含む、条項１に記載の方法。
【０１２８】
３．前記溶液をエージングして前記ゾルゲル溶液を作製することは、前記溶液を４時間にわたって室温で撹拌することを含む、条項１に記載の方法。
【０１２９】
４．前記アルコールは、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブタノール（１−ブタノール）、二級ブタノール（２−ブタノール）、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）、三級ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及び３−メチル−２−ブタノールからなるグループから選択される、条項１に記載の方法。
【０１３０】
５．前記溶媒は、氷酢酸、グリコール類、グリコールエーテル類、及びブチルエステルからなるグループから選択される、条項１に記載の方法。
【０１３１】
６．前記ゾルゲル溶液は、モルパーセント表示で、約０．００５％〜８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシドを含む、条項１に記載の方法。
【０１３２】
７．前記アルコールと前記アミノアリールトリアルコキシシランの最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液中で約１８：１である、条項１に記載の方法。
【０１３３】
８．前記脱イオン水と前記ジルコニウムｎ−プロポキシドの最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液中で約１８：１である、条項１に記載の方法。
【０１３４】
９．更に、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドを前記溶媒中でエージングする前に、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドに前記溶媒中で旋回させることを含み、そして：
前記ジルコニウムｎ−プロポキシドを前記溶媒中でエージングして前記第１重量部を作製することは、３０分にわたって室温で、氷酢酸を含む前記溶媒を旋回させることを含み、
前記溶液をエージングして前記ゾルゲル溶液を作製することは、前記溶液を４時間にわたって室温で撹拌することを含み、
アミノアリールトリアルコキシシランをアルコールと混合して、前記ゾルゲル溶液の第３重量部を作製することは、アミノアリールトリアルコキシシランをイソプロピルアルコールと混合することを含み、そして
前記溶液をエージングして、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む前記ゾルゲル溶液を作製することは、モルパーセント表示で、約０．００５％〜８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシドを含む前記ゾルゲル溶液を更に含む、条項１に記載の方法。
【０１３５】
１０．更に：
前記ゾルゲル溶液を金属に塗布することと、
前記金属に付着した前記ゾルゲル溶液をオーブン乾燥させて表面処理金属を形成することと、
熱可塑性材料及び前記表面処理金属を組み付けることと、
前記熱可塑性材料及び前記表面処理金属を接着させることと
を含む、条項１に記載の方法。
【０１３６】
１１．前記金属をクリーニングすることと、
前記金属を前処理することと
を含む、条項１０に記載の方法。
【０１３７】
１２．前記金属は、チタン、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、ステンレス鋼合金、及び銅合金からなるグループから選択される、条項１０に記載の方法。
【０１３８】
１３．ジルコニウムｎ−プロポキシドと、
アミノアリールトリアルコキシシランであって、ゾルゲル溶液が、前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランを約１：５の平衡モル比で含む、前記アミノアリールトリアルコキシシランと、
溶媒と、
アルコールと、
脱イオン水と
を含む、ゾルゲル溶液。
【０１３９】
１４．前記ジルコニウムｎ−プロポキシドと前記アミノアリールトリアルコキシシランの平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液中で約１：５である、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４０】
１５．前記アルコールと前記アミノアリールトリアルコキシシランの最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液中で約１８：１である、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４１】
１６．前記脱イオン水と前記ジルコニウムｎ−プロポキシドの最小平衡モル比は、前記ゾルゲル溶液中で約１８：１である、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４２】
１７．前記アルコールは、低分子量を有し、そして容易に蒸発する、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４３】
１８．前記アルコールは、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブタノール（１−ブタノール）、二級ブタノール（２−ブタノール）、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）、三級ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及び３−メチル−２−ブタノールからなるグループから選択される、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４４】
１９．前記溶媒は、氷酢酸、グリコール類、グリコールエーテル類、及びブチルエステルからなるグループから選択される、条項１３に記載のゾルゲル溶液。
【０１４５】
２０．モルパーセント表示で前記ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて：
約０．００５％〜約８．１０％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシドと、
約０．０３％〜約４４．９％の範囲のアミノアリールトリアルコキシシランと、
約０．０３％〜約４６．１％の範囲の溶媒と、
約３．０％〜約９３．２％の範囲のアルコールと、
約５．０％〜約９８．２％の範囲の脱イオン水と
を含む、ゾルゲル溶液。
【０１４６】
２１．前記ゾルゲル溶液は、前記ゾルゲル溶液の合計モル濃度に応じて：
約０．０１％〜約０．０３％の範囲のジルコニウムｎ−プロポキシドと、
約０．０９％〜約０．１３％の範囲のアミノアリールトリアルコキシシランと、
約０．０９％〜約０．２０％の範囲の溶媒と、
約５．０％〜約６．２％の範囲のアルコールと、
約８４．０％〜約９８．０％の範囲の脱イオン水と
を含む、条項２０に記載のゾルゲル溶液。
【０１４７】
異なる例示的な構成についての説明を提供して、例示及び記述を行なってきたが、当該説明は、網羅的になることを意図していない、または開示される形態の構成に限定されることを意図していない。多くの変形及び変更が存在することはこの技術分野の当業者には明らかである。更に、異なる例示的な構成は、他の例示的な構成とは異なる特徴を提供することができる。選択される構成または構成群は、これらの構成の原理、実際の用途を最も明確に説明するために、そしてこの技術分野の他の当業者が、想到される特定の使用に適合するように種々の変更が為される種々の構成に関する開示を理解することができるように選択され、そして記載されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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