CN101760748B - 减少镁和另一种金属之间的腐蚀的方法 - Google Patents

减少镁和另一种金属之间的腐蚀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减少镁和另一种金属之间的腐蚀的方法。本发明公开了减少形成在镁和另一种金属之间的腐蚀的方法。在一种方法中，防腐蚀材料被冷喷涂到形成在镁和另一种金属之间的接触面处，防腐蚀材料包含镁。在另一种方法中，覆层被施加到镁和/或另一种金属的热影响区、焊接头处或前述几项的组合上。

Description

减少镁和另一种金属之间的腐蚀的方法
技术领域
本发明总体上涉及减少镁和另一种金属之间的腐蚀的方法。
背景技术
已经发现，在许多应用中镁有希望替代铝。例如，镁可以用来制作汽车和/或航空应用中的结构零件。这至少部分归因于镁与铝相比具有较高的强度-重量比。在某些情况下，由镁制作的零件可以结合至由另一种金属制作的零件，并且/或者另一种金属可以用于将两个镁质零件结合在一起。在任一种情况下，例如，当形成在镁和另一种金属之间的接触面暴露在腐蚀环境中时，镁质零件可能在该接触面处容易发生磨损和腐蚀。
发明内容
本文公开了减少镁与另一种金属之间的腐蚀的方法。在一种方法中，通过至少在接触面处冷喷涂防腐蚀材料来减少接触面处的腐蚀，接触面形成在紧固件和镁质零件之间并且/或者形成在与紧固件相关联的零件和镁质零件之间，防腐蚀材料至少包含镁。
在另一种方法中，形成在含镁金属和另一种金属之间的接触面处的腐蚀通过下述步骤减少：将含镁金属和另一种金属焊接到一起，以形成i)介于它们之间的焊接头，以及ii)邻近焊接头的至少一个热影响区，其中，至少一个热影响区的若干部分包括含镁金属和另一种金属的混合组分；并且将覆层施加到下述各项中的至少一个上：i)含镁金属的靠近至少一个热影响区的表面，ii)另一种金属的靠近至少一个热影响区的表面，或者iii)上述二者的组合，其中，覆层阻止含镁金属或另一种金属中的至少一个发生腐蚀。
附图说明
通过参阅下面的具体实施方式及附图，本发明的特征和优点将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记对应于尽管可能不相同但却相似的部件。为了简洁起见，具有先前已经描述的功能的附图标记或特征可能会也可能不会结合其它包含该附图标记或特征的附图进行描述。
图1是减少形成在镁和另一种金属之间的接触面处的腐蚀的方法的一个示例的半示意性剖视图；
图2A和2B是镁和另一种金属以两种不同结构焊接在一起后的示意性剖视图，镁及另一种金属上都具有防腐蚀材料；以及
图3A和3B是减少形成在镁和另一种金属之间的接触面处的腐蚀的方法的其它示例的示意性剖视图。
具体实施方式
当形成在不同金属之间的接触面暴露在腐蚀环境中时，在该接触面处经常发生电蚀。本文使用的“腐蚀环境”是指任何包含腐蚀源的环境，当暴露于这些腐蚀源时，这些腐蚀源会致使或者至少引发金属的腐蚀。腐蚀源的非限制性示例包括水、盐、酸、含氧水溶液、含氯化物水溶液等等。
当不同的金属彼此电连接并且暴露于电解液(即腐蚀源)时就会发生电蚀。在暴露于电解液时，不同的金属就呈现不同的腐蚀电势，该电势将促使动电电流在金属之间流动。在大多数情况下，不太活跃的金属会起到阳极的作用，比较活跃的金属会起到阴极的作用。动电电流自阳极流向阴极，并且在某些情况下，动电电流促成阳极金属的电化学溶解。
本发明公开的方法的实施例能够有利地减少形成在不同金属之间的接触面处的腐蚀。更具体地说，所述方法能够减少形成在镁和另一种金属之间的接触面处的腐蚀，该另一种金属例如是钢、镀锌钢、锌合金、铝合金、铜合金和/或类似金属。这是通过至少在金属之间的接触面的暴露部分上涂覆或以其他方式覆盖与所涂覆或覆盖的一种金属或多种金属具有基本相同的组分的材料来实现的。接触面处的(一种或多种)金属的腐蚀的减少有利地提高了被结合金属的强度，从而延长了被结合金属的使用寿命。
图1总体上示出了本发明公开的方法的一个示例。在该示例中，当形成在镁质零件12和紧固件14(由不同于镁的金属制成)之间的接触面10暴露在腐蚀环境中时，接触面10处的腐蚀被减少。
在图1所示的示例中，紧固件14用于将镁质零件12结合到另一零件16上。在非限制性示例中，镁质零件12由基本上纯的镁(即，具有小于约0.1％杂质的镁)或镁合金制成。镁合金的非限制性示例包括镁铝合金、镁锌合金、镁锰合金、镁锆合金、镁稀土元素合金和/或类似合金。另一零件16也由基本上纯的镁、选自上面列出的镁合金、纯铝或铝合金形成。
将镁质零件12结合到另一零件16上的紧固件14可以选自任何合适的紧固件，包括但不限于铆钉、螺钉、和/或类似物、和/或前述几种的组合。在某些情况下，紧固件14可以与诸如垫圈、螺帽和/或类似物的零件15相关联。该紧固件14或与紧固件14相关联的零件15由例如钢、镀锌钢、铝合金、铜合金或其组合物制成。
减少形成在镁质零件12和紧固件14之间的接触面处的腐蚀的方法包括至少在接触面10上冷喷涂防腐蚀材料。更具体地说，镁质零件12和另一零件16通过紧固件14结合在一起，并且之后至少在接触面10的一部分(即，接触面10的暴露部分)上冷喷涂防腐蚀材料20。在某些情况下，在接触面10周围的区域和紧固件14的每个暴露表面上冷喷涂防腐蚀材料20。所述区域通常是镁质零件12的表面22的至少一部分，例如该部分在从接触面10起大约10mm至大约20mm的范围内。合成物件22包括通过紧固件14结合到一起的零件12、16，通过设置在该紧固件14上的防腐蚀材料层20保护紧固件14不受腐蚀。
在一个实施例中，在大约20℃(例如室温)至大约300℃的温度范围内冷喷涂防腐蚀材料20。在另一个实施例中，通过冷喷涂形成的防腐蚀材料层20具有1μm至5mm范围内的厚度。
防腐蚀材料20一般至少包含镁。在非限制性示例中，防腐蚀材料20是基本上由纯的镁(即，具有小于约0.1％的杂质)制成的粉末。在另一个非限制性示例中，防腐蚀材料20是由镁合金制成的粉末，该镁合金包括镁铝合金、镁锌合金、镁锰合金、镁锆合金、镁稀土元素合金、镁钛合金、和/或类似合金、和/或前述几种的组合。在又一个示例中，防腐蚀材料20可以包括由前述材料和其它非金属颗粒组成的混合物，该非金属颗粒的示例包括氧化物(例如镁、铝、钛或铜的氧化物)、氢氧化物(例如镁、铝、钛或铜的氢氧化物)、盐基化合物(例如镁、铝、钛或铜的盐基化合物)、和/或类似物、和/或前述几种混合物的组合。
应当理解，在所述示例中，选择制作防腐蚀材料20的材料基本上与选择制作镁质零件12的材料相同。例如，当镁质零件12由基本上纯的镁制成时，防腐蚀材料20也是基本上纯的镁。同样地，当镁质零件12由镁合金制成时，防腐蚀材料20也是镁合金。应当进一步理解，防腐蚀材料20不必与选作镁质零件12的材料完全相同。例如，作为防腐蚀材料20的镁铝合金可以冷喷涂到镁锌合金的零件12上。
当防腐蚀材料20至少被冷喷涂到接触面10的暴露部分上时，防腐蚀材料20一般粘结到含镁零件12上。在某些情况下，防腐蚀材料20也被冷喷涂到镁质零件12的环绕接触面10的区域上。不受任何理论的约束，应当相信，这至少部分地归因于防腐蚀材料20和镁质零件12之间的分子间的范德瓦尔斯力，也归因于冷喷涂期间接触面10处的镁的部分熔化。接触面10处的镁的部分熔化至少部分地归因于镁微粒从冷喷涂装置以超声速冲击零件12的表面所产生的热量。也应当相信，防腐蚀材料20同样可适当地粘附到和/或定位到紧固件14上。这种粘附和/或定位是通过下述操作实现的：将材料20至少布置到紧固件14上(在某些情况下，设置到镁质零件12的环绕接触面10的区域上)以及材料20与i)紧固件14和ii)镁质零件12的邻近紧固件14的部分形成粘接。
应当进一步理解，腐蚀也会发生在防腐蚀材料层20和紧固件14之间。在这种情况下，一种或多种附加的防腐蚀层(未图示)可以施加到或以其他方式形成在防腐蚀材料20、镁质材料12的至少一部分或二者的组合上。例如，附加的(一层或多层)防腐蚀层可以是通常用于保护镁合金不受腐蚀的(一层或多层)阳极电镀涂层。这种(一层或多层)阳极电镀涂层的非限制性示例包括Keronite涂层、Tagnite涂层、和/或类似涂层、和/或前述几种涂层的组合。
图2A和2B以及图3A和3B示出了减少形成在不同金属之间的接触面处的腐蚀的方法的其他示例。在这些示例中，含镁金属焊接到另一种金属上，形成在二者之间的接触面处的腐蚀被减少。含镁金属12’可以是基本上纯的镁(即，具有小于约0.1％的杂质)或镁合金。镁合金的非限制性示例包括镁铝合金、镁锌合金、镁锰合金、镁锆合金、镁铈合金、镁稀土元素合金、和/或类似合金、和/或前述几种合金的组合。另一种金属的示例包括但不限于铝、铝合金、锌、锌合金、钢、镀锌钢、铜、铜合金、和/或类似物、和/或前述几种金属的组合。
一般应当理解，某些金属(例如，铝或铜)往往与镁及其合金的相容性不强，并且在焊接期间，镁或镁合金会发生电蚀(即，阳极腐蚀)。此外，至少部分由于镁或镁合金的腐蚀产物的相对较高的碱度，所以与镁或镁合金接触的另一种金属会溶解，从而导致另一种金属的阴极腐蚀。
如图2A至3B所示的减少前述腐蚀效果的方法包括焊接含镁金属12’和另一种金属14’以在含镁金属12’和另一种金属14’之间形成焊接头(在本文中，也称作接触面10’)。含镁金属12’和另一种金属14’可以形成搭接接头(如图2A和3A所示)或对接接头(如图2B和3B所示)。焊接工序促使至少一个热影响区30形成，该热影响区30靠近被结合金属12’、14’的接触面10’。(一个或多个)热影响区30的部分包括(一个或多个)混合区32，该混合区包括含镁金属和另一种金属的混合组分。
现在参阅图2A和2B，减少腐蚀的方法包括在焊接之前将防腐蚀材料/层20’添加到金属12’、14’的表面上。图2A和2B示出了焊接之后的被结合金属12’、14’。
图2A示出了含镁金属12’和另一种金属14’焊接在一起形成搭接接头，以及图2B示出了含镁金属12’和另一种金属14’焊接在一起形成对接接头。在焊接之前，防腐蚀材料/层20’被布置在相应的零件12’、14’上。应当理解，防腐蚀层20’适当地防止含镁金属12’在接触面10’处不受腐蚀，但是，图2A和2B所示的实施例中使用的防腐蚀层20’不同于图1所示的实施例中使用的防腐蚀材料20。布置防腐蚀材料/层20’可以通过处理所需表面以形成涂层或者通过将涂层沉积在所需表面上来完成。在一个实施例中，含镁金属12’的每个表面和/或另一种金属14’的每个表面都经过处理以在其上形成防腐蚀材料/层20’。在图2A和2B中示出的示例中，含镁金属12’的整个外部表面都经过处理以在其上形成防腐蚀材料/层20’，并且另一种金属14’的整个外部表面也都经过处理以在其上形成防腐蚀材料/层20’。由于防腐蚀层20’在焊接之前形成，所以各个金属12’、14’的每一个表面都可以被处理。但是，也可以选择性地在各个金属12’、14’的某些表面上形成防腐蚀材料层20’，而其它表面保持无涂覆。
应当相信，焊接工序会轻微损坏层20’的部分20’A，会严重损坏层20’的部分20’B，和/或使层20’的部分全部退化(例如，在接触面10′处，材料20’不再存在)。这种对防腐蚀层20’的损坏一般发生在热影响区30、32处。即使防腐蚀层20’可能由于焊接而被损坏或除去，但是材料/层20’仍会保护层下的金属12’、14’不受腐蚀。
除了包括在金属12’、14’上的防腐蚀层20’，可能还需要进一步保护不同金属12’、14’不受电蚀。正如下文进一步描述的，这种附加的保护可以通过在焊接之后添加一种或多种覆层来实现。应当理解，下文所描述的覆层一般结合到防腐蚀层20’上(包括结合到受到损坏的部分20’A、20’B上)。此外，为了简明起见，层20’已经在图3A和3B中去除。
现在参阅图3A所示的示例，在含镁金属12’和另一种金属14’(其上具有防腐蚀材料层20’)焊接在一起之后，i)将覆层34施加到含镁金属12’的靠近(一个或多个)热影响区30的表面36上，ii)将覆层34’施加到另一种金属14’的靠近(一个或多个)热影响区30的表面38上，并且iii)将覆层34”施加到邻近焊接头或接触面10’的位置。
尽管防腐蚀材料20’并未在图3A中示出，但是应当理解，至少在防腐蚀材料20’A、20’B由于焊接而已经被损坏/退化的区域将覆层34施加到含镁金属12’的表面36。覆层34具有与含镁金属12’基本相同的组分。
类似地，施加到另一种金属14’的表面38的至少一部分的覆层34’具有与另一种金属14’基本相同的组分。此外，尽管防腐蚀材料20’并未在图3A中示出，但是应当理解，至少在防腐蚀材料20’A由于焊接而已经被损坏/退化的区域将覆层34’施加到另一种金属14’的表面38。
激光覆层34”施加到邻近焊接头或接触面10’的位置，使得覆层34”的一部分抵接含镁金属12’，而覆层34”的另一部分抵接另一种金属14’。激光覆层34”的组分从第一组分过渡到第二组分，该第一组分具有与含镁金属12’相同的组分，该第二组分具有与另一种金属14’相同的组分。例如，含有第一组分的覆层34”的部分抵接含镁金属零件12’，而含有包含其它金属的第二组分的覆层34”的部分抵接另一种金属零件14’。
在图3B所示的示例中，覆层34”被施加到接触面10’的第一侧40并且邻近热影响区30、32，并且覆层34”也被施加到接触面10’的第二侧42并且邻近热影响区30、32。更具体地说，尽管防腐蚀材料20’、20’A、20’B未在图3B中示出，但是应当理解，至少在防腐蚀材料20’A、20’B由于焊接而已经被损坏/退化的区域将覆层34”分别施加到金属12’、14’的表面36、38。一个覆层34”布置在邻近接触面10’的第一侧40的含镁金属12’的表面36的部分以及另一种金属14’的表面38的部分，并且另一个覆层34”布置在邻近接触面10’的第二侧42的含镁金属12’的表面36的部分以及另一种金属14’的表面38的部分。与上面结合图3A所示的示例描述的覆层34”相似，所述覆层34”也具有变化的组分。覆层34”的邻近金属12’的组分与金属12’相同，而覆层34”的邻近另一种金属14’的组分与另一种金属14’相同。
不受任何理论的约束，应当相信，通过在(一个或多个)热影响区30、32上完全覆盖覆层34、34’、34”中的一个，在焊接区域，尤其是在接触面10’处，含镁金属12’和另一种金属14’的腐蚀基本上被减少和消除。应当进一步相信，在接触面10’处，覆层34”基本上密封接触面10’，使得腐蚀源无法接触任何形成在含镁金属12’和另一种金属14’之间的间隙并开始电化学反应，否则这些电化学反应将导致电蚀或阴极腐蚀中的至少一种。还应当相信，覆层34、34’能够防止发生在分别环绕(一个或多个)热影响区30、32的表面36、38处的腐蚀。
应当理解，图3A和3B所示的任一实施例中使用的覆层34”都应当足够大以便从第一组分向第二组分过渡的组分梯度是相对平滑的。应当理解，覆层34”的大小一般至少部分地取决于含镁金属12’和另一种金属14’之间的电化学差异。例如，如果金属12’、14’之间的电化学差异基本上较大，那么覆层34”也会较大。这种平滑的梯度有助于减少至少部分地因覆层34”的组分差异而产生的任何电效应。例如，如果电效应确实产生，则电效应的影响也将被均匀地分配到覆层34”的较大的表面区域上，并且应当相信，这不会导致在接触面10’处发生局部严重腐蚀。
虽然已经详细描述了若干实施例，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，所公开的实施例是可以修改的。因此，前面的描述应当理解为是示例性的而非限制性的。

Claims (22)

1.一种减少接触面处的腐蚀的方法，所述接触面形成在紧固件和镁质零件之间并且/或者形成在与所述紧固件相关联的零件和所述镁质零件之间，所述方法包括至少在所述接触面上冷喷涂防腐蚀材料，所述防腐蚀材料至少包含含镁金属。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述紧固件选自铆钉、螺钉及铆钉与螺钉的组合，并且其中，与所述紧固件相关联的零件选自螺母、垫圈及螺母与垫圈的组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述紧固件或者与所述紧固件相关联的零件由钢、镀锌钢、铝合金、铜合金或者前述几种材料的组合制成。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述防腐蚀材料包括镁粉或者镁合金粉。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述防腐蚀材料进一步包括非金属颗粒。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括用所述防腐蚀材料冷喷涂所述紧固件以及环绕所述接触面的区域。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述防腐蚀材料结合到所述紧固件、与所述紧固件相关联的零件、所述镁质零件或者前述几种的组合上。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述镁质零件由纯的镁或者镁合金制成。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当所述镁质零件由纯的镁制成时，所述防腐蚀材料是纯的镁，并且其中，当所述镁质零件由镁合金制成时，所述防腐蚀材料是镁合金。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述防腐蚀材料、所述镁质零件的至少一部分或者二者的组合上施加至少一种防腐蚀层。
11.一种接触面处腐蚀减少的物件，包括：
镁质零件；
紧固件，所述紧固件与所述镁质零件结合；以及
防腐蚀材料，所述防腐蚀材料至少包含镁，所述镁冷喷涂到所述紧固件以及所述镁质零件的环绕所述紧固件的部分上。
12.一种减少接触面处的腐蚀的方法，所述接触面形成在含镁金属和另一种金属之间，所述方法包括：
将所述含镁金属和所述另一种金属焊接到一起，以形成i)介于所述含镁金属和所述另一种金属之间的焊接头，以及ii)邻近所述焊接头的至少一个热影响区，其中，所述至少一个热影响区的若干部分包括所述含镁金属和所述另一种金属的混合组分；以及
将覆层施加到下述各项中的至少一个上：所述含镁金属的靠近所述至少一个热影响区的表面、所述另一种金属的靠近所述至少一个热影响区的表面、邻近所述焊接头的位置、或者前述几项的组合；
其中，所述覆层阻止所述含镁金属或所述另一种金属中的至少一个发生腐蚀并且至少包含含镁金属。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在焊接之前，所述方法进一步包括处理所述含镁金属的表面或者所述另一种金属的表面中的至少一个，以在其上形成防腐蚀材料层。
14.如权利要求12所述的方法，其中，施加到所述含镁金属的表面上的覆层具有与所述含镁金属基本相同的组分。
15.如权利要求12所述的方法，其中，施加到所述另一种金属的表面上的覆层具有与所述另一种金属基本相同的组分。
16.如权利要求12所述的方法，其中，当所述覆层施加到邻近所述焊接头的位置时，所述覆层的一部分抵接所述含镁金属，而所述覆层的另一部分抵接所述另一种金属。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述覆层的组分从第一组分过渡到第二组分，所述第一组分包括在所述覆层的抵接所述含镁金属的部分处的含镁金属，所述第二组分包括在所述覆层的抵接所述另一种金属的部分处的另一种金属。
18.如权利要求17所述的方法，其中，随着所述覆层从第一组分过渡到第二组分，所述覆层中存在一定梯度。
19.如权利要求12所述的方法，其中，所述另一种金属选自铝、铝合金、锌、锌合金、钢、镀锌钢、铜、铜合金及前述几种的组合。
20.如权利要求12所述的方法，其中，所述含镁金属是纯的镁或镁合金。
21.一种接触面处腐蚀减少的物件，包括：
含镁金属；
另一种金属，所述另一种金属焊接到所述含镁金属上，使得i)在两种金属之间形成焊接头；并且ii)在邻近所述焊接头的位置形成至少一个热影响区，其中，所述至少一个热影响区的若干部分包括所述含镁金属和所述另一种金属的混合组分；以及
布置在下述各项中的至少一个上的覆层：所述含镁金属的靠近所述至少一个热影响区的表面，所述另一种金属的靠近所述至少一个热影响区的表面，邻近所述焊接头的位置，或前述几项的组合，
其中，所述覆层阻止所述含镁金属或所述另一种金属中的至少一个发生腐蚀并且至少包含含镁金属。
22.如权利要求21所述的物件，其中，当所述覆层施加到邻近所述焊接头的位置时，所述覆层的一部分抵接所述含镁金属，而所述覆层的另一部分抵接所述另一种金属，并且其中，所述覆层的组分从第一组分过渡到第二组分，所述第一组分包括在所述覆层的抵接所述含镁金属的部分处的含镁金属，所述第二组分包括在所述覆层的抵接所述另一种金属的部分处的另一种金属。
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