CN107921538B - 部件涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置(10)，其包括由第一材料制成的第一部分(11)和由第二材料制成的第二部分(12)，该第二部分从该第一部分的其中一个面延伸出来并由非晶态材料制成。

Description

部件涂覆方法

技术领域

本发明涉及一种装置，其包括由第一材料制成的第一部件和由第二材料制成的至少一个第二部件，其特征在于该第二部件由泡沫材料制成并组装到第一部件。

本发明的技术领域为精密机械工程的领域。

背景技术

存在许多用于在第一部件上产生涂层的方法。已知的方法通常包括通过电沉积来沉积一层要求的材料。

然而，电沉积具有只能沉积薄涂层的缺点，这反映为低抗冲击性。

施加至所述部件的冲击于是引起涂层的斑纹，这削弱了部件的美观性并且降低了涂层的性能。

另一方案包括使用金属箔并且将该金属箔固定在用作基底的待涂覆部件上。固定通过该胶粘或焊接或钎焊或压入配合来实现。

该方法的一个缺点在于它不适于硅类型的脆性材料。

发明内容

本发明的一个目的在于通过提出一种用于在不对被固定在一起的部件的性质加以限制的情况下简单和可靠地涂覆部件的方法来克服现有技术的缺点。

为此，本发明涉及一种包括由第一材料制成的第一部分和由第二材料制成的第二部分的部件的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括以下步骤：

–提供由第二材料制成的预成型件，所述第二材料是适于变成承受温度和压力条件的泡沫的至少部分非晶态金属；

–提供所述第一部分并且将所述第一部分和所述预成型件安置在具有要制造的所述部件的相反形状的两个模之间；

-将该组合加热至预成型件的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间且包含端点的温度，以便最迟在该步骤期间使预成型件能够形成泡沫并使得所述预成型件能够膨胀以便填充该部件的相反形状并形成所述部件；

-冷却该组合以固化预成型件并将该部件与所述模分离。

在本发明的第一实施例中，预成型件的膨胀被用来形成被涂覆部件。

在本发明的第二实施例中，预成型件的膨胀被用来形成双材料部件。

在本发明的第三实施例中，第一部分包括至少一个凹腔，形成第二部分的非晶态金属泡沫延伸入所述至少一个凹腔。

在本发明的第四实施例中，第一部分包括至少一个突起，形成第二部分的非晶态金属泡沫在至少一个突起的周围延伸。

在本发明的第五实施例中，第一部分包括使得第二部分能够更好地附接的结构。

在本发明的另一实施例中，该方法包括制作至少部分非晶态金属合金泡沫预成型件的预备步骤。

在本发明的另一实施例中，泡沫的膨胀通过温度控制，温度越高，膨胀越大。

在本发明的另一实施例中，泡沫的膨胀取决于泡沫中的气体的密度，截留的气体的体积越大，膨胀越大。

在本发明的另一实施例中，通过使泡沫中的压力大于大气压力来产生膨胀。

本发明还涉及一种包括由第一材料制成的第一部分和由第二材料制成的第二部分的装置，其特征在于，第二部分从第一部分的其中一个面延伸出来并由至少部分非晶态金属合金泡沫制成。

在本发明的第一实施例中，第二部分是涂层。

在本发明的第二实施例中，第二部分能够实现双材料部件的形成。

在本发明的第三实施例中，第一部分包括至少一个凹腔，形成第二部分的非晶态金属泡沫延伸入所述至少一个凹腔中。

在本发明的第四实施例中，第一部分包括至少一个突起，形成第二部分的非晶态金属泡沫在所述至少一个突起的周围延伸。

在本发明的第五实施例中，第一部分包括形成第二部分的非晶态金属泡沫延伸入其中的结构。

附图说明

根据本发明的方法的目的、优点和特征将在以下仅通过非限制性的示例给出并通过附图图示的本发明的至少一个实施例的详细描述中变得更清楚地显而易见，其中：

-图1概略性地示出根据本发明的第一实施例的装置；

-图2至图4概略性地示出组装根据本发明的第一实施例的装置的方法；

-图5和图6概略性地示出根据本发明的第一实施例的装置的一个变型；

-图7至图9概略性地示出本发明的多个实施例。

具体实施方式

本发明涉及一种装置及其组装方法，该装置包括第一部分和至少一个第二部分。

在图1中可见的本发明的第一实施例中，装置10包括第一部分11和第二部分12。第一部分11由第一材料制成且第二部分12由第二材料制成。

根据该第一实施例，第一部分或第二部分有利地呈至少部分非晶态金属泡沫的形式，该至少部分非晶态金属泡沫包括至少一种金属元素，诸如至少部分非晶态金属合金。

该金属元素可以是诸如铁、镍、锆的传统金属元素或诸如金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或锇的贵金属元素。至少部分非晶态材料是指适合于在非晶相中至少部分地固化的材料，即承受高于其熔点的升温，从而使其能够局部地失去所有晶体结构的材料，所述升温接着是冷却至低于其玻璃化转变温度的温度，从而使其能够变成至少部分非晶态。

这种泡沫可使用多种技术生产。第一方法包括提供合金并将所述合金加热直到其达到液态为止。此时，将气泡注入处于液态的所述合金中。气泡的这种注入发生在快速冷却的步骤之前。执行这种快速冷却步骤以在截留气泡的同时固化所述合金。

用于生产这种泡沫的第二方法包括提供合金并将该合金加热直到所述合金达到液态为止。此时，将化学制剂注入处于液态的所述合金中。这些化学制剂为释放气体的制剂，使得所述制剂在某些条件下释放气体。这些化学制剂或前体可以是例如钛或锆的氢化物。气体的这种释放发生在快速冷却步骤之前。执行这种快速冷却步骤以在截留气泡的同时固化所述合金。

该第二方法的一个变型包括提供一种材料，该材料适合于变成泡沫以便获得仅在它成形的时刻才变成非晶态金属泡沫的材料。事实上，所使用的化学制剂为在特定温度和压力条件下释放气体的释放剂。因此，通过在冷却期间提高压力，气体的释放被抑制。在成形期间，温度上升实现了气体的释放和因此材料向泡沫的转换。

用于生产非晶态金属泡沫的第三方法包括粉末层的连续沉积，每层粉末通过激光束或电子束局部烧结。因此，该局部烧结使得可以在每层粉末的层级处形成将使得可以形成泡沫的孔隙。

这有利地使得可以生产被涂覆部件或双材料部件，第二部分12于是为第一部分11的涂层或一体部分。

事实上，对于由脆性材料如硅的部件而言，可能有用的是使用更牢固或具有更有利的机械特性的材料涂覆部件或由该材料制造部件或更直白而言部件的全部部分由另一种材料制成。该实施例还使得可以简单地生产第二部分并在单个步骤中将该第二部分组装到第一部分上。

当部件涂覆有非晶态金属泡沫时，将考虑用作第一部分11的表圈21的示例，该表圈21涂覆有用作第二部分12的一层泡沫22，从而形成作为如图1中可见的最终装置10的被涂覆部件20。第一材料可以是诸如钢、黄铜、铝或钛的传统地使用的材料，但同样也可以是称为脆性的材料。脆性材料指不具有可利用的塑性域的材料，比方说，例如石英、红宝石、蓝宝石、玻璃、硅、石墨、碳或陶瓷，诸如碳化硅和氮化硅或陶瓷型复合材料。

该方法的第一步骤包括提供非晶态金属泡沫预成型件23。

第二步骤包括提供待涂覆部件，这里为表圈21，并且将它放置在模具24中，该模具24可以由如图2中可见具有被涂覆部件的相反形状(negative shape)的模24a、24b组成。该模具可以由两个模形成。预成型件23也被放置在模具中。

例如，如果需要使用0.1毫米的非晶态金属泡沫层涂覆表圈或齿轮系的整个表面，则模具将具有该齿轮系或表圈的形状以及具有与齿轮系的尺寸加上该层的0.1毫米相等的尺寸。因此，存在要填充的空间25。

在第三步骤中，执行加热步骤。该加热步骤包括将该组合加热至预成型件的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间(包含端点)的温度。在该温度下，非晶态金属具有大幅减小的粘度，粘度的减小取决于温度：温度越高，粘度减小得越多。该粘度使得非晶态金属在承受应力时能够注入模具的所有拐角中。

该升温也使得可以加热泡沫预成型件中存在的气泡。现在，经加热的气体开始膨胀，结果是它将占据更大的容积。考虑到泡沫的非晶态金属处于称为粘性的状态，气体的这种膨胀引起泡沫预成型件的膨胀，该预成型件开始鼓胀，如图3中可见的。因此，预成型件所占据的体积增大。与非晶态金属的成形特征相关联的预成型件的体积的这种增大引起如图4中可见的模具的填充。

为了实现非晶态金属泡沫预成型件的膨胀，需要相反形状凹腔中的压力小于否则其中不可能存在膨胀的预成型件内部的气体的压力。在密封式模具的情况下，在由两个模形成的凹腔中建立真空将是明智的。如果两个模形成非密封式模具，则模具位于其中的封罩将承受真空或比气体的压力低得多的压力。

类似地，为了防止由于预成型件的膨胀而施加的应力引起模具的两个模的分离，这两个模可通过诸如螺栓的紧固装置或单纯通过对它们施加压力而被固定在一起。

可以产生具有可控粘度的发泡，即，通过调节Tg与Tx之间的温度，可以更改合金的粘度以使得膨胀更快或更慢。

由于玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx低于所述泡沫的熔点，这使得可以组装熔点低于金属泡沫的熔点的部件。

最后，如果未超过泡沫的熔点，则连接保持纯机械并且不会发生焊接，即，不存在形成非期望相(例如，脆性金属间相)的风险。

一旦预成型件的膨胀已完成，便执行冷却步骤。执行该冷却步骤以固定非晶态金属泡沫预成型件并形成中间部件。然后将装置与模分离以获得图1的装置。

当部件为双材料部件时，清楚的是最终部件由利用任何材料制成的第一部分11和利用非晶态金属泡沫制成的第二部分12组成。该方法的第一步骤包括提供非晶态金属泡沫预成型件。例如，这可以是双材料表圈，所述双材料表圈由利用第二材料制成的第二部分12上的用作第一部分11的基座31组成。第二部分12则形成如图5中可见的表圈的外壳32。

在另一示例中，最终部件10可以是如图6中可见的轴41，所述轴的直径缩小端部42由第二材料制成。

在这两个示例中，显然第一部分或第二部分可以是非晶态金属泡沫。

这两个示例突出了能够根据其用途来选择材料的双材料部件的优点。

第二步骤包括提供双材料部件的第一部分11并且将该第一部分安置在具有最终部件的形状和尺寸的模具中。

在该第二步骤中，也将预成型件安置在模具中。预成型件具有与第二部分的形状类似的形状。

在第三步骤中，执行加热步骤。该加热步骤包括将该组合加热至预成型件的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间(含端点)的温度。在该温度下，非晶态金属具有大幅减小的粘度，粘度的减小取决于温度。温度越高，粘度减小得越多。该粘度使得非晶态金属能够注入模具的所有拐角中。该升温也使得可以加热泡沫预成型件中存在的气泡。

现在，被加热的气体开始膨胀，结果是它将占据更大的容积。如果泡沫的非晶态金属处于称为粘性的状态，气体的这种膨胀引起泡沫预成型件的膨胀，该预成型件开始鼓胀。因此，预成型件所占据的体积增大。与非晶态金属的成形特征相关联的预成型件的体积的这种增大引起模具的填充，即专用于最终部件的第二部分的空间的填充。

一旦预成型件的膨胀已完成，便执行冷却步骤。执行该冷却步骤以固定非晶态金属泡沫预成型件并形成中间部件。

在图7中所见的该第一实施例的一个变型中，可以设想最终部件的包括凹腔13的第一部分11。该凹腔13用于在第二部分32为涂层并用于形成双材料部件时改善第一部分31与第二部分32之间的结合。在制造期间产生凹腔13使得非晶态金属泡沫能够在其中膨胀以加强第一部分与第二部分之间的结合。

如果适合的话，该凹腔可以包括如图8中可见的提高粗糙度并因此改善附接的结构14或由该结构14替代。

在第一实施例的第一变型的一个替代方案中，该凹腔适合于具有使得其面积不恒定的形状。这意味着凹腔不具有不随深度变化的轮廓。凹腔的轮廓理想而言将根据深度而变宽以便形成自然保持。

在多个实施例的方法的一个变型中，预成型件仅在第三步骤期间变成泡沫。事实上，当泡沫使用随温度变化而释放气体的前体化学制剂时，上文已描述包含这些前体化学制剂的合金可以在它们释放气体之前冷却，从而使得可以获得不呈泡沫形式的预成型件。

该可能性实现了其中泡沫预成型件转换的步骤和所述泡沫膨胀的步骤同时发生的方法。这是可能的，因为通过前体化学制剂释放气体和泡沫的膨胀在材料被加热时发生。

因此，该方法包括提供不呈泡沫形式的预成型件并且将它置于模具中。然后将该组合加热至使得前体化学制剂能够释放气体的温度，该温度也使得气体能够膨胀并引起材料的膨胀。

在多个实施例中，可以采用多种方式控制非晶态金属泡沫预成型件的膨胀。

第一方案包括在泡沫的制造期间更改气泡的密度。一种制造非晶态金属泡沫的方法包括将气泡注入熔化的金属中并冷却它以截留这些气泡。气泡的注入可以被控制成使得它们以或多或少均匀且或多或少密集的方式分布。于是，显然，气泡的密度越大，截留在泡沫中的气体的体积越大。现在，截留的气体体积越大，由于气体在加热阶段期间的膨胀而造成的膨胀越大。

第二方案包括通过更改加热步骤的温度来控制非晶态金属泡沫的膨胀。有效的是，当气体被加热时，构成它的颗粒的运动量增加。在恒定体积下，这被反映为压力的升高，因为单位面积的颗粒之间的撞击次数增加。如果压力必须保持恒定，则按照理想气体定律，气体的体积于是必须增大。因此，通过在加热步骤期间升高或降低加热温度，来改变截留在非晶态金属泡沫中的气体的体积并进而变更其膨胀。

在第三方案中，通过控制第二实施例的加热封罩或第一实施例的模具的凹腔中的气氛来控制非晶态金属泡沫的膨胀。该方案从膨胀可以自截留在非晶态金属泡沫中的气体的压力大于泡沫外部的气氛的压力的瞬间起的原理开始。理念在于外部气氛接近真空以便尽可能促进泡沫的膨胀。借助于该事实，通过调节外部压力，考虑外部气氛的压力越高膨胀越低来调节所述泡沫的膨胀幅度。

显然，可以对上述本发明的各种实施例做出对本领域的技术人员来说显而易见的各种修改和/或改进和/或组合而不脱离通过所附权利要求限定的本发明的范围。

显然，可以设想用如图9所示的突起15代替凹腔或对凹腔增设突起15。这些突起是凹腔的相反形状并具有相同功能。这意味着非晶态金属泡沫成形为能够包封该突起或这些突起并改善第一部分和第二部分的紧固。

Claims (16)

1.一种包括由第一材料制成的第一部分(11)和由第二材料制成的第二部分(12)的部件(10)的制造方法，其中，所述制造方法还包括以下步骤：

-提供由该第二材料制成的预成型件，所述第二材料是适于在承受温度和压力条件时体积增大的至少部分非晶态金属；

-提供所述第一部分并且将所述第一部分和预成型件放置在具有要制造的所述部件的相反形状的两个模之间；

-将所述第一部分、所述预成型件和所述两个模的组合加热至所述预成型件的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间且含端点的温度，以便最迟在该步骤期间使该预成型件能够形成至少部分非晶态金属泡沫并使得所述预成型件能够膨胀以便填充所述部件的相反形状并形成所述部件；

-冷却所述组合以固化所述预成型件，从而保持所述至少部分非晶态金属泡沫状态并将所述部件与所述模分离。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述预成型件的膨胀用来形成被涂覆部件。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述预成型件的膨胀用来形成双材料部件。

4.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一部分包括至少一个凹腔(13)，形成所述第二部分的非晶态金属泡沫延伸入所述至少一个凹腔中。

5.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一部分包括至少一个突起(15)，形成所述第二部分的非晶态金属泡沫在所述至少一个突起的周围延伸。

6.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一部分包括使得所述第二部分能够更好地附接的结构(14)。

7.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述制造方法包括制作至少部分非晶态金属泡沫预成型件的预备步骤。

8.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述泡沫的膨胀通过温度来控制，温度越高，膨胀越大。

9.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述泡沫的膨胀取决于所述泡沫中的气体密度，截留的气体体积越大，膨胀越大。

10.如权利要求1所述的制造方法，其中，通过使所述泡沫中的压力比环境压力大来产生膨胀。

11.一种通过权利要求1所述的制造方法生产的装置(10)，包括由第一材料制成的第一部分(11)和由第二材料制成的第二部分(12)，其特征在于，所述第二部分从所述第一部分的其中一个面延伸出来并由至少部分非晶态金属泡沫制成。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述第二部分为涂层。

13.如权利要求11所述的装置，其中，所述第二部分使得能够形成双材料部件。

14.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一部分包括至少一个凹腔，形成所述第二部分的所述非晶态金属泡沫延伸入所述至少一个凹腔中。

15.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一部分包括至少一个突起，形成所述第二部分的非晶态金属泡沫在所述至少一个突起的周围延伸。

16.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一部分包括形成所述第二部分的非晶态金属泡沫延伸入其中的结构。

Images