CN107921586A - 用于制造塑料金属混合构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造塑料金属混合构件(1)的方法，其中，为了改善由金属的基体(4)的设有防腐蚀层(2)的金属表面(3)与至少一种塑料组分(14)的附着，基体(4)的金属表面(3)的防腐蚀层(2)设有带有侧凹部(12)的表面结构(13)。为了避免防腐蚀层(2)的损坏，针对性地并且限定地将与防腐蚀层(2)良好可接合的附加材料以几何确定的和/或几何不确定的结构的依次相继的优选金属的元件(9)的形式在相对于防腐蚀层的相对的运动中施加在防腐蚀层(2)上。附加材料的施加到防腐蚀层(2)上的元件(9)分别例如借助激光(10)熔化并且焊接在防腐蚀层(2)上，其中，制造基体(4)的金属表面(3)的防腐蚀层(2)的具有侧凹部(12)的表面结构(13)。在随后的直接喷射工艺中，以热塑性的塑料组分(14)至少部分地这样填充表面结构(13)的侧凹部(12)，使得进行塑料组分从后面嵌入侧凹部(12)中，其中，形成塑料金属混合构件(1)。

Description

用于制造塑料金属混合构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造塑料金属混合构件的方法，其中，为了改善由金属制成的基体的设有防腐蚀层的金属表面与至少一种塑料组分的附着，所述金属表面的防腐蚀层设有带有侧凹部的表面结构，在直接喷射工艺中以所述至少一种塑料组分分别至少部分地这样填充所述侧凹部，使得所述塑料组分从背后嵌入防腐蚀层的表面结构的侧凹部中，其中，形成塑料金属混合构件。
背景技术
混合结构方式的轻质构件的特征是：大多由金属制成的基体与接合或附加到所述基体中的塑料件的形锁合。这样的轻质构件以相应的构造例如用于车辆部件、例如载客车或载货车的构件。
如果热喷射层沉积到金属的基质上，则通常由于喷射层和基质之间的高的温差而出现高的机械应力，所述机械应力不利于层附着。在通常的热喷射法、例如等离子喷涂、火焰喷涂、高速火焰喷涂或电弧丝喷涂中，喷射颗粒以熔融的状态沉积到冷的基质上并且以高的冷却速度淬火。同样，层和基质的不同的机械的和热的特性也尤其是在高的机械负载或温度变化负载的情况下对层附着有不利影响。
在光滑的并且未经处理的基质表面上的附着在任何情况下都是不足的。为了改善热喷射层的附着，通常需要在热涂层之前将基质表面粗糙化。由此增加了基质和层材料之间的接触面，以及引起一定的程度的机械的夹紧。这样的粗糙化例如可以通过喷砂、磨削或精车或者说切削加工进行。
在一种由JP 2014-051041 A已知的方法中，为了改善金属表面和至少一种塑料组分的附着，在第一方法步骤中借助短脉冲激光辐射将宏观的和/或微观的侧凹部形的狭槽制入金属表面中以用于其粗糙化，所述狭槽的凹形的开口区域在俯视图中以及其纵剖面应该分别具有重复的、几何上准确限定的形状。在此，对于要制入金属表面中的狭槽的开口区域预定在其俯视图中限定的总是重复的形状，如圆形、银杏树叶片形、回旋镖形、椭圆形、方形、多边形或类似形状，以及对于狭槽的纵剖面预定三角形、四角形或梯形。在第二方法步骤中，然后在直接喷射工艺中，在金属表面中这样准确成形的狭槽以至少一种塑料组分至少部分地被这样填充，使得达到在所述至少一种塑料组分和金属表面中的狭槽之间的改善的附着。
此外，在DE102007023418 B4中说明了一种用于粗糙化尤其是金属、塑料或陶瓷的构件表面的方法，以用于改善在其上要热施加的热喷射层的附着，其方式为：所述表面在形成微观的侧凹部的情况下粗糙化，其中，所述表面借助脉冲的激光束制入以在20°至80°的范围中的倾斜角倾斜延伸的成形穴，所述成形穴这样确定尺寸，使得成形穴的至少一个边缘相对于金属表面形成侧凹部，其中，所述表面至少局部地多次地利用脉冲的激光束进行处理，所述激光束具有不同的方位角、倾斜角和/或不同的激光能量。在此说明，对于涂层的质量有利的是，喷射流应该以与成形穴相同的倾斜度在表面上引导。为此，成形穴应该同向平行地构成有仅一个相对于表面侧凹的边缘。因此，成形穴越深，喷射流的适配的合适的角度就必须越准确地限定。角度调节的公差相应地减小。不适合地选择的喷射流因此可能导致成形穴的不完全的填充，这不利地影响或者说减小喷射层的附着强度。
由DE102006004769 A1此外已知一种用于粗糙化金属表面以用于改善在其上热喷射的层的附着的方法。在此，在第一方法步骤中，以去除材料的或切除材料的处理方式将空隙或凹部制入表面中，从而表面的伸出的金属形成突出的微结构、尤其是突起、沟纹、外翻部或隆起部，其中，在至少一个第二方法步骤中以如下方式变形和/或断裂地再加工所述微结构，使得结构的主要部分相对于表面形成侧凹部。
此外，在DE102008040782 A1中公开一种用于制造尤其是用于机动车应用的复合构件的方法，该复合构件包括至少一个具有第一接触表面的第一构件和至少一个具有贴靠在所述第一接触表面上的第二接触表面的第二构件，其中，在第一构件的第一接触表面上借助激光这样产生表面结构，使得所述表面结构具有由纳米结构叠加成的微结构。在第一构件的第一接触表面的表面结构化之后，所述第一构件与由塑料材料、尤其是热塑性的材料制成的第二构件通过用第二构件至少局部注塑包封第一构件形锁合地连接。
由DE102008058225 A1最后已知一种混合结构方式的轻质构件，其包括镀锌的钢或铁基体的基体，所述基体借助热塑性塑料加强并且适合用于传输高的机械负载。镀锌的钢或铁基体经受表面处理，以实现基体和热塑性塑料之间的固定的形锁合。镀锌的钢或铁基体的预处理可以通过不同的方法进行，例如锌表面的激光器处理可以借助脉冲的Nd:YAG激光辐射进行。由此可以将不同的结构施加在锌表面上。优选的结构是点结构、丝结构或交叉结构。热塑性塑料的喷射于是优选在一个工序实现。
在用于由金属和塑料制造轻质构件或混合构件的已知的迄今的方法中，所述金属的表面结构化通过去除的方法、例如通过去除的激光方法进行。这具有如下缺点：在防腐蚀的金属板或基质中保护层会被损坏或破坏。此外，基质横截面在结构化区中通过激光去除(穿孔)而减小。另一个缺点是在热影响区中的组织变化。
发明内容
本发明的任务是，提供一种开头所述类型的方法，利用该方法，在制造由金属制成的基体的防腐蚀的金属表面的具有侧凹部的表面结构时避免防腐蚀层的损坏以及之前提及的缺点。
按照本发明，该任务通过如下方式解决：针对性地并且限定地将与由金属制成的基体的金属表面的防腐蚀层良好可接合的并且在电化学上相容的附加材料以几何确定的和/或几何不确定的结构的依次相继的优选金属元件的形式在相对于基体的相对的运动中施加在金属制成的基体的金属表面的防腐蚀层上，并且附加材料的施加在防腐蚀层上的金属元件分别熔化并且焊接在防腐蚀层上。
优选，使用带状的金属绒作为与例如由钢制成的基体的金属表面的例如由锌制成的防腐蚀层良好可接合的并且在电化学上相容的金属的附加材料，其中所述带状的金属绒局部作为几何确定的和/或几何不确定的形式的相互连接的金属元件连续地施加在金属表面的防腐蚀层上并且所施加的金属元件分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
同样可以使用从金属丝卷退绕的金属丝作为与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的并且在电化学上相容的金属的附加材料，所述金属丝借助定位在防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的金属丝成形器从退绕的金属丝端部连续地局部成形为几何确定的和/或几何不确定的形式的相互连接的金属元件，所述金属元件连续地分别从退绕的金属丝端部施加在防腐蚀层上并且借助激光或备选的聚焦的热源焊接在防腐蚀层上。
优选，结构金属丝和带状的金属丝绒选择为具有十分之几毫米至数毫米的直径。
优选使用颗粒作为与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的金属的附加材料的金属元件，所述金属元件分开地依次相继地以几何确定的和/或不确定的形式施加在防腐蚀层上并且接着分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
优选，所述颗粒借助以金属粉末填充的定位在由锌制成的防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的漏斗形的施加装置作为与防腐蚀层良好可接合的金属的附加材料的金属元件以几何确定的和/或几何不确定的形式施加在防腐蚀层上并且接着分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
优选，颗粒的大小同样在十分之几毫米至数毫米的范围中选择，从而在直接喷射的塑料物质的表面中的结构化不可见。
此外，为了实现用颗粒对表面进行加载，确保对于塑料熔化物的基体的表面的可接近性。
与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的金属的附加材料的金属元件也可以由从卷材退绕的金属丝借助定位在防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的断丝器以几何确定的和/或几何不确定的形式逐个地分开并且从断丝器下落地连续彼此成距离地施加在防腐蚀层上并且借助激光或备选的聚焦的热源分别熔化并且焊接在防腐蚀层上。
优选直径在十分之几毫米至数毫米的范围中选择的结构金属丝的区段以<1的直径/长度比借助断丝器从退绕的结构金属丝逐个地分开。
按照本发明的方法尤其是由此被证明为有利的：在不损坏防护层的情况下制造在防腐蚀层上带有侧凹部的表面结构。基于附加的材料施加，金属表面的防腐蚀保护得以保持。此外不发生基质横截面的削弱。由此使基质几何结构的确定尺寸显著地变得容易。此外在激光处理期间不发生在基质材料中的组织变化。所述方法能够实现针对性的局部的结构化以及定制的金属梯度层。此外能实现在粘接时复合特性的优化。
附图说明
现在参考附图解释本发明。在附图中：
图1为由钢制成的基体的金属表面的具有侧凹部的防腐蚀层的制造的示意图，其中使用从结构金属丝卷退绕的结构金属丝作为与防腐蚀层良好可接合的附加材料；
图2为利用按照本发明的方法制造的塑料金属混合构件的自由截段视图，其中，按照图1的结构金属丝的堆焊在防腐蚀层上进行；
图3为与图1对应的示意图，然而其中使用带状的金属丝绒作为与防腐蚀层良好可接合的附加材料；
图4为与图1对应的示意图，其中使用粉末的颗粒作为与防腐蚀层良好可接合的附加材料；
图5为利用按照本发明的方法制造的塑料金属混合构件的自由截段视图，其中按照图4的粉末的颗粒的激光堆焊或火焰喷涂在防腐蚀层上进行；
图6为对应图4的示意图，然而其中使用从结构金属丝卷退绕的结构金属丝的分开的区段作为与防腐蚀层良好可接合的附加材料；以及
图7为利用按照本发明的方法制造的塑料金属混合构件的自由截段视图，其中，结构金属丝的借助断丝器从结构金属丝分开的并且下落到防腐蚀层上的区段在防腐蚀层上按照图6进行激光堆焊。
具体实施方式
如图1示出的，在用于制造塑料金属混合构件1的方法的一种实施形式中(该塑料金属构件在图2中示意性地在自由截段视图中示出)，使用从结构金属丝卷5退绕的结构金属丝6作为与由钢制成的基体4的金属表面3的由锌制成的防腐蚀层2良好可接合的附加材料。结构金属丝6借助定位在防腐蚀层2上方并且相对于该防腐蚀层运动的金属丝成形器7从结构金属丝6的退绕的端部8连续地局部成形为几何确定的和/或几何不确定的形式的相互连接的金属元件9。成形的结构金属丝6的相互连接的元件9在此连续地分别从结构金属丝6的退绕的端部8施加在防腐蚀层2上并且借助激光10或备选的聚焦的热源在焊接点11处焊接在防腐蚀层2上，如图2所示。在此，制造出基体4的金属表面3的防腐蚀层2的具有侧凹部12的表面结构13。
此外，由图2可知，成形的结构金属丝6的相互连接的并且在防腐蚀层2上借助激光10焊接在焊接点11中的元件9在直接喷射工艺中由热塑性的塑料组分14的熔化物绕流，其中防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12至少部分地由塑料组分14这样填充，使得塑料组分从后面嵌入防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12中，其中，形成塑料金属混合构件1。
如图3所示，按照所述方法的一种备选的实施形式，带状的金属丝绒15也可以用作与防腐蚀层2良好可接合的附加材料。为此，金属丝绒15从以金属丝绒15填充的存储器17的通道状的导向装置16中带状地引出并且从引出的端部18局部地以几何确定的和/或几何不确定的结构的相互连接的金属元件9的形式在防腐蚀层2上作为与所述防腐蚀层良好可接合的附加材料连续地施加，所述存储器定位在例如由钢制成的基体4的金属表面3的例如由锌制成的防腐蚀层2上方并且相对于防腐蚀层2运动。带状的金属丝绒15的施加到防腐蚀层2上的元件9于是分别借助激光10或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层2上，其中，制造出基体4的金属表面3的防腐蚀层2的具有侧凹部12的表面结构13。在随后的直接喷射工艺中，于是对应地如以上关于图2所说明的那样进行塑料金属混合构件1的制造。
由图4可知，按照所述方法的另一种备选的实施形式，可以使用颗粒19作为与由钢制成的基体4的金属表面3的由锌制成的防腐蚀层2良好可接合的附加材料的金属元件。为此，颗粒19借助以粉末20填充的、定位在防腐蚀层2上方并且相对于该防腐蚀层运动的漏斗形的施加装置21以几何确定的和/或几何不确定的形式施加在基体4的金属表面3的防腐蚀层2上并且接着分别借助激光10或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层2上。在此，制造出基体6的金属表面5的防腐蚀层4的具有侧凹部10的表面结构13。
如图5阐明的那样，随后在直接喷射工艺中在防腐蚀层2上分别在焊接点11之一中焊接的颗粒19由热塑性的塑料组分14的熔化物绕流。在此，分别以塑料组分14至少部分地这样填充防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12，使得塑料组分从后面嵌入由钢制成的基体4的金属表面3的防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12中，其中，形成塑料金属混合构件1。
图6示出所述方法的关于图4的备选实施形式，其中，与由钢制成的基体4的金属表面3的由锌制成的防腐蚀层2良好可接合的附加材料的元件由结构金属丝6的几何确定的和/或几何不确定的形式的区段22形成。为此，从结构金属丝卷5退绕的结构金属丝6的区段22借助定位在防腐蚀层2上方并且相对于该防腐蚀层运动的断丝器23以几何确定的和/或几何不确定的形式逐个地分开，所述结构金属丝从断丝器23下落地连续地彼此成距离地施加在防腐蚀层2上以及借助激光10或备选的聚焦的热源分别熔化并且焊接在防腐蚀层2上，其中，制造基体4的金属表面3的防腐蚀层2的具有侧凹部12的表面结构13。
由图7可见，随后在直接喷射工艺中，结构金属丝6的在防腐蚀层2上分别在焊接点11之一中焊接的区段22由热塑性的塑料组分14的熔化物绕流。在此，分别以塑料组分14至少部分地这样填充防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12，使得塑料组分从后面嵌入由钢制成的基体4的金属表面3的防腐蚀层2的表面结构13的侧凹部12中，其中，形成塑料金属混合构件1。
当然，本发明的实施形式不限于在此公开的特别的结构、方法步骤或材料，而是可以扩展到对于在相关的领域上的本领域一般技术人员可看出的等效措施。当然，在此使用的术语仅用于说明确定的实施形式并且不应解释为限制性的。所说明的特征、结构或特性可以以任何适合的方式在一个或多个实施形式中进行组合。
附图标记列表
1 塑料金属混合构件
2 防腐蚀层
3 金属表面
4 基体
5 结构金属丝卷
6 结构金属丝
7 金属丝成形器
8 结构金属丝的退绕的端部
9 金属元件
10 激光
11 焊接点
12 侧凹部
13 表面结构
14 热塑性的塑料组分
15 金属丝绒
16 通道状的导向装置
17 存储器
18 带状的金属丝卷的端部
19 颗粒
20 粉末
21 漏斗形的施加装置
22 结构金属丝的分开的区段
23 断丝器

Claims (10)

1.用于制造塑料金属混合构件的方法，其中，为了改善由金属制成的基体的设有防腐蚀层的金属表面与至少一种塑料组分的附着，所述基体的金属表面的防腐蚀层设有带有侧凹部的表面结构，在直接喷射工艺中分别以所述至少一种塑料组分至少部分地填充所述侧凹部，使得塑料组分从后面嵌入基体的金属表面的防腐蚀层的表面结构的侧凹部中，其中，形成塑料金属混合构件，其特征在于，针对性地并且限定地将与基体的金属表面的防腐蚀层良好可接合的并且在电化学上相容的附加材料以几何确定的和/或几何不确定的结构的依次相继的元件的形式在相对于基体的相对运动中施加在基体的金属表面的防腐蚀层上，并且附加材料的在防腐蚀层上施加的元件分别熔化并且焊接在防腐蚀层上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用带状的金属丝绒作为与例如由钢制成的基体的金属表面的例如由锌制成的防腐蚀层良好可接合的附加材料，其中，所述带状的金属丝绒局部地作为几何确定的和/或几何不确定的形式的相互连接的金属元件连续地施加在防腐蚀层上，以及所施加的元件分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述带状的金属丝绒选择为具有十分之几毫米至数毫米的直径的带状的金属丝绒。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用从金属丝卷退绕的结构金属丝作为与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的附加材料，所述结构金属丝借助定位在防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的金属丝成形器从结构金属丝的退绕的端部连续地局部成形为几何确定的和/或几何不确定的形式的相互连接的金属元件，所述金属元件连续地分别从结构金属丝的退绕的端部施加在防腐蚀层上并且借助激光或备选的聚焦的热源焊接在防腐蚀层上。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的附加材料的元件由从卷材退绕的结构金属丝的几何确定的和/或几何不确定的形式的区段形成，所述区段借助定位在防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的断丝器从结构金属丝的退绕的端部逐个地分开，从断丝器下落地连续地彼此成距离地施加在防腐蚀层上，借助激光或备选的聚焦的热源分别熔化并且焊接在防腐蚀层上。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，直径在十分之几毫米至数毫米的范围中选择的结构金属丝的区段以<1的直径/长度比借助断丝器从退绕的结构金属丝逐个地分开。
7.按照权利要求4-6之一所述的方法，其特征在于，所述结构金属丝和带状的金属丝绒的直径选择为十分之几毫米至数毫米的直径。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用颗粒作为与由钢制成的基体的金属表面的由锌制成的防腐蚀层良好可接合的附加材料的金属元件，所述金属元件分开地依次相继地以几何确定的和/或不确定的形式施加在防腐蚀层上并且接着分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述颗粒借助以粉末填充的、定位在防腐蚀层上方并且相对于所述防腐蚀层运动的漏斗形的施加装置作为几何确定的和/或几何不确定的形式的金属元件施加在金属表面的防腐蚀层上，并且接着分别借助激光或备选的聚焦的热源熔化并且焊接在防腐蚀层上。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述颗粒的大小在十分之几毫米至数毫米的范围中选择，从而在直接喷射的塑料物质的表面中的结构化不可见。
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