CN113631314A - 具有变化厚度的包覆层的包覆制品 - Google Patents
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Abstract
一种包覆制品可包括第一金属层、包覆层和位于所述包覆层和所述第一金属层之间的第一固态焊接界面区域。所述包覆层可以包括在所述包覆层的厚度方向上具有第一包覆层厚度的第一包覆层区域和在所述包覆层的厚度方向上具有第二包覆层厚度的第二包覆层区域。所述第二包覆层厚度可以大于所述第一包覆层厚度。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月22日提交的美国临时专利申请No.62/822,223的权益，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
在某些应用中，当制造制品时将材料组合以受益于两种材料的有利性质可能是有益的。例如，钢和铝可以在制造中组合以制造具有钢的强度以及铝的减轻重量的部件。其他示例可包括炊具，炊具可以使用用于散热的铝芯和用于保持吸引人的美学外观的不锈钢饰面，或者可以包括压力容器，压力容器可需要坚固的材料以保持高压，同时具有耐腐蚀的内表面。
由于金属的不同性质，使用传统焊接方法结合不同金属可能是困难的。而不同的金属可以通过包覆结合。然而，已知的包覆方法可能需要包覆层具有基本上均匀的厚度，以便获得足够强度和质量的结合。然而，在某些应用中，可能期望包覆层的选择性部分比包覆层的剩余部分厚，例如，以便于制品之间的结合或耦合，或增加制品的特定区域的耐腐蚀性、耐摩擦或耐热性。
因此，可能期望开发一种包覆制品和用于制造包覆制品的方法，其中包覆层可以具有变化的厚度。
发明内容
包覆制品的示例性实施例可包括第一金属层、包覆层和位于所述包覆层和所述第一金属层之间的第一固态焊接界面区域。所述包覆层可以包括在所述包覆层的厚度方向上具有第一包覆层厚度的第一包覆层区域和在所述包覆层的厚度方向上具有第二包覆层厚度的第二包覆层区域。所述第二包覆层厚度可以大于所述第一包覆层厚度。
制造包覆制品的方法的示例性实施例可包括：提供包括第一材料并具有第一金属层表面的第一金属层；提供包括第二材料并具有基本均匀的第一包覆层厚度的包覆层；将所述包覆层固态焊接到所述第一金属层表面；以及在将所述包覆层固态焊接到所述第一金属层表面之后，通过将材料结合到所述包覆层的与所述第一金属层相背的外表面来产生改性包覆层区域。所述改性包覆层区域中的第二包覆层厚度可以大于所述第一包覆层厚度。
包覆制品可以包括基层、由包括钽或钽合金的材料形成的包覆层、位于所述包覆层和所述基层之间的第一固态焊接界面区域、以及结合到所述包覆层的下面部分的包覆层突出部。所述包覆层突出部可以包括超声焊接到所述包覆层的层叠的多层箔。所述多层箔中的箔可以由包括钽或钽合金的材料形成。
附图说明
将通过参考附图中示出的示例性实施例来给出更具体的描述。应当理解，这些附图描绘了示例性实施例，而不限制本公开的范围，将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述和解释示例性实施例，其中：
图1是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图2是根据示例性实施例的包覆制品的横截面图；
图3是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图4是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图5是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图6是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图7是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图8是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图9是根据示例性实施例的包覆制品的横截面图；
图10是根据示例性实施例的包覆制品的横截面图；
图11是根据示例性实施例的包覆制品的横截面图；
图12是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图13是根据示例性实施例的包覆制品的立体图；
图14是根据示例性实施例的包覆制品的横截面图；
图15是示出根据示例性实施例的用于制造包覆制品的方法的流程图；
图16是示出根据示例性实施例的用于制造包覆制品的方法的流程图；
图17是示出通过爆炸焊接制备包覆制品的步骤的说明性示意图；
图18是示出根据示例性实施例的粉末床设备的示意图；
图19是示出根据示例性实施例的粉末供给设备的示意图；
图20是根据示例性实施例的电子束设备的示意图；以及
图21是根据示例性实施例的线弧设备的示意图。
通过以下详细描述以及附图，示例性实施例的各种特征、方面和优点将变得更加明显，其中，贯穿附图和详细描述，相同的附图标记表示相同的部件。所描述的各种特征在附图中不一定按比例绘制，而是绘制成强调与一些实施例相关的特定特征。
本文使用的标题仅用于组织目的，并不意味着限制本公开或权利要求书的范围。为了便于理解，在可能的情况下，使用附图标记来表示图中共有的相同元件。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例。各个示例是以解释的方式提供的，并且不意味着限制并且不构成所有可能实施例的定义。
图1示出包覆制品100的示例性实施例。包覆制品100可包括第一金属层110和包覆层120。在示例性实施例中，第一金属层110可由诸如不锈钢、碳钢、钛、镍、铝或包括这些材料中的任一种的合金的材料形成。在示例性实施例中，包覆层可由诸如铝、钢、钛、锆、铜、银、钽或包括这些材料中的任一种的合金的材料形成。然而，应当理解，第一金属层110和包覆层120不限于这些材料，可以根据具体应用的要求使用其他材料。
包覆层120可以通过固态焊接方法结合到第一金属层110，从而形成位于包覆层120和第一金属层110之间的第一固态焊接界面区域130。第一固态焊接界面区域130可以是包覆层120和第一金属层110之间的区域，其中来自包覆层120和第一金属层110中的每一个的原子彼此扩散。应当理解，第一固态焊接界面区域130的图示仅用于说明目的，而不是按比例绘制的。在示例性实施例中，第一固态焊接界面区域130可以是第一爆炸焊接界面区，如下文详细描述的。
如在当前图2中所见，包覆层120可以包括在包覆层120的厚度方向Z上具有第一包覆层厚度D1的第一包覆层区域122。在示例性实施例中，第一包覆层厚度D1的范围可以从大约0.1mm到大约51mm(即，大约2英寸)。可以理解，当第一包覆层厚度D1变得显著大于51mm时，可能变得难以在包覆层120和第一金属层110之间执行固态焊接。包覆层120还可以包括在包覆层120的厚度方向Z上具有第二包覆层厚度D2的第二包覆层区域124。第二包覆层厚度D2可以大于第一包覆层厚度D1。第二包覆层厚度可以是适合所需应用的任何尺寸。应当理解，通常，由均匀厚度D1形成的包覆层将具有与其相关联的厚度制造公差。例如，如果包覆层的示例性实施例具有1mm的期望均匀厚度，则实际生产的包覆层可以具有1mm+/-x的任意一点的厚度，x是厚度制造公差。应当理解，在包覆制品100中，第一包覆层厚度D1和第二包覆层厚度D2之间的差D3可以大于具有等于D1的均匀厚度的包覆层的厚度制造公差。换句话说，包覆制品100的厚度的变化是设计的，而不仅仅是制造公差的副产品。
图3至图8示出示例性实施例，其示出了第二包覆层区域的尺寸和形状的可能变化。例如，在图3中，提供多个相同的第二包覆层区域124。然而，应当理解，多个包覆层区域124中的每个第二包覆层区域124不需要相同。例如，图4示出第二包覆层区域124a、124b和124c的厚度不同的示例性实施例。图5示出第二包覆层区域124d、124e的长度和/或宽度可以不同的示例性实施例。图6示出第二包覆层区域124f的厚度可以在第二包覆层区域124f内变化的示例性实施例。图7示出第二包覆层区域124不限于特定形状的示例性实施例。例如，第二包覆层区域124g可以具有弯曲或圆形形状，或者第二包覆层区域124h可以具有不规则多边形形状。在一些情况下，第二包覆层区域124可能需要复杂的三维(3D)形状，以便与其他部件耦合或相互作用。图8示出第二包覆层区域124j可以包括通孔126或凹口127以机械地配合或耦合其他部件的示例性实施例。
上述示例描述了第一金属层110和包覆层120可以通过固态焊接方法结合。固态焊接可包括在低于被连接的基材的熔点的温度在结构元件之间产生结合/焊接的一组焊接工艺，而不添加钎焊填充金属。在示例性实施例中，固态焊接可被描述为如下结合/焊接工艺：(i)不使结构元件的一部分经历液相或气相，(ii)使用压力，以及(iii)具有或没有温度帮助。固态焊接在很宽的压力和温度范围内进行，基材具有明显的变形和固态扩散。固态焊接工艺包括冷焊接、扩散焊接、爆炸焊接、锻造焊接、摩擦焊接、热压焊接、辊焊和超声焊接。
爆炸焊接(“EXW”)是一种固态焊接技术，其使用受控爆炸，迫使不同的金属进入高质量的冶金结合接头。不同金属之间的过渡接头具有高机械强度，是超高真空密封并且能够承受剧烈的热剧增。EXW是一种固相工艺，其中通过使用炸药以极高的速度加速其中一个部件来完成将两种金属焊接或包覆在一起。这个过程是固相的，因为这两个部件始终处于物质的固态。这可以与要求至少一个部件被液化、气化或离子化的其他金属对金属焊接或包覆技术(例如电弧焊接、气焊、热浸镀、电镀和气相沉积)形成对比。
EXW是一种固态工艺，它通常使两种不同的金属经受比液态或气态工艺低得多的工艺温度。金属的晶体结构高度依赖于其所暴露于的温度。对于一些金属，暴露于高温过程会以非常有害的方式改变金属的物理特性，例如，使金属对于给定应用过于脆。EXW通常用于用耐腐蚀材料的薄层来包覆碳钢板。例如，不锈钢、镍合金、钛、锆、银和钽是用于包覆层120的材料的非限制性示例，如图1至图8所示。应当理解，包覆层材料120不限于这些材料，并且根据特定应用，可以使用其他材料。另外，除碳钢之外的其他材料也可用作第一金属层110。
通过EXW生产的典型几何形状包括板、管、管板和圆柱体。虽然管和管板的任何一个表面，即内表面或外表面，都可以是包覆层，但对于实心圆柱体，仅外表面可以是包覆层，这是显而易见的，因为炸药不能被放置在实心圆柱体中。虽然至少从效率的角度来看，对于通过EXW初始形成的几何结构确实存在限制，但是可以对标准几何结构进行修改。即，一旦通过EXW形成包覆层，则可对包覆板、包覆管、包覆管板或包覆圆柱体进行多次后包覆处理，从而产生多种不同形状。基本上，任何不会使包覆层劣化的成形/机加工工艺都可以应用于包覆结构。
EXW可以在两种金属之间产生结合，而不必通过常规方法焊接或以其他方式连接在一起。该工艺不熔化任何一种金属，而是两种金属的表面在彼此紧密接触的同时都被塑化。塑化和接触足以产生焊接。这是与其他非熔焊技术(例如摩擦焊接)类似的原理。由于两种金属的表面材料在反应过程中被剧烈排出，因此大面积的结合可以非常迅速地进行，并且焊接本身非常清洁。EXW可以连接各种相似和不同的金属。
图17示出用于爆炸焊接第一金属层110和包覆层120以产生包覆制品100的方法900的示例性实施例。在框910中，分别制备并检查第一金属层100和包覆层120。应注意，在爆炸焊接中，包覆层120具有基本上均匀的厚度可能是重要的，否则在爆炸焊接期间施加的力的几何结构可能是次优的，从而导致低质量的焊接。在框920中，可以用研磨机160研磨金属层110和包覆层120的配合表面(即，金属层配合表面112和包覆层配合表面121)。在框930中，可以将包覆层120定位成使得包覆层配合表面121面向金属层配合表面112，并且在包覆层配合表面121与金属层配合表面112之间提供预定间隙126。爆炸材料164可以层叠在包覆层120上。在框940中，如箭头168所示，从第一侧开始并前进到相对侧引爆爆炸材料164。爆炸166的力推动包覆层120抵靠金属层110，从而在它们之间形成第一固态焊接界面区域130。在框950中，将辊170施加到包覆制品100以使其变平。在框960中，包覆制品经历质量测试。例如，可以在包覆层120的外表面128上方使用超声探头172，以检查包覆层120和第一金属层110之间的高质量结合。
虽然上述示例性实施例具有直接结合到包覆层120的第一金属层110，但是应当理解，在一些实施例中，可以在第一金属层110和包覆层120之间提供夹层。例如，图9示出使用夹层的包覆制品200的示例性实施例。该包覆制品可包括第一金属层240、第二金属层210和包覆层220。第二金属层210可以是基层，并且第一金属层240可以是夹层。第一金属层240可以由例如包括铜的材料形成。第一金属层240的第一金属层表面212可以经由第一固态焊接界面区域230结合到包覆层220。另外，第一金属层240可以经由第二固态焊接界面区域250结合到第二金属层210的与第一金属层表面212相背的一侧上。在示例性实施例中，第一固态焊接界面区域230和第二固态焊接界面区域250可以是第一爆炸焊接界面区域和第二爆炸焊接界面区域。
上述示例性实施例将包覆制品100和包覆制品200示出为平板状结构。然而，应当理解，适合于包覆的任何形状或形式，例如管道、管、圆柱体和/或任何其他合适的形状。例如，图10示出具有第一金属层310和包覆层320的管状包覆制品300的示例性实施例。第一金属层310和包覆层320可以通过位于包覆层320和第一金属层310之间的第一固态焊接界面区域330结合在一起。包覆层320可以具有第一包覆层区域322和厚度大于第一包覆层区域322的第二包覆层区域324。
图11示出使用夹层的管状包覆制品400的示例性实施例。例如，包覆制品400可包括第一金属层440、第二金属层410和包覆层420。第一金属层440可以是例如铜夹层。第一金属层440和包覆层420可以经由第一固态焊接界面区域430结合在一起。另外，第一金属层440和第二金属层410可以经由第二固态焊接界面区域450结合在一起。包覆层420可以具有第一包覆层区域422和厚度大于第一包覆层区域422的第二包覆层区域424a、424b。
图12和图13示出具有变化厚度包覆层的包覆制品的另外的示例性实施例。例如，图12示出包覆制品500，其大约一半已经经过精加工处理。图12还示出完成的包覆层表面520和未完成的包覆层表面540。包覆层的变化厚度区域可以呈现完成的侧肋522、未完成的侧肋542和横肋524的形式。
图13示出包覆制品600的示例性实施例，其中外层620是基材，内层610是包覆材料。导管622可以由与内层610相同的材料形成，并且构建为穿过外层620。孔624可以预先形成在外层620和内层610中，或者可以在形成导管622的主体之后通过机加工形成。
图14示出可用于构造压力容器或反应室的包覆制品700的示例性实施例。包覆制品700可包括基层710和包覆层720。基层710和包覆层720可以经由固态焊接界面区域730结合。基层710可由诸如不锈钢、碳钢、钛或可适于形成压力容器的任何其他材料的材料形成。包覆层720可由纯钽或钽合金、或用于反应室的其他耐腐蚀材料形成。在示例性实施例中，包覆层720可以由包括2.5％钨的钽合金形成。诸如钽的材料可能相当昂贵，因此，期望尽可能地使这些材料的使用最小化以降低生产成本。另一方面，当将包覆制品700与其他包覆制品结合以形成完成的反应室时，具有包覆层720的厚区域以提供更多材料用于将部件结合在一起并产生更高质量的接头可能是有用的。例如，像钽这样的材料可以具有比下面的基层710高得多的熔点。因此，加热包覆层720以结合到另一包覆制品可能翘曲或损坏下面的基层710。因此，可能期望在要形成接头的地方具有较厚的钽层，以更好地使下面的基层710与热损伤隔离。为了解决这些利益冲突，包覆制品700可以包括第一包覆层区域722，其中包覆层720的厚度是基本均匀的第一厚度。另外，包覆制品700可包括第二包覆层区域724，第二包覆层区域724具有大于第一厚度的第二厚度。第二包覆层区域724可以包括包覆层720的下面部分726和结合到下面部分726的包覆层突出部728。在示例性实施例中，第二包覆层区域724可以设置在需要更大厚度用于结合的区域中。因此，通过仅在需要的地方提供额外的材料，可以显著地降低生产成本。
第二包覆层区域724可以通过层叠多层箔725而形成。换句话说，包覆层突出部728可以包括层叠的多层箔725。图14示出可以通过层叠箔7251、7252、...、725n-1、725n来形成第二包覆层区域，其中n是表示箔的总数的整数。尽管图14示出至少四层箔725，但是应当理解，可以使用多于或少于四个的箔。例如，第二包覆层区域724可以包括结合到包覆层720的单层箔。或者，可以使用多于四个的任何数目的箔来实现第二包覆层区域的任何期望厚度。在示例性实施例中，箔725可由与包覆层720类似的材料形成。例如，箔725可由钽或钽合金形成。或者，在示例性实施例中，箔725可由不同材料形成。例如，箔可以以Ta、W、Ta、W等的交替图案布置，或者以Ta、Cu、Ta、Cu等的交替图案布置。
在示例性实施例中，每层箔725的厚度可以在大约0.005英寸至大约0.008英寸的范围内。在示例性实施例中，第二包覆层区域724的总厚度可以在包覆层720的表面上方0.020英寸。然而，应当理解，根据期望应用的需要，也可以获得更小和更大的厚度。
图15示出用于制造具有变化厚度的包覆层的包覆制品的方法800的示例性实施例。例如，在框810中，提供第一金属层，例如图14中所示的基层710。在框812中，提供包覆层，例如图14中所示的包覆层720。在框814中，可以通过固态焊接将第一金属层和基层结合在一起。固态焊接可以是爆炸焊接工艺，或如上所述的任何其他合适的固态焊接工艺。固态焊接可以通过上述任何方法来实现。在框816中，可以通过将材料结合到与第一金属层相背的包覆层的外表面来形成改性包覆层区域，例如图14中所示的第二包覆层区域724。在示例性实施例中，框816可包括产生多个改性包覆层区域，例如图14中所示的第二包覆层区域124a、124b和124c。
图16示出用于制造具有变化厚度的包覆层的包覆制品的方法802的示例性实施例。例如，在框810中，提供第一金属层，例如图14中所示的基层710。在框812中，提供包覆层，例如图14中所示的包覆层720。在框814中，可以通过固态焊接将第一金属层和基层结合在一起。固态焊接可以是爆炸焊接工艺，或如上所述的任何其他合适的固态焊接工艺。固态焊接可以通过上述任何方法来实现。在框820中，将增量的材料结合到与第一金属层相背的包覆层的外表面，以形成改性包覆层区域，例如图14中所示的箔7251。在箔7251的情况下，可以将箔7251超声焊接到包覆层720。在框822中，确定改性包覆层区域是否处于期望高度。如果改性包覆层区域不处于期望高度(即，框822处为“否”)，则方法进行到框824，在框824处，将增量的材料结合到改性包覆层区域，例如图14中所示的箔7252。在箔7252的情况下，可以通过超声焊接将箔7252结合到箔7251。然后，该方法返回到框822。框822和824的环可重复所需的次数，以获得改性包覆层区域的期望高度。一旦获得改性包覆层区域的期望高度，该方法可进行至框826，在框826中，可以应用精加工处理。精加工处理可以包括但不限于诸如抛光、磨光、机加工、蚀刻等工艺，以获得期望的最终形状和纹理。
在上述方法802中，超声焊接工艺被描述为用于产生改性包覆层区域的一种可能方法。然而，应当理解，多种工艺都可用于将材料结合到包覆层并形成改性包覆层区域，包括但不限于粉末床熔接工艺、定向能量沉积工艺、片材层压工艺、摩擦焊接工艺、摩擦搅拌焊接工艺、冷金属过渡工艺、电阻焊接工艺、动态金属化工艺，例如冷喷沉积工艺或温喷沉积工艺、粘合剂喷射印刷工艺、等离子体喷涂工艺。
冷喷沉积工艺可包括加速气体射流中的粉末材料与基板碰撞。当与基板碰撞时，粉末材料的颗粒可经历塑性变形并粘附到基板的表面。除了粉末材料的颗粒在碰撞之前被加热之外，温喷沉积工艺可以类似于冷喷沉积工艺。在温喷沉积工艺中，颗粒的温度将低于粉末材料的熔点。
粉末床熔接(“PBF”)是可与各种技术一起使用的方法，例如直接金属激光熔化、电子束熔化、直接金属激光烧结、选择性激光熔化、选择性激光烧结和选择性热烧结。PBF从粉末开始，包括将粉末熔化到足以使颗粒熔合在一起的程度。颗粒可以在PBF工艺中“烧结”(部分熔化)或完全熔化。激光、电子束或加热打印头形式的热能部分或完全熔化粉末。PBF在起始基板的前一层上添加粉末材料的超薄层。该层可通过辊或刀片铺展。粉末可从位于构建平台下方或旁边的存储器供给，构建平台降低以容纳每个相继的粉末层。可以使用激光、电子束光源、可见光源或简单的热源将粉末熔接到下面结构的整个或选定部分。在该过程结束时，未熔接的粉末可被冲走或吹走。
图18示出粉末床制造系统4的示例性实施例。在系统4中，可以通过经由扫描仪12将激光10对准粉末8来逐层构建部件16。粉末8可以包含在粉末床18中，并且激光10作用于其上的粉末8的部分可以设置在部件16的先前固化的部分上。粉末8可通过粉末输送系统20不断地供应到粉末床18，粉末输送系统20可包括粉末储存器20a和耙或辊20b。
图19示出粉末供给制造系统6的示例性实施例。在系统6中，可以通过经由光束引导系统22和透镜24将激光10对准粉末8来逐层构建部件16。粉末8可以包含在粉末供应源26中，并且可以由沉积头30引导到适当的位置。载气28可将粉末8输送到部件16的先前固化部分上的适当位置。激光10可以选择性地作用于设置在部件16的先前固化部分上的粉末8的一部分。没有被激光10作用的粉末可以例如在层形成之间周期性地从部件去除。
定向能量沉积(“DED”)可以利用经由激光、电子束或等离子体电弧传递的高度聚焦的热能来熔化并熔接从粉末金属或金属丝(wire filament)喷射到加热室中的材料。DED有时被称为直接金属沉积或金属沉积。该系统可具有沿四个或五个轴线的金属沉积的特征。
激光工程净成形(net shape)技术是一种基于DED的系统，其从喷嘴分配粉末，并通过激光选择性地熔化部分粉末以构建对象。换句话说，DED可用于向现有金属部件或金属基(例如包覆制品中的包覆层)材添加材料。其他基于DED的工艺可包括电子束添加熔化和快速等离子体沉积。在电子束添加熔化中，金属熔化可经由真空室中的电子束点火而发生。金属粉末或金属丝可以分层完全熔化，每层薄至20微米。在快速等离子体沉积中，等离子体电弧可以在氩气环境中熔化金属丝，以生产可能需要很少或不需要后期加工的部件。
图20示出电子束DED设备50的示例性实施例。设备50可包括电子束(“EB”)枪42、三轴操纵器、电子束源44和送丝器56。示例性实施例可集成电子束枪42和送丝器56，如图19所示。三轴操纵器可允许丝58的工作尖端62在三维(即，三个轴)上相对于工件60移动。图20的实施例可包括工件平台52以实现沿着x轴的相对移动。电子束枪42的左右移动和上下移动可实现分别沿着y轴和z轴的相对运动。
电动电子束枪42可产生高速电子的定向束44。该定向束44可与丝58的工作尖端62相交，并且可选地与工件60或合金熔池46相交，合金熔池46是来自丝58的熔融金属，但也可能来自工件60。来自电子的动能可在与丝58的工作尖端62、基板50、工件60和熔融熔池46中的一个或多个碰撞时转换成热。所产生的热可以足以熔化固体丝58。当工件平台52和附接的工件60横向移动时(如图19中所示向左移动)，不再被电子束44加热的熔融合金能够冷却，从而变成再凝固的合金54，其现在是工件60的一部分。丝58通过丝进给器56的连续推进结合平台52的移动将合金熔池46保持在稳定工作状态下的相对恒定的尺寸。再凝固合金54以每层添加金属“添加”到工件的体积特征将取决于添加到固体丝58和合金熔池46的能量的量、工件60的移动、系统的冷却参数以及丝58离开送丝器56的速率。修改这些和其他参数允许改变先前沉积物48顶部上的再凝固合金54层的厚度。再凝固合金54的宽度(即，y轴尺寸)也可以至少在一定程度上变化。
系统50可以在真空条件下执行，以防止电子束44的耗散以及电子束枪42和丝58之间的空气被加热。
图21示出线弧(wire arc)制造设备70的示例性实施例。在设备70中，通过导电元件72和丝分配辊84向丝58施加电势。工件60的电势可以与丝58的电势显著不同，例如，一个可以充电，另一个可以电接地。丝58的工作尖端62可以保持与工件60相距一定距离，使得在工作尖端62和工件60之间存在电弧82。
构成电弧82的等离子体可以足够热以熔化丝58的工作尖端62以及工件60的与等离子体接触的部分。焊接池80可形成在工件60上的电弧82(即，等离子体)接触工件60的地方，并且来自工作尖端62的熔融金属可被添加到焊接池80。当基板50和工件60下面的三轴操纵器工件平台向左移动时，焊接池80向右移动，并且工件60的已经暴露于电弧82的部分能够冷却，从而变成再凝固合金54，其成为工件60的一部分。
喷嘴76可以与焊丝58的一部分相关联。喷嘴76可以向焊接区域供应保护气体78。保护气体78可以是惰性气体或半惰性气体，用于降低来自焊接区域的氧气和水蒸气的浓度；氧气和/或水蒸气可能对电弧焊接结果具有有害影响。因此，设备70可替代地在包括排除氧气和水蒸气的受控大气条件下使用。在这种设置中，喷嘴76和保护气体78可以不是必需的。
丝58通过辊84的连续前进可以在稳定的工作状态下将焊池80保持在相对恒定的尺寸。再凝固合金54以每层添加金属向工件60“添加”的体积特征可取决于系统的电弧焊接特征，例如丝58和工件60之间的电势差、工件60的x轴移动、系统的冷却参数、以及丝58的消耗速率。修改这些和其他参数可允许改变先前沉积物48顶部上的再凝固合金54层的厚度。再凝固合金54的宽度(即，y轴尺寸)也可以至少在一定程度上变化。
材料喷射是一种使用按需滴落技术的制造工艺。喷嘴可以逐层地分配材料的液滴。在示例性实施例中，UV光可以在产生下一层之前固化和/或硬化液滴。或者，在示例性实施例中，例如纳米颗粒喷射，液体可以注入有金属颗粒。当在基板上沉积每一层液滴时，构建室中的高温可导致液体蒸发，留下金属层。
粘合剂喷射工艺可以使用粉末材料和粘合剂。喷嘴可将粘合剂的液滴沉积在粉末金属层上。在产生每一层之后，通过粉末床向下移动产生多层。应当理解，所得结构可以具有比其他制造方法更高的孔隙率。
超声焊接可以使用金属板、带或箔来一次构建单层物体。各种金属可用于超声焊接，包括但不限于钛、不锈钢、铜、铝、钨和钽。金属层可通过经由滚动超声焊极(产生超声振动的装置)进行超声焊接和压紧而结合。超声焊接不需要熔化，并且其可以比其他制造工艺使用更少的能量。机加工和/或其他精加工处理可用于进一步改善物体的表面并去除多余材料。
在各种实施例、配置和方面中，本公开包括如本文所描绘和描述的部件、方法、工艺、系统和/或设备，包括各种实施例、子组合及其子集。在各种实施例、配置和方面中，本公开考虑了实际或可选地使用或包括例如本领域公知或理解的并且与本公开相符的部件或工艺，尽管在此未示出和/或描述。
短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中既是合取又是析取的开放式表达。例如，“A、B和C中的至少一个”、“A，B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B、和/或C”中的每种表达都意味着仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或A和B和C。
在本说明书和所附权利要求书中，将参考具有以下含义的多个术语。术语“一”(或“一个”)和“所述”是指该实体中的一个或多个，因此包括多个引用，除非上下文另有明确规定。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换地使用。此外，引用“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”等不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可以被用来修饰任何定量表示，该定量表示可以在允许范围内变化而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”之类的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。诸如“第一、”“第二、”“上、”“下”等的术语用于将一个元件与另一个元件相区别，除非另有说明，否则这些术语并不意味着是指特定顺序或数量的元件。
如本文中所使用的，术语“可以”和“可以是”表示在一组情况下发生的可能性；拥有特定的属性、特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关联的能力、性能或可能性中的一个或多个来限定另一动词。因此，“可以”和“可以是”的使用表示所修饰的术语显然是适当、能够或适合于所指示的能力、功能或用途，同时考虑到在一些情况下所修饰的术语有时可能不适当、不能够或不适合。例如，在某些情况下，可以预期某一事件或能力，而在其他情况下则不能发生该事件或能力，这种区别通过术语“可能”和“可能是”来体现。
如在权利要求书中所使用的，词语“包括”及其语法变体在逻辑上也针对和包括变化和不同程度的短语，例如但不限于此，“基本上由…组成”和“由…组成”。必要时，已经提供了范围，并且这些范围包括其间的所有子范围。预期所附权利要求书应涵盖范围中的变化，除非本公开明确在某些实施例中使用特定范围。
本文中使用的术语“确定”、“计算”和“运算”及其变体可互换使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学运算或技术。
本公开是为了说明和描述的目的而给出的。本公开不限于本文公开的一种或多种形式。在本公开的具体实施方式中，例如，一些示例性实施例的各种特征被分组在一起以代表性地描述那些和其他考虑到的实施例、配置和方面，在本公开中包括对特征的每个潜在实施例、变体和组合的描述是不可行的。因此，所公开的实施例、配置和方面的特征可以组合在在上面未明确讨论的替代实施例、配置和方面中。例如，所附权利要求书中所述的特征少于单个公开的实施例、配置或方面的所有特征。因此，所附权利要求由此包含本具体实施方式中，每个权利要求独立地作为本公开的单独实施例。
科学和技术的进步可以提供不一定以本公开的术语表达的变化，但是权利要求书不一定排除这些变化。
Claims (20)
1.一种包覆制品，包括：
第一金属层；
包覆层，所述包覆层包括：
第一包覆层区域，其在所述包覆层的厚度方向上具有第一包覆层厚度；以及
第二包覆层区域，其在所述包覆层的厚度方向上具有第二包覆层厚度；其中，
所述第二包覆层厚度大于所述第一包覆层厚度；以及
第一固态焊接界面区域，其位于所述包覆层和所述第一金属层之间。
2.根据权利要求1所述的包覆制品，其中所述第一固态焊接界面区域是第一爆炸焊接界面区域。
3.根据权利要求1所述的包覆制品，其中所述第二包覆层区域是多个第二包覆层区域中的一个。
4.根据权利要求1所述的包覆制品，还包括：
第二金属层；以及
第二固态焊接界面区域，其将所述第二金属层结合到所述第一金属层的与所述包覆层相背的一侧上。
5.根据权利要求4所述的包覆制品，其中所述第一金属层是铜夹层。
6.根据权利要求4所述的包覆制品，其中所述第二固态焊接界面区域是第二爆炸焊接界面区域。
7.根据权利要求1所述的包覆制品，其中所述第一包覆层厚度和所述第二包覆层厚度之间的差大于具有等于所述第一包覆层厚度的均匀厚度的包覆层的厚度制造公差。
8.根据权利要求1所述的包覆制品，其中所述包覆层由包括钽或钽合金的材料形成。
9.根据权利要求8所述的包覆制品，其中：
所述第二包覆层区域包括层叠在所述包覆层上的多层箔；以及
所述多层箔中的箔由包括钽或钽合金的材料形成。
10.根据权利要求9所述的包覆制品，其中所述多层箔被超声焊接到所述包覆层。
11.一种制造包覆制品的方法，所述方法包括：
提供包括第一材料并具有第一金属层表面的第一金属层；
提供包括第二材料并具有基本均匀的第一包覆层厚度的包覆层；
将所述包覆层固态焊接到所述第一金属层表面；以及
在将所述包覆层固态焊接到所述第一金属层表面之后，通过将材料结合到所述包覆层的与所述第一金属层相背的外表面来产生改性包覆层区域，其中，
所述改性包覆层区域中的第二包覆层厚度大于所述第一包覆层厚度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述包覆层固态焊接到所述第一金属层包括将所述包覆层爆炸焊接到所述第一金属层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中产生改性包覆层区域包括产生多个改性包覆层区域。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一包覆层厚度和所述第二包覆层厚度之间的差大于具有等于所述第一包覆层厚度的均匀厚度的包覆层的预定厚度公差。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述包覆层由包括钽或钽合金的材料形成。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述改性包覆层区域包括层叠在一起的多层箔；并且
所述多层箔中的箔由包括钽或钽合金的材料形成。
17.根据权利要求15所述的方法，其中产生改性包覆层区域包括将多层箔超声焊接到所述包覆层。
18.根据权利要求11所述的方法，其中通过将材料结合到所述包覆层的表面来产生改性包覆层区域包括由以下各项组成的组中的一个：粉末床熔接工艺、定向能量沉积工艺、片材层压工艺、超声焊接工艺、摩擦焊接工艺、摩擦搅拌焊接工艺、冷金属过渡工艺、电阻焊接工艺、冷喷沉积工艺和温喷沉积工艺。
19.一种包覆制品，包括：
基层；
包覆层，其由包括钽或钽合金的材料形成；
第一固态焊接界面区域，其位于所述包覆层和所述基层之间；
包覆层突出部，其结合到所述包覆层的下面部分；
其中，
所述包覆层突出部包括超声焊接到所述包覆层的层叠的多层箔；并且
所述多层箔中的箔由包括钽或钽合金的材料形成。
20.根据权利要求19所述的包覆制品，其中所述第一固态焊接界面区域是第一爆炸焊接界面区域。
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