CN1720135A - 金属夹层板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种夹层型金属板(2)，该板适合于成形和焊接操作并具有优良的抗高温性，该板包括两个熔点为Tf的金属板面层(1，1’)和一个熔点为Tc的金属芯(4)，其中，Tc可以与Tf相等或不等，金属芯(4)的密度小于各面层(1，1’)的密度，并且金属芯(4)和各面层(1，1’)通过熔点Tm低于Tc和Tf的金属粘结剂(3，3’)相互粘合。本发明还涉及一种制造所述夹层型金属板(2)的方法，和该板在汽车工业中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于成形和焊接操作且具有优良的耐高温性并包括两个金属板面层和一金属芯的夹层板(夹芯板)、其制造方法及其用于生产机动车用部件的应用。
背景技术
通常，夹层板优于常规金属板的主要优点在于可以在生产具有预定机械强度规格的部件时实现重量节省；该优点在汽车应用中，尤其对于减少汽车的燃料消耗很重要。
用于制造机动车用部件的夹层板不仅必须满足焊接和成形要求，例如拉拔、弯曲和卷边中的那些要求，而且必须满足耐温要求。这是因为在给该板上漆期间-可以包括事先的防腐处理-板经受高温并持续一段时间，通常在140℃和220℃之间并持续20-30分钟，上述温度和时间足以允许所施加的各种涂层的烘烤和/或交联。
为此，包括两个通过由聚合物基层形成的芯部连接在一起的金属板面层的夹层板是已知的，该聚合物基层包括由热塑性聚合物纤维制成的连续的织物网，该织物网由用于浸入该织物网和用于粘附到该面层上的热固聚合物材料浸渍。这些板具有良好的可成形性和良好的耐温性。
然而，因为所述织物网不均匀，这些板有缺点，例如夹层板厚度变化和织物网粘附到金属板面层上时的缺陷。然而，最重要的是，这种包括聚合物的夹层板不可焊接，或者不易于焊接，同时还释放有毒的烟雾，这使得它们不适于用于制造机动车用部件。
除了这些缺点之外，用于制造这种复合夹层板的方法不能达到合格的生产率水平，因为将预浸渍的织物网粘附到金属板面层上的步骤是很慢的步骤。
由两个通过由钢丝绒制成的芯部连接在一起的钢面层组成的夹层板在FR2767088也是已知的。该钢丝绒通过电容器放电电弧焊接法连接到该钢面层上。公认的是，这些全钢夹层板优选地可焊接并能经受高于160℃的温度。然而，不能以工业规模进行制造这些板的方法，因为为了将钢丝绒焊接到钢面层上，必须在高于1300℃的温度下焊接整个组件。此外，在该温度值下，钢的结构改变，这在希望保持钢面层和钢丝绒的机械性能和可成形性时是不希望发生的。
因此，本发明的目的是消除这些缺点并提出具有良好的耐高温性和良好的表面外观的可成形和可焊接夹层板，其中，该夹层板的制造方法易于实施。
发明内容
为此，本发明的目的是一种适合于成形和焊接操作并具有优良的耐高温性的夹层板，该夹层板包括两个熔点为Tf的金属板面层和一个熔点为Tc的金属芯，Tc可以与Tf相等或不等，其特征在于，金属芯的密度小于各面层的密度，并且金属芯和各面层通过金属粘结剂粘合在一起，该金属粘结剂具有低于Tc和低于Tf的熔点Tm。
根据本发明的夹层板还可以具有下列特点：
-金属芯占据将两个金属板面层分开的体积的10％和80％之间；
-金属芯占据将两个金属板面层分开的体积的20％和60％之间；
-金属芯由金属毛(金属棉)、金属编织品、金属纺织品、金属泡沫或金属海绵组成；
-金属芯由钢制成；
-金属板面层由钢制成；和
-金属板面层和金属芯由钢制成，并且金属粘结剂选自锡及其合金、锌及其合金和铝及其合金。
本发明的主题也是一种用于制造适合于成形和焊接操作，并具有优良的耐高温性的夹层板的方法，该夹层板包括两个具有内表面和外表面并具有熔点Tf的金属板面层，这些面层通过一金属芯粘合在一起，该金属芯具有可以与Tf相等或不等的熔点Tc，两个面层中的每一个的内表面都设置成面向金属芯，据此，该方法包括以下步骤：
-将金属芯插在两个金属板面层之间，在这些面层的内表面上预涂敷有金属涂层，该金属涂层的熔点Tcoat低于金属板面层的熔点Tf并低于金属芯的熔点Tc；
-在温度T下、在使金属芯粘附到各面层上的速度和持续时间条件下加热由两个其间插入有金属芯的金属板面层形成的组件，其中，该温度T在金属涂层熔点Tcoat减50℃和金属涂层熔点Tcoat加200℃之间；和
-冷却组件。
用于制造根据本发明的夹层板的方法还可以具有下列特点：
-在加热步骤和冷却步骤之间，将压力施加到由金属板面层和金属芯形成的组件上，调节所述压力以使得不损坏金属芯的结构；
-对由金属板面层和金属芯形成的组件进行感应加热；
-各金属板面层的金属涂层的厚度在5μm和350μm之间；
-各金属板面层的金属涂层的厚度在20μm和80μm之间；
-加热由金属板面层和金属芯形成的组件的速率大于或等于30℃/S；
-加热由金属板面层和金属芯形成的组件的时间小于15S；
-涂层的熔点Tcoat小于金属板面层熔点Tf的0.9倍并小于金属芯熔点Tc的0.9倍；
-各金属板面层的内表面通过在一液体金属槽中热浸而进行涂敷，该液体金属选自锡及其合金、锌及其合金和铝及其合金；
-金属板面层由钢制成；
-金属芯的密度小于各金属板面层的密度；
-金属芯由金属毛、金属编织品、金属纺织品、金属泡沫或者金属海绵组成；和
-用涂层涂敷两个金属板面层(1，1’)中的至少一个的外表面，所述涂层的熔点Te高于涂敷两个面层(1，1’)中的每一个的内表面的金属涂层的熔点Tcoat加200℃。
本发明的主题还包括上述夹层板的应用，该夹层板用于生产经成形、上漆和随后的热处理的汽车车身部件。
本发明的主题还包括在高于160℃的温度下对这些部件进行热处理。
本发明在于将涂敷金属板面层的面向金属芯设置的内表面的金属层用作钎焊元件，以确保金属板面层和之间的粘附力。
附图说明
本发明的特点和优点在下面参照单一附图通过非限制性示例进行的说明中将变得较明显，该附图示出根据本发明的夹层板的剖视图。
具体实施方式
如单一图中所示，根据本发明所述的夹层板2的各面层1，1’包括一金属板，该金属板具有熔点Tf和在例如0.1mm和2mm之间，优选地在0.2mm和0.5mm之间的厚度。优选的是，选择具有优于铝板的机械性能并可以被较容易地拉制的钢板。钢的类型将根据夹层板的应用而选定。因此，例如，可以选择碳钢制造发动机罩或门，而选择不锈钢制造排气线路管道。
根据本发明的夹层板2的金属芯4具有与各面层1，1’的熔点Tf相等或不等的熔点Tc和小于各面层1，1’的密度以使夹层板2变轻的密度。
在一优选实施例中，金属芯4包括金属毛、金属编织品、金属纺织品、金属泡沫或金属海绵。
在另一优选实施例中，金属芯4占据将两个金属板面层1，1’分开的体积的10％和80％、优选地20％和60％之间，并具有在0.5mm和2mm之间的厚度。
占据中间层体积的80％以上，则不能充分节省所得夹层板2的重量。
占据中间层体积的10％一下，则金属芯4变得易碎并在形成夹层板2期间有被压碎的危险。
占据中间层体积的20％和60％之间，金属芯4提供重量节省和强度之间的良好折衷。
金属芯4的材料优选的是钢，或者是碳钢或者是不锈钢，因为这种材料具有比例如铝更好的可成形性。
金属毛由削屑获得，该削屑优选地在加工硬化状态下以提高结构的机械性能。金属毛的丝的平均长度为70cm，并且它们的直径可以从50μm到500μm变化。优选地，金属毛的丝的直径为约200μm。该直径必须均匀，以避免可能造成断裂的任何弱化。
金属编织品由针织在一起的若干其直径在10μm和50μm之间的钢丝形成。
金属纺织品也由编织在一起的一根或多根其直径在10和50μm之间的钢丝形成。
金属芯4与各面层1，1’之间的粘附力由金属粘结剂3，3’提供，所述金属粘结剂3，3’具有低于各面层的熔点Tf和低于金属芯的熔点Tc的熔点Tm。
当金属芯4和两个金属板面层1，1’由钢制成时，金属粘结剂3，3’选自锡及其合金、锌及其合金和铝及其合金。
金属粘结剂可以采用不连续层或优选地连续层的形式，以便确保金属芯和两个面层之间的可能的最佳粘附力。
因此，在制造夹层板之间，用金属涂层涂敷两个金属板面层中的每一个的内表面，所述金属涂层具有低于金属板面层的熔点Tf和低于金属芯的熔点Tc的熔点Tcoat，以使得涂层在熔化时钎焊金属芯。这是因为，为了通过钎焊将金属板面层与金属芯装配在一起，在这里用作填充金属的金属涂层的熔点Tcoat低于面层的熔点Tf和低于金属芯的熔点Tc是重要的，以使得涂层材料早于金属芯材料和金属板面层材料充分熔化。
优选地，为了避免任何如果加热时间过度或过长而使金属板面层1，1’和金属芯熔化的危险，两个金属板面层1，1’中的每一个的内表面都由熔点Tcoat优选地低于金属板熔点Tf的0.9倍并低于金属芯熔点Tc的0.9倍的金属涂层涂敷。
作为一示例，为了形成包括两个钢板金属面层和钢芯的夹层板，所述面层在它们的表面中的至少一个上涂敷有选自下列材料的金属涂层：
-锡：熔点230℃；
-锌：熔点420℃；
-锌合金，如例如含约5％重量百分比的铝的锌-铝合金，熔点为381℃；和
-铝及其合金，如例如含2-4％重量百分比的铁的铝-铁合金，其熔点为约660℃，或者含5-11％重量百分比的铁的铝-硅合金和含2-4％重量百分比的铁的铝-硅合金，其熔点为约680℃。
通过电镀或真空沉积法，或者优选地通过热浸在熔融状态下的涂层材料的液体槽中，在适于面向金属芯的两个金属板面层中的每一个的内表面上沉积厚度在5μm和350μm之间的金属涂层。
如果金属涂层的厚度小于5μm，则钎焊期间金属芯4不能由涂层充分浸渍，并且因此金属板面层1，1’和金属芯4之间的粘附力不足，同时夹层板2具有分层的危险。
另一方面，用厚度大于350μm的涂层涂敷各面层的内表面产生额外的费用，并且这也不能改善金属芯4和面层1，1’之间的粘附力。
优选地，金属涂层的厚度在20μm和80μm之间，因为在这个厚度值下，面层1，1’和金属芯4之间的粘附力足以使夹层板2即使在剧烈的成形操作如例如弯曲之后也不会分层。
为了制造夹层板2，步骤如下：
-将金属芯4插在两个金属板面层1，1’之间，该面层1，1’的内表面已被预涂敷，以使得被涂敷的金属板面层1，1’内表面面向金属芯4；
-优选地以不小于30℃/S的加热速率和优选地小于15S的加热时间在温度T下加热由两个其间已插入有金属芯4的金属板面层1，1’形成的整个组件，所述温度T在金属涂层熔点Tcoat减50℃和金属涂层熔点Tcoat加200℃之间，以熔化该金属涂层材料；和
-冷却该组件。
在软化或熔化时，金属涂层材料通过金属芯4的表面浸渍将面层1，1’钎焊到金属芯4上，因而确保面层1，1’/芯4组件的机械粘附力。软化的或熔融的金属材料浸入构成位于该表面上的金属芯4的丝绒、编织织品或针织织品的金属线。如果将由两个面层1，1’和金属芯4形成的组件加热到低于金属涂层熔点Tcoat减50℃的温度T，涂层材料不会充分软化并且不会浸入金属芯4材料。在该温度值下，面层1，1’和金属芯4之间的钎焊是不可能的，并且不能形成夹层板2。
如果将组件加热到高于金属涂层熔点Tcoat加200℃的温度T，涂层材料具有沸腾的危险。一些涂层材料将从夹层板2逸出，在面层的自由边缘上形成小滴。这使涂层不均匀并因此妨碍面层1，1’良好地紧固到芯4上。
将组件加热到涂层熔点加50℃和涂层熔点加100℃之间的温度T确保了金属涂层材料的良好熔化并获得金属芯4和面层1，1’之间的非常好的粘附力，并且没有任何随后分层和涂层材料逸出的危险。
如果加热速率低于30℃/S，则有必要在大于15S的时间内保持加热温度，以完全软化或熔化涂敷材料，同时这个时间不利于生产率。
当加热时间大于15S时，由丝绒、编织织品、针织织品、泡沫或海绵组成的金属芯将吸收一些涂层材料，这使得金属芯4与面层1，1’之间的粘附力变差。
优选地，加热时间少于3S。
为了加热由面层1，1’和金属芯4形成的组件，并因此软化或熔化涂敷面层1，1’的金属涂层，将至少一个加热元件如例如感应器放在该组件的任一侧上并覆盖其整个宽度。
根据另一实施例，由面层1，1’和金属芯4形成的组件通过在两个加热辊之间压延而进行加热。
为了改善面层1，1’和金属芯4之间的粘附力，将压力施加到夹层板2上，调节该压力以使得不会损坏金属芯4的结构并且不会使面层1，1’变形。施加到夹层板2上的压力必须足够低以使得例如金属毛或金属编织品不会被压碎并且因此保持其机械性能的完整性。
可以通过压延辊、通过将流体喷射到面层1，1’/金属芯4组件的任一侧上或者通过使面层1，1’/金属芯4组件在磁化辊上行进而施加该压力。
上述根据本发明的夹层板2的实施例是非限制性的。
因此，在制造夹层板之前，也可以用涂层涂敷两个金属板面层1，1’中的至少一个的外表面，该涂层的熔点Te高于涂敷两个面层1，1’中的每一个的内表面的金属涂层的熔点Tcoat加200℃。如果希望应用在其外表面上进行涂敷的面层1，1’，必须确保当加热由两个其间已插入有金属芯4的面层形成的组件时所用的涂层不会熔化。
通常，在这种情况下，面层1，1’的内表面将涂敷有锌层，并且面层1，1’的外表面将涂敷有铝-铁或铝-硅层。
然而，在制造夹层板2之前通常只涂敷金属板面层1，1’的内表面，并且仅仅在已制造出夹层板2时例如在电镀槽中涂敷面层1，1’的外表面。
优选地通过拉制、弯曲或压型形成根据本发明的夹层板2。当金属芯4由具有良好延展性的金属如例如钢构成时，根据本发明的夹层板2经得住剧烈的拉制和/或弯曲和/或压型的条件。这允许根据本发明的夹层板2用于生产成形汽车车身部件如例如发动机罩、门或排气线路管道。
然后给这些部件，尤其是可见部件上漆和对其进行热处理。
在上漆操作之前，夹层板2可以经受阳离子电泳式防腐预处理。然后可以通过沉积粉末(静电、流化床等)，或通过喷射或涂敷溶液中液体油漆或熔融聚合物层进行上漆。最后，在高于160℃，优选地高于180℃的温度下处理将夹层板2，上述温度通常在防腐预处理固化步骤或油漆本身的烘烤步骤中达到。
与由焊接在两个金属面层之间的金属毛形成的夹层板相比，根据本方法所得到的夹层板具有下列优点：
-一种较少能耗的制造方法；
-不改变金属板面层1，1’和金属芯4的结构。这是因为，在其中金属板面层1，1’由钢制成的本发明夹层板2的一优选实施例中，决不会在高于700℃的温度下将钢面层钎焊到金属芯4上。现在，在该温度值下，钢的显微结构没有改变，并且保留其所有性能。例如，双相钢将保持其结构。根据先有技术，在1300℃的温度下进行焊接将熔化钢面层(和金属芯，如果金属芯是例如由钢制成的话)，并且在冷却期间，钢具有产生结构损失和因而机械性能损失的危险。例如，加热到1300℃的双相钢在冷却时转变成硬而易脆并因而不能被拉制的马氏体。
此外，与由包括聚合物的金属芯组成的夹层板相比，根据本发明的夹层板具有下列优点：
-优良的可焊接性，同时不会排放挥发性的有机化合物；
-优良的可成形性，可利用各种技术如例如弯曲、拉制或压型，同时没有分层的危险；
-优良的耐高温性，尤其是高于200℃的温度，因而允许通过阳离子电泳法处理这些夹层板；和
-优良的再循环性。
除了耐温性和易于成形外，根据本发明的夹层板具有下列主要优点：
-在通过形成这些板而生产的板材和部件的刚度方面具有良好的机械性能；
-所形成的部件的良好的机械性能，尤其是抗疲劳和抗冲击性；和
-所得到的板的良好表面外观，尤其是在形成之后。
Claims (23)
1.一种夹层板(2)，该夹层板适合于成形和焊接操作并具有优良的耐高温性，它包括：
-两个熔点为Tf的金属板面层(1，1’)；和
-熔点为Tc的金属芯(4)，其中，Tc可以与Tf相等或不等，其特征在于，该金属芯(4)的密度小于各面层(1，1’)的密度，并且该金属芯(4)和各面层(1，1’)通过金属粘结剂(3，3’)粘合在一起，该金属粘结剂(3，3’)具有小于Tc和小于Tf的熔点Tm。
2.一种如权利要求1所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属芯(4)占据将两个金属板面层(1，1’)分开的体积的10％和80％之间。
3.一种如权利要求2所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属芯(4)占据将两个金属板面层(1，1’)分开的体积的20％和60％之间。
4.一种如权利要求1-3中的任一项所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属芯(4)由金属毛、金属编织品、金属纺织品、金属泡沫或金属海绵组成。
5.一种如权利要求1-4中的任一项所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属芯(4)由钢制成。
6.一种如权利要求1-5中的任一项所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属板面层(1，1’)由钢制成。
7.一种如权利要求5或6所述的夹层板(2)，其特征在于，所述金属板面层(1，1’)和金属芯(4)由钢制成，并且所述金属粘结剂(3，3’)选自锡及其合金、锌及其合金和铝及其合金。
8.一种用于制造夹层板(2)的方法，该夹层板(2)适合于成形和焊接操作并具有优良的耐高温性，该夹层板(2)包括两个具有内表面和外表面且熔点为Tf的金属板面层(1，1’)，这些面层(1，1’)通过熔点为Tc的金属芯(4)粘合在一起，其中，Tc可以与Tf相等或不等，两个面层中的每一个的内表面都设置成面向金属芯，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-将金属芯(4)插在两个金属板面层(1，1’)之间，在各面层的内表面上预涂敷有金属涂层，其中，该金属涂层的熔点Tcoat低于金属板面层的熔点Tf和金属芯的熔点Tc；
-在温度T下、在使金属芯(4)粘附到各面层(1，1’)上的速度和持续时间条件下加热由两个其间插入有金属芯(4)的金属板面层(1，1’)形成的组件，其中，该温度T处在金属涂层熔点Tcoat减50℃和金属涂层熔点Tcoat加200℃之间；和
-冷却所述组件。
9.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述加热和冷却步骤之间，将压力施加到由所述两个金属板面层(1，1’)和所述金属芯(4)形成的组件上，调节所述压力以使得不损坏该金属芯(4)的结构。
10.一种如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，对由所述金属板面层(1，1’)和所述金属芯(4)形成的组件进行感应加热。
11.一种如权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述各金属板面层(1，1’)的金属涂层的厚度在5μm和350μm之间。
12.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述各金属板面层(1，1’)的金属涂层的厚度在20μm和80μm之间。
13.一种如权利要求8-12中的任一项所述的方法，其特征在于，加热由所述金属板面层(1，1’)和所述金属芯(4)形成的组件(4)的速率大于或等于30℃/S。
14.一种如权利要求8-13中的任一项所述的方法，其特征在于，加热由所述金属板面层(1，1’)和所述金属芯(4)形成的组件的时间小于15S。
15.一种如权利要求8-14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述涂层的熔点Tcoat小于所述金属板面层的熔点Tf的0.9倍并小于所述金属芯的熔点Tc的0.9倍。
16.一种如权利要求8-15中的任一项所述的方法，其特征在于，各金属板面层(1，1’)的内表面通过在一液体金属槽中热浸而进行涂敷，该液体金属选自锡及其合金、锌及其合金和铝及其合金。
17.一种如权利要求8-16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述金属板面层(1，1’)由钢制成。
18.一种如权利要求8-17中的任一项所述的方法，其特征在于，所述金属芯(4)的密度小于各金属板面层(1，1’)的密度。
19.一种如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述金属芯(4)由金属毛、金属编织品、金属纺织品、金属泡沫或金属海绵组成。
20.一种如权利要求8-19中的任一项所述的方法，其特征在于，用一种涂层涂敷所述两个金属板面层(1，1’)中的至少一个的外表面，该涂层的熔点Te高于涂敷该两个面层(1，1’)中的每一个的内表面的金属涂层的熔点Tcoat加200℃。
21.一种能通过如权利要求8-20中的任一项所述的方法获得的夹层板。
22.一种如权利要求1-7和21中的任一项所述的夹层板(2)的应用，该夹层板用于生产经成形、上漆和随后的热处理的汽车车身部件。
23.一种按照权利要求22所述应用而获得的部件，其特征在于，它在高于160℃的温度下经受热处理。
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