CN208230832U - 一种补强复合金属结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种补强复合金属结构，包括主体金属结构以及补强组件，补强组件以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与主体金属材料相连；补强组件包括1个或多个补强结构件，每一独立的补强结构件包含于主体金属结构中的比例为5‑100%；补强结构件根据主体金属结构特征具有相适配的预定形状，且设于主体金属结构中需要进行补强的局部区域。本实用新型采用嵌入预制补强组件的方式，使预制补强组件与非晶合金基体实现深度结合，在采用该方式的产品受到弯曲或者冲击而产生的力时，预制补强组件与非晶合金件之间形成相互支撑的结构，在非晶合金件的弹性范围之内，对产品内部的电子元器件或者其他零件形成双重保护。

Description

一种补强复合金属结构

技术领域

本实用新型属于金属复合材料领域，具体涉及一种具有补强功能的复合金属结构。

背景技术

金属材料是国民生产生活中最常使用的材料之一，具有高强度、高硬度、外观质感好等优点，在建筑、军工、航空航天、3C电子、日用品等领域具有非常广泛的应用基础。非晶合金材料是近年来高速发展的一种新型的金属材料，具有高的比强度、比模量、较高的硬度、耐磨及耐腐蚀性，已经在航空航天、汽车运动产品、消费电子等领域获得应用并引起越来越多的关注。但是由于非晶合金独特的微观结构特性，使非晶合金本身不具备塑性变形或者塑性变形能力较低，其到达弹性极限后及失效断裂的特性也限制了其应用范围。针对上述情况已有大量的研究工作来提高非晶合金的塑形指标，如通过成分调节生成内生强化相、表面应力处理、表面涂层等方式，但是均不能达到较为理想的效果。

如申请号200880105518.4名为《用于将玻璃插入物一体地陷到金属边框中的方法及所生产的电子设备》的专利中提出的方案：将透明构件放置于模具中，然后将液态的非晶态合金注入至上述模具中，然后使非晶态合金硬化从而使非晶态合金与透明构件形成一体组件。现有技术中非晶合金内生强化相的制备方法与上述技术方案相同或者相似，均为利用与非晶合金材质不同的异质构件与非晶合金形成一体组件，利用预先在模具中置入非晶合金或者异质构件，然后注入液态或者软化态另一组成，最后利用模具压铸、热压等工艺使形成一体组件，而异质构件构成非晶态合金结构中的内生强化相。

上述技术方案尽管在许多文献和专利中得到披露，而且也有许多研究者对其进行了更为细化的改进，如增加连接结构的方式，但是在实际制造技术中却并未得到广泛应用，究其原因在于，上述技术中的内生强化相由于产品各部位降温速度有差异从而存在分布均匀性难以控制的情况，制造出的一体化产品在受到压铸或者热压应力的过程中，内生强化相难以均匀的承受应力，从而导致应变程度不一致，极易产生断裂的现象。针对上述难以克服的缺点，也提出了一些相关的表面应力处理和表面涂层的技术方案，均为在非晶合金的表面形成抵抗变形的结构，想借此抵消热压应力，减少压力对内生强化相的影响，但在产品的实际断裂模式下，表面应力处理和表面涂层能够产生的技术效果非常有限，而且表面应力处理和表面涂层结构为新的工艺过程，增加以后大幅提升了整体的工艺加工的难度，从而直接提升了制备出来的产品的成本，更加限制了这一技术的应用。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种利用补强组件对结构上需要进行补强的主体金属结构进行特定部位补强加固的补强复合金属结构。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中提供的补强复合金属结构，其特征在于：

包括主体金属结构以及补强组件，所述补强组件以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属材料相连；所述补强组件包括1个或多个补强结构件，每一独立的补强结构件包含于所述主体金属结构中的比例为5-100%；

所述补强结构件根据主体金属结构特征具有相适配的预定形状，且设于所述主体金属结构中需要进行补强的局部区域。

本实用新型中所述补强结构件包含于所述主体金属结构中的比例为5-100%是指：补强结构件嵌入所述主体金属结构中的外表面积占总外表面积的比例。当所述补强结构件包含于所述主体金属结构中的比例为100%时，即为内嵌式结构。

进一步地，所述主体金属结构材质为非晶合金材料，包括锆基非晶合金、钛基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金、稀土基非晶合金中的一种或多种的组合。

进一步地，所述补强组件材质为纯金属单质材料、铁合金材料、铝合金材料、镁合金材料、铜合金材料、钛合金材料、锆合金材料、锌合金材料、陶瓷材料、金属陶瓷材料、纤维材料、耐高温塑胶材料中的一种或者多种的组合。

进一步地，所述补强组件材质为与所述主体金属结构材质主合金成分相同的氧化物陶瓷或者碳化物陶瓷；所述补强组件材质为碳化物基金属陶瓷、氮化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷、硅化物基金属陶瓷中的一种；或者所述补强组件材质为碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、多晶莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅酸铝纤维中的一种。

进一步地，所述补强结构件为条状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的边框结构相连；或者所述补强结构件为折角状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的边、角结构相连；或者所述补强结构件为环状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的环形结构相连。

进一步地，所述补强结构件设于所述主体金属结构边角处；所述补强结构件包括与所述主体金属结构边角形状相适配的第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部之间设有加强筋。

进一步地，所述过渡连接方式为设有过渡连接件作为中间连接载体分别与主体金属结构以及补强组件相连；所述过渡连接件材质为非晶合金材料。

本实用新型中还提供一种上述补强复合金属结构的成型方法，包括如下步骤：

S01，将补强组件装设于模具中的设定位置；

S02，将主体金属结构原料注入模具中与补强组件结合，施与模腔压力使其成型，构成所需补强复合金属结构。

本实用新型中的补强复合金属结构可应用于3C产品中，进一步地，所述3C产品至少具有一个边，并且与电子元器件相连，所述3C产品与所述电子元器件相连部位为所述补强复合金属结构中的主体金属结构或者补强组件。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中的补强复合金属结构可实现对特殊受力区域需要进行补强的主体金属结构进行特定部位补强加固。

2、本实用新型中的补强复合金属结构优选应用于以非晶合金件作为主体金属结构材质的结构件中。

3、本实用新型采用嵌入预制补强组件的方式，使预制补强组件与非晶合金基体实现深度结合，在采用该方式的产品受到弯曲或者冲击而产生的力时，预制补强组件与非晶合金件之间形成相互支撑的结构，在非晶合金件的弹性范围之内，对产品内部的电子元器件或者其他零件形成双重保护；当所承受的力超过非晶合金件的弹性极限时，在作为主体金属结构的非晶合金件发生断裂之后，由于内部包含具有塑性材料（补强组件）的支撑，塑性材料会对冲击进行进一步的抵挡，以产生塑性变形换取对内部结构的保护。对比单纯采用非晶合金件作为框架的产品，本实用新型方案中的补强复合金属结构防止了一次冲击即对产品产生完全破坏性的直接失效，对内部结构提供了可持续使用的升级保护。

附图说明

图1为本实用新型中补强复合金属结构的应用示意图；

图2为本实用新型中补强复合金属结构的第二种应用示意图；

图3为本实用新型中补强复合金属结构的第三种应用示意图；

图4为本实用新型中补强复合金属结构的第四种应用示意图；

图5为本实用新型中补强复合金属结构的第五种应用示意图；

图6为本实用新型中补强复合金属结构的第六种应用示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型实施例中的补强符合金属结构均应用于3C产品中。

实施例1

如附图1所示为本发明中补强复合金属结构的一种应用，该结构作为产品外框进行使用，可以应用于智能手机、平板电脑、通信产品等外框结构上。

该结构包括主体金属框架结构101（锆基非晶合金制件）以及补强结构件102，在本实施例中，补强结构件102为内嵌于外框101内的相类似的框式结构。在实际的制造过程中，补强结构件102为一整体件时，容易导致加工过程原料注入加压过程中的不均匀，故本实施例中补强结构件102优选设为两对称半框结构拼接，或者设为四条两两相对设置的条状结构组成补强结构件102的形状结构。

该实施例中的补强结构同样适用于主体金属框架结构为环形框结构的产品，与之相适配的补强结构件设为相适配的环状结构或者拼接形成环状结构即可。

实施例2

如附图2所示为本发明中补强复合金属结构的另一种应用，与实施例1不同之处在于，该结构包括主体金属框架结构201（锆基非晶合金制件）以及补强组件，该补强组件为分布于框架结构201四个边角处的折角状结构件202、203、204、205。在框架式结构中，主体金属结构四边角处为最容易受到外力作用发生变形的区域，例如智能手机在跌落试验中边角处受损变形最严重的，故在边角处设置独立补强结构对框架式结构来说具有非常好的保护效果。

实施例3

如附图3所示为本发明中补强复合金属结构的另一种应用，该结构包括主体金属框架结构301（镁基非晶合金制件）以及补强结构件302，该补强结构件302以内嵌复合外包的形式对框架结构301进行补强。由附图可看出，补强结构件302设于两侧的竖直结构穿透框架结构301，中间的横条结构连接两侧竖直结构，整体构成补强结构件，即补强结构件302与金属框架结构301部分连接。

在该实施例中，也可采用过渡连接的方式，过渡连接方式具体为设有过渡连接件作为中间连接载体分别与主体金属结构以及补强组件相连，如在本实施例中，两侧竖直结构可设为过度连接件，其材质采用与主体金属结构相同的非晶合金材质，横条结构作为独立的补强结构。过渡连接方式多用于产品结构设计中无法设置多余空间来容纳补强结构的产品，对3C产品越来越轻薄化、小型化的趋势非常相符。

实施例4

如附图4所示为针对边角结构进行补强的改善方案。

补强结构件包括与主体金属结构401（镁基非晶合金制件）边角形状相适配的第一支撑部402和第二支撑部403，第一支撑部402与第二支撑部403之间设有加强筋404。该补强结构件整体类似变形的工字结构，采用这样的设计不仅较为节省补强结构件的原材料，而且通过加强筋的设计能够获得非常好的补强效果。

在实际使用过程中，第一支撑部402与第二支撑部403的形状可随需要进行更改，加强筋的角度、数量也可根据实际需求进行设定，支撑部与加强筋可选用一体结构，也可分开设立。

实施例5

如附图5所示实施例5为对边角内侧进行独立补强的结构，包括主体金属结构501（铝基非晶合金制件）与边角结构相适配的补强结构件502。

实施例6

如附图6所示实施例6为对边角外侧进行独立补强的结构，包括主体金属结构601（铝基非晶合金制件）与边角结构相适配的补强结构件602。

本发明实施例中补强复合金属结构的成型方法相同，步骤如下：

S01，将补强组件装设于模具中的设定位置；

S02，将主体金属结构原料注入模具中与补强组件结合，施与模腔压力使其成型，构成所需补强复合金属结构。

在本发明中，除了结构对补强复合金属结构的补强效果有影响以外，材料的选择也具有非常大的影响。

主体金属结构材质优选为非晶合金材料，包括锆基非晶合金、钛基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金、稀土基非晶合金中的一种或多种的组合。非晶合金独特的微观结构特性，使非晶合金本身不具备塑性变形或者塑性变形能力较低，其到达弹性极限后及失效断裂的特性也限制了其应用范围。采用本发明中的补强结构能够克服非晶合金以及与非晶合金力学性能相似的金属材料的上述缺点，进行补强以后的主体金属结构在薄弱处得到增强，制成的产品能够获得比传统金属材料更为优良的测试数据。

补强组件材质的选择根据实际需求进行择优选择，优选纯金属单质材料、铁合金材料、铝合金材料、镁合金材料、铜合金材料、钛合金材料、锆合金材料、锌合金材料、陶瓷材料、金属陶瓷材料、纤维材料、耐高温塑胶材料中的一种或者多种的组合。金属材料，如金属单质材料、铁合金材料、铝合金材料、镁合金材料、铜合金材料、钛合金材料、锆合金材料、锌合金材料的优点在于成型过程中与主体金属结构材质的熔化温度和熔化后的流变状态比较相似，便于使用压铸工艺进行成型，对于工业化制造来说难度更低、工艺过程的均一性更为明显，良率高。

采用陶瓷材料则使得补强部位的硬度明显提升，同时由于陶瓷表面具有孔隙结构，能够和主体金属材料结合的更为紧密，同时陶瓷材料外观比较特别，利用外包、穿透、部分连接等方式进行补强时，露出的部分可以做比较特殊的外观处理，使整体外观特别，增加产品的附加价值。陶瓷材料优选与主体金属结构材质主合金成分相同的氧化物陶瓷、碳化物陶瓷或者碳化物陶瓷，能够与主体金属结构结合的更为紧密，例如针对锆基非晶合金的主体金属材料，采用ZrC、ZrN、ZrO₂陶瓷作为补强材料；针对铝基非晶合金的主体金属材料，采用Al₂O₃陶瓷作为补强材料。

金属陶瓷材料作为补强结构件材质同样也能够达到优越的效果，优选采用碳化物基金属陶瓷、氮化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷、硅化物基金属陶瓷中的一种，硬度高、与主体金属结构结合紧密，而且具有金属和陶瓷两种外观结构，利于产品整体外观的设计。

作为补强结构件材质的优选，还可采用弹性更佳的纤维材料或者耐高温塑胶材料，尤其优选纤维材料，包括碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、多晶莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅酸铝纤维中的一种。纤维材料，如多晶莫来石纤维耐受温度可达高达1300℃以上，成型简单、成本低廉，更重要的是纤维材料的使用能够有效降低整体金属构件的重量，达到轻量化产品的目的。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种补强复合金属结构，其特征在于：

包括主体金属结构以及补强组件，所述补强组件以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构相连；所述补强组件包括1个或多个补强结构件，每一独立的补强结构件包含于所述主体金属结构中的外表面积比例为5-100%；

所述补强结构件根据主体金属结构特征具有相适配的预定形状，且设于所述主体金属结构中需要进行补强的局部区域。

2.如权利要求1所述补强复合金属结构，其特征在于：所述补强结构件为条状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的边框结构相连；或者所述补强结构件为折角状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的边、角结构相连；或者所述补强结构件为环状，以内嵌、外包、穿透、部分连接或者过渡连接的方式与所述主体金属结构的环形结构相连。

3.如权利要求1所述补强复合金属结构，其特征在于：所述补强结构件设于所述主体金属结构边角处；所述补强结构件包括与所述主体金属结构边角形状相适配的第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部之间设有加强筋。

4.如权利要求1所述补强复合金属结构，其特征在于：所述过渡连接方式为设有过渡连接件作为中间连接载体分别与主体金属结构以及补强组件相连；所述过渡连接件材质为非晶合金材料。

5.一种3C产品，其特征在于：所述产品中包括如权利要求1-4任一所述补强复合金属结构。

6.如权利要求5所述3C产品，其特征在于：所述3C产品至少具有一个边，并且与电子元器件相连，所述3C产品与所述电子元器件相连部位为所述补强复合金属结构中的主体金属结构或者补强组件。