帶有復合層的零件的制造方法技術

本發明專利技術揭示了帶有復合層的零件的一種制造方法。在這種方法中，將表面牢固地焊有金屬顆粒的第一種金屬預制件，放入模子中。然后將熔化的第二種金屬澆入其中，液體金屬流過并覆蓋了金屬顆粒，然后冷卻。這個過程就產生了一個零件，其母體是第二種金屬，通過機械咬合金屬顆粒的方法，在表面上包覆了第一種金屬。典型的情況是第一種金屬是高熔點高強度金屬，例如鋼；第二種金屬是低熔點低強度但重量輕的金屬，例如鋁。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種零件的制造方法，特別是一種。
技術介紹
為了減輕汽車重量提高燃料效率，最近幾年汽車工業已經大大地增加了鋁在汽車中的應用。為了進一步減輕汽車重量，汽車中更多的鋼鐵零部件需要被鋁零部件所替代。鋁及其合金有許多優良性能，但是不耐磨和不耐高溫限制了鋁及其合金的更廣泛應用。為了解決這些問題，已經專利技術了各種制造重量輕的復合零件的方法。這些復合零件是由陶瓷強化的鋁基復合材料(MMC)或者稱為陶瓷金屬復合材料制造的。在這些方法中，將熔化的鋁與陶瓷粉末混合，澆進鑄模以生產零件，或者將熔化的鋁滲入一個多孔陶瓷毛坯中以生產零件。鋁基MMC的確改善了耐磨性能，但也帶來了其它的問題。鋁基MMC非常脆，加入10-15％(體積百分比)的陶瓷粒子的鋁基MMC，其塑性約降低90％，結果整體鋁基MMC比較容易突然脆斷。如果這樣的材料用于制造安全可靠性要求高的零部件，例如剎車盤或剎車鼓，就可能帶來嚴重的索賠問題。另外鋁基復合材料很難機加工，鋁基MMC中的碳化硅或三氧化二鋁很快將刃具磨鈍。另外鋁基MMC剎車盤不能很好地承受由摩擦而產生的熱，造成在摩擦面上產生粘接磨損和塑變磨損。另外鋁基MMC材料也很貴。美國專利5,183,632揭示了一種制造鋁剎車盤的方法。這種鋁剎車盤帶有鋁復合材料摩擦面。此鋁復合材料摩擦面由鋁和陶瓷粉末混合，加溫加壓粘合到鋁剎車盤母體上。美國專利5,224,572揭示了一種制造輕剎車盤的方法。這種剎車盤磨擦表面帶有陶瓷涂層。美國專利5,884,388揭示了一種制造帶有耐磨磨擦面的鋁零件的方法。這種耐磨磨擦面是由鋁與不銹鋼的混合材料用電弧熱噴涂方法涂上去的。美國專利申請2001/0045332A1揭示了一種鈦或者鋁剎車盤的制造方法。這種剎車盤帶有不銹鋼耐磨表面，不銹鋼是用銅焊在鋁的表面上的。日本專利申請JP-A No.H9-42339揭示了一種鋁剎車盤的制造方法。這種鋁剎車盤帶有合金鋼耐磨面，此耐磨面是由爆炸法與鋁母體焊接上的。技術方案本專利技術揭示了帶有復合層的零件的一種制造方法。在這種方法中，將表面牢固地焊有金屬顆粒的第一種金屬預制件，放入模子中，然后將熔化的第二種金屬澆入其中。液體金屬流過并覆蓋了金屬顆粒，然后冷卻。這個過程就產生了一個零件，其母體是第二種金屬，通過機械咬合的方法，在表面上包覆了第一種金屬。典型的情況是第一種金屬是高熔點高強度金屬，例如鋼；第二種金屬是低熔點低強度但重量輕的金屬，例如鋁。下面的詳細描述與插圖對本專利技術的目的，特征及優點做了更易于理解的說明。附圖說明圖1.顯示了本專利技術所揭示的機械咬合原理圖2.顯示一種用鋼復合其頂部的鋁活塞的復合結構具體實施例將0.5-20mm厚，最好是1-5mm厚的高強度高熔點板材，例如鋼板，沖壓，切割，彎曲和/或壓延，制得一個待復合的備件。或者，待復合的備件也可以用金屬鑄造，粉末冶金，擠壓，鍛造，焊接，車削等方法制造。另外待復合的備件也可以用多層金屬板制成。多層金屬板由本體金屬與一種表面材料粘接。表面材料可以是不同的金屬，或者是由金屬基體與陶瓷，石墨粒子，短纖維或長纖維強化所構成的復合材料。在復合預制件(1)(圖1)的某個部位均勻或按一定的圖案涂上粘接劑，最好是有機的，例如樹脂，樹膠，動物膠，糊精，聚丙烯，纖維素，酚醛或者聚氨基甲酸脂。做為另一種可供選擇的方法，粘接劑可以混入添加劑，這些添加劑可以由金屬和碳粉組成，粉末的粒度是0.1至500μm，最好是25-147μm。粘接劑與添加劑的比例可上至1∶10，但最好是在50∶1與10∶1之間，或者最好是在1∶1至1∶6之間。將規則或不規則形狀的金屬粒子粘在涂了膠的復合預制件的表面上(5)。所說的規則或不規則形狀包括球形，柱形，多邊形，橢圓形，T字型，工字型，L字型，V字型，螺釘，錐形，[字型，以及其它能夠產生機械咬合的各種形狀。直徑為0.5至20mm均勻尺寸的金屬球的使用效果很好。這些金屬球(2)隨機或按一定圖案粘在涂有膠的表面上(5)。做為另一種可供選擇的方法，膠也可以涂在金屬粒子(2)的表面上。復合預制件的表面(5)可涂也可不涂膠。金屬粒子的間距最好是粒子直徑的1.5至10倍。作為另一種可供選擇的方法，金屬粒子(2)單層粘在整個涂有膠的表面上(5)。作為另一種可供選擇的方法，金屬粒子(2)以多層方式粘在涂有膠的表面上(5)。每層粒子之間涂有膠，將各層粒子粘在一起。復合預制件(1)包括粘接劑和粒子，一起裝入爐中。在高溫下，粘接劑或許金屬粒子的一部份，以及復合預制件的表面材料(5)，共同形成了瞬間金屬液體。這瞬間金屬液體構成了粒子縮頸(3)(圖1)。由于金屬縮頸處元素的原子擴散到周圍的地區，金屬縮頸在高溫下又變成了固體。金屬縮頸(3)的橫斷面直徑小于金屬粒子直徑，最好是金屬粒子直徑的1/3至2/3。冷卻以后，金屬粒子(2)就通過金屬縮頸(3)焊在了復合預制件(1)的表面上。作為另外一種可供選擇的方法，粘接劑本身在高溫下變成了液體，構造了金屬縮頸，冷卻以后，金屬縮頸就成了固體。作為另外一種可供選擇的方法，多層金屬粒子(2)與涂了膠的表面(5)粘接在復合預制件表面上，形成了一個多孔層。這些粒子在爐中加熱時由出現的瞬間液體粘合在一起。冷卻以后，這個多孔金屬層就由凝固的瞬間金屬液體牢固地與薄件(1)粘接在一起了。多孔層的孔洞是互相聯通的。作為另一種可供選擇的方法，可以用前面所述方法先制造一個牢固地粘有金屬粒子的預制件，然后通過切割的方法同時制造出多個小預制件。這些小預制件就可以用來作為復合預制件。在加熱過程中，通過控制爐內氣氛也可以對復合預制件(1)進行碳化和氮化處理。在爐內加熱過程中，還可以進行退火，正火，淬火和回火的熱處理。復合預制件可以進一步彎曲，沖壓，壓延，以及焊接制成所需要的形狀。金屬粒子也可以受壓使之變形以便更好地機械咬合。復合預制件也可以經由化學蒸鍍，物理蒸鍍，熱噴涂，電鍍，噴涂，刷或浸沾的方法施加涂層。另外復合預制件也可以用火焰，激光表面硬化或離子束進一步處理。復合預制件然后放入砂型或金屬模具中，將第二種金屬(4)(圖1)熔化，澆入砂型或金屬模子中就形成了帶有復合層(1)的零件。通常使用的潮模砂鑄造，金屬模鑄造，擠壓鑄造，造芯下芯，精密鑄造，失模鑄造等都可以在本專利技術中使用。雖然冶金粘接可能存在，但是第一種金屬的表面，其中包括粒子(2)的表面，縮頸(3)和復合預制件的表面(5)，主要是通過機械咬合與第二種金屬機體粘接的。這種機械咬合可以是第二種金屬咬住粒子的縮頸，或是滲入多孔層中的孔洞中。如有必要這樣制成的零件可以經過機加工，以生產出最終的成品。這種成品具有所要求的尺寸精度以及優良的表面工作性能。為了進一步改善使用性能，工作表面可以用噴砂，鉆孔，開槽，或其它機加工方法使之粗糙。為了進一步改善表面性能，關鍵表面還可以用化學蒸鍍，物理蒸鍍，激光表面硬化及電子束表面硬化進行表面硬化處理。圖2顯示了一個鋁活塞含有鋼頂蓋的結構。在相同尺寸和相同測試條件下制動測功儀測試結果表明，用上述方法生產的鋼面鋁剎車盤具有與鑄鐵剎車盤同樣良好的剎車性能，但是鑄鐵剎車盤比鋼面鋁剎車盤重2倍，在一次破壞性高溫剎車實驗中，鋼面鋁剎車盤一直工作良好直到輪盤表面溫度超過1400°F。用本專利技術制造的零件主要著眼于要求重量輕本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造帶有復合層的零件的方法，由下列步驟構成：　　　　ａ．制備一個復合預制件，這個預制件的某個部位由第一種金屬和外表面所構成，至少在部分外表面上牢固地粘有許多金屬粒子；　　　　ｂ．將復合預制件放入模子中；　　　　ｃ．提供熔化了的第二種金屬；　　　　ｄ．將熔化了的第二種金屬澆入模子中，此液體金屬環繞并覆蓋了前述金屬粒子，然后冷卻，就形成了一個由第二種金屬制成的零件，在此零件中通過第二種金屬與金屬粒子的機械咬合，這個零件就帶有了第一種金屬的復合層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃小弟，
申請(專利權)人：黃小弟，
類型：發明
國別省市：US[美國]