专利名称：高介电流体接头垫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属垫片，特别是涉及那些在电解液存在的情况下夹于相邻 元件之间的垫片，在这种情况下如果不进行适当保护，电解液可导致垫片作 为金属导电通路造成相邻元件部分的电解腐蚀。
背景技术：
在众多应用中，金属垫片常用于提供相邻元件之间的流体紧密封。其中 一种应用是用于油冷却器芯子的垫片，这种垫片具有围绕将被密封的流体口 的金属浮凸，并包括多个螺栓孔开口，以使用于将各元件相互夹紧并将垫片 夹于其间的螺栓通过。在一些情况下发现相邻元件易腐蚀，并认为金属垫片 至少部分地作为这些元件之间的导电通路，建立了一个不希望有的腐蚀电池， 在流体存在时，导致相邻元件之间不希望有的电解腐蚀。 一般认为该腐蚀电 池由装配螺栓、垫片、暴露于栓结法兰和垫片内外的流体(电解液)以及不 同栓结法兰材料组成。当前使用的垫片代表性地涂覆有弹性体，以加强垫片 和相邻元件之间界面的密封。当这种涂层在某些领域提供某种程度的绝缘值时，发现垫片上螺栓孔周围和模具限位块(standoff)部位附近，金属垫片芯 附近材料注射点处，弹性体材料在使用中会磨损，使得这些区域的金属芯暴 露于被夹设的元件中，建立导电通路，带来电镀锌的腐蚀问题。因此，当需 要并期望用弹性材料来加强垫片的全面密封能力时，其不足以防止电镀锌的 腐蚀，特别是安装和使用垫片期间，材料被磨损的螺栓孔区域周围的腐蚀。发明内容根据本发明构造的垫片在易磨损区域，例如螺栓孔周围，优选覆盖整个 垫片芯，设有暴露的PEEK材料垫片表面。根据第一实施例，该垫片芯由钢 或其他金属材料制成，而后涂覆PEEK材料。该PEEK材料具有提供高介电
绝缘性能的优点，作为电屏障以中断通过垫片的金属导电通路。在此前己确 认该导电通路至少对电镀锌电池的建立起作用，而该电镀锌电池则导致夹紧设置的邻接元件的腐蚀。在第二实施例中，垫片的整个芯由PEEK制成，例 如由一片PEEK材料冲压制成。在这两个实施例中，根据本发明，在PEEK 区域之上应用一弹性体层以加强垫片的密封。然而，该弹性体并不应用于那 些易磨损的区域，例如螺栓孔附近；在这些区域仅PEEK暴露出，并可承受 这些状况；在为弹性体的粘接提供基底时，保持期望的绝缘性能。根据进一 步的特征，PEEK材料可在流体的边缘被遮盖，或从流体口的边缘除去，以 提高弹性体材料至金属芯子材料的可选粘附力。因此，将PEEK材料应用于中心垫片，特别是应用于耐磨螺栓孔区域， 可提供期望得到的高介电绝缘性能，以中断不采用PEEK材料时会存在的通 过垫片的金属导电通路，上层弹性体提供期望得到的密封性能，以加强垫片 的密封性能。
为了更清楚地说明本发明的特征及优点，结合以下附图对本发明进行详 细描述，其中图1是本发明第一实施例的垫片的平面图；图2是金属垫片芯的平面图；图3是图2中金属垫片芯涂覆PEEK材料后的平面图； 图4是展示暴露的中心金属的边缘的流体口的放大平面图；图5是无弹性体材料的螺栓孔和限位块区域的平面图； 图6是螺栓孔和限位块区域的剖视图；图7是沿图4中7-7线的剖视图，其设有弹性体层；图8是另一可选垫片的平面图；图9是与图8中垫片相关的由PEEK材料制成的另一可选芯的平面图；以及图10是沿图8中10-10线的剖视图。 具体实施例根据本发明较佳实施例构造的金属垫片10,如图3、 4所示，包括作为垫 片结构框架或主干的垫片芯12 (图1)。该芯12具有用于使流体通过垫片10 进行输送的至少一个流体口 14。该垫片IO可包括，例如，夹设于油冷却器 和发动机模块(图均未示)之间的油冷却器垫片，以在油冷却器和发动机模 块之间形成流体紧密封。该垫片IO进一步包括至少一个、优选至少两个螺栓 孔开口 16，该螺栓孔开口 16贯穿过垫片芯12并与流体口 14间隔设置，用 于使将油冷却器紧固于发动机模块的装配螺栓(图未示)通过。当装配螺栓 与螺栓孔开口 16紧密配合时，可压紧垫片10以在油冷却器和发动机模块之 间形成流体紧密封，从而防止在油冷却器和发动机模块之间输送的流体渗漏， 从垫片接口溢出。流体口 14和螺栓孔开口 16以较其最终尺寸稍大的尺寸形成，如图2所 示，其中虚线表示流体口 14和螺栓孔开口 16的最终尺寸。根据图l-7所示的第一较佳实施例，垫片芯12由普通碳钢或其他非PEEK 材料制成，优选冲压碳钢制成。根据本发明，该垫片芯12首先被涂覆纯PEEK (polyethyletherkeytone，聚醚醚酮)离散型涂层，如图3所示。较佳的涂层 厚度为大约2pm。所示与本发明良好结合的材料可采用Techline Coatings公 司的产品"Techtrix7100"。该PEEK材料可与钢载体良好结合，并具有高介 电性能，以在垫片芯12周围形成电绝缘屏障，将通过垫片IO的任何导电通 路断开，这将在以下详细说明中进行解释。一旦垫片芯12被涂上PEER材料层18，即采用弹性体层20外涂层。该 弹性体层20优选橡胶基，并模铸于垫片芯12和PEEK层18周围，使得垫片 芯12和PEEK层18由弹性体层20基本封装——除了下面描述的一定区域。 优选弹性体是硅基注射成型弹性体，可为那些当前用于有关现有油冷却器芯 子垫片生产中的弹性体，这些应用中弹性体材料直接粘合于金属芯，而不采 用居间的PEEK层。本技术领域的普通技术人员可知除了一种可采用的弹性 体材料，可以预见本发明还可采用各种适宜PEEK和预期的垫片应用的弹性 体。当前用于现有油冷却芯子垫片生产和用作本发明的弹性体层20的该硅弹 性体根据Federal-Mogul材料规格R7725准备。在应用弹性体层20之前，优选从流体口 14去除PEEK材料18，以使垫 片芯12的未涂覆环形边缘22暴露出，该边缘22直接围绕无PEEK材料18
的流体口 14，如图4所示。实际上，未涂覆边缘22可通过先涂覆再除去PEEK 材料18来处理，或通过在应用PEEK材料期间将边缘区域22遮盖住来处理， 以保护其免于应用PEEK材料18。无论那种情况，PEEK材料18设置于流体 口 14周围退后0.070英寸处，并远离凸起的工具限位块结构24，以使垫片芯 12的裸钢显露，仅用于直接将弹性体材料20粘合于这些区域，垫片10的所 有其他区域由PEEK覆盖，并通过弹性体层20封装。
一旦垫片芯12被涂覆PEEK层18，并被修整或者被遮盖以防止流体口 14周围存在PEEK材料，即将该PEEK涂覆垫片芯12设于模具中，并将弹 性体材料20浇铸于垫片芯12周围，覆盖垫片芯12上PEEK涂覆和暴露金属 区域，使得垫片芯12由弹性体材料20完全封装，除了下面记载的流体口 16 周围。如图5、 6所示，弹性体层20覆盖除了螺栓孔开口 16的环形边缘区域 26外的所有区域。因此，该边缘区域26涂覆有高介电PEEK层材料18，而 未涂覆弹性体材料20。垫片10也具有工具限位块区域24，该限位块区域24 因突出于垫片平面，故易磨损。这些区域24也可被保护免于应用弹性体层 20，但仍涂覆高介电PEEK层18。流体口 14的环形边缘区域22无PEEK材 料，而由弹性体材料20覆盖，如图7所示。
使用中，垫片IO设于油冷却器芯子(图未示)的装配凸缘和发动机模块 (图未示)的相关凸缘或装配区域之间，且装配螺栓(图未示)被引导穿过 凸缘上对齐的开口以及垫片10的螺栓孔开口 16。 PEEK层18的磨损和粘合 强度大于弹性体材料20的磨损和粘合强度，因此可抵抗由于螺栓插入螺栓孔 开口 16并暴露裸金属芯12产生的磨损。PEEK材料18特别是螺栓孔开口 16 附近的PEEK材料18的高介电性能，具有将垫片IO与电镀锌腐蚀电池的任 何导电通路隔离的效果，否则在电解液流经开口 16并与垫片IO暴露的金属 芯区域12相遇时可能存在该电镀锌腐蚀电池。高介电PEEK材料已显示中断 这种麻烦的腐蚀电池，以防止没有PEEK材料18时可能导致的垫片10和配 合元件的腐蚀，特别是也没有弹性体存在的螺栓孔开口 16的区域和限位块区 域24，但限位块区域24仍涂覆有PEEK材料18。
图8-10举例说明了本发明的另一可选实施例，其中垫片30具有与垫片 10结构大致相同的至少一个流体口 32和至少一个、优选至少两个螺栓孔开 口34。在该实施例中，垫片30包括完全由PEEK材料制成的芯36，该芯36 上除螺栓孔开口 34周围的边缘区域40外的区域模铸一层弹性体38，该螺栓 孔开口 34完全为PEEK材料，而未涂覆弹性体38。该垫片与第一实施例具 有相同的优点。很明显，根据以上描述可以对本发明做各种改变和修改。因此，可以理 解，除上述特定实施例外，本发明可在其权利要求范围内实施。
权利要求
1、 一种垫片组件，包括至少一个金属垫片层，具有贯穿其中以输送流体媒质的开口； PEEK材料涂层，应用于所述至少一个垫片层的至少一部分；以及 不同于所述PEEK材料的弹性密封材料层，应用于所述至少一个垫片层 的至少一部分。
2、 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述弹性密封材料应用于所述 PEEK材料的至少一部分。
3、 根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述PEEK材料的至少一区域是暴露的。
4、 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述弹性密封材料应用于所述 PEEK材料的至少一部分和所述至少一垫片层的至少一部分。
5、 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述PEEK材料与所述开口的 后部区域间隔开，使得所述边缘区域无所述PEEK材料。
6、 根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述弹性材料应用于所述边缘 区域。
7、 根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述至少一个垫片层包括至少 一个涂覆所述PEEK材料而无所述弹性体材料的螺栓孔。
8、 一种垫片组件，包括由PEEK材料制成的垫片本体，具有至少一个流体口和至少一个螺栓孔 开口；以及应用于所述PEEK材料的弹性密封材料层。
9、 根据权利要求8所述的垫片组件，其特征在于，所述螺栓孔无所述弹性体 材料。
全文摘要
本发明提供一种垫片组件，具有至少一个流体输送口和至少一个螺栓孔。该垫片包括PEEK材料，该PEEK材料可作为材料层涂覆该垫片的金属芯的至少一个部分。一弹性密封材料层应用于所述PEEK材料的至少一部分。
文档编号F02F11/00GK101124394SQ200580040734
公开日2008年2月13日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者约翰·B·科夫林, 维贾·博姆阿雷迪, 阿维德·卡斯勒 申请人:费德罗-莫格尔公司