复合材料、复合材料制品及其制造方法和用途与流程

本发明涉及一种复合材料、复合材料制品、其制备方法及其用途。本发明尤其涉及一种复合材料，特别是具有视觉上吸引人的、特别是装饰性表面的复合材料，例如用于建筑行业，车辆建造或造船。

背景技术：

在现有技术中，已知的在建筑或船只的内部或外部区域中装饰性和视觉上好看的表面不是基于例如变质岩、陶瓷、木材和塑料的非金属就是例如铝和各种钢基的金属。

为了获得视觉结构，上述材料根据基材的选择不是锯、研磨、抛光、上釉和烧制就是有机涂层以及染色或阳极氧化以及阳极化或电化学的/电流的或通过物理以及化学气相沉积镀层。有时材料也维持了它们的自然外观并且因此完全未经处理加工，例如局部是不锈钢的情况。

如变质岩、陶瓷块、木材、塑料、铝、碳钢的材料由于其机械、技术、化学特性如此不同，他们不能够同时满足例如在门面区域、楼层和内部装修、汽车以及其材料技术组成上的当今技术的和光学的要求。

同样地由于新的法规，在建筑、车辆制造和造船业中需要这样的材料，其尽可能多的具有下述特性，优选集成所有下属特性：

-材料的表面和边缘应该具有全区域的防腐蚀保护或者足够大的边缘防腐蚀保护。

-材料表面应该能够几乎没有限制地染色。

-材料的表面应该不易受划伤，具有持久的耐涂写或易清洁性能和/或绝对的耐溶剂性。

-染色的表面应该持久的耐紫外线和耐气候。

-材料应该与其表面尽可能地无机地连接，特别是不易燃的以及在火灾中不易冒烟的。

-材料应该机械上易于变形和加工。

-材料应该取决于厚度地具有令人满意的高的弯曲和翘曲刚度以及具有足够高的翘曲强度并且应该在相应的结构中能够体现本身的性质。

-材料应该在火灾中具有高于1000℃的耐高温性。

-该材料应该几乎100％可回收，不包含危害环境或健康的物质。

cn200940160、jps64-21094和jph01-156496公开了多种方法，其中铝层通过沉积在钢基底上产生，随后阳极氧化。运用这些方法然而不能满足所需的光学的表面质量。相反地需要对表面的后续处理，这将导致成本的增加。

借助现有技术中的上述方法，具有令人满意的机械性能并且同时具有耐抗的和视觉上吸引人的表面的令人满意的材料或材料产品不能或仅能通过相当大的成本制造。

技术实现要素：

根据这种背景，本发明的目的在于提供一种材料、一种材料产品及其制造方法，通过此方法能够更好地并且更廉价地达到上述的、所期望的特性。

这个目标根据本发明通过用于制造复合材料或复合材料产品的方法实现，其中铝层通过包覆、粘接和/或平面焊接与金属基底连接并且其中与金属基底连接的铝层阳极氧化。

此外，上述任务根据本发明至少部分地由复合材料实现，该复合材料尤其是通过上述方法制造，具有金属基底和通过包覆、粘接和/或平面焊接与金属基底连接的并阳极氧化的铝层，该铝层特别是在连接后阳极氧化。

此外，上述任务根据本发明至少部分地由复合材料制品实现，尤其是以结构元件和/或覆盖元件的形式，所述复合材料制品由上述复合材料构成。复合材料制品是指由上述复合材料制造的产品，其结构和形状优选地与使用目的相适应。

复合材料产品能够特别是结构元件和/或覆盖元件，尤其用于建筑业、车辆建造或造船业。优选复合材料或复合材料制品以扁平件，例如条状或片状形式存在。

金属基底能够特别是片材或带材。金属基底由金属，优选由非铝合金构成。

铝层能够是例如铝箔或铝带。

铝层能够通过包覆连接到金属基底上。“包覆”意味着铝层和金属基底通过压力和/或热作用彼此连接。为此目的，首先清洗铝层并且如有可能地清洗金属基底，铝层和金属基底(以及如有可能的其它层)平面地设置在彼此的上方并且能够进行包层步骤。在包层过程中，金属基底和在其上设置的铝层(以及如有可能的其它层)通过压力，例如借助挤压或轧制工艺手段(称为辊堆焊)和/或通过热作用，例如在加热压力机或炉中彼此连接。也能够同时采用压力和热的联合作用，例如在加热压力机中或使用加热辊，或者也可以相继地采用压力和热作用，例如在包层轧制后的退热过程中。

为了包覆铝层能够直接设置在金属基底上。可替代地能够在铝层和金属基底之间设置其它的层。例如，在铝层包覆之前，金属基底能够先以中间层涂层或包覆。可替代地，这样的中间层能够和铝层在同一个包覆步骤中包覆在金属基底上。

在包覆之后存在有双层或多层复合材料。

可替代地，铝层能够通过粘接与金属连接。为此目的在金属基底和/或铝层上能够施加粘接层并且铝层借助粘接层与金属基底连接。

可代替地，铝层能够通过平面焊接(焊覆)与金属基底连接。为此目的，能够例如在铝层和金属基底之间平面地设置焊料、特别是焊料膜、焊料片或焊条或焊膏。焊料能够通过加热到焊料的熔点以上的温度软化，从而铝层和金属基底在再凝固中连接。

相较于包覆，铝层与金属基底的粘合或平面焊接具有连接方法更便宜和实施更简单的优点。此外，这种连接方法尤其对于由纯铝组成的铝层，尤其是具有至少99.5重量％的al含量的铝层具有优势，因为包覆，尤其是在(辊轧)包覆后的退火是困难的。

在金属基底上的铝层的包覆相对于粘接和平面焊接具有优势，制造的复合材料具有较高的耐温性并且复合材料的表面质量较少地取决于原料。

金属基底能够单面或双面地通过包覆、粘接和/或平面焊接与铝层连接。

优选在单面的铝层的情况下，通过例如涂漆、薄膜或其他覆盖物相应地防止未覆盖的金属基底和如有可能的金属基底的开口侧边在阳极氧化中损耗或破坏。在两侧的铝层的情况下，优选对金属基底的开口的侧边进行相应保护。

在铝层与金属基底连接之后，铝层被阳极氧化。在也称为阳极化的氧化或阳极电镀的阳极氧化中，铝层在远离金属基底的一侧上通过电解处理氧化。

通过金属基底与铝层的结合产生复合材料，复合材料一方面由优选的例如钢的低成本的基底构成并且另一方面由与基底连接的铝层构成。金属基底的材料优选地如此选择，即满足对于材料的强度的需求。然而金属基底不需要具有预期的表面特性，表面特性通过施加的铝层实现。

与基底连接后通过铝层的阳极氧化在铝层的远离基底的一侧产生阳极氧化的表面，表面是视觉上有吸引力的、相对不敏感的并且几乎能够随意染色。通过阳极氧化形成了具有高表面硬度和耐候性的氧化铝层。

接下来描述用于制造复合材料的方法、复合材料和复合材料制品的不同的实施方式。各个实施方式能够随意地组合。此外各个实施方式分别地不仅能够应用于方法，而且还能够相应地应用于复合材料以及复合材料制品。

在一个方法的实施方式中铝层通过包覆与金属基底连接，其中包覆包含热处理，尤其是扩散退火。在金属基底中经常使用热处理，以获得所需的结构和材料性能。已知的是，这种热处理也能够用于将铝层施加到金属基底上的包覆，从而能够精简一个用于包覆的单独的热处理步骤。例如包覆包含辊包覆和随后的热处理，例如扩散退火。

扩散退火或均匀化退火都是热处理，其中金属基底在规定的退火温度中保持一定的退火时间，从而避免金属基底中的结构不均匀性。要选取的退火时间以及退火温度取决于金属基底的组成。然而扩散退火本身对于技术人员是已知的，因此在这里不需要进一步的阐述。

在方法、复合材料和复合材料制品的另一个实施方式中，金属基底由钢，优选碳钢组成。通过钢的使用能够给复合材料带来所需的强度。同时钢是一种相对廉价的材料，尤其是非合金的碳钢，又被称为碳素钢或c-钢。

优选地金属基底由电解的、热浸镀的、熔体浸渍的、pvd，cvd和/或电化学的/电流镀层的碳-钢构成。这些钢，尤其是电解的和熔体浸渍的钢涉及基本材料，其相对成本低的在全球市场上大量提供。这种镀层的具有包覆并且随后阳极氧化的铝层的金属基底为用户提供了非常美丽的，装饰性、耐候并且耐紫外线的表面并且提供一种具有钢板的所有机械/技术基本性能的不可燃的复合材料。以这种方式能够生产整体装饰性、耐候性和低成本的复合材料，复合材料例如尤其适用于建筑行业或海上应用。尤其以这种方式能够生产满足于相关审批规定，尤其是用于海上领域(格外严格的要求)的imo2010ftp代码部分1、2和3和/或用于建筑领域的din4102，防火级别a至a2的复合材料。

由热浸镀和有机涂层钢构成的复合材料相对来说尤其有缺点，即由于其有机成分复合材料不能完全地满足根据imo2010ftp代码部分1、2和3对不可燃性的要求。此外，这样的表面容易形成烟雾并且也没有完全的耐溶剂性和耐划伤性。

在方法、复合材料以及复合材料制品的另一个实施方式中，铝层由一种根据din17611的铝合金(铝的阳极氧化产品)构成，铝合金具有至少99.5重量％的铝含量，优选具有almg1eq质量。以这种方式能够实现高的阳极氧化以及阳极电镀质量并且从而实现抵抗性和视觉上有吸引力的表面。

在方法的另一个实施方式中，金属带尤其是钢带作为金属基底应用并且铝带作为铝层应用，并且金属带和铝带通过包覆、粘结和/或平面焊接以带状形式相互连接。复合材料以这种方式连续地制造。

在方法的另一个实施方式中，铝层的阳极氧化(或阳极电镀的)表面染色和/或密封。在相应的复合材料或复合材料制品的实施方式中，铝层的阳极氧化(或阳极电镀)表面被着色和/或密封。阳极化铝表面均匀地染色，使复合材料的外观能够根据要求地调节。作为表面的额外保护以及所施加的颜色层，阳极氧化的铝表面能够被密封，尤其是通过热密封的方法，其中阳极氧化的表面在热水中密封。由此如有可能的施加在氧化物层中的颜料也同样被固定。额外地或可替代地能够施加另外的涂层，优选溶胶-凝胶基的无机涂层。通过渗透和随后的密封有优势地实现阳极化的铝表面的染色。

在方法的另一个实施方式中，将铝层与其连接的金属基底在铝层阳极氧化之前成型，尤其是以要制造的复合材料以及要制造的复合材料制品的目标形状成型。通过阳极氧化前的成形能够避免在阳极氧化中产生的陶瓷的氧化铝层在成形过程中受到裂纹破坏。

在方法的另一个实施方式中，在金属基底和铝层之间设置防腐蚀层，尤其由与金属基底相比的非贵金属构成。在相应的复合材料或复合材料制品的实施方式中，在金属基底和连接到其上的铝层之间设置与金属基底对比的非贵金属的防腐蚀层。防腐蚀层尤其能够使用锌、锌合金、镁或镁合金。借助防腐蚀层在穿刺的情况下或在对铝层损坏的情况下能够实现尤其是在复合材料或复合材料制品的边缘的防腐蚀作用。防腐蚀层优选使用一种金属，该金属比基材(钢)的金属更廉价。以这种方式能够实现阴极腐蚀保护，尤其是边缘腐蚀保护。

防腐层能够可选择地同时作为平面焊料。为此目的，优选使用一种低熔点的焊料作为防腐蚀层，例如基于锡，尤其基于锌-锡的材料，从而同样实现上述的阴极边缘保护。优选在包覆之前还施加一种助焊剂。

上述目的根据本发明至少部分地通过上述复合材料或复合材料作为覆盖元件的实施例在建筑领域、汽车制造或造船中的使用实现。尤其是在建筑外墙、建筑层、室内建筑或车辆中使用。

上述复合材料以及由这些复合材料制造成的复合材料制品结合了对于这些应用有利的金属基底的机械特性和通过包覆、粘接和/或平面焊接与金属基底连接的铝层的有利的表面特性。

附图说明

接下来参考附图根据实施例描绘方法、复合材料和复合材料制品的其他特征和优势。

在附图中

图1示意性地示出了用于生产复合材料以及复合材料制品的方法的实施例，

图2a-d示出了复合材料的各种实施例的截面示意图。

具体实施方式

图1以示意图示出了用于生产复合材料以及复合材料制品的方法的一个实施例。

在第一步骤2中，将铝层4与金属基底6连接。连接能够通过包覆、粘接和/或平面焊接来实现。图1示例性地显示了通过包覆的连接。

为了包覆铝层4在第一分步骤8中设置在金属基底6上。在绘制的例子中在铝层4和金属基底6之间增设了由锌、铝或镁合金组成的防腐层10。如此产生的三明治结构12首先在第二分步骤13中借助辊子14滚压包层并且然后在第三分步骤15中进行热处理，从而三明治结构12的各个层通过压力和热作用聚成组合的复合材料16。在第三分步骤15的热处理中涉及到例如在炉18中的扩散退火。

复合材料16的铝层4然后在第二步骤20中阳极氧化。为此复合材料16，尤其铝层4连接到电源22的一个电极并且浸入到与电源22的另一个电极导电连接的电解质浴22中。借助电流通过铝层4和电解质浴22的流动，铝层4的远离金属基底6的表面被阳极氧化，从而在这个表面上形成氧化铝层26。

复合材料16能够以这种方式制造，一方面通过金属基底6提供良好的机械性能并且另一方面通过与金属基底6连接并且阳极氧化的铝层4提供具有吸引人外观的抵抗性表面。尤其是铝层4的阳极氧化的表面没有进一步染色。

在第一步骤2和第二步骤20之间，也就是说在通过包覆、粘接和/或平面焊接连接铝层4和金属基底6以及铝层4的阳极氧化之间，复合材料16按需求在中间步骤28中变形。

图2a-d示出了复合材料以及复合材料制品的不同实施例的截面示意图，复合材料或复合材料制品尤其通过图1中绘制的方法制造。图2a-d中的复合材料40、42、44和46分别以多层的带材或片材的形式绘制。然而复合材料和复合材料制品也能够以其他的形式存在，尤其以变形的带材或片材形式存在。

复合材料40、42、44和46的彼此对应的部件分别用相同的附图标记表示。

图2a中的复合材料40具有由碳-钢制成的金属基底50和在基底上包覆的由铝合金组成的铝层52，优选具有符合din17611的质量，例如铝含量至少为99.5重量％。铝层52在包覆后阳极氧化，从而铝层在远离金属基底50的表面具有由陶瓷氧化铝构成的层54。

图2b中的复合材料42与图2a中的复合材料40的区别在于，铝层52不是包覆在金属基底50上，而是粘接或者可选择地平面焊接。相应的在铝层52和金属基底50之间设置另一个层56，该层能够是粘接层(粘接的铝层)或者是焊料层(平面焊接的铝层)。

图2c中的复合材料44与图2a中的复合材料40的区别在于，在金属基底50和铝层52之间设置由锌或者镁合金制成的防腐蚀层58。为了生产复合材料44，金属基底50、防腐蚀层58和铝层52彼此叠置并且通过压力和/或热作用彼此连接(包覆)。

图2d中的复合材料46和图2a中的复合材料44的区别在于，由氧化铝构成的层54染色，从而色素施加在氧化铝层中。色素能够通过密封，尤其是热封保护。可替代或额外地能够施加漆或溶胶-凝胶。

通常优选密封氧化铝层，其中之前将颜色施加到氧化铝层中并且/或者氧化铝层之后表面涂漆。

总体来说如此制造复合材料46，复合材料具有一方面视觉上吸引力人的和另一方面耐抵抗的表面。

图2a-d示出了金属基底的单面涂层。在优选的实施例中进行双面的，尤其是对称的和/或相同种类的涂层。

例如复合材料40、42、44和46能够用于例如在建筑领域、车辆建造或造船中的复合材料制品，例如结构元件和/或隔热元件。

接下来描述方法、复合材料和应用的实施例1至15：

1.用于制造复合材料，尤其是用于制造根据实施例9至13的复合材料，或者用于制造复合材料制品，尤其是根据实施例13所述的复合材料制品的制造方法，

-其中，铝层通过包覆、粘接和/或平面焊接而与金属基底连接并且

-其中与金属基底连接的铝层阳极氧化。

2.根据实施例1的方法，其中铝层通过包覆与金属基底连接，包覆包括热处理，特别是扩散退火。

3.根据实施例1或2的方法，其中由钢制成金属基底作为金属基底使用，优选使用由碳钢，尤其是由经过电解、热浸镀层、pvd、cvd和/或电化学/电流镀层的碳-钢构成的金属基底。

4.根据实施例1至3中任一项的方法，其中铝层使用一种由铝合金组成具有至少99.5重量％的铝含量的铝层。

5.根据实施例1至4中任一项的方法，其中金属带，尤其是钢带作为金属基底使用并且铝带作为铝层使用并且金属带和铝带借助包覆、粘接和/或平面焊接彼此带状地连接。

6.根据实施例1至5中任一项的方法，其中铝层的阳极氧化的表面被染色和/或密封。

7.根据实施例1至6中任一项的方法，其中金属基底和与金属基底连接的铝层在铝层的阳极氧化前成型，尤其是以要制造的复合材料以及要制造的复合材料制品的目标形式成型。

8.根据实施例1至7中任一项的方法，在金属基底和铝层之间设置防腐蚀层,尤其是由相对于金属基底的非贵金属构成。

9.复合材料，特别是根据实施例1至8中任一项的方法制造的复合材料，

-具有金属基底和

-具有通过包覆、粘接和/或平面焊接与金属基底连接并且阳极氧化的铝层，铝层尤其是在在连接之后阳极氧化。

10.根据实施例9的复合材料，其中金属基底由钢，优选由碳钢，尤其是由经过电解、热浸镀层、pvd、cvd和/或电化学/电流镀层的碳钢构成。

11.根据实施例9或10的复合材料，铝层由一种根据din17611的可阳极氧化的铝合金制成。

12.根据实施例9至11中任一项的复合材料，其中在金属基底和与金属基底连接的铝层之间设置防腐蚀层,尤其是由相对于金属基底的非贵金属构成。

13.根据实施例9至12的任一项的复合材料，其中铝层的阳极化表面被着色和/或密封。

14.一种复合材料制品，尤其以结构元件和/或覆盖元件形式、由根据实施例9至13中任一项的复合材料构成的复合材料制品。

15.根据实施例9至13中任一项的复合材料和根据实施例14的复合材料制品在建筑行业、汽车制造行业或造船行业中作为结构元件和/或覆盖元件的应用。