专利名称：工件结构的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进工件结构的方法，以及涉及如此改进的工件。
背景技术：
用以表面改进的功率射束(例如电子束(EM)和激光束)的使用已经是公知的了。存在用以改变材料表面特性的若干种不同方法，在所述方法中，使用功率射束来移除、化学改进、或移动工件表面上的材料。这些方法中的几个已经历了专利申请和专利授权。
在用于显示出液相的大部分金属或其他材料的传统EB钻孔加工方法中，如下应用所述方法。首先，高功率密度射束在所述材料中形成不透的“键孔”。所述“键孔”通常由又窄又深的孔构成。在所述孔的侧部上具有一层熔融材料。主要由所述材料的蒸汽压力使得所述孔保持打开，蒸汽压力将存在于最高射束功率密度区域中的其沸点下或附近。第二，使得所述射束停留足够长的时间从而使得所述孔变为通透的而不是不透的。第三，使得所述射束在相同位置处停留略长的时间，以使得所述射束冲击在紧贴于工件后部的基底材料上。该基底材料为挥发性的，并且产生气态材料的爆裂，所述爆裂几乎将所有的熔融材料都从所述孔的侧部处驱散。
应该注意的是，由于不存在能够驱散所有液态材料的力，因此这种类型的钻孔操作不能产生清洁的“不透”孔。
在不显示液相或者可直接被化学地转化为气相的材料的情况下，可在不使用基底材料的情况下执行钻孔或切割操作。在这种情况下可形成“不透”孔。
同样地，在许多情况中也使用其中一股气体被施加于熔融材料上以使其移动以便于切割或钻孔的“气体辅助”，例如，使用激光。
存在各种方法，包括使用功率射束从工件的表面移除材料以便于留下基本未变的材料的直立部分，并且以这种方式可获得功能表面。
还存在这样的技术，其中材料可被移动到液相中以改变表面的功能性。在一个变型中，通过相对于移动工件表面固定或者沿与在固定参考坐标系范围内移动的工件相同方向的表面移动的功率射束使得所述材料具有纹理。以这种方式通常能够形成具有大致均匀的折边的圆的或细长形状的浅钻孔。包含这种类型特征的表面纹理在制备用在轧钢厂中的轧制机方面是有用的，其中所述纹理被施加于轧制钢产品上。
在第二“表面纹饰”处理中，在每个孔的位置处，电子(或激光)束沿多个方向被操纵，因此可在特定方式下操纵移位的材料。如果在前面的特征仍处于熔融状态或者至少仍非常热时处理与之相邻的特征的话，从不同孔中移动的熔融材料可能与之结合，或者整个表面可能彻底熔化。因此该第二技术能够形成各种功能表面。在GB-A-2375728中描述了该技术。
以上所概述的两种材料移位技术都趋向于产生特征表面。在前一种情况中，只有当所述孔相对于其直径较浅时所述移动材料才被均匀地分布。在第二种情况中，所述孔相对于其宽度可具有较大深度，假设从其中移出的材料被适当地从所述孔中移除。从所述孔中移动材料，独自或者与来自于相邻孔的其他熔融移动材料相结合，凝固成特征形式。它们只在其形状具有表面张力这个事实上彼此相似。
在大多数金属中，所述移动材料往往可采取类球形形状。所述移动材料与衬底之间的连接，以及再沉积的移动材料的形状都受到润湿面积和衬底及移动材料的两者的温度的影响。总体效果在于，在大多数金属中，原始衬底表面上的直立特征在其高度/宽度比方面受限制。具体地，原始衬底表面上的再沉积材料的任何给定区域的高度不太可能明显超过其宽度。
发明内容
在本发明中，描述了一种新的功率射束处理，其中新型处理主要用于移动液相中的材料以便于形成新型结构。在本发明中，工件上的一个位置以具体方式在两个或多个(最好是众多)场合下暴露于移动的功率射束下。与所描述的先前方法相反，在同一个位置或刚好相邻的位置中再次使用功率射束之前，来自于每个位置的移动材料可在一个新位置中基本凝固。
这样的效果在于，从射束的一次侵袭移动到工件表面上的具体位置的移动材料随后可被更多的移动材料覆盖。这可为来自于同一位置的更多材料，或者为从另一个位置移动的更多材料。同样由于材料移动所形成的孔也可被覆盖以产生新型结构。
由于所述技术也可用于改进工件中的结构深度以便于在主体材料中形成真实的结构修正，因此所述结构不局限于新表面结构的产生。
该新型工艺的结果在于，不再出现如上所述的强加于凝固材料(以及形成的孔)上的通常限制。使用该技术，使用射束对具体位置的连续侵袭可使得新特征可在表面上“生长”。也可在材料中形成深孔，并且这可伴随相应的局部表面突出或容纳所述移动材料的平坦区。与通过现有技术制造的特征相反，本发明的特征在高度/深度上常常大于宽度。
根据本发明的第一方面，改进工件结构的方法包括1)在功率射束与工件之间进行相对移动，以使得工件的一个区域熔化并且使得熔融材料移动以在所述区域的第一位置处形成突起而在所述区域的另一个位置处形成孔；2)使得熔融材料至少部分地凝固；之后3)重复步骤1)一次或多次，与每次重复相对应的区域都与步骤1)的区域交叉。
因此本发明提供了一种新的改进工件结构的方法，所述方法包括主体和/或表面结构改进。
使用该方法形成的突起可具有许多不同的形状，诸如峰丘形、短粗刺状、高原形等。同样地，所述孔也可具有各种不同的形状。所述形状包括穿透孔、盲孔、空穴、弹坑槽、压痕以及具有多孔性的封闭式孔。稍后将描述这些突起和孔的一些特殊示例。这些特征中的每一个通常都由其附近围绕其的材料的形状限定。因此，可在工件内部的孔中产生所述突起，同样地，孔也可被形成在所述突起中，其中所述突起位于普通工件表面上。孔也可被形成在限定现有孔的内表面中，同样地，突起也可被形成在其他突起上。
所述方法提供了以局部或广泛的方式从根本上改变工件结构的方法。这又可用于控制各种局部或广泛特性。以下主体(各向同性/各向异性)和/或表面特性是可使用所述方法改进的一些示例电、磁、机械、化学、承载、增湿、摩擦、弹性、热力、放射性、空气动力、水力、变形、滞后、密度、流量、构造、晶体定位、腐蚀、粘附。
工件本身通常为单材料工件。然而，也可为两个或多个工件作为复合工件形式的，其中所述区域跨越复合工件之间的界面。以这种方式所述方法可用于将工件连接在一起，这在例如在复合工件之间提供电连接是有益的。
熔融区域可具有多种形式。每个区域最好都由沿从起始位置到完成位置的路径相对于工件行进的射束限定。因此区域的所述形状包括细长区域，所述区域可整体或部分为弯曲的或直线的，并且具有移动的相对射束运动起始或完成点。因此所述路径的长度最好基本为至少三倍射束直径。细长区域的最简单的示例为直线区域。然而，熔融区域的其他形式包括弯曲和环，诸如限定圆的圆周路径的各种部分。
通常，使得射束遵循具体路径以使得突起和孔的位置处于射束路径的相对端部处。然而，由于与所述工艺相关的物理学，所述突起通常形成在射束路径的起始处，而所述孔形成在完成端。每种情况中熔融材料都以与所讨论区域基本重合的方式流动。然而，由于与形成液相材料的固体基质的体积相比较液相下的材料的容积较大，以及由于所述工艺的流动动力学，因此所述重合可能不是全部的。
在一些情况中在一个或多个连续步骤中射束相对于工件所采取的各种路径不是一样的。这允许产生不同形式的特征。或者，步骤3)的每个区域可基本与步骤1)的重合。
所述方法还可包括形成一组或多组区域，每组都与步骤1)区域交叉。在这种情况下每组的孔可被布置得基本与步骤1)的区域的孔重合。同样地也可将突起布置得重合。也可以规则排列不布置所述区域的组。
每个区域的至少部分凝固具有相关的有限时间量程并且可通过在所述凝固期间在衬底上的另一处形成一个或多个区域而进行功率射束的有效使用。
还可使用由不只一种材料制成的工件(诸如具有涂层的工件)，以使得在执行所述方法期间形成合金。在执行所述方法期间也可加入一种或多种其他材料以便于实现合金化，例如也可在气态环境下执行所述方法以便于提供适合的合金化。
使用所述方法可形成各种突起形态，例如可布置交叉区域以便于形成悬伸于工件表面的突起。当工件表面涉及连接时，这些突起可用作钩，从而增加连接效果。所述突起还可被聚集以形成直立在表面上的结构。例如，可使用多个悬伸突起以形成工件表面上的钩。
在一些情况中，最好将孔和突起形成得具有光滑表面。实际上，通过使用适当的参数，在许多材料中这些结构(尤其是孔)可形成有较为光滑的表面(如稍后将描述的图中所示的)。作为辅助或其他光滑程序，在步骤3)期间相对于射束的一次或多次先前移动，功率射束能量密度可被减小，以便于使得所形成的突起和/或孔的边缘光滑。
本发明的另一个重要的应用是在工件的连接中，尤其是诸如金属和合成物的不同材料的工件的连接中。它也可用于(但并非专门地)金属与金属连接、塑料与塑料连接、陶瓷与陶瓷连接以及其组合。
合成结构与金属零件相比较的好处对于本领域中熟练人员来说是公知的。然而，仍然存在有关于根本的特性局限或工业保守性和/或制造法阻碍其使用的许多情况。考虑到这一点，探询以最有效的方式组合合成物与其他材料的折衷方法。最通用的示例是通过机械紧固和粘合剂粘合的组合。
所述混合连接广泛地使用在各种工业方面，诸如航空航天和汽车制造业。然而也证明了它们的局限性，最明显的就是与隔离地使用粘合剂的情况相比较，效率与平滑负载转移方面的不足。这些局限性通过保守设计解决，所述保守设计通常会打破使用合成材料的最初目的。
US-A-H788披露了将塑料粘合于金属的方法的一个示例，其中通过化学蚀刻或钻孔在金属表面上形成有孔。这些孔随着蚀刻的深度至少部分地增加了宽度，因此当塑料层被施加时，将与金属性表面互锁。
CA-A-2302964(通常对应于EP-A-1048442和EP-A-1197316)描述了将塑料粘合于金属的另一个方法，其中孔被设在金属元件中，纤维通过所述孔结环。
US-A-5691391描述了将塑料叶片注射塑模在晶石上。US-A-5118257披露了将有槽金属元件与合成涡轮叶片的连接。
根据本发明的第二方面，制备元件形式的工件以便于与一个或多个其他工件相连接的方法包括，使用本发明第一方面所涉及的方法在元件的表面和或主体中形成多个孔并且形成从元件表面向外的突起。
因此所述元件可为根据本发明的方法处理的特定工件，或者可包括被设计得位于与其他工件之间并形成与其他工件的有效连接的中间体。因此本发明尤其适用于具有完全不同特性的不同工件的连接，诸如金属和合成物。
因此所述结构改进方法在材料的连接中具有重要优势，即，在元件(工件)和一个或多个其他工件之间的连接中具有重要优势。具体地所述方法可通过以预定方式控制所述孔的尺寸、形状或相对布置中的一个或多个，和/或所述突起的尺寸、形状、相对布置或化学成分中的一个或多个实现。由于所述方法可适用于多种材料类型的连接，因此可设想许多不同类型的突起和孔。
所述突起和/或孔最好被形成得可与工件机械接合，其中元件与所述工件相连接。贯穿所述元件的突起和/或孔可适合于与工件材料产生最佳机械互锁。
例如，在将金属性元件与连续纤维合成工件相连接的情况中，当所述接合处受力时金属性突起可弯曲以夹住纤维并且在合成物的处理期间或处理之后都防止移动。所述孔可具有允许聚合体(可能为纤维的端部)流入到所述孔中并且在合成物处理之后保持被夹住的尺寸。在通过粘合剂将金属性元件粘合于金属性工件的情况中，粘合剂可流入到所述孔中并且在固化之后提高机械互锁。因此在需要使用粘合剂的处理中，可将所述孔布置得具有用于容纳粘合剂的适合尺寸。
所述突起可被布置得与工件中的互补构造交叉。因此突起可适合于与工件中的内部特征(可为孔也可不为孔)相匹配。在所述元件包含形状记忆金属的一个具体应用中，在接合部分的制备期间和之后突起和孔的形状可互换。
通过修改所述方法也可提供其他优点，以使得所形成的突起和或孔与工件合作以便于在工件与元件工件之间的接合部分中分配应力，从而减少接合部分中的应力集中。在这种情况下通常突起最好深入地穿透它们相应的工件。
而且，所述突起和/或孔可被布置得可提供预定的局部机械、物理或热特性。因此所述方法可用于进行元件和所述元件与之连接的工件之间的特性匹配。通常在这种情况中，所述突起和/或孔被布置在所述元件的部分中以使得在使用中所述元件的部分中的局部热和/或机械特性基本与所述元件的部分与之连接的工件的局部热和/或机械特性相同。一个示例是所述元件的特性可被分级以使得与工件相接触的部分具有基本与工件相同的机械和/或物理和/或热特性。这种技术可减小或防止由于特性(诸如热膨胀的模数和系数)中的失配而导致出现在接合部分处的应力集中。
与任何热处理相似，本发明所涉及的方法可诱发工件中的压力。通过调节过程特性、位置和时限，这些应力可用于控制工件的变形。
从本方法中可得出的另一个优点是，所述突起和/或孔可被布置得用于控制接缝破损的方式。这可提供许多优点，诸如在破损之前增强的能量吸收确保了接合部分的局部破损不会导致接合部分的负载承载能力的降低，并且在破损发生之前可检测出确定的损坏。一个示例是将金属性元件连接于纤维增强聚合物合成材料的情况。通过接合设计，随着金属性元件中的塑性变形可出现破损，塑性变形可在破损之前被检测出并且可吸收大量能量。这对于合成材料中的脆性破断是有利的，所述合成材料中的脆性破断可突然发生并且不可检测。
所述元件的形状最好还被布置得使得接合部分的机械性能在形成之后最大化。本发明在多种接合结构中提供了优点。在图31中提供了可行性结构的示例。接合部分可包括多种接合结构或者接合结构的组合。
根据本发明的第三方面，我们提供了已使用本发明第一和第二方面所涉及的方法处理的工件。使用所述方法处理的包括得自于如此处理的工件与其他工件的更大结构的所有工件都包含在本发明中。
根据本发明的第四方面，提供了将依照本发明第二方面改进的第一工件连接于一个或多个其他工件的一种方法。该方法包括使用本发明第二方面所涉及的方法制备用于连接的第一工件，然后将如此制备的第一工件连接于其他工件。可以这种方式处理即将与其他工件相连接的工件的部分或全部表面。
在形成之后，可使用本领域中公知的任何连接技术将所述工件进一步连接于其他元件，诸如焊接、粘合和共同固化。在将一个纤维增强聚合物合成材料与另一个纤维增强聚合物合成材料或与任何其他材料相连接的情况下，可在合成物处理的同时进行连接处理，并且树脂可为或可不为所使用的唯一粘合剂。
在以这种方式连接之前需要预处理工件(元件)以便于提高和保持粘合特性。这可需要诸如(但不局限于)本领域中公知的蚀刻、阳极处理、树脂涂覆和粘合剂注入等辅助处理。
该方法的优选应用是，将纤维增强聚合物合成结构与金属相连接。首先使用本发明处理金属性元件。也可在所述元件上执行适当的表面制备。在合成材料搁置在所述元件上的期间将金属性元件连接于合成工件。所述突起和孔被如此设计，即，使得与先前连接方法相比较，具有更光滑的负载转移并且在连接部分上在机械和/或物理和/或热特性中具有较少突变。这种设计还考虑了通过塑性变形而在金属中开始接合部分的破损而取代合成工件中的脆性破断。
可以展望可通过适当长度的第三方制造工件元件，所述第三方可由使用者在需要时切割成应有的尺寸并且所述元件的合并可平稳地与合成物制造程序相结合。例如，所述方法可用于为合成组件提供金属端部以便于随后可通过金属-金属焊接将所述组件连接于金属结构。
本申请具体适用于航空航天应用，其中可使用的通用材料包括(但不局限于)铝和其合金、钛和其合金、以及碳纤维增强聚合体合成物。在其他工业部门中可使用的其他材料包括不锈钢、玻璃纤维增强和芳族聚酰胺增强聚合体合成物、或其混合物、热塑性聚合物和纤维增强热塑性合成材料。
因此提出了一种新型连接方法。这种方法通过包含最大/最小水平的机械连接的概念，通常结合最小/分子水平的粘合剂粘合，解决了当前混合结构的局限性。
本发明的重要方面涉及这个事实，即，所述孔和外部特征由母体材料(诸如金属)制成并且不会如同阳极氧化或者与所述材料的表面或主体交叉并且使得所述材料的表面或主体化学改变的一些其他化学处理一样由于氧化改进而产生。然而，根据本发明的以下处理也可使用阳极氧化或一些其他化学处理。
突起和孔的形状和分配是重要的。所述孔可为或可不为相互连接，但是为了连接应用，它们最好不会与金属的表面相隔离，即，在粘合出现之前或期间它们应被充满树脂或粘合剂。然而，所述方法可通过在材料结构中形成绝缘孔而在一些期望内部气孔的应用中提供优点。
下面将参照附图描述本发明所涉及的方法的一些示例，其中图1示出了沿衬底的一次重击；图2以横截面图示出了图1的重击；图3到图5是与图2相似的视图，但是分别示出了两个、三个和n个交叉的重击；图6是图5示例的透视图；图7到图9示出了记数系统；图10示出了“超级突起”的形成；
图11示出了“超级孔”的形成；图12示出了超级孔和超级突起的网络的形成；图13是奥氏体不锈钢的超级突起的显微照片；图14图13中所示的衬底的一个区域的显微照片；图15是示出了形成有局部环形射束路径的显微照片；图16是示出了多个弯曲射束路径的使用的显微照片；图17是示出了脊的显微照片；图18是示出了悬伸特征的显微照片；图19是示出了孔和三角形突起的显微照片；图20是示出了改进表面结构中的孔和突起的显微照片；图21A-21F根据图32的图表示出了各种图形；图22是包含依照本发明改进的工件的连接部分的透视图；图23是工件元件的透视图；图24示出了合成物层搁置于工件上；图25示出了粘合工件和合成物的另一个视图；图26是示出了突起与合成物之间的相互作用的示意性截面图；图27示出了突起与纤维合成物层之间的相互作用的示例；图28是工件中的突起的图；图29示出了“航空片”的形成；图30示出了处理工件的下侧上的穿通孔；图31是示出了连接部分类型的示例的图表；以及图32是示出了处理参数的图表。
具体实施例方式
在所述的所有示例中，通过使用传统电子束源所产生的聚焦的电子束(EB)执行结构改进，所述电子束相对于衬底移动。当然，如上所述的，工件也可相对于所述射束移动或者两者都可移动。或者可使用诸如激光等其他功率射束。
图1示出了工件1(诸如钢)中的一次重击(swipe)的形成。所述重击开始于图1中的位置标记2处，从而形成小峰丘(突起)。然后射束沿通常为线形路径5移动以便于形成熔融区域3并且终止于点4处，在点4处形成有小孔(弹坑或空穴)。这将导致衬底材料的移动并且在所述射束在其他位置中形成重击时可允许凝固。然后所述射束可返回到该重击位置以便于精确地或以稍后将详细描述的其他方式重复所述重击。
应该注意的是，在该示例中，熔融材料沿与射束路径的方向(箭头5所示的)相反的方向(如图2中由小箭头所示的)流动。通过两个截然不同机构的组合发生所述的示例中的材料移动。第一机构以与电子束焊接期间相似的方式使用平移蒸气充填穴(TVFC)中的压力。一旦与射束“键孔”的平移相结合，该压力效果导致材料沿与平移相反的方向的净位移。在这些条件下，假如沿路径的平移距离(“重击长度”)超过了通常约三倍射束直径的距离并且材料的凝固以接近于射束移动的均匀方式进行的话，那么材料的移动量是固定的，与重击长度无关。然而，在这种情况中净材料移动的视距仅取决于重击长度。因此可以看出，为了产生期望的效果可独立地控制这两个参数。
第二机构依靠随着液态金属的温度的而在表面张力中的改变。除了在它影响液态金属中的温度分布的方式下外，表面张力温度梯度(STTG)被动流与“重击”的方向无关。STTG材料移动以如下方式发生。假设材料的细长(至少为两倍宽度那么长)、浅区域在较大的基本平坦的表面中快速熔化，但是不会以均匀速率冷却。应该注意的是，所述池将具有略微凸起的表面(由于热液态金属将通常具有比周围较冷的固体更大的容积)。在不存在诸如重力、来自于入射射束的蒸汽压力等任何其他力的情况下，该凸起表面将具有均匀的形状。然而，如果所述池的一端在另一端之前冷却，并且表面张力强烈取决于温度的话，那么所述池的凸起上表面的形状将是不稳定的。如果在高温下表面张力较大的话，那么所述池的较热端将平坦，并且材料的相应体积将在所述池的较冷端形成凸起。如果在高温下表面张力较小的话，将出现相反的情况。
可以看出，为了发生STTG材料流动，所需要的是在其冷却时存在一池液体上的控制温度梯度。通常温度梯度是沿“重击”方向的，但是为了表面改进当加入STTG和TVFC效果时获得了最好的“造型”结果。然而，如果存在导致所述池中的温度梯度的倒转的其他因素的话，低功率密度射束可用于沿重击的相反方向移动材料。
对于包含相对于工件1的主要直线运动的重击，那么重击长度通常为射束直径的几倍大。如果重击路径3为弯曲的话，所述弯曲的通常最小半径将与射束直径相当(但不局限于此)。
如上所述的，每次重击都能产生一小池熔融金属，所述熔融金属在工件1的表面上平移。在该池中，从来自于入射到金属表面上的射束中产生出来的蒸汽压力中通常存在较大的表面成形力。每次重击的作用都是移动少量材料。如图2中所示的，在重击开始处通常少量的剩余材料可被看作是峰丘2。在重击完成处可看到相应尺寸的小孔4。
如果第二重击精确地重叠在第一重击上的话，完成孔4和起始峰丘2都将为第一重击下的尺寸的两倍(图3)。这里在6处示出了一次熔化的材料，其中上方的区域被两倍熔化。
如果第三重叠重击重叠在第一第二重击上的话，完成孔4和起始峰丘2都将为第一重击后的三倍大(图4)。这里在6和7处分别示出了材料的一次熔化和两次熔化区域。
在多次重叠重击之后，由于其现在的远程连接，起始峰丘2处的材料可不再被主体充分地冷却。这可导致在相似性质的类型重击下起始峰丘高度上的不再进一步增加，这是由于每次重击都再熔化了来自于前次重击的几乎全部材料。在n次重叠重击之后(图5和图6)，工件1中的完成孔4和起始峰丘2可具有更大的高度/深度与宽度比率。当发生这种情况时，由于入射点处每单位面积射束功率密度中的有效下降，入射射束可不在完成弹坑处熔化相同量的材料。
图7到图9示出了用于描述以下所述一些示例的记数系统。在图7中，1000重击图案用于使用“B”类型的重击图案产生250个突起。起始突起表示在8处而结束弹坑(孔)表示在9处。这些位置之间的线示出了射束路径而该线上的箭头示出了材料流动的方向。如图中所示的，突起标号“1”由重击标号1、21、41、61构成。图8更普遍地示出了这种情况，示出了四次重击与在其它位置处的二十次将之分离的其他重击。如图9中所示的，“n”表示每个位置处的重击数量，“r”表示每次再访之前的数量，“H”为突起的数量而“S”为重复方式中的重击数量。
如果几个不同重击的起始位置重叠的话，其作用将使得重叠的起始突起为每个完成孔的许多倍大，也就是“超级突起”(图10)。因此n＝20、r＝250以及S＝25000。5个不同重击位置处的突起被重叠以实现这个。
如果没有一个完成孔重叠但是所有起始突起都重叠的话，那么结果将为在相当大起始突起特征周围的衬底表面高度上的通常减小。
如果几次重击的完成孔被重叠的话，那么结果将形成一个为每个起始突起几倍大的孔，即，“超级孔”(图11)。这里n＝3、r＝10、H＝10、S＝120。四个重击位置用于获得该超级孔。
如果没有一个起始突起重叠但是所有完成孔都重叠的话，那么结果将形成由略微升高在原始工件表面上方的小高原围绕的深孔。
图12示出了超级孔(每个都由3个重击位置制成)和超级突起(每个都由6个重击位置制成)的网络的一个示例。在该示例中n＝20。
如果待处理区域中的工件是由不只一种材料(例如镀有或涂覆有第二材料)制成的话，或者在适合的气态或液体环境下执行该工作的话，可产生一种新的功能合金。在涂覆的情况下，连续重击可使得材料从其涂层处或从衬底的露出区域处移动。以这种方式，起始突起的成分和性能可从顶级降低到底级。通常该处理会导致处理材料由于蒸气和飞溅引起的少量流失，尤其是当在TVFC模式下操作时。更易挥发的物质通常更优先从处理材料中作为蒸气流失。例如，在许多材料中，50到95％的处理材料可被移动但是在处理之后保持附着在工件上。
如果需要的话，在使用所述方法处理期间某些元素从基底材料中的流失可谨慎地用于提供成分、结构和性质中的局部改变。
由于新处理的表面是清洁的并且可接受进一步涂覆，因此通常可在用功率射束处理期间或刚刚处理之后执行该涂覆。在一些情况中，在所述处理期间可容易地形成优先流失元素的涂层。
如果在相同位置执行连续的线形重击的话，结果通常是起始突起近似为三角形形状。远离和面对重击方向的每侧的起始突起的侧部几乎是竖直的。另一侧通常与衬底表面成角度。完成孔也可为相应的三角形形状的。
可以相似的方式完成孔的几何形状，假定射束仍具有通向孔底部的视线，在倾斜完成孔的情况下这可需要复杂射束/工件操作。
所述处理通常应用于与入射功率射束方向垂直的表面，但是在许多情况中也可成功地在与工件表面成其他角度下应用。
如果以正确方式执行的话，所述处理允许在工件表面中产生边缘平行的狭槽。
工件中的狭槽(细长孔)可在多个位置处相互交叉。然而，如果新重击路径与现有狭槽交叉的话，通常不能保持正确的材料移动。
狭槽可具有它们宽度的许多倍的深度和长度。在适合的截面厚度下，狭槽可完全穿透工件。
通常由所述射束的具有充足功率密度的那部分(核心)的直径确定最小狭槽宽度以便于产生如上所述的成形力效果。
通过该处理形成的狭槽的侧部可完全由再熔化材料构成，在EB钻孔说法下将为“未下定义的(undefined)”。在本发明的造型处理中，假如使用适当功率射束密度的话，来自于每次重击的“未下定义的”材料通常与来自于前次重击的材料平稳地熔合。因此其结果是具有较光滑和平行侧部的狭槽。
通过用具有适当直径和功率的射束进行本发明处理，几乎为任何尺寸的特征都可在该处理条件下显示出基本稳定液相的材料上产生。
在其中液相的表面张力在温度上具有较强作用的情况中可能需要特殊的处理条件。
如果一种或多种(匹配或不匹配)材料被连续地加入到通常为工件的“完成孔”区域中的话，如果理想的话，净结果可为表面上的具有少量或不具有相应孔的直立特征。通过使用传统技术可加入附加材料，例如，金属丝或粉末。如果从工件的“起始突起”区域中连续地移除材料的话，其结果可为具有少量或不具有直立材料的工件中的孔。通过芯吸、抽吸或吹风(例如，通过气体喷嘴)或通过应用更高功率密度的射束可移除剩余熔融材料，所述更高功率密度的射束可导致熔池的自然喷发以及材料从工件中的移除。在任意一种情况中，使用另一种独立元件都可移除或加入材料，所述另一种独立元件可包括与工件紧密接触的消耗品或一次性“调色板”。在这种情况下，重击路径将局部落在工件和调色板上。
因此使用该技术可将包括两个或多个独立部分的工件连接在一起。在通用方式下通过用工件的一个或全部部分形成突起，但是因此它们从一个部分桥接到另一个部分，从而可形成接合部分。这些接合部分可用于许多用途，例如机械或电连接。这是由两个或多个组成工件构成的合成工件的一个示例。
在优选情况下，任何一个位置处重击之间的时间都不会由于切断射束而浪费。相反在该时间期间使用所述射束来处理和重击工件的其他区域或其他工件。
可由一个连续射束同时处理的最少数量的独立位置由与在重击之间每个位置处所需的停留时间相关的每个位置的重击所花费的时间表示。假如提供比实际所需更长停留时间的额外冷却是容许的话，最大数量仅由射束偏转/工件操作系统的能力限制。
在一些情况中，最好同时使用多个功率射束以执行本发明。例如，简单的示例是具有与第一电子枪柱一样的第二独立电子枪柱。使用该方法，每个枪柱都可以相同的方式使用以便于同时处理工件的其他部分。使用该方法，如果需要的话可加入其他射束发生器。另一种方法是使用多个射束发射器，但是具有通用的射束突起和操纵系统。以这种方式，可使得多个射束同时工作而不会增加所需的设备量。如果需要的话，可同时使用许多所述系统以便于在更快的速率下执行所述处理。
在一种情况中，工件可相对于电子束发生器静止。“球形”射束偏转图案在工件表面上的位置的阵列(例如，包括均匀间隔的排和列)之间操纵射束。在每个位置处可执行“主题(motif)”偏转，包括所需的一次或多次“重击”。在“球形”偏转图案的多次重复之后，处理完成，并且射束终止。
在另一种情况中，如上所述使用“球形”和“主题”图案。然而，在这种情况中，工件也是移动的，以使得在每次重复“球形”图案时，都不同地重叠在工件上。在每次重复时，第一列位置“球形”图案覆盖原材料，第二列覆盖最近暴露于第一列的位置，依此类推。在该处理的改进中A)可使得“球形”图案中列的数量等于访问或重击在每个位置处所需的数量。以这种方式，所述处理可连续地应用于衬底材料的移动带或板，其中在每种情况下在每个位置处具有相同的净效应(不包括运行起始和结束时的那些)。
B)如果应用于在处理期间形状的圆对称的一部分的话，可在工件上的每个位置处获得完全相同的作用(不包括某些情况中两个不同重击重击的精确温度改变)。假如工件的移动与球形射束偏转同步以使得360度旋转实际对应于重复的球形图案的整数的话可实现这一点。
C)球形图案中的每列都可被布置得用于在每个位置处产生相同的重击图案，或在每个位置处产生不同的重击图案，结合工件运动，这可以用于在工件上产生更复杂或更倾斜的特征；D)如果需要的话，可在相对于电子枪固定的位置处将材料加入于工件中或从工件中移除材料。
在图13到图15中示出了该方法应用于奥氏体不锈钢的一些示例。图13示出了由六个孔围绕的一个超级突起。图14示出了图13中所示的超级突起相对于其紧靠相邻突起的位置。
在图32中的图表中示出了这些示例的参数。
在图15和图16中示出了本发明所涉及的在奥氏体不锈钢中使用弯曲射束路径的结构改进的示例。图15示出了直立突起，每个都使用局部弯曲的射束路径形成。在图16中，中心直立突起特征被形成在周围弯曲(局部环形)射束路径的2×2矩阵的中心处。在图32中的图表中示出了每种情况中所使用的处理参数。
使用该方法也可获得重叠特征。图32中的参数也给出了重叠连续“造型”操作的示例。如图32中所提及的，在图21A到21F中给出了射束路径的详细内容。在图21A到21F中，点划线示出了重复射束路径图案(实线)相对于第一射束路径图案的一般移动。
这可形成更精细的特征。在一个示例中，通过第一操作制成材料的多个较低、较宽脊。然后这些脊通过第二操作被处理，所述操作通常在材料表面的下方和上方产生具有大致相等高度的孔和突起。然而在这种情况中，由于在材料的低直立脊中产生孔，因此所述孔不会深入地穿透于材料的原始厚度。这是没有在表面中形成具有相应深度孔的情况下在材料的原始表面上制成高直立部分的一种方式。如图17中所示的，多个“飞边”和“狭槽”被重叠在低脊上。在图32中提供了其他细节。
如果在略微不同的位置处开始连续的线形重击的话，例如，每一个都需要略微不同长度的路径以到达相同的完成孔，其结果将为非竖直开始的突起特征。在这种情况下，如果使用连续的更短重击特征的话，远离重击方向的起始突起的侧部将与衬底表面成锐角。这种作用可被调节以便于产生近似为对称的起始突起特征。
或者，在连续的较长重击路径下，远离重击方向的起始突起的侧部将相对于衬底表面倾斜以便于产生悬伸特征。
如果在相同位置处执行连续地线形重击但是重击并非精确重叠以使得沿与线形重击方向交叉的方向的每次重击具有较小位移的话，结果将产生倾斜于衬底表面的起始突起。
在这两种情况下，如果以使得它们朝向彼此倾斜的方式形成相邻的倾斜起始突起的话，若干个起始突起可被熔合在一起。可以形成衬底表面上直立的熔合材料的环这种方式实现这一点。
至于“悬伸”(倾斜)特征的产生，每次“重击”形成的熔融路径的真实长度略大于重击的实际长度一个量，所述量与电子束的直径、材料特性以及重击速度有关。这意味着一次重击所移动的材料可悬伸或伸出到前次重击的起始点或者重击起始点处的边缘特征之外。如果重新定位连续的重击的话，每次重击都将在连续的更悬伸的位置处开始，然后悬伸部分可伸出到所述边缘的更外边。
以这种方式，较厚部分的工件中所形成的孔可由顶表面处的金属突起部分堵塞。一项应用是用其中钻有大孔的整体零件制造细滤清器。如果需要的话，在突出材料位移时所形成的狭槽或孔允许液体材料穿过所述表面自由输送。这增强了从孔之间的区域中的液体流动。
如果在平坦表面上执行连续的移动重击的话，可形成具有钩状外形的向后倾斜的突出特征。一个示例应用是在纤维增强材料与金属衬底的负载转移中。图18示出了所述悬伸特征的一个示例，其中在图32中示出了处理参数。实际上使用对于图32图表中的参数的改进，可在所使用的2毫米厚的钛合金工件中形成完全穿透孔。
所述改进包括引入暂停以允许材料冷却，从而减少工件的变形。
图19示出了在软钢样品T299中所述方法的使用。
图20示出了在A15083、T291中的另一个示例。在每种情况下，更详细的内容都在图32中提供。
材料的“雕塑稳定性”取决于参数的数量，包括图32的图表中所列示的那些。另外，材料的纯度具有重要作用。材料中的局部非均质性或溶解的挥发性物质的量两者都对材料的“雕塑稳定性”产生较大差异。
在诸如期望在工件中产生主要为板状平坦的凹陷部分或脊的一些情况中，最好使用较强烈的射束执行“孔”的最初挖掘。这可留下表面外观上看来较为粗糙的孔和脊。通过在挖掘的最终阶段或作为随后的操作中使用较低功率密度的射束，可大大较低材料移动的速率，但是可产生对于孔或脊的更精细的修整。
可使用射束和工件表面之间的各种角度执行本发明。通常保持的是各种功率射束处理可仅在远离于垂直于射束到一定点成角度的表面上操作。这限制了使用所述射束钻出浅角度的孔。这种结果是由于随着(比方说)工件表面上的圆点变成椭圆而使得几何功率密度减小导致的以及由于通常在浅进入角下表面与入射光束之间增加的反射率导致的。对于激光/电子束钻孔或其他应用处理来说，预期处理所要求的功率密度基本上大于使得材料熔化所需的功率密度。然而，通过本发明，即使功率密度仅足以熔化所述材料，假如STTG被动流机构在所述材料中可操作的话，也可执行结构改进。所述操作可用于产生工件的局部倾斜中的改变。因此可作为要求射束的更高功率密度的随后操作的先驱在倾斜工件上局部地执行这个操作。
下面将描述另一个示例，所述示例描述了在制备待连接的工件结构的重要应用中本发明的使用。
在图22中示出了依照这些示例中的第一个制造的所述接合部分的总体外观，所述图22示出了通过中间元件102与第二金属性工件102相连接的第一合成工件100。通过如下所述的连接方法实现金属性组件101和102之间的连接。焊缝如103处所示的。
如图23中所示的，在本示例中，金属性中间元件102通过将一些钛加工成不对称斜嵌接所需的普通形状而形成。在图31中示出了其他大量可行接合部分结构的一些示例。
即将与合成工件100相连接的表面104如图23中所示的。在加工表面之后就用使用本发明的结构改进方法的电子束系统处理所述表面。在这种情况下所述处理方法适用于整个表面104以便于产生突起105和孔106的有序排列(图23中示意性地示出)。
应该注意的是，通过突起和孔的相对布置所形成的不同图案可应用使得所述元件适用于不同的特定需求。在本发明示例中，每个突起都被布置成短粗刺状，其中每个短粗刺的形状和尺寸都是相似的，同样地，每个孔都具有彼此相似的形状和尺寸。所述相似性当然不是主要的但是在本发明示例中在简化用于结构改进的处理参数方面提供了一些便利性。
在不使用所述相似性的情况下，尤其是突起的形状和尺寸在即将特征的表面的不同区域中可为不同，以便于在那些区域中提供不同的接合特性。除基本垂直于它们从中突出的通用表面以外，也可在不同的角度下产生突起、成角度的突起在俘获合成物中的纤维以及防止它们在负载下移动的方面具有优势。然而，对于给定长度的突起来说，相对于表面的角度越小，所述突起进入合成材料中所需的距离就越小，因此任何应力将不会通过合成物深度被传输。这是突起的高度应被谨慎调节的一个示例。
在元件的不同部分中突起的形状也可不同。在一些情况中，钩形状可有利于接合强度。
在该示例中，在元件工件的不同区域中突起的化学成分也可不同。这可通过各种机构实现，其中一些为a)在功率射束处理期间金属性元件合金的部分的优先汽化；b)具有若干层的元件的使用，其中在功率射束处理期间方式来自于层中的材料的混合；c)在处理期间附加材料的添加。
以与突起相似的方式，所产生的孔的尺寸、形状等在元件工件的不同区域中也可不同。
某些机械、物理和热特性以及由于这些特性中的值而发生的一些作用取决于元件中的材料的局部密度。这又取决于所形成的孔的体积。例如，通过谨慎设计元件的不同区域中孔的形状和它们的密度，可减少或消除由于元件与它所要连接的工件之间的特性值中的不匹配而导致出现的问题。
返回到本示例，在根据本发明的表面处理之后，可以适合于增强和保持粘合特性的方式(诸如通过喷粒处理、蚀刻或阳极处理)进一步处理所述表面。
之后如图24中所示的，将碳纤维增强环氧预浸料坯的层107搁置在处理的元件表面上。在完成了预浸料坯的搁置之后，将整个层叠部分布置于高压灭菌器中并且以传统方式进行固化。虽然用于本示例的合成板的材料和制造方法是在高压灭菌器中进行固化的碳纤维增强环氧预浸料坯，但是应该理解的是，也可使用许多其他材料和制造方法以进行金属与合成物接合。
第一替换示例包括干燥纤维预成型毛坯搁置在元件上，之后将树脂真空注射于预成型毛坯中。当然还有许多适合材料的示例。在航空航天组件的情况中，纤维可为碳，预成型毛坯可为机织织物、针织物、非绉纹织物或编织物，树脂可为环氧树脂，并且所述部分可被热固化。在航海组件的情况中，纤维可为玻璃，树脂可为乙烯基酯或聚酯，并且所述部分可被室温固化。
第二替换示例包括碳纤维增强热塑性预浸料坯搁置在元件上，之后在热压机中进行加固。
诸如以上所述的任何制造过程在元件和工件之间的分界面处层叠期间都可需要添加附加的树脂或粘合剂以便于确保流入到至少一些孔中。
在从高压灭菌器中取出之后，最终产品包括，具有金属性端部102的合成结构100。在图25中已示出。在图26中示出了穿过所述结构的横截面图。图中示出了元件中的金属性突起伸入到产品的合成部分中。同样地树脂和有可能产品的合成部分中的一些纤维流入到所述元件的孔中。
图27示出了穿过实际接合部分的横截面图，其中白色的金属性突起向上伸入到合成物的层中。由所述突起与所述工件形成的所述接合提供了改进的机械互锁，并且应力穿过合成工件的厚度传输。
应该理解的是，元件与纤维增强合成物之间的负载转移将遍布合成纤维增强的若干层上，这是由于突起穿透所述层的方式而导致的。由于可将所述突起形成得使其高于其宽度的许多倍，当接合部分受到应力时，在它们中诱发较强的弹性弯曲应变。在最简单的情况中，较小的施加负载使得近似平行侧的突起以通过传统合成荷载悬臂梁原理预测的方式弹性变形。然而，可将所述突起制成为几乎具有任何形状的，以允许合成物的切变模数以及实际中可发生的复杂的接合负载。这意味着可以非通常可行的方式有利地改变和控制接合部分中的负载分布。
同样地，由于突起可被不同地定位，和/或被形成得沿不同方向具有不同的弯曲特性，因此可使得合成物与金属零件之间的负载转移为各向异性的以便于更好地配合合成材料的各向异性。
作为本示例的程序中的另一个步骤，如先前所述的，金属性中间元件102可与图22中所示的金属性结构相连接，以便于产生合并于金属性结构中的合成组件。可使用任何适合的连接技术进行产品的金属性零件与金属性结构之间的连接，所述连接技术包括栓接、扩散粘结、激光焊接、摩擦搅拌焊接、电子束焊接或电阻焊接。
在图28中示出了典型工件的图片。其中示出了用于具有位于其接合表面上的多个突起的阶式接合的钛工件。所述突起都具有约2毫米的长度。它们与表面成角度因此它们在表面上的最大高度为约1.5毫米。同样地，所述孔具有约1.5毫米到2毫米的深度。然后将碳纤维增强预浸料坯搁置在这些突起上以便于给出约2.5毫米的穿透合成物的厚度。在所述应用中，取决于所需要的特性，碳纤维增强预浸料坯通常被搁置到1和15毫米之间的厚度。
即将连接的这些结构的尺寸可改变。但是实际上可包括从微米到米的任何合成物厚度。
应该理解的是，本发明的表面和/或结构改进在多种应用中提供了优势。下面将简要描述一些应用。
A)用于定型气体或液体流动的不同孔/管形状(例如，“NACA”管形状)或压力波的制造。
B)用于新颖表面结构/功能性和结构改进的模具/冲模的制造。另外使用本方法可进行一些材料中的表面硬化。模具中的孔也可用于除气和气体输注(用于脱模)。
C)低模数材料(例如橡胶)和/或用于制造所述低模数材料的模具的处理，以便于包含对于制造存在问题的深窄特征，例如，对于轮胎的新设计。可生产出用于改进用水管理和减小噪音的新轮胎结构。
D)具有金属性、陶瓷或聚合体组件的修补物、插入物和其他生物机械工程结构的制造，用于使用精确地摹仿自然生物相容表面的处理增强与生物学物质(诸如骨骼)的接合。负载承载生物机械接合表面也可被处理以便于提高性能。
E)具有受控地形学和/或化学成分的表面的生产，以便于摩擦学的应用。例如，通过处理板面，可在基本柔软的基质中形成硬的、金属间化合物材料的小孔和小岛状物。这些或其他处理变量可用于支承面的制造。
F)通过形成高纵横比的直立部分而生产电路系统中的电子“Z”连接。
G)船体中用于气体流动以便于提供气体辅助边界层(GABL)的多个孔的生产，从而减小阻力。在航空器机翼表面材料中，也可使用利用本发明处理的材料，例如用于将流动的部分拉进机翼中以便于保持表面外部的必需流动条件。
H)用于扩散粘结的材料制备，以便于通过产生直立突起的规则排列而制成新材料(例如航空板)(见图29)。通过将处理的板粘合在一起以在板材料的中心线处留下空隙可产生航空板。通过将适当处理的表面粘合在一起可产生互相连接的多孔板，容许冷却流体/气体或化学活性种类沿板中心线前进。通过在粘合之前在所述板的顶面和底面的任意一面中形成穿透孔也可产生微孔板。
通过使用本发明处理一片或多片材料，所述材料随后将相互连接或者与一个或多个未处理的材料片相连接，所形成的产品可具有增强的特性。可使用的连接技术包括所有形式的焊接、扩散粘结、铜焊、粘合剂粘合和机械连接。例如，这可用在低密度高硬度板材和包含内部孔隙和槽的零件的制造中。如果与这种方式生产扩散粘结的钛板以便于制造航空板的话，所获得的材料可具有明显增强的特性。在这种情况下，可使用传统技术焊接、切割、形成和连接所述材料。处理的板可被组装和边缘焊接(例如，通过EBW)以便于提供抽空的密封包装，所述密封包装用于通过HIPing连接以便于给出这种类型的材料。组装板之间的连接可被调节得用以提供应用所要求的最佳机械、热或其他特性。如果本发明处理用于在结构的一个或多个部分中生产完全穿透孔的话，那么流体可穿过这些孔和/或内部孔隙，例如，以用于冷却、加热、混合、减小阻力、或化学反应的目的。通过将不同材料的板连接在一起，例如通过取得已使用本发明处理的金属性面板并且将它们粘合为低密度蜂窝结构的芯部，可制成先进的合成结构。
I)通过使用用于声波破坏或反射的方法处理材料可生产音速活性表面。
J)可处理形状记忆金属以赋予其活性功能。主体材料可被局部进行化学或几何改进，以便于给出局部具有形状记忆合金成分的功能区域。
K)通过所述方法可实现光学元件的处理，以便于改进表面的光学特性(例如传输和反射)，例如具有全息照相功能。
L)通过所述方法可实现传感器的生产，以便于实现孔或直立部分的精确和/或规则排列，例如用在线性编码器中的。
M)通过所述方法可将诸如热交换器、催化式排气净化器和通流化学反应容器等设备都制造得具有提高的特性，以便于在适当的组件中产生适当的槽/孔和/或表面突起。
N)通过处理辅助材料已被加入的表面可获得双金属的表面功能，从而形成包括具有两种或多种不同成分的层的表面特征。
O)使用本方法也可执行柴油机喷油器的制造，具体有关于喷嘴的水力特性，以及其汽化喷射燃料的能力。再熔化材料(通过所述方法制成)的表面硬化可用于提高磨损特性。另外，也可制造喷嘴特征，其中旋涡运动被施加于通过喷嘴的流动。这也允许例如体积流动特性自动地补偿使用者所发生的喷嘴磨损。
P)使用本方法也可实现无毛边毛刺孔的生产。当制造完全穿透孔时，在适当条件下，在工件的远侧上形成有实际上无毛边毛刺的孔。这种类型的孔可用在需要无毛边毛刺的孔边缘的许多应用中。这些还可包括各种切割或剪切处理，以及其中流体在穿孔表面上的流动至少被具有无毛边毛刺边缘扰乱的处理。图30中示出了一个示例。
Q)可进行各种处理以便于使用所述方法使得所述表面达到随后的处理要求。例如，可执行任何涂覆或化学转换处理。另外，在所处理的表面上可执行各种机械处理。例如，可使得突起变形为新的功能形状，或使其简单变形以赋予其与配合零件的完美的均匀高度或构造。从施加负载、光滑度和平坦度方面看，装有所述表面的接合部分可具有优越于普通接合部分的热接触和电接触，这是由于分界面处的局部变形和接触的模式导致的。
R)所述方法可用于局部改变对于表面的各种势梯度(包括化学、电、磁)，从而改变表面的材料沉积或移除，或者进行表面处的化学反应。
S)使用本方法也可实现结晶学织构化/定向材料和表面的制造。通常，最初通过连续重击而“生长”的突起和其他特征通过传统非均匀成核和生长而实现。然而，在适当的条件下，可制造以这种方式生长的特征，所述方式即，获得特定的晶粒取向或结晶学结构。例如，这可用于正确地给出特定材料结构/特性，或控制材料的结晶学定向和/或生长形态学，所述材料随后沉积，或从液相或气相生长在工件上。
T)也可生产各向异性的微粒和纤维。通过在它们形成之后执行不同的处理步骤，可以各向异性纤维或微粒的形式将这些特征从工件上分离下来。
权利要求
1.改进工件结构的方法，所述方法包括1)在功率射束与工件之间进行相对移动，以使得工件的一个区域熔化并且使得熔融材料移动以在所述区域的第一位置处形成突起而在所述区域的另一个位置处形成孔；2)使得熔融材料至少部分地凝固；之后3)重复步骤1)一次或多次，与每次重复相对应的区域都与步骤1)的区域交叉。
2.依照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)还包括在步骤1)的每次重复之后重复步骤2)。
3.依照权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述区域由所述射束限定，所述射束被引发沿着从起始位置到完成位置的路径相对于工件行进。
4.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，第一位置位于起始位置或完成位置中的一个处，而另一个位置位于起始位置或完成位置中的另一个处。
5.依照权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述路径在长度上至少为射束直径的三倍长。
6.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述区域的至少部分是细长的。
7.依照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述区域基本为线形的。
8.依照权利要求1到6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述区域的至少部分是弯曲的。
9.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述改进包括基本为工件的主体结构的改进。
10.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述改进包括基本为工件的表面结构的改进。
11.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3)的每个区域都基本与步骤1)的区域重合。
12.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，还包括形成一组或多组区域，每组都与步骤1)的区域交叉。
13.依照权利要求12所述的方法，其特征在于，每组的孔基本与步骤1)的区域的孔重合。
14.依照权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，每组的突起基本与步骤1)的区域的突起重合。
15.依照权利要求12到14中任意一项所述的方法，其特征在于所述区域组被布置成规则排列。
16.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤2)期间，功率射束在工件上另外的位置处形成一个或多个区域。
17.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述工件具有另一种材料，因此在执行所述方法期间形成了一种或多种合金。
18.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在气态环境下执行步骤1)到3)以便于形成一种或多种合金。
19.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，交叉区域被布置成用于形成悬伸于工件表面上的突起。
20.依照权利要求19所述的方法，其特征在于，两个或多个悬伸突起被连接以便于在工件表面上形成一个或多个环。
21.依照前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤3)期间功率射束能量密度相对于功率射束的一个或多个先前移动被减小，以便于使得所形成的突起和/或孔的边缘更光滑。
22.制备用于与一个或多个其他工件相连接的元件形式的工件的方法，所述方法包括使用权利要求1到21所述的方法在元件的表面和/或主体中形成多个孔并且形成从元件表面向外的突起。
23.依照权利要求22所述的方法，其特征在于，以预定方式控制孔的尺寸、形状或相对布置中的一个或多个，和/或突起的尺寸、形状、相对布置或化学成分中的一个或多个。
24.依照权利要求22或权利要求23所述的方法，其特征在于，所述突起和/或孔被形成为与工件机械接合，所述元件与工件相连接。
25.依照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述突起被布置成与工件中的互补结构相互作用。
26.依照权利要求22到25中任何一项所述的方法，其特征在于，所述孔具有用于容纳粘合剂或树脂的适合尺寸。
27.依照权利要求22到26中任何一项所述的方法，其特征在于，所述突起和/或孔被如此形成，即，在使用中，所述突起和/或孔与所述工件合作以便于在所述工件与元件之间分配接合部分中的任何应力，从而减少接合部分中的应力集中。
28.依照权利要求22到27中任何一项所述的方法，其特征在于，所述突起和/或孔被布置成用于提供预定局部机械、物理或热特性。
29.依照权利要求28所述的方法，其特征在于，所述突起和/或孔被布置在所述元件的至少部分中以使得所述元件的那个部分中的局部热和/或机械特性与工件的局部热和/或机械特性基本相同，所述元件的那个部分在使用中与所述工件相连接。
30.依照权利要求22到29中任何一项所述的方法，其特征在于，所述突起和/或孔被布置成用于控制所述接合部分的破损方式。
31.依照权利要求22到30中任何一项所述的方法，其特征在于，所述元件为用于将两个或多个其他工件连接在一起的中间元件。
32.使用前述权利要求中任意一项所述的方法已被处理的工件。
33.将第一工件与一个或多个其他工件相连接的方法，包括使用权利要求22到31中任意一项所述的方法制备用于连接的第一工件，以及将所述第一工件与一个或多个其他工件相连接。
全文摘要
本发明提供了一种改进工件(1)结构的方法。所述方法包括形成功率射束与工件(1)之间的相对移动的第一步骤，以使得工件(1)的区域(3)熔化并且使得熔融材料移动以便于在区域(3)中的第一位置处形成突起(2)以及在所述区域中的另一个位置处形成孔(4)。熔化使得熔融材料至少部分凝固，之后重复一次或多次第一步骤，其中与每次重复相对应的区域与第一步骤的区域(3)交叉。
文档编号C21D1/09GK1684790SQ03823331
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月11日 优先权日2002年9月30日
发明者B·G·I·丹斯, E·J·C·凯勒 申请人:焊接研究院