双层干螺栓涂层的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双层干螺栓涂层。螺栓包括本体和形成在本体上的螺纹部分。螺栓还包括磷酸盐打底层，其至少覆盖本体且与本体直接接触。螺栓还包括PTFE过敷层，其基本覆盖磷酸盐打底层，且通过磷酸盐打底层与螺栓本体分开。
【专利说明】双层干螺栓涂层
【技术领域】
[0001]本公开涉及螺栓和紧固件，且更特别地，涉及用于螺栓和紧固件的涂层。
【背景技术】
[0002]螺栓和紧固件被用在一些工业或汽车应用中，以保持或连接两个或更多物体。螺栓和紧固件可设置有涂层或覆盖层。
【发明内容】
[0003]提供了一种被涂覆的螺栓。螺栓包括本体和形成在本体上的螺纹部分。螺栓还包括磷酸盐打底层和PTFE过敷层。磷酸盐打底层至少覆盖本体，且直接接近本体的由打底层覆盖的部分。PTFE过敷层基本覆盖磷酸盐打底层，且通过磷酸盐打底层与螺栓本体分开或隔开。
[0004]优选地，其中PTFE过敷层和磷酸盐打底层是干涂层，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蜡。
[0005]优选地，其中PTFE过敷层具有第一摩擦系数，该第一摩擦系数基本为0.10至0.16。
[0006]优选地，其中PTFE过敷层具有第一 PTFE浓度。
[0007]优选地，其中磷酸盐打底层覆盖基本整个本体；且其中PTFE过敷层覆盖基本整个磷酸盐打底层以及基本整个本体。
[0008]优选地，其中PTFE过敷层和磷酸盐打底层是干涂层，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蜡。
[0009]优选地，其中PTFE过敷层具有第一摩擦系数，该第一摩擦系数基本为0.10至0.16。
[0010]根据本发明另一方面，提供一种涂覆多个螺栓的方法，该方法包括:
[0011]将磷酸盐打底层涂敷到所述多个螺栓；
[0012]在涂敷磷酸盐打底层之后，涂敷PTFE过敷层，包括:
[0013]将所述多个螺栓浸溃在水-PTFE溶液中持续浸溃时间段；
[0014]在浸溃时间段后，将所述多个螺栓从水-PTFE溶液取出；和
[0015]在浸溃时间段后，将所述多个螺栓固化持续固化时间段。
[0016]优选地，所述方法还包括:
[0017]在浸溃时间段之后且在固化时间段之前，以旋转速率旋转所述多个螺栓持续旋转时间段。
[0018]优选地，其中将所述多个螺栓固化包括在炉子中以烘烤温度加热所述多个螺栓持续固化时间段。
[0019]优选地，其中涂敷磷酸盐打底层和PTFE过敷层的特征在于不具有油和蜡，使得所述多个螺栓在固化时间段后具有干涂层。
[0020]当结合附图时，本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述显而易见，本发明仅由权利要求限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是干涂覆螺栓的示意性立体视图；
[0022]图2是大致沿图1的标示线2-2截取的干涂覆螺栓的示意性局部剖视图；和
[0023]图3是示出用于制造干涂覆螺栓(比如图1所示的干涂覆螺栓)的方法或工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0024]参考附图，在全部若干幅视图中在任何可能的情况下，相同的附图标记对应于相同或相似的部件。图1中显示了螺栓10。图2显示了大致沿图1的线2-2截取的螺栓10的一部分的高度示意性剖视图。示意性螺栓10是高度说明性的，且代表螺栓和紧固件的多种不同的形状、尺寸和构造。
[0025]本领域普通技术人员将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求限定。任何数字命名，比如“第一”或“第二”仅是说明性的且不意图以任何方式限制本发明的范围。
[0026]在一幅图中所示的特征可以与任何附图中所示的特征组合、由其取代或由其修改。除非另有说明，否则所有特征、元件或限制都不与其他特征、元件或限制条件相互排斥。此外，任何特征、元件或限制都不是进行操作所绝对需要的。图中所示的具体构造仅是说明性的且所示的具体构造不是对说明书和权利要求的限制。
[0027]如图1所示，螺栓10包括杆或本体12、和形成在本体12的一个端部上的头部部分14。头部部分14可用于螺栓10的组装，且可配置为与螺丝刀(未示出)配合。头部部分14仅是说明性的且可具有与所示不同的形状和结构。替代地，螺栓10可经由嵌入槽或键驱动，从而不包括头部14。
[0028]螺栓10还包括形成在本体12上的螺纹部分16。应注意，螺纹部分16在图1中示意性地被显示，从而单独的螺纹不可见，但在图2中部分地示出，图2显示了本体12与螺纹部分16之间的过渡区域。
[0029]在很多情况中，螺纹部分16将与头部部分14相对地形成。然而，由于可能不包括头部部分14，因此螺纹部分16可形成在本体12的任一端部上。替代地，螺纹部分16可在内部形成，从而螺栓10类似于螺母或插孔件。
[0030]螺栓10可由铁基材料形成，包括钢和不锈钢。替代地，螺栓10可由铝、镁、锌、其合金或组合、或其他适当材料形成。此外，螺栓10可经受制造工艺或处理，以提高其强度、耐久性或其他材料性能。
[0031]螺栓10，或多个螺栓10，可与螺栓供给器(未示出)一起使用。螺栓供给器配置为将多个螺栓10从没有条理且不对准的位置(比如存在于进料斗(hopper)中的位置)设置为准备用于装配或制造工艺中的一致的对准位置。通常，螺纹10被用来刚性地或半刚性地将一个或多个部件附接在一起，可能使用相应的螺母以及一个或多个垫圈。
[0032]为了控制螺栓10的安装，螺栓10可能需要特定的摩擦系数(CoF)。用于控制螺栓10的摩擦系数的一种方法是，涂敷比如油或蜡的涂层，该涂层可被称为湿涂层。
[0033]湿涂层不能永久地(或半永久地)附着或固着至螺栓10，且因此可被螺栓供给器或其他装配或运输设备所擦掉或消除。另外，湿涂层可能捕获碎屑，比如螺栓10的表面上的灰尘或金属薄片。来自湿涂层的残余物，包括湿涂层所捕获的碎屑，可能聚集在螺栓供给器或其他设备上。
[0034]螺栓10包括磷酸盐打底层20，其至少覆盖本体12，但很可能覆盖整个螺栓10。磷酸盐打底层20直接接近本体12，被直接地涂敷到形成螺栓10的基底材料，且完全地附着到螺栓10的基地材料。磷酸盐涂层20的涂敷通过螺栓10的表面与磷酸和金属磷酸盐的溶液之间的化学反应进行，所述金属磷酸盐比如为锰、锌、铁或其他金属磷酸盐。化学反应通常通过将螺栓10浸入化学溶液而发生。额外或改进的工艺，包括清洁、表面活化或漂洗，可被用来将磷酸盐打底层20应用到螺栓10。
[0035]在涂敷磷酸盐打底层20之后，螺栓10还接收PTFE过敷层22，其基本覆盖磷酸盐打底层20。因此，PTFE过敷层22至少在磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22重叠的位置处通过磷酸盐打底层20与本体12分开、隔开或偏开。在螺栓10的多种配置中，磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22将覆盖整个螺栓10。
[0036]磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22最佳在图2中显示。然而，应注意，图2仅是示意性和说明性的。磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22 二者可能被示出为具有比大多数应用更大的厚度。磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22的实际厚度在所示的比例尺下可能不可见。另外，磷酸盐打底层20和PTFE过敷层22的组合厚度将很可能被本体12和螺纹部分16的容差限制，使得螺栓10可在已经涂敷涂层之后用于其功能目的。
[0037]PTFE过敷层22是螺栓10的外层，且与例如螺栓10通过其运送的螺栓供给器接触。PTFE过敷层22还与螺栓10组装到的部件接触。PTFE顶敷层22是对螺栓10的摩擦系数的主要因素，且因此显著地影响螺栓10的安装。PTFE过敷层22用于降低螺栓10的摩擦系数，这可能对装配工艺有益。
[0038]PTFE过敷层22是水基的无机溶液，包含至少聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE可以是微粒的形式，且水-PTFE溶液还可包含高分子粘着剂和配置为促进涂覆工艺的其他元素。
[0039]磷酸盐打底层20具有一般晶体结构，其提供用于PTFE过敷层22的基底，PTFE过敷层22在湿的时候(在水-PTFE溶液中)依附到所述基底且在固化后附着至所述基底。除了水和PTFE之外，额外的材料可被并入以提高最终性能特性或有利于将要固化成最终的PTFE过敷层22的水-PTFE溶液的涂覆和附着工艺。颜料也可以被添加到水-PTFE，以便识别已经涂敷PTFE过敷层22的螺栓10，其与等待涂敷的螺栓或具有不一样涂层的类似螺栓不同。
[0040]在完成涂覆工艺之后，如本文所述的，螺栓10具有干饰层(dry finish)或干涂层，其与湿涂层不同，使得螺栓10的特征在于没有油或柔质的蜡。如这里所使用的，干涂层是摸起来干燥的涂层。一种用于确定螺栓10是否变干而可以触摸的方法是，用白色纸巾保持经涂覆的、最终的螺栓10，同时施加轻的手压力(例如大约10牛顿的力)持续指定时间段(例如，大约五秒)。如果纸巾没有可见的着色或变色，则涂是干的。
[0041]完成的螺栓10可具有0.10-0.16范围内的摩擦系数。该示例性摩擦系数或其他值可以通过改变用来在固化之前涂覆螺栓10的水-PTFE溶液中的PTFE浓度而实现。此外，固化工艺可能影响螺栓10的摩擦系数。
[0042]参考图3，并继续参考图1-2，显示了方法100，其用于涂覆多个螺栓，比如图1中所示的螺栓10。方法100可完全或部分自动化，并通过控制系统(未示出)控制，或可手动地执行。
[0043]图3仅显示了方法100的高度示意图。可以不要求所示的算法或方法100的步骤的精确顺序。步骤可以被重新排序，步骤可以被省略，且可以包括额外的步骤。以虚线或点线显示的步骤可以是可选的。然而，根据具体配置，任何步骤可被认为是可选的，或可以仅选择性地被执行。此外，方法100可以是另一算法或方法的一部分或子程序。
[0044]为了说明的目的，参考关于图1进行描述和显示的元件和部件描述了方法100，且方法100可在一个或多个螺栓10上执行。然而，其他部件可被应用方法100以便干涂其他部分。
[0045]步骤110:开始/初始化。
[0046]方法100可起始于开始或初始化步骤，该时间中方法100被起动且必要的部件或设备被起动。
[0047]步骤112:形成或提供螺栓。
[0048]方法100包括形成或提供(比如从供给器)多个螺栓10。方法100主要相对于多个部件被描述，因为涂覆多个螺栓10将很可能获得规模经济效应(生产或成本效益)。然而，方法100可被应用于单个部件，特别是如果螺栓10很大、复杂，或由于实验目的而生产。
[0049]步骤114:磷酸盐打底层涂敷和后处理工艺。
[0050]用于涂覆多个螺栓10的方法100包括将磷酸盐打底层20涂敷到多个螺栓10。此夕卜，在接收磷酸盐打底层20之后，方法100可包括螺栓10的任何必要的后处理工艺，特别是将螺栓10制备用于后续涂覆所必要的后处理工艺。
[0051]步骤116:浸溃在水-PTFE溶液中。
[0052]方法100包括在涂敷磷酸盐打底层20之后，涂敷PTFE过敷层22。涂敷PTFE过敷层20可涉及将多个螺栓10浸溃在水-PTFE溶液中持续浸溃时间段。因此，用于涂敷PTFE过敷层22的控制参数中的一些包括水-PTFE溶液中PTFE的浓度(其可被表达为百分比)和螺栓10处于水-PTFE溶液中的时间段(t)。这些控制参数可改变PTFE过敷层22的厚度、PTFE过敷层22的摩擦系数或二者。
[0053]在方法100的一些配置中，浸溃时间段可实际上代表水-PTFE溶液喷涂到螺栓10上的过程，比如当被运送在输送系统上时。在这样的配置中，浸溃段的参数还可能包括流速或每个螺栓10的流速。
[0054]步骤118:旋转。
[0055]方法100包括，在浸溃时间段之后，将多个螺栓10从水-PTFE溶液取出。多个螺栓10然后可经受持续转动时间段的旋转过程和旋转速率。旋转螺栓10可去除其任何过多的水-PTFE溶液或其液滴。因此，用于旋转螺栓10的控制参数中的一些包括旋转时间(t)和旋转速率(η)(其可以以RPM表达)。方法100的一些配置可通过摇动或振动来补充或取代旋转过程。另外，旋转过程可包括两个旋转循环。
[0056]步骤120:固化PTFE过敷层。
[0057]在旋转时间段之后，方法100固化螺栓10，所述螺栓10通过水-PTFE溶液湿涂覆。固化多个螺栓10可在炉子中在烘烤温度下进行，持续固化时间段。固化水-PTFE溶液产生最终的干的PTFE过敷层22。因此，用于固化螺栓10上的PTFE过敷层22的控制参数中的一些包括炉子中的烘烤时间(t)和炉子的烘烤温度(T)。炉子固化工艺可激活热固化聚合物，其用作用于PTFE过敷层22的粘合剂，或炉子可通过将溶剂驱除出溶液而促进水-PTFE溶液的干燥。
[0058]方法100的一些配置可通过基于光线(比如紫外光线)的固化来补充或取代炉子固化工艺。在具有光可固化的PTFE过敷层22的配置中，水-PTFE溶液可包括粘合剂，其响应于任何辐射光谱(包括，例如但不限于:紫外线、可见光或微波)而固化。
[0059]根据PTFE过敷层22的厚度，方法100可以在步骤116、118和120中重复PTFE涂覆工艺。额外的循环可增大PTFE过敷层22的厚度、提高PTFE过敷层22的质量和一致性或二者。
[0060]步骤122:结束/重复。
[0061]在PTFE过敷层22固化或在运送期间充分固化(如果固化工艺将在运输期间完成)后，方法100结束。方法100然后可以以类似的方式在多个螺栓10中的另一个上重复。
[0062]详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式中的以下和其他实施例，但是仍存在各种替换设计、构造和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。
[0063]相关申请的交叉引用
[0064]本申请要求于2013年8月22日递交的美国临时专利申请号N0.61/868，753的权益，其全部内容通过引用被合并在此。
【权利要求】
1.一种螺栓，包括: 本体； 螺纹部分，形成在本体上； 磷酸盐打底层，至少覆盖本体，其中磷酸盐打底层与本体直接接触；和PTFE过敷层，其中PTFE过敷层基本覆盖全部磷酸盐打底层，且通过磷酸盐打底层与所述本体分开。
2.如权利要求1所述的螺栓，其中PTFE过敷层和磷酸盐打底层是干涂层，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蜡。
3.如权利要求2所述的螺栓，其中PTFE过敷层具有第一摩擦系数，该第一摩擦系数基本为0.10至0.16。
4.如权利要求3所述的螺栓，其中PTFE过敷层具有第一PTFE浓度。
5.如权利要求1所述的螺栓， 其中磷酸盐打底层覆盖基本整个本体；且 其中PTFE过敷层覆盖基本整个磷酸盐打底层以及基本整个本体。
6.如权利要求5所述的螺栓，其中PTFE过敷层和磷酸盐打底层是干涂层，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蜡。
7.如权利要求6所述的螺栓，其中PTFE过敷层具有第一摩擦系数，该第一摩擦系数基本为0.10至0.16。
8.一种涂覆多个螺栓的方法，该方法包括: 将磷酸盐打底层涂敷到所述多个螺栓； 在涂敷磷酸盐打底层之后，涂敷PTFE过敷层，包括: 将所述多个螺栓浸溃在水-PTFE溶液中持续浸溃时间段； 在浸溃时间段后，将所述多个螺栓从水-PTFE溶液取出；和 在浸溃时间段后，将所述多个螺栓固化持续固化时间段。
9.如权利要求8所述的方法，还包括: 在浸溃时间段之后且在固化时间段之前，以旋转速率旋转所述多个螺栓持续旋转时间段。
10.如权利要求9所述的方法，其中将所述多个螺栓固化包括在炉子中以烘烤温度加热所述多个螺栓持续固化时间段。
【文档编号】F16B41/00GK104421314SQ201410418809
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】C.B.普雷斯顿, T.M.威尔森, D.M.沃达特, C.K.匡 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司