本发明涉及一种用于连结异种金属的方法和包括该方法的制品。
异种金属通常在诸如汽车、飞行器、建筑框架之类的各种不同装置中彼此接触。因此，设计工程师日益面临连结异种材料的需求，因为他们寻求具有定制工程化特性的创造性的新结构或零部件。有时，零部件在一个区域中需要耐高温性，在另一区域中具有良好的耐腐蚀性等等。结构在一个区域中可需要韧性或耐磨损性，相组合地在另一位置中需要高强度。改进连结具有工程化特性的异种材料的能力针对轻型汽车结构采用新方案，改进用于能量生产的方法，产生新一代机械产品和消费装置以及许多其它的制造和工业用途。
连结异种材料通常比连结在组分上具有微小差异的相同材料或合金更为困难；然而，利用合适的连结工艺和特定的程序能成功地连结许多异种材料。
虽然可有利地在此种装置中使用异种金属以利用诸如较低重量、增大刚度或弹性、更佳的导电性等等的特性，但当两种金属电接触时，由于一种金属通常相对于另一种优先腐蚀，通常会引起电偶腐蚀。
异种金属和合金具有不同的电极电势，并且当两种或更多种金属在存在电解液的情形下相接触时，一种金属用作阳极而另一种用作阴极。异种金属之间的电位差是对电偶对的阳极构件加速冲击的驱动力。
在汽车中，通常通过将聚合物粘合剂的电绝缘层设置在异种金属之间，来缓解电偶腐蚀的问题。电绝缘层的存在防止电偶腐蚀，并且使得各种不同的异种金属能结合在一起。然而，在缓解腐蚀效应的同时使用电绝缘层引起其它问题。由于这些不同金属的粘合剂粘结造成的一个问题在于，其包含使用各种各样不同的焊接规划。这产生关于制造汽车的速度和效率的问题。两个金属导电层之间的电绝缘层的问题所造成的另一问题包含在汽车中接收射频信号。
因此，期望设计制造包括异种金属的制品的方法，该方法通过以降低趋于电偶腐蚀的趋势、减少焊接规划并且改进汽车中的射频接收的方式连结金属来进行。
技术实现要素：
这里公开一种制品，该制品包括：第一金属层；第二金属层，该第二金属层在化学上不同于第一金属层；以及第三金属层，该第三金属层设置在第一金属层和第二金属层之间，并且接触第一金属层和第二金属层两者；其中，第三金属层在化学上类似于第一金属层或第二金属层；其中，在化学上类似的至少两个金属层通过间隙开口焊接在一起，该间隙开口位于在化学上并不类似于至少两个金属层的金属层中。
这里也公开一种制品，该制品包括层压件，该层压件包括：第一金属层；第二金属层，该第二金属层在化学上不同于第一金属层并且与第一金属层接触；以及第三金属层，该第三金属层在化学上类似于第二金属层并且与第二金属层相接触；其中，层压件的一部分折叠以形成折边，并且第一金属层、第二金属层以及第三金属层的折边部分之间的摩擦接触保持第一金属层、第二金属层和第三金属层彼此接触。
这里还公开了一种用于制造金属连结件的方法，该方法包括将第一金属层辊压结合至第二金属层以形成第一层压件；其中，第一金属层和第二金属层在化学上是异种金属；使得第一层压件与第三金属层相接触，该第三金属层在组分上类似于第一金属层或第二金属层；以及经由所具有的组分不同于第三金属层的组分的金属层中的开口，将第三金属层焊接于第一层压件中所具有的组分类似于第三金属层的组分的金属层。
这里还公开了一种用于制造金属连结件的方法，该方法包括使得第一金属层与第二金属层相接触，其中，第一金属层在化学上不同于第二金属层；使得第二金属层与第三金属层相接触，其中，第二金属层和第三金属层具有类似的化学组分；以及折叠第一金属层、第二金属层以及第三金属层以形成折边，其中，第二金属层围绕第一金属层在折边中的至少一个表面，并且第三金属层围绕第二金属层在折边中的至少一个表面；以及第一金属层、第二金属层和第三金属层的折边部分之间的摩擦接触将第一金属层、第二金属层和第三金属层在折边中保持彼此接触。
附图说明
图1a是包括两种异种金属的制品的示意图，这两种异种金属经受双金属连结工艺并且点焊在一起以形成连结件；
图1b是包括两种异种金属的制品的另一示意图，这两种异种金属经受双金属连结工艺并且点焊在一起以形成连结件；
图2a是示出制造包括三种异种金属的制品的一系列步骤的示意图；
图2b是示出制造包括三种异种金属的制品的一系列步骤的另一示意图；
图3是制品的示意图，该制品包括具有两种或更多种异种金属的4个金属层；
图4a示出用于从异种金属的一部分制造折边以形成连结件的方法；
图4b进一步示出用于从图4a的异种金属层压件的一部分制造折边以形成连结件的方法；
图5示出用于对两种异种金属折边以形成连结件的另一示例性方法；以及
图6示出包括两种或更多种异种金属层的连结件的制造，这些异种金属层可经受辊压结合之后通过点焊和折边来形成连结件。
具体实施方式
这里公开一种连结异种金属以形成不可分离层压件的方法，该可不分离层压件降低了电偶腐蚀的速率。不可分离层压件有时在这里称为连结件。该方法包括经由第三金属层接触两个异种金属层(第一金属层和第二金属层)，该第三金属层基本上在化学上类似于或者在化学组分上类似于两个异种金属层的一个。在示例性实施例中，接触是永久接触并且经由诸如辊压结合(也称为包覆)、磁性脉冲焊接之类的双金属连结或结合工艺发生，在这之后，第三金属层通过第一金属层或第二金属层中的间隙开口点焊于第一金属层或第二金属层。
应注意地是，术语“第一金属层”、“第二金属层”、“第三金属层”之类的使用并不代表使得各层在层压件中彼此接触的顺序，并且也并不代表层压件中金属层相对于彼此的位置。这些术语仅仅是用于识别各层以及它们相对于彼此的位置的机制，并且这可在本文中从图到图改变。
还应注意的是，点焊可能并非是将层压件的各层结合在一起的仅有方式。包含使用导电金属的其它方法可结合或替代点焊使用。其它方法可包括磁性脉冲焊接。其它形式的焊接可包括电阻点焊、超声波焊接、凸焊等等。这里详细地对此进行描述。
这里使用的术语永久连结或永久接触指代持久连结件，其中，相应的金属彼此恒定地金属接触。这里公开的金属连结件比其它比较连结件较不易于腐蚀。
在一实施例中，间隙开口在第一金属层或第二金属层中的位置取决于第三金属层的组分。如果第三金属层基本上在化学上类似于第一金属层，则间隙开口存在于第二金属层中，而如果第三金属层基本上在化学上类似于或者在化学上类似于第二金属层，则间隙开口存在于第一金属层中。
关于“基本上在化学上类似”，意味着基于金属层的总体重量，两个金属层各自包含相同基底金属的至少50重量百分比(wt％)、较佳地至少60wt％、较佳地至少70wt％、较佳地至少80wt％且更佳地至少90wt％。基底金属可以是元素(例如，铁、铜、铝等等)或者可以是合金(例如，钢、黄铜等等)。
例如，各自具有至少50wt％铁的两种不同的不锈钢可被认为是基本上在化学上类似的。可结合在一起的异种钢的示例是高强度低合金(hsla)340和双相800。可结合在一起的异种铝的示例是铝6063-t6和铝7075。
在又一实施例中，通过形成折边来使得第一金属层和第二金属层之间恒定接触。折边经由层压件的一部分的折叠而产生。在该方法中，首先使得第一金属层、第二金属层和/或第三金属层彼此相接触并且然后折叠以形成折边。折边的金属层压件可包含至少两个异种金属层或至少三个异种金属层。层压件中的相应金属层以有效的摩擦力来接触它们的毗邻金属层，以在两个或更多个异种金属层之间形成恒定接触(即，持久接触)，这防止电偶腐蚀。
图1a和1b是制品100(例如，层压件)的示意图，该制品包括两个异种金属层，这两个异种金属层经受双金属连结工艺并且点焊在一起以形成连结件。参照图1a，第一金属层106首先辊压结合或者经由磁性脉冲焊接结合至第二金属层110，该第二金属层包括与第一金属层106的金属不同的金属。然后，第三金属层102(具有与第一金属层106的金属类似的组分)经由存在于第二金属层110中的间隙开口112点焊114至第一金属层106。
图1a示出两个视图，在点焊点处的剖视图(参见附图左侧)以及沿方向“a”(由箭头指示)获取的侧视图(参见附图右侧)，并且示出第三金属层102在化学上类似于第一金属层106的情况，而图1b(也示出两个视图，在点焊点处的剖视图(参见附图左侧)以及沿方向“a”(参见箭头)获取的侧视图(参见附图右侧))示出第一金属层106在化学上类似于第二金属层110的情况。在图1a中，包含在第二金属层110中的开口112允许第一金属层106利用点焊部114点焊至第三金属层102。例如可在图1a中的侧视图中观察到的是，包含在第二金属层110中的多个孔可用于将第三金属层102点焊至第一金属层106。应注意的是，点焊可能并非是将层压件的各层结合在一起的仅有方式。磁性脉冲焊接(结合)也可用于在第三金属层102和第一金属层106之间形成接触。
在图1b中，包含在第三金属层102中的开口112允许第二金属层110利用点焊部114点焊至第一金属层106。在图1b中(例如在图1a中)，异种金属层首先包覆在一起，之后通过存在于异种金属层中的间隙开口来将具有类似化学组分的金属层点焊在一起。这里详细地描述制造层压件的方法。第一金属层106有时称为欺骗条带。例如可在图1b中的侧视图中观察到的是，包含在第三金属层102中的多个孔可用于将第一金属层106点焊至第二金属层110。
简而言之，从图1a和1b的前文描述中，可观察到的是，点焊通常在层压件中的类似金属(具有相同化学组分或基本上相同化学组分的金属)之间发生，而间隙开口总是存在于层压件的如下金属层中，该金属层所具有的组分不同于具有相同组分的金属层。异种金属在类似金属的点焊之前包覆结合在一起。
图1a和1b的第一金属层、第二金属层以及第三金属层是过渡金属或过渡金属的合金。在一实施例中，金属(用在类似金属层和异种金属层中)选自钛、铁、铬、锰、镍、铜、锌、锆、钼、银、金、钯、铂、钽、钨、铝等、以及它们的组合。在一实施例中，金属可包括合金并且选自不锈钢、碳钢、软钢、黄铜、青铜、铝合金等以及它们的组合。
用在结合层压件中的异种金属较佳地是钢(例如，不锈钢)和铝。在一实施例中(参照图1a和1b)，第三金属层包括钢，而第一金属层和第二金属层各自包括铝。在另一实施例中，第三金属层包括铝，而第一金属层和第二金属层各自包括钢。
在另一实施例中，第三金属层包括不锈钢，而第一金属层和第二金属层各自包括铝。在另一实施例中，第三金属层包括铝，而第一金属层和第二金属层各自包括不锈钢。
在一实施例中，第一金属层106具有100微米至10毫米、较佳地是1000微米至4毫米的厚度。
在一实施例中，第二金属110具有500微米至5毫米、较佳地是1000微米至2毫米的厚度。
在一实施例中，第三金属层102具有500微米至5毫米、较佳地是1000微米至2毫米的厚度。
第一金属层与第二金属层的厚度比可在从1∶10至10∶1、较佳地是1∶5至5∶1的范围内。第二金属层与第三金属层的厚度比可在从1∶10至10∶1、较佳地是1∶5至5∶1的范围内。第一金属层与第三金属层的厚度比可在从1∶10至10∶1、较佳地是1∶5至5∶1的范围内。
例如能在图1a中观察到的是，第一金属层106的高度“h”通常等于第一金属层106和第二金属层110之间的重叠量。高度“h”具有5至15毫米的数值。在图1b中，第一金属层106的高度“h”通常等于第一金属层106和第三金属层102之间的重叠量。高度“h”具有5至15毫米的数值。
间隙开口通常设置在这样的金属层中，该金属层在化学组分上不同于具有相同化学组分且会彼此点焊的两个金属层。间隙开口通常具有足够的尺寸来允许点焊工具能接触第三金属层以便于其结合(例如，经由熔融)至第二金属层。间隙孔通常在双金属连结工艺之前存在于金属层中，但也可在双金属连结工艺之后制造间隙孔。间隙孔可取决于施加点而以各个距离隔开。间隙孔之间的间隔可以是周期性的或非周期性的。点焊部的最小浓度通常用于消除“分流”，点焊部的高浓度能用在高应力区域中，而点焊部的极宽间隔可用在低应力区域中。
在示例性实施例中，间隙孔可隔开50至500毫米。在另一示例性实施例中，间隙孔在双金属连结操作之前制造。
点焊部可通过电阻点焊、超声波焊接、凸焊或其组合带来。电阻点焊是这样一种工艺，其中，接触金属表面通过从对电流的阻抗获得的热量连结。超声波焊接是这样一种焊接技术，借此，高频率超声波声振动局部地施加于金属层以产生固态焊接部。凸焊是点焊的修改。在该工艺中，焊接借助待连结工件的一个或两个上的升起部段或突部来定位。热量集中在突部处，这允许较重部段的焊接或者焊接部较为靠近地隔开。
在形成图1a和1b所示层压件的一个方法中，第一和第三金属层(异种金属层)经受双金属连结或结合工艺以形成第一层压件，上述工艺例如是辊压结合(也称为包覆)、磁性脉冲焊接或其组合。这在点焊工艺之前进行。然后，第二金属层在第一金属层的与接触第三金属层的表面相对的表面上设置在第一层压件上，且点焊部形成在包含类似金属的金属层之间。具有点焊部的三层层压件在这里称为第二层压件。在一实施例中，一系列点焊部可形成在第一金属层和第二金属层之间(如图1a和1b的侧视图中所示)，以形成第二层压件。
在一实施例中，辊压结合(包覆)在辊磨机中进行以形成第一层压件。在一示例性实施例中，包覆在包覆辊磨机中进行。包覆辊磨机用于通过压缩和扩散退火将异种金属组合到单个条带中。在形成第一层压件之后，执行焊接工艺以形成期望的制品(例如，第二层压件)。
磁性脉冲焊接(也称为电磁成形(em成形或磁力成形)是一种用于导电金属的高速率冷成形工艺。工件被高强度脉冲磁场重塑，该高强度脉冲磁场在工件中感应出电流和对应的排斥磁场，以快速地排斥工件的各部分。工件能在无需工具的任何接触的情形下重塑，但在一些情形中，工件可压抵于模具或成型机。该技术有时称为高速率成形或电磁脉冲技术。
图2a示出另一示例性实施例，其中，不同于点焊(或磁性地脉冲结合)在一起的两个金属，包覆并且点焊在一起的三种异种金属基本上在化学上类似(即，它们具有大量共同基底金属)。在该实施例中，第一金属层206包覆至第二金属层210以形成两层第一层压件(参见步骤a)。可使用任何合适的技术来移除由字母“a”示出的任何闪烁或重叠部(也称为过量材料)(参见步骤b)。第二金属层210在其中钻有多个间隙孔212，以通过点焊部214将第三金属层202点焊至第一金属层206，以形成第二层压件(参见步骤c和d)。第一金属层206和第三金属层202具有基本上类似的化学组分。在一实施例中，第一金属层206和第三金属层202两者均是钢层但含有不同类型的钢。例如，第一金属层206可包括不锈钢，而第三金属层202可包括碳钢。在一实施例中，第二金属层210包括铝。
在图2b中示出的另一实施例中，三个基本上异种金属可点焊或磁性脉冲结合以形成耐腐蚀制品。类似于图2a的图2b示出另一实施例，其中，不同于点焊(或磁性地脉冲结合)在一起的两个金属，包覆并且点焊在一起的三种异种金属基本上在化学上类似(即，它们具有共同基底金属)。图2b中的第一金属层206包覆至第二金属层210以形成两层第一层压件(参见步骤a)。在该实施例中，第一金属层206中通过字母“a”示出的过量材料并不移除，而是替代地用作与第三金属层202形成点焊部214的位置。在该实施例中，在第二金属层210中并无间隙开口形成。第一金属层206直接地点焊(由字母“w”示出)至第三金属层202。图2a和2b中的点焊部214可由磁性脉冲结合替代或者与磁性脉冲结合相组合。
在又一实施例中，层压件可包括四个金属层，该四个金属层利用位于单个平面(在该情形中，纸面)中的两个或更多个点焊部形成。在一示例性实施例中，层压件可包含四个金属层，该四个金属层在单个横截面位置处形成有两个或更多个焊接部。这在图3中示出。图3表示图1a和图1b的组合。
在图3中，第一金属层402如之前在图1b中观察到地是经由第三金属层406接触第二金属层410，且第四金属层418在类似于图1a所示构造的构造中接触第一金属层402。第一间隙开口420允许第一金属层402经由点焊部422与第四金属层418焊接，而第二间隙开口412允许第二金属层410经由点焊部414与第三金属层406焊接。图3中的点焊部可由磁性脉冲焊接代替。
在形成图3所示连结件的方法中，首先将异种金属层402和406辊压结合在一起。然后，金属层418(具有与金属层402的类似组分)经由金属层406中的间隙开口420点焊于金属层402。金属层410然后经由金属层402和418中的间隙开口412点焊于层406。
如上所述，异种金属层压件的一部分可折边(折叠)以形成连结件。这在图4a和4b中示出。图4a示出包括第一金属层506、第二金属层510和第三金属层502的三层层压件，该三层层压件具有端部部分602，该端部部分弯折以形成图4b中示出的折边606。由于折边606，第一层502在折边606处接触层502a(具有相同组分)。这使得任何异种层对于电解液的暴露程度最小，而此种暴露会导致原电池的形成。这便于使得腐蚀程度最小。应注意的是，能从上文提供的金属和合金的列表中，选择用在用于金属层502、506和510的折边中的金属。
在图4a中示出的实施例中，第一金属层506、第二金属层510和第三金属层502首先辊压结合以形成第一层压件。然后，第一层压件的端部部分602弯折第一层压件的现有部分，且经折叠部分可然后在压缩压机或者在其它辊磨机中经受另一压缩工艺以形成折边部分606(参见图4b)。
图5示出用于对两种异种金属折边以形成层压件的另一示例性方法。图5示出示例性汽车车门，该汽车车门包括两个不同金属，折边以形成连结件的第一金属层302和第二金属层306。在图5的步骤a中，第一金属层302和第二金属层306的一部分辊压结合在一起以形成层压件(参见标记为rb的部分)。第一金属层302的过量部分然后围绕第二金属层306折叠，以形成连结件(参见步骤b)。在“折叠”之后，如果期望的话，虚线框304中示出的折边部分可经受第二双金属连结工艺，以改进由第一金属层302对第二金属层306的压接。
在一实施例中，图5的第一金属层302包括铝，而第二金属层306包括钢。在一实施例中，图5中示出的制品可以是汽车车门，且第一金属层302在外表面(外部表面)上具有a级光洁度。
在图6中示出的又一实施例中，包括两种或更多种异种金属层的连结件可经受双金属连结之后通过点焊和折边来形成连结件。在图6中，第一金属层702双金属地连结(例如，经由辊压结合)至第二金属层706(参见步骤a)以形成第一层压件。可从第一或第二金属层移除过量不期望金属(参见步骤b)。然后，第三层710利用间隙开口714焊接到第一层压件上。此种焊接可以是熔焊。也可使用金属惰性气体(mig)焊接、钨惰性气体(tig)焊接或金属活性气体(mag)焊接。mig、tig或mag是这样的工艺，电弧形成在自耗电极丝和工件金属之间，这会加热工件金属，致使它们熔融并且连结。间隙开口714用于将第三金属层710mig、tig或mag焊接至第二金属层702，之后将第一层压件的一部分折叠到第三层710之上。将焊接部封装在折边中。
因此，所产生的制品同时具有焊接部和折边。在一实施例中，第一金属层702包括铝，而第二和第三金属层706和710分别包括钢。上文列举的其它金属也可用在第一和第二金属层中，只要它们是异种即可。
这里公开的方法和制品的优点在于，它们实现了减少混合材料主体中的粘合剂用量，这会由于存在一致的导电金属壳体而大大地改进车辆射频接收。还可实现简化焊接规划。该方法还实现设计造型灵活性和封装灵活性。还改进了腐蚀性能。
虽然已参照一些实施例描述了本发明，但本领域技术人员应理解地是，可做出各种改变，且等同物可替代元件，而不会偏离本发明的范围。此外，可做出许多修改，以使得特定情况或材料适用于本发明的教示，而不会偏离本发明的基本范围。因此，旨在使得本发明并不限于作为用于执行本发明所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明会包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。