一种用于生产钛承重结构的方法技术

一种用于生产钛承重结构的方法，该方法包括通过冷气动力喷涂钛颗粒于合适成形的支撑构件上，以及如此生产的钛承重结构。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生产钛承重结构的方法
本专利技术涉及由钛和钛合金生产结构。本专利技术也涉及根据本专利技术生产的结构。
技术介绍
钛和钛合金具有高强度重量比，高硬度和优良的耐蚀性。由于这些原因，理想的是用这样的材料来生产承重结构，如自行车支架。目前钛/钛合金承重结构，如自行车支架的生产方法，通常涉及独立的管状支架部件，通过真空铸造和变形过程以生产所需的部件外形，然后通过对各个部件进行装配和焊接来生产支架。由于钛/钛合金具有对氧的高亲和性，高温处理，如焊接，必须在保护(还原)气氛中进行。总的来说，这种传统的方法耗费时间，并且是能源和劳动密集的，因此很昂贵。所以钛/钛合金的使用有点限制于这些方面如航空航天，生物医药和高端运动产品。关于传统的制造方法的限制阻碍了钛及钛合金更广泛地使用。在这个背景下，需要提供一种不存在这些问题的用于生产钛/钛合金承重结构的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种用于生产钛承重结构的方法，该方法包括通过冷气动力喷涂钛颗粒于合适成形的支撑构件上。本专利技术也提供根据本专利技术生产的钛承重结构。在本说明书中，除非另有说明，术语钛表示钛本身以及钛合金。因此，本专利技术的方法可以应用于生产钛承重结构和钛合金承重结构。除非另有说明，整个说明书和随后的权利要求中的“含有/包括”及其变形应被理解为表示包含陈述的整数或步骤或成组的整数或步骤，但是不排除任何其他的整数或步骤或成组的整数或步骤。说明书中对任何在先公开(或从其导出的信息)或对任何已知内容的引用不被、也不应被用作在先公开(或从其导出的信息)或已知内容构成本说明书所涉及的领域中公知常识的一部分的承认或认可或任何形式的暗示。附图说明参考非限制性的附图对本专利技术的实施方式进行说明如下：图1显示的是用于在自行车架支架上沉积钛的冷喷涂系统的示意图；图2是冷喷涂钛于铝支撑构件(蚀刻)的显微照片；以及图3是钛和铝之间的界面的扫描电子显微照片。具体实施方式根据本专利技术的冷喷涂的使用能够使得钛颗粒以固态以及极端高速的沉积于合适的支撑构件上(此处也指“支架”)。有利的，这去除了许多可能其他被需要的中间高温制造过程，如钛的熔融，轧制和焊接。这些步骤通常需要控制气氛以避免钛氧化。这些过程步骤的去除也在能量消耗和碳排放等方面有利。根据本专利技术的冷喷涂的使用也可以导致材料输入的减少，模具和熔融成本的去除，和/或钛产品的再加工和修整的减少。因此，根据本专利技术的冷喷涂的使用可以降低制造成本并提高制造效率和对应的商业价值。冷气动力喷涂(冷喷涂)是已知的用于表面涂层的方法。大体上，该方法包括将(金属和/或非金属)颗粒加入到高压气流中，该气流而后会通过汇聚/分散喷嘴，使得该气流被加速到超音速(通常大约1000m/s)，或者该方法在喷嘴喉部后将颗粒加入到超音速气流中。所述颗粒之后被导向待沉积的表面。该方法在低于基层和待沉积颗粒的熔点的相对低温下进行，由于颗粒撞击在基层表面形成了涂层。事实上，该方法在相对低温下发生可以减少或避免热力学、热学和/或化学效应作用于被覆盖的表面和组成涂层的颗粒。这意味着颗粒的原始结构和性质可以保存而不会出现与高温涂覆工艺如等离子、超音速火焰喷涂(HVOF)、电弧、火焰喷涂或其他热喷涂工艺相关的现象，如相变等。冷喷涂的基本原理、设备和方法记载在，例如，US5302414。本专利技术中冷喷涂的使用使得钛承重结构的生产大大简化并更加经济。在本专利技术的方法中，使用冷气动力喷涂以将钛层沉积并组建于成形的支撑构件上。这种方法不需要制造并连接单独组件来生产最终结构。特别的，根据本专利技术的冷喷涂不需要将钛组件焊接在一起。本专利技术的方法可以看作是一种生产承重结构的方法，该方法不是(即，传统的)通过将单独的结构组件焊接在一起来生产的方法。换言之，根据本专利技术生产的承重结构是作为整体结构形成的，与之相对的是通过制造并连接各种组件来组装。使用本专利技术的方法生产承重结构，并且这样做旨在利用上文提到的钛的理想材料性能。术语“承重结构”是用来表示功能为承受载荷的结构。该承重结构可以采取支架的形式，这是其他组件被安装在其上的基础结构。举例来说，该支架可以用于航空航天或航海船只或机动车，或者，它可以是用于自行车、摩托车、小型摩托车、轮椅、悬挂滑翔机或行李的支架。本专利技术被认为特别合适用于制造自行车和摩托车支架。该承重结构可以是单体壳设计，其中该结构本身的(钛)表面提供承重功能。举例来说，在这种情况下，该承重结构可以是摩托车或汽车、小型摩托车整流罩。该承重结构可以是最终产品或者它可以是最终产品的组件。例如，如果是自行车，本专利技术可以用于生产主体支架。该承重结构也可以是平的或成形的，并且例如，被用于建筑施工中。在本专利技术的方法中，使用冷喷涂以将钛层沉积并组建于支撑构件的表面上。该支撑构件的形状和结构将呈现被生产的承重结构的预期形状。在这方面，该支撑构件可以被看作支架或骨架。用于支撑构件的材料必须是当冷喷涂钛于其上时不会变形的材料。毕竟，该支撑构件提供了钛沉积的基础，它的任何变形可能导致生产的结构的制造公差中的缺陷和/或偏差。该生产支撑构件本身的机械性能、成本和/或松缓(ease)可能影响用于支撑构件的材料的选择。该支撑构件可以由单独的组件连接在一起组成，或者它可以为整体结构，例如，模制结构。在本专利技术的实施方式中，在完成冷喷涂和足够厚度的钛沉积其上(基于该承重结构的预期用途)之后，该支撑构件被去掉以生产独立式钛承重结构。当希望保持该结构的重量尽可能低的时候，该支撑构件的去除可能是重要的。根据设计和使用它的复杂性，该支撑构件可以通过各种方法来去除。例如，可以通过机械方法来去除该支撑构件。这可以包括破坏或机械去除该支撑构件。在破坏该支撑构件的情况下，该支撑构件可以由(如陶瓷)材料来形成，该材料具有合适的硬度和温度耐性以使得承重结构能够形成在支撑构件的表面，但是具有合适的脆性以使得当需要分离该支撑构件和结构的时候，该支撑构件能够被破坏和去除。钛和支撑构件的分离也可以通过依靠钛和支撑构件之间热膨胀系数的差别来达到。在这种情况下，结构从支撑构件的分离可以通过加热或冷却该钛结构和支撑构件来达到。在这实施方式中通过冷喷涂来形成的钛结构的厚度必须在那些支撑构件被去除的区域满足结构需要。因此，钛的厚度将是根据应用改变的。举例来说，用于自行车支架，钛厚度范围可以为1-5毫米。作为另一选择，该支撑构件可以通过溶解或熔融来去除。例如，如果支撑材料为铝，可以通过溶解于氢氧化钠来去除。当然，无论使用哪种方法来去除支撑构件，都不应当对生产的钛结构产生不利影响。在可选择的实施方式中，在冷喷涂完成之后该支撑构件不被去除。在这种情况下，该支撑构件可能有利于生产的承重结构的理想性能，并且在这种情况下承重结构/支撑构件应当被看作复合(或混合)结构。在一种稍有不同的实施方式中，可能希望的是保留支撑构件在特定的位置并且在生产结构的其他位置去除该支撑构件。例如，可能希望在用于经受高负荷的结构的区域保留支撑构件，并且在低负荷区域去除支撑构件。这样，进一步修改承重结构的性能同时保持重量低是可能的。这个实施方式也提高进一步设计的可能性。例如，支撑构件的材料可以基于该支撑构件将有助于承重结构的性能来选择。另外，或可选择的，该支撑构件的区域可以基于那些区域将占据生产的承重结构的位置改变厚度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产钛承重结构的方法，所述方法包括通过冷气动力喷涂钛颗粒于合适成形的支撑构件上，其中，所述承重结构为支架。

【技术特征摘要】
2012.04.04 AU 20129013451.一种用于生产钛承重结构的方法，所述方法包括通过冷气动力喷涂钛颗粒于合适成形的支撑构件上，其中，所述承重结构为支架。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在冷气动力喷涂完成后所述支撑构件被去除以生产独立式钛承重结构。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述支撑构件通过机械方法或通过溶解或熔融来去除。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述支撑构件通过依靠钛和支撑构件之间热膨胀系数的差别来去除。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在冷气动力喷涂完成后所述支撑构件不被去除，这样所述承重结构为包括钛和支撑构件的复合结构。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在冷气动力喷涂完成后所述支撑构件被保留在特定位置并且从承重结构的其他位置去除。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述支撑构件被保留在用于经受相对高负荷的承重结构的区域，并且从用于经受相对低负荷的承重结构的区域去除。8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述支撑构件的材料基于对所述支撑构件将有助于承重结构的性能来选择。9.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·查希瑞，M·亚赫迪，J·兰，T·福克斯，R·福克斯，
申请(专利权)人：联邦科学与工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU