用增强的聚合物复合紧固件结合镁制造技术

本发明专利技术涉及用增强的聚合物复合紧固件结合镁。公开了用于在多个重叠薄金属片工件（其至少之一包括至少85wt%镁片）中形成防腐蚀接头的方法。该紧固件是纤维增强聚合物杆，其形状和尺寸适于插入每一片中形成的同轴开口内并随后在每一端镦锻以形成头部。在至少一些接头加载样式下，工件片变形以形成协同补偿该紧固件强度的机械干扰特征。该方法可以用于其他工件和紧固件组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用纤维增强热塑性或热固性紧固件与通过将薄片金属部件变形而形成的机械干涉结构相合作，在所述薄片金属部件中形成高搭接剪切强度接头的方法，该薄片金属部件的一个或多个可以是镁合金。
技术介绍
高强度重量比材料越来越多的应用是在越来越高的汽车燃料经济性的寻求中采用的几个策略之一，现有的汽车引入了各种这种材料，包括高强度钢、高性能铝合金和镁合金。在这各种较高强度重量比材料中，镁及其合金是有吸引力的，因为镁的低密度以及其在适当加工时能够实现可接受的高强度。镁是最具化学活性的常用汽车结构金属，且除非受到保护，否则在暴露于水溶液时其容易腐蚀，特别是在该水溶液与其他金属接触或包含金属离子时。已经开发了使汽车镁合金的这些腐蚀趋势最小化的处理和工艺，但在将镁合金结合到不同金属时，在含水电解质存在下可能建立原电池。在该电池中，该镁组分将是阳极且优先腐蚀。在使用机械紧固件(例如铆钉、螺栓或螺钉)时可以建立该电池。这些紧固件几乎普遍都是由其他材料或合金(最通常是铁，或者较不通常是铝)制备的，且与镁紧密接触。因此，薄壁或片状镁部件通过穿透入该镁制品或穿过该镁制品的机械紧固件的任何结合，或者通过穿透入该镁制品或穿过该镁制品的机械紧固件而至所述薄壁或片状镁部件的任何结合，可能产生电解质进入通道并促进在该紧固件附近的局部腐蚀。即使用阻挡涂层涂覆该镁部件以抑制整体腐蚀或者即使将一个镁合金制品与另一镁制品连接，也可能发生这种腐蚀。因此，需要用于将镁合金制品(特别是薄的或片状制品)与其他片状材料(包括其他镁基合金)连接的改进方法和紧固件。
技术实现思路
可以使用聚合物紧固件以能在两个或更多个重叠薄工件(特别是片金属工件)中进行搭接，该工件的至少一个是包含超过85wt%镁的镁合金。这种紧固件在该紧固件和镁之间不产生电化腐蚀电势。但是形成在通常平坦的工件中的该搭接头的搭接剪切强度主要取决于该紧固件的强度，尺寸类似于金属紧固件的未增强的聚合物可能不提供足够的强度。本专利技术的目的是提供高搭接剪切强度接头。可以使用优选结合使用的两种方法。 第一种使用纤维增强聚合物紧固件优先于未增强的聚合物紧固件；第二种方法需要将该工件变形以使其彼此机械啮合。可以通过将通过挤出或pultrusion并切割到适合长度形成的杆状物体或嵌条的端部镦锻而制备包括用纤维增强件增强的聚合物的聚合物紧固件。最通常物体的横截面将是圆形的，但其他横截面的物体也可以不加限制使用。该纤维增强件可以是连续纤维或对齐的短纤维，通常与该物体的轴共轴取向且均勻或不均勻分布在该物体横截面内。该紧固件的聚合物基体可以是热塑性材料，使得在高于其玻璃态转化温度的温度时可以将其容易成形，而在环境温度或约25°C保持最大强度。适合的基体可以包括较低性能的热塑性材料，例如聚酰胺或聚丙烯，但在经历汽车油漆焙烧循环(160-20(TC至少20分钟)的结构中，尤其优选具有较高玻璃态转化或结晶温度的高性能热塑性材料，例如聚邻苯二酰胺、聚苯硫醚、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酮和聚亚芳基酮。也可以使用热固性聚合物(热固性材料)。热固性材料可以提供比热塑性材料更高的抗蠕变性和尺寸稳定性，且可以优选用于包括高温暴露的应用。优选这些将是B阶环氧树脂或低于其Tg可交联的热固性材料。B阶环氧树脂是其中在该树脂和硬化剂之间仅发生有限反应以使得该产物是半固化、高粘性的但可变形的状态的那些。在适度提高温度时可以有利于变形。根据其配比，该B阶环氧树脂的部分固化可以发生在室温，约25°C，或在更高的温度。优选固化温度更高的热固性材料。适合的实例包括环氧树脂，例如用胺、酸酐或咪唑固化剂固化的基于双酚A 二缩水甘油基醚的树脂(例如Hexion Epon 828)或基于酚醛清漆的树脂(例如Hexion Epon SU-2. 5)；用过氧化物固化且任选地用氧化镁增稠的不饱和聚酯树脂，例如基于丙二醇的那些；和用过氧化物固化且任选地用氧化镁增稠的乙烯基酯树脂(例如Ashland Derakane)0因此可以将由该热固性材料形成的紧固件加热以在该热固性材料中产生全强度。这可以使用加热灯或通过将该组装部件通过烘箱而进行。可替代地，可以通过暴露于紫外光或电子束而促进固化。适合的纤维增强材料可以包括玻璃和芳族聚酸胺纤维。倘若其能够与该镁确实隔离，那么碳纤维也可以是适合的。也可以使用混合纤维，纤维可以是编织的或以以其它方式成组或结合的，或者以各个纤维形式引入该基体中。例如，碳纤维可以位于编织芳族聚酸胺或玻璃纤维套筒的内部以确保该碳纤维的隔离。纤维通常可以在该物体横截面上均勻分布或者可以选择性定位，例如以提供选择性增强或有利于以最小纤维损伤镦锻，或者如在碳纤维的情况中那样，以将其定位与该工件不可能接触。也可以使用天然纤维，例如韧皮纤维，包括大麻和黄麻。该紧固件可以优选通过将该纤维增强聚合物的短杆状长度或物体插入在由重叠片形成的工件堆中共同形成的孔中而在面内形成。该孔可以通过钻孔或刺孔产生。可以通过将至少该镁片加热到约250°C以提高其延展度而进行刺孔。可以加热到高于环境温度的纤维增强聚合物的直径的尺寸应当适合容易进入该孔中，同时在其和该物体之间提供最小的间隙。可以斜切该物体以容易插入。在插入该孔中之后，可以使该物体前进直至其从该堆的顶表面和底表面延伸出， 优选在该堆的任一侧上延伸出约相等的量。该延伸部分的长度应当优选为该孔直径的约 1. 2-2倍。因此，对于通常圆柱形的物体，该物体的长度应当优选基本上等于该工件堆的厚度加上等于该孔直径的2. 4-4倍的距离。然后可以将该物体的凸起部分镦锻以在该堆的每侧上形成其尺寸超过该孔的头部以将该堆的元件固定在一起。该镦锻可以同时进行以在该物体的每个端部施加大约相等的相反负荷，或者倘若适合施加与该镦锻力相反的反作用力，该镦锻可以顺序进行。对于热塑性材料，优选将该物体预加热到至少高于该热塑性材料的玻璃态转化温度的温度，然后再插入该孔中。对于无定形聚合物，仅略微高于该玻璃态转化温度的温度可以是适合的，而具有更多结晶特征的聚合物可能需要接近熔化温度的温度。对整个物体的预加热将有利于镦锻并在镦锻过程中促进由该工件包围的该物体部分中的变形。可以将热固性材料插入并在室温变形，但固化将通常需要将至少该紧固件加热，例如使用加热灯或将该组合件通过炉子或加热器。在一些应用中，固化可以在使用约160°C -200°C温度的油漆固化烘箱中或用紫外或电子束固化进行。由该镦锻操作形成的头部应当延伸明显超出该片开口的边缘，以有效拒绝水或盐水溶液进入由该制孔工艺暴露出的清洁金属表面。该头部可以成形为简单形状，例如盘状或穹顶状，或者如果其更好地保证增强纤维在从柄部到头部的连续性，那么也可以使用更复杂的头部形状。优选该物体直径(如果是圆柱形)的尺寸为该孔直径的85%_95%，以能够容易插入该物体并促进在镦锻过程中由该工件堆包围的物体的部分或多或少的均勻压缩而不会弯曲。在负载下，通常均勻压缩的物体将横向膨胀并向外伸展。因此，位于该工件堆开口中的物体部分将膨胀以紧密啮合该清洁金属孔边缘并再次拒绝电解质进入。该物体的初始直径越大，填充该孔所需的变形就越小，因此93%-95%的更大物体尺寸是更优选的。如果可以实现更精确的物体定位，和/或如果该物体能够承受更大的插入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：EJ伯格，PH富斯，LC莱夫，JT卡特，
申请(专利权)人：EJ伯格，PH富斯，LC莱夫，JT卡特，
类型：发明
国别省市：