带螺纹的金属基复合材料制品制造技术

本发明专利技术涉及含有可溶型芯的铸模部件，金属基复合材料制品，制造金属基复合材料制品的方法。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术是关于金属基复合材料制品及其制造方法，尤其是利用可溶型芯制造金属基复合材料制品的方法。
技术介绍
一般在工艺上已知用陶瓷强化金属基体。常用来强化的陶瓷材料包括微粒、间断的纤维(包括晶须)、连续的纤维，还有陶瓷坯料。一般，为了获得一个金属基复合材料，需在金属中加入陶瓷材料，金属基复合材料(MMC)比金属本身具有更好的机械性能。一些制品要经历成型后的机加工(例如打孔、车螺纹、或为了获得一个理想的形状而切除材料的其他加工工艺)。普通的金属基复合材料制品通常包含大量的陶瓷强化材料，这使得机加工很难进行或者至少不希望进行。一般地，陶瓷材料的存在能快速磨损切削工具使机加工不能进行，因此，最好能生产出需要很少或没有成型后机加工或处理的“网状”或“接近网状”的制品。一般地，制造网状制品的技术在工艺上是已知的(例如美国专利号为5234045(Cisko)和5887684(Dll等人)的专利)。另外，换句话说，在可行的范围内，在需要涉及机加工和/或其它处理如焊接的地方，陶瓷强化作用也许被降低或不存在。例如金属套管和/或金属嵌件也许被用作连结金属基复合材料，并且成型后的机加工基本上受套管和/或嵌件的限制。然而，这种结构可能会使金属基复合材料铸件和金属套管和/或嵌件之间的界面弱化。设计和制造金属基复合材料制品的另一个因素是陶瓷强化材料本身的价格。例如尽管陶瓷材料如一些连续的多晶α-氧化铝纤维比低密度金属如铝的机械性能高，但是这种氧化陶瓷材料的价格比金属(如铝)要高很多。因此，最理想的是尽量少用氧化陶瓷材料，并且尽量使氧化陶瓷材料优化布置，使由氧化陶瓷材料提供的性能达到最佳。在一些实施例中，希望在高压区提供含有陶瓷材料的金属基复合材料制品。另一方面，在一些实施例中，希望形成网状的金属基复合材料制品(例如，网状的带螺纹的金属基复合材料制品)。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供了一种包含第一主表面的金属基复合材料制品。第一主表面包括第一螺纹，该第一螺纹包括第一金属基复合材料，并且该第一金属基复合材料包含第一金属和与第一螺纹基本一致排列的众多基本连续纤维。在一些实施例中，第一金属从包括铝、镁及其合金的一组材料中选取。在一些实施例中，第一螺纹有零度左右的螺旋角。在一些实施例中，金属基复合材料制品的第一主表面进一步包括至少一个另外的螺纹(如第二螺纹)。在一些实施例中，第一螺纹和第二螺纹的螺旋角基本一致。在一些实施例中，第一螺纹和第二螺纹是交替的。在一些实施例中，第二螺纹包含第二金属。在一些实施例中，第一金属和第二金属是同种金属。在一些实施例中，第二螺纹包含第二众多基本连续的纤维。在一些实施例中，第一众多纤维和第二众多纤维是同一材料。在一些实施例中，金属基复合材料制品进一步包含第三众多基本连续的纤维。在一些实施例中，第一众多纤维的主轴和第三众多纤维的主轴间的夹角在30°至60°之间。在一些实施例中，金属基复合材料制品进一步包括了与第一主表面相对的第二主表面，其中第二主要表面包含第三螺纹。另一方面，该专利技术提供了一个包含可溶型芯的铸模部件，可溶型芯有第一主表面和第一众多基本连续纤维。众多纤维至少与第一主表面上的至少一部分相毗邻。在一些实施例中，可溶型芯包含一种盐。在一些实施例中，可溶型芯是可溶于水的。在一些实施例中，铸模部件的第一主表面包括第一凹槽，第一众多纤维与第一凹槽可以是基本上排列一致的。另一方面，该专利技术提供了一种制造金属基复合材料制品的方法。在一种实施例中，该方法包括提供了一个具有第一主表面的可溶型芯，第一主表面包括缠绕着第一众多基本连续纤维的第一区域；用第一熔融的金属渗入第一众多纤维；并且使第一金属凝固。在一些实施例中，该方法进一步包含去除可溶型芯。在一些实施例中，去除可溶型芯包括将型芯置于可溶解该型芯的流体中，并且该流体可以从包括水、蒸汽及其混合物的一组物质中选取。在一些实施例中，该方法进一步包括把第二熔融金属置于第一熔融金属上，并使第二熔融金属凝固，其中第一熔融金属和第二熔融金属可以是同一种金属。在一些实施例中，该方法进一步包括在可溶型芯的第一区域形成第一凹槽，并且第一众多纤维与第一凹槽可以是基本一致排列的。在一些实施例中，可溶型芯的第一主表面还包含第二区域，其中可以选择使第二区域至少部分覆盖着第一区域，该方法进一步包括把第二众多基本连续纤维置于型芯的第二区域上，用第三熔融金属渗入第二众多纤维中，其中，第一熔融金属和第三熔融金属可以是同一金属。在另一方面，该专利技术提供了一个螺纹件，它包含一个具有内部主表面的圆柱体，内部主表面上有螺纹。该螺纹包含一种金属和一种众多基本连续纤维。在一些实施例中，所述众多基本连续纤维与螺纹基本一致排列。在一些实施例中，所述众多基本连续纤维具有大于200的长径比。在一些实施例中，所述众多基本连续纤维具有至少5厘米的平均长度。在一些实施例中，该专利技术提供的可溶型芯适合于生产接近网状和/或网状的MMC制品，此MMC制品几乎不需要或根本不需要成型后的机加工。在一些实施例中，根据该专利技术可溶型芯的应用减少了浪费和成型后的机加工。另一方面，该专利技术的一些实施例提供的铸模部件包含可溶型芯和一层或多层基本连续纤维。另一方面，该专利技术的一些实施例提供的MMC制品具有和MMC的特征(如螺纹)基本一致排列的基本连续纤维。在一些实施例中，基本连续纤维可以从包括金属纤维、陶瓷纤维、石墨纤维及其混合物的一组材料中选取。在一些实施例中，基本连续纤维可以从包括氧化铝纤维(如α-氧化铝纤维)、硅酸铝纤维、硼硅酸铝纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维及其混合物的一组材料中选取。在-些实施例中，该专利技术有助于将其它的结构配件(如尾翼部件和/或头锥)固定到高强度、高模量、轻量的结构部件上。在一些实施例中，该专利技术提供了一种相对轻量的结构部件(如火箭壳体)，该部件在螺纹截面和结构部件的主体上都有相似的热膨胀系数(CTE)。在另一方面，该专利技术的一些实施例提供了一种在MMC制品上的网状和/或近似网状的特征(如螺纹)的方法，因此可以减少和/或省去了接近于生产加工的完成时的重要的额外的加工步骤(如研磨)。对该专利技术的以上概述不用于描述该专利技术的每个实施例。该专利技术的一种或更多种实施例的细节将在下文描述。说明书和权利要求书将清楚地说明该专利技术的特点和优点。附图说明图1A表示了一个根据该专利技术用于金属基复合材料制品的制造实施例中的典型可溶型芯。图1B表示了一个根据该专利技术的典型的铸模部件，该铸模部件包括缠绕着多层纤维的图1A中的可溶型芯。图1C表示了根据该专利技术的一个去除可溶型芯后的典型的金属基复合材料制品，它是用图1B所示的铸模部件铸造的。图1D表示了图1C中的金属基复合材料制品的剖面图，该金属基复合材料制品的内部主表面已加工了螺纹。图1E表示了图1D中金属基复合材料制品螺纹区的放大图。图2A表示了一个根据该专利技术用于制造金属基复合材料制品的第二典型可溶型芯，其中该型芯在其主表面有一个螺旋槽。图2B表示了包括缠绕在图2A可溶型芯上的纤维的该专利技术第二个典型铸模部件，其中纤维和螺旋槽是排列一致的。图2C表示了一个在去除可溶型芯后的该专利技术典型的金属基复合材料制品，它是用图2B所示的铸模部件铸造的。图2D是图2C中的金属基复合材料制品螺纹区的放大图。图3A表示了一个根据该专利技术用于制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属基复合材料制品，包括第一主表面，该第一主表面包括第一螺纹，其中该第一螺纹包括第一金属基复合材料，并且该第一金属基复合材料包括第一金属和与第一螺纹排列一致的第一众多基本连续的纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-18 10/740,2991.一种金属基复合材料制品，包括第一主表面，该第一主表面包括第一螺纹，其中该第一螺纹包括第一金属基复合材料，并且该第一金属基复合材料包括第一金属和与第一螺纹排列一致的第一众多基本连续的纤维。2.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一众多纤维中包含的纤维可以从包括金属纤维，陶瓷纤维，石墨纤维及其混合物的一组材料中选择。3.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一众多纤维中包含的纤维可以从包括α-氧化铝纤维，硅酸铝纤维、硼硅酸铝纤维，氮化硼纤维，碳化硅纤维及其混合物的一组材料中选取。4.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一主表面进一步包括至少一个另外的螺纹。5.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一主表面进一步包括第二螺纹。6.权利要求5的金属基复合材料制品，其中第一螺纹的螺旋角和第二螺纹的螺旋角基本上是相同的，并且可选择地，第一螺纹和第二螺纹可以是间置的。7.权利要求5的金属基复合材料制品，其中第二螺纹包括第二金属，可选择地，第一金属和第二金属可以是相同的金属。8.权利要求5的金属基复合材料制品，其中第二螺纹包括第二众多基本连续的纤维，可选择地，第一众多纤维和第二众多纤维可以包含相同的材料。9.权利要求1的金属基复合材料制品，进一步包括第三众多基本连续的纤维，其中可选择地，第一众多纤维的主轴和第三众多纤维的主轴的夹角是在30°至60°之间。10.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一金属可以从包含铝、镁及其合金的一组材料中选择。11.权利要求1的金属基复合材料制品，进一步包括与第一主表面相对的第二主表面，并且可选择地，第二主表面包括第三螺纹。12.权利要求11的金属基复合材料制品，其中第三螺纹包括第三金属和可任选的基本上与第三螺纹排列一致的第四众多基本连续纤维。13.权利要求1的金属基复合材料制品，其中第一螺纹有约0°的螺旋角。14.一种铸模部件，包括可溶型芯，此型芯具有第一主表面和与第一主表面的至少一部分相毗邻的第一众多基本连续的纤维。15.权利要求14的铸模部件，其中第一众多纤维包含一种材料，此材料可以从包括金属纤维、陶瓷纤维、石墨纤维及其混合物的一组材料中选取。16.权利要求14的铸模部件，其中第一众多纤维包含一种材料，此材料可以从包括氧化铝纤维，α-氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J菲克，詹姆士P瑟伦森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]