将金属结合到基底的方法技术

公开了将金属结合到基底的方法。该方法包括在基底表面上形成纳米刷，这里该纳米刷包含在基底表面上方延伸的多个纳米线。将处于熔融态的该金属引入到该基底表面上，并且该金属包围该纳米线。通过冷却，将包围纳米线的金属凝固，并且在该凝固过程中，在该金属和该基底之间形成至少机械互锁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及将金属结合(bonding)到基底的方法。
技术介绍
许多汽车零件例如是由铝或者钢来制成的。在一些情况中，令人期望的是用较轻重量(lighter-weight)材料例如镁来代替至少一部分的招或者钢零件。较轻重量材料的存在在一些情况中会降低汽车零件的总重量。
技术实现思路
这里公开了。该方法包括在基底表面上形成纳米刷(nano-brush),这里该纳米刷包含在该基底表面上方(above the substrate surface)延伸的多个纳米线(nano-wires)。将处于熔融态的该金属引入到该基底表面上，并且该金属包围该纳米线。通过冷却，包围纳米线的金属凝固，并且在该凝固过程中，该金属在该金属和该基底之间形成至少机械互锁。本专利技术包含以下方面 I.，该方法包括在该基底表面上形成纳米刷，该纳米刷包括在该基底表面上方延伸的多个纳米线； 将处于熔融态的该金属引入到该基底表面上，该金属包围该多个纳米线；和通过冷却，使包围该多个纳米线的金属凝固，其中在该凝固过程中，在该金属和该基底之间形成至少机械互锁。2.方面I所述的方法，其中该纳米刷的形成包括 在该基底的表面中形成多个纳米孔； 将材料沉积到该多个纳米孔中； 在该多个纳米孔的每个中由该沉积的材料生长纳米线；和 除去一部分的该基底表面以使生长在其中的该纳米线曝露。3.方面2所述的方法，其中该多个纳米孔的形成是经由阳极氧化通过从该基底表面生长包含该多个纳米孔的结构来实现的。4.方面2所述的方法，其中沉积到该多个纳米孔中的材料选自润湿该金属的材料。5.方面4所述的方法，其中该材料选自下面的任何一种碳，镍，娃，猛，锡，钛，锌，锰氧化物，硅氧化物，锡氧化物，钠氧化物和锌氧化物。6.方面2所述的方法，其中该材料的沉积是通过化学气相沉积，物理气相沉积，电沉积，溅射，经由溶胶-凝胶化学的涂覆及其组合中任意一种来实现的。7.方面2所述的方法，其中所述部分的该基底表面的除去是使用蚀刻方法来实现的。8.方面I所述的方法，其中当该溢流浇注金属是镁时，该基底选自铝，钛，铜，钢及其合金。9.方面8所述的方法，其中当该基底选自钛、铜、钢及其合金时，该方法进一步包括将该基底的表面镀铝。10.方面I所述的方法，其中在形成纳米刷之前，该方法进一步包括图案化该基底表面。11 零件，其包含 基底，该基底包含表面，该表面具有形成于其上的纳米刷，该纳米刷包含在该基底表面上方延伸的多个纳米线；和 溢流浇注金属，其通过在凝固部分的该溢流浇注金属和该纳米刷的多个纳米线之间形成的至少机械互锁结合到该基底表面。12.方面11所述的零件，其中当该溢流浇注金属是镁时，该基底选自铝、钛、铜、钢及其合金。13.方面12所述的零件，其中该基底选自钛、铜、钢及其合金，和其中该基底表面被镀招。14.方面11所述的零件，其中该纳米刷包括从该基底生长的氧化物层，该氧化物层包含限定在其中的多个纳米孔，和其中在该多个纳米孔的每个中生长单个纳米线。15.方面11所述的零件,其中该单个纳米线的有效直径是大约15nm-大约75nm。16.方面11所述的零件，其中该零件选自汽车仪表盘横梁、汽车发动机支架和底盘部件。附图说明本专利技术的特征和优点将通过参考下面的详细说明和附图而变得显而易见，在其中相同的标号对应于类似的，虽然可能不等同的部件。为了简要，具有前述功能的标号或者特征可以或者可以不在它们出现于其中的其他附图中进行描述。图1A-1G示意性表示了将金属结合到基底上的方法的一个例子； 图IG-A是图IG中所示的一部分示意图的放大 图2A是透视图，其示意性表示了基底的例子，该基底包括在其表面中形成的多个纳米孔；和 图2B是图2A中所示的多个纳米孔的平面图。具体实施例方式铝和钢可以用于制造不同的汽车零件，这至少是因为这些材料具有有助于该零件的结构整体性(structural integrity)的机械强度。已经发现零件中的一些招或者钢可以用较轻重量材料(例如镁)来代替。据信镁的存在会在一些情况中降低汽车零件的总重量。已经发现镁可以经由浇注方法例如称作溢流浇注的方法加(incorporated)到铝或者钢零件上。还已经发现在一些情况中镁不能冶金结合(metallurgically bond)到下面的招或者钢上，至少没有达到形成被认为是结构牢固(structurally sound)的并可用于汽车的零件所必需的程度。例如，铝可以包括在其上所形成的致密氧化物表面层(例如氧化铝)，其在浇注过程中可防止镁冶金结合到氧化物层下面的铝上或直接冶金结合到该氧化物层上。更具体地，在浇注方法过程中，镁不能渗透(penetrate)致密氧化物层并以足以赋予所形成的零件结构牢固的方式来与下面的铝结合。作为此处使用的，“结构牢固”的零件是这样的零件，其机械性能使得该零件能够经受住零件使用过程中所产生的不同的操作应力和应变。这里所公开的方法的例子可以用于通过在基底表面上产生纳米刷，并且使用该纳米刷来将金属(例如镁或者镁合金)结合到基底(例如铝，钛，钢等)上来形成零件。这些材料之间所产生的接合(joint)使得该零件被认为具有必需的结构整体性以致能够用于汽车中。在一个例子中，两种材料可以通过提高在该金属和基底之间的界面处的接合强度(即，它的界面强度)而结合到一起。这可以通过处理基底的表面，以使得该金属当以熔融态施加到基底上时，至少能够与基底表面机械互锁和结合到该基底表面。在一个例子中，该结合可以是物理结合，例如通过该金属渗入到该基底的经处理的表面而产生的机械互锁。在一些情况中，还可以形成化学结合，例如该金属和基底之间形成的冶金结合。 现在将结合图1A-1G和IG-A来描述将金属机械结合到基底上的方法的一个例子。在这个例子中，通过该方法所形成的零件10 (图IG所示)包括基底和结合到该基底上的溢流浇注金属。在一个例子中，该基底12是铝和该溢流浇注金属M是镁。应当理解该方法也可以或者另外用于形成由其他的材料组合所制成的零件。例如，该零件10可以由其他可以用于汽车应用(例如用于制造汽车底盘部件，发动机支架，仪表盘(IP)横梁，发动机缸体(engine block)和/或类似物)的基底材料形成。该基底在一些情况中可以选自这样的材料，该材料是足够难熔的使得该材料在溢流浇注过程中曝露于熔融金属时不会熔融，其细节将在下面至少结合图IF来提供。该基底材料是金属类，其选自金属，例如铝，锌，镁，钛，铜，镍及其合金。应当理解其他的基底材料也可以适当的用于此处公开的方法中，它们的一些例子包括铸铁、超级合金(例如基于镍，钴，或者镍-铁的那些)、钢(其是铁，碳和可能的其他成分的合金)、黄铜(其是铜合金)和非金属(例如高熔融温度聚合物，例如熔融温度至少350°C的那些聚合物，玻璃，陶瓷和/或类似物)。该基底材料可以此外选自制造适用于其他应用的零件的材料，所述其他应用例如非汽车应用，包括飞机，工具，房屋/建筑物部件(例如管道)等。在这些应用中，该基底材料可以选自上述任意的金属，或者可以选自另外的金属或者非金属(例如钢，铸铁，陶瓷，高熔融温度聚合物(例如诸如晶体聚合物，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚砜和/或其他熔融温度至少350°C的聚合物)等等)。该高熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
将金属结合到基底的方法，该方法包括：在该基底表面上形成纳米刷，该纳米刷包括在该基底表面上方延伸的多个纳米线；将处于熔融态的该金属引入到该基底表面上，该金属包围该多个纳米线；和通过冷却，使包围该多个纳米线的金属凝固，其中在该凝固过程中，在该金属和该基底之间形成至少机械互锁。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ沃克，BR小鲍威尔，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：