專利名稱：形成包括鎂合金的涂覆制品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總地涉及涂覆制品，更特別地涉及形成包括鎂合金的涂覆制品的方法。
背景技術(shù)：
鎂和鎂合金在很多不同應(yīng)用中已經(jīng)成為有希望的鋁的替代品。例如，鎂可以用于 形成汽車和/或航空航天工業(yè)中的結(jié)構(gòu)件。這至少部分是由于鎂與鋁相比具有較高的強度
重量比。

發(fā)明內(nèi)容
此處公開了形成涂覆制品的方法。該方法包括加熱由鎂與元素合金化形成的鎂 合金部件，將該部件放置在模具中使得該鎂合金部件的外表面和該模具的內(nèi)表面之間存在 縫隙，和將含鎂合金材料加熱到其熔化溫度之上，該含鎂合金材料的熔化溫度低于該鎂合 金部件的熔化溫度。該含鎂合金材料是由鎂與以下元素合金化形成的i)該鎂合金部件中 的元素，其中該元素在該含鎂合金材料中存在的濃度高于在該鎂合金部件中的，ii)至少一 種與該鎂合金部件中的元素不同的元素，或iii)該鎂合金部件中的該元素和至少一種其 他元素。該方法進一步包括將該含鎂合金材料引入該縫隙中，由此至少覆蓋該鎂合金部件 的外表面，和冷卻該含鎂合金材料以在該鎂合金部件的外表面上形成基本均勻分布的固化 涂層。該涂層具有比該鎂合金部件更高的抗磨損和/或抗腐蝕性能。本發(fā)明進一步體現(xiàn)在如下方面1.形成涂覆制品的方法，所述方法包括加熱由鎂與元素合金化形成的鎂合金部件；將所述部件放置在模具中使得所述鎂合金部件的外表面和所述模具的內(nèi)表面之 間存在縫隙；將含鎂合金材料加熱到高于其熔化溫度，所述含鎂合金材料的熔化溫度低于所述 鎂合金部件的熔化溫度，其中所述含鎂合金材料是由鎂與以下元素合金化形成的i)所述 鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素在所述含鎂合金材料中存在的濃度更高，ii)至少 一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的元素，或iii)所述鎂合金部件中的所述元素 和至少一種其他元素；將所述含鎂合金材料引入所述縫隙中，由此至少覆蓋所述鎂合金部件的所述外表 面；和冷卻所述含鎂合金材料以在所述鎂合金部件的所述外表面上形成基本均勻分布 的固化涂層。所述涂層具有比所述鎂合金部件更高的抗磨損性、抗腐蝕性或其組合。2.方面1的方法，其中加熱所述鎂合金部件是在等于或大于所述含鎂合金材料的 熔化溫度的溫度實施的。3.方面2的方法，其中加熱所述鎂合金部件和加熱所述含鎂合金材料是基本同時 實施的。
4.方面3的方法，其中所述基本同時加熱所述鎂合金部件和所述含鎂合金材料是 在以下之后實施的i)將所述鎂合金部件放置在所述模具中和ii)將所述含鎂合金材料引 入所述縫隙中。5.方面1的方法，其中所述模具具有與所述鎂合金部件基本相同的幾何形狀，以 及其中所述鎂合金部件的外表面和所述模具的內(nèi)表面之間的縫隙是在整個鎂合金部件周 圍基本均勻的。6.方面1的方法，其中所述模具具有與所述鎂合金部件基本相同的幾何形狀，以 及其中所述鎂合金部件的外表面和所述模具的內(nèi)表面之間的縫隙具有在所述鎂合金部件 的外表面的不同位置處變化的厚度。7.方面1的方法，其中所述含鎂合金材料包括與所述鎂合金部件中的所述元素和 至少一種其他元素合金化的鎂，以及其中所述基本均勻分布的固化涂層是以下的亞共晶系 統(tǒng)i)與所述元素合金化的鎂的基質(zhì)相，和ii)與所述元素和所述至少一種其他元素合金 化的鎂的共晶相，其中所述涂層包括分布在與所述元素合金化的所述基質(zhì)相鎂周圍的與所 述元素和所述至少一種其他元素合金化的共晶相鎂的金屬間沉淀物。8.方面1的方法，其中所述含鎂合金材料包括與所述鎂合金部件中的所述元素和 至少一種其他元素合金化的鎂，以及其中所述基本均勻分布的固化涂層是以下的過共晶系 統(tǒng)i)與所述至少一種其他元素合金化的鎂的基質(zhì)相，和ii)與所述元素和所述至少一種 其他元素合金化的鎂的共晶相，其中所述涂層包括分布在與所述至少一種其他元素合金化 的所述基質(zhì)相鎂周圍的與所述元素和所述至少一種其他元素合金化的共晶相鎂的金屬間 沉淀物。9.方面1的方法，其中所述基本均勻分布的固化涂層具有厚度，以及其中所述方 法進一步包括通過改變在所述模具的內(nèi)表面和所述鎂合金部件的外表面之間形成的所述 縫隙的體積來調(diào)節(jié)所述涂層的厚度。10.方面1的方法，其中在將所述鎂合金部件放置在所述模具中之后，所述方法進 一步包括將所述鎂合金部件固定到所述模具。11.方面10的方法，其中將所述鎂合金部件固定到所述模具是使用至少一個固定 器實施的，所述至少一個固定器是由與至少一種元素合金化的鎂形成的，其中所述至少一 個固定器具有比所述含鎂合金材料的熔點更高的熔點。12.方面1的方法，其中以下中的至少一種所述元素選自鋁；與所述鎂合金部件中的所述元素不同的所述至少一種元素選自鋅、錳、鋯、鈰、稀 土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合；或所述至少一種其他元素選自鋁、鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、 硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。13.用于設(shè)立在由與元素合金化的鎂形成的鎂合金部件上的涂層材料的組合物， 所述組合物包括與以下元素合金化的鎂i)所述鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素 在所述組合物中以更高的濃度存在，ii)至少一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的 元素，或iii)所述鎂合金體中的所述元素和至少一種其他元素，其中所述組合物具有比所 述部件的共晶溫度更低的共晶溫度，以及其中所述組合物具有比所述部件的抗腐蝕性更高的抗磨損和腐蝕性。14.方面13的組合物，其中以下中的至少一種所述元素選自鋁；與所述鎂合金體中的所述元素不同的所述至少一種元素選自鋅、錳、鋯、鈰、稀土 元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合；或所述至少一種其他元素選自鋁、鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、 硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。15.方面13的組合物，其中所述元素在所述部件中的含量為約0.01wt% 約 9wt%。16.方面13的組合物，其中所述元素、與所述元素不同的所述至少一種元素或所 述至少一種其他元素在所述組合物中的含量是約1襯％ 約99wt%。17.制品，包括:由與元素合金化的鎂形成的部件；和設(shè)立在所述部件的至少一部分上的涂層組合物，所述涂層組合物包括與以下元素 合金化的鎂i)所述鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素在所述涂層組合物中以更高 的濃度存在，ii)至少一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的元素，或iii)所述鎂合 金部件中的所述元素和至少一種其他元素；其中所述涂層組合物具有比所述部件的熔化溫度更低的熔化溫度，以及其中所述 涂層組合物具有比所述部件更高的抗磨損和腐蝕性。18.方面17的制品，其中以下中的至少一種所述元素選自鋁；與所述部件中的所述元素不同的所述至少一種元素選自鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、 鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合；或所述至少一種其他元素選自鋁、鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、 硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。19.方面17的制品，其中所述部件選自發(fā)動機架、發(fā)動機組、分動箱、車輪、引擎罩 下汽車部件、可能暴露于鹽或水分的部件、工具或其組合。20.方面17的制品，其中所述元素在所述部件中的含量為約0.01wt% 約9wt%。21.方面17的制品，其中所述元素、與所述元素不同的所述至少一種元素或所述 至少一種其他元素在所述涂層組合物中的含量為約1 丨％ 約99wt%。


參照以下詳述和附圖，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中類似的附圖標(biāo) 記對應(yīng)于類似的盡管可能不相同的部件。為簡要起見，在其出現(xiàn)在其他附圖中時，可能描述 或不描述具有前述功能的附圖標(biāo)記或特征。圖1是包括鎂合金部件和在其至少一部分上設(shè)立的涂層的制品的實例的橫截面 示意圖；圖2是描述形成涂覆制品的方法的實例的流程圖；圖3是鎂-鋁合金的相圖；和
圖4A 4D是包括放置于其中的鎂合金部件的模具的實例的橫截面示意圖。
具體實施例方式此處公開的方法的實施方案可以有利地用于形成包括涂覆的含鎂合金的制品，其 一旦暴露于腐蝕性環(huán)境顯示出改進的抗磨損和/或抗腐蝕性能。該涂層還可以賦予該制 品強度和/或硬度，由此提高該制品的耐久性、疲勞強度和/或拉伸強度。在一些情況中， 這種改進的強度和/或硬度降低了該制品對布氏硬度試驗(brinelling)和/或微動磨損 (fretting)的易受性。此處所用的術(shù)語“腐蝕環(huán)境”表示一旦暴露于其中將造成金屬的腐蝕或至少開始 腐蝕的任意環(huán)境。腐蝕環(huán)境的非限定性實例包括具有高于75%的相對濕度的環(huán)境、包含水 的環(huán)境、包含鹽的環(huán)境、包含醇蒸氣和/或其他化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境(例如在冷卻系統(tǒng)、燃料系 統(tǒng)、防凍系統(tǒng)、清洗溶液等中)和/或其他。該表現(xiàn)出改進的抗磨損和/或腐蝕性的制品包括在某位點下可能暴露于腐蝕 環(huán)境的各種汽車和/或航空航天部件。這種制品的非限定性實例包括發(fā)動機架(engine cradle)、發(fā)動機組(engine block)、分動箱(transfercase)、車輪、引擎罩下汽車部件 (under-the-hood automotive component)、可能暴露于鹽、水分、其他腐蝕材料和/或其他 的部件。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到其他制品也可以使用此處公開的方法的實施方案形成。這些制品可以 包括不必涉及汽車和/或航空航天工業(yè)的各種部件?？梢酝ㄟ^此處公開的方法形成的非汽 車/非航空航天制品的實例包括但不局限于工具(例如電力工具箱等)、各種家用或其他 建筑部件(例如手持操作工具、各種電子設(shè)備等)、海上設(shè)備(例如舷內(nèi)和/或舷外電動機 等)、體育設(shè)備(例如高爾夫球棍等)和/或其他。圖1中示意性地描述了由該方法的實施方案(下面結(jié)合圖2、3、4A和4B進一步描 述)形成的涂覆制品10的實例。該涂覆制品10通常包括具有設(shè)立在其至少一部分上的涂 層組合物16的鎂合金部件14。由于也由含鎂合金形成的該涂層組合物16本身具有比該制 品10更高的抗腐蝕性，因此該涂層組合物16有利地提高了該鎂合金部件14的抗磨損和/ 或抗腐蝕性。不被任何理論束縛，我們相信對于大多數(shù)鎂合金而言，在等于或高于該合金的 共晶點或溫度的溫度該合金的二次相(例如金屬間沉淀物和/或在該合金的固化過程中生 成的其他相)容易表現(xiàn)出比相同鎂合金的一次相更高的抗磨損和/或抗腐蝕性。因此，該 涂層組合物16選自具有比該鎂合金部件14的熔化溫度更低的熔化溫度的鎂合金。不被另一理論所束縛，進一步相信隨著i)將另外的合金元素添加到該鎂合金中 和/或ii)該相同合金化元素的濃度的提高，鎂合金的熔化溫度降低。因此，該涂層組合物 16也選自包括與以下元素合金化的鎂的材料i)與該部件14的相同但濃度更高的合金化 元素，ii)與該部件14的合金化元素不同的一種或多種合金化元素，或iii)與該部件14的 相同的合金化元素和與該部件14的不同的一種或多種其他合金化元素?，F(xiàn)在將仍結(jié)合圖 1對該鎂合金部件14和該涂層組合物16進行更詳細(xì)描述。如前面簡要陳述的，該鎂合金部件14通常包括與元素(在一些情況下為至少一種 元素)合金化的鎂。在實施方案中，該鎂合金部件14包括與鋁合金化的鎂。該鎂與其合金 化的元素(在該情況中是鋁)的量通常至少部分根據(jù)選作該合金材料的元素的類型而不 同。該元素的量還通常至少部分根據(jù)該元素和鎂之間的相平衡而改變，其可以從相圖中確定。在該本發(fā)明實例中，鋁在該部件14中的含量在約0.01wt% 約9wt%范圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識 到該部件14中剩余部分是鎂。在另一實施方案中，該鎂合金部件14包括與鋁和至少一種其他元素合金化的鎂。 在該實施方案中，該其他元素(一種或多種)可以選自鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、 釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或任何其他可與鎂合金化的元素。在實例 中，該鋁和該其他元素(一種或多種)在該部件14中的總含量在約0.01wt% 約9襯％范 圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到無論鋁和該其他元素(一種或多種)的用量多少，該部件14中剩余部分是 鎂。
為重申以上，該涂層組合物16設(shè)立在該鎂合金部件14的至少一部分上。在一些 情況中，該涂層組合物16設(shè)立在整個鎂合金部件14上。在實施方案中，該涂層組合物16 包括與和鎂合金部件14中存在的相同的元素(一種或多種)合金化的鎂。例如，如果該鎂 合金部件14包括鎂鋁合金，那么該涂層組合物16也包括鎂-鋁合金。在該實施方案中，鎂 與其合金化的該元素(一種或多種)在該涂層組合物16中存在的濃度比該元素(一種或 多種)在該鎂合金部件14中的濃度更高。在實例中，該元素(一種或多種)在該部件14 中的含量在約0.01wt% 約9wt%范圍。此外，在非限定性實例中，該元素(一種或多種) 在該涂層16中的含量在約9wt% 約99wt%范圍。該元素(一種或多種)在該部件14和 涂層16中的用量可以根據(jù)需要改變，只要該元素(一種或多種)的濃度在該涂層16中比 在該部件14中更高即可。在另一實施方案中，該涂層組合物16包括與至少一種和該鎂合金部件14中的元 素不同的元素合金化的鎂。例如，如果該鎂合金部件14包括與鋁合金化的鎂，該涂層組合 物16包括與不同于鋁的任意元素合金化的鎂。用于該涂層組合物16的該元素的非限定性 實例包括鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、 銣或其組合，只要該選擇的元素與該鎂合金部件14中存在的元素不同即可。在非限定性實 例中，該與該鎂合金部件14中的元素不同的元素(一種或多種)在該涂層16中的含量在 約 約99wt%范圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到該元素(與該部件14中所用元素不同的元素)在 該涂層16中的用量具有高于該不同元素在該部件14中的濃度的濃度。在另一實施方案中，該涂層組合物16包括與和鎂合金部件14中存在的相同的元 素以及至少一種其他元素合金化的鎂。用于該涂層組合物16的含鎂合金材料可以選自任 意適合的鎂合金系統(tǒng)，其實例包括但不局限于二元組合物、三元組合物、四元組合物等。在 實例中，如果該鎂合金部件14包括與鋁合金化的鎂，那么該涂層組合物16會包括與鋁和至 少一種其他元素合金化的鎂。該其他元素(一種或多種)的非限定性實例包括鋅、錳、鋯、 鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。在非限 定性實例中，該與該部件14中的元素相同的元素和該至少一種其他元素在該涂層16中的 總含量在約9wt% 約99wt%范圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在該實例中，所述元素在該涂層16中的 總用量具有比所述元素(一種或多種)在該部件14中的濃度更高的濃度。圖2中一般性地描述了形成該涂覆制品10的方法的實例。該方法的實例還將結(jié) 合圖4A和4B(其示意性地描述了在用于形成該涂覆制品10的方法中所用的模具12)和圖 3(其描述了含鎂合金材料的相圖的實例)進行描述。此處將使用鎂_鋁合金作為該鎂合金 部件14和鎂-鋁合金
作為該涂層組合物16描述該方法的實例。
在參照圖2、3、4A 4D討論的該實例中，鋁在該鎂合金部件14中的含量為總部 件14的約3wt%，而鋁在該涂層組合物16中的含量在該總涂層組合物16的約65wt% 約 70wt%范圍(因此該組合物16具有30wt% 35wt%的鎂)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到該鎂-鋁合金是 非限定性的實例，其他鎂合金部件14和/或涂層組合物16也可以用于此處公開的實施方 案中，同樣地，用于描述圖2中所示的方法的實例的材料的選擇僅用于舉例目的。用于形成涂覆制品10(圖1中所示)的方法的實例包括加熱至少該鎂合金部件 14(圖2中的附圖標(biāo)記100)。加熱該鎂合金部件14可以使用任何常規(guī)加熱工藝實施，其非 限定性實例包括在爐中加熱、用熱焰加熱、將該部件14放在加熱燈下、將該部件14暴露于 熱空氣、通過均質(zhì)化加熱和/或其他，和/或其組合。該加熱是在等于或高于將用于形成該 涂層16的該選定的含鎂合金材料的熔化溫度的溫度實施的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到加熱該部件14所 用的溫度也應(yīng)當(dāng)足夠低以使該部件14不熔化?，F(xiàn)在參照圖3中所示的鎂-鋁合金的相圖，該鎂合金部件14(在該實例中包括3襯％鋁)的最低熔化溫度為約600°C，而該含鎂合金涂層組合物 16(在該實例中包括65襯％鋁)的最低熔化溫度為約450°C。在該溫度，該組合物16是固 體和液體的混合物。然而，在460°C，該組合物16基本完全熔化(即，基本完全成為液體)。 因此，可以將該鎂合金部件14加熱到從460°C開始直到但低于600°C的任意溫度。在實施方案中，該鎂合金部件14的加熱是與將該部件14引入該模具12中基本同 時實施的?，F(xiàn)在參照圖2和4A 4D，將該部件14以足以在該鎂合金部件14的外表面20 和該模具12的內(nèi)表面22之間形成縫隙18的方式放置在該模具12中(如圖2中附圖標(biāo)記 102所示)。在實例中，該模具12可以具有與該鎂合金部件14相同的、相似的或甚至完全不同 的幾何形狀，然而，該模具12的橫截面積至少略大于該部件14的。因此，當(dāng)該部件14放置 在該模具12中時，在該模具12的所有外表面和該部件14之間形成縫隙18。在一種實例 (如圖4A中所示)中，該部件14和模具12的形狀相同，因此該縫隙18的厚度在該鎂合金 部件14的整個圓周周圍基本均勻。在另一實例(圖4B中所示)中，該部件14可以放置緊 靠該模具12的一個或多個表面(例如緊靠單一表面30，如圖4B中所示)，以使該部件14 對接該表面30且在其間不形成縫隙。在該部件14的與該模具12對接的表面上希望沒有 涂層組合物16時，圖4B中所示的實例可以是希望的。在另一實例(如圖4C中所示)中， 該部件14和模具12具有略有不同的形狀，以使得該縫隙18在沿該部件14的外表面20上 的不同位置處具有多個厚度、、t2。當(dāng)在該部件14的某些表面20上需要有更厚的涂層16 時，圖4C中所示的實例可以是希望的。在另一實例中，該模具12的形狀可以與該部件14 的形狀完全不同。如圖4D中所示，該模具12可以是例如矩形的形狀，而該部件14可以是 例如橢圓形狀。在該實例中，該縫隙18的厚度可以沿該部件14的外表面20的周界變化。 根據(jù)所用的形狀，該縫隙18的兩個或更多個區(qū)域可以具有相同的厚度，或者該縫隙18的整 個厚度可以連續(xù)變化，以使得該縫隙18沒有區(qū)域具有相同的厚度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到一旦將該部件14放置在其中，可以將該鎂合金部件14固定在該模具 12的內(nèi)部。返回參照圖4C，該固定可以使用至少一個固定器26實施。在實例中，該固定器 26是型芯撐、圓盤、試樣快或其他經(jīng)構(gòu)造以在放置在該模具12內(nèi)時支撐該部件14的適合物體。在實施方案中，該固定器(一個或多個)26是由與至少一種元素合金化的鎂形成的。在很多情況下，該固定器(一個或多個)26是由具有比用于形成該涂層16的該含鎂合金材 料更高的熔點或溫度的鎂合金形成的。該方法進一步包括將含鎂合金材料加熱到其熔化溫度之上，該含鎂合金材料的熔 化溫度低于該鎂合金部件14的熔化溫度(如圖2中附圖標(biāo)記104所示)。該含鎂合金材 料是指用于最終在該鎂合金部件14上形成涂層16的材料。返回參照上述實例，其中該部 件14和該涂層16的材料都選自具有圖3中所示相圖的鎂-鋁合金，將該含鎂合金材料加 熱到高于460°C的溫度。在該溫度，該含鎂合金材料處于熔融態(tài)。返回參照圖4A 4D，然后將該含鎂合金材料(處于其熔融態(tài))引入該縫隙18，由 此覆蓋該鎂合金部件14的至少外表面20 (如圖2中的附圖標(biāo)記106所示)。引入可以例如 通過將該熔融態(tài)的含鎂合金材料通過灌裝井24灌注到該縫隙18中而實施。該引入也可以 例如使用模鑄工藝實施。該熔融材料將流動通過該井24并進入該縫隙18，最終填滿整個縫 隙18。在該部件14還未加熱到該熔融材料的溫度(例如通過預(yù)熱處理)的情況中，一旦 與其接觸，該熔融材料還將加熱該部件14。一旦該熔融材料充滿該縫隙18，在該熔融材料 和該部件14之間發(fā)生擴散和冶金反應(yīng)，其適宜地將該熔融材料結(jié)合到該部件14的外表面 (一個或多個)20。在一些情況中，該模具12也可以包括溢流井(未示出)，其經(jīng)構(gòu)造以收 集在填充該縫隙18時溢流的該熔融材料。在該方法的另一變體中，該鎂合金部件14的加熱和該將用于最終形成該涂層16 的含鎂合金材料的加熱可以基本同時發(fā)生。在該變體中，可以在加熱該鎂合金部件14之前 將該部件14放置在該模具12內(nèi)。然后在加熱該材料之前將該含鎂合金材料引入該縫隙18 內(nèi)。將該材料引入該縫隙18內(nèi)可以通過打開該模具12并將固體狀(例如顆粒)的該材料 置于該縫隙18的至少一部分中而實施。在關(guān)閉該模具12之后，將該含鎂合金材料和該部 件14在相同/基本相同的時間加熱。該加熱造成i)加熱該部件14但不熔化該部件14，和 )該材料熔化并流入該縫隙18的所有部分中，由此完全環(huán)繞該部件14。在該方法的另一變體中，可以在加熱該部件14之前將該鎂合金部件14放置在該 模具12中。將該實例中的該含鎂合金材料加熱，然后將該加熱的材料以其熔融態(tài)引入該縫 隙18中。隨著該熔融材料流入該縫隙18中，熱量從該加熱的材料轉(zhuǎn)移到該部件14，由此 加熱該部件14。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到因為該熔融材料的溫度低于該部件14的熔化溫度，因此隨著 該熔融材料接觸該部件14，該部件14加熱到基本低于其熔化溫度的溫度。因此，該部件14 不熔化。進一步認(rèn)識到在該方法的本變體中，該部件14和該涂層16材料之間的反應(yīng)(一 種或多種)可能相對快速發(fā)生。因此，該加熱應(yīng)當(dāng)實施更短的時間以限制該反應(yīng)(一種或 多種)，然而這種加熱應(yīng)當(dāng)實施足夠長的時間以實現(xiàn)該涂層16與該部件14的充分結(jié)合。在將該含鎂合金材料引入該縫隙18中之后，該方法進一步包括冷卻該含鎂合金 材料以在該鎂合金部件14的外表面20上形成基本均勻分布的固化涂層16 (如圖2中附圖 標(biāo)記108所示)。在該鎂合金部件14上形成該涂層16之后，打開該模具12，并從該模具12 中除去該涂覆制品10。在其中使用一個或多個固定器26將該部件14支撐在該模具12內(nèi)的情況中，該方 法包括將該部件14和該固定器(一個或多個)26 —起加熱到該涂層16材料的熔化溫度。 然后將該熔融的涂層16材料引入該縫隙18中。一旦將該材料引入該縫隙18中，該材料在該固定器(一個或多個)26之上/周圍流動。在將該材料冷卻之后，該固定器(一個或多 個)26熔合到該材料上變成該涂層組合物16的一部分。該涂層16通常具有由該模具12內(nèi)縫隙18的厚度t (或者例如、和t2)限定的厚 度。該涂層16的厚度通常根據(jù)例如待形成的制品10所需的結(jié)構(gòu)整體性、該制品10的用途 (例如，如果該制品10將暴露于非常腐蝕性的環(huán)境，如果該制品10將經(jīng)常暴露于腐蝕環(huán)境， 如果該制品10將暴露于其中可能在該制品10上發(fā)生剝落或其他磨損的環(huán)境，和/或其他) 而預(yù)先選擇。在這種情況中，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)該涂層16的厚度。例如，如果該制品10是 車輪，為此其邊緣或胎圈在使用過程中可能易于剝落，該涂層16可以沿該邊緣或胎圈與不 容易發(fā)生或不經(jīng)常發(fā)生剝落的其他區(qū)域相比更厚。涂層厚度的調(diào)節(jié)可以例如通過改變在該 模具12內(nèi)形成的該縫隙18的體積而實施。改變該縫隙18可以通過調(diào)節(jié)該模具12的尺寸 和/或該部件14的尺寸而實施。
在其中該用于涂層16的含鎂合金材料包括與鎂合金部件14中存在的相同元素和 至少一種其他元素合金化的鎂的一些情況中，該涂層16是以下的亞共晶系統(tǒng)i)與該元素 合金化的鎂的基質(zhì)相，和ii)與該元素和該其他元素(一種或多種)合金化的鎂的共晶相。 再次參照圖3中所述的相圖，關(guān)于純鎂(識別在該圖的右手側(cè))，適合的亞共晶系統(tǒng)包括具 有大于純鎂的共晶點Ems的鎂襯％的任意鎂-鋁組合物。使用圖3中提出的實例，該亞共晶 系統(tǒng)可以包括例如具有大于約67wt%鎂的組合物。進一步地，關(guān)于純鋁(識別在該圖的左 手側(cè))，適合的亞共晶系統(tǒng)包括具有小于純鋁的共晶點Eai的鎂wt %的任意鎂-鋁組合物。 使用圖3中提出的實例，該亞共晶系統(tǒng)可以包括例如具有小于約36wt%鎂的組合物。在其 中該涂層16是亞共晶系統(tǒng)的情況下，該涂層16包括分布在僅與該一種元素合金化的該基 質(zhì)相鎂周圍的、與該元素和該至少一種其他元素合金化的共晶相鎂的金屬間沉淀物。此外，在其中該含鎂合金材料包括與鎂合金部件14中存在的相同的元素和至少 一種其他元素合金化的鎂的另一些情況中，該涂層16是以下的過共晶系統(tǒng)i)與該至少一 種其他元素合金化的鎂的基質(zhì)相，和ii)與該元素和該至少一種其他元素合金化的鎂的共 晶相。再次參照圖3中所述的相圖，關(guān)于純鎂(識別在該圖的右手側(cè))，適合的過共晶系統(tǒng) 包括具有小于純鎂的共晶點Ems的鎂wt%的鎂wt%的任意鎂-鋁組合物。使用圖3中提出 的實例，該過共晶系統(tǒng)可以包括例如具有小于約67wt%鎂的組合物。進一步地，關(guān)于純鋁 (識別在該圖的左手側(cè))，適合的過共晶系統(tǒng)包括具有大于純鋁的共晶點Eai的鎂的鎂 襯％的任意鎂-鋁組合物。使用圖3中提出的實例，該過共晶系統(tǒng)可以包括例如具有大于 約36wt%鎂的組合物。在其中該涂層16是過共晶系統(tǒng)的情況下，該涂層16包括分布在與 該至少一種其他元素合金化的該基質(zhì)相鎂周圍的、與該元素和該至少一種其他元素合金化 的共晶相鎂的金屬間沉淀物。在其中i)該含鎂合金材料包括與和該部件14相同但濃度更高的元素合金化的 鎂，和ii)該鎂與不同元素合金化的其他情況下，該涂層16包括更多的二次相和包含更多 的所述合金化元素(一種或多種)的基質(zhì)相。在上面提供的任意系統(tǒng)中，該涂層16中的該 金屬間沉淀物(或二次相)提高了該涂覆制品10的抗磨損和/或抗腐蝕性能，這至少部分 基于上述理論。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了數(shù)種實施方案，但可以對所公開的實施方案進行改變，這對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，前述說明應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的而非限定性的。
權(quán)利要求
形成涂覆制品的方法，所述方法包括加熱由鎂與元素合金化形成的鎂合金部件；將所述部件放置在模具中使得所述鎂合金部件的外表面和所述模具的內(nèi)表面之間存在縫隙；將含鎂合金材料加熱到高于其熔化溫度，所述含鎂合金材料的熔化溫度低于所述鎂合金部件的熔化溫度，其中所述含鎂合金材料是由鎂與以下元素合金化形成的i)所述鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素在所述含鎂合金材料中存在的濃度更高，ii)至少一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的元素，或iii)所述鎂合金部件中的所述元素和至少一種其他元素；將所述含鎂合金材料引入所述縫隙中，由此至少覆蓋所述鎂合金部件的所述外表面；和冷卻所述含鎂合金材料以在所述鎂合金部件的所述外表面上形成基本均勻分布的固化涂層。所述涂層具有比所述鎂合金部件更高的抗磨損性、抗腐蝕性或其組合。
2.權(quán)利要求1的方法，其中加熱所述鎂合金部件是在等于或大于所述含鎂合金材料的 熔化溫度的溫度實施的。
3.權(quán)利要求2的方法，其中加熱所述鎂合金部件和加熱所述含鎂合金材料是基本同時 實施的。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述基本同時加熱所述鎂合金部件和所述含鎂合金材料是 在以下之后實施的i)將所述鎂合金部件放置在所述模具中和ii)將所述含鎂合金材料引 入所述縫隙中。
5.用于設(shè)立在由與元素合金化的鎂形成的鎂合金部件上的涂層材料的組合物，所述組 合物包括與以下元素合金化的鎂i)所述鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素在所述 組合物中以更高的濃度存在，ii)至少一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的元素，或 iii)所述鎂合金體中的所述元素和至少一種其他元素，其中所述組合物具有比所述部件的 共晶溫度更低的共晶溫度，以及其中所述組合物具有比所述部件的抗腐蝕性更高的抗磨損 和腐蝕性。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中以下中的至少一種所述元素選自鋁；與所述鎂合金體中的所述元素不同的所述至少一種元素選自鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、 鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合；或所述至少一種其他元素選自鋁、鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、 鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。
7.權(quán)利要求5的組合物，其中所述元素在所述部件中的含量為約0.01wt% 約9wt%。
8.制品，包括由與元素合金化的鎂形成的部件；和設(shè)立在所述部件的至少一部分上的涂層組合物，所述涂層組合物包括與以下元素合金 化的鎂i)所述鎂合金部件中的所述元素，其中所述元素在所述涂層組合物中以更高的濃 度存在，ii)至少一種與所述鎂合金部件中的所述元素不同的元素，或iii)所述鎂合金部 件中的所述元素和至少一種其他元素；其中所述涂層組合物具有比所述部件的熔化溫度更低的熔化溫度，以及其中所述涂層 組合物具有比所述部件更高的抗磨損和腐蝕性。
9.權(quán)利要求8的制品，其中以下中的至少一種 所述元素選自鋁；與所述部件中的所述元素不同的所述至少一種元素選自鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、 鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合；或所述至少一種其他元素選自鋁、鋅、錳、鋯、鈰、稀土元素、鈣、鋰、硅、釔、鍶、銻、鉍、硼、 鎘、鈧、鈦、錫、銀、鈀、鎢、硒、銣或其組合。
10.權(quán)利要求8的制品，其中所述部件選自發(fā)動機架、發(fā)動機組、分動箱、車輪、引擎罩 下汽車部件、可能暴露于鹽或水分的部件、工具或其組合。
全文摘要
公開了形成包括鎂合金的涂覆制品的方法。該方法包括加熱鎂合金部件，將該部件放置在模具中使得該部件的外表面和該模具的內(nèi)表面之間存在縫隙，和將含鎂合金材料加熱到高于其熔化溫度，所述熔合溫度低于該部件的熔化溫度。該材料是由鎂與以下元素合金化形成的i)該部件元素，但其濃度更高，ii)至少一種與該部件元素不同的元素，或iii)該部件元素和至少一種其他元素。該方法進一步包括將該材料引入該縫隙中，由此至少覆蓋該部件的外表面，和冷卻該材料以在該部件的外表面上形成基本均勻分布的固化涂層。該涂層具有比該鎂合金部件更高的抗磨損和/或腐蝕性能。
文檔編號B22D19/08GK101875101SQ201010171599
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者B·R·小鮑威爾, G·宋 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司