[发明专利]包含微腔的金属主体以及与其相关的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2007年7月5日提交的名称为“包含微腔的金属 主体以及与其相关的装置和方法”的美国临时专利申请No.60/984155 的优先权，其内容通过参考结合在本文中。

背景技术

单片金属主体可以通过各种方法，例如通过各种挤压技术来制造。 在挤压过程中，金属坯材为固态的，但在加热炉中被软化。进行挤压 操作一般是坯材被加热至超过375℃，以及根据被挤压的合金可高达 500℃。当挤压机的锤体对挤压机的挤压筒内的坯材施加压力时，挤压 处理开始，这也通称为直接挤压工艺。可选择地，可将压力施加至压 靠坯材移动的模具组件上，这种处理通称为间接挤压。众所周知液压 机施加压力的范围是100tons至22000UStons。当初始施加压力时， 坯材被推压在模具上，变得又短又宽直至由于与挤压筒壁完全接触而 使其扩展受到限制。于是，当压力增加时，软的(但仍是固态的)金 属坯材没有其它可以延伸的地方，其开始通过模具的成形孔被挤出进 而在另一侧以完全成形的型材而呈现。完成的挤压件在模具中被剪切， 金属的剩余部分被除去以便再使用。在金属制品脱离模具之后，仍然 热的挤压金属制品根据合金可被淬火、机械处理、以及老化。

发明内容

概括地说，本发明的公开内容涉及具有在其内的经设计的微腔的 主体，以及用于制造该主体的装置和方法。在一个实施例中，所述主 体为金属主体，例如铝主体或铝合金主体。在一个实施例中，金属主 体为单片主体。在一个实施例中，金属主体通过“硬质合金”铝挤压来 制造。硬质铝合金是需要相对高压力来挤压且其在最终回火过程中的 拉力屈服强度通常为至少约50ksi的合金。硬铝合金的实例包括许多 2XXX和7XXX系列合金以及一些6XXX(例如高铜或硅)和8XXX (例如铝-锂)系列合金。其它铝合金可具有硬质铝合金的资格。

一个或多个微腔可包含在金属主体中，并可连续贯穿该金属主体 的一部分。通常，微腔的横截面积小于所述主体的横截面积。在一个 实施例中，微腔具有不大于2mm(平均)的直径，例如不大于1.5mm (平均)的直径，或不大于1mm(平均)的直径。在一个实施例中， 微腔具有至少约0.5mm(平均)的直径。在一个实施例中，微腔具有 范围约0.5mm至约2.0mm(平均)的直径。在一个实施例中，微腔具 有约1mm(平均)的直径。微腔通常为椭圆形或圆形剖面，但可以是 其它几何形状(例如矩形)的剖面。

微腔例如在结构健康监控(SHM)中是有用的。挤压型面的完整 性可采用许多不同的SHM技术包括光学或声-超声方法沿着其长度检 测。此外，当微腔的一侧被堵塞时，可采用真空或气体压力监控技术。 具有微腔的主体可被应用于航空和航天、商业运输(例如汽车、卡车、 船舶)和土木工程结构/应用，仅举几个例子。例如，用于航空和航天 应用的纵梁可制造有这样的微腔。由于金属主体可用于结构应用，因 此微腔的横截面积(A_V)的比率小于金属主体的横截面积(A_B)的比 率。这与其它已知的具有大微腔的金属主体(例如热交换器)是相反 的，其中，在这种大微腔内，用于热交换器的增大的表面积是有用的。 在一个实施例中，A_V/A_B比率不大于10。在一个实施例中，A_V/A_B比 率不大于5。在一个实施例中，A_V/A_B比率不大于1。在一个实施例中， A_V/A_B比率不大于0.75。在一个实施例中，A_V/A_B比率不大于0.5。在 一个实施例中，A_V/A_B比率不大于0.1。微腔可以是基本直的。微腔可 以具有基本平滑的壁面。微腔在金属主体的整个长度上可以是连续的， 因此微腔可以延伸至少0.5米，或至少1米，或至少5米，或至少10 米，或至少15米，或更多。微腔可以在金属主体的整个长度上比较均 匀。虽然这里描述的是圆柱类型的微腔，但也可以是其它的微腔形状， 并且这种形状取决于所选择的芯棒的形状，如下所述。