[发明专利]将金属结合到基底的方法

说明书

交叉引用的相关申请

本申请要求2011年5月23日申请的美国临时专利申请系列号61/488995的权益。

技术领域

本发明通常涉及将金属结合（bonding）到基底的方法。

发明背景

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铝或者钢零件。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。

发明内容

这里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（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。

本发明包含以下方面：

1. 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。

2. 方面1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，硅，锰，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1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1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铝。

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

本发明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1G-A是图1G中所示的一部分示意图的放大图；

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