[发明专利]使用红外辐射和红外吸收剂涂层的定制的材料特性

说明书

提供了通过将IR吸收剂涂层施加至由基于铁、基于铝、基于镁或纤维增强的复合材料形成的基底来制造具有定制的材料特性的结构组件的方法。涂层优选由铁氧化物(Fe₃O₄)修饰的多壁碳纳米管形成。或者，所述涂层是基于蜡或基于聚合物的，并且包含三硅烷醇异辛基POSS和添加剂。可以将不同的涂层组合物施加至基底的不同区域，使得发射系数沿基底变化。加热经涂覆的基底并且使其在一对模具之间成型以获得复杂的形状或特征。IR吸收剂涂层提高了加热步骤期间的红外吸收率，这改善了基底的成型性。铁氧化物(Fe₃O₄)修饰的多壁碳纳米管也可以应用于发动机组件，以通过减少摩擦以及能够使用轻质材料来提高发动机的热效率。

相关申请的交叉引用

本PCT专利申请要求于2015年3月6日提交的题为“Tailored MaterialProperties Using Infrared Radiation And Infrared Absorbent Coatings”的美国临时专利申请序列号62/129,244的权益，并且还要求于2016年1月4日提交的题为“EnhancedInfrared Radiation Absorption Using Aligned Iron Oxide Decorated MultiwallCarbon Nanotubes”的美国临时专利申请序列号62/274,506的权益，所述申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并通过引用并入本文。

背景技术

1.发明领域

本发明一般地涉及用于制造具有定制的材料特性的机动车组件的系统和方法，以及包含定制的材料特性的组件。

2.相关技术

用于载客车辆的机动车组件如车身板、梁、柱和加强构件，通常形成为薄且复杂或错综的形状。已经发现，在成型过程期间提高金属片材基底的温度和降低金属片材基底的摩擦系数能够减小基底的厚度，并且还发现提高制造具有错综或复杂形状的组件的可行性。例如，可以获得具有极小半径(tight radii)或低R/t比的轻质机动车组件。还可以获得包含需要大量均匀延伸以避免成型期间片材基底局部变薄和断裂的形状的机动车组件，例如具有高R值的片材基底。

用于获得这种组件的一种方法包括通过热传导在电热板式炉(electric platen-style oven)中加热润滑的基于铁、基于铝或基于镁的基底，然后将经加热的基底转移至压制成型装置，其中经加热的基底在一对钢冲压模具之间成型。或者，可以通过对流、感应或辐射热来加热基底。在加热和成型步骤之前润滑基底以降低基底和模具表面之间的摩擦系数并避免表面的氧化。根据该示例方法，将基于蜡的润滑剂施加至基底并在离线操作中干燥，使得溶剂于在导热炉中加热基底之前蒸发并在常规的钢冲压模具之间使基底成型。

通常，需要高加热温度如超过270℃的温度，以在成型步骤期间获得复杂和/或错综的形状。然而，基于蜡的润滑剂通常在低于270℃的温度下升华或自动点燃，这将预热或加热温度限制在约270℃或更低。

发明内容

本发明的一个方面提供了制造具有定制的材料特性并且没有表面损坏的组件的改善的方法。所述方法首先包括将发射系数为0.8ε至0.98ε的红外吸收剂(IR吸收剂)涂层施加至由金属材料形成的基底的表面，其中所述基底的金属材料选自基于铁的材料、基于铝的材料、基于镁的材料、和纤维增强的复合材料。所述方法接下来包括用IR热源加热经涂覆的基底；和使经加热和经涂覆的基底在一对模具之间成型。

优选地，施加至所述基底的表面的IR吸收剂涂层包含铁氧化物(Fe₃O₄)修饰的多壁碳纳米管。或者，IR吸收剂涂层可以由包含表面活性剂和添加剂的基于蜡或基于聚合物的材料形成。涂层还可以用在升高的温度下氧化的至少一种有机组分配制。所述至少一种有机组分允许以最小的努力从基底的表面去除涂层，并且不使用高酸性或高碱性pH组合物。