[发明专利]利用热喷涂层的多级接合工艺

说明书

本发明提供了一种用于以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种不可焊接材料接合的方法，其中使用两个步骤的顺序，包括在不可焊接材料的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将喷涂层与施加层片材接合的第二步骤。

本发明适用于所有现有技术不可焊接材料结合。在这种情况下，不可焊接材料结合被定义为以搭接构造布置的至少两种片材的异种材料结合，其中该材料中的至少一种材料必须是金属材料。将金属热喷涂层以明确限定的厚度、表面粗糙度和过渡电阻施加在不可焊接材料的表面上，此处该不可焊接材料为非金属材料或表现出焊接缺陷的金属材料。然后在第二步骤中，接着进行焊接工艺，其中仅将热喷涂金属层和金属材料之间的接触区域焊接在一起。

在材料工程的各个领域中，存在着如何在具有异种接合的多材料设计中使用不同材料的问题。现有技术没有可用的热焊接方法，只能使用粘结和机械接合。利用本发明，可以使用廉价且循环时间快的电阻点焊。

在下文中指出那些现有技术不可焊接异种材料结合中的一些材料结合以及如何利用本发明将它们焊接在一起的方式。

欧洲专利申请EP17157773.7涉及一种以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种材料接合的方法，其中使用两个步骤的顺序，包括在(不锈)钢基底的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将喷涂层与施加铝片焊接在一起的第二步骤，在整个材料构造中没有脆性金属间相。

德国专利申请102004025493和102004025492涉及用于接合部件的方法、接合元件和用于接合部件的部件。将两个或更多个接合部件、尤其是金属片材和/或塑料片材通过接合元件接合在一起。当接合该元件时，该元件可用作铆钉或螺栓。待接合的部件设置有开口，具体地，设置有可将接合元件插入其中的孔。这些部件彼此定位，然后通过对接合元件进行钎焊来接合。有利的是，它可以用作传统的焊接或传统的焊枪，但是其中钎焊所需的热量输入比焊接低得多。

通过本发明，例如在建筑或设计应用中，可以将金属与玻璃或丙烯酸玻璃焊接在一起。为了实现这种金属热喷涂层，必须将金属施加在玻璃的后接触表面侧。理想地，但不是必须地，热喷涂层具有与金属材料相关的相似或接近相似的合金。然后在第二步骤中，可利用电弧焊接或电子束焊接工艺以搭接构造将金属材料与施加在金属热喷涂层上的玻璃焊接在一起。电阻焊工艺是不可能的，因为玻璃起到绝缘材料的作用。

当将金属材料与木材、塑料或纤维复合材料如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、陶瓷纤维、天然纤维或钢纤维焊接在一起时，由如上所述的一系列步骤组成的相同类型的特征也成功地起作用。金属热喷涂层必须以喷涂元件和非金属表面的接触温度低于短期250℃、更优选低于190℃的方式施加在塑料或纤维复合材料(基质材料)的表面上。另一个优选的设计示例是将钢/聚合物复合结构(即夹层结构)与金属材料焊接。通常，聚合物或塑性材料的芯材厚度比薄金属外层厚得多。因此，在搭接构造中进行电弧或激光焊接工艺期间，存在微结构被破坏的问题，即该结构以及聚合物的特性因该现象将被破坏。利用本发明的工艺步骤，可以在夹层结构的金属外层上添加第一金属热喷涂层，其将在以下实际焊接过程中用作热缓冲，使得聚合物芯材料不会过热超过临界值。

利用本发明，不仅可以产生一种利用热喷涂层的多级接合工艺的可焊接性，该热喷涂层用于与跟非金属材料接合的金属材料结合。还可以解决针对焊接金属材料的现有技术问题，其中必须避免特定的温度范围，以免以不利的方式改变目标源的微结构。在下文指出这些特征中的一些。

可以避免易受热裂影响的材料(如奥氏体镍合金不锈钢或镍基合金)中的热裂纹。热裂被定义为在高温(高于1050℃)下，应变大小和应变率超过特定阈值时发生的材料偏析。通过在危险材料的表面(焊接接触方向)施加金属热喷涂层，可以影响危险材料区域的最终应变和应力(以及变形)，并降低该区域的局部温度。热喷涂层必须是异种合金，不像锰合金奥氏体或铬合金铁素体钢那样容易热裂。危险金属不直接与接合伙伴焊接。接合仅发生在热喷涂层和接合伙伴之间。有热裂危险的材料/片材仅作为温度低于1000℃的热影响区。这适用于搭接构造中的所有焊接工序。