專利名稱：金屬夾層板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于成形和焊接操作且具有優良的耐高溫性并包括兩個金屬板面層和一金屬芯的夾層板(夾芯板)、其制造方法及其用于生產機動車用部件的應用。
背景技術：
通常，夾層板優于常規金屬板的主要優點在于可以在生產具有預定機械強度規格的部件時實現重量節省；該優點在汽車應用中，尤其對于減少汽車的燃料消耗很重要。
用于制造機動車用部件的夾層板不僅必須滿足焊接和成形要求，例如拉拔、彎曲和卷邊中的那些要求，而且必須滿足耐溫要求。這是因為在給該板上漆期間-可以包括事先的防腐處理-板經受高溫并持續一段時間，通常在140℃和220℃之間并持續20-30分鐘，上述溫度和時間足以允許所施加的各種涂層的烘烤和/或交聯。
為此，包括兩個通過由聚合物基層形成的芯部連接在一起的金屬板面層的夾層板是已知的，該聚合物基層包括由熱塑性聚合物纖維制成的連續的織物網，該織物網由用于浸入該織物網和用于粘附到該面層上的熱固聚合物材料浸漬。這些板具有良好的可成形性和良好的耐溫性。
然而，因為所述織物網不均勻，這些板有缺點，例如夾層板厚度變化和織物網粘附到金屬板面層上時的缺陷。然而，最重要的是，這種包括聚合物的夾層板不可焊接，或者不易于焊接，同時還釋放有毒的煙霧，這使得它們不適于用于制造機動車用部件。
除了這些缺點之外，用于制造這種復合夾層板的方法不能達到合格的生產率水平，因為將預浸漬的織物網粘附到金屬板面層上的步驟是很慢的步驟。
由兩個通過由鋼絲絨制成的芯部連接在一起的鋼面層組成的夾層板在FR2767088也是已知的。該鋼絲絨通過電容器放電電弧焊接法連接到該鋼面層上。公認的是，這些全鋼夾層板優選地可焊接并能經受高于160℃的溫度。然而，不能以工業規模進行制造這些板的方法，因為為了將鋼絲絨焊接到鋼面層上，必須在高于1300℃的溫度下焊接整個組件。此外，在該溫度值下，鋼的結構改變，這在希望保持鋼面層和鋼絲絨的機械性能和可成形性時是不希望發生的。
因此，本發明的目的是消除這些缺點并提出具有良好的耐高溫性和良好的表面外觀的可成形和可焊接夾層板，其中，該夾層板的制造方法易于實施。
發明內容
為此，本發明的目的是一種適合于成形和焊接操作并具有優良的耐高溫性的夾層板，該夾層板包括兩個熔點為Tf的金屬板面層和一個熔點為Tc的金屬芯，Tc可以與Tf相等或不等，其特征在于，金屬芯的密度小于各面層的密度，并且金屬芯和各面層通過金屬粘結劑粘合在一起，該金屬粘結劑具有低于Tc和低于Tf的熔點Tm。
根據本發明的夾層板還可以具有下列特點-金屬芯占據將兩個金屬板面層分開的體積的10％和80％之間；-金屬芯占據將兩個金屬板面層分開的體積的20％和60％之間；-金屬芯由金屬毛(金屬棉)、金屬編織品、金屬紡織品、金屬泡沫或金屬海綿組成；-金屬芯由鋼制成；-金屬板面層由鋼制成；和-金屬板面層和金屬芯由鋼制成，并且金屬粘結劑選自錫及其合金、鋅及其合金和鋁及其合金。
本發明的主題也是一種用于制造適合于成形和焊接操作，并具有優良的耐高溫性的夾層板的方法，該夾層板包括兩個具有內表面和外表面并具有熔點Tf的金屬板面層，這些面層通過一金屬芯粘合在一起，該金屬芯具有可以與Tf相等或不等的熔點Tc，兩個面層中的每一個的內表面都設置成面向金屬芯，據此，該方法包括以下步驟-將金屬芯插在兩個金屬板面層之間，在這些面層的內表面上預涂敷有金屬涂層，該金屬涂層的熔點Tcoat低于金屬板面層的熔點Tf并低于金屬芯的熔點Tc；-在溫度T下、在使金屬芯粘附到各面層上的速度和持續時間條件下加熱由兩個其間插入有金屬芯的金屬板面層形成的組件，其中，該溫度T在金屬涂層熔點Tcoat減50℃和金屬涂層熔點Tcoat加200℃之間；和-冷卻組件。
用于制造根據本發明的夾層板的方法還可以具有下列特點-在加熱步驟和冷卻步驟之間，將壓力施加到由金屬板面層和金屬芯形成的組件上，調節所述壓力以使得不損壞金屬芯的結構；-對由金屬板面層和金屬芯形成的組件進行感應加熱；-各金屬板面層的金屬涂層的厚度在5μm和350μm之間；-各金屬板面層的金屬涂層的厚度在20μm和80μm之間；-加熱由金屬板面層和金屬芯形成的組件的速率大于或等于30℃/S；-加熱由金屬板面層和金屬芯形成的組件的時間小于15S；-涂層的熔點Tcoat小于金屬板面層熔點Tf的0.9倍并小于金屬芯熔點Tc的0.9倍；-各金屬板面層的內表面通過在一液體金屬槽中熱浸而進行涂敷，該液體金屬選自錫及其合金、鋅及其合金和鋁及其合金；-金屬板面層由鋼制成；-金屬芯的密度小于各金屬板面層的密度；-金屬芯由金屬毛、金屬編織品、金屬紡織品、金屬泡沫或者金屬海綿組成；和
-用涂層涂敷兩個金屬板面層(1，1’)中的至少一個的外表面，所述涂層的熔點Te高于涂敷兩個面層(1，1’)中的每一個的內表面的金屬涂層的熔點Tcoat加200℃。
本發明的主題還包括上述夾層板的應用，該夾層板用于生產經成形、上漆和隨后的熱處理的汽車車身部件。
本發明的主題還包括在高于160℃的溫度下對這些部件進行熱處理。
本發明在于將涂敷金屬板面層的面向金屬芯設置的內表面的金屬層用作釬焊元件，以確保金屬板面層和之間的粘附力。
本發明的特點和優點在下面參照單一附圖通過非限制性示例進行的說明中將變得較明顯，該附圖示出根據本發明的夾層板的剖視圖。
具體實施例方式
如單一圖中所示，根據本發明所述的夾層板2的各面層1，1’包括一金屬板，該金屬板具有熔點Tf和在例如0.1mm和2mm之間，優選地在0.2mm和0.5mm之間的厚度。優選的是，選擇具有優于鋁板的機械性能并可以被較容易地拉制的鋼板。鋼的類型將根據夾層板的應用而選定。因此，例如，可以選擇碳鋼制造發動機罩或門，而選擇不銹鋼制造排氣線路管道。
根據本發明的夾層板2的金屬芯4具有與各面層1，1’的熔點Tf相等或不等的熔點Tc和小于各面層1，1’的密度以使夾層板2變輕的密度。
在一優選實施例中，金屬芯4包括金屬毛、金屬編織品、金屬紡織品、金屬泡沫或金屬海綿。
在另一優選實施例中，金屬芯4占據將兩個金屬板面層1，1’分開的體積的10％和80％、優選地20％和60％之間，并具有在0.5mm和2mm之間的厚度。
占據中間層體積的80％以上，則不能充分節省所得夾層板2的重量。
占據中間層體積的10％一下，則金屬芯4變得易碎并在形成夾層板2期間有被壓碎的危險。
占據中間層體積的20％和60％之間，金屬芯4提供重量節省和強度之間的良好折衷。
金屬芯4的材料優選的是鋼，或者是碳鋼或者是不銹鋼，因為這種材料具有比例如鋁更好的可成形性。
金屬毛由削屑獲得，該削屑優選地在加工硬化狀態下以提高結構的機械性能。金屬毛的絲的平均長度為70cm，并且它們的直徑可以從50μm到500μm變化。優選地，金屬毛的絲的直徑為約200μm。該直徑必須均勻，以避免可能造成斷裂的任何弱化。
金屬編織品由針織在一起的若干其直徑在10μm和50μm之間的鋼絲形成。
金屬紡織品也由編織在一起的一根或多根其直徑在10和50μm之間的鋼絲形成。
金屬芯4與各面層1，1’之間的粘附力由金屬粘結劑3，3’提供，所述金屬粘結劑3，3’具有低于各面層的熔點Tf和低于金屬芯的熔點Tc的熔點Tm。
當金屬芯4和兩個金屬板面層1，1’由鋼制成時，金屬粘結劑3，3’選自錫及其合金、鋅及其合金和鋁及其合金。
金屬粘結劑可以采用不連續層或優選地連續層的形式，以便確保金屬芯和兩個面層之間的可能的最佳粘附力。
因此，在制造夾層板之間，用金屬涂層涂敷兩個金屬板面層中的每一個的內表面，所述金屬涂層具有低于金屬板面層的熔點Tf和低于金屬芯的熔點Tc的熔點Tcoat，以使得涂層在熔化時釬焊金屬芯。這是因為，為了通過釬焊將金屬板面層與金屬芯裝配在一起，在這里用作填充金屬的金屬涂層的熔點Tcoat低于面層的熔點Tf和低于金屬芯的熔點Tc是重要的，以使得涂層材料早于金屬芯材料和金屬板面層材料充分熔化。
優選地，為了避免任何如果加熱時間過度或過長而使金屬板面層1，1’和金屬芯熔化的危險，兩個金屬板面層1，1’中的每一個的內表面都由熔點Tcoat優選地低于金屬板熔點Tf的0.9倍并低于金屬芯熔點Tc的0.9倍的金屬涂層涂敷。
作為一示例，為了形成包括兩個鋼板金屬面層和鋼芯的夾層板，所述面層在它們的表面中的至少一個上涂敷有選自下列材料的金屬涂層-錫熔點230℃；-鋅熔點420℃；-鋅合金，如例如含約5％重量百分比的鋁的鋅-鋁合金，熔點為381℃；和-鋁及其合金，如例如含2-4％重量百分比的鐵的鋁-鐵合金，其熔點為約660℃，或者含5-11％重量百分比的鐵的鋁-硅合金和含2-4％重量百分比的鐵的鋁-硅合金，其熔點為約680℃。
通過電鍍或真空沉積法，或者優選地通過熱浸在熔融狀態下的涂層材料的液體槽中，在適于面向金屬芯的兩個金屬板面層中的每一個的內表面上沉積厚度在5μm和350μm之間的金屬涂層。
如果金屬涂層的厚度小于5μm，則釬焊期間金屬芯4不能由涂層充分浸漬，并且因此金屬板面層1，1’和金屬芯4之間的粘附力不足，同時夾層板2具有分層的危險。
另一方面，用厚度大于350μm的涂層涂敷各面層的內表面產生額外的費用，并且這也不能改善金屬芯4和面層1，1’之間的粘附力。
優選地，金屬涂層的厚度在20μm和80μm之間，因為在這個厚度值下，面層1，1’和金屬芯4之間的粘附力足以使夾層板2即使在劇烈的成形操作如例如彎曲之后也不會分層。
為了制造夾層板2，步驟如下-將金屬芯4插在兩個金屬板面層1，1’之間，該面層1，1’的內表面已被預涂敷，以使得被涂敷的金屬板面層1，1’內表面面向金屬芯4；-優選地以不小于30℃/S的加熱速率和優選地小于15S的加熱時間在溫度T下加熱由兩個其間已插入有金屬芯4的金屬板面層1，1’形成的整個組件，所述溫度T在金屬涂層熔點Tcoat減50℃和金屬涂層熔點Tcoat加200℃之間，以熔化該金屬涂層材料；和-冷卻該組件。
在軟化或熔化時，金屬涂層材料通過金屬芯4的表面浸漬將面層1，1’釬焊到金屬芯4上，因而確保面層1，1’/芯4組件的機械粘附力。軟化的或熔融的金屬材料浸入構成位于該表面上的金屬芯4的絲絨、編織織品或針織織品的金屬線。如果將由兩個面層1，1’和金屬芯4形成的組件加熱到低于金屬涂層熔點Tcoat減50℃的溫度T，涂層材料不會充分軟化并且不會浸入金屬芯4材料。在該溫度值下，面層1，1’和金屬芯4之間的釬焊是不可能的，并且不能形成夾層板2。
如果將組件加熱到高于金屬涂層熔點Tcoat加200℃的溫度T，涂層材料具有沸騰的危險。一些涂層材料將從夾層板2逸出，在面層的自由邊緣上形成小滴。這使涂層不均勻并因此妨礙面層1，1’良好地緊固到芯4上。
將組件加熱到涂層熔點加50℃和涂層熔點加100℃之間的溫度T確保了金屬涂層材料的良好熔化并獲得金屬芯4和面層1，1’之間的非常好的粘附力，并且沒有任何隨后分層和涂層材料逸出的危險。
如果加熱速率低于30℃/S，則有必要在大于15S的時間內保持加熱溫度，以完全軟化或熔化涂敷材料，同時這個時間不利于生產率。
當加熱時間大于15S時，由絲絨、編織織品、針織織品、泡沫或海綿組成的金屬芯將吸收一些涂層材料，這使得金屬芯4與面層1，1’之間的粘附力變差。
優選地，加熱時間少于3S。
為了加熱由面層1，1’和金屬芯4形成的組件，并因此軟化或熔化涂敷面層1，1’的金屬涂層，將至少一個加熱元件如例如感應器放在該組件的任一側上并覆蓋其整個寬度。
根據另一實施例，由面層1，1’和金屬芯4形成的組件通過在兩個加熱輥之間壓延而進行加熱。
為了改善面層1，1’和金屬芯4之間的粘附力，將壓力施加到夾層板2上，調節該壓力以使得不會損壞金屬芯4的結構并且不會使面層1，1’變形。施加到夾層板2上的壓力必須足夠低以使得例如金屬毛或金屬編織品不會被壓碎并且因此保持其機械性能的完整性。
可以通過壓延輥、通過將流體噴射到面層1，1’/金屬芯4組件的任一側上或者通過使面層1，1’/金屬芯4組件在磁化輥上行進而施加該壓力。
上述根據本發明的夾層板2的實施例是非限制性的。
因此，在制造夾層板之前，也可以用涂層涂敷兩個金屬板面層1，1’中的至少一個的外表面，該涂層的熔點Te高于涂敷兩個面層1，1’中的每一個的內表面的金屬涂層的熔點Tcoat加200℃。如果希望應用在其外表面上進行涂敷的面層1，1’，必須確保當加熱由兩個其間已插入有金屬芯4的面層形成的組件時所用的涂層不會熔化。
通常，在這種情況下，面層1，1’的內表面將涂敷有鋅層，并且面層1，1’的外表面將涂敷有鋁-鐵或鋁-硅層。
然而，在制造夾層板2之前通常只涂敷金屬板面層1，1’的內表面，并且僅僅在已制造出夾層板2時例如在電鍍槽中涂敷面層1，1’的外表面。
優選地通過拉制、彎曲或壓型形成根據本發明的夾層板2。當金屬芯4由具有良好延展性的金屬如例如鋼構成時，根據本發明的夾層板2經得住劇烈的拉制和/或彎曲和/或壓型的條件。這允許根據本發明的夾層板2用于生產成形汽車車身部件如例如發動機罩、門或排氣線路管道。
然后給這些部件，尤其是可見部件上漆和對其進行熱處理。
在上漆操作之前，夾層板2可以經受陽離子電泳式防腐預處理。然后可以通過沉積粉末(靜電、流化床等)，或通過噴射或涂敷溶液中液體油漆或熔融聚合物層進行上漆。最后，在高于160℃，優選地高于180℃的溫度下處理將夾層板2，上述溫度通常在防腐預處理固化步驟或油漆本身的烘烤步驟中達到。
與由焊接在兩個金屬面層之間的金屬毛形成的夾層板相比，根據本方法所得到的夾層板具有下列優點-一種較少能耗的制造方法；-不改變金屬板面層1，1’和金屬芯4的結構。這是因為，在其中金屬板面層1，1’由鋼制成的本發明夾層板2的一優選實施例中，決不會在高于700℃的溫度下將鋼面層釬焊到金屬芯4上。現在，在該溫度值下，鋼的顯微結構沒有改變，并且保留其所有性能。例如，雙相鋼將保持其結構。根據先有技術，在1300℃的溫度下進行焊接將熔化鋼面層(和金屬芯，如果金屬芯是例如由鋼制成的話)，并且在冷卻期間，鋼具有產生結構損失和因而機械性能損失的危險。例如，加熱到1300℃的雙相鋼在冷卻時轉變成硬而易脆并因而不能被拉制的馬氏體。
此外，與由包括聚合物的金屬芯組成的夾層板相比，根據本發明的夾層板具有下列優點-優良的可焊接性，同時不會排放揮發性的有機化合物；-優良的可成形性，可利用各種技術如例如彎曲、拉制或壓型，同時沒有分層的危險；-優良的耐高溫性，尤其是高于200℃的溫度，因而允許通過陽離子電泳法處理這些夾層板；和-優良的再循環性。
除了耐溫性和易于成形外，根據本發明的夾層板具有下列主要優點-在通過形成這些板而生產的板材和部件的剛度方面具有良好的機械性能；-所形成的部件的良好的機械性能，尤其是抗疲勞和抗沖擊性；和-所得到的板的良好表面外觀，尤其是在形成之后。
權利要求
1.一種夾層板(2)，該夾層板適合于成形和焊接操作并具有優良的耐高溫性，它包括-兩個熔點為Tf的金屬板面層(1，1’)；和-熔點為Tc的金屬芯(4)，其中，Tc可以與Tf相等或不等，其特征在于，該金屬芯(4)的密度小于各面層(1，1’)的密度，并且該金屬芯(4)和各面層(1，1’)通過金屬粘結劑(3，3’)粘合在一起，該金屬粘結劑(3，3’)具有小于Tc和小于Tf的熔點Tm。
2.一種如權利要求1所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬芯(4)占據將兩個金屬板面層(1，1’)分開的體積的10％和80％之間。
3.一種如權利要求2所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬芯(4)占據將兩個金屬板面層(1，1’)分開的體積的20％和60％之間。
4.一種如權利要求1-3中的任一項所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬芯(4)由金屬毛、金屬編織品、金屬紡織品、金屬泡沫或金屬海綿組成。
5.一種如權利要求1-4中的任一項所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬芯(4)由鋼制成。
6.一種如權利要求1-5中的任一項所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬板面層(1，1’)由鋼制成。
7.一種如權利要求5或6所述的夾層板(2)，其特征在于，所述金屬板面層(1，1’)和金屬芯(4)由鋼制成，并且所述金屬粘結劑(3，3’)選自錫及其合金、鋅及其合金和鋁及其合金。
8.一種用于制造夾層板(2)的方法，該夾層板(2)適合于成形和焊接操作并具有優良的耐高溫性，該夾層板(2)包括兩個具有內表面和外表面且熔點為Tf的金屬板面層(1，1’)，這些面層(1，1’)通過熔點為Tc的金屬芯(4)粘合在一起，其中，Tc可以與Tf相等或不等，兩個面層中的每一個的內表面都設置成面向金屬芯，其特征在于，該方法包括以下步驟-將金屬芯(4)插在兩個金屬板面層(1，1’)之間，在各面層的內表面上預涂敷有金屬涂層，其中，該金屬涂層的熔點Tcoat低于金屬板面層的熔點Tf和金屬芯的熔點Tc；-在溫度T下、在使金屬芯(4)粘附到各面層(1，1’)上的速度和持續時間條件下加熱由兩個其間插入有金屬芯(4)的金屬板面層(1，1’)形成的組件，其中，該溫度T處在金屬涂層熔點Tcoat減50℃和金屬涂層熔點Tcoat加200℃之間；和-冷卻所述組件。
9.一種如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述加熱和冷卻步驟之間，將壓力施加到由所述兩個金屬板面層(1，1’)和所述金屬芯(4)形成的組件上，調節所述壓力以使得不損壞該金屬芯(4)的結構。
10.一種如權利要求8或9所述的方法，其特征在于，對由所述金屬板面層(1，1’)和所述金屬芯(4)形成的組件進行感應加熱。
11.一種如權利要求8-10中的任一項所述的方法，其特征在于，所述各金屬板面層(1，1’)的金屬涂層的厚度在5μm和350μm之間。
12.一種如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述各金屬板面層(1，1’)的金屬涂層的厚度在20μm和80μm之間。
13.一種如權利要求8-12中的任一項所述的方法，其特征在于，加熱由所述金屬板面層(1，1’)和所述金屬芯(4)形成的組件(4)的速率大于或等于30℃/S。
14.一種如權利要求8-13中的任一項所述的方法，其特征在于，加熱由所述金屬板面層(1，1’)和所述金屬芯(4)形成的組件的時間小于15S。
15.一種如權利要求8-14中的任一項所述的方法，其特征在于，所述涂層的熔點Tcoat小于所述金屬板面層的熔點Tf的0.9倍并小于所述金屬芯的熔點Tc的0.9倍。
16.一種如權利要求8-15中的任一項所述的方法，其特征在于，各金屬板面層(1，1’)的內表面通過在一液體金屬槽中熱浸而進行涂敷，該液體金屬選自錫及其合金、鋅及其合金和鋁及其合金。
17.一種如權利要求8-16中的任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬板面層(1，1’)由鋼制成。
18.一種如權利要求8-17中的任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬芯(4)的密度小于各金屬板面層(1，1’)的密度。
19.一種如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述金屬芯(4)由金屬毛、金屬編織品、金屬紡織品、金屬泡沫或金屬海綿組成。
20.一種如權利要求8-19中的任一項所述的方法，其特征在于，用一種涂層涂敷所述兩個金屬板面層(1，1’)中的至少一個的外表面，該涂層的熔點Te高于涂敷該兩個面層(1，1’)中的每一個的內表面的金屬涂層的熔點Tcoat加200℃。
21.一種能通過如權利要求8-20中的任一項所述的方法獲得的夾層板。
22.一種如權利要求1-7和21中的任一項所述的夾層板(2)的應用，該夾層板用于生產經成形、上漆和隨后的熱處理的汽車車身部件。
23.一種按照權利要求22所述應用而獲得的部件，其特征在于，它在高于160℃的溫度下經受熱處理。
全文摘要
本發明涉及一種夾層型金屬板(2)，該板適合于成形和焊接操作并具有優良的抗高溫性，該板包括兩個熔點為T
文檔編號B23K1/00GK1720135SQ200380104609
公開日2006年1月11日 申請日期2003年11月14日 優先權日2002年11月28日
發明者O·布阿齊茲, P·德里耶, J－C·薩爾蒂尼 申請人:于西納公司