CN102794435B - 将金属结合到基底的方法 - Google Patents

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Abstract

将金属结合到基底上的方法，其包括：在该基底表面上形成氧化物层，和在熔融态时，将该金属溢流浇注到该基底表面上。该溢流浇注驱动了在该溢流浇注金属和该氧化物层之间的界面处的反应，来形成另外的氧化物。该另外氧化物通过该溢流浇注金属的凝固来将该金属结合到基底表面上。

Description

将金属结合到基底的方法
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：在该基底表面上形成氧化物层，和将处于熔融态的该金属溢流浇注（overcasting）到该基底表面上。该溢流浇注驱动（drive）了在该溢流浇注金属和该氧化物层之间的界面处的反应，来形成另外的氧化物，这里该另外氧化物通过凝固该溢流浇注金属来将该金属结合到该基底表面。
本发明包含以下方面：
1. 将金属结合到基底的方法，其包含：
在该基底表面上形成氧化物层；和
将处于熔融态的该金属溢流浇注到该基底表面上，该溢流浇注驱动了在该溢流浇注金属和该氧化物层之间的界面处的反应来形成另外氧化物，其中该另外氧化物通过该溢流浇注金属的凝固来将该金属结合到该基底表面上。
2. 方面1所述的方法，其中该氧化物层包括多个限定在其中的纳米孔。
3. 方面2所述的方法，其中在形成该氧化物层之后，该方法进一步包括：通过将作为氧源的材料引入到该多个纳米孔中，来提供用于所述界面处的反应的氧源。
4. 方面3所述的方法，其中该材料是经由化学气相沉积，电化学沉积，溶胶-凝胶方法或者浸渍中任意一种而引入到该多个纳米孔中的。
5. 方面3所述的方法，其中该材料选自可还原金属氧化物。
6. 方面1所述的方法，其中该金属选自镁，铝，钛及其合金，和其中该基底选自铝，锌，镁，钛，铜，钢及其合金。
7. 方面1所述的方法，其中在形成该氧化物层之后，该方法进一步包括：通过从i)在该基底表面上所形成的该氧化物层中，或者从ii)周围环境中的空气中提取氧来提供氧源。
8. 方面1所述的方法，其中该氧化物层的形成是通过如下来自然完成的：将该氧化物层沉积到该基底上，或者在电解质存在下，经由阳极氧化从该基底生长该氧化物层。
9. 方面1所述的方法，其中在形成该另外氧化物之前，该方法进一步包含图案化该基底表面。
10. 方面1所述的方法，其中该另外氧化物是二元氧化物，三元氧化物，高于三元的等级的氧化物，尖晶石，或者其组合。
11. 方面1所述的方法，其进一步包括至少将热施加到该溢流浇注金属和该氧化物层之间的该界面处，来进一步进行该另外氧化物形成反应。
12. 将镁结合到铝基底上的方法，其包括：
在该铝基底表面上形成氧化铝层；和
将处于熔融态的镁溢流浇注到该铝基底上，该溢流浇注在氧存在下驱动了镁和氧化铝层之间的界面处的反应以形成尖晶石，其中该尖晶石通过凝固镁来将镁结合到该铝基底上。
13. 方面12所述的方法，其中该镁是与来自以下的氧分子反应以形成尖晶石：i)在该基底表面上所形成的金属氧化物，或者ii)气体。
14. 方面12所述的方法，其中该镁是与仅该基底表面的金属氧化物反应来形成尖晶的。
15. 方面12所述的方法，其中该镁是与来自引入到所述的多个纳米孔中的材料的氧分子反应，所述材料选自可还原金属氧化物。
16. 汽车零件，其包含：
包括表面的基底，该表面具有在其上形成的氧化物层；和
溢流浇注金属，该金属是经由在该溢流浇注金属和该金属氧化物层之间的界面处形成的另外氧化物而结合到该基底表面的，该另外氧化物在该溢流浇注金属和该基底之间产生化学结合。
17. 方面16所述的汽车零件，其中该溢流浇注金属选自镁，铝，钛及其合金，和其中该基底选自铝，钛，铜，钢及其合金。
18. 方面16所述的汽车零件，其中该另外氧化物是二元氧化物，三元氧化物，具有高于三元的等级的氧化物，尖晶石，或者其组合。
19. 方面16所述的汽车零件，其中该氧化物层包含多个纳米孔，和其中通过形成另外氧化物，该另外氧化物在该溢流浇注金属和该基底之间进一步产生化学结合。
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-1F示意性表示了将金属结合到基底上的方法的一个例子；
图1A-1D(具有或者不具有图1C)和1J示意性表示了将金属结合到基底的方法的另外的例子；
图1A，1B和1D-1F示意性表示了将金属结合到基底的方法的再另外的例子；
图1A和1G-1I示意性表示了将金属结合到基底的方法的又另外的例子；
图1F-A是图1F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
图2B是图2A中所示的多个纳米孔的平面图。
具体实施方式
铝和钢可以用于制造不同的汽车零件，这至少是因为这些材料具有有助于该零件的结构整体性（structural integrity）的机械强度。已经发现零件中的一些铝或者钢可以用较轻重量材料(例如镁)来代替。据信较轻重量材料的存在会在一些情况中降低汽车零件的总重量。
已经发现镁可以经由浇注方法例如称作溢流浇注的方法加（incorporated）到铝或者钢零件上。还已经发现在一些情况中镁不能冶金结合（metallurgically bond）到下面的铝或者钢上，至少没有达到形成被认为是结构牢固（structurally sound）的并可用于汽车的零件所必需的程度。例如，铝可以包括在其上所形成的致密氧化物表面层(例如氧化铝)，其在浇注过程中可防止镁冶金结合到氧化物层下面的铝上。更具体地，在浇注方法过程中，镁不能渗透（penetrate）致密氧化物层并以足以赋予所形成的零件结构牢固的方式来与下面的铝结合。作为此处使用的，“结构牢固”的零件是这样的零件，其机械性能使得该零件能够经受住零件使用过程中所产生的不同的操作应力和应变。
这里所公开的方法的例子可以用于通过将金属(例如镁或者镁合金)结合到基底(例如铝，钢，钛等)上来形成零件。这些材料之间所产生的接合（joint）使得该零件被认为具有必需的结构整体性以致能够用于汽车中。在一个例子中，两种材料可以通过提高在该金属和基底之间的界面处的接合强度(即，它的界面强度)而结合到一起。这可以以适于促进期望的化学反应的方式通过改变该基底表面来实现。更具体的，该接合强度可以通过如下来提高：氧化该基底的表面，并且驱动该金属和氧化表面之间的化学反应以产生另外的氧化物，该氧化物能使该金属化学结合到氧化表面上。在一些情况中，还可以形成物理结合，例如在该金属和该基底表面之间产生机械互锁。
将结合图1A-1F，1F-A，2A和2B来描述将金属结合到基底上的方法的一个例子。在这个例子中，通过该方法所形成的零件10(图1F所示)包括铝基底和结合到其上的镁金属。应当理解该方法也可以或者另外用于形成由其他的材料组合所制成的零件。例如，该零件可以由这样的基底材料形成，该材料可以适用于汽车应用(例如用于制造汽车底盘部件，发动机支架，仪表盘(IP)横梁，发动机缸体（engine block）和/或类似物)。该基底在一些情况中可以选自这样的材料，该材料是足够难熔的使得该基底材料在溢流浇注过程中曝露于熔融金属时不会熔融，其细节将在下面至少结合图1D来提供。该基底材料可以选自金属。在一个例子中，该金属可以选自铝、钛及其合金，其可在被阳极氧化（anodized）时(下面进一步描述)形成多孔氧化物结构。在另一个例子中，该金属可以选自铜、镍及其合金，其在曝露于非阳极氧化的氧化工艺方法(同样在下面进一步描述)时可以形成多孔氧化物结构。应当理解其他的材料也可以适当的用于此处公开的方法中，它们的一些例子包括铸铁、超级合金(例如基于镍，钴，或者镍-铁的那些)、钢(其是铁，碳和可能的其他成分的合金)、黄铜(其是铜合金)和非金属(例如高熔融温度聚合物，例如熔融温度至少350℃的那些，玻璃，陶瓷和/或类似物)。该基底材料可以此外选自制造适用于其他应用的零件的材料，所述其他应用例如非汽车应用，包括飞机，工具，房屋/建筑物部件(例如管道)等。在这些应用中，该基底材料可以选自上述任意的金属，或者可以选自另外的金属或者非金属(例如钢，铸铁，陶瓷，高熔融温度聚合物(例如诸如晶体聚合物，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚砜和/或其他熔融温度至少350℃的聚合物)等等)。该高熔融温度聚合物可以进一步包括保护层和/或被冷却来防止聚合物熔融和/或分解，以使得该聚合物、保护层和该溢流浇注方法的组合不会显著破坏所述基底(即，通过该基底/溢流浇注金属体系所形成的制品对于它的目标用途而言仍然是有功能性的)。
如果该基底选自非铝金属或者另外的当被阳极氧化时形成多孔氧化物结构的金属，则该基底材料在一个例子中可以镀铝（aluminize）(即，在该基底材料表面上形成铝或者富铝合金层)，来用于此处公开的方法中。例如，钢可以经由将该钢热浸到铝-硅熔体中来镀铝，这在该钢表面上形成了铝层。如下面详细描述的，这种铝层之后可以被阳极氧化来形成氧化铝。据信其他材料例如铜也可以经由热浸或者另外的合适方法例如诸如气相沉积来镀铝。
应当理解可以不需要氧化铝表面来实施此处公开的方法的实施例。例如镁或者另外的金属可以被氧化来形成氧化物层，并且任选地，可以在其中形成孔。所以，在将镁溢流浇注到铝或者镀铝的表面上之后，可以使用其他的体系。形成多孔基底表面的其他方法在此也是可以预期的(对于其中形成了多孔表面的在本文中所公开的那些实施例方法)，并且被认为处于本发明的范围内。一种形成氧化物结构的方式是将氧化物沉积到该基底的表面上。这可以例如通过将另外的可氧化金属电镀到基底表面上，和然后氧化所述另外的金属来实现。仍然的其他方法包括化学气相沉积，物理气相沉积，热喷涂和浸渍方法。该浸渍方法可以包括将基底12浸渍到熔融金属中，来产生在表面S上的金属薄层，然后氧化该金属。在该氧化的基底表面中形成孔（pores）的其他方法的例子包括电镀，放电（electro-discharge），使用激光的方法，和/或利用氧化物环境或者在氧化物环境中的喷砂处理（shot blasting）。在一个例子中，所述孔然后可以使用在氧化物环境中的合适的电极经由放电法在氧化物中形成(来形成氧化物结构)。当例如使用电镀作为产生多孔表面的方式时，所述表面的孔隙率可以使用图案化（patterning）和/或掩模法(例如平版印刷法)、非导电材料溅射等来控制。
在一个例子中，该待结合到基底上的金属可以选自元素周期表中任何这样的金属，该金属的熔点或者熔融温度低于或者接近于(例如在1℃内)金属结合到其上的基底的熔融温度。应当理解这里所讨论的溢流浇注金属可以纯金属或者其合金。另外，该基底应当足够难熔，以使得它在浇注过程中不过度地（too severely）熔融。已经发现选择熔点低于基底的金属能够使得在在没有熔融下面的基底的情况下完成浇注。例如可以选择镁作为待溢流浇注到上面所列出的任何基底材料(例如铝，钛，铜，其合金等，除了在一些情况中是镁)上的金属，这至少部分地因为镁的熔融温度是大约639℃并且低于任何这些基底材料。能够用于形成汽车零件的金属和基底组合的一些例子例如包括：i)分别的镁和铝，和ii)分别的镁和钢。能够选择的金属的其他例子包括铝，铜，锌，钛，铁及其合金。当选择铝作为该金属时，铝可以结合到熔融温度低于铝的基底材料上。例如铝(其熔融温度是大约660℃)可以结合到铜(其熔融温度是大约1083℃)，钛(其熔融温度是大约1660℃)或者钢(例如熔融温度大约1510℃的不锈钢和熔融温度是大约1425℃-大约1540℃的碳钢)上。此外，当选择铜作为该金属时，铜可以结合到钢上，这至少部分地由于铜的熔融温度低于钢。
应当理解在一些例子中，该溢流浇注金属的熔融温度不必须小于基底，这至少部分地因为该基底可以包括保护层、进行冷却，和/或具有在熔融之前足以提取（extract）凝固热的质量和传导性（mass and conductivity）。例如在溢流浇注例如是在具有用于冷却镁的冷却机构的铸模浇注机（die caster）中进行时，铝(同样的，其熔融温度是大约660℃)可以溢流浇注到镁(其熔融温度是大约639℃)上。
同样，据信该溢流浇注金属可以另外选自熔融温度高于基底的金属。在这个例子中，该基底材料可以在溢流浇注过程中被冷却，和/或具有足以在金属对基底的结构整体性产生不良影响之前凝固所述的熔融溢流浇注金属的质量，和/或具有在其上的保护层。在一些情况中，传递到基底的热可以足够低，以使得基底温度不达到它的熔融温度，并且因此将不熔融(或者轻微熔融)。在一些情况中，可以在基底上构建涂层(由例如具有非常高的熔融温度的材料(例如氧化铝)制成)，其能够降低传递到基底上的热。例如氧化铝(其熔融温度是大约2072℃)可以用作该基底的合适的涂层。但是，应当理解所选择的涂层材料还应当是耐久的和粘附性（adherent）的，以使得该材料能够对所形成的零件的结构整体性作出贡献。例如，耐久性和粘附性不足的材料可以用作涂层，只要该材料是与合适的另外的成分结合来提高它的耐久性和粘附性。
因此，在一个例子中，当该金属是镁时，该基底可以选自铝，钛，锰，铬，锌，铁，铜及其合金。
虽然在此已经给出了几个例子，但是应当理解可以使用基底和溢流浇注金属材料的任意组合，只要浇注程序(例如浇注温度，时间等)使得溢流浇注可以在不明显损坏基底的情况下完成。
另外，这里存在着层级的溢流浇注金属，其中位于该序列较高位置的金属能够热力学还原位于该序列较低位置的金属的氧化物。这个序列（其包括首先最高的金属位置和最后最低的金属位置）包括：镁，锂，铝，钛，硅，钒，锰，铬，钠，锌，钾，磷，锡，铁，镍，钴和铜。例如，铝可以溢流浇注到氧化钛上；但是不能有效的溢流浇注到氧化镁上(即，在所述材料之间将不发生令人期望的反应)。
应当理解上面序列中所确定的硅在一些情况中可以以合金的形式来使用，例如诸如具有铝和硅低共熔（eutectic）结构的铝-硅合金。铝-硅合金的氧化会产生包括铝氧化物和硅氧化物的结构。
在下面详细描述的方法的例子中，该基底材料特别选自铝或者铝合金，该结合金属选自镁或者镁合金。为了说明下面的实施例方法，形成了包括铝基底和结合到其上的镁的零件。
图1A-1F中所示的方法的例子通常包括选择基底12(在图1A中示出)，然后氧化基底12的表面S，来形成氧化物层(在图1B中用标号18来表示)。在表面S被氧化之后，通过引入溢流浇注金属(在图1D中用标号M表示)，在溢流浇注金属M和形成于所述基底表面S上的金属氧化物层18之间形成的界面(例如图1D所示的I1，I2)处发生反应。前述反应形成了另外的氧化物，其是中间产物(例如在图1E和1F中表示为层20)，其使得该溢流浇注金属M能够与氧化物层18(和基底12)化学结合，并且形成金属层14(图1F所示)。该另外氧化物20形成的另外的细节将在下面至少结合图1E和1F进行描述。
在一个例子中，该氧化物层18是多孔氧化物层，并且该层18可以经由阳极氧化方法，通过在基底表面S上生长该氧化物层18来形成。简而言之，阳极氧化是一部分的铝基底12氧化以形成由铝氧化物(即，氧化铝)构成的结构18。因此，一部分的铝基底12随着铝氧化物结构18生长而被消耗。阳极氧化可以例如通过如下来完成：使用铝基底12作为电解池的阳极，并且将该阳极和合适的阴极置于含水电解质中。该电解质的一些例子包括硫酸(H2SO4)，磷酸(H2PO4)，草酸(C2H2O4)和铬酸(H2CrO4)。这些电解质理想地形成多孔氧化铝；即，氧化铝结构18包括形成于其中的纳米孔16。此外，可以使用任何合适的阴极，它的例子可以包括铝或者铅。将合适的电压和电流(例如直流电流或者在一些情况中直流分量和交流分量)施加到电解池一定的时间量，以阳极氧化所选择部分的铝基底12来生长结构18。在一个例子中，大约0.1µm-大约50µm的铝基底是阳极氧化的，这至少部分地取决于待形成的多孔氧化物层的所需厚度。例如，据信对于使用硫酸电解质的阳极氧化来说，每3µm所形成的氧化物层消耗了大约2µm的下面的基底。另外据信前述比率可以至少部分地基于阳极氧化层的孔隙率以及金属氧化物层与下面的基底的质量平衡而改变。
在一个例子中，阳极氧化可以在大约1 V-大约120V的电压下发生，并且该电压可以随着氧化物层(或者结构18)生长的更厚而在整个阳极氧化方法中根据需要进行调节。
应当理解除了电压之外，还可以调整其他参数来控制氧化物层18的厚度。例如，氧化物层18的厚度至少部分地取决于电流密度乘以阳极氧化时间。典型的，施加特定的电压来实现将氧化物层18生长到期望的厚度所需的电流密度。此外，所用的电解质以及温度也会影响该氧化物层18的性能，以及生长和形成该氧化物层18到期望的厚度的能力。例如，氧化物层18的厚度会取决于电解质的导电率，其进而取决于电解质的类型、浓度和温度。此外，氧化物层18是电绝缘的，并因此在恒定的电压时，电流密度将随着层生长而降低。在一些情况中，电流密度的降低会限制氧化物层18的最大生长，并因此该电压不会一直持续增加来提高层18的厚度。但是，在一些情况中，令人期望的是提高整个方法的电压。在一个例子中，所施加的电压可以在大约25 V-30V开始，然后随着氧化物层18生长，该电压会升高到更高的电压。
此外，纳米孔16的尺寸可以至少通过调节电压来控制，但是电压的调节可以根据所用的材料(例如基底材料)来改变。在一个例子中，纳米孔16具有大约1.29nm的有效直径D(参见图1F)/每1V所施加的电压，并且相邻孔16之间的间隔是大约2.5nm/每1V所施加的电压。孔16的尺寸和间隔将在下面进一步详细描述。
据信结构18(即，多孔铝氧化物层)的生长至少部分取决于电流密度，电解浴(即，电解质)化学，发生阳极氧化时的温度，阳极氧化时间量，和/或所施加的电压。在一些情况中，结构18的某些性能还可以通过将AC电流引入代替DC电流或者叠加到DC电流上的AC电流来进行控制。此外，阳极氧化可以在大约-5℃到大约70℃(或者在另外一个例子中，在大约-5℃到大约10℃)的温度下完成，并且该方法可以进行几分钟到几小时，这至少部分取决于待生长的结构18的期望厚度。在一个例子中，生长的氧化物层或者结构18的厚度是大约2μm-大约250μm。在另一例子中，生长的氧化物层或者结构18的厚度是大约40μm-大约80μm。
经由上述阳极氧化方法所形成的多孔氧化物结构18可以包括许多限定于其中的纳米孔16，和限定每个孔16的底部的氧化铝阻隔层19。该阻隔层19是薄的致密层(即，如果有的话，具有极小的孔隙率)，并且可以构成所形成的氧化物结构18的总厚度的大约0.1%-大约2%。
作为此处使用的，术语“纳米孔”指的是这样的孔，其有效直径(已知每个孔不会具有完美的圆形横截面)落入纳米范围(例如1nm-1000nm)；并且该孔可以至少部分地延伸穿过氧化物结构18。在一些情况中，该氧化物结构18可以蚀刻来除去其在纳米孔16底部的部分(包括阻隔层19)，由此曝露下面的铝基底12。每个纳米孔16具有基本上圆柱形，其在延伸贯穿所述孔长度(如在图2A中示意性表示)。应当理解纳米孔16的尺寸至少部分取决于上述的阳极氧化参数。此外，假定每个孔16的有效直径是大致相同的，并且该有效直径也是贯穿该孔16的长度基本相同的。但是，应当理解每个纳米孔16可以不必须具有贯穿它的长度一致的直径；例如，一个或多个孔16的直径可以在孔16的顶部(例如，与基底表面S相反的孔端部)是较小的和在孔16的底部(例如相邻于基底表面S的孔端部)是较大的。在另一例子中，纳米孔16可以具有球状（bulb-like）形状，其中接近于孔16长度中点处的有效直径大于孔16两端的有效直径。另外纳米孔16可以具有此处没有明确提及的另外的构造。
在一个例子中，每个纳米孔16的有效直径D(图1F-A所示)是大约15nm-大约160nm。在另一例子中，每个纳米孔16的有效直径D是大约25nm-大约75nm。在仍然的另一例子中，有效直径D是大约50nm-大约150nm。但是，应当理解纳米孔16期望的有效直径D(或者尺寸)可以至少部分取决于熔融金属M的流动性、粘度和润湿性，这至少部分地归因于熔融金属M将渗入纳米孔16。此外，纳米孔16的尺寸还会取决于该表面S是否对于金属M是润湿的（where the surface S is wetting to the metal M）(其将在下面更详细的描述)。通常，在其中表面S对于金属M是润湿的情况中，纳米孔16的期望尺寸会小于当表面S对于金属M是非润湿时的尺寸。
此外，纳米孔16的直径可以通过氧化物结构18的高度来改变(例如这里纳米孔16具有直径不同的段)。这可以通过在第一电压时生长该氧化物层18来实现，这里孔16的尺寸力图达到稳态。因此，在该方法过程中，通过改变电压使得孔16力图达到另外的稳态来产生转变区。更明确的，纳米孔16的稳态直径至少部分取决于电压。例如，第一电压可以用于初始生长该纳米孔16，直到达到第一稳态直径，然后可以使用第二电压来进一步生长纳米孔16，直到达到第二稳态直径。纳米孔16的第一和第二直径转变区存在于第一和第二电压之间。
跨越基底表面S，可以形成具有和不具有纳米孔16的区域。这可以使用掩模来实现。该掩模阻止了孔形成，并因此掩模的区域不包括纳米孔。基底表面S的这些掩模区域在尺寸上(例如微米或者甚至毫米)可以大于在未掩模区域中生长的单个纳米孔16的尺寸。取决于所用的掩模，这种方法能够产生包含纳米孔16的不连续区域(即，纳米-岛，在下面进一步讨论)，或者包含纳米孔的连续层，该层具有形成于其中的多个孔(即，不具有纳米孔16的区域)。在此还可以预期跨越基底表面S形成具有不同尺寸的纳米孔16。这可以例如通过如下来实现：掩模表面S的第一区域，并且使未掩模区域中的纳米孔16生长，同时施加合适的电压用于生长。其后，其中包含生长的纳米孔16的该基底表面S的区域可以掩模来保持那些纳米孔16的尺寸。该表面S的前述掩模区域现在是未掩模的。可以施加不同的电压到新的未掩模区域来生长另外的期望尺寸的纳米孔。
纳米孔16可以例如均匀处于氧化物结构18中，这里孔16是排列成行的（aligned）。这表示在图2A中。换句话说，纳米孔16在上述阳极氧化方法过程中垂直于表面生长。应当理解纳米孔16会表现出一些无规性，至少在它们在氧化物层18中的各自位置方面，因此图2A中所示的纳米孔16的构造不被认为是典型的情况。另外应当理解可以使用某些定位技术来控制纳米孔16的定位，以实现更均匀的构造，例如图2A所示的构造。所形成的纳米孔16的数目至少部分取决于各单个孔16的尺寸(例如有效直径)和待阳极氧化的基底表面S的表面积。作为一个例子，使用40V的施加电压，所形成的纳米孔16的数目是大约1x109/每cm2基底表面-大约1x1010/每cm2基底表面。在一个例子中，零件10的表面积可以是大约200cm2，因此孔16的数目是大约2x1011。此外，如果每个孔16被限定在单元(cell)内(例如图2B所示的单元C)，则各单元的尺寸可以是大约100nm-大约300nm。在一个例子中，在结构18中形成的相邻孔16之间的间隔d(图1F-A所示)是大约100nm-大约300nm。在另一例子中，相邻孔16之间的间隔是大约180nm-大约220nm。在仍然的另一例子中，相邻孔16之间的间隔是大约200nm。
在一些情况中，令人期望的是选择镁将结合到其上的铝基底12的某些部分，或者选择用于形成纳米孔16之处(在铝基底12上)。在这些情况中，未选择部分的基底表面S没有进行阳极氧化。这可以例如通过在从该铝基底12生长氧化物结构18之前对该铝基底进行图案化来实现。图案化可以经由任何合适的技术来实现，并且用于进行铝基底12的局部阳极氧化。例如，可以使用任何常规的照相平版法（photolithography），它的一个例子包括将硬掩模材料沉积到铝上，然后使用光致抗蚀剂来图案化该掩模材料以进行所述的铝的局部曝露。在一个例子中，将掩模图案化来将部分的铝曝露于电解质，氧化物结构18可以选择性地从该电解质中生长。一旦掩模和光致抗蚀剂就位，保持曝露的区域然后可以进行局部阳极氧化，并且对通过图案化掩模曝露的铝被局部阳极氧化，例如通过使用曝露的或者图案化的铝层作为上述电解池的阳极来进行。
据信图案化还可以用于改变该金属M和该基底12之间形成的界面的某些区域中，可能是临界区域中的应力分布形式（stress pattern）。这些临界区域可以例如是倾向于在使用过程中被曝露于较高的负荷(例如诸如曝露于摩损或者滚动接触的那些表面)的区域。例如，可以在基底表面S上的某些区域中形成强的结合，在所述区域中具有高密度的纳米孔16，金属M能在溢流浇注过程中与纳米孔16相互作用。可以使用图案化(使用上述的掩模)例如来降低基底表面S上某些区域中的孔16的数目。例如当期望的是将应力从基底12转移到溢流浇注金属M，或者反之时，这会是有用的。
应当理解某些区域尺寸之间的半径（radius between certain section sizes）也可以被认为是具有增加的应力的区域。对于这些区域来说，图案化结合多个阳极氧化处理(使用不同的电压或者时间)会产生具有不同的多孔结构的表面。例如可以第一次阳极氧化表面，然后掩模一部分的该表面。然后可以使用不同于第一阳极氧化处理过程中所用电压的电压，将第二阳极氧化处理施加到未掩模部分的表面。在第二阳极氧化完成后，未掩模表面区域包括纳米孔16，该孔的直径沿着它们各自的长度变化。作为第二阳极氧化方法的结果，在第一阳极氧化方法过程中在掩模区域中所形成的纳米孔16保持不变。同样，掩模区域中的纳米孔16可以包括基本均匀的纳米孔，所述纳米孔的长度比该表面未掩模区域中所形成的纳米孔16更短或者更长(至少部分取决于第二阳极氧化处理过程中阳极氧化电压或者时间如何变化)。
作为上面简单提及的，图案化可以用于在纳米孔16群（clusters）之间产生区域，其中各群可以称作纳米-岛。这些纳米-岛可以用于这样的情况中，其中熔融的金属M不能充分的渗入纳米孔16(即，当不存在纳米-岛时)，其至少部分地归因于表面张力。据信被裸露区域(即，没有任何纳米孔的区域)包围的纳米-岛的存在增加了熔融金属M在溢流浇注过程中能够适当地渗透的所述基底表面S的表面积。在一个例子中，多孔纳米-岛是通过掩模部分的基底表面S来形成的。未掩模的区域将经历生长和纳米孔形成，因此将变成纳米-岛。将未掩模部分阳极氧化来形成纳米孔16和纳米-岛。应当理解术语“纳米”当与多孔纳米-岛结合使用时，指的是纳米-岛中形成的单个纳米孔16的尺寸(即，有效直径)。虽然纳米-岛的表面积可以落入微米范围(1µm2-1000µm2)内，但是该纳米-岛的表面积可以如期望那样大。
同样如上所简单提及的，可以形成连续的纳米-多孔层，其包括非多孔的凹坑（depressions）/洞（holes）。这可以通过如下来形成：掩模将要形成凹坑的该基底表面S的凹坑指定部分，并且将未掩模部分的表面S曝露以阳极氧化。包围所述凹坑的区域包含纳米孔16，而该凹坑不包含纳米孔16。该凹坑的尺寸还可以呈纳米尺寸，但是也可以如期望那样大。此外，该凹坑可以采用任何形状或者形式，例如圆形，正方形，直线，波纹线（squiggly line），花形等。还据信所述凹坑的存在还提高了金属M能够在溢流浇注过程中渗透的基底表面S的表面积。
形成多孔基底表面的其他方法在此也是可以预期的，并且被认为处于本发明范围内。一种形成氧化物结构18的方式是将该氧化物沉积到基底12表面上。这可以通过例如如下来实现：将另外的可氧化的金属电镀到基底表面12上，然后氧化该另一种金属。 其他方法还包括化学气相沉积，物理气相沉积，热喷涂和浸渍方法。浸渍方法可以包括将基底12浸渍到熔融的金属中，来在表面S上产生薄金属层，然后氧化该金属。
在氧化的基底表面中形成孔的其他方法的例子包括电镀，放电法，使用激光的方法，和/或利用氧化物环境或者在氧化物环境中的喷砂处理。在一个例子中，孔16因此可以使用在氧化物环境中的合适的电极经由放电法在氧化物中形成(来形成氧化物结构18)。当例如使用电镀作为产生多孔表面的方式时，表面孔隙率可以使用图案化和/或掩模法(例如平版印刷法)、非导电材料溅射等来控制。
应当理解在一些情况中，氧化物层可以自然形成于基底表面S上(例如，Cr2O3可以自然形成于不锈钢表面上，Fe2O3可以自然形成于标准钢表面上， 氧化铝可以自然形成于铝表面上等)。但是，天然存在的氧化物在一些情况中会不足够强来最终形成与溢流浇注金属M的化学结合（chemical bond）。应当理解氧化物层18从基底12上的自然形成可以由不使用电的化学环境协助(例如在盐水存在下，当置于高温下的氧化性环境中时，氧化铁可以更快地生长)来形成金属M可以结合到其上的强的氧化物结构18。
据信氧化物结构18中纳米孔16的存在使得熔融的金属M不仅能够与结构18的氧化物反应，而且还提供了该熔融的金属M到达并与下面的基底12反应(例如，当经由蚀刻除去阻隔层19时) 的途径。在这种构造中，可以产生两种分别的化学结合：一种是与结构18的金属氧化物的化学结合，另一种是与基底12的金属的化学结合。
另外据信纳米孔16的存在提高了金属氧化物结构18用于与溢流浇注金属M反应的表面积，并因此更多的氧化物能够用于该溢流浇注金属M来产生更强的化学结合。此外，纳米孔16能够促进在凝固时氧化物结构18和该金属M之间的一些机械结合。该机械结合机理的细节可以在2011年5月23日申请的US临时申请序列号.61/488958中找到。
一旦已经形成了铝氧化物结构18，则图1A-1F所示的该方法的例子进一步包括向该***提供来自氧源(例如氧气，含有氧材料，大气氧等)的氧离子，这里该氧在氧化物层18和金属M之间的反应过程中被消耗来形成另外氧化物。在其中金属M与下面的基底12接触的情况中，也会发生金属M和基底12之间的反应。在一个例子中，氧源是引入到纳米孔16中的材料，如图1C所示。该材料向纳米孔16中的引入可以经由沉积方法，例如化学气相沉积(CVD)或者电化学沉积来完成。引入材料的另外一种方式包括使用溶胶-凝胶施加法(即，湿化学技术（wet-chemical technique），这里溶液(即，溶胶)逐渐形成了凝胶状网络，其包含液相和固相二者)。该溶胶-凝胶可以经由几种方式例如涂覆，浸渍，喷涂，电泳等，施加到纳米孔16中。当施加时，溶胶-凝胶芯吸到纳米孔16中，其后转化成氧化物。溶胶-凝胶向氧化物的转化可以通过将该溶胶-凝胶曝露于潮湿环境来水解该溶胶-凝胶而完成。氧化的溶胶-凝胶可以曝露于热以干燥该氧化物，以及分解所存在的任何氢氧化物和除去任何吸附的水。将材料引入到纳米孔16中的再另一种方式包括将基底12(其包括氧化物层18)浸入到含有含氧材料的浴中。
用作氧源的材料可以选自任何上述的热力学列表中的可还原氧化物，并且所选择的可还原氧化物其负生成自由能（negative free energy of formation）小于该溢流浇注金属M的氧化物。在其中溢流浇注金属M是镁的情况中，则可用于该含氧材料的可还原性氧化物的一些例子包括Mn3O4，Mn2O3，MnO，Na2O，SiO2，SnO2，CdO，ZnO，Al2O3，FeO，Fe2O3，Fe3O4，Cr2O3和TiO2。
一旦含氧材料(在图1C中表示为O2)已经引入到纳米孔16之中和之上，则镁金属M被结合到基底12上。这可以例如如下来实现：将包括生长在其上的结构18的基底12置于浇注模或者模具(附图中未示出)中，然后将镁金属M溢流浇注到基底表面S上，如图1D所示。溢流浇注通常包括引入(经由例如倾倒)熔融态的金属M(例如镁)到铝基底12上。例如，通过将镁加热到高于它的熔融温度来将固体镁熔化成熔融态。然后，使用浇注工具22(例如陶瓷或者金属坩埚或者勺，如图1D所示)来将熔融的镁金属M倾倒到在浇注模或者模具中的铝12上。在一些情况中，该熔融的金属M可以通过如下来引入：将基底12置于腔室(例如模具)中，然后将金属M注入到该腔室中。在仍然的另一例子中，可以使用逆重力低压模浇注方法，其中该模具高于熔融金属M浴，并且经由机械泵或者通过使用浴上气体压力以驱使金属M向上到达（up to）模具，来将金属M引入模具中。熔融的镁M流过氧化物结构18，并且该溢流浇注方法在例如当具有期望厚度的层14(如图1F所示)在结构18上形成并且凝固时被认为是完全的。
据信镁金属M(其是在处于熔融态时候进行溢流浇注的)渗入和/或与氧化物结构18中形成的纳米孔16反应。在一些情况中，镁金属M流过纳米孔16，并且还会与下面的基底12接触。镁金属M在这样的情况中与下面的基底12接触，在所述情况中氧化铝层18和阻隔层19被蚀刻以曝露下面的基底12。但是，应当理解可以形成强的结合，而无需金属M流过全部的孔16的通路，只要镁金属M适当结合到氧化铝18即可。
当该金属M溢流浇注到结构18上时，在这个例子中，熔融的镁金属M与结构18的金属氧化物在氧存在下反应，来形成另外的新的氧化物层20(如图1E所示)。据信此另外氧化物层20化学结合到初始的氧化物层18上，这里该初始的氧化物层18化学结合到下面的基底12上。在一个例子中，氧是从引入到表面S上和/或纳米孔16中的含氧材料中提取的，并且被用于金属M和氧化物层18之间的界面处的反应中(例如在氧化物层18的曝露的上表面处的界面I1和限定每个纳米孔16的氧化物层18表面处的界面I2，如图1D所示)来形成另外氧化物20，如图1E所示。应当理解一部分的氧化物层18(例如氧化物层18的顶部，以及限定每个纳米孔16的氧化物)在化学反应过程中被消耗来形成另外氧化物20。能够在镁金属M和氧化铝层18之间的界面I1，I2处发生的反应的一个例子如下面的等式(1)所示：
Mg + Al2O3 + ½ O2 → MgAl2O4 (等式1)
在刚刚上面所述例子的一种更具体的例子中，SnO2(如果用作氧源)可以引入到纳米孔16中，然后将熔融的镁金属M倾倒(即，溢流浇注)到氧化物层18(包括纳米孔16，其具有布置在其中的SnO2)上。镁金属M流入和填充纳米孔16，并且在从SnO2提取的氧离子存在下与氧化物层18反应。在已经从其中提取了氧离子之后，该SnO2的金属部分然后可以进入具有熔融金属M的溶液中，并且i)在其中变得可溶（become soluble in），或者ii)在随后的凝固的溢流浇注镁金属M中形成金属间沉淀物。在第一种情况中，所述氧化物的Sn成分将在溢流浇注过程中进入具有镁金属的溶液中，并且在它的凝固晶体结构中分散成为可溶原子。在第二种情况中，所述氧化物的Sn成分将在溢流浇注过程中进入具有镁金属的溶液中，并且在凝固的金属中产生含Sn的金属间沉淀物。据信含Sn的沉淀物的存在不影响图1F所示的所形成的零件10的最终结构整体性。用于该例子的反应(即，产生含Sn沉淀物)用下面的等式(2)表示：
2Mg +2Al2O3 + SnO2 →2MgAl2O4 + Sn (等式2)
在刚刚提供的例子中，所形成的另外氧化物20(即，MgAl2O4)是尖晶石。尖晶石是结晶材料，其中氧化物阴离子排列在立方体的、紧密的晶格中，而阳离子(即，Mg和Al)占据了晶格中的一些或者全部的八面体和四面***置。据信尖晶石的形成(在图1E和1F中表示为形成于氧化物层18上和纳米孔16内的层20)在镁M和铝氧化物层18之间产生了强的化学结合。另外据信这种化学结合有利的提高了通过该方法所形成的零件10(如图1F所示)的界面强度。
应当理解该溢流浇注方法典型地相对快地完成的(例如对于薄壁浇注模来说在几毫秒内)。在这些情况中，该溢流浇注可以在另外氧化物-(或者尖晶石-)形成反应也有机会完成之前完成。在一些情况中令人期望的是在该溢流浇注方法完成之后，施加另外的热来进一步进行该氧化物-(或者尖晶石-)形成反应，来驱动反应完成。加热可以例如通过将零件置于烘箱、炉等中来完成，或者加热可以经由其他已知的加热实施来完成。
同样如图1F所示，零件10是通过凝固该熔融的金属M来形成的，以使得凝固的金属形成结合到基底12’(其现在包括基底金属12、氧化物结构18和尖晶石20)的镁(或者其他金属M)的层14。应当理解氧化物结构18和尖晶石20的形成是在单次施加镁金属M的过程中完成的。此外，所施加的一部分的镁金属M形成了尖晶石20，这至少部分地归因于金属M的施加量明显大于形成尖晶石20所需的量(其取决于之前在基底12上形成的氧化物结构18的量(或者厚度))。在一个例子中，与可以是至少1mm厚的金属层14的厚度相比，尖晶石20层的厚度是大约10nm-大约10μm。在另一例子中，另外氧化物20(例如尖晶石)形成了厚度大约0.1 µm-大约500µm的层。在一个例子中，消耗用来形成尖晶石20的金属M的量可以取决于所述反应，例如上面的等式1所示的反应。在这个例子中，如果氧化铝(Al2O3)的表面积是1cm2和厚度是100μm，并且该表面是大约25%多孔的，则大约30mg的Al2O3与大约7mg镁M反应来形成尖晶石20。任何另外的镁M变成了层14。
在一些情况中，镁金属的层14可以在基底12’上根据浇注模或者模具的形状来形成。在一个例子中，金属M凝固来形成层14包括被动冷却金属M，其能够冷却流过氧化物结构18来产生尖晶石层20和金属层14的熔融金属M。该金属的被动冷却可以例如经由通过自然辐射、对流和/或传导的热损失来完成。在一个例子中，这些热损失方法可以通过将零件10置于室温(例如在大约20℃-大约30℃的温度下)来完成。还可以预期的是凝固还可以通过将零件10置于冷却器或者其他装置中来将零件10曝露于较冷温度下来完成，所述较冷温度在一些情况中会减少完全凝固该金属所需的时间量。在仍然的另一例子中，通过降低浇注模或者模具的温度可以冷却在浇注模或者模具内的零件10。在仍然的另一例子中，零件10可以加热到至少100℃(或者甚至高达大约300℃)。在这个例子中，零件10的加热温度仍然低于该金属的凝固温度，并且因此该金属随着热传导至基底12和模/模具中而冷却。该模/模具可以使用流过该模的油或者水被冷却。在一些情况中，该熔融的金属M可以凝固来形成平层14(如图1F所示)，或者可以采用用于该溢流浇注的浇注模或者模具的预定形状的形式。
该方法的另一例子现在将参考图1A-1D和1J描述。应当理解该方法的这个例子还可以不使用图1C所述的步骤来进行。结合图1A-1C的该方法的这个例子的步骤是与上面例子所述相同的。参考回图1D，在该方法的这个例子中，当熔融的镁金属M溢流浇注到结构18上时，金属M与结构18的金属氧化物反应，并且将整个氧化物结构18基本上转化成尖晶石20’。所形成的尖晶石20’的量可以由如下的组合来控制：起始氧化物(即，氧化物结构18)厚度，熔融的金属M与起始氧化物材料18反应的时间量，和施加到所形成的零件10’来赋予该零件10’期望性能的任何随后的热处理相组合。在一个例子中，整个结构18是在当尖晶石20’形成了大于大约2 µm厚度时基本被转化。初始氧化物层18被转化成新的氧化物，其在这种情况中是尖晶石20’。通过这种方法形成的零件10’示意性表示在图1J中。据信所形成的零件10’包括在基底12和尖晶石20’之间以及在尖晶石20’和镁金属层14之间直接形成的强化学结合。此外，该金属M在熔融态下时可以流入尖晶石20’的纳米孔16中，并且在尖晶石20’的曝露的上表面处以及限定单个纳米孔16的表面处结合到其上。
在仍然的另一例子中，镁金属M可以部分地与初始氧化物(即，层18)反应，并且将该初始氧化物18的部分反应部分转化成第一尖晶石层，和进一步反应来在第一尖晶石层上产生新的氧化物(即，第二尖晶石层)。这产生了整体分级的尖晶石。
该方法的另一例子将在下面结合图1A，1B和1D-1F来公开。这个例子基本上与上述参考图1A-1F所述的例子相同；但是该方法不包括提供来自另外的氧源的氧离子用于反应的步骤。而是在这个例子中，通过形成氧化物结构18(如图1B所示)，将熔融的金属M溢流浇注到氧化物结构18上，并且与氧离子例如从氧化物结构18直接提取的氧离子反应。例如，基底12可以包括对于促进氧化物反应来说有利的元素。在一个例子中，300系列的铝浇注合金在它的低共熔结构中包含硅，并且可以使用上述的阳极氧化(或者另外氧化物形成方法)来氧化该硅以形成二氧化硅(SiO2)结构18。在一些情况中，令人期望的是可以蚀刻或者以另外方式除去基底12材料的一部分表面，来在阳极氧化前曝露该硅。金属M可以与二氧化硅的氧反应，来驱动氧化物形成反应。因为镁金属倾向于直接与结构18的氧化物反应并对其进行还原，因此据信在镁金属和氧化物之间可以形成强的化学结合(通过例如形成尖晶石)。
在另一例子中，熔融的镁金属M与氧进行反应，所述氧获自结合发生于其中的环境中存在的气体。该气体可以包括来自周围环境的空气，或者反应可以在富氧环境中进行。据信对于这个例子来说(以及上述的例子，其中氧源是直接引入到纳米孔16中的)，界面氧化物将在界面I1和I2处形成，然后该镁金属M进一步与结构18的氧化物反应，来形成尖晶石。用于这个例子的反应(即，在富氧环境中反应)基本上与等式1所示反应相同。
该方法的仍然的另一例子将在下面结合图1A和图1G-1I来描述。在这个例子中，基底表面S上形成的氧化物层18’是非多孔层，如图1G所示。在这个例子中，基底12选自氧化时不形成孔的材料。这种材料的一个例子是镀铬钢（chromium plated on steel），这里该铬在钢表面上自然形成氧化物。如前述结合图1D所示那样，将熔融的金属M溢流浇注到非多孔层18’上(如图1H所示)，并且金属M与非多孔氧化物层18’反应来形成另外的氧化物20(例如尖晶石)(如图1I所示)。镁金属M的层14然后形成于另外氧化物20上，以形成零件10’’(同样如图1I所示)。这里还可以预期在溢流浇注过程中将整个氧化物结构18’基本上转化成该另外氧化物20，类似于结合上述图1J所述的例子。换句话说，阳极氧化的基底表面S可以完全转化，而不管它的孔隙率如何。在这个例子中，镁金属的层14直接形成于转化的氧化物结构上。
应当理解上述的任何例子的方法可以用于形成另外的氧化物(例如氧化物层20， 20’)，作为该金属和该基底之间的中间层(例如当该基底包括形成于其上的氧化物结构时)，或者作为该基底的一部分(例如当该氧化物结构完全转化成另外氧化物时)。通常，用于形成零件10，10’，10’’的材料的组合需要有利的自由能来与在基底上形成的氧化物反应。此外，通过该溢流浇注金属和该基底(或者在基底上形成的氧化物)之间的反应形成的另外氧化物的结构至少部分取决于用于形成零件10，10’，10’’的金属的组合。例如当零件10，10’，10’’是通过将镁结合到铝上来形成时，形成的另外氧化物是尖晶石。在其中形成了MgAl2O4的情况中，该尖晶石主要是具有两种不同的阳离子Mg+2和Al+3的典型的（prototypical）尖晶石。至少部分取决于该阳离子的尺寸和电性能，可以形成许多的二元尖晶石(例如正2-3，正2-4，反2-3和反2-4)。还可以产生缺陷尖晶石例如γAl2O3，其具有单个阳离子，并且该阳离子分布到尖晶石结构的四面体和八面***置二者上。
金属的其他组合能够形成三元或者其他更高等级（higher ordered）的尖晶石(例如四元尖晶石)，例如这里将两种二元尖晶石或者二元尖晶石与缺陷尖晶石混合到一起。例如，二元尖晶石ZnAl2O4和MgAl2O4可以组合来形成三元尖晶石。这可以例如当一种尖晶石组合物在纳米孔16内的界面处形成时，和另外一种尖晶石组合物在氧化物层18表面上形成时发生。这些尖晶石可以在溢流浇注过程中或者在随后的热处理方法过程中彼此反应来形成再另外的尖晶石。
金属再另外的组合可以形成为非尖晶石的氧化物，并且这种氧化物可以采用二元氧化物、三元氧化物或者具有高于三元的等级的氧化物的形式。
该形成汽车零件的方法的例子已经在上面描述。如前所述，该方法的例子还可以用于形成非汽车的零件，例如用于飞机，工具，房屋部件(例如管道)和/或类似物。
此外，上述方法的例子包括形成另外的氧化物作为来自溢流浇注金属M和氧化物层18，18’的反应的反应产物。应当理解该方法的例子也可以用于形成其他反应产物，例如氮化物，碳化物，陶瓷等。这些其他产物可以通过溢流浇注金属M和适当选择的用于层18，18’的材料之间的反应来形成。
应当理解这里提供的范围包括了所述的范围和处于所述范围内的任何值或者子范围。例如，大约0.1µm-大约500µm的厚度应当解释为不仅包括大约0.1µm-大约500µm的明确的所述量界限，而且还包括单个量例如10µm，50µm，220µm等和子范围例如50µm-300µm等。此外，当使用“大约”来描述值时，这表示包括了所述值的较小偏差(高到+/-5%)。
另外应当理解，作为此处使用的，单数形式的条目“一个”、“一种”和“该”包括了复数条目，除非另有明确指示。
虽然已经详细描述了几个例子，但是显然对本领域技术人员所公开的例子可以改变。所以，前述的说明书被认为是非限制性的。

Claims (1)

1.将金属结合到基底的方法，其包含：
在该基底表面上形成氧化物层；和
将处于熔融态的该金属溢流浇注到该基底表面上，该溢流浇注驱动了在该溢流浇注金属和该氧化物层之间的界面处的反应来形成另外氧化物，其中该另外氧化物通过该溢流浇注金属的凝固来将该金属结合到该基底表面上。
2. 权利要求1所述的方法，其中该氧化物层包括多个限定在其中的纳米孔。
3. 权利要求2所述的方法，其中在形成该氧化物层之后，该方法进一步包括：通过将作为氧源的材料引入到该多个纳米孔中，来提供用于所述界面处的反应的氧源。
4. 权利要求3所述的方法，其中该材料是经由化学气相沉积，电化学沉积，溶胶-凝胶方法或者浸渍中任意一种而引入到该多个纳米孔中的。
5. 权利要求3所述的方法，其中该材料选自可还原金属氧化物。
6. 权利要求1所述的方法，其中该金属选自镁，铝，钛及其合金，和其中该基底选自铝，锌，镁，钛，铜，钢及其合金。
7. 权利要求1所述的方法，其中在形成该氧化物层之后，该方法进一步包括：通过从i)在该基底表面上所形成的该氧化物层中，或者从ii)周围环境中的空气中提取氧来提供氧源。
8. 权利要求1所述的方法，其中该氧化物层的形成是通过如下来自然完成的：将该氧化物层沉积到该基底上，或者在电解质存在下，经由阳极氧化从该基底生长该氧化物层。
9. 权利要求1所述的方法，其中在形成该另外氧化物之前，该方法进一步包含图案化该基底表面。
10. 权利要求1所述的方法，其中该另外氧化物是二元氧化物，三元氧化物，高于三元的等级的氧化物，尖晶石，或者其组合。
11. 权利要求1所述的方法，其进一步包括至少将热施加到该溢流浇注金属和该氧化物层之间的该界面处，来进一步进行该另外氧化物形成反应。
12. 将镁结合到铝基底上的方法，其包括：
在该铝基底表面上形成氧化铝层；和
将处于熔融态的镁溢流浇注到该铝基底上，该溢流浇注在氧存在下驱动了镁和氧化铝层之间的界面处的反应以形成尖晶石，其中该尖晶石通过凝固镁来将镁结合到该铝基底上。
13. 权利要求12所述的方法，其中该镁是与来自以下的氧分子反应以形成尖晶石：i)在该基底表面上所形成的金属氧化物，或者ii)气体。
14. 权利要求12所述的方法，其中该镁是与仅该基底表面的金属氧化物反应来形成尖晶石的。
15. 权利要求12所述的方法，其中该镁是与来自引入到多个纳米孔中的材料的氧分子反应，所述材料选自可还原金属氧化物。
16. 汽车零件，其包含：
包括表面的基底，该表面具有在其上形成的氧化物层；和
溢流浇注金属，该金属是经由在该溢流浇注金属和该金属氧化物层之间的界面处形成的另外氧化物而结合到该基底表面的，该另外氧化物在该溢流浇注金属和该基底之间产生化学结合。
17. 权利要求16所述的汽车零件，其中该溢流浇注金属选自镁，铝，钛及其合金，和其中该基底选自铝，钛，铜，钢及其合金。
18. 权利要求16所述的汽车零件，其中该另外氧化物是二元氧化物，三元氧化物，具有高于三元的等级的氧化物，尖晶石，或者其组合。
19. 权利要求16所述的汽车零件，其中该氧化物层包含多个纳米孔，和其中通过形成另外氧化物，该另外氧化物在该溢流浇注金属和该基底之间进一步产生化学结合。
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