CN107530725B - 使用红外辐射和红外吸收剂涂层的定制的材料特性 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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***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。
与用于获得定制的材料特性的其他方法相比,本发明的方法提供了许多优点。首先,在加热和成型步骤期间,IR吸收剂涂层的组成允许提高的温度,例如高于270℃的温度,以实现其它方法不可能的材料特性。IR吸收剂涂层还提供了减少的加热时间和减少的能量消耗。还可以在没有需要蒸发的溶剂的情况下配制涂层组合物,这允许涂覆步骤在线进行而不是离线进行。
另外,通过改变沿基底的表面的IR吸收剂涂层的组成,可以有效地获得定制的特性。不同的涂层组合物各自为红外吸收剂,并且沿表面提供不同的发射系数,这引起不同的加热速率,从而得到获得定制材料特性的温度梯度。定制的材料特性为改善基底的成型性的改善的材料特性,使得可以形成复杂的形状或特征。定制的材料特性还可以改善暴露于IR辐射之后的组件的材料特性。例如,根据组件的最终应用,成品结构组件中的定制的特性可提供耐腐蚀性、强度、延伸率、耐久性和/或能量吸收特征。
IR加热技术还提供了优于其他加热技术的若干优点。IR热源不接触基底,因此避免了可以由传导加热引起的对基底表面的损坏。IR热源还可以并入自动化工具中,用于转移基底以在局部区域之间引起温度变化或赋予温度梯度,这还可以缩短加工时间。此外,得到提高的加热速率的IR吸收剂涂层和IR热源的使用可以避免基底材料中的金属间化合物析出,并且在使用期间改善耐腐蚀性和材料特性。
本发明的另一方面包括具有IR吸收剂涂层的金属基底,特别是铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管的涂层。IR吸收剂涂层可以施加至发动机的组件如气缸的表面,以通过降低摩擦系数和改善材料特性来提高发动机的热效率。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造具有定制的材料特性的结构组件的***和方法;
图2是根据本发明的一个示例性实施方案的包含IR吸收剂涂层的基底的俯视图;
图3是示出了在室温至350℃的温度下的示例性镁合金的次应变(minor strain)和主应变(major strain)的曲线图;
图4是示出了与不同温度下的铝合金和不锈钢相比,示例性的镁合金的次应变和主应变的曲线图;
图5A示出了由铝合金制成的温成型的门内板;
图5B至5E是图5A的板的截面;
图6示出了根据一个示例性实施方案的多壁碳纳米管的结构;
图7A至7C示出了包括多个IR热源的示例性IR加热模块;以及
图8示出了根据一个示例性实施方案的气缸套形式的经涂覆的基底。
具体实施方式
本发明提供了一种使用红外(IR)加热和IR吸收剂涂层24由具有定制的材料特性的基底22制造机动车组件20的方法。可以在缩短的加工时间、降低的加工温度和减少的加工能量消耗下实现定制的材料特性,并且同时避免对基底22的表面损坏。图1示出了根据一个示例性实施方案的制造结构组件20的***和方法。
该方法开始于提供待形成为机动车组件20的基底22。基底22的几何形状取决于成品结构组件20的期望应用。在一个示例性实施方案中,设计组件20用于机动车辆应用,例如车身板、梁、柱或加强构件应用。然而,可以设计组件20用于其他机动或非机动应用。基底22通常以片材或坯料的形式提供。基底22还可以是任何类型的铸件。在该示例性实施方案中,基底22为厚度为约1.5mm的片材。此外,基底22可以提供为连接在一起的多个单元,其可以之后经分割(singulate)以提供多个结构组件20。
用于形成结构组件20的基底22由金属材料,通常为基于铁的材料、基于铝的材料、基于镁的材料或纤维增强的复合材料制成。在一个示例性实施方案中,基底22由目前市场上被称为“Alcoa 951”的经预处理的铝合金形成。可用于形成基底22的另一种类型的铝合金称为铝5182-O。在另一个实施方案中,基底22由含有1重量百分比(重量%)锌、0.1重量%锆、和0.1重量%稀土金属的镁合金形成,其目前在市场上被称为“ZEK100”。在又一个实施方案中,基底22由钢如深拉质量(Deep DrawQuality,DDQ)不锈钢形成。
应该考虑温度对材料特性的影响选择用于形成基底22的材料。图3是示出了在室温至350℃温度下ZEK100的次应变和主应变的曲线图。图4是示出了与25℃和250℃下的铝5182-O和25℃下的深拉质量(DDQ)不锈钢相比,在150℃和250℃下的ZEK100的次应变(x轴)和主应变(y轴)的曲线图。图5A-5E进一步示出了在成型过程期间热的益处。图5A-5E示出了由厚度为1.5mm的6022-T6铝合金形成的基底22,其中通过使基底22在180℃下温成型以得到小半径(sharp radii)R。在图5A-5E中,半径R3等于3mm半径,R4等于4mm半径,R6等于6mm半径,并且R8等于8mm半径,这与通常在钢件中形成的半径相似。如果在室温下形成基底22,则不能获得图5A-5E所示的半径R,因为基底22很可能开裂。
该方法接下来包括在加热和使基底22成型为所需形状之前,将发射系数为0.8ε至0.98ε的IR吸收剂涂层24施加至基底22的表面。例如,IR吸收剂涂层24可以在卷取操作之前或在落料(blanking)操作之后施加在研磨机上,以有助于在线加工。可以通过多种方法将涂层24施加至基底22的表面。在一个实施方案中,以球粒的形式提供涂层24,并通过使用可编程数字控制装置的热喷涂施加至基底22的表面。在一个实施方案中,将IR吸收剂涂层24沿整个基底22施加至表面。然而,IR吸收剂涂层24可以任选地施加至基底22的特定区域,以避免由IR吸收剂涂层赋予的可能污染至经漆涂或经焊接的基底22的表面。涂层24的厚度可以根据基底22的尺寸和所需的材料特性而变化。在一个示例性实施方案中,施加涂层24至厚度为0.0005英寸至0.001英寸。
在优选的实施方案中,IR吸收剂涂层24包含铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24的乳剂,并且通常由铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24的乳剂组成。铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24的乳剂可以以涂层的形式或通过基底22的原位表面改性施加。在一个实施方案中,将铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24施加至整个基底22的表面。然而,铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24可替代地仅施加至基底22的特定表面区域,以在基底22的不同区域中得到不同的特性。图2示出了多壁碳纳米管24的结构的实例。
优选地,所述方法包括沿基底22的表面分散铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24。在该示例性实施方案中,使用磁体施加外部磁场以沿基底22的表面分散铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24。所述方法还优选地包括将铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24的轴线相对于入射EM波的轴线对准。通过磁体施加的磁场可以再次用于将铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24对准。例如,铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24可以以与EM波相同的角度设置。图6示出了根据一个示例性实施方案的多壁碳纳米管的结构。
铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24在基底22的表面上的分散和对准提供了许多优点。例如,铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24可以通过增加EM波的吸收、增加反射来减少使用辐射热加热基底22所需的时间,从而提高基底22的加热速率。此外,铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24的最大使用温度大于270℃。铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管24还可以在超过270℃的温度下减小基底22的摩擦系数,在超过270℃的温度下提高基底22的耐腐蚀性,和/或使与温成型片材加工相关的温度最大化。
根据另一个实施方案,IR吸收剂涂层24由包含多种添加剂的基于蜡或基于聚合物的材料形成,以在加热步骤期间实现期望的发射系数和材料特性。在该实施方案中,通常用于形成涂层24的蜡为有机材料。或者,涂层24可以由功能与蜡类似的材料如某些类型的聚合物材料形成。该实施方案的涂层24还包含作为表面活性剂的三硅烷醇异辛基(TriSilanollsooctylt)POSS,其将涂层24的最大使用温度(也称为功能温度上限)提高至大于270℃。这是对包含硅烷表面活性剂的现有涂层的改善,所述硅烷表面活性剂将最大使用温度限制在270℃以下。
存在于基于蜡或基于聚合物的IR吸收剂涂层24中的添加剂的组成和量可以根据所需的具体材料特性而变化。这些添加剂在暴露于IR热源26时提高发射系数,并因此提高红外吸收和加热速率以及基底22的冷却速率。在一个示例性实施方案中,添加剂包含25至50体积百分比(体积%)金属氧化物和/或碳变体。金属氧化物可以包括至少一种透明金属氧化物,例如选自WO3、SnO2、Sb2O3或彩色颜料(例如Fe3O4)的氧化物。除金属氧化物之外还可以使用碳变体,或者可使用碳变体代替金属氧化物。碳变体还可以包括至少一种碳颜料,例如选自碳黑、石墨和石墨烯的碳颜料。
添加剂还可以包括顺磁性、铁磁性或铁磁性金属氧化物或硼化物如NdFeB或Fe3O4。这些材料改善了分割非铁磁性基底22的能力。其还使得能够使用磁性“扇形磁体”,以及磁场和感应式传感器来拆堆和检测双坯料条件。
IR吸收剂涂层24还可以包含通常用作形成润滑剂或粘附促进涂层的制剂。如果其含有足够的体积分数的上述添加剂,则可以使用这些类型的涂层。或者,根据本发明,IR吸收剂涂层24可以被特别地配制用于改变沿基底22的发射系数的目的。
基于蜡或基于聚合物的IR吸收剂涂层24还可以沿基底22的不同区域28、30具有不同的组成,以在IR加热步骤期间获得定制的材料特性。施加至不同区域28、30的涂层组合物24可以包含不同的添加剂,或者以不同量包含相同的添加剂。不同的涂层组合物为基底22的每个区域28、30提供不同的发射系数,这产生跨越基底22的温度梯度。不同的发射系数得到不同的加热和冷却速率,这进而得到从一个区域到另一个区域变化的材料特性。图2示出了根据一个示例性实施方案的施加至基底22的两个区域28、30的IR吸收剂涂层24。在这种情况下,第一区域28中的涂层24的组成包含WO3,并且第二区域30中的涂层24的组成包含石墨。因此,在第一区域28中的IR加热步骤期间获得的材料特性与在第二区域30中获得的材料特性不同。
根据示例性实施方案,涂层24用在升高的温度下氧化的至少一种有机组分配制。所述有机组分允许以最小的努力从基底22的表面去除涂层24,并且不使用高酸性或高碱性pH的组合物。
除了沿基底22提供期望的发射系数之外,IR吸收剂涂层24还降低沿基底22的经涂覆的表面的氧化速率。还可以配制涂层24以起粘附剂促进剂和/或润滑剂的作用。在成型步骤期间,涂层24在基底22的金属材料与用于使基底22成型为预定形状的模具32、34之间提供减小的摩擦系数。
IR吸收剂涂层24可以施加至基底22作为热处理方法以增强材料特性。高热梯度得到了独特的材料特性,这不是通过平衡相图预测的。已知的平衡相图通过定义假设慢平衡冷却和均匀性,忽略了先前的热处理。
在将IR吸收剂涂层24施加至基底22的表面之后,该方法包括用至少一个IR热源26加热经涂覆的基底22。IR加热步骤不包括与经涂覆的基底22的任何物理接触,从而避免了潜在的使用传导加热法可发生的表面损坏。加热步骤可以使用任何类型的IR热源26在加热室36中或另一封闭间隔中进行。加热室36可以包括单个IR热源26或多个IR热源26。例如,不同的IR热源26可以用于加热基底22的不同区域28、30。
在一个示例性实施方案中,多个IR热源26由包括弯管钨卤素石英灯泡的IR加热模块提供。灯泡的布置通过使未经加热的区域交错位于灯泡端部来促进均匀加热。此外,加热表面下方的弯管设计和电气连接使未经加热区域的总面积最小化。可以通过布置多个IR加热模块来加热大基底22,其中IR加热模块的数量基于基底22的尺寸。此外,可以通过改变每个灯泡或IR加热模块的强度来实现基底22中的定制的材料特性。IR加热模块和12”×12”基底22的实例示于图7A-7C中。在该实施方案中,IR加热模块包括二十四个管,每个管发射1380瓦和240伏的功率。由二十四个管提供的组合功率为33120瓦。
如上所述,施加至基底22的表面的涂层24吸收由热源26发射的IR光。由于暴露于红外光而获得的基底22的加热速率是IR热源26的功率密度(瓦特/单位面积)以及基底22的发射系数、比热和质量的函数。典型的“黑体”基底的发射系数为1。如上所述,涂层24的组成将基底表面的发射系数提高到值为0.8ε至0.98ε,这得到提高的IR吸收速率和提高的冷却速率二者。在一个实施方案中,改变基于蜡的IR吸收剂涂层24的组成以改变沿基底22的发射系数,并且因此改变沿基底22的加热速率和所得到的材料特性。例如,涂层24可以被配制并施加为使得图2所示的基底22的第一区域28具有比第二区域30更快的IR吸收率。因此,在IR加热步骤期间,第一区域28达到更高的温度,其提供比第二区域30更高的延展性和更低的强度。
还可以通过调整一个或更多个IR热源26的强度来定制材料特性。当加热步骤包括通过使用多个IR热源26加热基底22的不同区域28、30时,可以将IR热源26设定为不同的功率密度。如果仅使用一个热源26,则加热基底22的第一区域28时IR热源26的功率强度与加热基底22的第二区域30时所使用的功率强度不同。
该方法还可以包括在IR加热步骤期间监测基底22的温度,因为基底22的温度直接影响所获得的材料特性。可以监测基底22的温度以确定在每个区域28、30中何时达到期望的温度。在一个示例性实施方案中,通过包括一个或更多个加热区域的IR加热装置提供IR热源26。多个加热区提供了改变基底22的局部区域的温度的能力,例如以在基底22的不同部分中提供提高的成形性。通过基于观测的温度来改变输入到IR加热装置的功率水平来控制IR加热装置。还可以控制IR加热装置以使得能够在“点阵”配置中调整强度,以使得能够对基底22进行局部加热。
在IR加热步骤之后,所述方法接下来包括使经涂覆的基底22成型为预定的形状。在该示例性实施方案中,该步骤包括在模具32、34之间压制、冲压或以其他方式使经加热的基底22成型为预定形状。模具32、34可以使用冷却通道进行水冷,或者根据其他方法冷却。在成型步骤期间,经涂覆的基底22通常仍处于升高的温度下,因此成型步骤被称为热成型或温成型步骤。
根据成品结构组件20的期望应用,可以在成型步骤期间使基底22成型为多种不同的形状。在该示例性实施方案中,使基底22成型为包括错综或复杂特征的形状。如上所述,在IR加热步骤期间通过使用IR吸收剂涂层24所得到的定制的材料特性提高了基底22的成型性,从而提供了形成复杂特征的能力。例如,与成型为最复杂形状的基底22的区域相关联的温度分布通常被设计为具有最高的延展性。涂层24还减小了基底22的金属材料与模具32、34之间的摩擦系数。
在该示例性实施方案中,使用钢冲压模使基底22成型为所需形状。例如,可以使基底22成型为具有极小半径和低R/t比的组件20。根据弯曲半径(R)与条带厚度(t)之比,R/t比是表示材料条带的成型性的方式。低R/t比通常等于高成型性。R/t比的值是可以无故障形成的最小半径。提高温度和减小基底22的摩擦系数还使得能够形成需要大量均匀延伸的形状,以避免在成型步骤期间片材基底22的局部变薄和断裂。换句话说,该方法能够形成具有高R值的组件20。较高的加热温度还使得能够形成具有减小的厚度和重量的组件20。
该方法还通常包括在使基底22成型之后并在将组件20并入所需应用之前从基底22的表面去除涂层24。可以使用化学组合物以从基底22去除涂层24。然而,如果用至少一种有机组分配制涂层24,则涂层24可以容易地从基底22的表面去除,而不使用高酸性或高碱性pH组合物。
如上所述,本发明的方法提供了若干优点。首先,IR吸收剂涂层24提供了定制的材料特性,其改善了基底22的成型性。根据组件20的特定应用,定制的材料特性通常也是成品机动车组件20所需要的。IR热源26不接触基底22,因此避免了可由传导加热引起的表面损坏。涂层24的组成也允许加热步骤期间的提高的温度。例如,在使用包含硅烷表面活性剂的基于蜡的成型润滑剂的比较方法中,硅烷表面活性剂的蒸发赋予了270℃或更低的最大温度,然而本发明的IR吸收剂涂层24包含铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管或三硅烷醇异辛基POSS作为表面活性剂,从而提高了最大使用温度。
与包括传导加热和基于蜡的成型润滑剂的方法相比,本发明的方法还提供了减少的工艺时间和能量成本。在比较方法中,基于蜡的成型润滑剂以浓缩形式接收,用异丙醇溶剂稀释,然后使用吸收辊转移至基底表面,并在热处理之前在静止空气中干燥。因此,由于蒸发醇溶剂所需的大约10分钟的时间,所以需要在离线操作中进行成型润滑剂的施加。然而,本发明的IR吸收剂涂层24不需要醇溶剂,并且可以通过热喷涂在线施加。此外,与传导或对流加热相比,通过IR加热而减少加热步骤期间达到所需温度所需的时间,因此减少了加工时间和能量消耗二者。IR热源26还可以并入用于转移基底22的自动化工具中,以在局部区域之间引起温度变化或赋予温度梯度,这也可以减少加工时间。此外,可以将顺磁性、铁磁性或铁磁性金属氧化物材料添加到涂层24中,以提高分割用于形成基底22的非铁磁性材料的能力。
本发明还提供能够实现上述方法的***。在该示例性实施方案中,所述***包括用于将涂层24施加至基底22的装置38如热喷涂装置、用于加热经涂覆的基底22的IR热源26、以及用于使经加热和涂覆的基底22成型为预定形状的包括一对模具32、34的成型设备40。图1示出了根据一个示例性实施方案的***的组件。
本发明的另一方面是可以根据上述方法加热和成型的经涂覆的基底22。基底22由金属材料(通常为基于铁、基于铝、基于镁的材料或纤维增强的复合材料)形成。将IR吸收剂涂层24施加至基底22的一个或更多个表面,以在加热步骤期间实现定制的材料特性,并且在成型步骤期间改善基底22的成型性。如上所述,IR吸收剂涂层24包含铁氧化物(Fe3O4)修饰的多壁碳纳米管,或包含三硅烷醇异辛基POSS和多种添加剂的基于蜡或基于聚合物的材料,以在加热步骤中获得所需的发射系数和材料特性。
或者,经涂覆的基底22可以是至少一种发动机组件(例如用于内燃机的汽缸)的形式,如图8所示。IR吸收剂涂层24可以施加至汽缸的内表面42,以通过减小摩擦系数和改善材料特性来提高发动机的热效率。IR吸收剂涂层24还使得能够使用基于铝、基于镁或纤维增强的复合材料。根据该实施方案,涂层24优选地由铁氧化物修饰的多壁碳纳米管形成。实验
进行实验以评估如上所述的使用红外(IR)加热和基于蜡的IR吸收剂涂层24制造具有定制的材料特性的机动车组件20的方法。实验包括提供多个基底22,其包括由基于铝的材料形成的基底22和由基于镁的材料形成的基底22。用IR吸收剂涂层24涂覆一组那些基底22。IR吸收剂涂层24的组成包含可去除的基于蜡的有机润滑剂和Fe3O4氧化物。IR吸收剂涂层24的组成通过改变Fe3O4氧化物添加的水平而沿基底22的表面变化,以便在基底22的不同部分中得到不同的(定制的)材料特性。另一组基底22保持为未经涂覆的用于比较的目的。
然后使用IR照相机评估经涂覆和未经涂覆的基底22的加热和冷却速率。评估步骤包括在市售的IR加热***中加热基底22持续3.6秒,该IR加热***使用钨卤素石英灯将基底22暴露于200瓦特/平方英寸的IR短波辐射。观察到涂覆有IR吸收剂涂层24的基底22与未经涂覆的基底22相比具有更快的加热和冷却速率。还确定经涂覆的基底22获得了定制的材料特性而不损坏基底22的表面。
显然,鉴于上述教导,本发明的许多修改和变化是可能的,并且可以在权利要求的范围内以与具体描述不同的方式实施。
Claims (13)
1.一种制造结构组件的方法,包括以下步骤:
将发射系数为0.8ε至0.98ε的红外吸收剂涂层施加至由金属材料形成的基底的表面,其中所述基底的所述金属材料选自基于铁的材料、基于铝的材料、基于镁的材料、或纤维增强的复合材料;
用红外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,
其中所述红外吸收剂涂层包含铁氧化物修饰的多壁碳纳米管,
其中所述方法还包括将所述铁氧化物修饰的多壁碳纳米管的轴线与由所述红外热源提供的入射电磁波的轴线对准的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法,其中将所述铁氧化物修饰的多壁碳纳米管的轴线与所述入射电磁波的轴线对准的步骤包括将磁体施加至所述铁氧化物修饰的多壁碳纳米管。
3.一种制造结构组件的方法,包括以下步骤:
将发射系数为0.8ε至0.98ε的红外吸收剂涂层施加至由金属材料形成的基底的表面,其中所述基底的所述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;
用红外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,
其中所述涂层包含添加剂、三硅烷醇异辛基POSS和基于蜡或基于聚合物的材料,基于所述涂层的总体积,所述添加剂的量为25体积%至50体积%,其中添加剂包括金属氧化物、金属硼化物和/或碳变体。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述添加剂包含选自WO3、SnO2、Sb2O3、Fe3O4和NdFeB中的至少一种金属氧化物或硼化物;和/或选自碳黑、石墨和石墨烯中的至少一种碳变体。
5.根据权利要求3所述的方法,其中将所述涂层施加至所述基底的表面的步骤包括沿所述基底的不同区域施加不同的组合物。
6.根据权利要求1或3所述的方法,其中所述涂层包含至少一种有机组分,并且还包括在使所述基底成型之后从所述基底的表面去除所述涂层的步骤。
7.根据权利要求1或3所述的方法,其中加热步骤包括将所述经涂覆的基底加热至高于270℃的温度。
8.根据权利要求1或3所述的方法,其中成型步骤包括使所述基底成形为机动车辆的车身板、梁、柱或加强构件。
9.根据权利要求1或3所述的方法,其中所述加热步骤包括将所述基底的不同区域加热至不同的温度。
10.根据权利要求1或3所述的方法,其中所述成型步骤包括温成型或热成型。
11.根据权利要求1或3所述的方法,其中施加所述涂层的步骤包括施加所述涂层至0.0005英寸至0.001英寸的厚度。
12.一种结构组件,包括:
由金属材料形成的基底,所述金属材料选自基于铁的材料、基于铝的材料、基于镁的材料、或纤维增强的复合材料;
施加至所述基底的表面的涂层;
所述涂层包含铁氧化物修饰的多壁碳纳米管,
其中所述铁氧化物修饰的多壁碳纳米管的轴线是与由红外热源提供的入射电磁波的轴线对准的。
13.根据权利要求12所述的结构组件,其中所述基底为内燃机的组件,所述基底的金属材料由基于铝的材料或基于镁的材料形成。
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