[發明專利]表面攪拌摩擦工藝

在審

• 申請號: 201480014693.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN105209212A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: S·M·莫勒;M·R·埃勒;Z·李
• 申請（專利權）人: 洛克希德馬丁公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌;董均華

技術領域

本公開涉及耐腐蝕金屬物體，以及利用表面攪拌摩擦(FSS)來增強金屬物體的耐腐蝕性。

背景技術

大多數金屬，甚至是海洋級別金屬，在水環境中均顯示出腐蝕的跡象，其中水環境包括鹽水環境、淡鹽水環境和淡水環境中。腐蝕在冷的、深鹽水環境中表現得特別明顯。隨著時間過去，腐蝕對于暴露在水環境中的金屬物體的長期操作維持會是有害的。

使用攪拌摩擦焊(FSW)將兩種金屬物體連接在焊接接頭處是公知技術。當這些物體暴露在水環境中時，可以觀察到，盡管在金屬物體上基體金屬合金中的FSW接頭以外的位置處發生了嚴重的腐蝕，但是在FSW接頭處，很少或者沒有腐蝕發生。

發明內容

介紹了一種在金屬物體表面上使用的被稱為表面攪拌摩擦(FSS)的工藝。該FSS發生在金屬物體的與FSW焊接接頭分開的位置處的一部分或整個表面上。表面上的FSS工藝在物體上形成了耐腐蝕的、機械轉化的“涂層”。該機械轉化涂層是由已經進行FSS加工的物體材料的厚度所形成的。機械轉化涂層能夠是金屬物體厚度的一部分或者是物體的全部厚度。

FSS與FSW是相似的在于，使用旋轉工具來軟化或者塑化金屬材料。然而，FSS發生在金屬物體的表面上方，而不是兩個物體之間的接頭處。FSS工藝能夠使用用于形成FSW焊接接頭的常規的FSW工具，或者將常規的FSW工具按比例增加尺寸從而用于與經受FSS處理的更大表面一起使用。

FSS工具能夠使用在多個攪拌路徑中。例如，FSS工具能夠沿著在金屬物體上的直線路徑穿過，該金屬物體在一個方向或兩個方向(即，往復地)上進行攪拌。在另一實施例中，FSS工具能夠從中心開始并且以螺旋圖案向外行進。在另一實施例中，FSS工具在金屬物體上能夠沿著正方形或者矩形圖案行進且向外或向內行進。其它行進路徑也是可能的。

FSS能夠發生在金屬物體上進行機械加工操作之前或之后。該金屬物體能夠具有任何形狀或尺寸，且能夠是板、棒、桿、管或其它形狀。FSS能夠發生在任何形狀的表面上，例如，平坦或平直表面、曲面、或曲面與平面的組合。

經受FSS處理的物體能夠是由以下金屬合金形成的，包括但不限于：鋁合金(2xxx、3xxx、5xxx、6xxx和7xxx系列的合金)，特別是海洋級別鋁合金(5xxx和6xxx系列)、鈦合金、鋼合金(例如不銹鋼)以及其它。

所產生的FSS機械轉化涂層明顯厚于常規的耐腐蝕轉化涂層，例如5-10倍的厚度。盡管這些FSS涂層比常規的化學轉化涂層厚，但是它們與FSS涂層攪拌區周圍或其下的基體金屬是一體的。如果該基體金屬和FSS涂層的熱性質不相同的話，則其非常近似。因此，FSS涂層具有優于常規的表面涂層優點，即其不存在常規涂覆工藝通常所困擾的剝離問題，并且更厚的FSS涂層在海洋或其它腐蝕性環境中明顯產生更長的使用壽命。FSS機械轉化涂層由于不使用單獨的涂層材料，因此對環境很友好。由于FSS工藝已經溶解大多數沉淀物或使其最少化，因此FSS機械轉化涂層含有更少且更小的沉淀物和更加清晰的晶界，而不會影響金屬物體的熱性能或其它材料性質。

在一個示例性申請中，FSS工藝能夠用于旨在使用于水中的物體上，包括鹽水、淡鹽水和淡水。例如但不限于，該金屬物體能夠是在海洋熱能轉換裝置、海水淡化裝置或船舶中所使用的物體。在其預期的使用過程中，物體能夠被放置在水下、水上或在水上方但并不暴露至水(即，浪花、鹽霧、或其它海水層環境)，或其組合。FSS工藝能夠用于在使用中暴露至水和/或海水環境的金屬物體的部分或全部面積上。

FSS工藝能夠與FSW一起使用來產生由單一金屬材料形成的水下結構。例如，在海洋熱能轉換系統(OTEC)中，包括殼、板和管的熱交換機能夠完全由鋁合金形成，因此省去了不同金屬以及電耦合的使用。

在一個實施例中，表面攪拌摩擦工藝包括使用攪拌摩擦焊工具對金屬物體的無接頭或FSW連接表面的至少一部分進行表面攪拌摩擦。此實施例能夠與此文中所包含的任何從屬權利要求組合使用，并且從屬權利要求能夠以任意組合的方式使用。

在另一實施例中，該工藝包括使用攪拌摩擦焊工具對金屬物體的未連接表面進行表面攪拌摩擦。此實施例能夠與此文中所包含的任何從屬權利要求組合使用，并且從屬權利要求能夠以任意組合的方式使用。

在另一實施例中，提高金屬物體耐腐蝕性的方法包括使用攪拌摩擦焊工具對金屬物體的未連接的或FSW連接表面的至少一部分進行表面攪拌摩擦。此實施例能夠與此文中所包含的任何從屬權利要求組合使用，并且從屬權利要求能夠以任意組合的方式使用。

附圖說明