專利名稱：具有隔離層的鑄件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件與其制作方法，特別是涉及一種由異質(zhì)材料構(gòu)成的鑄件與其
制作方法。
背景技術(shù)：
材料經(jīng)常由于強(qiáng)度無法承受負(fù)荷所產(chǎn)生的破壞、磨耗、腐蝕、輻射損傷等其它因素造成其使用性降低或是無法使用，此影響尤其以腐蝕(corrosion)為最，生銹(rusting)就是一個(gè)大家熟知的腐蝕或氧化反應(yīng)，其專指鐵或鐵合金的腐蝕現(xiàn)象，鋼鐵材料的腐蝕型態(tài)一般區(qū)分為八大類均勻腐蝕、伽凡尼腐蝕、間隙腐蝕、孔穴腐蝕、晶界腐蝕、選擇性、沖磨腐蝕、應(yīng)力腐蝕。其中，因不同金屬直接接觸時(shí)造成的腐蝕現(xiàn)象稱為伽凡尼腐蝕(galvaniccorrosion)，也就是，當(dāng)兩種不同金屬耦和接觸時(shí)，化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬會(huì)加速腐蝕，惰性比較大的金屬則減慢腐蝕，此種腐蝕稱為伽凡尼腐蝕，或稱為異種金屬腐蝕，譬如銅管和鋼管相接，必然引起鋼管的加速腐蝕。 以一般汽/機(jī)車零組件為例，不論是輪圈、活塞、或引擎汽缸套等均為由不同金屬，及/或合金鑄造結(jié)合而得。 參閱圖1、圖2，以鋁合金輪圈為例，目前的鋁合金輪圈的制作方法之一，是以鑄造制程將鋼材制的輪圈骨架或心軸用鋁合金包覆起來而成，由于鐵與鋁的活性差較小，因此鋼材制的骨架或心軸與包覆的鋁合金的界面間不易形成伽凡尼腐蝕效應(yīng)，而可得到品質(zhì)及穩(wěn)定性均佳的鋼材/鋁合金式輪圈。 然而由于鋁合金的比重較大，為因應(yīng)高油價(jià)的來臨，汽/機(jī)車零組件的輕量化也成為各汽/機(jī)車大廠的研發(fā)主軸；而由實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)若以鎂合金取代用以構(gòu)成輪圈的輪框的鋁合金，則重量約可減少60%，因此對(duì)汽/機(jī)車零組件的輕量化而言，鎂合金是一發(fā)展的極佳材料。 但是，當(dāng)以鎂合金取代上述鋁合金時(shí)，卻會(huì)因?yàn)殒V、鐵間的活性差比鋁、鐵大得多，因此，以鎂合金包覆鋼材而成的鎂合金輪圈極易產(chǎn)生枷凡尼腐蝕，也就是說，當(dāng)以更輕質(zhì)的鎂合金取代鋁合金所作成的復(fù)合式輪圈，比較容易產(chǎn)生腐蝕破裂的問題，而影響行車安全性。 由于活性差異大的異質(zhì)金屬間的結(jié)合，后續(xù)伴隨而來的就是因?yàn)楸舜嘶钚圆町惒煌a(chǎn)生的腐蝕問題，因此，如何發(fā)展可靠且制程簡(jiǎn)便的制作方法來結(jié)合彼此活性差異大的異質(zhì)金屬/合金，以避免在其界而間產(chǎn)生的枷凡尼腐蝕問題，進(jìn)而得到制程簡(jiǎn)便且品質(zhì)可靠的產(chǎn)品，是目前業(yè)界努力研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種可避免異質(zhì)金屬界面間腐蝕問題的具有隔離層的鑄件。 再者，本發(fā)明的另一目的，是在提供一種過程簡(jiǎn)單、容易控制的具有隔離層的鑄件的制作方法。 本發(fā)明具有隔離層的鑄件包含一嵌入件，及一鑄胚。 該嵌入件具有一主要包含鐵元素的基材，及一由包含一第一金屬元素的合金所構(gòu)
成的隔離層，該隔離層是以一合金構(gòu)件經(jīng)過電磁脈沖接合方式與該基材結(jié)合而成。 該鑄胚由一包含一第二金屬元素的合金構(gòu)成，并以鑄造方式與該嵌入件連接，且
該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差。 再者，本發(fā)明具有隔離層的鑄件的制作方法，包含一電磁脈沖接合步驟，及一鑄造步驟。 該電磁脈沖接合步驟將一包含一第一金屬元素的構(gòu)件對(duì)應(yīng)設(shè)置在一主要包含鐵元素的基材上，并以電磁脈沖接合方式令該構(gòu)件與該基材結(jié)合，形成一具有一由該構(gòu)件構(gòu)成隔離層的嵌入件。 該鑄造步驟選擇一包含一第二金屬元素的鑄材，其中，該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差，以鑄造方式將該鑄材與該嵌入件連接，并使該鑄材形成一與該嵌入件結(jié)合的鑄胚，制得該具有隔離層的鑄件。 本發(fā)明的有益效果在于利用電磁脈沖接合方式于基材上形成構(gòu)成元素與鐵元素活性差較低的隔離層，再以簡(jiǎn)單的鑄造方式于隔離層上形成構(gòu)成元素與鐵活性差較大的鑄胚，而可簡(jiǎn)單且有效地避免活性差異大的異質(zhì)金屬間產(chǎn)生的伽凡尼腐蝕效應(yīng)，進(jìn)而得到防腐蝕性能、品質(zhì)與可靠度均佳的具有隔離層的鑄件。


圖1是一種以往「鋁合金輪圈」的立體圖； 圖2是該以往鋁合金輪圈的剖視圖； 圖3是本發(fā)明具有隔離層的鑄件的較佳實(shí)施例的立體圖； 圖4是本發(fā)明該較佳實(shí)施例的剖視圖； 圖5是本發(fā)明該較佳實(shí)施例的制作方法的流程圖； 圖6是一電磁脈沖接合裝置的示意圖； 圖7是本發(fā)明該較佳實(shí)施例嵌入件的態(tài)樣的剖視放大圖；及 圖8是本發(fā)明該較佳實(shí)施例嵌件的另一態(tài)樣的剖視放大圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明 參閱圖3、圖4、圖5，如圖3、圖4所示具有隔離層的鑄件，是由如圖5所示具有隔離層的鑄件的制作方法的一較佳實(shí)施例制作而得，在此，該鑄件是以汽/機(jī)車輪圈為例作說明，但是本發(fā)明的應(yīng)用并不以此為限。 參閱圖3、圖4，該具有隔離層的鑄件包括一嵌入件2，及一鑄胚3。
該嵌入件2具有一主要包含鐵元素的基材21，及一由包含一第一金屬元素的合金所構(gòu)成的隔離層22，于本實(shí)施例中，該基材21為輪圈的內(nèi)緣框架，該基材21是選自不銹鋼、鑄鐵，或鋼鐵構(gòu)成，于本實(shí)施例中該基材21由不銹鋼構(gòu)成，成中空管狀并具有一圍繞壁211，及兩分別連接該圍繞壁211的上、下頂緣的頂面212，該第一金屬元素是鋁，也就是說，該隔離層22是鋁合金所構(gòu)成，且厚度介于0. 2mm 4. 0mm，在本實(shí)施例中，該隔離層22的厚度為lmm。 該鑄胚3由一包含一第二金屬元素的合金構(gòu)成，且該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差，在本實(shí)施例中，該第二金屬元素是鎂，也就是說，該鑄胚3為由鎂合金所構(gòu)成。 上述該具有隔離層的鑄件的較佳實(shí)施例，在配合以下本發(fā)明具有隔離層的鑄件的制作方法的說明后，當(dāng)可更加清楚明白。 首先參閱圖6，該電磁脈沖接合裝置是包括一電磁脈沖線圈41、一電源供應(yīng)器42，及一加工空間43，該電源供應(yīng)器42可提供一脈沖電流至該電磁脈沖線圈41以產(chǎn)生一磁場(chǎng)，該加工空間43可供加工件容置進(jìn)行加工。 參閱圖5、圖6、圖7，首先進(jìn)行電磁脈沖接合步驟51，將該基材21置入上述該電磁脈沖接合裝置的加工空間43后，將一鋁合金構(gòu)件對(duì)應(yīng)圍繞在該基材21的圍繞壁211，在本實(shí)施中，該鋁合金構(gòu)件是為環(huán)狀構(gòu)件，其璧厚為lmm，當(dāng)該基材21與對(duì)應(yīng)圍繞的鋁合金構(gòu)件內(nèi)外疊置在該加工空間43中，并經(jīng)該電源供應(yīng)器42提供一脈沖電流，由該電磁脈沖線圈41產(chǎn)生磁場(chǎng)在該鋁合金構(gòu)件表面時(shí)，該鋁合金構(gòu)件表面會(huì)感應(yīng)形成渦電流并產(chǎn)生相斥磁場(chǎng)，該鋁合金構(gòu)件與該電磁脈沖線圈41便同時(shí)能感應(yīng)到一股電磁脈沖成形應(yīng)力，當(dāng)鋁合金構(gòu)件所承受電磁脈沖成形應(yīng)力大于鋁合金本身的降伏強(qiáng)度時(shí)則產(chǎn)生永久形變而可將該鋁合金構(gòu)件與該圍繞壁211緊密結(jié)合而成該隔離層22，即制得如圖7所示的嵌入件2。
具體來說，當(dāng)鋁合金構(gòu)件的厚度增厚時(shí)，相對(duì)需要提升所提供的脈沖電流強(qiáng)度，才能產(chǎn)生足夠的成形應(yīng)力將該基材21與該鋁合金構(gòu)件接合在一起，如此不僅會(huì)增加制程的時(shí)間及成本，且該基材21與該鋁合金構(gòu)件接合的緊密性亦會(huì)受到影響，因此，較佳地，該鋁合金構(gòu)件的厚度為不大于5mm。 而為了讓該基材21與鋁合金構(gòu)件接合時(shí)的制程控制、接合品質(zhì)及隔離效果達(dá)到最佳化，因此，更佳地，該鋁合金構(gòu)件的厚度為介于0. 2mm 4mm之間。
參閱圖5，接著進(jìn)行鑄造步驟52，以壓鑄(die casting)方式，將該嵌入件2置入一具有一開口的模鑄空間內(nèi)并與該模鑄空間的底部保持一距離，且將該基材21的其中一頂面朝向該開口 ，接著將融熔的鎂合金液體澆注至該模鑄空間中，待冷卻后，形成如圖3所示以U形包覆該嵌入件表面的鑄胚3，即制得該具有隔離層的鑄件。在此步驟中，也可以采用高壓鑄造(擠壓鑄造-squeeze casting、壓鑄-die casting及半固態(tài)鑄造-semi-solidcasting)，重力鑄造(permanent mold)及砂模鑄造(sand casting)等方式進(jìn)行，由于此等鑄造方式并非本發(fā)明的創(chuàng)作重點(diǎn)，且已為業(yè)界所周知，所以在此不再多加贅述。
又，參閱圖8，為了避免因該基材21的頂面212無隔離層22的包覆，而在后續(xù)鑄造形成包覆該嵌入件2的鑄胚3時(shí)，因鑄胚3直接與該基材21部分接觸而造成的腐蝕，因此，較佳地，在進(jìn)行該電磁脈沖接合步驟52時(shí)，該鋁合金構(gòu)件亦可對(duì)應(yīng)該圍繞壁211，并延伸彎折至對(duì)應(yīng)該基材21的其中的一頂面212，形成如圖8所示的嵌入件2，如此即可在進(jìn)行后續(xù)該鑄造步驟52時(shí)，將該嵌入件2以被隔離層22包覆的頂面212朝向該模具放置，而可在鑄造完成后得到一不與該鑄胚3接觸的基材21，由于以電磁脈沖進(jìn)行鋁合金構(gòu)件與該基材21的接合時(shí)是藉由電磁脈沖線圈41對(duì)鋁合金構(gòu)件施加一大于鋁合金本身的降伏強(qiáng)度，使該鋁合金構(gòu)件產(chǎn)生永久形變而與該基材21緊密結(jié)合，因此當(dāng)隔離層22與該基材21的接合面呈一角度彎折時(shí)可比一般以機(jī)械力緊配進(jìn)行不同金屬接合的方式更為緊密且不易剝落，而 可提供更好的隔離效果。 由以上說明可知，本發(fā)明具有隔離層的鑄件利用電磁脈沖接合方式在基材表面形 成一隔離層，不僅制程簡(jiǎn)單容易控制，且附著力佳，而可有效的改善活性差異大的異質(zhì)金屬 間產(chǎn)生的腐蝕問題，且經(jīng)由電磁脈沖接合方式形成的隔離層與基材具有良好的密著性，而 可避免一般異質(zhì)金屬接合時(shí)附著力差、易剝落或厚度不均的缺點(diǎn)，而在后續(xù)進(jìn)行鑄造的制 程及使用過程中產(chǎn)生異質(zhì)金屬界面腐蝕及破損的問題，而能得到一制程簡(jiǎn)易、容易控制且 品質(zhì)及可靠度均佳的鑄件，故確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
一種具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于一電磁脈沖接合步驟，將一包含一第一金屬元素的構(gòu)件對(duì)應(yīng)設(shè)置在一主要包含鐵元素的基材上，并以電磁脈沖接合方式令該構(gòu)件與該基材結(jié)合，形成一具有一由該構(gòu)件構(gòu)成隔離層的嵌入件；及一鑄造步驟，選擇一包含一第二金屬元素的鑄材，其中，該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差，以鑄造方式將該鑄材與該嵌入件連接，并使該鑄材形成一與該嵌入件結(jié)合的鑄胚，制得該具有隔離層的鑄件。
2. 如權(quán)利要求1所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于該基材是選自不銹鋼、鑄鐵，或鋼鐵，該第一金屬元素是鋁，該第二金屬元素是鎂。
3. 如權(quán)利要求2所述所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于該構(gòu)件的厚度是0. 2mm 4mm。
4. 如權(quán)利要求1 、2或3所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其中，該鑄胚不與該基材相接觸地與該隔離層連接。
5. —種具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于一電磁脈沖接合步驟，將一包含一第一金屬元素的構(gòu)件對(duì)應(yīng)設(shè)置在一主要包含鐵元素的基材上，其中，該基材是一內(nèi)緣框架，并以電磁脈沖接合方式令該構(gòu)件與該基材結(jié)合，形成一具有一由該構(gòu)件構(gòu)成隔離層的嵌入件；及一鑄造步驟，選擇一包含一第二金屬元素的鑄材，其中，該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差，以鑄造方式將該鑄材與該嵌入件連接，并使該鑄材形成一與該嵌入件結(jié)合的鑄胚，制得該具有隔離層的鑄件，且該鑄件是輪圈。
6. 如權(quán)利要求5所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于該基材是選自不銹鋼、鑄鐵，或鋼鐵，該第一金屬元素是鋁，該第二金屬元素是鎂。
7. 如權(quán)利要求6所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于該構(gòu)件的厚度是0. 2mm 4mm。
8. 如權(quán)利要求5、6或7所述具有隔離層的鑄件的制作方法，其特征在于該鑄胚不與該基材相接觸地與該隔離層連接。
9. 一種具有隔離層的鑄件，包含一嵌入件，及一鑄胚，其特征在于該嵌入件具有一主要包含鐵元素的基材，及一由包含一第一金屬元素的合金所構(gòu)成的隔離層，且該隔離層是以一合金構(gòu)件經(jīng)過電磁脈沖接合方式與該基材結(jié)合而成，該鑄胚由一包含一第二金屬元素的合金構(gòu)成，并以鑄造方式與該嵌入件連接，且該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差。
10. 如權(quán)利要求9所述具有隔離層的鑄件，其特征在于該基材是選自不銹鋼、鑄鐵，或鋼鐵，該第一金屬元素是鋁，該第二金屬元素是鎂。
11. 如權(quán)利要求10所述具有隔離層的鑄件，其特征在于該構(gòu)件的厚度是0. 2mm 4mm。
12. 如權(quán)利要求9、10或11所述具有隔離層的鑄件，其特征在于該鑄胚不與該基材相接觸地與該隔離層連接。
13. 如權(quán)利要求9所述具有隔離層的鑄件，其特征在于該鑄件是一由該鑄胚連結(jié)該嵌入件而成的輪圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有隔離層的鑄件及其制作方法，主要是以電磁脈沖接合步驟，將包含第一金屬元素的合金構(gòu)件對(duì)應(yīng)設(shè)置在主要包含鐵元素的基材上，并以電磁脈沖接合方式令該構(gòu)件與該基材結(jié)合形成由該構(gòu)件形成隔離層的嵌入件，然后以鑄造步驟選擇包含第二金屬元素的鑄材，其中，該第一金屬元素與鐵元素的活性差小于該第二金屬元素與鐵元素的活性差，并以鑄造方式將鑄材形成鑄胚并與嵌入件結(jié)合，制得具有隔離層的鑄件。
文檔編號(hào)B22D19/04GK101767272SQ20081018884
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者張茂盛, 蘇子可, 謝寶賢 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心