專利名稱：腐蝕減少的緊固組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腐蝕減少的緊固組件。
背景技術(shù)：
緊固件是硬件裝置，其機(jī)械地固定或連結(jié)兩個(gè)或更多物體。螺紋緊固件是具有內(nèi)或外旋擰螺紋的硬件離散件。螺紋緊固件通常用于定位物體，以通過將多個(gè)部件保持在一起而形成組裝且還有助于拆卸。螺紋緊固件的最常見類型是螺釘和螺母。螺釘或螺栓是一種緊固件，其特征在于螺旋脊紋，稱為圍繞柱體包裹的外螺紋。一些旋擰螺紋被設(shè)計(jì)為與互補(bǔ)的螺紋(稱為內(nèi)螺紋)嚙合，該互補(bǔ)的螺紋通常是具有形成在物體內(nèi)的內(nèi)螺紋的形式或螺母。螺釘和螺母對(duì)通常通過嚙合螺紋之間的摩擦、螺釘輕微拉伸以及組件中部件壓縮的組合而被保持在一起，。在緊固組件被暴露至元件的應(yīng)用中，緊固硬件的腐蝕是關(guān)注的因素?？捎绊懢o固硬件的一種類型的腐蝕是電化腐蝕。電化腐蝕是一種電化學(xué)過程，其中一種金屬偏向于在與另一種不同金屬接觸且這兩種金屬浸入在電解液中時(shí)腐蝕。當(dāng)兩種或更多不同種類金屬在電解液存在時(shí)接觸的時(shí)候，電耦會(huì)由于不同金屬的不同電位而產(chǎn)生。電解液提供用于離子遷移的途徑，由此金屬離子可從電耦的陽極移動(dòng)到陰極。這樣的過程通常導(dǎo)致陽極金屬比其本來應(yīng)該的腐蝕速度更快，而陰極金屬的腐蝕減緩，甚至到了停止點(diǎn)。電解液以及不同金屬部件之間的導(dǎo)通路徑的存在可導(dǎo)致腐蝕，否則任何一個(gè)金屬部件并不會(huì)單獨(dú)腐蝕。如果電解液成分變化，甚至單一種類的金屬也會(huì)電化腐蝕，由此形成濃差電池(concentration cell)。相應(yīng)地，在減少電化腐蝕方面，組件中的緊固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部件材料的選擇對(duì)于所關(guān)注組件的可靠性來說是很重要的。

發(fā)明內(nèi)容
—種腐蝕減少的組件，包括第一部件和第二部件，它們通過由第一材料形成的緊固件連結(jié)。緊固件具有緊固件頭部和緊固件本體，該緊固件本體包括帶螺紋的第一部分。涂層覆蓋第一部分的一部分。組件還包括由第二材料形成的墊片、壓縮限制件和螺母，該螺母設(shè)置在第一部件上并適于接合本體的第一部分，以由此緊固組件。當(dāng)組件緊固時(shí)，壓縮限制件在緊固件本體上被設(shè)置在第一部件和第二部件之間，而第二部件在緊固件本體上被設(shè)置在壓縮限制件和墊片之間。此外，墊片在緊固件本體上被設(shè)置在緊固件頭部和第二部件之間，而涂層覆蓋第一部分的基本直到螺母接合第一部分之處，從而組件的腐蝕被限制。組件還可包括套筒，其設(shè)置在緊固件本體上。套筒可被構(gòu)造為在組件被緊固時(shí)移位且由此填充頭部和螺母之間的空間，并提供內(nèi)部的濕氣密封件。套筒可由聚合物材料形成。螺母可固定在第一部件上，諸如通過焊接。緊固件本體可包括不帶螺紋的第二部分，使得布置在頭部和第一部分之間。涂層還可覆蓋緊固件的第二部分。
另外，第一材料可以是鋼，而第二材料可以是鋁。此外，第二部件可由鎂形成，而第一部件可由鋼形成。壓縮限制件可嵌入在第三部件中且適于保護(hù)第三部件在組件緊固時(shí)不被損壞。第三部件可由塑料形成。還提供了一種使用腐蝕減少的組件的車輛。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)及其他特征和優(yōu)勢(shì)將從用于實(shí)施本發(fā)明較佳模式的以下詳細(xì)描述并連同附圖顯而易見。


圖1是車輛的一部分的示意性橫截面視圖，該部分包括部件的緊固組件；圖2是組件在被緊固之前的橫截面視圖，其中，組件還包括可移位可撓套筒；和圖3是圖2所示的組件在緊固狀態(tài)的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件，圖1顯示了車輛10的一部分的透視圖。車輛10包括框架11，和安裝在框架上的腐蝕有限或減少的組件12。組件12包括第一部件14，其可以是車身面板。第一部件14可由鋼形成，其也可被電鍍和/或噴涂，以防止腐蝕。組件12還包括第二部件16，其可以是需要附連到第一部件14的任何部分，以獲得必要的支持和能執(zhí)行功能。如圖1所示，第二部件16可由鎂形成，由此被選擇對(duì)鎂有利的強(qiáng)度對(duì)質(zhì)量比。在車輛10中，第二部件16可以是用于能量存儲(chǔ)裝置的托盤，該能量存儲(chǔ)裝置諸如電池(未示出)。組件12還包括緊固件，其示出為螺栓18和螺母20。螺栓18和螺母20每個(gè)出于強(qiáng)度的因素可由合金碳鋼形成。螺栓18和螺母20每個(gè)還可并入保護(hù)層，以降低螺栓和螺母的易腐蝕性。例如，螺栓18和螺母20可浸在鋅中，這是由于鋅通過與環(huán)境中的二氧化碳反應(yīng)而能形成堿式碳酸鋅保護(hù)層。在形成之后，這樣的碳酸鋅層有助于防止基體材料與空氣和水的進(jìn)一步反應(yīng)。螺栓18包括頭部22和本體24。本體M包括帶螺紋的第一部分沈，和不帶螺紋的第二部分洲。如圖1所示，螺栓18的第二部分28被布置在頭部22和第一部分沈之間。 螺母20包括螺紋，該螺紋與設(shè)置在第一部分沈上的螺紋互補(bǔ)。因此，螺母20適于接合第一部分沈以由此緊固組件12。涂層30覆蓋第一部分沈的一部分，且還可被用于覆蓋第二部分觀。涂層30覆蓋第一部分沈基本一直覆蓋到螺栓18和螺母擰緊之后螺母20接合第一部分沈之處。涂層30僅使用到第一部分沈和螺母20接合的區(qū)域是經(jīng)設(shè)定的，以便減少第一部分的腐蝕，同時(shí)避免涂層對(duì)螺栓18和螺母20的擰緊扭矩的影響。墊片32被布置在本體M上。墊片32是一種板件，其特征可在于是具有孔的大體盤形。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，墊片32可被用作間隔件，以及在螺栓被擰緊時(shí)分配螺栓18的載荷。墊片32由第二材料形成，其在組件12中被使用時(shí)可以是鋁。鋁可被選擇作為用于墊片32的材料，以便減小腐蝕的可能性，并減小組件12的質(zhì)量。由于鋁的氧化物或氫氧化物形成的表面薄層鋁具有顯著的抗腐蝕性，即通常在金屬暴露于空氣時(shí)形成的鈍化層，有效地防止進(jìn)一步氧化。但是，這樣的抗腐蝕性會(huì)在大濃度含水鹽(aqueous salt)存在時(shí)明顯降低，特別是在不同金屬存在時(shí)。 壓縮限制件34還額外地被用在組件12中。壓縮限制件34嵌入在第三部件36中。 部件36由較軟的材料制成，諸如塑料。在車輛10中，如果第二部件16是用于能量?jī)?chǔ)存裝置的托盤，諸如如上所述，則第三部件36可以是用于這種托盤的塑料蓋。壓縮限制件34是剛性裝置，其保護(hù)第三部件36不受緊固載荷的損壞，該緊固載荷是經(jīng)由組件12借由螺栓18 和螺母20的擰緊而產(chǎn)生的。用于壓縮限制件34的材料通常被選擇為使得壓縮限制件在期望載荷下保持為大體不可壓縮。對(duì)第三部件36的損壞由此可因?yàn)閮H通過壓縮限制件的結(jié)構(gòu)傳遞緊固載荷而得以避免。當(dāng)組件12被緊固時(shí)，壓縮限制件34，與第三部件36 —起在緊固件本體上設(shè)置在第一部件14和第二部件16之間。鋁可被選作用于壓縮限制件34的材料，以便減小腐蝕的可能性，并還減小組件12的質(zhì)量。螺母20被設(shè)置在第一部件14上。另外，螺母20可通過任何適當(dāng)工藝(諸如焊接)而被固定到第一部件14。如圖1所示，如果螺母20通過焊接固定在第一部件上，適當(dāng)?shù)耐怀黾?8 (還稱為焊接尖或凸起)可被用于保持螺母在焊接時(shí)不失準(zhǔn)，和限制所需的焊接能量。當(dāng)組件12被緊固時(shí)，第二部件16在緊固件本體M上設(shè)置在壓縮限制件34和墊片32之間。此外，在緊固的組件12中，墊片32在緊固件本體M上被設(shè)置在頭部22和第二部件16之間。當(dāng)組件12暴露于元件時(shí)，濕氣可穿過接頭。當(dāng)使用被焊接的螺母20時(shí)，這樣的情況是非?？赡馨l(fā)生的。在穿過組件12時(shí)，濕氣容易被捕獲和保留在組件中。因此，這樣的濕氣可形成電解液，其可導(dǎo)致鎂第二部件16和第一部件14之間、螺栓18和螺母20之間的電化腐蝕，它們?nèi)坑射撝瞥?。如果第一部?4、螺栓18和螺母20中的任何一個(gè)的保護(hù)性表面發(fā)生刮擦，由此使裸露金屬的區(qū)域暴露，則特別容易發(fā)展裂紋類型的電化腐蝕。如上所述，(諸如銅，鎳和鐵這樣的雜質(zhì)少)用于墊片32和壓縮限制件34的鋁合金的適當(dāng)選擇通常防止墊片和壓縮限制件導(dǎo)電，且由此防止與第二部件16的鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，從抗電化腐蝕性的方面來講，對(duì)于鋼的第一部件14、螺栓18和螺母20的適當(dāng)涂層的選擇僅當(dāng)捕獲在組件12內(nèi)的濕氣的酸度或PH值接近中性(大約為7)時(shí)形成穩(wěn)定的情況。當(dāng)周圍環(huán)境不活躍(stagnant)時(shí)，被捕獲的濕氣可形成局部的pH變化。由此， 這樣的情況傾向于在組件12內(nèi)的滯留水蓄積部形成酸性和堿性部分。如果滯留水的pH值增加超過10，鋁的鈍化層可被溶解，且墊片32和壓縮限制件34的表面相對(duì)于第二部件16 的鎂導(dǎo)電變?yōu)閷?duì)電化電流導(dǎo)電。因此，鎂的第二部件16電化腐蝕率將明顯增加。如圖2所示，組件12還可包括可撓套筒40。套筒40設(shè)置在緊固件本體M上，且被構(gòu)造為當(dāng)組件12被緊固時(shí)移位并由此填充頭部22和螺母20之間的空間。套筒40開始時(shí)具有具體選定的長(zhǎng)度，其大于頭部22和螺母20之間的空間的高度。因?yàn)樘淄?0由可撓材料形成，所以盡管套筒開始時(shí)具有大于頭部22和螺母20之間空間高度的具體選定的長(zhǎng)度，但是當(dāng)組件12被緊固時(shí)，套筒將變形并填充本體M和螺紋沈周圍的空閑空間。通過占據(jù)螺栓18的本體M和螺紋沈周圍的其他空閑空間，套筒40由此被構(gòu)造為當(dāng)組件被緊固時(shí)防止?jié)駳庠诮M件12中聚集。套筒40可由聚合材料形成，諸如可注射模制的塑料或橡膠。套筒40可與涂層30的使用相結(jié)合，其中密封件被用于占據(jù)組件空隙和提供內(nèi)部的濕氣密封?？傊?，鎂的第二部件16、鋼的第一部件14、螺栓18和具有涂層30的螺母20，鋁的墊片32和壓縮限制件34，以及可選使用的可撓聚合套筒40的組合，提供了腐蝕有限或減少的組件12。 盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種腐蝕減少的組件，包括 第一部件；第二部件；緊固件，由第一材料形成，緊固件具有緊固件頭部和緊固件本體，該緊固件本體包括帶螺紋的第一部分；涂層，覆蓋第一部分的一部分； 墊片，由第二材料形成；螺母，設(shè)置在第一部件上并適于接合本體的第一部分，以由此緊固組件；和壓縮限制件，適于在組件緊固時(shí)傳遞來自緊固件的載荷； 其中，當(dāng)組件緊固時(shí)壓縮限制件在緊固件本體上被設(shè)置在第一部件和第二部件之間； 第二部件在緊固件本體上被設(shè)置在壓縮限制件和墊片之間； 墊片在緊固件本體上被設(shè)置在緊固件頭部和第二部件之間；和涂層覆蓋第一部分的基本直到螺母接合第一部分之處，從而組件的腐蝕被限制。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括套筒，其設(shè)置在緊固件本體上，其中套筒被構(gòu)造為在組件被緊固時(shí)移位且由此填充頭部和螺母之間的空間。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中套筒由聚合物材料形成。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中螺母固定在第一部件上。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中緊固件本體包括不帶螺紋的第二部分，該第二部分布置在頭部和第一部分之間。
6.如權(quán)利要求5所述的組件，其中涂層覆蓋緊固件的第二部分。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，其中第一材料是鋼，且第二材料是鋁。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其中第一部件由鋼形成，且第二部件由鎂形成。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其中壓縮限制件嵌入在第三部件中，且適于保護(hù)第三部件在組件緊固時(shí)不被損壞。
10.如權(quán)利要求9所述的組件，其中第三部件由塑料形成。
全文摘要
一種腐蝕減少的組件，包括第一部件和第二部件，它們通過具有頭部和本體的緊固件連結(jié)。涂層覆蓋第一部分的一部分。組件還包括由墊片、壓縮限制件和螺母，該螺母設(shè)置在第一部件上并適于接合緊固件本體，以由此緊固組件。當(dāng)組件緊固時(shí)，壓縮限制件在緊固件本體上被設(shè)置在第一部件和第二部件之間，而第二部件在緊固件本體上被設(shè)置在壓縮限制件和墊片之間。此外，墊片在緊固件本體上被設(shè)置在緊固件頭部和第二部件之間，而涂層覆蓋本體基本直到螺母接合本體之處，從而組件的腐蝕被限制或減少。還提供了一種車輛，其使用腐蝕減少的緊固系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F16B41/00GK102537010SQ20111041944
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者B.J.沙克梅爾, D.B.德克勒克, L.梅里, M.S.甘地, S.G.奎恩, W.A.舒馬克 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司