金屬間以及復(fù)合金屬間隙填充物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的名稱是金屬間以及復(fù)合金屬間隙填充物。飛行器的結(jié)構(gòu)組件，其包括由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料和布置以延伸穿過基質(zhì)材料的多個纖維，其中多個纖維的至少一部分是可從結(jié)構(gòu)元件的表面通過的。緊固件將結(jié)構(gòu)元件固定至結(jié)構(gòu)部件。包括鎵的金屬結(jié)構(gòu)被布置以與緊固件的表面接觸。金屬結(jié)構(gòu)從緊固件的表面延伸并且接觸多個纖維的所述至少一部分的至少一部分。也包括用于裝配結(jié)構(gòu)的方法。
【專利說明】
金屬間以及復(fù)合金屬間隙填充物
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及布置在結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件之間的間隙填充物，并且更特別地，涉及在飛行器的結(jié)構(gòu)部件之間提供電傳導(dǎo)性的間隙填充物。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)以及特別地飛行器被設(shè)計為抗雷擊并且保持其結(jié)構(gòu)完整性。飛行器的傳統(tǒng)構(gòu)造，例如，包括用金屬緊固件固定在一起的金屬結(jié)構(gòu)元件。緊固件被電接地至金屬結(jié)構(gòu)元件，金屬緊固件與金屬結(jié)構(gòu)元件接觸。這種布置提供在緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間的電傳導(dǎo)性，從而不會使緊固件與結(jié)構(gòu)元件電絕緣。否則，當(dāng)飛行器發(fā)生被雷擊時，使緊固件絕緣在緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間提供不期望的靜電力。
[0003]最近，飛行器通過由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)部件構(gòu)造。復(fù)合材料包括基質(zhì)材料，通常為樹脂，和纖維材料，例如碳纖維。與纖維材料相比，樹脂通常是不導(dǎo)電的。此復(fù)合材料通常是碳纖維增強(qiáng)的塑料(“CFRP”)。用緊固件例如金屬螺栓將CFRP結(jié)構(gòu)元件固定在一起。用于緊固由CFRP構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件的螺栓可以不必要地電接地至CFRP結(jié)構(gòu)元件。螺栓的粗糙表面和結(jié)構(gòu)元件的粗糙表面可以在金屬螺栓的表面和電傳導(dǎo)性纖維的表面之間形成間隙。這種條件可以導(dǎo)致在緊固件和由CFRP構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件之間積聚靜電力。
[0004]目前，試圖為了防止在緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間積聚靜電力，在它們被固定至由CFRP材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件之前用電絕緣的密封劑材料涂布緊固件或螺栓。因而，當(dāng)飛行器被雷擊時，緊固件與結(jié)構(gòu)元件絕緣防止了在緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間不期望的靜電積聚。
[0005]然而，與用金屬緊固件傳統(tǒng)地固定金屬結(jié)構(gòu)元件相比，用密封劑涂布緊固件并且然后將它們固定至結(jié)構(gòu)元件要特別細(xì)心、花費大量時間和費用。密封劑必須完全覆蓋緊固件的表面，否則，當(dāng)飛行器被雷擊時，電流可以穿過密封劑的開口或缺口從結(jié)構(gòu)元件的纖維行進(jìn)至緊固件。穿過這種開口的電流將給緊固件充電并且在緊固件和CFRP的纖維之間產(chǎn)生電荷不平衡。這種條件可以在螺栓和CFRP的纖維之間產(chǎn)生不期望的靜電力。另外，在固定緊固件時需要小心以便在此過程中不去除密封劑。而且，一旦緊固件被安裝，需要進(jìn)行仔細(xì)檢查以便在緊固件的固定過程期間不形成穿過密封劑的開口。因而，在緊固過程中在涂布緊固件、固定緊固件和檢查緊固件時必須進(jìn)行仔細(xì)的步驟。這些步驟增加了飛行器裝配的成本。
[0006]已經(jīng)嘗試了防止在結(jié)構(gòu)元件的CFRP材料和金屬緊固件或螺栓之間積聚不期望的靜電力的其他努力。這些嘗試是不可行的。例如，使用金屬焊劑是不可采用的。即使焊劑可以在螺栓和CFRP材料之間提供電傳導(dǎo)性和結(jié)構(gòu)完整性，在超過二百五十四華氏度(254° F)的溫度下將在結(jié)構(gòu)上損害CFRP材料的完整性，其低于許多焊劑的熔化溫度?？蛇x地，可以在螺栓和CFRP材料之間采用導(dǎo)電性黏合劑。然而，黏合劑的傳導(dǎo)性比金屬結(jié)合具有更大的電阻率。此電阻率可以導(dǎo)致在螺栓和CFRP材料的兩個表面之間積聚電荷并且導(dǎo)致不期望的靜電放電。
[0007]也可以采用柔軟的金屬插入物并且將其布置在螺栓和CFRP材料的兩個表面之間。然而，這可以改進(jìn)兩個表面之間的電傳導(dǎo)性但是在兩個表面之間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弱點并且其貼合兩個表面的能力受到限制?？蛇x地，將螺栓焊接至CFRP結(jié)構(gòu)部件是不可行的，其中一個表面一一CFRP結(jié)構(gòu)部件的一個表面一一是非金屬的。
[0008]存在對于廉價并且可靠的間隙填充物的需要，其將貼合緊固件或螺栓和由CFRP構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件的粗糙表面。該間隙填充物將需要在緊固件或螺栓和CFRP材料的纖維之間提供導(dǎo)電性以將緊固件接地至由CFRP材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]飛行器結(jié)構(gòu)組件的實例包括由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件，其包括基質(zhì)材料以及布置以延伸穿過基質(zhì)材料的多個纖維，其中多個纖維的至少一部分是可從結(jié)構(gòu)元件的表面通過的。緊固件固定結(jié)構(gòu)元件至結(jié)構(gòu)部件。布置包括鎵的金屬結(jié)構(gòu)與緊固件的表面接觸。金屬結(jié)構(gòu)從緊固件的表面延伸并且接觸多個纖維的所述至少一部分的至少一部分。
[0010]用于裝配結(jié)構(gòu)的方法的實例包括提供由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件的步驟，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料和多個布置以延伸穿過基質(zhì)材料的纖維，其中多個纖維的至少一部分是可從結(jié)構(gòu)元件的表面通過的。另一個步驟包括將包含鎵的液體金屬合金與固體金屬或固體金屬合金的至少一種混合，形成漿料。方法進(jìn)一步包括將漿料施加在緊固件的表面上和施加在多個纖維的所述至少一部分的至少一部分上的步驟。方法的另一個步驟包括用緊固件將結(jié)構(gòu)元件固定至結(jié)構(gòu)部件的步驟，其中布置漿料與緊固件的表面接觸并且使緊固件的表面與多個纖維的所述至少一部分的至少一部分相互連接。
[0011]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢可以在各實施方式中單獨實現(xiàn)或者可以在又其他實施方式結(jié)合，其進(jìn)一步細(xì)節(jié)可參考以下的描述和附圖看出。
【附圖說明】
[0012]圖1是飛行器的側(cè)視圖；
[0013]圖2是圖1的飛行器的選定部分的示例性局部示意圖，其中橫截面顯示連接由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件至結(jié)構(gòu)部件的緊固件，其中金屬間隙填充物被布置與緊固件的表面接觸并且使緊固件的表面與結(jié)構(gòu)元件的復(fù)合材料的纖維相互連接；
[0014]圖3是顯示間隙填充物的樣品組成的表1，其包括與純固體金屬或與固體金屬合金組合的基于鎵的液體金屬合金；
[0015]圖4是顯示從圖3的表I選擇的金屬間隙填充物樣品的自由腐蝕速率的圖表；
[0016]圖5是顯示從圖3的表I選擇的金屬間隙填充物樣品的電腐蝕速率的圖表；
[0017]圖6是表2，顯示從表I選擇的金屬間隙填充物樣品連同銅箔和鋁6061合金的自由腐蝕速率和電腐蝕速率、以及電腐蝕速率與自由腐蝕速率比。
[0018]雖然以上已經(jīng)描述了多種實施方式，但本公開不意欲局限于此。可以對公開的實施方式做出各種變化，其仍然在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【具體實施方式】
[0019]如前面所討論的，裝配當(dāng)被雷擊時抵御損害的結(jié)構(gòu)是重要的。這種裝配的結(jié)構(gòu)的實例包括飛行器。期望的是，當(dāng)雷擊時不會在裝配的飛行器的金屬緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間形成靜電力積聚。隨著現(xiàn)在選擇性地將飛行器與復(fù)合材料裝配，需要將金屬緊固件與結(jié)構(gòu)元件的復(fù)合材料的傳導(dǎo)性纖維接地。
[0020]參考圖1，顯示裝配的結(jié)構(gòu)的實施例，飛行器10。飛行器10包括其裝配的各種部分。這些部分，在此實施例中，包括機(jī)身12和從機(jī)身12的相對側(cè)面延伸的機(jī)翼14。機(jī)身12也包括機(jī)頭部16和相對的機(jī)尾部18。飛行器10的這些部分的每一個可以選擇性地用由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件構(gòu)造。
[0021]參考圖2，對于飛行器10的選擇部分的裝配顯示了結(jié)構(gòu)元件20的示例性固定。結(jié)構(gòu)元件20由復(fù)合材料構(gòu)造，其包括基質(zhì)材料22和布置以延伸穿過基質(zhì)材料22的多個纖維24。
[0022]在圖2中顯示的此實施例中，結(jié)構(gòu)元件20疊置在也由復(fù)合材料構(gòu)造的另一個結(jié)構(gòu)元件26上，其包括基質(zhì)材料28和也被布置以延伸穿過基質(zhì)材料28的多個纖維30。結(jié)構(gòu)元件20和其他的結(jié)構(gòu)元件26 二者被固定至結(jié)構(gòu)部件32。結(jié)構(gòu)部件32是飛行器10—部分的組件的另一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)部件32可以由復(fù)合材料、金屬或類似物構(gòu)造。在此實施例中，結(jié)構(gòu)部件32是布置在飛行器10選擇性部分內(nèi)的金屬框架的一部分。
[0023]在此實施例中的多個纖維24和30由電傳導(dǎo)性材料例如碳構(gòu)造。在此實施例中的基質(zhì)材料22和28由熱塑性樹脂或熱固性樹脂的一種構(gòu)造，熱塑性樹脂例如聚丙烯、聚乙烯和尼龍，熱固性樹脂例如環(huán)氧樹脂。
[0024]結(jié)構(gòu)元件20和另一個結(jié)構(gòu)元件26被用緊固件34固定至結(jié)構(gòu)部件32。緊固件34是固定構(gòu)件，其可以將兩個或多個構(gòu)件固定在一起，例如螺栓、螺釘、銷釘或類似物。在此實施例中，緊固件34是螺栓，其包括頭36、螺紋軸38(螺紋未顯示)和螺母40(螺紋未顯示)。緊固件或螺栓34由金屬例如碳鋼、鈦合金或類似物構(gòu)造。
[0025]在此實施例中，將通孔42布置穿過結(jié)構(gòu)部件32。在此實施例中，通孔是在結(jié)構(gòu)部件32中預(yù)先形成的。通過鉆孔穿過結(jié)構(gòu)部件32也可以將通孔42布置穿過結(jié)構(gòu)部件32。在此實施例中，隨著鉆孔穿過結(jié)構(gòu)元件20和其他結(jié)構(gòu)元件26，結(jié)構(gòu)元件20的通孔44和凹部54以及其他結(jié)構(gòu)元件26的通孔46已經(jīng)形成。在鉆孔穿過結(jié)構(gòu)元件20和另外結(jié)構(gòu)元件26的復(fù)合材料時，形成了結(jié)構(gòu)元件20的粗糙表面48和其他結(jié)構(gòu)元件26的粗糙表面50。此外，粗糙表面52在結(jié)構(gòu)元件20的凹部54中形成。
[0026I圖2中示意性地表示了延伸穿過結(jié)構(gòu)元件20的基質(zhì)材料22的多個纖維24。在此實施例中，多個纖維24延伸穿過基質(zhì)材料22并且被布置在整個結(jié)構(gòu)元件20上，在結(jié)構(gòu)元件20的長度方向、寬度方向延伸并且在結(jié)構(gòu)元件20的厚度方向分層。圖2中的多個纖維24示意性地顯示了在結(jié)構(gòu)元件20的長度方向的延伸以及在結(jié)構(gòu)元件20的厚度方向的分層而沒有顯示多個纖維24在基質(zhì)22內(nèi)的寬度方向的延伸。
[0027]隨著穿過結(jié)構(gòu)元件20的不連續(xù)的通孔44和凹部54的形成，通孔44和凹部54嚙合全部多個纖維24的至少一部分25，其被布置遍及結(jié)構(gòu)元件20。在圖2中，結(jié)構(gòu)元件20的多個纖維24的至少一部分25示意性地顯示放置在并且沿著通孔44的粗糙表面48和放置在并且沿著凹部54的粗糙表面52。多個纖維24的部分25也圍繞通孔44和凹部54放置，但是沒有顯示。在圖2中，多個纖維24的至少一部分25示意性地顯示延伸至通孔44處的粗糙表面48并且至凹部54處的粗糙表面52。然而，在此實施例中，隨著通孔44和凹部54的形成，通過鉆孔穿過結(jié)構(gòu)元件20，布置在通孔44和凹部54的多個纖維24的至少一部分25的末端可以從粗糙表面48和粗糙表面52延伸，與粗糙表面48和粗糙表面52齊平或者從粗糙表面48和粗糙表面52凹進(jìn)。不管多個纖維24的至少一部分25的纖維末端相對于粗糙表面48和52的位置如何，末端將可從通孔44中的粗糙表面48以及從凹部54的粗糙表面52通過。
[0028]如以上對于帶有多個纖維24的結(jié)構(gòu)元件20的描述，類似地配置并且示意性地呈現(xiàn)帶有多個纖維30的其他結(jié)構(gòu)元件26。如多個纖維24在結(jié)構(gòu)元件20內(nèi)配置并且示意性地顯示一樣，多個纖維30示意性地顯示延伸穿過基質(zhì)材料28并且布置遍及另外結(jié)構(gòu)元件26，在另外結(jié)構(gòu)元件26的長度方向、寬度方向延伸并且在厚度方向分層。在此實施例中，多個纖維30顯示在另外結(jié)構(gòu)元件26的長度方向延伸并且在厚度方向分層而沒有顯示多個纖維24在基質(zhì)28內(nèi)的寬度方向延伸。
[0029]隨著穿過結(jié)構(gòu)元件26形成不連續(xù)的通孔46，通孔46嚙合全部多個纖維30的至少一部分47，其被布置遍及另外結(jié)構(gòu)元件26。結(jié)構(gòu)元件26的多個纖維30的至少一部分47示意性地顯示放置在并且沿著通孔46的粗糙表面50。多個纖維30的至少一部分47也圍繞通孔46布置但是沒有顯示。多個纖維30的至少一部分47示意性地顯示延伸至通孔46的粗糙表面50。然而，在此實施例中，隨著通孔46的形成，通過鉆孔穿過結(jié)構(gòu)元件26，布置在通孔46的多個纖維30的至少一部分47的末端可以從粗糙表面50延伸，與粗糙表面50平齊或者從粗糙表面50凹進(jìn)。不管多個纖維30的至少一部分47的纖維末端相對于粗糙表面50的位置如何，末端將可從通孔46中的粗糙表面50通過。
[0030]在形成結(jié)構(gòu)元件20的凹部54和通孔44和形成其他結(jié)構(gòu)元件26的通孔46中，這些開口的尺寸形成為比緊固件34稍大以使緊固件34能夠延伸穿過結(jié)構(gòu)元件20和另外結(jié)構(gòu)元件26。出于相同的原因，結(jié)構(gòu)部件32的通孔42類似地比緊固件34的尺寸稍大。間隙55—方面，在頭36和螺紋軸38之間形成，和另一方面，在結(jié)構(gòu)元件20的粗糙表面48、50和52，結(jié)構(gòu)元件20以及另一個結(jié)構(gòu)元件26的凹部54之間形成。如圖2中可見，間隙55也在結(jié)構(gòu)部件32和緊固件或螺栓34之間形成。
[0031]金屬結(jié)構(gòu)56被布置在間隙55內(nèi)并且貼合間隙55的形狀。金屬是固體材料，其通常是韌性的、可熔的和可延展的，有良好的電傳導(dǎo)性和熱傳導(dǎo)性。金屬結(jié)構(gòu)56與緊固件34的表面57接觸，該表面57包括頭36的表面58和螺紋軸38的表面60。金屬結(jié)構(gòu)56從表面58和60延伸穿過間隙55并且接觸與結(jié)構(gòu)元件20相關(guān)聯(lián)的多個纖維24的至少一部分25的至少一部分和結(jié)構(gòu)元件20的凹部54。金屬結(jié)構(gòu)56的這種構(gòu)造使纖維和緊固件34建立了電連接，從而使緊固件34接地。類似地，金屬結(jié)構(gòu)56接觸緊固件34的表面57，其包括表面60并且延伸穿過間隙55并且接觸與另外結(jié)構(gòu)元件26相關(guān)聯(lián)的多個纖維30的至少一部分47的至少一部分。同樣地，金屬結(jié)構(gòu)56的這種構(gòu)造使纖維和緊固件34建立了電連接，從而使緊固件34接地。并且，在此實施例中，金屬結(jié)構(gòu)56接觸緊固件34的表面57，其包括表面60并且延伸穿過間隙55并且接觸在通孔42處的結(jié)構(gòu)部件32的表面62。金屬結(jié)構(gòu)56的這種構(gòu)造在緊固件34和結(jié)構(gòu)部件32之間也建立電連接。
[0032]如以上所描述的，金屬結(jié)構(gòu)56，從緊固件34的以上所描述的表面延伸穿過間隙55分別至以上所描述的多個纖維24和30的至少一部分25和47的至少一部分，并且至結(jié)構(gòu)部件32。在完成這些電連接中，金屬結(jié)構(gòu)56在二十五微米(25μηι)和一毫米(Imm)之間的范圍內(nèi)延伸。在延伸穿過間隙55中，金屬結(jié)構(gòu)56與粗糙表面48、50和52接觸并且貼合粗糙表面48、50和52。如以下將描述的，以漿或糊狀稠度將金屬結(jié)構(gòu)56施加至以上所描述的緊固件34的表面并且至粗糙表面48、50和52和表面62。在施加金屬結(jié)構(gòu)至粗糙表面48、50和52中，多個纖維24和30的至少一部分25和47的至少一部分分別與金屬結(jié)構(gòu)56接觸。在用緊固件34將結(jié)構(gòu)元件20和其他結(jié)構(gòu)元件26固定至結(jié)構(gòu)部件32中，糊狀稠度的金屬結(jié)構(gòu)56被布置在間隙55內(nèi)并且占據(jù)間隙55并且在緊固件34和以上所述的復(fù)合材料的纖維之間提供連續(xù)的電連接。金屬結(jié)構(gòu)也在緊固件34和結(jié)構(gòu)部件32之間提供電連接。
[0033]用于裝配結(jié)構(gòu)一一例如在此實施例中為飛行器10—一的方法包括提供結(jié)構(gòu)元件20。在此實施例中，另外地提供其他的結(jié)構(gòu)元件26。結(jié)構(gòu)元件20如同其他的結(jié)構(gòu)元件26由復(fù)合材料構(gòu)造，如早前所述，該復(fù)合材料包括用于結(jié)構(gòu)元件20的基質(zhì)材料22和用于其他結(jié)構(gòu)元件26的基質(zhì)材料28。多個纖維24延伸穿過結(jié)構(gòu)元件20的基質(zhì)材料22并且多個纖維30延伸穿過基質(zhì)材料28。如以上所描述的，多個纖維24的至少一部分25可從與結(jié)構(gòu)元件20相關(guān)聯(lián)的粗糙表面48和52通過，以及多個纖維30的至少一部分47如以上所描述的可從與結(jié)構(gòu)元件26相關(guān)聯(lián)的粗糙表面50通過。隨著結(jié)構(gòu)元件20、其他結(jié)構(gòu)元件26、結(jié)構(gòu)部件32和緊固件34可裝配，可以進(jìn)行混合含有鎵的液體金屬合金與固體金屬和固體金屬合金的至少一種。在此實施例中，采用Wig-L-Bug牙科萊合金攪拌機(jī)。此混合物形成楽料。
[0034]將漿或糊狀混合物施加至包括緊固件34的表面58和60的表面57，并且通過施加糊狀材料至粗糙表面48、50和52分別施加在多個纖維24和30的至少一部分25和47的至少一部分上。也將糊狀材料施加至結(jié)構(gòu)部件32的表面62。如以上所描述的，隨著金屬結(jié)構(gòu)56的糊狀材料合適地施加，用緊固件34可以將結(jié)構(gòu)元件20—一在此實施方式中隨同其他的結(jié)構(gòu)元件26一一固定至結(jié)構(gòu)部件32。隨著固定緊固件或螺栓34，間隙55被占據(jù)并且用糊狀稠度的金屬結(jié)構(gòu)56填充并且貼合間隙55的形狀。如以下將要描述的，糊狀材料經(jīng)過一段時間沉降并且固化。金屬結(jié)構(gòu)56提供緊固件34和纖維以及結(jié)構(gòu)部件32之間所需的電連接并且使緊固件34接地。
[0035]金屬結(jié)構(gòu)56，其含有鎵合金，在大約室溫下最初是液體狀態(tài)并且然后與金屬粉末或薄膜混合以形成楽料，其中包晶鍵(peritectic bond)形成，其中在液體金屬合金內(nèi)的鎵擴(kuò)散到固體金屬例如純金屬或金屬合金內(nèi)。初始混合物形成漿或糊狀混合物，其轉(zhuǎn)變成具有較高熔化溫度的合金。隨著時間，漿或糊狀稠度固化成固體。
[0036]參考圖3，顯示表I，其包括用于金屬結(jié)構(gòu)56的組合物的樣品。如在表I中可見，隨著將鎵與錫和銦的一種或二者組合形成鎵合金。在大約低于三十?dāng)z氏度(30°C)的室溫下這些金屬合金最初是液體狀態(tài)。然后將含有鎵的液體金屬合金與固體金屬或固體金屬合金混合。將要與液體金屬合金混合的固體金屬或固體金屬合金或者是粉末狀態(tài)或者是薄膜狀態(tài)。顆粒大小或薄膜厚度的尺寸在五十納米(50nm)和一百微米(ΙΟΟμπι)之間。如圖3的表I中可見，與鎵合金混合的固體金屬或者是純鎳、純銅或者是純銀。青銅的固體金屬合金可以選擇性地用于與液體鎵金屬合金混合。表I顯示將被混合以產(chǎn)生金屬結(jié)構(gòu)56的每個樣品的化學(xué)組分的材料元素重量比。
[0037]隨著將鎵合金與固體金屬或固體金屬合金混合，所得的漿或糊狀稠度提供使用者合適地施加材料以貼合緊固件和復(fù)合材料的粗糙表面的能力。一旦使用緊固件34完成固定，材料或金屬結(jié)構(gòu)56固化成固體狀態(tài)。裝配的結(jié)構(gòu)，或者在此實施例中為飛行器10，然后可以用于飛行。
[0038]可以將另外的機(jī)械增強(qiáng)相添加至液體鎵金屬合金與固體金屬或固體金屬合金的混合物的漿料。此機(jī)械相將提供增強(qiáng)的抗剪切性至固化的合金。此機(jī)械相材料可以選擇性地包括純鈷、純鎢、純鉬或純鈦或者鈦例如AMS 4911或者不銹鋼例如302或316的合金的一種。
[0039]現(xiàn)在參考圖4，圖表顯示了金屬結(jié)構(gòu)56的五個選擇樣品的自由腐蝕測試結(jié)果，其顯示在圖3的表I中。耐腐蝕性對于金屬結(jié)構(gòu)56是重要的，其將在暴露于變化的環(huán)境條件的外部環(huán)境中進(jìn)行。測試標(biāo)準(zhǔn)評價使用商業(yè)的3-電極腐蝕測試電池。除了測試的樣品之外一一測試的樣品包括工作電極，電池含有鉑網(wǎng)反電極和銀線參照電極。電解液(腐蝕環(huán)境)是暴露于實驗室空氣的按重量計百分之三(3.0wt % )的氯化鈉(NaCl)溶液，即，含有溶解氧。使用電池中的夾具，每個樣品的I平方厘米的(lcm X Icm)表面積暴露于電解液。使用-1OmV至+ 1mV電勢掃描，在(開路)腐蝕電勢附近進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)線性極化測量。數(shù)據(jù)被擬合到直線以獲得極化電阻(RP，0hms)。使用極化電阻的倒數(shù)表示相對腐蝕速率。如在圖表中可見，在至少一種情況中的測試延長至八十小時。
[0040]在圖4中的此圖表中顯示了通過極化電阻的倒數(shù)給出的自由腐蝕速率。在此圖表上的較低的倒數(shù)極化電阻值指示較大的耐腐蝕性。不管當(dāng)使用相同的液體金屬合金(Ga/In或Ga/In/Sn)時金屬的組合物如何，所有含有銅的金屬合金具有相同的腐蝕速率。鎵液體金屬合金具有一些效果。鎵/錫液體金屬合金比鎵/銦液體金屬更耐腐蝕。差異歸因于錫比銦在氧化上穩(wěn)定?？梢宰⒁獾降氖?，含有銀的固化金屬比任何含有銦的材料更穩(wěn)定。
[0041]參考圖5，此圖表顯示了來自圖3的表I的金屬結(jié)構(gòu)56的三個選擇的樣品的電腐蝕測試結(jié)果。因為金屬結(jié)構(gòu)56與復(fù)合材料的傳導(dǎo)性碳纖維恒定地電接觸，電測試在金屬結(jié)構(gòu)56的樣品上進(jìn)行。
[0042]測試標(biāo)準(zhǔn)包括放置每個樣品與碳纖維增強(qiáng)的塑料(“CFRP”)接觸和使用在組合的測試樣品/CFRP電極上進(jìn)行的線性極化測量。此方法將電偶處理為單個電極并且使自由腐蝕速率和電偶腐蝕速率能夠進(jìn)行相對比較。通過從CFRP板切割一平方厘米(Icm2)的片制備CFRP。一個面被打磨以暴露碳纖維。邊緣和后面用5分鐘環(huán)氧樹脂密封，在五十?dāng)z氏度(50°C)固化一夜。將整個CRFP片鄰近測試樣品浸沒在電解液中。使用從測試樣品至連接至CFRP的環(huán)氧樹脂密封的螺紋桿的跳線建立測試樣品和CFRP之間的電連接。測試樣品的面積是
0.785平方厘米(0.785cm2)并且CFRP的面積是兩厘米乘以兩厘米(2cm x 2cm)，其等于四平方厘米(4cm2)。因而，CFRP/金屬合金的面積比率是5:1。
[0043]參考圖5中的圖表，圖表上描繪的初始18至20小時是這三個樣品的自由腐蝕測試結(jié)果。然后開始以上的電測試，其指示了在此圖表中每個樣品的腐蝕速率的急劇上升。隨著時間的推移，三個樣品的每個的腐蝕速率基本上水平并且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。再一次地，在此圖表上的較高位置指示較大的腐蝕速率。由此可見，鎵/錫與銅合金以及鎵/銦與銅合金具有類似的腐蝕速率。鎵/銦和銀合金具有最低的腐蝕速率。
[0044]參考圖6，提供了五個樣品的腐蝕速率的表2。前三個樣品是來自圖3的表I的樣品組合物并且在圖4和5中闡明的圖表中的腐蝕測試中存在。表2中的下一個樣品是銅箔并且最后一個樣品是鋁合金6061。此表第一欄中顯示三個腐蝕速率。在第二欄中顯示了電腐蝕速率。在第三欄中，顯示了電偶腐蝕對自由腐蝕速率的比率。與銅固體金屬樣品混合的鎵液體合金具有比銅箔和與銀固體金屬混合的鎵液體合金稍微更大的電偶腐蝕速率，但是比鋁合金6061顯著更小的腐蝕速率。
[0045]進(jìn)一步地，本公開包括根據(jù)以下條款的實施方式:
[0046]條款1:飛行器的結(jié)構(gòu)組件，其包括:由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料和被布置以延伸穿過基質(zhì)材料的多個纖維，其中多個纖維的至少一部分是可從結(jié)構(gòu)元件的表面通過的；固定結(jié)構(gòu)元件至結(jié)構(gòu)部件的緊固件；以及布置以與緊固件的表面接觸的金屬結(jié)構(gòu)，其中金屬結(jié)構(gòu)從緊固件的表面延伸并且接觸多個纖維的所述至少一部分的至少一部分。
[0047]條款2:條款I(lǐng)的結(jié)構(gòu)組件，其中:多個纖維包括碳;基質(zhì)材料包括熱塑性樹脂和熱固性樹脂的一種;并且緊固件由金屬構(gòu)造。
[0048]條款3:條款I(lǐng)的結(jié)構(gòu)組件，其中金屬結(jié)構(gòu)包括包含銦和錫中至少一種的鎵合金。
[0049]條款4:條款I(lǐng)的結(jié)構(gòu)組件，其中金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括固體金屬和固體金屬合金的一種。
[0050]條款5:條款4的結(jié)構(gòu)組件，其中:固體金屬和固體金屬合金的一種包括粉末和薄膜的一種;并且粉末的顆粒大小或薄膜的厚度具有在50nm和ΙΟΟμπι之間范圍內(nèi)的尺寸。
[0051]條款6:條款5的結(jié)構(gòu)組件，其中固體金屬包括純銅、純銀和純鎳的一種。
[0052]條款7:條款5的結(jié)構(gòu)組件，其中固體金屬合金包括青銅。
[0053]條款8:條款I(lǐng)的結(jié)構(gòu)組件，其中金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括機(jī)械增強(qiáng)相，該機(jī)械增強(qiáng)相包括純鈷、純鎢、純鉬和純鈦或包括鈦合金和不銹鋼之一的合金的一種。
[0054]條款9:條款I(lǐng)的結(jié)構(gòu)組件，其中:金屬結(jié)構(gòu)在緊固件的表面與多個纖維的所述一部分的至少一部分之間延伸25μηι和Imm之間的范圍;并且金屬結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)元件的表面接觸。
[0055]條款10:用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟:提供由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料和被布置以延伸穿過基質(zhì)材料的多個纖維，其中多個纖維的至少一部分是可從結(jié)構(gòu)元件的表面通過的;將包括鎵的液體金屬合金與固體金屬和固體金屬合金的至少一種混合形成漿料;將漿料施加在緊固件的表面上并且施加在多個纖維的所述至少一部分的至少一部分上;并且用緊固件將結(jié)構(gòu)元件固定至結(jié)構(gòu)部件，其中漿料被布置與緊固件的表面接觸并且使緊固件的表面與多個纖維的所述至少一部分的至少一部分相互接觸。
[0056]條款11:條款10的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中:多個纖維包括碳;基質(zhì)材料包括熱塑性樹脂和熱固性樹脂的一種;緊固件由金屬構(gòu)造;并且固定步驟包括放置漿料以與結(jié)構(gòu)元件的表面接觸。
[0057]條款12:條款10的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中:液體金屬是包括銦和錫中至少一種的合金;并且混合步驟包括將液體金屬合金與固體金屬和固體金屬合金的至少一種混合。
[0058]條款13:條款12的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中固體金屬和固體金屬合金的一種包括粉末和薄膜的一種。
[0059]條款14:條款13的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中粉末的顆粒大小或薄膜的厚度具有在50nm和ΙΟΟμπι之間范圍內(nèi)的尺寸。
[0060]條款15:條款12的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中固體金屬包括純銅、純銀和純鎳的至少一種。
[0061]條款16:條款12的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中固體金屬合金包括青銅的合金。
[0062]條款17:條款10的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中混合步驟進(jìn)一步包括混合機(jī)械增強(qiáng)相，該機(jī)械增強(qiáng)相包括純鈷、純鎢、純鉬和純鈦或包括鈦合金和不銹鋼的一種的合金的一種。
[0063]條款18:條款10的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中液體金屬具有低于三十?dāng)z氏度(30°c)的熔化溫度。
[0064]條款19:條款10的用于裝配飛行器的方法，其進(jìn)一步包括在飛行器進(jìn)行飛行之前允許漿料固化的步驟。
[0065]條款20:條款10的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中結(jié)構(gòu)元件和結(jié)構(gòu)部件是飛行器的部件。
[0066]雖然以上已經(jīng)描述了許多實施方式，本公開不意欲限制于此?？梢詫_的實施方式做出許多變化，其仍然在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.飛行器(10)的結(jié)構(gòu)組件(14)，其包括: 由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件(20，26)，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料(22，28)和被布置以延伸穿過所述基質(zhì)材料的多個纖維(24，30)，其中所述多個纖維的至少一部分是可從所述結(jié)構(gòu)元件的表面(48，50，52)通過的； 固定所述結(jié)構(gòu)元件至結(jié)構(gòu)部件(32)的緊固件(34);和 被布置以與所述緊固件的表面(38)接觸的金屬結(jié)構(gòu)(56)，其中所述金屬結(jié)構(gòu)從所述緊固件的所述表面延伸并且接觸所述多個纖維的所述至少一部分的至少一部分(25)。2.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)組件， 其中:所述多個纖維包括碳； 所述基質(zhì)材料包括熱塑性樹脂和熱固性樹脂的一種;和 所述緊固件由金屬構(gòu)造。3.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)組件，其中所述金屬結(jié)構(gòu)包括包含銦和錫的至少一種的鎵合金。4.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)組件，其中所述金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括固體金屬和固體金屬合金的一種。5.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)組件，其中: 所述金屬結(jié)構(gòu)在所述緊固件的所述表面至所述多個纖維的所述部分的至少一部分之間延伸25μηι和Imm之間的范圍；和 所述金屬結(jié)構(gòu)與所述結(jié)構(gòu)元件的所述表面接觸。6.用于裝配結(jié)構(gòu)(10)的方法，包括以下步驟: 提供由復(fù)合材料構(gòu)造的結(jié)構(gòu)元件(20，26)，該復(fù)合材料包括基質(zhì)材料(22，28)和布置以延伸穿過所述基質(zhì)材料的多個纖維(24，30)，其中所述多個纖維的至少一部分是可從所述結(jié)構(gòu)元件的表面(48，50，52)通過的； 將包括鎵的液體金屬合金與固體金屬和固體金屬合金的至少一種混合形成楽料(56);將所述漿料施加在緊固件(34)的表面(38)上并且施加在所述多個纖維的所述至少一部分的至少一部分(25)上;并且 用所述緊固件將所述結(jié)構(gòu)元件固定至結(jié)構(gòu)部件(32)，其中所述漿料被布置以與所述緊固件的所述表面接觸并且使所述緊固件的所述表面與所述多個纖維的所述至少一部分的所述至少一部分相互接觸。7.權(quán)利要求6所述的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中: 所述多個纖維包括碳； 所述基質(zhì)材料包括熱塑性樹脂和熱固性樹脂的一種； 所述緊固件由金屬構(gòu)造;和 所述固定的步驟包括放置所述漿料以與所述結(jié)構(gòu)元件的所述表面接觸。8.權(quán)利要求6所述的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中: 所述液體金屬是包括銦和錫中至少一種的合金;和 所述混合的步驟包括將所述液體金屬合金與固體金屬和固體金屬合金的至少一種混入口 ο9.權(quán)利要求6所述的用于裝配飛行器的方法，進(jìn)一步包括在所述飛行器進(jìn)行飛行之前允許所述漿料固化的步驟。10.權(quán)利要求6所述的用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，其中所述結(jié)構(gòu)元件和所述結(jié)構(gòu)部件是飛行器的部件。
【文檔編號】B64D45/02GK105857629SQ201610078400
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】A·F·格羅斯, D·M·漢森, S·可斯拉法尼
【申請人】波音公司