專利名稱：：將金屬結合到基底的方法
技術領域：
：本發明通常涉及將金屬結合(bonding)到基底的方法。
背景技術：
：許多汽車零件例如是由鋁或者鋼來制成的。在一些情況中，令人期望的是用較輕重量(lighter-weight)材料例如鎂來代替至少一部分的招或者鋼零件。較輕重量材料的存在在一些情況中會降低汽車零件的總重量。
發明內容這里公開了將金屬結合到基底的方法。該方法包括在該基底表面中形成多個納米特征，其中各納米特征選自納米孔和/或納米裂隙(nano-crevice)。處于熔融態的該金屬被溢流燒注(over-cast)到基底表面上并且滲入該多個納米特征。通過冷卻，使該金屬凝固在該多個納米特征內，其中該金屬的凝固在該溢流澆注金屬和該基底之間形成機械互鎖。本發明包含以下內容I.將金屬結合到基底的方法，該方法包括在該基底表面中形成多個納米特征，每個納米特征選自納米孔或納米裂隙的任何一種；將處于熔融態的該金屬溢流澆注到該基底表面上，該金屬滲入到該多個納米特征中；和通過冷卻，將該金屬凝固在該多個納米特征內，該金屬的凝固在該溢流澆注金屬和該基底之間形成機械互鎖。2.方面I所述的方法，其中每個納米特征是納米孔，和其中該多個納米孔的形成是通過陽極氧化從該基底表面生長包含該多個納米孔的結構來實現的。3.方面2所述的方法，其中該結構對于所述金屬是自潤濕的。4.方面2所述的方法，其中該結構對于所述金屬是非自潤濕的，并且其中在將該金屬溢流澆注到該基底表面上之前，該方法進一步包括將金屬氧化物引入到該多個納米孔中；和將該金屬氧化物與該金屬反應以產生反應產物，該反應產物包括用于潤濕該金屬的特性。5.方面4所述的方法，其中該金屬氧化物選自錳，鈉，硅，錫，鎘，鋅，鎳和鐵的氧化物。6.方面2所述的方法，其中該結構對于所述金屬是非自潤濕的，并且其中在將該金屬溢流澆注到該基底表面上之前，該方法進一步包括將其他金屬引入到該多個納米孔中。7.方面I所述的方法，其中該多個納米特征的形成是通過深蝕，激光加工，放電加工，電化學加工，或者微弧氧化中任何一種來完成的。8.方面I所述的方法，其中當該金屬是鎂時，該基底選自招，鎂，鋅，鈦，銅，鋼及其合金。9.方面I所述的方法，其中當該金屬是鋁時，該基底選自招，鋅，鎂，鈦，銅，鋼及其合金。10.方面I所述的方法，其中在形成該多個納米特征之前，該方法進一步包括圖案化該基底表面。11.產生鋁-至-鎂結合的方法，該方法包括從鋁表面生長氧化物層，該氧化物層包括限定在其中的多個納米孔；將鎂溢流澆注到該鋁表面上，該溢流澆注包括將熔融的鎂引入到該氧化物層上，以使得熔融的鎂滲入該多個納米孔中；和凝固該熔融的鎂來在該凝固的鎂和該鋁表面之間形成機械互鎖。12.方面11所述的方法，其中該氧化物層的生長是通過在電解質存在下，陽極氧化該鋁表面來實現的。13.方面11所述的方法，其中所述凝固是通過冷卻該熔融的鎂來實現的。14.汽車零件，其包含包括表面的基底，該表面具有限定在其中的多個納米特征；和溢流澆注金屬，其通過在位于該多個納米特征中的該溢流澆注金屬的凝固部分之間形成的機械互鎖結合到該基底表面。15.方面14所述的汽車零件，其中當該金屬是鋁時，該基底選自鈦、銅、鋼及其合金。16.方面14所述的汽車零件，其中該多個納米特征每個是納米孔，和其中每個納米孔的有效直徑是大約15nm-大約75nm。17.方面14所述的汽車零件,其中每個納米特征與相鄰納米特征以大約50nm_大約300nm間隔。18.方面14所述的汽車零件，其中該基底表面是從下面的基底金屬生長的氧化物層，和其中該氧化物層的厚度是大約40iim-大約250iim。19.方面14所述的汽車零件，其中該汽車車體零件選自儀表盤橫梁、發動機支架或者底盤部件。本發明的特征和優點將通過參考下面的詳細說明和附圖而變得顯而易見，在其中相同的標號對應于類似的，雖然可能不等同的部件。為了簡要，具有前述功能的標號或者特征可以或者可以不在它們出現于其中的其他附圖中進行描述。圖1A-1D示意性表示了將金屬結合到基底的方法的一個例子；圖ID-A是圖ID中所示的一部分示意圖的放大圖2A是透視圖，其示意性表示了基底的例子，該基底包括在其表面中形成的多個納米孑L；圖2B是圖2A中所示的多個納米孔的平面圖；和圖3是透視圖，其示意性表示了基底的另外一個例子，該基底包含形成于其表面中的多個納米裂隙。具體實施例方式鋁和鋼可以用于制造不同的汽車零件，這至少是因為這些材料具有有助于該零件的結構整體性(structuralintegrity)的機械強度。已經發現零件中的一些招或者鋼可以用較輕重量材料(例如鎂)來代替。據信鎂的存在會在一些情況中降低汽車零件的總重量。已經發現鎂可以經由澆注方法例如稱作溢流澆注的方法加(incorporated)到鋁或者鋼零件上。還已經發現在一些情況中鎂不能冶金結合(metallurgicallybond)到下面的招或者鋼上，至少沒有達到形成被認為是結構牢固(structurallysound)的并可用于汽車的零件所必需的程度。例如，鋁可以包括在其上所形成的致密氧化物表面層(例如氧化鋁)，其在澆注過程中可防止鎂冶金結合到氧化物層下面的鋁上或直接冶金結合到該氧化物層上。更具體地，在澆注方法過程中，鎂不能滲透(penetrate)致密氧化物層并以足以賦予所形成的零件結構牢固的方式來與下面的鋁結合。作為此處使用的，“結構牢固”的零件是這樣的零件，其機械性能使得該零件能夠經受住零件使用過程中所產生的不同的操作應力和應變。這里所公開的方法的例子可以用于通過將金屬(例如鎂或者鎂合金)結合到基底(例如鋁，鈦，鋼等)上來形成零件，這些材料之間所產生的接合(joint)使得該零件被認為具有必需的結構整體性以致能夠用于汽車中。在一個例子中，兩種材料可以通過提高在該金屬和基底之間的界面處的接合強度(即，它的界面強度)而結合到一起。這可以通過處理基底的表面，以使得處于熔融態的金屬能夠滲入在表面中形成的孔、裂隙、腔室等中，并且機械結合(mechanicalbond)到該表面上來實現。在一個例子中，該機械結合是通過該金屬滲透到該基底的處理表面來產生的機械互鎖。在一些情況中還可以形成化學結合(chemicalbond),例如該金屬和該表面之間的冶金結合(metallurgicalbond)。現在將結合圖1A_1D，2A和2B來描述將金屬機械結合到基底上的方法的一個例子。在這個例子中，通過該方法所形成的零件10(圖ID所示)包括鋁基底和結合到其上的鎂金屬。應當理解該方法也可以或者另外用于形成由其他的材料組合所制成的零件。例如，該零件可以由這樣的基底材料形成，該材料可以適用于汽車應用(例如用于制造汽車底盤部件，發動機支架，儀表盤(IP)橫梁，發動機缸體(engineblock)，汽缸蓋和/或類似物)。該基底在一些情況中可以選自這樣的材料，該材料是足夠難熔的使得該材料在溢流澆注過程中曝露于熔融金屬時不會熔融，其細節將在下面至少結合圖IC來提供。該基底材料可以選自金屬，例如鋁、鋅、鎂、鈦、銅及其合金。應當理解其他的基底材料也可以適當的用于此處公開的方法中，它們的一些例子包括鑄鐵、超級合金(例如基于鎳,鈷,或者鎳-鐵的那些)、鋼(其是鐵，碳和可能的其他成分的合金)、黃銅(其是銅合金)和非金屬(例如高熔融溫度聚合物，例如熔融溫度至少350°C的那些聚合物，玻璃，陶瓷和/或類似物)。該基底材料可以此外選自制造適用于其他應用的零件的材料，所述其他應用例如非汽車應用，包括飛機，工具，房屋/建筑物部件(例如管道等)等。在這些應用中，該基底材料可以選自上述任意的金屬，或者可以選自另外的金屬或者非金屬(例如鋼，鑄鐵，陶瓷，高熔融溫度聚合物(例如諸如晶體聚合物，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚砜和/或其他熔融溫度至少350°C的聚合物)等等)。該高熔融溫度聚合物可以進一步包括保護層和/或被冷卻來防止聚合物熔融和/或分解，以使得該聚合物、保護層和該溢流澆注方法的組合不會顯著破壞所述基底(即，通過該基底/溢流澆注金屬體系所形成的制品對于它的目標用途而言仍然是有功能性的)。如果該基底選自非鋁金屬，則該基底材料在一個例子中可以鍍鋁(aluminize)(即，在該基底材料表面上形成鋁或者富鋁合金層)，來用于此處公開的方法中。例如，鋼可以經由將該鋼熱浸到鋁-硅熔體中來鍍鋁，這在該鋼表面上形成了鋁層。如下面詳細描述的，這種鋁層之后可以被陽極氧化來形成氧化鋁。據信其他材料例如鈦、銅等也可以經由熱浸或者另外的合適方法例如諸如氣相沉積來鍍鋁。應當理解不需要鋁表面來實施此處公開的方法的實施例。例如鎂、鈦或者另外的金屬可以被氧化來形成納米孔可以形成于其中的氧化物層，和因此，在將鎂溢流澆注到鋁或者鍍鋁的表面上之后可以使用其他的體系，只要該表面是或者可以變成多孔的就行。在一個例子中，該待結合到基底上的金屬可以選自元素周期表中任何這樣的金屬，該金屬的熔點或者熔融溫度低于或者接近于(例如在rc內)金屬結合到其上的基底的熔融溫度。應當理解這里所討論的溢流澆注金屬可以純金屬或者其合金。已經發現選擇熔點低于基底的金屬能夠使得在在沒有熔融下面的基底的情況下完成澆注。例如可以選擇鎂作為待溢流澆注到任意基底材料上的金屬，所述任意基底材料選自金屬例如鋁、鋅、鈦、銅、鎳和/或其合金，這至少部分地因為鎂的熔融溫度是大約639°c并且低于任何所述基底材料。應當理解在一些情況中也可以選擇鎂作為該基底材料，如下所述。能夠用于形成汽車零件的金屬和基底組合的一些例子例如包括i)分別的鎂和鋁，和ii)分別的鎂和鋼。能夠選擇的金屬的其他例子包括鋁，銅，鈦及其合金。當選擇鋁作為該溢流澆注金屬時，鋁可以結合到熔融溫度低于鋁的基底材料上。例如鋁(其熔融溫度是大約660°c)可以結合到銅(其熔融溫度是大約1083°C)，鈦(其熔融溫度是大約1660°C)或者鋼(例如熔融溫度大約1510°C的不銹鋼和熔融溫度是大約1425°C-大約1540°C的碳鋼)上。此外，當選擇銅作為該金屬時，銅可以結合到鈦或鋼上，這至少部分地由于銅的熔融溫度低于鈦和鋼。應當理解，該溢流澆注金屬的熔融溫度不必須小于基底，這至少部分地因為所選擇的基底可以包括保護層、進行冷卻，和/或具有在熔融之前足以提取(extract)凝固熱的質量和傳導性(massandconductivity)。例如在溢流燒注例如是在具有用于冷卻鎂的冷卻機構的鑄模澆注機(diecaster)中進行時，鋁(同樣的，其熔融溫度是大約660°C)可以溢流澆注到鎂(其熔融溫度是大約639°C)上。同樣，據信該溢流澆注金屬可以選自熔融溫度高于基底的金屬。在這個例子中，該基底材料可以在溢流澆注過程中被冷卻，和/或具有足以在金屬對基底的結構整體性產生不良影響之前凝固所述的熔融溢流澆注金屬的質量，和/或具有在其上的保護層。在一些情況中，傳遞到基底的熱可以足夠低，以使得基底溫度不達到它的熔融溫度，并且因此將不熔融(或者輕微熔融)。在一些情況中，可以在基底上構建涂層(由例如具有非常高的熔融溫度的材料(例如氧化鋁)制成)，其能夠降低傳遞到基底上的熱。例如氧化鋁(其熔融溫度是大約2072°C)可以用作該基底的合適的涂層。但是，應當理解所選擇的涂層材料還應當是耐久的和粘附性(adherent)的，以使得該材料能夠對所形成的零件的結構整體性作出-Tj.士[>貝獻。因此，在一個例子中，當該金屬選自鎂時，該基底可以選自鋁，鎂，鋅，鈦，銅，鋼及其合金。在一種情況中，不同的鎂合金或者組合物可以用作該溢流澆注金屬和該基底材料。鎂可以純鎂，或者可以是與鋁、鋅、錳或者合適的合金材料中的至少一種合金化的鎂(magnesiumalloyedwithatleastoneofaluminum,zinc,manganese,orsuitablealloymaterial)0例如，鎂合金AM60(其熔融溫度是大約615°C)可以溢流燒注到擠出的AZ31B鎂合金管(其熔融溫度是大約630°C)上。在另一例子中，當該金屬選自鋁時，該基底還可以選自鋁，鎂，鋅，鈦，銅，鋼及其合金。雖然在此已經給出了幾個例子，但是應當理解可以使用基底和溢流澆注金屬材料的任意組合，只要澆注程序(例如澆注溫度，時間等)使得溢流澆注可以在不明顯損壞基底的情況下完成。為了說明的目的，所述方法的此實施例將在下面詳細描述，并且所述基底材料具體選自鋁或者鋁合金，且所述結合金屬是鎂。雖然這個實施例包括了在氧化物(即，氧化鋁)中形成孔，但是應當理解當金屬滲入到任何基底材料(不限于這個實施例中詳細討論的氧化鋁)的孔中時，會形成機械互鎖。現在參考圖1A-1D，該方法的這個實施例包括選擇基底12(圖IA中所示)，和然后處理基底12的表面S。該表面S可以通過在表面S中形成多個納米特征16來處理，如圖IB所示。在該方法的這個例子中，納米特征16是納米孔。納米孔16進一步的細節將在下面參考圖2A和2B來描述。在一個例子中，納米孔16是通過陽極氧化方法通過在基底表面S上生長多孔金屬氧化物結構18來形成。簡而言之，陽極氧化是一部分的鋁基底12氧化以形成由鋁氧化物(即，氧化鋁)構成的結構18。因此，一部分的鋁基底12隨著鋁氧化物結構18生長而被消耗。陽極氧化可以例如通過如下來完成使用鋁基底12作為電解池的陽極，并且將該陽極和合適的陰極置于含水電解質中。該電解質的一些例子包括硫酸(H2SO4)，磷酸(H2PO4),草酸(C2H2O4)和鉻酸(H2CrO4)。這些電解質理想地形成多孔氧化鋁；即，氧化鋁結構18包括形成于其中的納米孔16。此外，可以使用任何合適的陰極，它的例子可以包括鋁或者鉛。將合適的電壓和電流(例如直流電流或者在一些情況中直流分量和交流分量)施加到電解池一定的時間量，以陽極氧化所選擇部分的鋁基底12來生長結構18。在一個例子中，大約IOMm-大約250Mm的鋁基底12，或者在另一例子中，大約IOMm-大約IOOMm的鋁基底12被陽極氧化，這至少部分地取決于待形成的多孔氧化物層/結構18的所需厚度。例如，據信對于使用硫酸電解質的陽極氧化來說，每3Mm所形成的氧化物層消耗了大約2Mm的下面的基底12。另外據信前述比率可以至少部分地基于陽極氧化層的孔隙率以及金屬氧化物層與下面的基底12的質量平衡而改變。在一個例子中，陽極氧化可以在大約IV-大約120V的電壓下發生，并且該電壓可以隨著氧化物層(或者結構18)生長的更厚而在整個陽極氧化方法中根據需要進行調節。應當理解除了電壓之外，還可以調整其他參數來控制氧化物層/結構18的厚度。例如，氧化物層18的厚度至少部分地取決于電流密度乘以陽極氧化時間。典型的，施加特定的電壓來實現將氧化物層18生長到期望的厚度所需的電流密度。此外，所用的電解質以及溫度也會影響該氧化物層18的性能，以及生長和形成該氧化物層18到期望的厚度的能力。例如，氧化物層18的厚度會取決于電解質的導電率，其進而取決于電解質的類型、濃度和溫度。此外，氧化物層18是電絕緣的，并因此在恒定的電壓時，電流密度將隨著層生長而降低。在一些情況中，電流密度的降低會限制氧化物層18的最大生長，并因此該電壓不會一直持續增加來提高層18的厚度。但是，在一些情況中，令人期望的是提高整個方法的電壓。在一個例子中，所施加的電壓可以在大約25V-大約30V開始，然后隨著氧化物層18生長，該電壓會被升高到更高的電壓。此外，納米孔16的尺寸可以至少通過調節電壓來控制，但是電壓的調節可以根據所用的材料(例如電解質)來改變。在一個例子中，納米孔16具有大約I.29nm的有效直徑D(示于圖ID-A中)/每IV所施加的電壓，并且相鄰孔16之間的間隔是大約2.5nm/每IV所施加的電壓。孔16的尺寸和間隔將在下面進一步詳細描述。應該理解結構18(即，多孔鋁氧化物層)的生長至少部分取決于電流密度，電解浴(即，電解質)化學，發生陽極氧化時的溫度，陽極氧化時間量，和/或所施加的電壓。在一些情況中，結構18的某些性能還可以通過將AC電流引入代替DC電流或者疊加到DC電流上的AC電流來進行控制。此外，陽極氧化可以在大約_5°C到大約70°C的溫度下完成，并且該方法可以進行幾分鐘到幾小時，這至少部分取決于待生長的結構18的期望厚度。在一個例子中，生長的氧化物層或者結構18的厚度是大約2iim-大約250um。在另一例子中，生長的氧化物層或者結構18的厚度是大約40um-大約80um。經由上述陽極氧化方法所形成的多孔氧化物結構18可以包括許多限定于其中的納米孔16，和限定每個孔16的底部的氧化鋁阻隔層19。該阻隔層19是薄的致密層(即，如果有的話，具有極小的孔隙率)，并且可以構成所形成的氧化物結構18的總厚度的大約0.1%-大約2%o作為此處使用的，術語“納米孔”指的是這樣的孔，其有效直徑(已知每個孔不會具有完美的圓形橫截面)落入納米范圍(例如Inm-IOOOnm);并且該孔可以至少部分地延伸穿過氧化物結構18。在一些情況中，該氧化物結構18可以蝕刻來除去其在納米孔16底部的部分(包括阻隔層19)，由此曝露下面的鋁基底12。在一個例子中，每個納米孔16具有基本上圓柱形，其在延伸貫穿所述孔長度，如在圖2A中示意性表示。應當理解納米孔16的尺寸至少部分取決于上述的陽極氧化參數。此外，假定每個孔16的有效直徑是大致相同的，并且該有效直徑也是貫穿該孔16的長度基本相同的。但是，應當理解每個納米孔16可以不必須具有貫穿它的長度一致的直徑；例如，一個或多個孔16的直徑可以在孔16的頂部(例如，與基底表面S相反的孔端部)是較小的和在孔16的底部(例如相鄰于基底表面S的孔端部)是較大的。在一個例子中，每個納米孔16的有效直徑D(圖ID-A所示)是大約15nm_大約160nm。在另一例子中，每個納米孔16的有效直徑D是大約25nm-大約75nm。但是,應當理解納米孔16期望的有效直徑D(或者尺寸)可以至少部分取決于熔融金屬M的流動性、粘度和潤濕性，這至少部分地歸因于熔融金屬M將滲入納米孔16。此外，納米孔16的所需尺寸還會取決于該表面S是否對于金屬M是潤濕的(wherethesurfaceSiswettingtothemetalM)(其將在下面更詳細的描述)。通常，在其中表面S對于金屬M是潤濕的情況中，納米孔16的期望尺寸會小于當表面S對于金屬M是非潤濕時的尺寸。此外，納米孔16的直徑可以通過氧化物結構18的高度來改變(例如這里納米孔16具有沿其長度直徑不同的段)。這可以通過在第一電壓時生長該氧化物層18來實現，這里孔16的尺寸力圖達到穩態。因此，在該方法過程中，通過改變電壓使得孔16力圖達到另外的穩態來產生轉變區。更明確的，納米孔16的穩態直徑至少部分取決于電壓。例如，第一電壓可以用于初始生長該納米孔16，直到達到第一穩態直徑，然后可以使用第二電壓來進一步生長納米孔16，直到達到第二穩態直徑。納米孔16的第一和第二直徑的轉變區存在于第一和第二電壓之間。跨越基底表面S，可以形成具有和不具有納米孔16的區域。這可以使用掩模來實現。該掩模阻止了孔形成，并因此掩模的區域不包括納米孔16。基底表面S的這些掩模區域在尺寸上(例如微米或者甚至毫米)可以大于在未掩模區域中生長的單個納米孔16的尺寸。取決于所用的掩模，這種方法能夠產生包含納米孔16的不連續區域(S卩，納米-島，在下面進一步討論)，或者包含納米孔的連續層，該層具有形成于其中的多個孔(即，不具有納米孔16的區域)。在此還可以預期跨越基底表面S形成具有不同尺寸的納米孔16。這可以例如通過如下來實現掩模表面S的第一區域，并且使未掩模區域中的納米孔16生長，同時施加合適的電壓用于生長。其后，其中包含生長的納米孔16的該基底表面S的區域可以掩模來保持那些納米孔16的尺寸。該表面S的前述掩模區域現在是未掩模的。可以施加不同的電壓到新的未掩模區域來生長另外的期望尺寸的納米孔。在圖2A和2B所示的例子中，納米孔16例如均勻處于氧化物結構18中，這里孔16是排列成行的(aligned)。換句話說，納米孔16在上述陽極氧化方法過程中垂直于表面生長。所形成的納米孔16的數目至少部分取決于各單個孔16的尺寸(例如有效直徑)和待陽極氧化的基底表面S的表面積。作為一個例子，使用40V的施加電壓，所形成的納米孔16的數目是跨越具有大約Icm2表面積的陽極氧化表面大約IxlO9-大約1x10'在一個例子中，該表面積高達數十(tensof)平方厘米。在一個例子中，零件10的表面積可以是大約200cm2，因此孔16的數目是大約2xlOn。此外，如果每個孔16被限定在單元(cell)內(例如圖2B所示的單元C)，則各單元C的尺寸可以是大約IOOnm-大約300nm。在一個例子中，在結構18中形成的相鄰孔16之間的間隔d(圖ID-A所示)是大約IOOnm-大約300nm。在另一例子中，相鄰孔16之間的間隔d是大約180nm-大約220nm。在仍然的另一例子中，相鄰孔16之間的間隔d是大約200nm。在一些情況中，令人期望的是選擇鎂將結合到其上的鋁基底12的某些部分，或者選擇用于形成納米孔16之處(在鋁基底12上)。在這些情況中，未選擇部分的基底表面S沒有進行陽極氧化。這可以例如通過在從該鋁基底12生長氧化物結構18之前對該鋁基底進行圖案化來實現。圖案化可以經由任何合適的技術來實現，并且用于進行鋁基底12的局部陽極氧化。例如，可以使用任何常規的照相平版法(photoIithography)，它的一個例子包括將硬掩模材料沉積到鋁上，然后使用光致抗蝕劑來圖案化該掩模材料以進行所述的鋁的局部曝露。在一個例子中，將掩模圖案化來將部分的招曝露于電解質。一旦掩模和光致抗蝕劑就位，保持曝露的區域然后可以進行局部陽極氧化，并且對通過圖案化掩模曝露的鋁被局部陽極氧化，例如通過使用曝露的或者圖案化的鋁層作為上述電解池的陽極來進行。據信圖案化還可以用于改變該金屬M和該基底12之間形成的界面的某些區域中，可能是臨界區域中的應力分布形式(stresspattern)(例如諸如曝露于摩損或者滾動接觸的那些表面)。例如，可以在基底表面S上的某些區域中形成強的結合，在所述區域中具有高密度的納米孔16，金屬M能在溢流澆注過程中與納米孔16相互作用。可以使用圖案化(使用上述的掩模)例如來降低基底表面S上某些區域中的孔16的數目。例如當期望的是將應力從基底12轉移到溢流澆注金屬M，或者反之時，這會是有用的。應當理解某些區域尺寸之間的半徑(radiusbetweencertainsectionsizes)也可以被認為是具有增加的應力的區域。對于這些區域來說，圖案化結合多個陽極氧化處理(使用不同的電壓或者時間)會產生具有不同的多孔結構的表面。例如可以第一次使用恒定電壓陽極氧化表面，然后掩模一部分的該表面。然后可以使用不同于第一陽極氧化處理過程中所用電壓的電壓，將第二陽極氧化處理施加到未掩模部分的表面。在第二陽極氧化完成后，未掩模表面區域包括納米孔，該孔的直徑沿著它們各自的長度變化。作為第二陽極氧化方法的結果，在第一陽極氧化方法過程中在掩模區域中所形成的納米孔保持不變。同樣，掩模區域中的納米孔可以包括基本均勻的納米孔，所述納米孔的長度比該表面未掩模區域中所形成的納米孔更短或者更長(至少部分取決于第二陽極氧化處理過程中陽極氧化電壓或者時間如何變化)。作為上面簡單提及的，圖案化可以用于在納米孔16群(clusters)之間產生區域，其中各群可以稱作納米-島。這些納米-島可以用于這樣的情況中，其中熔融的金屬M不能充分的滲入納米孔16(即，當不存在納米-島時)，其至少部分地歸因于表面張力。據信被裸露區域(即，沒有任何納米孔的區域)包圍的納米-島的存在增加了熔融金屬M在溢流澆注過程中能夠適當地滲透的所述基底表面S的表面積。在一個例子中，多孔納米-島是通過掩模部分的基底表面S來形成的。未掩模的區域將經歷生長和納米孔形成，因此將變成納米-島。將未掩模部分陽極氧化來形成納米孔16和納米-島。應當理解術語“納米”當與多孔納米-島結合使用時，指的是納米-島中形成的單個納米孔16的尺寸(即，有效直徑)。雖然納米-島的表面積可以落入微米范圍(IMm2-IOOOMm2)內，但是該納米_島的表面積可以如期望那樣大。同樣如上所簡單提及的，可以形成連續的納米-多孔層，其包括非多孔的凹坑(depressions)/洞(holes)。這可以通過如下來形成掩模將要形成凹坑的該基底表面S的凹坑指定部分，并且將未掩模部分的表面S曝露以陽極氧化。包圍所述凹坑的區域包含納米孔16，而該凹坑不包含納米孔16。該凹坑的尺寸還可以呈納米尺寸，但是也可以如期望那樣大。此外，該凹坑可以采用任何形狀或者形式，例如圓形，正方形，直線，波紋線(squigglyline),花形等。還據信所述凹坑的存在還提高了金屬M能夠在溢流燒注過程中滲透的基底表面S的表面積。一旦形成了鋁氧化物結構18，則鎂金屬(在圖IC中用標號M來表示)被結合到基底12。這可以例如通過如下來實現將包含在其上生長的結構18的基底12置于澆注模或者模具中(圖中未示出)，然后將鎂金屬M溢流澆注到基底表面S上。據信鎂金屬M，其是當處于熔融態時溢流澆注的，滲入在氧化物結構18中所形成的納米孔16中。當形成納米-島或者凹坑(depressions)時,熔融的金屬M還將滲入不包含納米孔16的那些區域中。在一些情況中，鎂金屬M流過納米孔16(和在一些情況中非納米孔區域)，并且還可接觸下面的基底12。鎂金屬M可接觸下面的基底12，只要蝕刻氧化鋁層16來曝露下面的基底12就行。否則，該金屬M可以接觸阻隔層19。但是，應當理解可以形成強的結合，而無需金屬M流過全部的孔16(例如這里金屬M形成了與下面的基底12的冶金結合)，只要鎂金屬M適當的結合到氧化鋁18即可。此外，鎂金屬的層14是在結構18的表面上，根據澆注模或者模具的形狀來形成。層14與鋁基底12的組合構成了零件10(圖ID所示)。應當理解納米孔16內的鎂金屬M與鎂層14(圖ID所示)之間的連續性為零件10提供了期望的結構整體性。通過冷卻，流入孔16的鎂金屬M和鎂層14(它們彼此成為一體(integral))凝固。據信鎂金屬M在孔16(其是與基底12上形成的層14成為一體)內的凝固形成了與鋁氧化物結構18的機械互鎖。另外據信這種機械互鎖為層14和基底12之間的界面賦予了足夠的強度，使得零件10作為整體是結構牢固的。應當理解經由上述陽極氧化方法所形成的氧化物結構18在一些情況中會對于結合金屬(例如鎂金屬M)是自潤濕的。作為此處使用的，術語“自潤濕”指的是構成結構18的金屬氧化物保持與分布于其上的液體(例如熔融的鎂金屬M)接觸的能力。該接觸通常得以保持至少部分歸因于當它們處于一起時，該金屬和金屬氧化物的分子間相互作用。該自潤濕性能經常至少部分取決于材料的組成和溫度。此外，只要該表面(在這種情況中，結構18)是自潤濕的，則熔融的鎂M可以直接施加到該基底表面S(即，形成于其上的氧化物結構18)上。在其中結構18對于金屬M是非自潤濕的情況中，在結合之前(例如溢流澆注之前)，潤濕劑可以引入到結構18的孔16中。該潤濕劑可以選自任何這樣的材料，該材料將適當地賦予金屬M待施加于其上的表面以潤濕特性，并且這不通過與該表面反應而產生腐蝕或者其他類似問題。在一個例子中，金屬氧化物可以引入到納米孔16中，其與熔融的金屬M反應來產生反應產物，該反應產物包括潤濕鎂金屬M的特性。可以引入的金屬氧化物的例子包括錳，鈉，硅，錫，鎘和鋅的氧化物。在另一例子中，另外的金屬可以引入到該納米孔16中來賦予對于金屬M的潤濕特性。在一些情況中，該另外金屬還會有助于對在所述方法過程中形成的機械互鎖的結合強度。該另外金屬可以選自能夠溶于熔融的金屬M中的任何金屬，它的一些例子包括錳，鋅，鈉，硅，錫，鎘，鑰和/或其合金。據信鐵和/或鎳也可以在某些應用中發揮作用。用于實現潤濕的金屬氧化物或者金屬(與熔融的金屬M對比)可以使用化學浴或者經由化學氣相沉積引入到納米孔16中，或者可以引入到陽極氧化方法中(例如諸如通過逆轉所施加的電壓，這可以通過如下來實現提供大于DC電壓的AC電壓(在其中該金屬帶正電的情況中)，或者在用于形成陽極氧化層18的電解質中使用該金屬或者金屬氧化物)。將金屬氧化物或者金屬引入納米孔16還可以使用涂覆方法來完成。如果結構18對于金屬M是自潤濕的，或者結構18已經變得對于金屬M是自潤濕的，則將金屬M施加到基底12來形成零件10，如圖ID所示。在一個例子中，金屬M是經由溢流澆注方法來施加的。溢流澆注通常包括將呈熔融態的金屬M(例如鎂)引入(經由例如傾倒)到鋁基底12上。如前所述，熔融的鎂通過流入納米孔16中而滲入結構18中。在一個例子中，通過將鎂加熱到高于它的熔融溫度來將固體鎂熔化成熔融態。然后，使用澆注工具20(例如陶瓷或者金屬坩堝或者勺，如圖IC所示)來將熔融的鎂金屬M傾倒到在澆注模或者模具(未示出)中的基底12上。在一些情況，該熔融的金屬M可以通過如下來引入將基底12置于腔室(例如模具)中，然后將金屬M注入到該腔室中。在又另一例子中，可以使用逆重力低壓模澆注方法，這里模具高于熔融金屬M的浴，并且經由機械泵或者通過使用浴上的氣體壓力來驅使金屬M向上進入到模具中，從而將金屬M引入模具中。熔融的鎂M滲入孔16中，并且還形成了層14，如前所述。在一個例子中，當具有期望厚度的凝固層14形成于結構18表面上時，該溢流澆注方法被認為是完全的。現在參考圖1D，零件10是通過凝固金屬M來形成層14而形成的，其包括在孔16中和在結構18上的所述金屬。在一個例子中，金屬M的凝固包括冷卻該金屬M。金屬M的冷卻可以例如經由通過自然輻射、對流和/或傳導的熱損失來完成。在一個例子中，這些熱損失方法可以通過將零件10置于室溫下(例如大約20°C_大約30°C的溫度)來完成。在仍然的另一例子中，零件10可以在流延模或者模具內通過降低該模或者模具的溫度來冷卻。在仍然的另一例子中，零件10可以加熱到至少100°C(或者甚至達到大約300°C)。零件10的加熱溫度仍然低于該金屬M的凝固溫度，并且因此該金屬M在熱傳導到基底12和模/模具中時冷卻。該模/模具可以使用流過該模的油或者水來冷卻。雖然參考圖1A-1D所示和所述的例子包括在基底12上生長多孔氧化物結構18，但是應當理解也可以使用其他方法以形成氧化物結構18。形成氧化物結構18的其他方法的例子包括將氧化物沉積到基底12的表面S上，或者沉積金屬和然后氧化它。合適的沉積技術包括化學氣相沉積，物理氣相沉積，熱噴涂和浸潰方法。例如，該浸潰方法可以包括將基底12浸潰到熔融金屬中，來在表面S上產生薄金屬層，和然后氧化該薄金屬層。孔16然后可以在該沉積材料中例如經由放電、使用激光的方法和/或噴砂處理而形成。在一個例子中，所述孔16因此可以使用合適的電極通過放電法在氧化物中形成(以形成氧化物結構18)。在又另一例子中，可以使用電鍍來沉積材料，和在沉積過程中會形成孔16。如果例如使用電鍍作為產生多孔表面的方式，則該表面的孔隙率可以使用圖案化和/或掩模方法(例如平板印刷法)、非導材料的濺射等來控制。作為一個例子，掩模鋼基底，和然后使用銅和然后鎳進行電鍍。鎳在空氣中自然氧化，并且這種方法可以通過在空氣中加熱而加速。由于掩模和電鍍方法而形成孔，并且這些孔可以是較大尺寸的(例如，單位為微米)。還應當理解孔16可以在其他非氧化物材料例如金屬中形成。可以選擇金屬基底，和然后孔16可以使用前述技術來在該表面中形成。該方法的另一例子現在將參考圖1A-1D和圖3在下面詳細描述。應當理解可以將上述任何的基底材料用于這個例子中，包括例如鋁，鋼，鈦，銅及其合金。進一步應當理解這種方法類似于前述的方法，除了陽極氧化結構18不是在基底12的表面S上形成之外。相反，該方法的這個例子包括直接在鋁基底12中形成多個納米裂隙16’，如圖3所示。納米裂隙16’可以通過任何的深蝕(de印etching)、激光加工、放電加工、電化學加工或者微弧氧化(microarcoxidation)來形成。在納米裂隙16’已經形成之后,該方法進一步包括將金屬M結合到基底12上，例如通過上述溢流澆注方法。但是，在這種方法中，熔融的金屬M滲入在鋁表面S中所形成的裂隙16’中，并且零件10是通過凝固該金屬M來形成的。應當理解該方法的這個例子還可以任選地使用某些圖案化和/或潤濕方法，如上所述。納米裂隙16’可以采用不同的形式，其例子是具有跨越整個基底表面S延伸的寬度W和長度L的薄片(slice)，如圖3所示。納米裂隙16’的其他形式可以包括任意的狹縫，薄片，裂紋，間隙和/或類似形式，其直接形成于基底表面S中。雖然圖3中所示的裂隙16’是跨越表面S均勻形成的，但是裂隙16’可以相反跨越表面S無規形成，并且在一些情況中，一個或多個裂隙16’可以彼此相交。此外，每個裂隙16’的深度可以變化或者可以基本相同，并且該深度可以至少部分通過用于形成納米裂隙16’的方法來控制。在一個例子中，納米裂隙16’的深度是大約50nm-大約300Mm。在另一例子中，納米裂隙16’的深度可以是大約IOnm-大約lOOMm。在仍然的另一示例方法中，該基底表面S可以電鍍以圖案來在表面S的電鍍區域之間產生間隙和/或路徑。該電鍍可以例如使用電化學電池來完成，這里表面S的圖案化區域是陰極，并且將金屬離子傳輸到該圖案化表面區域。跨越該電池所施加的電壓可以低于陽極氧化所用的電壓，例如諸如小于大約10V，因為電鍍表面能夠比氧化物(例如氧化鋁)更好導電。在溢流澆注過程中，該溢流澆注金屬M可以填充該間隙/路徑來產生機械互鎖。該形成汽車零件的方法的例子已經在上面描述。如前所述，該方法的例子還可以用于形成非汽車的零件，例如用于飛機，工具，房屋部件(例如管道)和/或類似物。應當理解這里提供的范圍包括了所述的范圍和處于所述范圍內的任何值或者子范圍。例如，大約2Mm-大約250Mm的厚度應當解釋為不僅包括大約2Mm_大約250Mm的明確的所述量界限，而且還包括單個量例如IOMm,50Mm,220Mm等和子范圍例如50Mm-200Mm等。此外，當使用“大約”來描述值時，這表示包括了所述值的較小偏差(高到+/-20%)。另外應當理解，作為此處使用的，單數形式的條目“一個”、“一種”和“該”包括了復數條目，除非另有明確指示。雖然已經詳細描述了幾個例子，但是顯然對本領域技術人員所公開的例子可以改變。所以，前述的說明書被認為是非限制性的。權利要求1.將金屬結合到基底的方法，該方法包括在該基底表面中形成多個納米特征，每個納米特征選自納米孔或納米裂隙中的任何一種；將處于熔融態的該金屬溢流澆注到該基底表面上，該金屬滲入到該多個納米特征中；和通過冷卻，將該金屬凝固在該多個納米特征內，該金屬的凝固在該溢流澆注金屬和該基底之間形成機械互鎖。2.權利要求I所述的方法，其中每個納米特征是納米孔，和其中該多個納米孔的形成是通過陽極氧化從該基底表面生長包含該多個納米孔的結構來實現的；其中該結構對于所述金屬是自潤濕的；或該結構對于所述金屬是非自潤濕的，并且其中在將該金屬溢流澆注到該基底表面上之前，該方法進一步包括將金屬氧化物引入到該多個納米孔中；和將該金屬氧化物與該金屬反應以產生反應產物，該反應產物包括用于潤濕該金屬的特性。3.權利要求2所述的方法，其中該金屬氧化物選自錳，鈉，硅，錫，鎘，鋅，鎳和鐵的氧化物。4.權利要求2所述的方法，其中該結構對于所述金屬是非自潤濕的，并且其中在將該金屬溢流澆注到該基底表面上之前，該方法進一步包括將其他金屬引入到該多個納米孔中。5.權利要求I所述的方法，其中該金屬是鎂，和該基底選自鋁，鎂，鋅，鈦，銅，鋼及其合金；或該金屬是鋁，和該基底選自鋁，鋅，鎂，鈦，銅，鋼及其合金。6.權利要求I所述的方法，其中在形成該多個納米特征之前，該方法進一步包括圖案化該基底表面。7.產生鋁-至-鎂結合的方法，該方法包括從鋁表面生長氧化物層，該氧化物層包括限定在其中的多個納米孔；將鎂溢流澆注到該鋁表面上，該溢流澆注包括將熔融的鎂引入到該氧化物層上，以使得熔融的鎂滲入該多個納米孔中；和凝固該熔融的鎂來在該凝固的鎂和該鋁表面之間形成機械互鎖。8.權利要求7所述的方法，其中該氧化物層的生長是通過在電解質存在下，陽極氧化該鋁表面來實現的，和其中所述凝固是通過冷卻該熔融的鎂來實現的。9.汽車零件，其包含包括表面的基底，該表面具有限定在其中的多個納米特征；和溢流澆注金屬，其通過在位于該多個納米特征中的該溢流澆注金屬的凝固部分之間形成的機械互鎖結合到該基底表面。10.權利要求9所述的汽車零件，其中該金屬是鋁，和該基底選自鈦、銅、鋼及其合金；該多個納米特征每個是納米孔，和其中每個納米孔的有效直徑是大約15nm-大約75nm；每個納米特征與相鄰納米特征以大約50nm-大約300nm間隔；和該基底表面是從下面的基底金屬生長的氧化物層，和其中該氧化物層的厚度是大約40um-大約250um。全文摘要將金屬結合到基底的方法，該方法包括在該基底表面中形成多個納米特征，每個納米特征選自納米孔和/或納米裂隙；處于熔融態的該金屬溢流澆注到該基底表面上，并滲入到該納米特征中。通過冷卻，將該金屬凝固在該納米特征內，這里該金屬的凝固在該溢流澆注金屬和該基底之間形成機械互鎖。文檔編號B82Y40/00GK102797023SQ20121016156公開日2012年11月28日申請日期2012年5月23日優先權日2011年5月23日發明者M.J.沃克,B.R.小鮑威爾,A.A.羅申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司