具有摩擦力降低的织构化表面的金属薄板和板材及其制造方法 |
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| 申请号 | CN200980134187.1 | 申请日 | 2009-08-05 | 公开(公告)号 | CN102138009A | 公开(公告)日 | 2011-07-27 |
| 申请人 | 美铝公司; | 发明人 | 李铭; 詹姆斯·M·马里内利; 柳建韬; 保罗·E·麦格纽森; 许身; 马库斯·B·海尼曼; 刘畅; 路易斯·法诺·维加; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了具有 摩擦 力 降低的织构化表面的 金属薄板 和板材以及制造这种金属薄板和板材的方法。在一个 实施例 中，提供了包括至少一个具有至少一个大体上带槽的表面的金属产品的运输工具，其中，该大体上带槽的表面形成肋状构形，该肋状构形包括多根相邻的、经 轧制 永久形成的、沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋，并且该肋状构形涂覆有至少一层被设计和施加成足以保护该肋状构形的涂层。在一个实施例中，该多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋形成 摩擦力 降低的织构化表面。在一个实施例中，金属产品用于制造航空器的至少一部分。在一个实施例中，金属产品用于制造转动 叶片 的至少一部分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种运输工具，包括： |
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| 说明书全文 | 具有摩擦力降低的织构化表面的金属薄板和板材及其制造方法 背景技术[0001] 曳力是由运动通过流体(液体或气体)的固体产生的一种机械力。当流体为像空气一样的气体时，该曳力被称之为气动阻力(或空气阻力)。当流体为像水一样的液体时，该曳力被称之为流体动力阻力。例如，气动阻力的来源可以是空气分子和(例如在航空器上存在的)机翼或机身的固体表面之间的表面摩擦力。又例如，气动阻力的来源是空气分子和(例如在风力涡轮机上存在的)转动叶片的固体表面之间的表面摩擦力。由于表面摩擦力是固体和气体之间的相互作用，所以表面摩擦力的大小取决于固体和气体两者的特性。对于固体而言，光滑、上蜡的表面与粗糙的表面相比将产生更小的表面摩擦力。对于气体而言，表面摩擦力的大小取决于空气的粘性以及用雷诺数表示的粘滞力与流动运动的相对大小。沿着固体表面，会产生低能流动的边界层，并且表面摩擦力的大小取决于该边界层的情况。发明内容 [0002] 本发明公开了具有摩擦力降低的织构化表面的金属薄板和板材以及制造这种金属薄板和板材的方法。 [0003] 根据本发明的一种实施方式，公开了一种包含至少一个金属产品的运输工具，该金属产品具有至少一个大体上带槽的表面，其中，该大体上带槽的表面形成肋状构形，该肋状构形包括多根相邻的、经轧制永久形成的、并且沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋，并且该肋状构形上涂覆有至少一层涂层，该涂层被设计并施加成足以保护该肋状构形。在一个实施例中，所述多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋形成摩擦力降低的织构化表面。在一个实施例中，金属产品用于制造航空器的至少一部分。在一个实施例中，金属产品用于制造转动叶片的至少一部分。在一个实施例中，所述金属产品为铝合金薄板或板材。在一个实施例中，所述金属产品为钛薄板或板材。在一个实施例中，所述金属产品为薄钢板或钢板。 [0004] 根据本发明的一种实施方式，公开了一种制造金属产品的方法，该方法包括：提供基本平坦的金属薄板或板材；使该基本平坦的金属薄板或板材通过轧机，其中，所述轧机包括至少一个具有被雕刻成肋状构形的外表面的轧辊，而且，所述肋状构形包括多根相邻的纵向肋，所述轧机还包括至少一个具有未变化的基本平坦的外表面的轧辊；制造大体上带槽的金属薄板或板材，该金属薄板或板材包括多根相邻的、经轧制永久形成的、并且沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋；在该大体上带槽的金属薄板或板材上涂覆至少一层涂层，该涂层被设计和施加成足以保护所述多根相邻的经轧制永久形成的纵向肋；以及获得所述金属产品。 [0005] 在一种实施方式中，所述至少一层涂层从如下所述的组中选择：底涂层，外涂层和易/自清洁涂层。在一个实施例中，该易/自清洁涂层为超亲水涂层。在一个实施例中，该超亲水涂层为含有锐钛矿型二氧化钛的光活化体系。在一个实施例中，在外涂层中添加疏水性化学添加剂。在一个实施例中，该疏水性化学添加剂为官能团化的硅氧烷体系。 [0006] 在一种实施方式中，本发明的金属产品用于制造运输工具，该运输工具包括但不限于：航空器或飞行器(例如飞机、直升机、导弹、滑翔器、气球和软式飞艇)、地面运载工具(例如汽车和火车)、海上运载工具(例如潜水艇、游艇、水面无人船、自主式水下运载工具等)以及管道壁。附图说明 [0007] 下面将参考附图对本发明作进一步说明，其中，在各个附图中，相同的结构用相同的参考标号表示。所示附图不一定是按比例绘制的，而是通常将重点放在用图解说明本发明的原理。 [0008] 图1A-D描绘了两种不同轧辊的实施例，该轧辊用于制造本发明的具有摩擦力降低的织构化表面的金属薄板和板材。图1A和1B示出了雕刻着V型肋状构形的轧辊，而且该肋的高度约为125μm。图1C和1D示出了雕刻着V型肋状构形的轧辊，而且该肋的高度约为50μm。 [0009] 图2A-D示出了各种能够被雕刻到轧辊的外圆周表面上的肋几何形状的一些示例。图2A示出了V型肋。图2B示出了矩形肋。图2C示出了鲨鱼鳞状肋。图2D示出了改进的鲨鱼鳞状肋。 [0010] 图3是列出了图2A-D中所示肋几何形状的各种参数(间距、高度、半径R、半径r和角度)的表格。 [0011] 图4A-H示出了在0.270英寸厚度的铝Alclad合金薄板上形成的肋状构形的横截面光学金相图，这些视图显示出通过使上述铝合金薄板以不同的压下率通过轧机而获得肋状构形的实施例，其中，A代表最大压下率，H代表最小压下率，所述轧机包括至少一个具有被雕刻有“V”型肋状构形的外表面的轧辊，其中，在该轧辊上的肋状构形包括多根相邻的纵向肋，该肋的高度大约为250μm，并且以大约500μm的距离间隔开。 [0012] 图5为显示出基于图4A-H所示样品的轧机辊缝(英寸)、轧制后位于铝合金薄板上的肋的高度(μm)、轧制后铝合金薄板上的残余包覆层(英寸)和轧制后铝合金薄板的厚度压减量(％)之间的关系的曲线图。 [0013] 图6A-F示出了在0.270英寸厚度的铝Alclad合金薄板上形成的肋状构形的横截面光学金相图，这些视图显示出通过使上述铝合金薄板以不同的压下率通过轧机而获得肋状构形的实施例，其中，A代表最大压下率，F代表最小压下率，该轧机包括至少一个具有被雕刻有鲨鱼鳞状肋状构形的外表面的轧辊，其中，在该轧辊上的肋状构形包括多根相邻的纵向肋，该肋的高度大约为260μm，并且以大约500μm的距离间隔开。 [0014] 图7为显示出基于图6A-F所示样品的轧机辊缝(英寸)、轧制后位于铝合金薄板上的肋的高度(μm)、轧制后铝合金薄板上的残余包覆层(英寸)和轧制后铝合金薄板的厚度压减量(％)之间的关系的曲线图。 [0015] 图8示出了用于制造机身铝合金覆板的流程的一个实施例，该覆板具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0016] 图9示出了用于制造机身铝合金覆板的温度-时间示意图的一个实施例，其中，所述覆板具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0017] 图10示出了用于制造机身铝合金覆板的流程的一个实施例，该覆板具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0019] 图12示出了用于制造机身铝合金覆板的温度-时间示意图的一个 [0021] 图13示出了用于制造铝合金覆面薄板或板材的流程的一个实施例，所述薄板或板材具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0022] 图14示出了用于制造机身铝合金覆板的温度-时间示意图的一个实施例，其中，该覆板具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0023] 图15示出了用于制造铝合金覆面薄板或板材的流程的一个实施例，所述薄板或板材具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0024] 图16示出了用于制造机身铝合金覆板的温度-时间示意图的一个实施例，其中，该覆板具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0025] 图17示出了用于制造铝合金机翼覆面薄板或板材的流程的一个实施例，其中，所述薄板或板材具有由本发明的肋状构形构成的大体上带槽的表面。 [0026] 图18A-B示出了利用本发明的方法在Alclad铝合金薄板上永久性地轧制成的两种不同肋条式样的横截面光学金相图。 [0027] 图19示出了用于对具有肋状构形的铝合金薄板或板材进行表面准备和涂覆以形成本发明的铝合金的流程的一个实施例。 [0028] 图20A示出了采用人工吸盘法施加底涂层/外涂层组合，以便将底涂层和外涂层都施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，从而形成本发明的铝合金产品的装置的一个实施例。图20B示出了具有V型肋的铝合金产品的横截面光学金相图，该V型肋涂覆有根据图中表格所示实施例的底涂层/外涂层组合。 [0029] 图21A示出了采用人工吸盘法施加底涂层/外涂层组合，以便将底涂层和外涂层都施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，从而形成本发明的铝合金产品的装置的一个实施例。图21B示出了具有V型肋的铝合金产品的横截面光学金相图，该V型肋涂覆有根据图中表格所示实施例的底涂层/外涂层组合。 [0030] 图22A示出了一种用于施加底涂层/外涂层组合的装置的一个实施例，其中，采用人工吸盘法将底涂层施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上并且采用自动旋转静电法将外涂层施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，以形成本发明的铝合金产品。图22B示出了具有V型肋的铝合金产品的横截面光学金相图，该V型肋涂覆有根据图中表格所示实施例的底涂层/外涂层组合。 [0031] 图23A示出了用于采用人工静电压力锅法施加底涂层/外涂层组合，以便将底涂层和外涂层都施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，从而形成本发明的铝合金产品的装置的一个实施例。图23B示出了具有改进的正弦波型肋的铝合金产品的横截面光学金相图，该正弦波型肋涂覆有根据图中表格所示实施例的底涂层/外涂层组合。 [0032] 图24A示出了用于施加底涂层/外涂层组合的装置的一个实施例，该装置采用电解沉积浸入式电泳涂装法(E-coat approach)将底涂层施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，并且采用人工吸盘法将外涂层施加到具有肋状构形的铝合金薄板或板材上，以形成本发明的铝合金产品。图24B示出了具有V型肋的铝合金产品的横截面光学金相图，该V型肋涂覆有根据图中表格所示实施例的底涂层/外涂层组合。 [0033] 图25A和25B示出了用于防止具有根据本发明的经轧制永久形成的肋状构形的铝合金产品受污染的方法的两个不同实施例。 [0034] 图26A-C表明，增添了易/自清洁成分的、具有根据本发明一实施例的摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品与没有易/自清洁成分的涂覆构形相比，能够具有更高的洁净度。 [0035] 图27是列出用于具有如图26A-C所示摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品的涂覆和易/自清洁剂施加条件的表格。 [0037] 图29A和29B是一个具有轧制肋外形的实施例的示意图，该轧制肋外形利用人工静电法进行表面处理。所述肋外形包括深“V”型和正弦波型构形。 [0038] 图30A-D示出如下所述实验的结果，即，和根据本发明一实施例的涂覆有或未涂覆有易/自清洁系统的标准样品相比，先后浸渍密封化合物和易/自清洁系统的样品显示出更好的固有易净化性。图30A示出了根据本发明一实施例的具有经硼-硫阳极氧化处理和密封的标准底涂层和标准外涂层(无易/自清洁成分)的铝合金产品。图30B示出了根据本发明一实施例的具有经硼-硫阳极氧化处理和密封的标准底涂层和标准外涂层的铝合金产品，该标准外涂层具有两层含有锐钛矿型二氧化钛的超亲水性涂层光活化体系(TOTO)。图30C示出了根据本发明一实施例的铝合金产品，该铝合金产品具有经硼-硫阳极氧化处理的、涂覆有其中混合有2％TOTO的SDC MP101聚硅氧烷的标准底涂层(没有密封)。图30D示出了根据本发明一实施例的铝合金产品，该铝合金产品具有经硼-硫阳极氧化处理的、涂覆有其中混合有2％TOTO的Kion1067A聚硅氮烷的标准底涂层(没有密封)。 [0039] 尽管上述附图在这里公开了一些实施例，但是正如在本文中可以注意到的那样，还可以想到其他的实施例。所述公开内容通过描述非限制性地提供了示意性实施例。本领域技术人员可以想到许多其他的落入在此公开的本发明的原理的范围和精神内的变动和实施方式。 具体实施方式[0040] 在一种实施方式中，本发明提供了具有由肋状构形(一种与光滑表面不同的构造)构成的、经轧制永久形成的大体上带槽的表面的金属薄板(厚度通常大于约0.001英寸并小于约0.30英寸)和板材(厚度通常大于约0.30英寸)及其制造方法。该肋状构形包括多根相邻的、沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋，从而形成一种摩擦力降低的织构化表面。在一个实施例中，该摩擦力降低的织构化表面可提供范围从大约百分之五直至大约百分之十五的曳力减小率。在一个实施例中，金属薄板和板材涂覆有至少一层涂层，该涂层被设计和施加成足以保护肋状构形，从而获得本发明的金属产品。在一个实施例中，本发明的金属产品用于制造运输工具，该运输工具包括但不限于：航空器或飞行器(例如飞机、直升机、导弹、滑翔器、气球和软式飞船)、地面运载工具(例如汽车和火车)、海上运载工具(例如潜水艇、游艇、无人水面运载工具、自主式水下运载工具等)以及管道壁。 [0041] 在一种实施例方式中，本发明的金属产品用于制造航空器的至少一部分，例如机翼、机身尾锥或尾翼和稳定器。在一种实施方式中，本发明的金属产品用于制造风力涡轮机的至少一个转动叶片。在一种实施方式中，本发明的金属产品用于制造管道的至少一个壁。航空器应该具有良好的燃料经济性，并且风力涡轮机的转动叶片必须具有高的末端速度，以便有效地工作。这些要求导致产生这样一个事实，即，航空器机翼和转动叶片都应具有低的气动阻力。 [0042] 由于曳力的减小与燃料经济性的提高直接相关，百分之五的曳力减小率可以导致燃料经济性提高大约百分之十一，而更高的曳力减小率将使燃料经济性获得更大的提高。通过测量一个或多个如下所述参数，可以量化本发明的织构化表面能够提供的摩擦力(曳力)减小率，所述参数包括但不限于：平均表面摩擦力、表面摩擦阻力系数(Cdf)、表面或壁剪应力、普雷斯顿(Preston)压力、边界层栅栏之后和之前的压力、肋状构形下游的速度分布或者壁湍流强度。在一个实施例中，摩擦力的减小率是表面摩擦阻力的减小率。为了确定本发明的金属薄板和板材所提供的曳力减小率，可以通过采用如下所述的一种或多种方法进行试验，所述试验包括但不限于：水洞试验、风洞试验和沟槽流动试验(例如，油或水)。 曳力减小率可以与表面光滑平坦的金属薄板或板材的曳力减小率相比。可以同时测试本发明的金属薄板和板材与具有光滑表面的金属薄板和板材，以便进行一对一的比较。 [0043] 本文中使用的“铝合金”指一种包含铝和与铝熔成合金的另一种金属的材料，并包括铝业协会的1XXX、2XXX、3XXX、5XXX、6XXX、7XXX和8XXX系列合金中的一种或多种，以及它们的变型。在一个实施例中，本发明的铝合金是“Alclad”或者是被定义为这样一种铸造铝合金的“包覆层”，即，在将芯部和包覆合金的组合选择成使得金属覆层能够相对芯部阳极化的情况下，在该铸造铝合金的一个或两个表面上涂覆一薄层冶金接合的纯铝或铝合金。 [0044] 本文中使用的根据本发明的“铝合金产品”指具有至少一个大体上带槽的表面的铝合金薄板或板材，其中，该大体上带槽的表面由肋状构形构成，并且该肋状构形包括多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋，所述肋沿所述表面的至少一部分延伸。 [0045] 虽然出于在本文中便于进行公开的目的，对使用铝和特定的优选合金制造具有经轧制永久形成的肋状构形的金属薄板和板材进行了说明，但是本发明并不仅限于此。也可以有利地采用其他铝合金和其他金属。例如，可以使用钢、铜、铁、钛和这些金属的组合物。在一个实施例中，具有经轧制永久形成的肋状构形的金属薄板和板材由铝合金结构制成。 在一个实施例中，该铝合金结构为包覆铝合金。例如，Alclad铝合金结构。在一个实施例中，该Alclad铝合金结构为Alclad 2524薄板。在一个实施例中，该铝合金结构为未包覆或裸铝合金结构。在一个实施例中，该裸铝合金结构为Al-Li薄板。在一个实施例中，该裸铝合金结构为5XXX系列合金。该铝合金结构可以是可热处理的铝合金或不可热处理的铝合金。不可热处理的合金构成一组依靠冷加工和固溶强化来提高强度特性的合金。它们与可热处理合金的不同之处在于，它们不依靠次生相析出来提高强度。 [0046] 该铝合金结构可以是任何适合的铝合金，但是在某些情况下是锻造铝合金，例如，由铝业协会定义的1XXX、2XXX、3XXX、5XXX，6XXX、7XXX和8XXX系列合金及它们的变型中的任一种。在一个实施例中，该铝合金结构为2XXX系列合金。在一个实施例中，该2XXX系列合金为2524系列合金。在一个实施例中，该铝合金结构为5XXX系列合金。在一个实施例中，该铝合金结构为铝-锂合金。 [0047] 本文中使用的术语“表面摩擦阻力”指由流体(液体或气体)与表面的粘性相互作用产生的曳力。例如，可以由空气质点与航空器表面的实际接触产生表面摩擦阻力。由于表面摩擦阻力为固体(例如，飞机表面)和流体(例如，空气)之间的相互作用，所以表面摩擦阻力的大小取决于固体和流体二者的特性。对于固体的飞机，通过保持航空器表面高度抛光和清洁，可以减小表面摩擦阻力，并且可以稍微增加空速。对于流体，阻力的大小取决于与固体表面接触的空气或液体的粘性。沿着飞机的固体表面，产生低能流动的边界层。 [0048] 本文中使用的术语“肋状构形”指在如铝合金薄板或板材等的铝合金结构上永久性地轧制出的一种摩擦力降低的织构。在本发明的一个实施例中，所述肋状构形包括多根相邻的、经轧制永久性地形成在铝合金结构上的纵向肋，从而可获得具有摩擦力降低的织构化表面的金属薄板或板材。在一个实施例中，该摩擦力降低的织构化表面为减小包含本发明的金属薄板或板材的物体的表面摩擦阻力的表面。在一个实施例中，本发明的金属薄板和板材用于制造诸如商用航空器、军用航空器或宇宙飞船等的航空器。在一个实施例中，本发明的金属薄板和板材用于制造诸如水面舰艇或那些被设计成在潜没状态下操作的舰艇等的海上船舶。在一个实施例中，本发明的金属薄板和板材用于制造火车，例如快速列车或“高速”火车。在一个实施例中，本发明的金属薄板和板材用于制造例如直升飞机或风力涡轮机上使用的转动叶片。在一个实施例中，本发明的金属薄板和板材用于制造管道的壁。 [0049] 在一种实施方式中，制造本发明的金属产品的方法包括：提供基本平坦的金属薄板或板材；使该基本平坦的金属薄板或板材通过一轧机，其中，该轧机包括至少一个具有被雕刻成肋状构形的外表面的轧辊，而且所述肋状构形包括多根相邻的纵向肋，该轧机还包括至少一个具有未变化的基本平坦的外表面的轧辊；制造大体上带槽的金属薄板或板材，该金属薄板或板材包括多根相邻的、经轧制永久形成的、沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋；在该大体上带槽的金属薄板或板材上涂覆至少一层涂层，该涂层被设计和施加成足以保护所述多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋；以及获得金属产品。 [0050] 在一个实施例中，肋状构形中的每根肋都有相等或一致的高度。肋状构形中的肋的几何形状可以是多种形状，包括但不限于：V型肋、矩形肋、鲨鱼鳞(SS)型肋和改进的鲨鱼鳞型肋。各种形状的肋，例如V型肋和鲨鱼鳞型肋，通常是由一系列槽状峰顶和谷底组合而成。在一个实施例中，肋状构形中的每根肋具有不一致或不相同的高度。肋的高度范围可以从大约0.001英寸(约25μm)直至大约0.20英寸(约5.0mm)。在一个实施例中，肋状构形中的每根肋以一定距离均匀地间隔开。在一个实施例中，肋状构形中的每根肋以不一致的非均匀距离间隔开。间距的范围可以从大约0.001英寸(约25μm)直至大约0.20英寸(约5.0mm)。肋的高度和间距的典型值在大约25μm直至大约2mm之间。 [0051] 使铝合金薄板或板材通过所述轧辊对，其中，所述轧辊以一定距离彼此分开。本文中所用的术语“辊缝”指从具有未变化的基本平坦的外表面的轧辊到经雕刻的轧辊上的肋的峰顶的距离。在一个实施例中，辊缝的范围可以从大约0.22英寸直至大约0.27英寸。该辊缝对铝合金薄板或板材的轧制以及铝合金产品的肋状构形中每根肋的轧制有影响，这一点将在下文中结合图4、图5、图6和图7进行详细描述。在一个实施例中，对于Alclad覆面薄板，轧制压下率可以高达大约10％。在一个实施例中，对于裸(未包覆的)铝薄板或板材，轧制压下率可以高达大约70％。 [0052] 在本发明的一个实施例中，例如钢轧辊的轧辊的外圆周面被雕刻有多根相邻的纵向肋。这可以通过使用各种方法来实现，所述方法包括但不限于：精密机械加工、激光雕刻、滚花、放电织构化(EDT)、喷丸清理、3D X射线光刻和掩膜(film masking)。例如，在激光雕刻中，将由计算机生成的图案传输给激光调制器，并且将相应的激光束脉冲列投射到轧辊表面上，以实现所希望的肋状构形的投影和刻痕。在一个实施例中，用于形成所述多根相邻的纵向肋的切削工具为聚晶立方氮化硼(PCBN)材料。在一个实施例中，利用放电型磨纹机(texturing machine)在轧辊的外圆周表面上雕刻出多根相邻的纵向肋。在一个实施例中，利用金属丝放电型磨纹机在轧辊的外圆周表面上雕刻出多根相邻的纵向肋。通过将本发明的经雕刻的轧辊先后或同时地放到例如冷轧或热轧铝合金板材或薄板上滚动，就永久性地将相同的肋状构形轧制到铝合金板材或薄板上。 [0053] 在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的直径在大约3英寸到大约40英寸之间。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的直径在大约10英寸到大约40英寸之间。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的直径约为半英寸。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的辊身长度在大约5英寸到大约220英寸之间。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的辊身长度在大约20英寸到大约200英寸之间。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的辊身长度约为半英寸。可用于轧制肋的轧辊可具有宽范围的特性和尺寸范围。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的硬度在大约50HRC洛氏硬度至大约80HRC洛氏硬度之间。在一个实施例中，具有雕刻的肋状构形的轧辊的硬度约为20HRC洛氏硬度。 [0054] 在一个实施例中，为了进行Alclad覆面薄板的肋轧制，轧制速度可以在从大约10英尺/分钟至大约500英尺/分钟的范围内。在一个实施例中，为了进行Alclad覆面薄板的肋轧制，轧制温度可以在从大约室温至大约300°F的范围内。在一个实施例中，为了进行Alclad覆面薄板的肋轧制，分离力可以根据Alclad覆面薄板芯合金的宽度和特性在几千磅至大约10,000,000磅之间的范围内变化。在一个实施例中，为了进行Alclad覆面薄板的肋轧制，压下率的范围可以从零到大约百分之十。在一个实施例中，轧辊具有经过低塑性抛光(LPB)的肋，低塑性抛光是一种在表面上进行局部冷变形、以在金属零件的表面上和附近产生压缩残余应力的表面增强技术。本发明的肋轧制工艺还可导致在肋表面附近的材料产生冷变形，并且在该表面上的冷变形量将根据肋形状产生局部变化。在肋轧制期间变形的局部变化与LPB类似，并且认为这能够导致在表面附近产生压缩残余应力。不论是由LPB、喷丸硬化处理还是可能采取的肋轧制而引起的有意产生的压缩残余表面应力已经显示出，可以导致显著提高裂纹产生性能。在一初始系列的开孔疲劳试验中，两个具有根据本发明的方法制造的两种不同的肋形状的Alclad 2524-T3薄板材料表现出：肋的疲劳寿命没有明显减少，并且较低的应力水平甚至可以增加疲劳寿命。这些效果可能是由轧制肋的几何形状而产生的感生压缩应力而引起的。 [0055] 图1A-D示出了通过精密机械加工形成在轧辊的外圆周表面上的肋状构形的两个实施例。在一个实施例中(图1A)，轧辊100的外圆周表面上雕刻有V型槽105，该V型槽的高度约为125μm，并以大约125μm的距离间隔开。在一个实施例中(图1C)，轧辊150的外圆周表面上雕刻有V型槽155，该V型槽的高度约为50μm，并以大约50μm的距离间隔开。图1B和1D为相应的经雕刻的轧辊表面(分别为图1A和1C)的相移图，其中示出了肋状构形。 [0056] 肋状构形中的肋的几何形状可以有多种形状，包括但不限于图2A-D中示出的那些形状。图2A示出了V型肋200(也称为锯齿型肋)，图2B示出了矩形肋220，图2C示出了鲨鱼鳞型肋240，而图2D示出了改进的鲨鱼鳞型肋260。如图2A中所示，V型截面200通常是一系列的槽状峰顶205和谷底210的组合。图3是列出了图2A-D中所示肋几何形状的各种参数(间距、高度、半径R、半径r和角度)的表格。 [0057] 图4A-H示出了通过下述方式在0.270英寸厚度的Alclad铝合金薄板上获得的肋状构形的横截面光学金相图，即，使该铝合金薄板通过一台包括至少一个具有被雕刻有深“V”型肋状构形的外表面的轧辊的轧机，其中，如图中所示的本发明的一个实施例，该轧辊上的肋状构形包括多根相邻的、高度约为250μm并以大约500μm的距离间隔分开的纵向肋。图4A示出了利用辊缝约为0.221英寸的轧机获得的肋状构形。图4B示出了利用辊缝约为0.230英寸的轧机获得的肋状构形。图4C示出了利用辊缝约为0.241英寸的轧机获得的肋状构形。图4D示出了利用辊缝约为0.249英寸的轧机获得的肋状构形。图4E示出了利用辊缝约为0.251英寸的轧机获得的肋状构形。图4F示出了利用辊缝约为0.257英寸的轧机获得的肋状构形。图4G示出了利用辊缝约为0.260英寸的轧机获得的肋状构形。图4H示出了利用辊缝约为0.264英寸的轧机获得的肋状构形。 [0058] 图5为显示出基于图4A-H的样品的轧机辊缝(英寸)、轧制后在0.270英寸厚度的Alclad铝合金薄板上的肋的高度(μm)、轧制后在铝合金薄板上的残余包覆层(英寸)以及轧制后铝合金薄板的厚度压下率(％)之间的关系的曲线图。 [0059] 图6A-F示出了通过下述方式在0.270英寸厚度的Alclad铝合金薄板上获得的肋状构形的横截面光学金相图，即，使该铝合金薄板通过包括至少一个具有被雕刻有鲨鱼鳞(SS)型肋状构形的外表面的轧辊的轧机，其中，如图中所示的本发明的一个实施例，该轧辊上的肋状构形包括多根相邻的、高度约为260μm并以大约500μm的距离间隔分开的纵向肋。图6A示出了利用辊缝约为0.239英寸的轧机获得的肋状构形。图6B示出了利用辊缝约为0.249英寸的轧机获得的肋状构形。图6C示出了利用辊缝约为0.254英寸的轧机获得的肋状构形。图6D示出了利用辊缝约为0.259英寸的轧机获得的肋状构形。图6E示出了利用辊缝约为0.263英寸的轧机获得的肋状构形。图6F示出了利用辊缝约为0.266英寸的轧机获得的肋状构形。 [0060] 图7为显示出基于图6A-F的样品的轧机辊缝(英寸)、轧制后在0.270英寸厚度的Alclad铝合金薄板上的肋的高度(μm)、轧制后铝合金薄板上的残余包覆层(英寸)和轧制后铝合金薄板的厚度压下率(％)之间的关系的曲线图。 [0061] 虽然主要是针对商用航空器工业来描述在本文中披露的金属薄板和板材，但是本发明所述的方法、工艺和产品还可适用于军用航空器、超音速航空器、宇宙飞船、例如货车、汽车、火车、高速火车等的地面运载工具、海上船舶和舰艇以及风力涡轮机。 [0062] 在一种实施方式中，在此公开的金属薄板和板材为航空器、地面运载工具、火车、海上船舶和舰艇、风力涡轮机和管道的结构中的一体化组成部分，而非将肋薄膜通过粘接剂粘贴到航空器、地面运载工具、火车、海上船舶和舰艇、风力涡轮机和管道的结构表面上。 [0063] 在一种实施方式中，用于肋轧制的制造流程是在生产工艺的最后根据平直度、表面质量和加工损伤原因进行冷轧。例如，为了进行Alclad覆面薄板的肋轧制，如图8和9中的制造流程所示，冷轧速度的范围可以从大约为10英尺/分钟到大约为500英尺/分钟，轧制温度的范围可以从大约为室温到大约为300°F，并且分离力可以根据Alclad覆面薄板芯合金的宽度和特性在几千磅至约10,000,000磅之间的范围内变化。在一个实施例中，用于在Alclad覆面薄板上轧制肋的冷轧压下率在从大约为零到大约百分之十之间的范围内。 [0064] 用于利用可热处理的Alclad结构制造具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品的方法 [0065] 图8示出了用于制造具有至少一个大体上带槽的表面的铝合金产品的流程的一个实施例，其中，该大体上带槽的表面可形成摩擦力降低的织构化表面。在一个实施例中，该铝合金产品为机身覆板。在图8所示的实施例中，所获得的机身覆板以通过包铝(Alcladding)制得的可热处理的Alclad结构制成。按照目前采用的包铝工艺的实践，合金铝的铸造芯锭在其一面或两面上覆盖有由更高纯度的铝或铝合金制成的铸造衬锭(liner ingot)。如图8所示，芯锭302和一对衬锭301分别均质化(“Homo”)304、303。在一个实施例中，均质化可以通过采取如下所述的方式进行，即，在通常至少约为1小时直至大约8小时或更长时间的一段时间内，加热至其范围在从约900°F或约910°F或约920°F到约945°F或约950°F或约960°F，甚至可能达到约1050°F的金属温度，以溶解可溶元素并使金属的内部结构均质化。在均质化温度范围内，合适的时间长度约为4小时或更长。在一个实施例中，均质化是一个任选步骤。在均质化之后，芯锭302和衬锭301分别被“剥皮”306、307，以去除任何表面缺陷。一旦去除了表面缺陷，铸造衬锭301将被再次加热307。这次再加热可确保合金的成分在整个冶金结构中适当地分布。该再加热还使金属达到适合的温度，以便进行热轧309。对被剥皮的芯锭进行清洁处理308。然后，将芯锭夹在中间地与衬锭组装在一起310。将彼此之间相互接合的衬 -芯 -衬 夹层 结构预热，随后进行热轧312，由此制造一初轧板坯或一整体的Alclad结构。芯材提供机身覆板产品所需的强度和理想的材料特性，而衬材提供抗腐蚀性。应当注意的是，可以省去其中一些步骤，同时也可增加其他的步骤，但是这些变化将仍然落入本发明的保护范围和精神之内。 [0066] 在对Alclad结构进行热轧312之后，根据所获得的机身覆板是呈带卷形式还是呈平直板形式，在经过步骤320后，本发明的方法相应地继续到流程A或流程B。在流程A中，对可热处理的Alclad结构进行固溶热处理332，并利用如上所述的、包括至少一个其表面被雕刻有多根相邻的纵向肋的轧辊的轧机进行冷轧324。当使该Alclad结构通过所述的雕刻有多根相邻的纵向肋的轧辊时，该Alclad结构的表面被永久性地轧制出多根相邻的纵向肋。由此获得的机身覆板包括摩擦力降低的织构化表面。然后，卷绕该机身覆板。或者，如图B所示，在冷轧之前和之后拉伸所述可热处理的Alclad结构，并对其进行永久性地轧制，以消除所有内应力，从而使该覆板变平，和/或改善所获得的机身覆板的机械性能。然后，将该机身覆板(宽度较宽的薄板)形成平直的薄板或板材。 [0067] 图9示出了用于制造机身覆板的流程的一个实施例的温度-时间示意图，其中，所述覆板具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在图9所示的实施例中，所获得的机身覆板利用通过包铝工艺制得的可热处理的Alclad结构制造。如图9所描绘的那样，使金属锭经过铸造、剥皮及组装，以形成衬-芯-衬的夹层结构。在铸造之后，可以进行一个任选的应力消除步骤。在进行了衬-芯-衬夹层结构的组装之后，在将均质化步骤作为加热以进行轧制的步骤的情况下，对该夹层结构进行均质化。在一个实施例中，可以通过如下所述的方式进行均质化，即，在通常至少约为1小时直至大约8小时或更长时间的一段时间内，加热至从约900°F或约910°F或约920°F到约945°F或约 950°F或约960°F，甚至可能到约1000°F的金属温度，以溶解可溶元素并使金属的内部结构均质化。在均质化温度范围内，合适的时间长度约为4小时或更长。在一个实施例中，不进行均质化处理，而只是进行一个将合金加热至可进行轧制的步骤。在一些实施例中，在热轧之后，有一个再加热和二次热轧的步骤。在图9中，用星号标注出可任选的步骤。在一个实施例中，芯材提供机身覆板产品所需的强度和损伤容限，而衬材提供抗腐蚀性。应当注意的是，可以省去其中一些步骤，同时也可增加其他步骤，但是这些变化仍将落入本发明的保护范围和精神之内。 [0068] 在对所述Alclad组合件进行热轧之后，将该组合件冷轧或者热轧至最终厚度。对可热处理的Alclad结构进行固溶热处理，在冷轧之前和之后对其进行拉伸，并且进行永久性轧制，以消除所有内应力，或者改善所获得的机身覆板的机械性能。将该机身覆板(宽度较宽的薄板)制成平直薄板或板材。在流程中可以采取一个任选的人工老化步骤，尤其是可以针对T6，T7或T8型铝合金产品进行这一步骤。 [0069] 用于由可热处理的未包覆材料制造具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品的方法 [0070] 参照图10-12进行描述的实施例与图8和9中所示及描述的实施例类似，二者的不同点在于，前者使用的是可热处理的裸(未包覆)铝合金结构。在一个实施例中，可热处理的裸铝合金结构为Al-Li结构。如图10中所显示的，铸锭402经历了均质化404、剥皮406、再加热408和热轧410。在对该铝合金结构进行热轧410之后，和上面参照图8所描述的一样，本发明的方法将继续进行流程A或流程B。图11和12示出了用于制造机身覆板的流程的不同实施例的温度-时间示意图，其中，该覆板具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在图11所示的实施例中，所获得的机身覆板由可热处理的裸结构制成，并且肋轧制步骤发生在固溶热处理步骤之后。如图11所示，在铸造金属锭之后，加工过程包括应力消除步骤(可任选)、剥皮步骤、用作加热至轧制条件的步骤的均质化步骤，然后是热轧步骤。通常也可以有一个再加热和二次热轧步骤，但是该步骤是任选的。在对该结构进行热轧后，将该结构冷轧或热轧至最终厚度。对所述可热处理的裸结构进行固溶热处理，并在冷轧之前和之后拉伸该裸结构，而且对其进行永久性轧制，以消除所有内应力，使该结构变平和/或改善所获得的机身覆板的机械性能。该机身覆板(宽度较宽的薄板)被制成扁平薄板或板材。在上述流程中，可以针对T6，T7或T8型产品采用一个任选的人工老化步骤。 [0071] 如果发生了严重的自然老化，并且材料变得过于坚固以致不能进行肋轧制，则可能难以在固溶热处理后进行肋轧制。另一种可选的加工方案是使所述薄板在固溶热处理前经退火后再进行肋轧制。图12中所示的用于可热处理的裸薄板的加工方法适用于在固溶热处理步骤之前进行肋轧制的情况。冷轧前的惯常做法与上面参照图11所描述的做法相同。所述加工过程可以包括一次或多次退火以及退火之后的冷轧操作(任选)，随后进行肋轧制。然后，可以通过图10中所示的流程A或流程B对该薄板进行加工。对于流程A，将没有肋轧制步骤，而对于流程B，将没有肋轧制或二次拉伸操作。 [0072] 用于由不可热处理的Alclad结构制造具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品的方法 [0073] 图13示出了用于制造铝合金产品的流程的一个实施例，所述产品具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在一个实施例中，该铝合金产品为机身覆板。该覆板可例如用于水上用途。在图13所示的实施例中，所获得的覆板由通过前面参照图8进行过描述的包铝工艺制得的不可热处理的Alclad结构制成。然后，根据该覆板将要被卷成带卷还是形成平直薄板/板件，本发明的方法分别继续进行流程A或流程B。与图8和10中所记载的流程A和B相比，图13中描述的流程A和B的不同之处在于，由于使用了不可热处理的Alclad结构，所以取消了固溶热处理步骤，而其余步骤与上面参照图 8和10进行描述的步骤相同。 [0074] 图14示出了用于制造机身覆板的流程的一个实施例的温度-时间示意图，其中，该覆板具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在图14所示的实施例中，所获得的机身覆板以通过包铝工艺制得的不可热处理的Alclad结构制成。如图14中所描绘的那样，对金属锭进行铸造、剥皮及组装，以形成衬-芯-衬夹层结构。在铸造之后，可以进行一个任选的应力消除步骤。在完成衬-芯-衬夹层结构的组装之后，在将均质化步骤作为加热至轧制条件的步骤的情况下，对该组装结构进行均质化处理，然后进行热轧。在一个实施例中，可以通过如下所述的方式进行均质化处理，即，在通常至少约为1小时直至大约8小时或更长时间的一段时间内，加热至范围从约900°F或约910°F或约920°F到约945°F或约950°F或约960°F，甚至可能达到约1000°F的金属温度，以溶解可溶元素并使金属的内部结构均质化。在均质化温度范围内，合适的时间长度约为 4小时或更长。在一个实施例中，不进行均质化处理步骤，而只是对合金进行加热至轧制条件的步骤。在一些实施例中，在热轧后，设有再加热和二次热轧步骤。可任选的步骤在图14中用星号标注。在一个实施例中，芯材提供机身覆板产品所需的强度和机械特性，而衬材提供抗腐蚀性。应该注意的是，可以省去其中一些步骤，同时也可增加其他步骤，但是这些变化仍将落入本发明的保护范围和精神之内。 [0075] 在一个实施例中，所述Alclad组装结构在经过热轧后，被冷轧至最终厚度。在肋轧制之前和之后，对该不可热处理的Alclad结构进行拉伸。该拉伸操作消除了所有内应力，使薄板平直，并/或改善了所获的机身覆板的机械特性。将该机身覆板(宽度较宽的薄板)制成平直薄板或板材。 [0076] 用于由不可热处理的来包覆结构制造具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金的方法 [0077] 图15示出了用于制造铝合金产品的流程的一个实施例，所述产品具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在一个实施例中，该铝合金产品为机身覆板。在图15所示的实施例中，所获得的覆板如在上文中参照图10-12所描述的那样，由不可热处理的裸(未包铝)结构制成。然后，本发明的方法如前面参照图13所描述的，继续进行流程A或流程B。 [0078] 图16示出了用于制造机身覆板的流程的温度-时间示意图，其中，该覆板具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的基本上带槽的表面。在图16所示的实施例中，所获得的机身覆板由不可热处理的裸结构制造，并且在一个任选的退火步骤之后进行肋轧制步骤。如图16所示，在铸造金属锭后，加工过程包括应力消除步骤(任选)、剥皮步骤、用作加热至轧制条件的步骤的均质化步骤，然后是热轧步骤。在对组装结构进行热轧之后，可以任选地进行一次或多次退火操作和冷轧操作。在肋轧制之前和之后拉伸组装结构。该拉伸操作消除了内应力，使结构变平直，并/或改善了所获得的机身覆板的机械特性。该机身覆板(宽度较宽的薄板)被制成平直薄板或板材。 [0079] 用于由可热处理的未包覆材料制造具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品的方法 [0080] 图17示出了用于制造铝合金产品的流程的一个实施例，所述产品具有至少一个可形成摩擦力降低的织构化表面的大体上带槽的表面。在一个实施例中，该铝合金产品为机翼覆板。在图17所示的实施例中，所获得的机翼覆板用如图10所示制得的可热处理的裸(未包铝(non-Alclad))结构制造。然后，根据该可热处理的裸结构是将要被热轧还是冷轧，本发明的方法将分别继续进行流程A或流程B。在流程A中，对该可热处理的裸结构进行固溶热处理、拉伸，并利用包括一个或多个轧机机架的轧机进行轧制，其中，每个轧机机架上都有两个或多个轧辊。所述轧辊中的至少一个轧辊的整个圆周表面上包括多根相邻的、经精密机械加工而形成的纵向肋。当使可热处理的裸结构通过这些轧辊时，该多根相邻的、经精密机械加工而形成的纵向肋被压入该可热处理的裸结构中，形成多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋。所述纵向肋沿着可热处理的裸结构的至少一部分表面呈流线型地延伸，从而形成具有阻力降低特性的机翼覆板。或者，在流程B中，对该可热处理的裸结构进行固溶热处理，然后利用包括一个或多个轧机机架的轧机进行轧制，其中，每个所述轧机机架上都有两个或多个轧辊。所述轧辊中的至少一个轧辊的整个圆周表面上包括多根相邻的、经精密机械加工而形成的纵向肋。当使可热处理的裸结构通过这些轧辊时，该多根相邻的、经精密机械加工而形成的纵向肋被压入该可热处理的裸结构中，形成多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋。应当注意的是，对于流程A和B，可以在固溶热处理之前进行肋轧制。 [0081] 本文公开的实施例描述了用于肋轧制的冷轧制造流程。但是，应当注意的是，本发明还涉及在热轧操作期间在金属薄板或板材上进行肋轧制，尤其是对于在室温下具有高屈服强度的硬质合金和金属而言。在一个实施例中，为了在热轧期间进行肋轧制，轧辊的硬度可以是典型地适于热轧的硬度，并且其硬度范围可以从大约40HRC洛氏硬度变化至大约70HRC洛氏硬度。轧辊的尺寸可以是典型地适于热轧的尺寸，其直径范围在大约20英寸到大约40英寸之间，而宽度范围可以在大约20英寸到大约220英寸之间。轧制速度的范围可以在大约10英尺/分钟至大约400英尺/分钟之间，而轧制温度的范围可以在大约650°F至大约975°F之间，同时，根据合金的种类、宽度和压下率，分离力的范围在大约1磅至大约10,000,000磅之间。压下率的范围可以在大约零至大约百分之七十之间。 [0082] 图18A和18B示出了采用本发明的制造根据本发明的铝合金产品的方法经轧制永久性地形成在Alclad铝合金结构上的肋状构形的两种实施例。图18A示出了V型肋800的横截面视图。图18B示出了鲨鱼鳞型肋850的横截面视图。从这两个实施例可知，这两种肋都具有基本光滑的表面。 [0083] 为了防止或尽可能地减少腐蚀以及为了使航空器具有美观且吸引人的外观，往往会在机体和外蒙皮上设置通常为一层或多层的保护涂层。在施加多层涂层的情况下，第一道底基涂层可以是抗腐蚀的水洗型涂层，第二道中间底涂层可以是一种改进剂，它可被粘接并结合到例如铝或其合金的金属上，随后是施加到上述底涂层上的其他涂层。这些涂层可以包括有色颜料，以便产生装饰性的外观效果，例如航线的彩色标志和有光泽的外表。通常，将这些多层涂层施加到光滑、平坦的金属表面上，因此，很少会想到保持平坦表面的构形。通常会希望将涂覆层涂满希望被覆盖的表面，并使该表面平整。 [0084] 在一个实施例中，本文所公开的金属薄板和板材用于制造航空器。如果希望具有该金属薄板和板材的航空器涂覆有至少一层涂料，则必须仔细注意整个涂覆过程。为了使金属薄板和板材保持它们的摩擦力降低的织构化表面，在诸如清洁、预处理和涂覆过程的各个制造步骤中很好地保持肋状构形非常关键。关于构形的保持，目标是防止构形被涂料完全填充。通过仔细地控制涂料的流变、粘性和流型以及所使用的喷涂系统，可以保持肋状构形。 [0085] 本文中公开的喷涂方法能尽可能多地保持表面构形从涂层中显露出来。在将涂料系统施加到表面上时，涂覆操作受到多个变量的限制，这些变量包括但不限于：涂料类型(商品名称/化学组成和性质)、涂料施加方法(人工或自动)、涂料输送方法(用于输送给喷枪)、喷枪的类型、喷枪喷嘴的尺寸、涂料的粘性、还原溶剂的类型和数量、输送给喷枪的流体量(流体控制旋钮的圈数)、用于喷涂的空气压力、喷涂道数和涂料固化条件。 [0086] 本文公开的金属薄板和板材可以在被涂覆的同时，依然保持它们的具有摩擦力降低的织构化表面的特性。如图19所示实施例中表明的那样，具有本文中所公开的肋状构形的铝合金产品是通过清洁902、脱氧904以及在喷涂908(图19中示出的底涂层施加和外涂层施加)之前进行阳极氧化处理906而制成的表面。在一个实施例中，按照图8-17所示流程中的一种制造具有肋状构形的金属薄板和板材，然后利用本发明的技术对其进行喷涂，以保护肋状构形。在一个实施例中，利用其他方法在例如OEM工厂中制造具有肋状构形的金属薄板和板材，然后利用本发明的技术对其进行喷涂，以保护肋状构形。 [0087] 图20-24示出了用于施加底涂层和外涂层的喷涂方法的实施例。在所有这些实施例中，都在喷涂之前通过用Henkel Ridoline 4355碱性清洗剂进行清洁而对表面进行预处理，接下来用Henkel 6/16铬酸盐脱氧系统进行脱氧处理，随后通过在15伏和大约80°F的条件下进行约20分钟的标准硼-硫酸(硼酸8克/升和硫酸45克/升)阳极氧化来进行阳极氧化处理，接着在大约195°F的温度下进行约25分钟的稀铬密封(dilute chrome seal)。 [0088] 静电喷涂系统采用在带正电的基材(例如铝合金)附近被赋予负电荷的涂料液滴。使该液滴被吸附在基材上，并形成均匀的涂层。由于该系统具有几乎允许从一侧覆盖物体的“包绕”效果，因此该系统对于圆柱形、圆形和开槽的物体效果良好。只有非常少的涂料会因喷溅而损失，并且已经注意到，移转效率超过了百分之九十五。铝合金表面上的带电涂料液滴的涂布受至少两种力的控制：表面张力和静电引力，因此，需要小心注意这两种力。传统的静电喷涂系统的功效主要取决于对涂料粘性的精确监控。如果粘性过大，则涂料涂层会显得凹凸不平。涂料的传导性是涂料粘性的一个测量标准。较高的传导性意味着粘性较低。另外，传导性与在喷嘴中能够多么好地形成液滴有关。高传导性允许能够更好地控制液滴的大小。 [0089] 在一个实施例中，在仔细控制涂料传导性/粘性有助于保持肋状构形的场合，采用静电喷涂系统涂覆织构化表面。通常，将带电的涂料微液滴多道次地喷涂到织构化表面上，从而形成粘附并包绕多根纵向肋中的每一根肋的薄涂料层，以便涂覆所述肋。可以调节喷嘴的压力，由此提供具有一定粘性的细密的涂料喷雾，以涂覆该织构化表面。通过改进涂布参数，可以更好地涂布整个肋状构形。通过使用各种涂料系统，可以有效地涂布整个肋状构形。 [0090] 如上文参考图19所述，在一个实施例中，对铝合金产品的织构化表面进行阳极氧化处理906，以便用特制的氧化铝薄膜涂覆该表面。形成特制的氧化铝涂层的适当方法包括但不限于：电化学氧化(例如，阳极氧化处理)和化学浸没(例如，阿洛丁铝表面钝化处理)。在一个实施例中，可以如步骤907所示，通过添加各种颗粒/成分来改进氧化膜层。在一个实施例中，可以在氧化铝薄膜上添加抗腐蚀颗粒。在一个实施例中，可以在氧化铝薄膜上添加密封剂颗粒。在一个实施例中，可以在氧化铝薄膜上添加有机染料。在氧化铝薄膜上添加这些颗粒和染料可以允许避免施加一些或所有的涂料。在一个实施例中，可以对所述表面进行化学改性，以便包括例如锐钛矿的光活化化合物，从而使氧化铝具有易/自清洁特性。可以通过引入氧化物的化学结构中的方式或者通过物理浸渍到氧化层的形态中的方式来促使氧化铝改性。 [0091] 图20A、20B和相关表格示出了用于具有肋状构形的铝合金薄板或板材的喷涂工艺的一个实施例，该工艺使得在表面制备和涂覆以底涂层和外涂层之后形成本发明的铝合金产品。在图20A和20B所示的实施例中，用于这两种涂料系统的涂料输送方法为图20A中所示的吸盘法。所采用的具体的涂料情况在表格中示出。图20B为一横截面光学金相图，其表明所述构形穿过涂料层而显露(telegraphing)的状况不良。 [0092] 图21A、21B和相关表格示出了用于具有肋状构形的铝合金薄板或板材的喷涂工艺的一个实施例，该工艺使得在表面制备和涂覆以底涂层和外涂层之后形成本发明的铝合金产品。在图21A和21B所示的实施例中，用于这两种涂料系统的涂料输送方法为图21A中所示的吸盘法。所采用的最佳的涂料情况在表格中示出。图21B为一横截面光学金相图，其表明，与图20B相比，所述构形穿过涂料层而显露的情况得以改善。 [0093] 图22A、22B和相关表格示出了用于具有肋状构形的铝合金薄板或板材的喷涂工艺的一个实施例，该工艺使得在表面制备和涂覆以底涂层和外涂层之后形成本发明的铝合金产品。与图20A和20B中的外涂层系统相比，该实施例采用了不同的外涂层系统(Kion1067A聚硅氮烷)。在自动的静电喷涂过程中，利用静电电源使涂料带电，然后利用如22A所示的、连接到ABB机械臂上的ITW Ransburg旋转钟式喷雾器施加所述涂料。ITW Ransburg RMA-101静电控制单元还将气流引导到该钟式喷雾器，以控制喷雾形状，与此同时由计算机界面控制机器人的运动。静电施加应该使涂层在所述表面上有更加严格的覆盖范围，并由此使构形的显露情况得到改善。在表格中总结了具体的涂料情况。图22B为一横截面光学金相图，其表明，通过针对外涂层引入了自动静电喷涂方法，表面构形的显露情况非常好。 [0094] 图23A、23B和相关表格示出了用于具有肋状构形的铝合金薄板或板材的喷涂工艺的一个实施例，该工艺使得在表面制备和涂覆以底涂层和外涂层之后形成本发明的铝合金产品。在图23A和23B 所示的实施例中，在使涂料在喷枪喷嘴处带电的情况下，采用人工静电操作。与图22A 中的自动静电操作类似，使两个涂料系统都带电应当能够最大程度地发挥使这些涂料系统“附着”到表面构形上的能力。图23A中示出了利用吸盘输送方法进行人工静电操作的示意图。表格中给出了用于底涂层和外涂层的静电喷涂条件。图23B为一横截面光学金相图，其表明，通过对底涂层和外涂层都进行人工静电喷涂，底部构形穿过涂料层的显露情况十分优异。 [0095] 电泳(电解沉积或电泳涂装(E-coat))涂镀指涉及被阳极化(阳极静电涂敷)或阴极化(阴极静电涂敷)的铝部件的工艺。使清洁后的具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品浸入一箱电沉积涂料中，并接通电流，从而使铝相对于一种反电极发生极化，并将涂料颗粒吸引到所述表面上。 [0096] 图24A、24B和相关表格示出了用于具有肋状构形的铝合金薄板或板材的喷涂工艺的一个实施例，该工艺使得在表面制备和涂覆以底涂层和外涂层之后形成本发明的铝合金产品。在图24A和24B所示的实施例中，采用了电泳工艺。如图24A所示，该电泳工艺包括通过将涂料吸引到带负电的部件(阴极)上来使涂料在电解液中扩散，从而实现涂料的牢固粘附。这种情况下采用的涂料条件在表格中示出。图24B为一横截面光学金相图，其表明，通过首先针对底涂层采用电泳沉积的环氧涂料系统，以及随后用吸盘法施加聚氨酯外涂层，可以使涂料系统局部显露。 [0097] 在本发明的一个实施例中，金属薄板和板材是易/自清洁的，从而防止污染物堆积在所述的摩擦力降低的织构化表面上。在本文中以图例方式说明了两个能够赋予所述摩擦力降低的织构化表面“易/自清洁”能力的实施例。图25A和25B中分别示出了这种方法的流程。用于这两种方法中的任一种的具体化学组成可以至少部分地取决于肋状构形的形状和尺寸。在一个实施例中，按照图10-17中所披露的流程之一制造具有肋状构形的金属薄板和板材，然后利用本发明的技术赋予该薄板和板材易/自清洁能力，以保护肋状构形。在一个实施例中，利用其他方法在例如OEM工厂中制造具有肋状构形的金属薄板和板材，然后利用本发明的技术使该薄板和板材具有易/自清洁能力，以保护肋状构形。 [0098] 如图25A中描绘的实施例所示，进行本发明的涂镀操作908(见图19)，然后在外涂层上喷涂超亲水涂层909。按照另一种方案，可以直接将该超亲水涂层喷涂到本发明的铝合金或钛合金产品上，而无需首先施加底涂层或外涂层。超亲水涂层会在瞬间被水完全弄湿，即，在与水接触时，将在0.5秒或更少的时间内呈现小于大约5度的水滴前进接触角。例如二氧化钛(TiO2)的光化学活性材料在暴露在紫外线辐射中之后，可以变成具有超亲水性；或者，如果经过适当的化学改性处理，也可在暴露在可见辐射光下之后变成具有超亲水性。在一个实施例中，该超亲水涂层为含有锐钛矿型二氧化钛的光活化体系(TOTO系统)，该涂层主要依赖于这种材料与光和水之间的相互作用来防止污染物聚集在表面上。虽然水是自清洁机构中的关键要素，但是，即便没有水，用这种自清洁系统处理过的材料也可能具有一定程度的清除灰尘的固有性能。 [0099] 如图25B中描绘的实施例所示，首先将底涂层908a如图19所示地施加到具有肋状构形的表面上，然后用化学添加剂910增强外涂层908b，该化学添加剂可以以一定的浓度范围用于涂料中。这种类型的系统将被设计成给肋状构形表面赋予化学方面和构形方面(微量程度)的疏水特性。该疏水部分将允许水在肋状构形表面上形成水珠。该成珠作用又允许水滴在从肋状构形表面上滚过时能够容易地从该表面上清除污染物。在一个实施例中，化学添加剂910为官能团化的硅氧烷体系，例如，可形成超疏水(防水)表面的BYK Silclean 3710。而且，在没有水的情况下，经这种方式处理过的材料也可能具有一定程度的清除灰尘的固有性能。 [0100] 这些系统除了在化学和机械学方面存在差异以外，将其施加到所述表面上的方法也是不同的。图26A-C表明，增加了易/自清洁成分的、具有本发明的摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品和没有易/自清洁成分的涂镀构形相比，能够具有改善的清洁度。在一个实施例中，如图26B所示，TOTO系统基于将若干层TOTO溶液以喷涂或浸没方式施加到外涂料层之上。如图26C所示，通过在施加外涂层之前将Silclean系统混合到外涂层中、然后将外涂层喷涂到所述表面上而施加该Silclean系统。图27中的表格示出了用于滑动装置中的板材的涂镀条件和易/自清洁剂施加条件。在这三种情况下，都首先在HenkelRidoline 4355碱性清洗剂中清洁板材，接着用Henkel Ridoline 6/16酸脱氧剂进行脱氧，随后利用硼-硫酸(硼酸8克/升，硫酸45克/升)在15伏的条件下进行大约20分钟的阳极氧化处理，然后在195°F的温度下进行大约25分钟的稀铬密封。 [0101] 如图26A-C所示，在暴露在室外“多尘”的环境中三周后，涂覆有TOTO的易/自清洁剂的具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品(图26B)比其他的具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品(图26A和26C)更干净。涂覆有Silclean清洁剂的具有摩擦力降低的织构化表面的铝合金产品(图26C)也具有比未涂覆易/自清洁剂的控制面板(图26A)更干净的表面。可以相信，易/自清洁性得以增强的本发明的铝合金产品将很可能比没有增强易/自清洁性的铝合金产品更干净，由此减轻了在使用中灰尘和残余物对空气阻力可能产生的影响。 [0102] 可以进一步开发阳极氧化物的多孔结构和特制的成分，以便进一步改善所述摩擦力降低的织构化表面在航空应用中的性能。与使用标准的阳极密封和底涂层/外涂层涂镀颗粒的情况相反，对阳极氧化物可以不作密封，从而允许采用有机或无机处理剂，这也被称作浸渍密封化合物(ISC’s)。ISC’s可以包括不同于标准的航空航天飞机防热层的涂层，例如硅氮烷或硅氧烷、图26A-26C所示的易/自清洁处理剂或者上述物质的组合物。根据具体的性能要求，这些ISC’s的施加方法可以是喷涂或实质上的浸没。相信这种方法可以避免对目前在航空应用中使用的底涂层/外涂层系统的需求。下面将说明两个阳极氧化处理的实施例，这两个实施例都可以使用ISC’s。如图28A和28B所示，可以特别地定制阳极氧化物，以形成结节结构，在该结构中，结节几乎比在硼-硫或硫酸阳极氧化处理中观察到的芯部柱状结构薄两个数量级。通过使用另一种“混合电解液”阳极氧化处理方法来形成结节结构，其中，“混合电解液”包括硫酸、磷酸和硼酸的组合。结节结构既可以提高性能水平，也可以赋予对各种ISC’s的亲和性。在图29A和29B中，可以进行标准的硼-硫或硫酸阳极氧化处理，而不需要进行后续的密封步骤。然后，可以将选定的ISC引入与这些阳极氧化处理方法相关联的柱状阳极结构中。在图30A-30D中，可以观察到，所选的未经密封的阳极氧化物/ISC/易/自清洁组合物与包含和不包含易/自清洁成分的标准涂镀情况相比，其易/自清洁性能的情况。在这一测试中，本发明的金属产品(具有摩擦力降低的织构化表面)通过与湿木灰低压碰撞而遭受低污物。通过将湿木灰放入Q-Panel QGR碎石冲击试验机(Gravelometer)、并利用所提供的空气在大约10秒的时间内以10psi将该湿木灰“射”到面板上的方式，使样品表面经受这一碰撞。然后，可以直观地评价这些样品的抵抗灰尘侵入的固有特性(图30A-30D)。和带有包含和不包含易/自清洁成分的标准航空涂料系统的系统相比，增添了易/自清洁成分的ISC’s(聚硅氧烷或聚硅氮烷)的阳极氧化系统能够更有效、更干净地清除木灰。 [0103] 在其他实施例中，本文所公开的金属产品可用于制造运输工具的一部分，所述运输工具包括但不限于：航天器或空中运载工具(例如飞机、直升机、导弹、滑翔器、气球和软式飞船)、地面运载工具(例如汽车和火车)和海上运载工具(例如潜水艇、游艇、水面无人船、自主式水下运载工具等)。由于喷丸成形和用于制造机翼蒙皮的其他操作以及关于肋要和机翼后掠角对准的要求(否则会削弱阻力减小效果)，在机翼蒙皮板/薄板上直接轧制肋可能是不可行的。但是，本文所公开的呈贴花形式的轧制有肋的铝合金产品可以通过机械方式和/或粘接剂结合到按传统方法制成的上、下机翼蒙皮上。本文所公开的轧制有肋的铝合金产品上的肋与机翼后掠角对准。考虑到制造的容易性和成本经济性、腐蚀性能、航空器制造商/模型、航空器重量要求和结构/强度综合性等方面，可以改变用于航空器机翼的轧制有肋的铝合金产品的宽度、厚度和合金。例如，如果选择用来制造轧制有肋的产品的合金为1XXX系列合金，该产品可以提供良好的抗腐蚀性。轧制有肋的产品的宽度范围可以在大约5英寸至大约200英寸之间。肋(槽)方向通常为轧制方向(垂直于宽度方向)，但是，也可以将铝合金薄板切成多块，并沿横向方向或者相对于薄板轧制方向成一定角度地轧制肋。在一些实施例中，合金可以是铝1XXX、3XXX、5XXX、6XXX、7XXX、8XXX系列合金和Al-Li合金。使用的铝合金可以是可热处理的合金，或是不可热处理的合金。对于不可热处理的薄板，可以在应变硬化的条件下(H状态(H temper))或退火条件下(O状态(O temper))进行肋轧制。可热处理的薄板的肋轧制可以在固溶热处理之前或之后进行。对于在固溶热处理之前进行肋轧制的情况，可以在轧制状态材料(F状态(F temper))或退火状态材料(O状态)上进行肋轧制，并且该肋轧制可以在较冷或升高的温度下进行。在进行了肋轧制后，可以对薄板进行热处理、淬火，以及通过自然老化或人工老化而进行的老化处理。对于在固溶热处理之后进行肋轧制的情况，可以在刚经过淬火的材料(W状态(W temper))上、自然老化的材料(T3状态(T3 temper))上或者在例如T6或T7状态的人工老化状态下进行轧制。轧制有肋的薄板可以是裸板或Alclad。厚度范围可以在例如大约0.0010英寸到大约0.300英寸之间。经轧制的铝肋薄板可以被施加到新的或现有的铝质航空器机翼上。 [0104] 在一些其他实施例中，也可以在钛薄板或钛箔上轧制本文中公开的所有肋状构形。轧制工艺可以以热轧或冷轧的方式进行。在一个实施例中，轧制工艺为热轧。对于热轧，轧制温度范围在大约400℃(725°F)和大约1100℃(2012°F)之间。轧制压下率的范围在大约20％直至大约75％之间。对于高的压下率，超过800℃(1472°F)的轧制温度可以使加工硬化作用最小化。再结晶温度为大约600℃(1112°F)。而对于冷轧，压下率的范围在大约0.5％直至大约20％之间。钛肋贴花薄板或箔片的厚度可以为大约0.002英寸至大约0.200英寸。 [0105] 本文所公开的制造钛肋贴花薄板或箔的其他方法可以采用超塑成形方式。可以在大约840℃(1544°F)至大约870℃(1598°F)的温度下，以极低的轧制速度和大约为0.0001/s至大约0.001/s的应变速率，在钛薄板或箔上轧制肋状构形。压下率的范围可以在大约20％直至大约300％。 [0106] 在另外一些其他的实施例中，本文公开的金属产品可用于制造海上运载工具的一部分，该海上运载工具包括但不限于潜水艇、游艇、水面无人船和自主式水下运载工具。在一个实施例中，多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋形成了摩擦力降低的织构化表面，该织构化表面被设计成足以提供范围例如从大约百分之五直至大约百分之十五的曳力减小率。在一个实施例中，该金属产品为由SAE(美国汽车工程师学会)规格J410、J1392和J1442以及ASTM(美国材料试验协会)规格A242、A440、A441、A572、A588、A606、A607、A618、A633、A656、A690、A709、A714、A715、A808、A812、A841、A860和A871覆盖的高强度低合金钢。轧制工艺可以以热轧或冷轧的方式进行。对于热轧，轧制温度范围在约720℃(1328°F)至约1050℃(1922°F)之间。轧制压下率可以在较宽的范围内变化，并且，典型的最后肋轧制道次的压下率超过大约50％。在肋轧制之后的冷却可以在大约10℃/分钟和大约300℃/分钟之间的范围内进行。为了获得更细的铁素体晶粒度并由此获得较高的强度，较快的冷却速率是理想的。对于在室温下进行的冷轧，轧制压下率的范围在大约5％至大约80％之间。在冷轧工艺之后，接着进行退火过程，并且退火温度的范围在大约400℃(752°F)至大约700℃(1292°F)之间。退火时间根据规定的显微构造和特性要求而变化。 [0107] 建造航空器机翼和螺旋桨的航空工程师和设计转动叶片的风力涡轮机工程师都关心气动阻力。航空器应该具有良好的燃料经济性，而风力涡轮机转动叶片必须具有高的末端速度以有效工作。因此，航空器机翼和转动叶片都具有低的气动阻力是非常重要的。在一个实施例中，本发明涉及的转动叶片包括至少一个具有至少一个大体上带槽的表面的金属产品，其中，该大体上带槽的表面形成肋状构形，该肋状构形包括多根相邻的、经轧制永久形成的、并且沿所述表面的至少一部分延伸的纵向肋，而且该肋状构形涂覆有至少一层被设计和施加成足以保护肋状构形的涂层。在一个实施例中，该多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋形成了摩擦力降低的织构化表面，该表面被设计成足以提供范围从大约百分之五直至大约百分之十五的曳力减小率。在一个实施例中，减小的曳力增加了在同一风速下产生的能量。 [0108] 管道系统中的摩擦压力损失或曳力是一种能量浪费，而且会从经济上影响管道系统的操作。一些液体和气体管道操作公司使用减阻剂(DRA)来使流动紊流最小化，并因此增加了物料通过量和由此减小了管道的操作成本。虽然DRA是一种有效的性能提高剂，但是长期使用会比较昂贵。在另外一些实施例中，本文所公开的金属产品可用于制造管道系统。在一个实施例中，多根相邻的、经轧制永久形成的纵向肋形成了摩擦力降低的织构化表面，该表面被设计成足以提供范围例如从大约百分之五直至大约百分之三十的曳力减小率。在一个实施例中，减小的曳力通过减小了沿着管道壁的摩擦力而降低了能量损失。 [0109] 值得注意的是，上述及其他的特征和功能或者它们的变型中的若干特征和功能可以合乎要求地结合到许多其他的不同系统或应用中。本领域的技术人员可以随后作出各种目前还不能预见或不能预料的变型、改进、变化或改善，这些都将落入下述权利要求的保护范围。 |
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