雙層干螺栓涂層的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙層干螺栓涂層。螺栓包括本體和形成在本體上的螺紋部分。螺栓還包括磷酸鹽打底層，其至少覆蓋本體且與本體直接接觸。螺栓還包括PTFE過敷層，其基本覆蓋磷酸鹽打底層，且通過磷酸鹽打底層與螺栓本體分開。
【專利說明】雙層干螺栓涂層

【技術領域】
[0001]本公開涉及螺栓和緊固件，且更特別地，涉及用于螺栓和緊固件的涂層。

【背景技術】
[0002]螺栓和緊固件被用在一些工業或汽車應用中，以保持或連接兩個或更多物體。螺栓和緊固件可設置有涂層或覆蓋層。


【發明內容】

[0003]提供了一種被涂覆的螺栓。螺栓包括本體和形成在本體上的螺紋部分。螺栓還包括磷酸鹽打底層和PTFE過敷層。磷酸鹽打底層至少覆蓋本體，且直接接近本體的由打底層覆蓋的部分。PTFE過敷層基本覆蓋磷酸鹽打底層，且通過磷酸鹽打底層與螺栓本體分開或隔開。
[0004]優選地，其中PTFE過敷層和磷酸鹽打底層是干涂層，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蠟。
[0005]優選地，其中PTFE過敷層具有第一摩擦系數，該第一摩擦系數基本為0.10至0.16。
[0006]優選地，其中PTFE過敷層具有第一 PTFE濃度。
[0007]優選地，其中磷酸鹽打底層覆蓋基本整個本體；且其中PTFE過敷層覆蓋基本整個磷酸鹽打底層以及基本整個本體。
[0008]優選地，其中PTFE過敷層和磷酸鹽打底層是干涂層，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蠟。
[0009]優選地，其中PTFE過敷層具有第一摩擦系數，該第一摩擦系數基本為0.10至0.16。
[0010]根據本發明另一方面，提供一種涂覆多個螺栓的方法，該方法包括:
[0011]將磷酸鹽打底層涂敷到所述多個螺栓；
[0012]在涂敷磷酸鹽打底層之后，涂敷PTFE過敷層，包括:
[0013]將所述多個螺栓浸潰在水-PTFE溶液中持續浸潰時間段；
[0014]在浸潰時間段后，將所述多個螺栓從水-PTFE溶液取出；和
[0015]在浸潰時間段后，將所述多個螺栓固化持續固化時間段。
[0016]優選地，所述方法還包括:
[0017]在浸潰時間段之后且在固化時間段之前，以旋轉速率旋轉所述多個螺栓持續旋轉時間段。
[0018]優選地，其中將所述多個螺栓固化包括在爐子中以烘烤溫度加熱所述多個螺栓持續固化時間段。
[0019]優選地，其中涂敷磷酸鹽打底層和PTFE過敷層的特征在于不具有油和蠟，使得所述多個螺栓在固化時間段后具有干涂層。
[0020]當結合附圖時，本發明的上述特征和優勢及其他特征和優勢將從用于實施本發明的一些最佳模式和其它實施例的以下詳細描述顯而易見，本發明僅由權利要求限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是干涂覆螺栓的示意性立體視圖；
[0022]圖2是大致沿圖1的標示線2-2截取的干涂覆螺栓的示意性局部剖視圖；和
[0023]圖3是示出用于制造干涂覆螺栓(比如圖1所示的干涂覆螺栓)的方法或工藝的流程圖。

【具體實施方式】
[0024]參考附圖，在全部若干幅視圖中在任何可能的情況下，相同的附圖標記對應于相同或相似的部件。圖1中顯示了螺栓10。圖2顯示了大致沿圖1的線2-2截取的螺栓10的一部分的高度示意性剖視圖。示意性螺栓10是高度說明性的，且代表螺栓和緊固件的多種不同的形狀、尺寸和構造。
[0025]本領域普通技術人員將認識到，諸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”等的術語用來描述附圖，且不表示對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求限定。任何數字命名，比如“第一”或“第二”僅是說明性的且不意圖以任何方式限制本發明的范圍。
[0026]在一幅圖中所示的特征可以與任何附圖中所示的特征組合、由其取代或由其修改。除非另有說明，否則所有特征、元件或限制都不與其他特征、元件或限制條件相互排斥。此外，任何特征、元件或限制都不是進行操作所絕對需要的。圖中所示的具體構造僅是說明性的且所示的具體構造不是對說明書和權利要求的限制。
[0027]如圖1所示，螺栓10包括桿或本體12、和形成在本體12的一個端部上的頭部部分14。頭部部分14可用于螺栓10的組裝，且可配置為與螺絲刀(未示出)配合。頭部部分14僅是說明性的且可具有與所示不同的形狀和結構。替代地，螺栓10可經由嵌入槽或鍵驅動，從而不包括頭部14。
[0028]螺栓10還包括形成在本體12上的螺紋部分16。應注意，螺紋部分16在圖1中示意性地被顯示，從而單獨的螺紋不可見，但在圖2中部分地示出，圖2顯示了本體12與螺紋部分16之間的過渡區域。
[0029]在很多情況中，螺紋部分16將與頭部部分14相對地形成。然而，由于可能不包括頭部部分14，因此螺紋部分16可形成在本體12的任一端部上。替代地，螺紋部分16可在內部形成，從而螺栓10類似于螺母或插孔件。
[0030]螺栓10可由鐵基材料形成，包括鋼和不銹鋼。替代地，螺栓10可由鋁、鎂、鋅、其合金或組合、或其他適當材料形成。此外，螺栓10可經受制造工藝或處理，以提高其強度、耐久性或其他材料性能。
[0031]螺栓10，或多個螺栓10，可與螺栓供給器(未示出)一起使用。螺栓供給器配置為將多個螺栓10從沒有條理且不對準的位置(比如存在于進料斗(hopper)中的位置)設置為準備用于裝配或制造工藝中的一致的對準位置。通常，螺紋10被用來剛性地或半剛性地將一個或多個部件附接在一起，可能使用相應的螺母以及一個或多個墊圈。
[0032]為了控制螺栓10的安裝，螺栓10可能需要特定的摩擦系數(CoF)。用于控制螺栓10的摩擦系數的一種方法是，涂敷比如油或蠟的涂層，該涂層可被稱為濕涂層。
[0033]濕涂層不能永久地(或半永久地)附著或固著至螺栓10，且因此可被螺栓供給器或其他裝配或運輸設備所擦掉或消除。另外，濕涂層可能捕獲碎屑，比如螺栓10的表面上的灰塵或金屬薄片。來自濕涂層的殘余物，包括濕涂層所捕獲的碎屑，可能聚集在螺栓供給器或其他設備上。
[0034]螺栓10包括磷酸鹽打底層20，其至少覆蓋本體12，但很可能覆蓋整個螺栓10。磷酸鹽打底層20直接接近本體12，被直接地涂敷到形成螺栓10的基底材料，且完全地附著到螺栓10的基地材料。磷酸鹽涂層20的涂敷通過螺栓10的表面與磷酸和金屬磷酸鹽的溶液之間的化學反應進行，所述金屬磷酸鹽比如為錳、鋅、鐵或其他金屬磷酸鹽。化學反應通常通過將螺栓10浸入化學溶液而發生。額外或改進的工藝，包括清潔、表面活化或漂洗，可被用來將磷酸鹽打底層20應用到螺栓10。
[0035]在涂敷磷酸鹽打底層20之后，螺栓10還接收PTFE過敷層22，其基本覆蓋磷酸鹽打底層20。因此，PTFE過敷層22至少在磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22重疊的位置處通過磷酸鹽打底層20與本體12分開、隔開或偏開。在螺栓10的多種配置中，磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22將覆蓋整個螺栓10。
[0036]磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22最佳在圖2中顯示。然而，應注意，圖2僅是示意性和說明性的。磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22 二者可能被示出為具有比大多數應用更大的厚度。磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22的實際厚度在所示的比例尺下可能不可見。另外，磷酸鹽打底層20和PTFE過敷層22的組合厚度將很可能被本體12和螺紋部分16的容差限制，使得螺栓10可在已經涂敷涂層之后用于其功能目的。
[0037]PTFE過敷層22是螺栓10的外層，且與例如螺栓10通過其運送的螺栓供給器接觸。PTFE過敷層22還與螺栓10組裝到的部件接觸。PTFE頂敷層22是對螺栓10的摩擦系數的主要因素，且因此顯著地影響螺栓10的安裝。PTFE過敷層22用于降低螺栓10的摩擦系數，這可能對裝配工藝有益。
[0038]PTFE過敷層22是水基的無機溶液，包含至少聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE可以是微粒的形式，且水-PTFE溶液還可包含高分子粘著劑和配置為促進涂覆工藝的其他元素。
[0039]磷酸鹽打底層20具有一般晶體結構，其提供用于PTFE過敷層22的基底，PTFE過敷層22在濕的時候(在水-PTFE溶液中)依附到所述基底且在固化后附著至所述基底。除了水和PTFE之外，額外的材料可被并入以提高最終性能特性或有利于將要固化成最終的PTFE過敷層22的水-PTFE溶液的涂覆和附著工藝。顏料也可以被添加到水-PTFE，以便識別已經涂敷PTFE過敷層22的螺栓10，其與等待涂敷的螺栓或具有不一樣涂層的類似螺栓不同。
[0040]在完成涂覆工藝之后，如本文所述的，螺栓10具有干飾層(dry finish)或干涂層，其與濕涂層不同，使得螺栓10的特征在于沒有油或柔質的蠟。如這里所使用的，干涂層是摸起來干燥的涂層。一種用于確定螺栓10是否變干而可以觸摸的方法是，用白色紙巾保持經涂覆的、最終的螺栓10，同時施加輕的手壓力(例如大約10牛頓的力)持續指定時間段(例如，大約五秒)。如果紙巾沒有可見的著色或變色，則涂是干的。
[0041]完成的螺栓10可具有0.10-0.16范圍內的摩擦系數。該示例性摩擦系數或其他值可以通過改變用來在固化之前涂覆螺栓10的水-PTFE溶液中的PTFE濃度而實現。此外，固化工藝可能影響螺栓10的摩擦系數。
[0042]參考圖3，并繼續參考圖1-2，顯示了方法100，其用于涂覆多個螺栓，比如圖1中所示的螺栓10。方法100可完全或部分自動化，并通過控制系統(未示出)控制，或可手動地執行。
[0043]圖3僅顯示了方法100的高度示意圖。可以不要求所示的算法或方法100的步驟的精確順序。步驟可以被重新排序，步驟可以被省略，且可以包括額外的步驟。以虛線或點線顯示的步驟可以是可選的。然而，根據具體配置，任何步驟可被認為是可選的，或可以僅選擇性地被執行。此外，方法100可以是另一算法或方法的一部分或子程序。
[0044]為了說明的目的，參考關于圖1進行描述和顯示的元件和部件描述了方法100，且方法100可在一個或多個螺栓10上執行。然而，其他部件可被應用方法100以便干涂其他部分。
[0045]步驟110:開始/初始化。
[0046]方法100可起始于開始或初始化步驟，該時間中方法100被起動且必要的部件或設備被起動。
[0047]步驟112:形成或提供螺栓。
[0048]方法100包括形成或提供(比如從供給器)多個螺栓10。方法100主要相對于多個部件被描述，因為涂覆多個螺栓10將很可能獲得規模經濟效應(生產或成本效益)。然而，方法100可被應用于單個部件，特別是如果螺栓10很大、復雜，或由于實驗目的而生產。
[0049]步驟114:磷酸鹽打底層涂敷和后處理工藝。
[0050]用于涂覆多個螺栓10的方法100包括將磷酸鹽打底層20涂敷到多個螺栓10。此夕卜，在接收磷酸鹽打底層20之后，方法100可包括螺栓10的任何必要的后處理工藝，特別是將螺栓10制備用于后續涂覆所必要的后處理工藝。
[0051]步驟116:浸潰在水-PTFE溶液中。
[0052]方法100包括在涂敷磷酸鹽打底層20之后，涂敷PTFE過敷層22。涂敷PTFE過敷層20可涉及將多個螺栓10浸潰在水-PTFE溶液中持續浸潰時間段。因此，用于涂敷PTFE過敷層22的控制參數中的一些包括水-PTFE溶液中PTFE的濃度(其可被表達為百分比)和螺栓10處于水-PTFE溶液中的時間段(t)。這些控制參數可改變PTFE過敷層22的厚度、PTFE過敷層22的摩擦系數或二者。
[0053]在方法100的一些配置中，浸潰時間段可實際上代表水-PTFE溶液噴涂到螺栓10上的過程，比如當被運送在輸送系統上時。在這樣的配置中，浸潰段的參數還可能包括流速或每個螺栓10的流速。
[0054]步驟118:旋轉。
[0055]方法100包括，在浸潰時間段之后，將多個螺栓10從水-PTFE溶液取出。多個螺栓10然后可經受持續轉動時間段的旋轉過程和旋轉速率。旋轉螺栓10可去除其任何過多的水-PTFE溶液或其液滴。因此，用于旋轉螺栓10的控制參數中的一些包括旋轉時間(t)和旋轉速率(η)(其可以以RPM表達)。方法100的一些配置可通過搖動或振動來補充或取代旋轉過程。另外，旋轉過程可包括兩個旋轉循環。
[0056]步驟120:固化PTFE過敷層。
[0057]在旋轉時間段之后，方法100固化螺栓10，所述螺栓10通過水-PTFE溶液濕涂覆。固化多個螺栓10可在爐子中在烘烤溫度下進行，持續固化時間段。固化水-PTFE溶液產生最終的干的PTFE過敷層22。因此，用于固化螺栓10上的PTFE過敷層22的控制參數中的一些包括爐子中的烘烤時間(t)和爐子的烘烤溫度(T)。爐子固化工藝可激活熱固化聚合物，其用作用于PTFE過敷層22的粘合劑，或爐子可通過將溶劑驅除出溶液而促進水-PTFE溶液的干燥。
[0058]方法100的一些配置可通過基于光線(比如紫外光線)的固化來補充或取代爐子固化工藝。在具有光可固化的PTFE過敷層22的配置中，水-PTFE溶液可包括粘合劑，其響應于任何輻射光譜(包括，例如但不限于:紫外線、可見光或微波)而固化。
[0059]根據PTFE過敷層22的厚度，方法100可以在步驟116、118和120中重復PTFE涂覆工藝。額外的循環可增大PTFE過敷層22的厚度、提高PTFE過敷層22的質量和一致性或二者。
[0060]步驟122:結束/重復。
[0061]在PTFE過敷層22固化或在運送期間充分固化(如果固化工藝將在運輸期間完成)后，方法100結束。方法100然后可以以類似的方式在多個螺栓10中的另一個上重復。
[0062]詳細描述和附圖或視圖支持和描述本發明，但是本發明的范圍僅由權利要求限定。盡管已詳細描述了用于執行要求保護的發明的最佳模式中的以下和其他實施例，但是仍存在各種替換設計、構造和實施例，用于實踐限定在所附權利要求中的本發明。
[0063]相關申請的交叉引用
[0064]本申請要求于2013年8月22日遞交的美國臨時專利申請號N0.61/868，753的權益，其全部內容通過引用被合并在此。
【權利要求】
1.一種螺栓，包括: 本體； 螺紋部分，形成在本體上； 磷酸鹽打底層，至少覆蓋本體，其中磷酸鹽打底層與本體直接接觸；和PTFE過敷層，其中PTFE過敷層基本覆蓋全部磷酸鹽打底層，且通過磷酸鹽打底層與所述本體分開。
2.如權利要求1所述的螺栓，其中PTFE過敷層和磷酸鹽打底層是干涂層，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蠟。
3.如權利要求2所述的螺栓，其中PTFE過敷層具有第一摩擦系數，該第一摩擦系數基本為0.10至0.16。
4.如權利要求3所述的螺栓，其中PTFE過敷層具有第一PTFE濃度。
5.如權利要求1所述的螺栓， 其中磷酸鹽打底層覆蓋基本整個本體；且 其中PTFE過敷層覆蓋基本整個磷酸鹽打底層以及基本整個本體。
6.如權利要求5所述的螺栓，其中PTFE過敷層和磷酸鹽打底層是干涂層，使得螺栓的特征在于不具有油且不具有蠟。
7.如權利要求6所述的螺栓，其中PTFE過敷層具有第一摩擦系數，該第一摩擦系數基本為0.10至0.16。
8.一種涂覆多個螺栓的方法，該方法包括: 將磷酸鹽打底層涂敷到所述多個螺栓； 在涂敷磷酸鹽打底層之后，涂敷PTFE過敷層，包括: 將所述多個螺栓浸潰在水-PTFE溶液中持續浸潰時間段； 在浸潰時間段后，將所述多個螺栓從水-PTFE溶液取出；和 在浸潰時間段后，將所述多個螺栓固化持續固化時間段。
9.如權利要求8所述的方法，還包括: 在浸潰時間段之后且在固化時間段之前，以旋轉速率旋轉所述多個螺栓持續旋轉時間段。
10.如權利要求9所述的方法，其中將所述多個螺栓固化包括在爐子中以烘烤溫度加熱所述多個螺栓持續固化時間段。
【文檔編號】F16B41/00GK104421314SQ201410418809
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】C.B.普雷斯頓, T.M.威爾森, D.M.沃達特, C.K.匡 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司