将金属结合到基底的方法

专利名称：：将金属结合到基底的方法
技术领域：
：本发明通常涉及将金属结合(bonding)到基底的方法。
背景技术：
：许多汽车零件例如是由铝或者钢来制成的。在一些情况中，令人期望的是用较轻重量(lighter-weight)材料例如镁来代替至少一部分的招或者钢零件。较轻重量材料的存在在一些情况中会降低汽车零件的总重量。
发明内容这里公开了将金属结合到基底的方法。该方法包括在该基底表面中形成多个纳米特征，其中各纳米特征选自纳米孔和/或纳米裂隙(nano-crevice)。处于熔融态的该金属被溢流烧注(over-cast)到基底表面上并且渗入该多个纳米特征。通过冷却，使该金属凝固在该多个纳米特征内，其中该金属的凝固在该溢流浇注金属和该基底之间形成机械互锁。本发明包含以下内容I.将金属结合到基底的方法，该方法包括在该基底表面中形成多个纳米特征，每个纳米特征选自纳米孔或纳米裂隙的任何一种；将处于熔融态的该金属溢流浇注到该基底表面上，该金属渗入到该多个纳米特征中；和通过冷却，将该金属凝固在该多个纳米特征内，该金属的凝固在该溢流浇注金属和该基底之间形成机械互锁。2.方面I所述的方法，其中每个纳米特征是纳米孔，和其中该多个纳米孔的形成是通过阳极氧化从该基底表面生长包含该多个纳米孔的结构来实现的。3.方面2所述的方法，其中该结构对于所述金属是自润湿的。4.方面2所述的方法，其中该结构对于所述金属是非自润湿的，并且其中在将该金属溢流浇注到该基底表面上之前，该方法进一步包括将金属氧化物引入到该多个纳米孔中；和将该金属氧化物与该金属反应以产生反应产物，该反应产物包括用于润湿该金属的特性。5.方面4所述的方法，其中该金属氧化物选自锰，钠，硅，锡，镉，锌，镍和铁的氧化物。6.方面2所述的方法，其中该结构对于所述金属是非自润湿的，并且其中在将该金属溢流浇注到该基底表面上之前，该方法进一步包括将其他金属引入到该多个纳米孔中。7.方面I所述的方法，其中该多个纳米特征的形成是通过深蚀，激光加工，放电加工，电化学加工，或者微弧氧化中任何一种来完成的。8.方面I所述的方法，其中当该金属是镁时，该基底选自招，镁，锌，钛，铜，钢及其合金。9.方面I所述的方法，其中当该金属是铝时，该基底选自招，锌，镁，钛，铜，钢及其合金。10.方面I所述的方法，其中在形成该多个纳米特征之前，该方法进一步包括图案化该基底表面。11.产生铝-至-镁结合的方法，该方法包括从铝表面生长氧化物层，该氧化物层包括限定在其中的多个纳米孔；将镁溢流浇注到该铝表面上，该溢流浇注包括将熔融的镁引入到该氧化物层上，以使得熔融的镁渗入该多个纳米孔中；和凝固该熔融的镁来在该凝固的镁和该铝表面之间形成机械互锁。12.方面11所述的方法，其中该氧化物层的生长是通过在电解质存在下，阳极氧化该铝表面来实现的。13.方面11所述的方法，其中所述凝固是通过冷却该熔融的镁来实现的。14.汽车零件，其包含包括表面的基底，该表面具有限定在其中的多个纳米特征；和溢流浇注金属，其通过在位于该多个纳米特征中的该溢流浇注金属的凝固部分之间形成的机械互锁结合到该基底表面。15.方面14所述的汽车零件，其中当该金属是铝时，该基底选自钛、铜、钢及其合金。16.方面14所述的汽车零件，其中该多个纳米特征每个是纳米孔，和其中每个纳米孔的有效直径是大约15nm-大约75nm。17.方面14所述的汽车零件,其中每个纳米特征与相邻纳米特征以大约50nm_大约300nm间隔。18.方面14所述的汽车零件，其中该基底表面是从下面的基底金属生长的氧化物层，和其中该氧化物层的厚度是大约40iim-大约250iim。19.方面14所述的汽车零件，其中该汽车车体零件选自仪表盘横梁、发动机支架或者底盘部件。本发明的特征和优点将通过参考下面的详细说明和附图而变得显而易见，在其中相同的标号对应于类似的，虽然可能不等同的部件。为了简要，具有前述功能的标号或者特征可以或者可以不在它们出现于其中的其他附图中进行描述。图1A-1D示意性表示了将金属结合到基底的方法的一个例子；图ID-A是图ID中所示的一部分示意图的放大图2A是透视图，其示意性表示了基底的例子，该基底包括在其表面中形成的多个纳米孑L；图2B是图2A中所示的多个纳米孔的平面图；和图3是透视图，其示意性表示了基底的另外一个例子，该基底包含形成于其表面中的多个纳米裂隙。具体实施例方式铝和钢可以用于制造不同的汽车零件，这至少是因为这些材料具有有助于该零件的结构整体性(structuralintegrity)的机械强度。已经发现零件中的一些招或者钢可以用较轻重量材料(例如镁)来代替。据信镁的存在会在一些情况中降低汽车零件的总重量。已经发现镁可以经由浇注方法例如称作溢流浇注的方法加(incorporated)到铝或者钢零件上。还已经发现在一些情况中镁不能冶金结合(metallurgicallybond)到下面的招或者钢上，至少没有达到形成被认为是结构牢固(structurallysound)的并可用于汽车的零件所必需的程度。例如，铝可以包括在其上所形成的致密氧化物表面层(例如氧化铝)，其在浇注过程中可防止镁冶金结合到氧化物层下面的铝上或直接冶金结合到该氧化物层上。更具体地，在浇注方法过程中，镁不能渗透(penetrate)致密氧化物层并以足以赋予所形成的零件结构牢固的方式来与下面的铝结合。作为此处使用的，“结构牢固”的零件是这样的零件，其机械性能使得该零件能够经受住零件使用过程中所产生的不同的操作应力和应变。这里所公开的方法的例子可以用于通过将金属(例如镁或者镁合金)结合到基底(例如铝，钛，钢等)上来形成零件，这些材料之间所产生的接合(joint)使得该零件被认为具有必需的结构整体性以致能够用于汽车中。在一个例子中，两种材料可以通过提高在该金属和基底之间的界面处的接合强度(即，它的界面强度)而结合到一起。这可以通过处理基底的表面，以使得处于熔融态的金属能够渗入在表面中形成的孔、裂隙、腔室等中，并且机械结合(mechanicalbond)到该表面上来实现。在一个例子中，该机械结合是通过该金属渗透到该基底的处理表面来产生的机械互锁。在一些情况中还可以形成化学结合(chemicalbond),例如该金属和该表面之间的冶金结合(metallurgicalbond)。现在将结合图1A_1D，2A和2B来描述将金属机械结合到基底上的方法的一个例子。在这个例子中，通过该方法所形成的零件10(图ID所示)包括铝基底和结合到其上的镁金属。应当理解该方法也可以或者另外用于形成由其他的材料组合所制成的零件。例如，该零件可以由这样的基底材料形成，该材料可以适用于汽车应用(例如用于制造汽车底盘部件，发动机支架，仪表盘(IP)横梁，发动机缸体(engineblock)，汽缸盖和/或类似物)。该基底在一些情况中可以选自这样的材料，该材料是足够难熔的使得该材料在溢流浇注过程中曝露于熔融金属时不会熔融，其细节将在下面至少结合图IC来提供。该基底材料可以选自金属，例如铝、锌、镁、钛、铜及其合金。应当理解其他的基底材料也可以适当的用于此处公开的方法中，它们的一些例子包括铸铁、超级合金(例如基于镍,钴,或者镍-铁的那些)、钢(其是铁，碳和可能的其他成分的合金)、黄铜(其是铜合金)和非金属(例如高熔融温度聚合物，例如熔融温度至少350°C的那些聚合物，玻璃，陶瓷和/或类似物)。该基底材料可以此外选自制造适用于其他应用的零件的材料，所述其他应用例如非汽车应用，包括飞机，工具，房屋/建筑物部件(例如管道等)等。在这些应用中，该基底材料可以选自上述任意的金属，或者可以选自另外的金属或者非金属(例如钢，铸铁，陶瓷，高熔融温度聚合物(例如诸如晶体聚合物，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚砜和/或其他熔融温度至少350°C的聚合物)等等)。该高熔融温度聚合物可以进一步包括保护层和/或被冷却来防止聚合物熔融和/或分解，以使得该聚合物、保护层和该溢流浇注方法的组合不会显著破坏所述基底(即，通过该基底/溢流浇注金属体系所形成的制品对于它的目标用途而言仍然是有功能性的)。如果该基底选自非铝金属，则该基底材料在一个例子中可以镀铝(aluminize)(即，在该基底材料表面上形成铝或者富铝合金层)，来用于此处公开的方法中。例如，钢可以经由将该钢热浸到铝-硅熔体中来镀铝，这在该钢表面上形成了铝层。如下面详细描述的，这种铝层之后可以被阳极氧化来形成氧化铝。据信其他材料例如钛、铜等也可以经由热浸或者另外的合适方法例如诸如气相沉积来镀铝。应当理解不需要铝表面来实施此处公开的方法的实施例。例如镁、钛或者另外的金属可以被氧化来形成纳米孔可以形成于其中的氧化物层，和因此，在将镁溢流浇注到铝或者镀铝的表面上之后可以使用其他的体系，只要该表面是或者可以变成多孔的就行。在一个例子中，该待结合到基底上的金属可以选自元素周期表中任何这样的金属，该金属的熔点或者熔融温度低于或者接近于(例如在rc内)金属结合到其上的基底的熔融温度。应当理解这里所讨论的溢流浇注金属可以纯金属或者其合金。已经发现选择熔点低于基底的金属能够使得在在没有熔融下面的基底的情况下完成浇注。例如可以选择镁作为待溢流浇注到任意基底材料上的金属，所述任意基底材料选自金属例如铝、锌、钛、铜、镍和/或其合金，这至少部分地因为镁的熔融温度是大约639°c并且低于任何所述基底材料。应当理解在一些情况中也可以选择镁作为该基底材料，如下所述。能够用于形成汽车零件的金属和基底组合的一些例子例如包括i)分别的镁和铝，和ii)分别的镁和钢。能够选择的金属的其他例子包括铝，铜，钛及其合金。当选择铝作为该溢流浇注金属时，铝可以结合到熔融温度低于铝的基底材料上。例如铝(其熔融温度是大约660°c)可以结合到铜(其熔融温度是大约1083°C)，钛(其熔融温度是大约1660°C)或者钢(例如熔融温度大约1510°C的不锈钢和熔融温度是大约1425°C-大约1540°C的碳钢)上。此外，当选择铜作为该金属时，铜可以结合到钛或钢上，这至少部分地由于铜的熔融温度低于钛和钢。应当理解，该溢流浇注金属的熔融温度不必须小于基底，这至少部分地因为所选择的基底可以包括保护层、进行冷却，和/或具有在熔融之前足以提取(extract)凝固热的质量和传导性(massandconductivity)。例如在溢流烧注例如是在具有用于冷却镁的冷却机构的铸模浇注机(diecaster)中进行时，铝(同样的，其熔融温度是大约660°C)可以溢流浇注到镁(其熔融温度是大约639°C)上。同样，据信该溢流浇注金属可以选自熔融温度高于基底的金属。在这个例子中，该基底材料可以在溢流浇注过程中被冷却，和/或具有足以在金属对基底的结构整体性产生不良影响之前凝固所述的熔融溢流浇注金属的质量，和/或具有在其上的保护层。在一些情况中，传递到基底的热可以足够低，以使得基底温度不达到它的熔融温度，并且因此将不熔融(或者轻微熔融)。在一些情况中，可以在基底上构建涂层(由例如具有非常高的熔融温度的材料(例如氧化铝)制成)，其能够降低传递到基底上的热。例如氧化铝(其熔融温度是大约2072°C)可以用作该基底的合适的涂层。但是，应当理解所选择的涂层材料还应当是耐久的和粘附性(adherent)的，以使得该材料能够对所形成的零件的结构整体性作出-Tj.士[>贝献。因此，在一个例子中，当该金属选自镁时，该基底可以选自铝，镁，锌，钛，铜，钢及其合金。在一种情况中，不同的镁合金或者组合物可以用作该溢流浇注金属和该基底材料。镁可以纯镁，或者可以是与铝、锌、锰或者合适的合金材料中的至少一种合金化的镁(magnesiumalloyedwithatleastoneofaluminum,zinc,manganese,orsuitablealloymaterial)0例如，镁合金AM60(其熔融温度是大约615°C)可以溢流烧注到挤出的AZ31B镁合金管(其熔融温度是大约630°C)上。在另一例子中，当该金属选自铝时，该基底还可以选自铝，镁，锌，钛，铜，钢及其合金。虽然在此已经给出了几个例子，但是应当理解可以使用基底和溢流浇注金属材料的任意组合，只要浇注程序(例如浇注温度，时间等)使得溢流浇注可以在不明显损坏基底的情况下完成。为了说明的目的，所述方法的此实施例将在下面详细描述，并且所述基底材料具体选自铝或者铝合金，且所述结合金属是镁。虽然这个实施例包括了在氧化物(即，氧化铝)中形成孔，但是应当理解当金属渗入到任何基底材料(不限于这个实施例中详细讨论的氧化铝)的孔中时，会形成机械互锁。现在参考图1A-1D，该方法的这个实施例包括选择基底12(图IA中所示)，和然后处理基底12的表面S。该表面S可以通过在表面S中形成多个纳米特征16来处理，如图IB所示。在该方法的这个例子中，纳米特征16是纳米孔。纳米孔16进一步的细节将在下面参考图2A和2B来描述。在一个例子中，纳米孔16是通过阳极氧化方法通过在基底表面S上生长多孔金属氧化物结构18来形成。简而言之，阳极氧化是一部分的铝基底12氧化以形成由铝氧化物(即，氧化铝)构成的结构18。因此，一部分的铝基底12随着铝氧化物结构18生长而被消耗。阳极氧化可以例如通过如下来完成使用铝基底12作为电解池的阳极，并且将该阳极和合适的阴极置于含水电解质中。该电解质的一些例子包括硫酸(H2SO4)，磷酸(H2PO4),草酸(C2H2O4)和铬酸(H2CrO4)。这些电解质理想地形成多孔氧化铝；即，氧化铝结构18包括形成于其中的纳米孔16。此外，可以使用任何合适的阴极，它的例子可以包括铝或者铅。将合适的电压和电流(例如直流电流或者在一些情况中直流分量和交流分量)施加到电解池一定的时间量，以阳极氧化所选择部分的铝基底12来生长结构18。在一个例子中，大约IOMm-大约250Mm的铝基底12，或者在另一例子中，大约IOMm-大约IOOMm的铝基底12被阳极氧化，这至少部分地取决于待形成的多孔氧化物层/结构18的所需厚度。例如，据信对于使用硫酸电解质的阳极氧化来说，每3Mm所形成的氧化物层消耗了大约2Mm的下面的基底12。另外据信前述比率可以至少部分地基于阳极氧化层的孔隙率以及金属氧化物层与下面的基底12的质量平衡而改变。在一个例子中，阳极氧化可以在大约IV-大约120V的电压下发生，并且该电压可以随着氧化物层(或者结构18)生长的更厚而在整个阳极氧化方法中根据需要进行调节。应当理解除了电压之外，还可以调整其他参数来控制氧化物层/结构18的厚度。例如，氧化物层18的厚度至少部分地取决于电流密度乘以阳极氧化时间。典型的，施加特定的电压来实现将氧化物层18生长到期望的厚度所需的电流密度。此外，所用的电解质以及温度也会影响该氧化物层18的性能，以及生长和形成该氧化物层18到期望的厚度的能力。例如，氧化物层18的厚度会取决于电解质的导电率，其进而取决于电解质的类型、浓度和温度。此外，氧化物层18是电绝缘的，并因此在恒定的电压时，电流密度将随着层生长而降低。在一些情况中，电流密度的降低会限制氧化物层18的最大生长，并因此该电压不会一直持续增加来提高层18的厚度。但是，在一些情况中，令人期望的是提高整个方法的电压。在一个例子中，所施加的电压可以在大约25V-大约30V开始，然后随着氧化物层18生长，该电压会被升高到更高的电压。此外，纳米孔16的尺寸可以至少通过调节电压来控制，但是电压的调节可以根据所用的材料(例如电解质)来改变。在一个例子中，纳米孔16具有大约I.29nm的有效直径D(示于图ID-A中)/每IV所施加的电压，并且相邻孔16之间的间隔是大约2.5nm/每IV所施加的电压。孔16的尺寸和间隔将在下面进一步详细描述。应该理解结构18(即，多孔铝氧化物层)的生长至少部分取决于电流密度，电解浴(即，电解质)化学，发生阳极氧化时的温度，阳极氧化时间量，和/或所施加的电压。在一些情况中，结构18的某些性能还可以通过将AC电流引入代替DC电流或者叠加到DC电流上的AC电流来进行控制。此外，阳极氧化可以在大约_5°C到大约70°C的温度下完成，并且该方法可以进行几分钟到几小时，这至少部分取决于待生长的结构18的期望厚度。在一个例子中，生长的氧化物层或者结构18的厚度是大约2iim-大约250um。在另一例子中，生长的氧化物层或者结构18的厚度是大约40um-大约80um。经由上述阳极氧化方法所形成的多孔氧化物结构18可以包括许多限定于其中的纳米孔16，和限定每个孔16的底部的氧化铝阻隔层19。该阻隔层19是薄的致密层(即，如果有的话，具有极小的孔隙率)，并且可以构成所形成的氧化物结构18的总厚度的大约0.1%-大约2%o作为此处使用的，术语“纳米孔”指的是这样的孔，其有效直径(已知每个孔不会具有完美的圆形横截面)落入纳米范围(例如Inm-IOOOnm);并且该孔可以至少部分地延伸穿过氧化物结构18。在一些情况中，该氧化物结构18可以蚀刻来除去其在纳米孔16底部的部分(包括阻隔层19)，由此曝露下面的铝基底12。在一个例子中，每个纳米孔16具有基本上圆柱形，其在延伸贯穿所述孔长度，如在图2A中示意性表示。应当理解纳米孔16的尺寸至少部分取决于上述的阳极氧化参数。此外，假定每个孔16的有效直径是大致相同的，并且该有效直径也是贯穿该孔16的长度基本相同的。但是，应当理解每个纳米孔16可以不必须具有贯穿它的长度一致的直径；例如，一个或多个孔16的直径可以在孔16的顶部(例如，与基底表面S相反的孔端部)是较小的和在孔16的底部(例如相邻于基底表面S的孔端部)是较大的。在一个例子中，每个纳米孔16的有效直径D(图ID-A所示)是大约15nm_大约160nm。在另一例子中，每个纳米孔16的有效直径D是大约25nm-大约75nm。但是,应当理解纳米孔16期望的有效直径D(或者尺寸)可以至少部分取决于熔融金属M的流动性、粘度和润湿性，这至少部分地归因于熔融金属M将渗入纳米孔16。此外，纳米孔16的所需尺寸还会取决于该表面S是否对于金属M是润湿的(wherethesurfaceSiswettingtothemetalM)(其将在下面更详细的描述)。通常，在其中表面S对于金属M是润湿的情况中，纳米孔16的期望尺寸会小于当表面S对于金属M是非润湿时的尺寸。此外，纳米孔16的直径可以通过氧化物结构18的高度来改变(例如这里纳米孔16具有沿其长度直径不同的段)。这可以通过在第一电压时生长该氧化物层18来实现，这里孔16的尺寸力图达到稳态。因此，在该方法过程中，通过改变电压使得孔16力图达到另外的稳态来产生转变区。更明确的，纳米孔16的稳态直径至少部分取决于电压。例如，第一电压可以用于初始生长该纳米孔16，直到达到第一稳态直径，然后可以使用第二电压来进一步生长纳米孔16，直到达到第二稳态直径。纳米孔16的第一和第二直径的转变区存在于第一和第二电压之间。跨越基底表面S，可以形成具有和不具有纳米孔16的区域。这可以使用掩模来实现。该掩模阻止了孔形成，并因此掩模的区域不包括纳米孔16。基底表面S的这些掩模区域在尺寸上(例如微米或者甚至毫米)可以大于在未掩模区域中生长的单个纳米孔16的尺寸。取决于所用的掩模，这种方法能够产生包含纳米孔16的不连续区域(S卩，纳米-岛，在下面进一步讨论)，或者包含纳米孔的连续层，该层具有形成于其中的多个孔(即，不具有纳米孔16的区域)。在此还可以预期跨越基底表面S形成具有不同尺寸的纳米孔16。这可以例如通过如下来实现掩模表面S的第一区域，并且使未掩模区域中的纳米孔16生长，同时施加合适的电压用于生长。其后，其中包含生长的纳米孔16的该基底表面S的区域可以掩模来保持那些纳米孔16的尺寸。该表面S的前述掩模区域现在是未掩模的。可以施加不同的电压到新的未掩模区域来生长另外的期望尺寸的纳米孔。在图2A和2B所示的例子中，纳米孔16例如均匀处于氧化物结构18中，这里孔16是排列成行的(aligned)。换句话说，纳米孔16在上述阳极氧化方法过程中垂直于表面生长。所形成的纳米孔16的数目至少部分取决于各单个孔16的尺寸(例如有效直径)和待阳极氧化的基底表面S的表面积。作为一个例子，使用40V的施加电压，所形成的纳米孔16的数目是跨越具有大约Icm2表面积的阳极氧化表面大约IxlO9-大约1x10'在一个例子中，该表面积高达数十(tensof)平方厘米。在一个例子中，零件10的表面积可以是大约200cm2，因此孔16的数目是大约2xlOn。此外，如果每个孔16被限定在单元(cell)内(例如图2B所示的单元C)，则各单元C的尺寸可以是大约IOOnm-大约300nm。在一个例子中，在结构18中形成的相邻孔16之间的间隔d(图ID-A所示)是大约IOOnm-大约300nm。在另一例子中，相邻孔16之间的间隔d是大约180nm-大约220nm。在仍然的另一例子中，相邻孔16之间的间隔d是大约200nm。在一些情况中，令人期望的是选择镁将结合到其上的铝基底12的某些部分，或者选择用于形成纳米孔16之处(在铝基底12上)。在这些情况中，未选择部分的基底表面S没有进行阳极氧化。这可以例如通过在从该铝基底12生长氧化物结构18之前对该铝基底进行图案化来实现。图案化可以经由任何合适的技术来实现，并且用于进行铝基底12的局部阳极氧化。例如，可以使用任何常规的照相平版法(photoIithography)，它的一个例子包括将硬掩模材料沉积到铝上，然后使用光致抗蚀剂来图案化该掩模材料以进行所述的铝的局部曝露。在一个例子中，将掩模图案化来将部分的招曝露于电解质。一旦掩模和光致抗蚀剂就位，保持曝露的区域然后可以进行局部阳极氧化，并且对通过图案化掩模曝露的铝被局部阳极氧化，例如通过使用曝露的或者图案化的铝层作为上述电解池的阳极来进行。据信图案化还可以用于改变该金属M和该基底12之间形成的界面的某些区域中，可能是临界区域中的应力分布形式(stresspattern)(例如诸如曝露于摩损或者滚动接触的那些表面)。例如，可以在基底表面S上的某些区域中形成强的结合，在所述区域中具有高密度的纳米孔16，金属M能在溢流浇注过程中与纳米孔16相互作用。可以使用图案化(使用上述的掩模)例如来降低基底表面S上某些区域中的孔16的数目。例如当期望的是将应力从基底12转移到溢流浇注金属M，或者反之时，这会是有用的。应当理解某些区域尺寸之间的半径(radiusbetweencertainsectionsizes)也可以被认为是具有增加的应力的区域。对于这些区域来说，图案化结合多个阳极氧化处理(使用不同的电压或者时间)会产生具有不同的多孔结构的表面。例如可以第一次使用恒定电压阳极氧化表面，然后掩模一部分的该表面。然后可以使用不同于第一阳极氧化处理过程中所用电压的电压，将第二阳极氧化处理施加到未掩模部分的表面。在第二阳极氧化完成后，未掩模表面区域包括纳米孔，该孔的直径沿着它们各自的长度变化。作为第二阳极氧化方法的结果，在第一阳极氧化方法过程中在掩模区域中所形成的纳米孔保持不变。同样，掩模区域中的纳米孔可以包括基本均匀的纳米孔，所述纳米孔的长度比该表面未掩模区域中所形成的纳米孔更短或者更长(至少部分取决于第二阳极氧化处理过程中阳极氧化电压或者时间如何变化)。作为上面简单提及的，图案化可以用于在纳米孔16群(clusters)之间产生区域，其中各群可以称作纳米-岛。这些纳米-岛可以用于这样的情况中，其中熔融的金属M不能充分的渗入纳米孔16(即，当不存在纳米-岛时)，其至少部分地归因于表面张力。据信被裸露区域(即，没有任何纳米孔的区域)包围的纳米-岛的存在增加了熔融金属M在溢流浇注过程中能够适当地渗透的所述基底表面S的表面积。在一个例子中，多孔纳米-岛是通过掩模部分的基底表面S来形成的。未掩模的区域将经历生长和纳米孔形成，因此将变成纳米-岛。将未掩模部分阳极氧化来形成纳米孔16和纳米-岛。应当理解术语“纳米”当与多孔纳米-岛结合使用时，指的是纳米-岛中形成的单个纳米孔16的尺寸(即，有效直径)。虽然纳米-岛的表面积可以落入微米范围(IMm2-IOOOMm2)内，但是该纳米_岛的表面积可以如期望那样大。同样如上所简单提及的，可以形成连续的纳米-多孔层，其包括非多孔的凹坑(depressions)/洞(holes)。这可以通过如下来形成掩模将要形成凹坑的该基底表面S的凹坑指定部分，并且将未掩模部分的表面S曝露以阳极氧化。包围所述凹坑的区域包含纳米孔16，而该凹坑不包含纳米孔16。该凹坑的尺寸还可以呈纳米尺寸，但是也可以如期望那样大。此外，该凹坑可以采用任何形状或者形式，例如圆形，正方形，直线，波纹线(squigglyline),花形等。还据信所述凹坑的存在还提高了金属M能够在溢流烧注过程中渗透的基底表面S的表面积。一旦形成了铝氧化物结构18，则镁金属(在图IC中用标号M来表示)被结合到基底12。这可以例如通过如下来实现将包含在其上生长的结构18的基底12置于浇注模或者模具中(图中未示出)，然后将镁金属M溢流浇注到基底表面S上。据信镁金属M，其是当处于熔融态时溢流浇注的，渗入在氧化物结构18中所形成的纳米孔16中。当形成纳米-岛或者凹坑(depressions)时,熔融的金属M还将渗入不包含纳米孔16的那些区域中。在一些情况中，镁金属M流过纳米孔16(和在一些情况中非纳米孔区域)，并且还可接触下面的基底12。镁金属M可接触下面的基底12，只要蚀刻氧化铝层16来曝露下面的基底12就行。否则，该金属M可以接触阻隔层19。但是，应当理解可以形成强的结合，而无需金属M流过全部的孔16(例如这里金属M形成了与下面的基底12的冶金结合)，只要镁金属M适当的结合到氧化铝18即可。此外，镁金属的层14是在结构18的表面上，根据浇注模或者模具的形状来形成。层14与铝基底12的组合构成了零件10(图ID所示)。应当理解纳米孔16内的镁金属M与镁层14(图ID所示)之间的连续性为零件10提供了期望的结构整体性。通过冷却，流入孔16的镁金属M和镁层14(它们彼此成为一体(integral))凝固。据信镁金属M在孔16(其是与基底12上形成的层14成为一体)内的凝固形成了与铝氧化物结构18的机械互锁。另外据信这种机械互锁为层14和基底12之间的界面赋予了足够的强度，使得零件10作为整体是结构牢固的。应当理解经由上述阳极氧化方法所形成的氧化物结构18在一些情况中会对于结合金属(例如镁金属M)是自润湿的。作为此处使用的，术语“自润湿”指的是构成结构18的金属氧化物保持与分布于其上的液体(例如熔融的镁金属M)接触的能力。该接触通常得以保持至少部分归因于当它们处于一起时，该金属和金属氧化物的分子间相互作用。该自润湿性能经常至少部分取决于材料的组成和温度。此外，只要该表面(在这种情况中，结构18)是自润湿的，则熔融的镁M可以直接施加到该基底表面S(即，形成于其上的氧化物结构18)上。在其中结构18对于金属M是非自润湿的情况中，在结合之前(例如溢流浇注之前)，润湿剂可以引入到结构18的孔16中。该润湿剂可以选自任何这样的材料，该材料将适当地赋予金属M待施加于其上的表面以润湿特性，并且这不通过与该表面反应而产生腐蚀或者其他类似问题。在一个例子中，金属氧化物可以引入到纳米孔16中，其与熔融的金属M反应来产生反应产物，该反应产物包括润湿镁金属M的特性。可以引入的金属氧化物的例子包括锰，钠，硅，锡，镉和锌的氧化物。在另一例子中，另外的金属可以引入到该纳米孔16中来赋予对于金属M的润湿特性。在一些情况中，该另外金属还会有助于对在所述方法过程中形成的机械互锁的结合强度。该另外金属可以选自能够溶于熔融的金属M中的任何金属，它的一些例子包括锰，锌，钠，硅，锡，镉，钥和/或其合金。据信铁和/或镍也可以在某些应用中发挥作用。用于实现润湿的金属氧化物或者金属(与熔融的金属M对比)可以使用化学浴或者经由化学气相沉积引入到纳米孔16中，或者可以引入到阳极氧化方法中(例如诸如通过逆转所施加的电压，这可以通过如下来实现提供大于DC电压的AC电压(在其中该金属带正电的情况中)，或者在用于形成阳极氧化层18的电解质中使用该金属或者金属氧化物)。将金属氧化物或者金属引入纳米孔16还可以使用涂覆方法来完成。如果结构18对于金属M是自润湿的，或者结构18已经变得对于金属M是自润湿的，则将金属M施加到基底12来形成零件10，如图ID所示。在一个例子中，金属M是经由溢流浇注方法来施加的。溢流浇注通常包括将呈熔融态的金属M(例如镁)引入(经由例如倾倒)到铝基底12上。如前所述，熔融的镁通过流入纳米孔16中而渗入结构18中。在一个例子中，通过将镁加热到高于它的熔融温度来将固体镁熔化成熔融态。然后，使用浇注工具20(例如陶瓷或者金属坩埚或者勺，如图IC所示)来将熔融的镁金属M倾倒到在浇注模或者模具(未示出)中的基底12上。在一些情况，该熔融的金属M可以通过如下来引入将基底12置于腔室(例如模具)中，然后将金属M注入到该腔室中。在又另一例子中，可以使用逆重力低压模浇注方法，这里模具高于熔融金属M的浴，并且经由机械泵或者通过使用浴上的气体压力来驱使金属M向上进入到模具中，从而将金属M引入模具中。熔融的镁M渗入孔16中，并且还形成了层14，如前所述。在一个例子中，当具有期望厚度的凝固层14形成于结构18表面上时，该溢流浇注方法被认为是完全的。现在参考图1D，零件10是通过凝固金属M来形成层14而形成的，其包括在孔16中和在结构18上的所述金属。在一个例子中，金属M的凝固包括冷却该金属M。金属M的冷却可以例如经由通过自然辐射、对流和/或传导的热损失来完成。在一个例子中，这些热损失方法可以通过将零件10置于室温下(例如大约20°C_大约30°C的温度)来完成。在仍然的另一例子中，零件10可以在流延模或者模具内通过降低该模或者模具的温度来冷却。在仍然的另一例子中，零件10可以加热到至少100°C(或者甚至达到大约300°C)。零件10的加热温度仍然低于该金属M的凝固温度，并且因此该金属M在热传导到基底12和模/模具中时冷却。该模/模具可以使用流过该模的油或者水来冷却。虽然参考图1A-1D所示和所述的例子包括在基底12上生长多孔氧化物结构18，但是应当理解也可以使用其他方法以形成氧化物结构18。形成氧化物结构18的其他方法的例子包括将氧化物沉积到基底12的表面S上，或者沉积金属和然后氧化它。合适的沉积技术包括化学气相沉积，物理气相沉积，热喷涂和浸溃方法。例如，该浸溃方法可以包括将基底12浸溃到熔融金属中，来在表面S上产生薄金属层，和然后氧化该薄金属层。孔16然后可以在该沉积材料中例如经由放电、使用激光的方法和/或喷砂处理而形成。在一个例子中，所述孔16因此可以使用合适的电极通过放电法在氧化物中形成(以形成氧化物结构18)。在又另一例子中，可以使用电镀来沉积材料，和在沉积过程中会形成孔16。如果例如使用电镀作为产生多孔表面的方式，则该表面的孔隙率可以使用图案化和/或掩模方法(例如平板印刷法)、非导材料的溅射等来控制。作为一个例子，掩模钢基底，和然后使用铜和然后镍进行电镀。镍在空气中自然氧化，并且这种方法可以通过在空气中加热而加速。由于掩模和电镀方法而形成孔，并且这些孔可以是较大尺寸的(例如，单位为微米)。还应当理解孔16可以在其他非氧化物材料例如金属中形成。可以选择金属基底，和然后孔16可以使用前述技术来在该表面中形成。该方法的另一例子现在将参考图1A-1D和图3在下面详细描述。应当理解可以将上述任何的基底材料用于这个例子中，包括例如铝，钢，钛，铜及其合金。进一步应当理解这种方法类似于前述的方法，除了阳极氧化结构18不是在基底12的表面S上形成之外。相反，该方法的这个例子包括直接在铝基底12中形成多个纳米裂隙16’，如图3所示。纳米裂隙16’可以通过任何的深蚀(de印etching)、激光加工、放电加工、电化学加工或者微弧氧化(microarcoxidation)来形成。在纳米裂隙16’已经形成之后,该方法进一步包括将金属M结合到基底12上，例如通过上述溢流浇注方法。但是，在这种方法中，熔融的金属M渗入在铝表面S中所形成的裂隙16’中，并且零件10是通过凝固该金属M来形成的。应当理解该方法的这个例子还可以任选地使用某些图案化和/或润湿方法，如上所述。纳米裂隙16’可以采用不同的形式，其例子是具有跨越整个基底表面S延伸的宽度W和长度L的薄片(slice)，如图3所示。纳米裂隙16’的其他形式可以包括任意的狭缝，薄片，裂纹，间隙和/或类似形式，其直接形成于基底表面S中。虽然图3中所示的裂隙16’是跨越表面S均匀形成的，但是裂隙16’可以相反跨越表面S无规形成，并且在一些情况中，一个或多个裂隙16’可以彼此相交。此外，每个裂隙16’的深度可以变化或者可以基本相同，并且该深度可以至少部分通过用于形成纳米裂隙16’的方法来控制。在一个例子中，纳米裂隙16’的深度是大约50nm-大约300Mm。在另一例子中，纳米裂隙16’的深度可以是大约IOnm-大约lOOMm。在仍然的另一示例方法中，该基底表面S可以电镀以图案来在表面S的电镀区域之间产生间隙和/或路径。该电镀可以例如使用电化学电池来完成，这里表面S的图案化区域是阴极，并且将金属离子传输到该图案化表面区域。跨越该电池所施加的电压可以低于阳极氧化所用的电压，例如诸如小于大约10V，因为电镀表面能够比氧化物(例如氧化铝)更好导电。在溢流浇注过程中，该溢流浇注金属M可以填充该间隙/路径来产生机械互锁。该形成汽车零件的方法的例子已经在上面描述。如前所述，该方法的例子还可以用于形成非汽车的零件，例如用于飞机，工具，房屋部件(例如管道)和/或类似物。应当理解这里提供的范围包括了所述的范围和处于所述范围内的任何值或者子范围。例如，大约2Mm-大约250Mm的厚度应当解释为不仅包括大约2Mm_大约250Mm的明确的所述量界限，而且还包括单个量例如IOMm,50Mm,220Mm等和子范围例如50Mm-200Mm等。此外，当使用“大约”来描述值时，这表示包括了所述值的较小偏差(高到+/-20%)。另外应当理解，作为此处使用的，单数形式的条目“一个”、“一种”和“该”包括了复数条目，除非另有明确指示。虽然已经详细描述了几个例子，但是显然对本领域技术人员所公开的例子可以改变。所以，前述的说明书被认为是非限制性的。权利要求1.将金属结合到基底的方法，该方法包括在该基底表面中形成多个纳米特征，每个纳米特征选自纳米孔或纳米裂隙中的任何一种；将处于熔融态的该金属溢流浇注到该基底表面上，该金属渗入到该多个纳米特征中；和通过冷却，将该金属凝固在该多个纳米特征内，该金属的凝固在该溢流浇注金属和该基底之间形成机械互锁。2.权利要求I所述的方法，其中每个纳米特征是纳米孔，和其中该多个纳米孔的形成是通过阳极氧化从该基底表面生长包含该多个纳米孔的结构来实现的；其中该结构对于所述金属是自润湿的；或该结构对于所述金属是非自润湿的，并且其中在将该金属溢流浇注到该基底表面上之前，该方法进一步包括将金属氧化物引入到该多个纳米孔中；和将该金属氧化物与该金属反应以产生反应产物，该反应产物包括用于润湿该金属的特性。3.权利要求2所述的方法，其中该金属氧化物选自锰，钠，硅，锡，镉，锌，镍和铁的氧化物。4.权利要求2所述的方法，其中该结构对于所述金属是非自润湿的，并且其中在将该金属溢流浇注到该基底表面上之前，该方法进一步包括将其他金属引入到该多个纳米孔中。5.权利要求I所述的方法，其中该金属是镁，和该基底选自铝，镁，锌，钛，铜，钢及其合金；或该金属是铝，和该基底选自铝，锌，镁，钛，铜，钢及其合金。6.权利要求I所述的方法，其中在形成该多个纳米特征之前，该方法进一步包括图案化该基底表面。7.产生铝-至-镁结合的方法，该方法包括从铝表面生长氧化物层，该氧化物层包括限定在其中的多个纳米孔；将镁溢流浇注到该铝表面上，该溢流浇注包括将熔融的镁引入到该氧化物层上，以使得熔融的镁渗入该多个纳米孔中；和凝固该熔融的镁来在该凝固的镁和该铝表面之间形成机械互锁。8.权利要求7所述的方法，其中该氧化物层的生长是通过在电解质存在下，阳极氧化该铝表面来实现的，和其中所述凝固是通过冷却该熔融的镁来实现的。9.汽车零件，其包含包括表面的基底，该表面具有限定在其中的多个纳米特征；和溢流浇注金属，其通过在位于该多个纳米特征中的该溢流浇注金属的凝固部分之间形成的机械互锁结合到该基底表面。10.权利要求9所述的汽车零件，其中该金属是铝，和该基底选自钛、铜、钢及其合金；该多个纳米特征每个是纳米孔，和其中每个纳米孔的有效直径是大约15nm-大约75nm；每个纳米特征与相邻纳米特征以大约50nm-大约300nm间隔；和该基底表面是从下面的基底金属生长的氧化物层，和其中该氧化物层的厚度是大约40um-大约250um。全文摘要将金属结合到基底的方法，该方法包括在该基底表面中形成多个纳米特征，每个纳米特征选自纳米孔和/或纳米裂隙；处于熔融态的该金属溢流浇注到该基底表面上，并渗入到该纳米特征中。通过冷却，将该金属凝固在该纳米特征内，这里该金属的凝固在该溢流浇注金属和该基底之间形成机械互锁。文档编号B82Y40/00GK102797023SQ20121016156公开日2012年11月28日申请日期2012年5月23日优先权日2011年5月23日发明者M.J.沃克,B.R.小鲍威尔,A.A.罗申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司