(57)【要約】【課題】金属基複合材料の形成に関する欠点および問題を緩和または排除する、金属基複合材料形成のためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】特定の実施形態において、方法は、非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程、非導電性繊維および導電性材料をめっき媒体に浸漬する工程、ならびに導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程を含む。該方法は、電気めっきにより非導電性繊維を金属中に包み込み金属基複合材料を生成する工程を更に含む。【選択図】図１
2018009241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程；
該非導電性繊維および該導電性材料をめっき媒体に浸漬する工程；
該導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程；ならびに
電気めっきにより該非導電性繊維を金属中に包み込み金属基複合材料を生成する工程
を含む方法。
【請求項２】
該金属基複合材料を該めっき媒体から取り出す工程；
該金属基複合材料から該導電性材料を除去する工程であって、該導電性材料が塗料である、工程；および
該金属基複合材料をトリミングする工程
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セル内に電極を埋め込む工程；および
該導電性材料を該セルの表面に適用する工程であって：
該導電性材料が塗料であり；
該導電性材料が該電極と接触しており；
該導電性材料に電圧を印加する工程が該電極に電圧を印加する工程を含む、
工程
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該金属基複合材料がウェブおよび補強材を構成し、該ウェブと該補強材との間にアールが存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該導電性材料の選択された領域をマスキングする工程であって：
該導電性材料が第１の部品および第２の部品を構成し；
該非導電性繊維が織物プリフォームを構成し；
該非導電性繊維を該導電性材料に隣接して配置する工程が、該第１の部品と該第２の部品との間に該織物プリフォームを配置する工程を含み；
生成された該金属基複合材料が、該第１の部品を該第２の部品に接続する
工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該金属基複合材料の表面をマスキングする工程；および
該金属基複合材料の表面をマスキングした後、第２の電圧を印加し、該金属基複合材料のマスキングされていない表面の電気めっきを開始する工程
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該非導電性繊維がセラミック繊維である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程；
該非導電性繊維中に型を配置する工程；
該非導電性繊維、該導電性材料、および該型をめっき媒体中に浸漬する工程；
該導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程；
電気めっきにより該非導電性繊維を金属中に包み込み、金属基複合材料を生成する工程；ならびに
該金属基複合材料から該型を除去する工程
を含む方法。
【請求項９】
該金属基複合材料を該めっき媒体から取り出す工程；
該金属基複合材料から該導電性材料を除去する工程であって、該導電性材料が塗料である、工程；および
該金属基複合材料をトリミングする工程
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セル内に電極を埋め込む工程；および
該導電性材料を該セルの表面に適用する工程であって：
該導電性材料が塗料であり；
該導電性材料が該電極と接触しており；
該導電性材料に電圧を印加する工程が、該電極に電圧を印加する工程を含む、
工程
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
該金属基複合材料の表面をマスキングする工程；および
該金属基複合材料の表面をマスキングした後、第２の電圧を印加し、該金属基複合材料のマスキングされていない表面の電気めっきを開始する工程
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
該非導電性繊維がセラミック繊維である、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
該型がワックスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程；
該非導電性繊維および該導電性材料をめっき媒体に浸漬する工程；
該導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程；ならびに
電気めっきにより該非導電性繊維を金属中に包み込む工程
により形成される、金属基複合材料。
【請求項１５】
該金属基複合材料を該めっき媒体から取り出す工程；
該金属基複合材料から該導電性材料を除去する工程であって、該導電性材料が塗料である、工程；および
該金属基複合材料をトリミングする工程
により更に形成される、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【請求項１６】
セル内に電極を埋め込む工程；および
該導電性材料を該セルの表面に適用する工程であって：
該導電性材料が塗料であり；
該導電性材料が該電極と接触しており；
該導電性材料に電圧を印加する工程が該電極に電圧を印加する工程を含む、
工程
により更に形成される、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【請求項１７】
該金属基複合材料がウェブおよび補強材を構成し、該ウェブと該補強材との間にアールが存在する、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【請求項１８】
該導電性材料の選択された領域をマスキングする工程であって：
該導電性材料が第１の部品および第２の部品を構成し；
該非導電性繊維が織物プリフォームを構成し；
該非導電性繊維を該導電性材料に隣接して配置する工程が該第１の部品と該第２の部品との間に該織物プリフォームを配置する工程を含み；
該金属基複合材料が該第１の部品を該第２の部品に接続する、
工程
により更に形成される、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【請求項１９】
該金属基複合材料の表面をマスキングする工程；および
該金属基複合材料の表面をマスキングした後、第２の電圧を印加し、該金属基複合材料のマスキングされていない表面の電気めっきを開始する工程
により更に形成される、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【請求項２０】
該非導電性繊維がセラミック繊維である、請求項１４に記載の金属基複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に複合材料の形成（ｆｏｒｍ）に関し、より具体的には金属基複合材料形成のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属基複合材料形成の従来の方法は、華氏１２００〜３０００度にて繊維を反応金属に露出させる、母材融解の工程を含む。大部分の繊維はこの環境に耐えることができず、多くの繊維は母材と反応して望ましくない化合物を形成する。更に、繊維を室温まで冷却する工程は、金属基複合材料を破壊するのに十分な規模の熱歪を誘発し得る。
【発明の概要】
【０００３】
本開示に従えば、金属基複合材料の形成に関する欠点および問題は緩和または排除される。
一実施形態において、方法は、非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程、非導電性繊維および導電性材料をめっき媒体（ｐｌａｔｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍ）に浸漬する工程、導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程、ならびに電気めっきにより非導電性繊維を金属中に包み込み金属基複合材料を生成（ｃｒｅａｔｅ）する工程を含む。
いくつかの実施形態において、方法は、非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程、非導電性繊維中に型（ｆｏｒｍ）を配置する工程、非導電性繊維、導電性材料、および型をめっき媒体中に浸漬する工程、ならびに導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程を含む。該方法は、電気めっきにより非導電性繊維を金属中に包み込み金属基複合材料を生成する工程および金属基複合材料から型を除去する工程を更に含む。
特定の実施形態において、金属基複合材料は、非導電性繊維を導電性材料に隣接して配置する工程、非導電性繊維および導電性材料をめっき媒体に浸漬する工程、導電性材料に電圧を印加して電気めっきを開始する工程、ならびに電気めっきにより非導電性繊維を金属中に包み込む工程により形成される。
【０００４】
本開示の実施形態の技術的利点は、室温または室温から数度の範囲内で非導電性繊維を電気めっきし、実質的に内部応力なしで、および熱により発生する損傷または繊維との相互作用なしで、金属基複合材料を生成することを含み得る。更に、電気めっきプロセスは、手作業（ｔｏｕｃｈ  ｌａｂｏｒ）を必要とせず、比較的低いコストの設備で足り、加工費が低く抑えられる。
金属基複合材料の形成について開示された実施形態の別の利点は、ほとんどの従来の材料よりも低い熱膨張率および低い密度を有し得ることである。更に、金属基複合材料について開示された実施形態は、ほとんどの従来の材料と比較して、高温特性および制動性を改善している場合がある。例えば、開示された金属基複合材料では、ポリマー母材複合材料と比較して、はるかに高い温度での処理が可能である場合がある。別の技術的利点として、特定の実施形態において、散逸性型を非導電性繊維中に配置し、電気めっきして１つ以上の空隙部を生成した後に除去してもよく、空隙部は冷却流路または金属基複合材料部品の一体化補強を構築するために用いてもよい。更に別の利点として、電気めっき方法を用いて補強金属基複合材パネルを形成することができる。また、電気めっき方法を用いて、金属基複合材部品内にアール（ｒａｄｉｉ）を形成することもできる。いくつかの実施形態において、開示された電気めっきプロセスを用いて金属基複合材料を形成することの利点は、金属基複合材料を任意の所望の形状に形成できることである。例えば、金属基複合材料は、タービン羽根、ロケットエンジン、ピストン、または機体部品の形状に形成することができる。
非導電性繊維により金属基複合材料を形成するいくつかの実施形態の更なる利点は、航空機の性能を向上させる航空宇宙部品を形成できることである。例えば、本明細書において考察されているように、金属に繊維（例えば、セラミック繊維）を埋め込むことにより、金属部品（例えば、エンジン）が、繊維なしの場合よりも高い温度で動作することが可能となり得る。金属基複合材料がより高い温度で動作できれば、航空機は、繊維なしの部品と比較して、故障なしで、より高速で航行することが可能になり得る。例えば、繊維なしのアルミニウム部品は華氏３５０度で動作し得るが、繊維を含有するアルミニウム金属基複合材部品は、特定の実施形態に従えば、華氏７００度で動作し得る。繊維なしで華氏７００度の温度を達成するには、アルミニウムの代わりに、チタンまたは鋼部品が必要とされる場合がある。加えて、金属基複合材料がより高い温度で動作できれば、航空機は、同じ速度で、より軽い重量で航行することが可能となり、航空機の性能は向上し得る。
【０００５】
金属母材の繊維強化の別の利点は、有機およびセラミック母材先進複合材に見られる、面内方向と面外方向との間の大きな特性差の低減である。金属母材は、かなりの率の複合材料面内特性を有し、複雑な部品および負荷シナリオにおいて面外故障のリスクを大幅に低減する。
いくつかの実施形態では、繊維の接着性、生産性、またはその他の特性を促進する非導電性被覆剤と共に、導電性繊維を用いてもよい。特定の実施形態では、導電性繊維を電気めっきと共に用いてもよく、任意の繊維を無電解めっきプロセスと共に用いてもよいが、好ましいプロセスは非導電性繊維の電気めっきプロセスである。
【０００６】
その他の技術的利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲から、当業者には明白であろう。更に、特定の利点が上記に列挙されているが、各種実施形態は、上記に列挙された利点の全てまたは一部を含んでもよく、いずれも含まなくてもよい。
開示される実施形態ならびにそれらの特徴および利点をより良く理解できるように、ここで添付図面と共に以下の記載を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】特定の実施形態に従う、金属基複合材料の形成方法を示す図である。
【図２】特定の実施形態に従う、図１の方法によって形成され得る金属基複合材料を示す図である。
【図３】特定の実施形態に従う、空隙部が形成された金属基複合材料を示す図である。
【図４】特定の実施形態に従う、アールが形成された金属基複合材料を示す図である。
【図５】特定の実施形態に従う、組立品の金属基複合材料を示す図である。
【図６】特定の実施形態に従う、補強金属基複合材パネルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示に対する理解を促進するため、以下の特定の実施形態の例を示す。以下の例は、本開示の範囲を制限または限定するものと解釈されるべきではない。本開示の実施形態および本開示の利点は、図１〜６を参照することで最もよく理解される。図１〜６において、同じ番号は、対応する同じ部分を示すために用いられている。
金属基複合材料は、導電率、強度、延性、および破壊靭性などにおいて、ポリマーまたはセラミック複合材料よりも優れた特徴を示す。しかし、金属基複合材料の加工には欠点がある。現行の加工方法は、固体複合材料を形成するために、金属を溶融し繊維に注ぎ込む工程、または繊維と金属粉末を混合し焼結させる工程を含む。金属を溶融し繊維に注ぎ込む工程は、華氏１２００〜３０００度にて繊維を反応金属に露出させる。大部分の繊維はこの環境に耐えることができず、多くの繊維は母材と反応して望ましくない化合物を形成する。更に、このプロセスは多大なコストがかかる。加えて、好適な繊維および母材は、上記のようにして形成された後、室温までまたは室温から数度の範囲内で冷却されなければならない。この冷却だけで、部品を破壊するのに十分な規模の熱歪が誘発されることがある。同じ一般的問題は、わずかに低い温度およびはるかに高い圧力による粉末の焼結にも当てはまる。
複合材料は、単純な複合材料を電気めっきすることにより形成され得る。単純な複合材料とは、通例、無作為に配置され配向された強化材を有する特定の複合材料を指す。単純な複合材料の例はコンクリートであり、コンクリートにおいては、骨材（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）が強化のためにセメントに無作為に投入される。他方、先進複合材料とは、通例、強化材の位置および配向が明確に規定された繊維性複合材料を指す。先進複合材料の例は、エポキシ中にグラファイト繊維の数百の層を有する戦闘機主翼外板であり、ここでは各繊維および各層の位置および配向が制御されている。先進複合材料は単純な複合材料よりもコストがかかることがあるが、先進複合材料は、特定の位置または方向の強度を確保する際に、無作為の配向または流動配向（ｆｌｏｗ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の変動性に依存しない。
【０００９】
単純な複合材料の別の例はＮＩＫＡＳＩＬ（登録商標）である。ＮＩＫＡＳＩＬ（登録商標）は、微小炭化ケイ素粒子をニッケルめっき浴に投入し、炭化ケイ素／ニッケル複合材料の層が形成されるようにすることにより製造される。めっき浴に注ぎ込まれる炭化ケイ素粒子の量は制御され得るが、粒子の位置および配向は制御されない。単純な複合材には平板が好適であり得る。ただし、複雑な形状は「凝集」または「浮き（ｄｒｙ  ａｒｅａ）」をもたらし得る。
【００１０】
これらおよびその他の問題を緩和または排除するために、本開示のいくつかの実施形態は、室温または室温から数度の範囲内で非導電性繊維を電気めっきし、実質的に内部応力なしで、および熱により誘発される損傷または繊維との相互作用なしで、金属基複合材料を生成する工程を含んでいる。加えて、各非導電性繊維および各層の位置および配向は制御され得る。非導電性繊維としては、限定されないが、単向性繊維、織物繊維、およびフェルトが挙げられる。更に、電気めっきプロセスは、手作業を必要とせず、比較的低いコストの設備で足り、加工費が低く抑えられる。
その他の技術的利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲から、当業者には明白であろう。更に、特定の利点が上記に列挙されているが、各種実施形態は、上記に列挙された利点の全てまたは一部を含んでもよく、いずれも含まなくてもよい。図１〜６は、金属基複合材料の形成に関する追加の詳細を示している。
【００１１】
図１は、特定の実施形態に従う、金属基複合材料形成のための方法１００を示し、図２は、特定の実施形態に従う、図１の方法によって形成され得る金属基複合材料２７０を示す。図１の方法１００は、工程１１０から開始される。工程１２０において、非導電性繊維が導電性材料に隣接して配置される。例えば、図２の実施形態に示されるように、非導電性繊維２１０は、導電性材料２２０の上に配置されてもよい。非導電性繊維２１０は、電気を通すことができない任意の繊維であってよく、金属基複合材料を形成するのに適したものである。特定の実施形態において、非導電性繊維２１０はセラミック繊維である。いくつかの実施形態において、非導電性繊維２１０は、織られたもの（例えば、織布）であってもよい。その他の実施形態において、非導電性繊維２１０は、積層体中に埋め込まれた直線状繊維であってもよい。
【００１２】
図２に示された実施形態において、非導電性繊維２１０は導電性材料２２０の上に配置され、導電性材料２２０はセル（ｃｅｌｌ）２３０の下盤（ｆｌｏｏｒ）２３５の上に位置している。セル２３０は、任意の大きさの基本製造セル（ｂａｓｉｃ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ）であってよく、１つ以上の保持壁（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ  ｗａｌｌ）２４０を備えていてもよい。セル２３０の下盤２３５は、所望される任意の起伏を有していてよい。特定の実施形態において、セル２３０の下盤２３５は複合曲線に合わせて造形され、導電性材料２２０は該複合曲線に一致するように適用される。例えば、セル２３０の下盤２３５は、成形型に似た、所望のエンジン部品の起伏に合わせて造形されてもよい。いくつかの実施形態において、金属基複合材料２７０は、セル２３０の内部表面を用いて形成されてもよい。例えば、いくつかの金属基複合材料２７０が、セル２３０内で同時に加工されてもよい。特定の実施形態において、導電性材料２２０は塗料であり、該塗料はセル２３０の下盤に塗布される。いくつかの実施形態において、導電性材料２２０は導電性マットである。
【００１３】
図２に示されるように、セル２３０は、導電性材料２２０と接触する電極２５０を備えていてもよい。電極２５０は任意の電気伝導体である。いくつかの実施形態において、電極２５０はセル２３０内に埋め込まれていてもよい。特定の実施形態において、電極２５０はセル２３０内に埋め込まれていなくてもよい。例えば、電極２５０は、表面または表面の一部分が導電性材料２２０で被覆されている、セル２３０の表面（例えば、セル２３０の下盤２３５）に隣接するように位置付けられていてもよい。別の例として、電極２５０は、セル２３０の上に吊り下げられていてもよい。
【００１４】
図１に戻ると、方法１００は次に工程１３０に進む。工程１３０において、非導電性繊維２１０および導電性材料２２０は、図２に示されるように、めっき媒体２６０に浸漬される。特定の実施形態において、めっき媒体２６０は、任意の酸ベース溶液であってよい。めっき媒体２６０は、めっきされる金属の種類に応じて変わり得る。特定の実施形態において、めっき媒体２６０は、導電性材料２２０および非導電性繊維２１０を浸漬させるようにセル２３０に注ぎ込まれる。いくつかの実施形態において、めっき媒体は、セルに注ぎ込まれる時点で、室温または室温に近い温度であってもよく、室温は華氏６８〜７７度の範囲である。
図１の工程１４０において、導電性材料２２０に電圧が印加され、電気めっきが開始される。例えば、電流が電極２５０を通じて導電性材料２２０へと流れるように、電圧が図２の電極２５０に印加されてもよい。特定の実施形態において、電圧の印加は、導電性材料２２０の表面において、めっきを開始する。導電性材料２２０に電圧を印加することはめっき媒体２６０の温度を数度上昇させることがあり、温度上昇はめっき媒体２６０を通じて流れる電流の量に依存する。特定の実施形態において、電気めっきプロセスは、導電性材料２２０の表面に金属を形成する。導電性材料２２０の表面は、平坦であっても、起伏があってもよい。
【００１５】
図１の方法１００は、次に工程１５０に移る。工程１５０において、非導電性繊維２１０は、電気めっきにより金属中に包み込まれ、金属基複合材料２７０を生成する。特定の実施形態において、導電性材料２２０の表面に金属が形成され非導電性繊維２１０を包み込み、非導電性繊維２１０が金属基複合材料２７０に埋め込まれる。めっきプロセスが進行するにつれて、非導電性繊維２１０が包み込まれて行く。特定の実施形態において、めっきプロセスは、毎時約０．００１インチで進行してもよい。
特定の実施形態において、金属基複合材料２７０は、めっきが全ての非導電性繊維２１０を包み込んだ後に生成する。次に、金属基複合材料２７０は、めっき媒体２６０の浴槽から取り出される。いくつかの実施形態において、導電性材料２２０（例えば、塗料）は、金属基複合材料２７０から除去される。次に金属基複合材料２７０をトリミングしてもよい。例えば、めっきプロセス中に金属基複合材料２７０の異なる部分が、導電性材料２２０から横方向に成長することがあり、当該部分の端を揃えるために金属基複合材料２７０をトリミングしてもよい。金属基複合材料２７０は、所望する任意の形状にトリミングしてもよい。図１の方法１００は工程１６０において終了する。
【００１６】
図３は、特定の実施形態に従う、空隙部が形成された金属基複合材料３１０を示す。金属基複合材料２７０と同様に、図３の金属基複合材料３１０は、導電性材料２２０に隣接して非導電性繊維２１０を配置することにより形成される。加えて、１つ以上の型３２０を非導電性繊維２１０内に配置してもよい。型３２０は、ワックス、砂、漆喰、または電気めっきプロセス中に空隙を形成できるその他の任意の媒体でできていてもよい。型３２０は、非導電性繊維２１０が導電性材料２２０に隣接して配置される前または後に、非導電性繊維２１０中に配置されてもよい。例えば、型３２０が非導電性繊維２１０中に配置され、次に型３２０を有する非導電性繊維２１０がセル２３０の表面に配置されてもよく、セル２３０の表面は導電性材料２２０を塗装される。
【００１７】
図３に示された実施形態において、非導電性繊維２１０、導電性材料２２０、および型３２０はめっき媒体２６０中に浸漬され、電極２５０を通じて導電性材料２２０に電圧が印加されて電気めっきが開始される。電気めっきにより金属中に非導電性繊維２１０を包み込み金属基複合材料３１０を生成した後、型３２０が金属基複合材料３１０から除去されてもよい。取り出しプロセスは、型３２０に使用する媒体の種類に応じて変わり得る。例えば、型３２０がワックスから作製されている場合、めっきにより非導電性繊維２１０およびワックス型３２０を包み込み、次に、ワックスを加熱し金属基複合材料３１０からワックスを流し出すことにより、ワックス型３２０を除去してもよい。あるいは、金属基複合材料３１０からワックス型３２０を除去するために、溶剤を用いてもよい。別の例として、型３２０が砂から作製されている場合、金属基複合材料３１０から砂を除去するために、水を用いてもよい。
【００１８】
型３２０が除去された後、金属基複合材料３１０は１つ以上の空隙部を含むことになる。いくつかの実施形態において、空隙部は洗浄されてもよい。空隙部は金属基複合材料３１０の一部または全体を貫通していてよい。特定の実施形態において、金属基複合材料３１０の空隙部は、１つ以上の冷却流路を形成する。一例として、金属基複合材料３１０の空隙部は、タービンまたはロケットエンジンの１つ以上の冷却流路を形成し得る。特定の実施形態において、金属基複合材料３１０の空隙部は、１つ以上の一体化補強部材を形成する。
【００１９】
図４は、特定の実施形態に従う、アール４２０が形成された金属基複合材料４１０を示す。図４に示された実施形態において、金属基複合材料４１０は、２つのアール４２０、ウェブ（ｗｅｂ）４３０、および補強材４４０を含んでいる。いくつかの実施形態は、いくらかのアール４２０、ウェブ４３０、および補強材（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）４４０を含んでもよい。例えば、金属基複合材料は、４つのアール４２０、１つのウェブ４３０、および２つの補強材４４０を含んでもよい。図４に示される実施形態において、各アール４２０は、ウェブ４３０と補強材４４０との間に位置付けられている。
金属基複合材料４１０は、導電性材料２２０（例えば、塗料）に隣接するプリフォーム４５０をセル２３０内に配置することによって形成される。プリフォーム４５０は、非導電性繊維２１０を所定の位置に保持できる任意のプリフォームであり、任意の形状であってよい。特定の実施形態において、プリフォーム４５０は、金属基複合材料４１０の所望の形状における、非導電性繊維（例えば、非導電性繊維２１０）の精密な所定の配置を可能にする。図４に示された実施形態において、プリフォーム４５０は、非導電性繊維（例えば、非導電性繊維２１０）の織物プリフォームであり、文字「Ｔ」を逆さまにした形状をとる水平部分および垂直部分を含む。次に、プリフォーム４５０および導電性材料２２０はめっき媒体２６０に浸漬され、電極２５０を通じて導電性材料２２０に電圧が印加されて電気めっきが開始される。プリフォーム４５０のめっきは、プリフォーム４５０の非導電性繊維２１０が所望の厚さに達するまで進行する。図４に示された実施形態において、電気めっきプロセスは、プリフォーム４５０の水平部分がめっきされて金属基複合材料４１０のウェブ４３０を生成するまで進行する。
【００２０】
ウェブ４３０が生成された後、ウェブ４３０の選択された表面を散逸性材料でマスクまたは被覆し（ｐｏｔｔｅｄ）、マスクされた表面の電気めっきを防止してもよい。例えば、型３２０を使用して、ウェブ４３０の選択された表面をマスクしてもよい。図４に示された実施形態において、型３２０は、ウェブ４３０の更なる電気めっきを防止するために、プリフォーム４５０の垂直部分の両側およびウェブ４３０の表面に配置されている。また、型３２０は、プリフォーム４５０の垂直部分の両側に所望のアール４２０を生成するように造形される。次に、電極２５０を通じて導電性材料２２０に電圧が印加されてプリフォーム４５０の垂直部分の電気めっきが開始され、プリフォーム４５０の非導電性繊維２１０が金属に包み込まれて金属基複合材料４１０の補強材４４０が生成されるまで電圧の印加が継続する。特定の実施形態において、型３２０の１つの表面は、補強材４４０の生成を促進するために導電性であってもよい。
【００２１】
次に、金属基複合材料４１０がめっき媒体２６０から取り出されてもよく、型３２０および導電性材料２２０（例えば、塗料）が金属基複合材料４１０から除去されてもよい。図４に示された実施形態において、金属基複合材料４１０は、２つのアール４２０、ウェブ４３０、および補強材４４０を含む単一部材となっている。金属基複合材料は、任意の望ましい形状に形成することができる。一例として、金属基複合材料は、Ｈ形鋼の形状に形成することができる。
【００２２】
図５は、特定の実施形態に従う、組立品の金属基複合材料５１０を示す。図５の組立品は、第１の部品５２０と第２の部品５３０の２つの部品を含む。特定の実施形態において、組立品は３個以上の部品を含んでもよい。図５に示された実施形態において、第１の部品５２０および第２の部品５３０はそれぞれ、１つ以上の導電性材料から作製されている。プリフォーム５４０は、接合部の基礎を構成するために、第１の部品５２０と第２の部品５３０との間に配置されてもよい。例えば、プリフォーム５４０は、逆さまにしたギリシア文字πの形状をとる織物π形プリフォーム（ｗｏｖｅｎ  Ｐｉ  ｐｒｅｆｏｒｍ）であってもよい。いくつかの実施形態は、２つ以上のプリフォーム５４０を含むことがある。例えば、組立品は、３つの部品および２つのプリフォーム５４０を含んでもよい。
特定の実施形態において、第１の部品５２０および第２の部品５３０の表面は、選択された位置のめっきを防止するために、選択された位置においてマスクされる。例えば、図５に示された実施形態では、プリフォーム５４０と接触している表面の部分を除いて、マスキング５５０が第１の部品５２０および第２の部品５３０の外部表面に適用されている。図５に示されるように、マスキング５５０は、テーパーを構成するようにプリフォーム５４０に適用されている。マスキング５５０は、プロセス中に任意の所望の起伏を構成するように適用されてもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態において、第１の部品５２０、第２の部品５３０、および織物プリフォーム５４０を含む組立品は、第１の部品５２０および第２の部品５３０の露出表面（例えば、マスクされていない表面）へのめっきを開始するために、めっき媒体（例えば、めっき媒体２６０）中に浸漬される。例えば、図５に示された実施形態において、めっきは、プリフォーム５４０と接触した表面に対して開始される。めっきは、プリフォーム５４０の非導電性繊維２１０が包み込まれ金属基複合材料５１０の所望の厚さが得られるまで進行する。該プロセスは、最終厚さに達したとき終了する。該プロセスの任意の時点において、各種形体の厚さを制御するために、複合材料５１０の選択された表面がマスクされてもよい。同様に、各種形体の厚さを制御するために、電圧が部品（例えば、部品５３０）に印加されてもよい。めっきプロセスにより最終接合部厚さが形成されたら、組立品をめっき媒体浴槽から取り出してもよく、マスキング５５０および塗料を組立品から除去してもよい。図５に示された実施形態において、金属基複合材料５１０は、テーパー状端部を有するπ形接合部を形成する。
【００２４】
図６は、特定の実施形態に従う、補強金属基複合材パネル６１０を示す。図６に示された実施形態において、金属基複合材料パネル６１０を形成する方法はセル２３０の表面を所望の起伏に加工する工程を含み、セル２３０は埋め込まれた電極２５０を備える。導電性材料２２０（例えば、塗料）がセル２３０の表面に適用され、非導電性繊維（例えば、非導電性繊維２１０）のプリフォームまたは積層材が導電性材料２２０上に配置される。型３２０は非導電性繊維のプリフォームまたは積層材内に配置されており、型３２０の外部表面は導電性である。
【００２５】
図６に示された実施形態において、電気めっきプロセスを開始するために、めっき媒体（例えば、めっき媒体２６０）に電圧が印加される。電気めっきプロセスは、非導電性繊維の所望の部分が金属に包み込まれるまで継続する。例えば、電気めっきプロセスは、型３２０の下の非導電性繊維が金属に包み込まれ板状部材を生成するまで継続してもよい。この１段目の非導電性繊維６２０が処理された後、選択された領域において母材の成長を停止するため、図６に示されるように、マスキング５５０が適用されてもよい。１段目の非導電性繊維６２０が電気めっきに完全に包み込まれた後、２段目の非導電性繊維６３０および型３２０が追加されてもよい。２段目の非導電性繊維６３０の処理を開始するために電圧が印加され、２段目の非導電性繊維６３０が金属に包み込まれ補強金属基複合材パネル６１０が生成するまで電圧の印加が継続する。図６に示されるように、２段目のめっきプロセスは、１段目に生成された板状部材の部分を厚くし、型３２０を覆う複合材料を生成する。特定の実施形態において、全ての繊維および型が同時に組み立てられる場合に、めっき媒体が１段目の非導電性繊維６２０に十分に達するように、型３２０が屈曲または傾斜していてもよい。次に、補強金属基複合材料パネル６１０がめっき媒体浴槽から取り出され、導電性材料２２０および型３２０が補強金属基複合材料パネル６１０から除去され、パネル６１０がトリミングされる。
【００２６】
図１〜６に図示された方法に対して変更、追加、または省略を行うことができる。図示された方法は、より多い工程、より少ない工程、または他の工程を含んでもよい。例えば、方法１００は、セル２３０の表面に起伏を付けて所望の形状（例えば、航空機構造）を形成する工程を含んでもよい。更に、図示された方法の複数の工程は、同時にまたは任意の好適な順序で実施されてもよく、任意の好適な構成要素により、図示された方法の１つ以上の工程が実施されてもよい。
本明細書において、「または（もしくは）」は、明示的に別段の指示がある場合または文脈上別段の指示がある場合を除き、包括的で非排他的であることを表す。従って、本明細書において、「ＡまたはＢ」は、明示的に別段の指示がある場合または文脈上別段の指示がある場合を除き、「Ａ、Ｂ、または両方」を意味する。更に、「および（ならびに）」は、明示的に別段の指示がある場合または文脈上別段の指示がある場合を除き、合接（ｊｏｉｎｔ）または個別の２つの要素を表す。従って、本明細書において、「ＡおよびＢ」は、「ＡとＢ共にまたは別々に」を意味する。
【００２７】
本開示の範囲は、本明細書に記載または図示されている例示的実施形態に対する全ての変更、置換え、改変、および修正であって、当業者が理解し得るものを包含する。本開示の範囲は、本明細書に記載または図示された例示的実施形態に限定されない。更に、本開示は、特定の構成部品、要素、機能、操作、または工程を含めて、本明細書において各実施形態を記載または図示しているが、これらの実施形態のいずれも、本明細書のいずれかの箇所に記載または図示された、当業者が理解し得る構成部品、要素、機能、操作、または工程のいずれかの組合せまたは順列を含んでもよい。更に、添付された特許請求の範囲において、特定の機能を実行するために、適合され、調整され、可能にされ、構成され、有効にされ、操作可能であり、または作用する、装置もしくはシステムまたは装置もしくはシステムの構成要素に対する参照は、該装置もしくはシステムまたは当該特定機能が作動し、始動し、またはロック解除されたかどうかを問わず、当該装置、システム、または構成要素が、そのように適合され、調整され、可能にされ、構成され、有効にされ、操作可能であり、または作用する限り、当該装置、システム、または構成要素を包含する。
【符号の説明】
【００２８】
１００  方法
１１０  工程
１２０  工程
１３０  工程
１４０  工程
１５０  工程
１６０  工程
２１０  非導電性繊維
２２０  導電性材料
２３０  セル
２３５  下盤
２４０  保持壁
２５０  電極
２６０  めっき媒体
２７０  金属基複合材料
３１０  金属基複合材料
３２０  型
４１０  金属基複合材料
４２０  アール
４３０  ウェブ
４４０  補強材
４５０  プリフォーム
５１０  金属基複合材料
５２０  導電性材料−部品１
５３０  導電性材料−部品２
５４０  プリフォーム
５５０  マスキング
６１０  補強金属基複合材料
６２０  １段目の非導電性繊維
６３０  ２段目の非導電性繊維
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2018009241000001.pdf