JP2023524616A - 結合耐久性が改善された金属製品及び関連方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2020年2月19日に出願された米国仮出願第62/978,767号、2020年3月3日に出願された米国仮出願第62/984,555号、及び2020年3月23日に提出された米国仮出願第62/993,365号の利益と優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、「発明(invention)」、「発明(the invention)」、「本発明(this invention)」及び「本発明(the present invention)」という用語は、本特許出願のすべての主題及び以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含む記述は、本明細書で説明されている主題を制限するもの、または以下の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を制限するものではないと理解されるべきである。
開示された金属製品の使用方法
次の表1は、マイクロ粒子表面下構造を生成するために機械的に変更された、様々なアルミニウム合金製品の改善された接着耐久性能を示す例示的な結果を示している。圧延表面近傍微細構造を維持し、機械的変化を受けていないアルミニウム合金製品の接着耐久性の結果を、比較のために表1に示す。
図9は、本明細書で提供される技術及び方法に従って修正されたアルミニウム合金製品試料の元素分布の例示的な画像を提供する。図9に提供される画像は、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を使用して撮影された。画像910は、アルミニウム合金製品試料の断面図を示している。示されるように、アルミニウム合金製品は、バルク820と類似するまたは同じであり得るバルク912を含む。アルミニウム合金製品はまた、酸化物層916を含む。堆積層914は、セクショニングおよびイメージングプロセス中に表面を保存するために酸化物層916を覆っている。酸化物層916の存在は、画像930で強調表示されている。示されるように、より高密度の酸素集団がバルク912の表面近くに存在し、酸化物層916を示している。このアルミニウム合金製品試料の断面図では、マイクロ粒子表面下構造は存在していない。マイクロ粒子表面下構造は、示されていないアルミニウム合金製品試料の他の表面領域に存在し得る。
図10A及び10Bは、本明細書の技術に従って変更されたアルミニウム合金製品試料の例示的な画像を提供する。図10Aは、アルミニウム合金製品の断面を示す画像1000Aを提供する。図10Bは、アルミニウム合金製品の断面を示す画像1000Bを提供する。画像1000Aと1000Bは同じ試料であるが、アルミニウム合金製品試料の表面領域の違いを示すために異なる領域から取得された。示されるように、画像1000Aのアルミニウム合金製品試料の表面領域は、マイクロ粒子表面下構造1010を含む。図10Aに示されるマイクロ粒子表面下構造1010は、最も厚い部分で約500nmの厚さを有する。写真に示されていない他の領域では、マイクロ粒子表面下構造1010は、150nm、100nm、または50nmなど、実質的に500nm未満の厚さを有し得る。
図11は、様々なアルミニウム合金製品試料の表面領域の例示的な画像を提供する。画像1110は、圧延表面近傍微細構造を有する第1のアルミニウム合金材料に対応する。画像1120は、マイクロ粒子表面下構造を有する第2のアルミニウム合金材料に対応する。画像1110及び1120は、第1の表面領域及び第2の表面領域の比率を示している。第1の表面領域と第2の表面領域との比率を分析するために、両方のアルミニウム合金材料の試料が、色度カラーマッピング技術を使用してカラーマッピングされた。光の吸収が大きいほど黄色の色調に対応し、光の吸収が少ないほど青色の色調に対応する。白黒画像として表示すると、黄色のトーンが明るく見え、青色のトーンが暗く見える場合がある。表面近傍微細構造を備える第1の表面領域は、より強い光吸収を示し、したがって黄色に見える。マイクロ粒子表面下構造を備える第2の表面領域は、より低い光吸収を示し、したがって青色に見える。
実例
Claims (31)
- アルミニウム合金製品であって、
アルミニウム合金の粒子を含むバルク粒子構造を備えるバルクであって、前記アルミニウム合金は、
アルミニウム、ならびに、
亜鉛、マグネシウム、銅、クロム、ケイ素、鉄、及びマンガンからなる群から選択される1つまたは複数の合金元素を含む、前記バルクと、
500nm未満の厚さの表面近傍微細構造(NSM)を含む第1の表面領域と、
前記NSMを含まない第2の表面領域であって、前記第2の表面領域は酸化物層を含む、前記第2の表面領域と、
前記酸化物層と前記バルクとの間に存在するマイクロ粒子表面下構造であって、前記マイクロ粒子表面下構造は、
1nm~2μmの厚さを有し、
1つまたは複数の組成欠陥がないか、または実質的になく、前記1つまたは複数の組成欠陥は、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残留物、巻き込まれた酸化物、または陽極酸化物を含み、かつ、
前記バルク粒子構造とは異なる粒子構造を備え、前記粒子構造は、平均直径が10nm~500nmのアルミニウム合金粒子を含む、前記マイクロ粒子表面下構造と、を含む、前記アルミニウム合金製品。 - 前記酸化物層が、1nm~20nmの厚さを有する、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記酸化物層が、10nmの平均厚さ及び5nmの標準偏差を有する、請求項2に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記酸化物層には1つまたは複数の欠陥がないか、または実質的にない、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記NSMが、1つまたは複数の組成欠陥を含み、前記1つまたは複数の組成欠陥は、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残留物、巻き込まれた酸化物、または陽極酸化物を含む、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記第2の表面領域に対する前記第1の表面領域の比率が50%未満である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記第1の表面領域及び前記第2の表面領域が不連続である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造が、平均直径が10nm~2μmの沈殿物をさらに含み、前記沈殿物は、亜鉛、マグネシウム、銅、クロム、ケイ素、鉄、マンガンからなる群から選択される1つまたは複数の合金元素を含む、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造上にケイ素含有層をさらに含み、前記ケイ素含有層は、前記マイクロ粒子表面下構造内の結合部位の一部を改変する、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造中のアルミニウムの重量パーセントが、前記バルク中のアルミニウムの重量パーセント未満である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- FLTM BV101-07標準試験による、22サイクル~100サイクル、またはそれ以上の接着耐久性を示す、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金中のマグネシウム及び亜鉛の濃度が20重量%未満であり、前記濃度中のマグネシウムに対する亜鉛の比率が0.1~10.0である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記バルク中のマグネシウムの濃度が前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きいか、前記バルク中の銅の濃度が前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きいか、または前記バルク中の亜鉛の濃度が前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きい、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造は、前記バルクよりも多くの構造欠陥を含み、前記構造欠陥は、ボイド、伝達亀裂、または割れ目に対応するか、またはそれらを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造が前記バルクと実質的に同じである、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記マイクロ粒子表面下構造が、前記バルクのものとは異なる粒子構造均一性または合金元素分布均一性を含む、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品を加工する方法であって、前記方法は、
アルミニウム合金製品を提供することであって、前記アルミニウム合金製品は、
アルミニウム合金の粒子を含むバルク粒子構造を備えるバルクであって、前記アルミニウム合金は、
アルミニウム、ならびに、
亜鉛、マグネシウム、銅、クロム、ケイ素、鉄、及びマンガンからなる群から選択される1つまたは複数の合金元素を含む、前記バルクと、
500nm超の厚さを有する表面近傍微細構造(NSM)と、を含む、前記提供することと、
前記NSMを改変して、
500nm未満の厚さの表面近傍微細構造(NSM)を含む第1の表面領域と、
前記NSMを含まない第2の表面領域であって、前記第2の表面領域は酸化物層を含む、前記第2の表面領域と、
前記酸化物層と前記バルクとの間に存在するマイクロ粒子表面下構造であって、前記マイクロ粒子表面下構造は、
1nm~2μmの厚さを有し、
1つまたは複数の組成欠陥がないか、または実質的になく、前記1つまたは複数の組成欠陥は、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残留物、巻き込まれた酸化物、または陽極酸化物を含み、かつ
前記バルク粒子構造とは異なる粒子構造を備え、前記粒子構造は、平均直径が10nm~500nmのアルミニウム合金粒子を含む、前記マイクロ粒子表面下構造と、を生成することと、を含む、前記方法。 - 前記酸化物層が、1nm~20nmの厚さを有する、請求項17に記載の方法。
- 前記酸化物層が、10nmの平均厚さ及び5nmの標準偏差を有する、請求項18に記載の方法。
- 前記酸化物層には、1つまたは複数の欠陥がないか、または実質的にない、請求項17に記載の方法。
- 前記NSMが、1つまたは複数の組成欠陥を含み、前記1つまたは複数の組成欠陥は、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残留物、巻き込まれた酸化物、または陽極酸化物を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記第2の表面領域に対する前記第1の表面領域の比率が50%未満である、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の表面領域及び前記第2の表面領域が不連続である、請求項17に記載の方法。
- 前記マイクロ粒子表面下構造が、平均直径が10nm~2μmの沈殿物をさらに含み、前記沈殿物は、亜鉛、マグネシウム、銅、クロム、ケイ素、鉄、マンガンからなる群から選択される1つまたは複数の合金元素を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金中のマグネシウム及び亜鉛の濃度が20重量%未満であり、前記濃度中のマグネシウムに対する亜鉛の比率が0.1~10.0である、請求項17に記載の方法。
- 前記マイクロ粒子表面下構造中のアルミニウムの重量パーセントが、前記バルク中のアルミニウムの重量パーセント未満である、請求項17に記載の方法。
- 前記バルク中のマグネシウムの濃度が、前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きいか、前記バルク中の銅の濃度が前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きいか、または前記バルク中の亜鉛の濃度が前記マイクロ粒子表面下構造中よりも大きい、請求項17に記載の方法。
- 前記マイクロ粒子表面下構造が、FLTM BV101-07標準試験による、22サイクル~100サイクル、またはそれ以上の接着耐久性を提供する、請求項17に記載の方法。
- 前記マイクロ粒子表面下構造は、前記NSMよりも構造欠陥が少なく、かつ前記バルクよりも構造欠陥が多く、前記構造欠陥は、ボイド、伝達亀裂、または割れ目に対応するか、またはそれらを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記NSMを改変することは、前記マイクロ粒子表面下構造を生成するときにケイ素含有層を堆積させること、または前記マイクロ粒子表面下構造の少なくとも一部をケイ素含有層でコーティングすることを含み、前記ケイ素含有層は、前記マイクロ粒子表面下構造内の結合部位の一部を改変する、請求項17に記載の方法。
- 前記改変することは、前記NSMを機械的変更に供することを含み、前記機械的変更は、
前記NSMを研削すること、
前記NSMを物理的アブレーションすること、
前記NSMをグリットブラストすること、
前記NSMをレーザーアブレーションすること、
前記NSMをサンドブラストすること、または、
前記NSMを研磨すること、のうちの1つまたは複数を含む、請求項17に記載の方法。
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