KR20220126747A - 향상된 결합 내구성을 갖는 금속 제품 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
벌크 및 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품이 기재된다. 알루미늄 합금 제품은 우수한 결합 특성을 나타낼 수 있고 그 위에 규소 함유 층을 포함하거나 가질 수 있다. 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 매트릭스를 포함할 수 있고 알루미늄 및 하나 이상의 합금 원소, 예컨대 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철, 또는 망간을 포함할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조에는 압연된 표면 근처 미세구조에 보통 존재할 수 있는 하나 이상의 결함 (예를 들어, 공극, 전이 균열, 또는 틈새) 또는 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물이 실질적으로 없을 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 그 위에 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 제1 산화물 층을 포함하거나 가질 수 있다. 알루미늄 합금 제품 제조 방법이 또한 기재된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 2월 19일에 출원된 미국 가출원 번호 62/978,767, 2020년 3월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 62/984,555 및 2020년 3월 23일에 출원된 미국 가출원 번호 62/993,365의 이익 및 우선권을 주장하고, 이들의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 야금, 더욱 구체적으로 압연된 알루미늄 합금 제품의 표면 근처(near-surface) 구조 및 알루미늄 합금 제품의 기계적 및 화학적 성능을 개선하기 위한 기술에 관한 것이다.
배경
알루미늄 합금 제품의 가공 동안, 결함을 포함할 수 있는 압연된 표면 근처 미세구조의 생성이 일어날 수 있다. 예를 들어, 결함은 압연 유입(rolled-in) 산화물, 압연 유입 오일, 전이 균열, 표면 균열, 내부 균열, 틈새, 또는 합금 원소의 고밀도 집단일 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조 내부의 결함은 알루미늄 합금 제품의 기계적 및 화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조 안의 결함 또는 이와 관련된 결함을 해결하는 기술이 부족하다.
요약
용어 구체예 및 유사 용어는 본 개시내용 및 하기 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 진술은 본원에 기재된 주제를 제한하거나 하기 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 본원에 포함된 본 개시내용의 구체예는 이 요약이 아니라 하기 청구범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 개시내용의 다양한 양태의 높은 수준의 개요이며 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명된 개념의 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 발명 주제의 핵심 또는 필수 특징을 식별하도록 의도되는 것이 아니며, 청구된 발명 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하도록 의도되는 것도 아니다. 발명 주제는 본 개시내용의 전체 명세서의 적절한 부분, 임의의 또는 모든 도면, 및 각각의 청구항을 참조하여 이해되어야 한다.
한 양태에서, 알루미늄 합금 제품이 기재된다. 알루미늄 합금 제품은 벌크, 제1 표면 영역, 및 제2 표면 영역을 갖는 압연된 알루미늄 합금 제품이거나 이를 포함할 수 있다. 제1 표면 영역은 500 nm 미만의 두께를 갖는 표면 근처 미세구조(near-surface microstructure, NSM)를 포함할 수 있다. 표면 근처 미세구조는 하나 이상의 결함을 포함할 수 있다. 제2 표면 영역에는 표면 근처 미세구조가 없거나 표면 근처 미세구조가 실질적으로 없을 수 있다. 제2 표면 영역은 1 nm 내지 2 μm, 예컨대 1 nm 내지 5 nm, 5 nm 내지 10 nm, 10 nm 내지 25 nm, 25 nm 내지 50 nm, 50 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 250 nm, 250 nm 내지 500 nm, 500 nm 내지 1 μm, 또는 1 μm 내지 2 μm의 두께를 가질 수 있다. 제2 표면 영역은 산화물 층 및 미세 입자화(micro-grained) 표면 하부(subsurface) 구조를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 제1 표면 영역의 "섬"이 제2 표면 영역 내에 형성될 수 있거나 제2 표면 영역의 "섬"이 제1 표면 영역 내에 형성될 수 있다. 일부 구체예에서, 제1 표면 영역의 면적 대 제2 표면 영역의 면적의 비율은 50% 미만일 수 있다. 예를 들어, 압연된 알루미늄 합금 제품의 100 μm2 표면적에서, 표면적의 적어도 51%(예를 들어, 55%, 60%, 65%, 70%, 또는 75% 초과)가 제2 표면 영역이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제2 표면 영역만이 알루미늄 합금 제품 내에 존재할 수 있다.
구체예에서, 압연된 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 및 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 압연된 알루미늄 합금 제품은 열간 압연된 알루미늄 합금 제품 또는 냉간 압연된 알루미늄 합금 제품일 수 있다. 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 갖는 매트릭스를 포함할 수 있고 벌크는 제1 조성물을 가질 수 있다. 제1 조성물은 알루미늄 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 합금 원소는 벌크 내에 공간적으로 균일하게 분포될 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조는 산화물 층과 벌크 사이에 존재할 수 있고, 벌크와 상이하거나 동일한 조성을 가질 수 있지만, 예를 들어 1 nm 내지 2 μm의 두께를 가질 수 있고, 제한된 수의 결함을 가질 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조는 압연된 알루미늄 합금 제품의 생성 시 생성되는 표면 근처 미세구조(본원에서 압연된 표면 근처 미세구조로도 지칭됨)와 상이할 수 있고, 예를 들어, 미세 입자화 표면 하부 구조는 또한 그 위에 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 알루미늄 합금 제품의 표면을 수정하면 생성될 수 있는 표면 하부 또는 표면 근처 구조라는 점에서 수정된 표면 근처 미세구조이거나 이를 포함하는 것으로 본원에서 언급될 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 압연된 표면 근처 미세구조에 존재할 수 있는 하나 이상의 결함이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 본원에 사용된 용어 실질적으로 없는은 재료 내의 대상 또는 구조의 절대적 부재 또는 재료 중의 소량의 대상 또는 구조를 지칭하고, 이는 일반적으로 기계적 특성, 재료 특성, 또는 재료의 성능에 영향을 미치지 않는다. 예로서, 알루미늄 합금 제품에 실질적으로 결함이 없는 경우, 일부 결함이 존재할 수 있지만 그러한 결함은 결함이 평균적으로 다른 결함과 100 nm 이상 이격되는 농도로 존재할 수 있다. 결함이 더 작은 일부 경우에, 결함은 예를 들어 25-50 nm와 같이 결함이 평균적으로 서로 훨씬 더 가깝게 이격되는 농도로 존재할 수 있다.
예로서, 하나 이상의 결함은 구조적 결함으로 지칭될 수 있는 하나 이상의 공극, 전이 균열, 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 제2 조성물을 가질 수 있다. 제2 조성물은 알루미늄 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 알루미늄 합금 중의 마그네슘의 농도가 10 wt.% 미만일 수 있거나 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도가 20 wt.% 미만일 수 있고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0일 수 있다. 선택적으로, 제1 조성물(즉, 벌크) 중의 마그네슘의 농도가 제2 조성물(즉, 미세 입자화 표면 하부 구조)에서보다 더 크거나, 제1 조성물 중의 구리의 농도가 제2 조성물보다 더 크거나, 제1 조성물 중의 아연의 농도가 제2 조성물보다 더 클 수 있다. 제2 조성물(즉, 미세 입자화 표면 하부 구조)에는 본원에서 조성적 결함으로 지칭될 수 있는 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물이 실질적으로 없을 수 있다.
일부 구체예에서, 제2 조성물(즉, 미세 입자화 표면 하부 구조)은 제1 조성물(즉, 벌크)보다 더 많은 결함을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 상이한 입자 구조 균질성 또는 합금 원소 분포 균질성을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물의 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물의 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제2 조성물은, 예컨대 약 10 nm 내지 약 200 nm, 예컨대 10 nm 내지 25 nm, 25 nm 내지 50 nm, 50 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 150 nm, 또는 150 nm 내지 200 nm의 입자 크기 또는 평균 입자 크기를 갖는 균질 초미세 입자를 포함할 수 있다. 제2 조성물은 석출물을 포함하거나 함유할 수 있다. 석출물은 일부 예에서 10 nm 내지 2 μm의 평균 직경을 가질 수 있다. 일부 구체예에서, 침전물은 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조상의 산화물 층은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 가질 수 있다. 산화물 층은 일부 예에서 천연 산화물 층일 수 있거나, 미세 입자화 표면 하부 구조 형성 시 또는 후속 가공에서 발생할 수 있는 가열로 인해 천연 산화물 층보다 더 두꺼울 수 있다. 일부 구체예에서, 알루미늄 합금 제품은 미세 입자화 표면 하부 구조 또는 산화물 층 상에 규소 함유 층을 추가로 포함할 수 있다. 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정할 수 있다. 선택적으로, 제2 조성물 중의 알루미늄의 중량 퍼센트는 제1 조성물 중의 알루미늄의 중량 퍼센트보다 낮을 수 있다. 일부 구체예에서, 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품은 본원에 참조로 포함되는, FLTM BV 101-07 표준 테스트인 접착제 랩-시어 결합에 대한 응력 내구성 테스트 (2017)에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 나타낼 수 있다. 결합 내구성은 적어도 22, 적어도 30, 적어도 35, 적어도 40, 적어도 45, 적어도 50, 적어도 55, 적어도 60, 적어도 65, 적어도 70, 적어도 75, 적어도 80, 적어도 85, 적어도 90, 적어도 95, 또는 적어도 100 사이클 이상일 수 있다.
또 다른 양태에서, 알루미늄 합금 제품 처리 방법이 기재된다. 이 양태의 방법은 벌크 및 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 알루미늄 합금 제품을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 알루미늄 합금 제품은 열간 압연된 알루미늄 합금 제품 또는 냉간 압연된 알루미늄 합금 제품일 수 있다. 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 매트릭스를 포함할 수 있고 벌크는 제1 조성물을 가질 수 있다. 제1 조성물은 알루미늄 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 합금 원소는 벌크 내에 공간적으로 균일하게 분포될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조는 하나 이상의 결함을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 하나 이상의 결함은 하나 이상의 공극, 전이 균열, 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함할 수 있다.
상기 방법은 또한 압연된 표면 근처 미세구조(즉, 표면 근처 미세구조)르 수정하여 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 표면 영역은 수정 시 표면 근처 미세구조의 두께 감소에 해당할 수 있는 500 nm 미만의 두께를 갖는 압연된 표면 근처 미세구조를 포함할 수 있다. 제2 표면 영역에는 압연된 표면 근처 미세구조가 없을 수 있다. 제2 표면 영역은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 산화물과 같은 산화물 층 및 본원에서 수정된 표면 근처 미세구조로도 지칭되는 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 제1 표면 영역의 "섬"은 제2 표면 영역 내에 형성될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 일부 구체예에서, 제1 표면 영역의 면적 대 제2 표면 영역의 면적의 비율은 50% 미만일 수 있다. 예를 들어, 제1 표면 영역의 면적 대 제2 표면 영역의 면적의 비율은 40% 이하, 또는 35% 이하, 33% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 또는 5% 이하일 수 있다. 일부 경우에, 제2 표면 영역만이 알루미늄 합금 제품 내에 존재할 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조에는 하나 이상의 결함이 실질적으로 없을 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 산화물 층과 벌크 사이에 있을 수 있고 제2 조성물을 가질 수 있다. 제2 조성물은 알루미늄 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 알루미늄 합금 중의 마그네슘의 농도가 10 wt.% 미만일 수 있거나 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도가 20 wt.% 미만일 수 있고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0일 수 있다. 선택적으로, 제1 조성물 중의 마그네슘의 농도가 제2 조성물에서보다 클 수 있거나, 제1 조성물 중의 구리의 농도가 제2 조성물에서보다 클 수 있거나, 제1 조성물 중의 아연의 농도가 제2 조성물에서보다 클 수 있다. 제2 조성물에는 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물이 실질적으로 없을 수 있다. 제2 조성물은 제1 조성물의 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물의 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 압연된 표면 근처 미세구조를 통합하여 제2 조성물을 생성하고 하나 이상의 결함의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 미세 입자화 표면 하부 구조의 제2 조성물은 압연된 표면 근처 미세구조보다 더 적은 결함을 가질 수 있다. 선택적으로, 제2 조성물은 제1 조성물보다 더 많은 결함을 가질 수 있다. 그러나, 일부 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 예에서, 제2 조성물은 압연된 표면 근처 미세구조 또는 제1 조성물과 상이한 입자 구조 균질성 또는 합금 원소 분포 균질성을 포함할 수 있다.
제2 표면 영역은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 제1 산화물 층을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 FLTM BV 101-07 표준 테스트에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 나타내거나 이를 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 알루미늄 합금 제품에 제공할 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 미세 입자화 표면 하부 구조 생성 시 규소 함유 층 침착을 포함할 수 있다. 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 및/또는 미세 입자화 표면 하부 구조의 일부 상의 또는 이에 상응하는 산화물 층 상에 존재할 수 있다. 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정할 수 있다. 일부 예에서, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 미세 입자화 표면 하부 구조의 적어도 일부, 및/또는 그 위의 산화물 층을, 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정하는 규소 함유 재료로 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 코팅은 압연된 표면 근처 미세구조를 수정하기 위해 사용되는 규소 함유 그릿으로부터 규소 함유 재료를 전이시키는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 규소 함유 그릿은 SACO 그릿을 포함할 수 있다. 선택적으로, 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하기 위한 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 균질 초미세 입자 생성을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 이 양태의 방법은 압연된 표면 근처 미세구조가 하나 이상의 기계적 변경 공정을 거치는 것을 추가로 포함할 수 있다. 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조의 연삭, 압연된 표면 근처 미세구조의 물리적 삭마, 압연된 표면 근처 미세구조의 레이저 삭마, 압연된 표면 근처 미세구조의 모래 블라스팅, 또는 압연된 표면 근처 미세구조의 연마를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 압연된 표면 근처 미세구조를 물리적으로 삭마하는 것은 그릿-블라스팅 압연된 표면 근처 미세구조를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조가 제1 변경 공정을 거치는 것 및 압연된 표면 근처 미세구조가 제2 변경 공정을 거치는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조가 제3 변경 공정을 거치는 것을 추가로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제1 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있고, 제2 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제2 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있고, 제3 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제3 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 제1 그릿은 제2 그릿보다 더 거칠 수 있고, 제2 그릿은 제3 그릿보다 더 거칠 수 있다.
일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 압연된 알루미늄 합금 제품의 최종 측정 동안 발생할 수 있다. 선택적으로, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 열간 압연 공정 후에 발생할 수 있다. 일부 경우에, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 냉간 압연 공정 전에 발생할 수 있다. 선택적으로, 압연된 표면 근처 미세구조 수정은 전처리 공정 전에 발생할 수 있다.
일부 구체예에서, 방법은 미세 입자화 표면 하부 구조가 전처리 공정을 거치는 것을 추가로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 전처리 공정은 미세 입자화 표면 하부 구조 에칭을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금 제품과 같은 알루미늄 합금 제품이 기재된다. 또 다른 양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금 제품 제조 방법이 기재된다.
다른 목적 및 장점은 비제한적인 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 명세서는 이하의 첨부된 도면을 참조하며, 여기서 상이한 도면에서 같은 참조 번호의 사용은 같거나 유사한 구성요소를 예시하기 위한 것이다.
도 1A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품의 개략도를 제공한다.
도 1B는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품의 SEM 이미지를 제공한다.
도 2A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 합금 원소의 원소 분포 및 알루미늄의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 합금 원소의 원소 분포 및 알루미늄의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2C는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품과 비교하여 압연된 표면 근처 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 구리의 원소 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2D는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품과 비교하여 압연된 표면 근처 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 아연의 원소 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 3A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 결함의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 3B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 결함의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 4A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 입자 크기 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 4B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 입자 크기 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 6A, 도 6B 및 도 6C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 또 다른 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 7A, 도 7B 및 도 7C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 또 다른 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 8A, 도 8B, 도 8C, 도 8D 및 도 8E는 다중 변경 공정을 통해 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 9는 본원에 제공된 기술 및 방법에 따라 수정된 알루미늄 합금 제품 샘플에 대한 원소 분포의 예시적인 이미지를 제공한다.
도 10A는 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 표면 영역을 갖는 알루미늄 합금 제품 샘플의 예시적인 이미지를 제공한다.
도 10B는 미세 입자화 표면 하부 구조가 결여된 표면 영역을 갖는 알루미늄 합금 제품 샘플을 예시적인 이미지를 제공한다.
도 11은 다양한 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역의 예시적인 이미지를 제공한다.
도 1A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품의 개략도를 제공한다.
도 1B는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품의 SEM 이미지를 제공한다.
도 2A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 합금 원소의 원소 분포 및 알루미늄의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 합금 원소의 원소 분포 및 알루미늄의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2C는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품과 비교하여 압연된 표면 근처 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 구리의 원소 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 2D는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품과 비교하여 압연된 표면 근처 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 아연의 원소 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 3A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 결함의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 3B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 결함의 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 4A는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 입자 크기 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 4B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품에 대한 깊이의 함수로서 입자 크기 분포를 보여주는 예시적인 그래프를 제공한다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 6A, 도 6B 및 도 6C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 또 다른 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 7A, 도 7B 및 도 7C는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 또 다른 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 8A, 도 8B, 도 8C, 도 8D 및 도 8E는 다중 변경 공정을 통해 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 개략적 예시를 제공한다.
도 9는 본원에 제공된 기술 및 방법에 따라 수정된 알루미늄 합금 제품 샘플에 대한 원소 분포의 예시적인 이미지를 제공한다.
도 10A는 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 표면 영역을 갖는 알루미늄 합금 제품 샘플의 예시적인 이미지를 제공한다.
도 10B는 미세 입자화 표면 하부 구조가 결여된 표면 영역을 갖는 알루미늄 합금 제품 샘플을 예시적인 이미지를 제공한다.
도 11은 다양한 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역의 예시적인 이미지를 제공한다.
상세한 설명
압연된 제품의 압연된 표면 근처 미세구조가 기계적으로 변경되어 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 주조 및/또는 압연 공정에 의해 생성된 알루미늄 합금 제품, 및 이러한 제품을 생성하는 공정이 본원에 기재된다. 압연된 표면 근처 미세구조는 압연된 제품의 벌크로의 깊이까지의 영역을 차지할 수 있고 하나 이상의 결함을 포함할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경시켜 생성될 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 압연된 표면 근처 미세구조의 조성물과 상이한 조성물을 가질 수 있다.
알루미늄 합금 제품은 주조되고 압연되어 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 제품을 생성할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조의 생성은 "표면 층" 또는 "베일비(Beilby) 층"으로도 알려진, 알루미늄 합금 제품의 표면 하부 층에서 발생할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조 내의 결함은 예를 들어 압연 공정 동안 생성될 수 있다. 예시적인 결함은 압연 유입 오일, 압연 유입 산화물, 공극, 틈새 및 균열을 포함한다. 예를 들어, 비정질 탄소 및/또는 탄화 알루미늄의 고밀도 집단의 존재는 압연 공정 동안 압연된 제품의 표면 층에 혼입되는 압연 윤활제로부터 생성될 수 있다. 유사하게, 압연된 표면 근처 미세구조 내의 산화물의 조밀한 집단은 혼입된 압연 윤활제와 압연 공정 동안 생성된 전단 변형의 조합으로부터 생성될 수 있고, 이는 예를 들어 표면 근처 미세구조 내의 표면 산화물의 혼입을 야기할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조 내의 결함의 존재는 알루미늄 합금 제품의 기계적 및 화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 결함은 알루미늄 합금 제품의 부식 민감성을 증가시키거나 접착제 또는 에폭시를 사용하는 것과 같은 결합된 알루미늄 합금 제품 간의 열등 품질 결합을 야기할 수 있다.
또 다른 예로서, 표면 하부 층과 벌크 사이의 경계에서 또는 그 근처에서 산화물 및/또는 공극의 존재는 균열 전파를 야기하거나 유도할 수 있다. 경계의 공극 및 산화물이 표면 하부 층과 벌크 사이에 우선적인 균열 전파 경로를 제공할 수 있기 때문에, 가공 또는 최종 사용 동안의 영역에 대한 임의의 응력이 벌크로부터 표면 하부 층의 전단을 야기할 수 있다. 결국, 압연된 표면 근처 미세구조 내에서 전파된 임의의 균열은 새로운 균열을 생성할 수 있다. 2차 균열이 1차 균열로부터 발생할 수 있기 때문에, 표면 근처 미세구조 내의 결함의 존재는 해로운 연쇄 반응 가능성을 갖는다.
결함은 또한 압연된 표면 근처 미세구조가 벌크와 상이한 기계적 및 화학적 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조 내의 산화물의 고밀도 집단은 벌크에 비해 상대적으로 낮은 연성을 갖는 압연된 표면 근처 미세구조를 야기할 수 있다. 이는 압연된 표면 근처 미세구조가 가공 또는 사용 동안 벌크보다 덜 변형될 수 있음을 의미할 수 있다. 상이한 연성은 압연된 표면 근처 미세구조와 벌크 사이의 파쇄, 균열 또는 심지어 전단과 같은 알루미늄 합금 제품의 기계적 파괴를 유발할 수 있다.
조성 및 입자 구조 불균질성은 압연 및 주조 공정으로부터 기인할 수 있는 다른 결함이다. 일부 구체예에서, 불균질 원소 분포(예를 들어, 합금 원소 분포)는 예를 들어 알루미늄 합금 제품에 대한 증가된 부식 민감성을 야기할 수 있기 때문에 우려된다. 알루미늄 합금 제품 가공 동안, 특정 원소는 다른 원소보다 압연된 제품의 압연된 표면 근처 미세구조로 더 빠르게 확산될 수 있다. 이는 벌크 내의 집단보다 더 높은 밀도를 갖는 압연된 표면 근처 미세구조 내의 특정 합금 원소 집단을 유발할 수 있다. 추가적으로, 일부 합금 원소의 고밀도 집단의 존재는 알루미늄 합금 제품의 부식 민감성을 증가시킬 수 있다. 낮은 활성화 에너지 및 결함의 존재는 압연된 표면 근처 미세구조 내의 고밀도 합금 원소의 확산 속도가 벌크 내의 합금 원소의 확산 속도보다 더 크개 되도록 할 수 있다. 이로 인해 압연된 표면 근처 미세구조가 반응성이 될 수 있다. 부식성 환경에서, 표면 근처의 합금 원소의 존재 또는 증가된 확산 속도, 및 압연된 표면 근처 미세구조 내의 다른 결함의 존재가 더욱 활성인 부식 전파 조건을 유발할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조와 상이한 조성을 갖는 새로운 (수정된) 표면 근처 미세구조 또는 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 것을 포함하는 수많은 장점을 제공할 수 있다. 특정 예로서, 본원에서 제2 조성물로도 지칭되는 미세 입자화 표면 하부 구조의 수정된 조성물은 압연된 조성물에 존재하는 결함이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 일부 경우에, 미세 입자화 표면 하부 구조의 제2 조성물은 압연된 표면 근처 미세구조의 조성물의 결함의 수와 비교하여 감소된 결함의 수를 가질 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 또 다른 이점은 부식 민감성 감소일 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조 내에서 균질 원소 분포를 생성함으로써, 표면 하부의 반응성이 제어(예를 들어, 감소)될 수 있다. 추가적으로, 미세 입자화 표면 하부 구조는 주기적 또는 반복적인 부식 노출을 견디기 위해 적절한 기계적 연동 및 청정도(예를 들어, 결함의 부재)를 갖도록 기계적으로 변경될 수 있다.
전반적으로, 알루미늄 합금 제품의 기계적 및 화학적 성능은 본원의 논의에 따라 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경함으로써 향상될 수 있다. 균질 원소 분포 및 균질 입자 구조의 생성, 그뿐만 아니라 실질적으로 결함이 없는 표면 근처 조성물 생성은 후속 에칭 및 전처리 공정을 개선하고, 알루미늄 합금 제품의 수명과 유용성을 연장할 수 있다. 유리하게는, 본 개시내용에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 합금 제품 사이의 결합은 또한 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 합금 제품 사이의 결합보다 더욱 내구성일 수 있다.
정의 및 설명:
본원에서 사용된 용어 "발명," "상기 발명," "이 발명," 및 "본 발명"은 이 특허 출원의 모든 주제 및 하기 청구범위를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 진술은 본원에 기재된 주제를 제한하거나 하기 특허 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
이 설명에서, AA 번호 및 기타 관련 명칭, 예컨대 "시리즈" 또는 "7xxx"에 의해 식별되는 합금이 참조된다. 알루미늄 및 이의 합금 명명 및 식별에서 가장 일반적으로 사용되는 번호 명칭 시스템의 이해를 위해, 미국 알루미늄 협회(The Aluminum Association)에 의해 발행된 "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 또는 "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot"을 참조하라.
본원에서 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 약 15 mm 초과의 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15 mm 초과, 약 20 mm 초과, 약 25 mm 초과, 약 30 mm 초과, 약 35 mm 초과, 약 40 mm 초과, 약 45 mm 초과, 약 50 mm 초과, 또는 약 100 mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 셰이트(시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4 mm 내지 약 15 mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 약 11 mm, 약 12 mm, 약 13 mm, 약 14 mm, 또는 약 15 mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4 mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4 mm 미만, 약 3 mm 미만, 약 2 mm 미만, 약 1 mm 미만, 약 0.5 mm 미만, 또는 약 0.3 mm 미만(예를 들어, 약 0.2 mm)의 두께를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "주조 금속 제품," "주조 제품," "주조 알루미늄 합금 제품," 등과 같은 용어는 상호 교환 가능하고, 본원에 개시된 방법을 포함하여 직접 냉각 주조 (직접 냉각 공동-주조 포함) 또는 반연속 주조, 연속 주조 (예를 들어, 트윈 벨트 주조기, 트윈 롤 주조기, 블록 주조기, 또는 임의의 다른 연속 주조기의 사용에 의한 것 포함), 전자기 주조, 고온 상입 주조, 또는 임의의 다른 주조 방법에 의해 제조된 제품을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용된 "실온"의 의미는 약 15 °C 내지 약 30 °C, 예를 들어 약 15 °C, 약 16 °C, 약 17 °C, 약 18 °C, 약 19 °C, 약 20 °C, 약 21 °C, 약 22 °C, 약 23 °C, 약 24 °C, 약 25 °C, 약 26 °C, 약 27 °C, 약 28 °C, 약 29 °C, 또는 약 30 °C의 온도를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 "주위 조건"의 의미는 대략 실온의 온도, 약 20 % 내지 약 100 %의 상대 습도 및 약 975 millibar (mbar) 내지 약 1050 mbar의 대기압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대 습도는 약 20 %, 약 21 %, 약 22 %, 약 23 %, 약 24 %, 약 25 %, 약 26 %, 약 27 %, 약 28 %, 약 29 %, 약 30 %, 약 31 %, 약 32 %, 약 33 %, 약 34 %, 약 35 %, 약 36 %, 약 37 %, 약 38 %, 약 39 %, 약 40 %, 약 41 %, 약 42 %, 약 43 %, 약 44 %, 약 45 %, 약 46 %, 약 47 %, 약 48 %, 약 49 %, 약 50 %, 약 51 %, 약 52 %, 약 53 %, 약 54 %, 약 55 %, 약 56 %, 약 57 %, 약 58 %, 약 59 %, 약 60 %, 약 61 %, 약 62 %, 약 63 %, 약 64 %, 약 65 %, 약 66 %, 약 67 %, 약 68 %, 약 69 %, 약 70 %, 약 71 %, 약 72 %, 약 73 %, 약 74 %, 약 75 %, 약 76 %, 약 77 %, 약 78 %, 약 79 %, 약 80 %, 약 81 %, 약 82%, 약 83 %, 약 84 %, 약 85 %, 약 86 %, 약 87 %, 약 88 %, 약 89 %, 약 90 %, 약 91 %, 약 92 %, 약 93 %, 약 94 %, 약 95 %, 약 96 %, 약 97 %, 약 98 %, 약 99 %, 약 100 %, 또는 그 사이일 수 있다. 예를 들어, 대기압은 약 975 mbar, 약 980 mbar, 약 985 mbar, 약 990 mbar, 약 995 mbar, 약 1000 mbar, 약 1005 mbar, 약 1010 mbar, 약 1015 mbar, 약 1020 mbar, 약 1025 mbar, 약 1030 mbar, 약 1035 mbar, 약 1040 mbar, 약 1045 mbar, 약 1050 mbar, 또는 그 사이일 수 있다.
본원에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 그리고 모든 하위범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 1의 최소값과 10의 최대값 (이들 포함) 사이의 임의의 모든 하위범위; 즉 1 이상의 최소값으로 시작하고, 예를 들어, 1 내지 6.1, 10 이하의 최대값으로 끝나는, 예를 들어, 5.5 내지 10, 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 표현 "최대"는 원소의 조성량을 지칭할 때 원소가 선택적이며 특정 원소의 0 퍼센트 조성을 포함함을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 조성 백분율은 중량 퍼센트(wt. %)이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "a," "an," 및 "the"의 의미는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 단수 및 복수 언급을 포함한다.
도 1A는 알루미늄 합금 제품(100)을 개략적으로 도시한다. 알루미늄 합금 제품(100)은 압연된 제품, 예컨대 플레이트, 셰이트, 또는 시트일 수 있다. 알루미늄 합금 제품(100)은 임의의 적합한 주조 및/또는 압연 공정에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 주조 공정은 직접 냉각 주조 (직접 냉각 공동-주조 포함), 반연속 주조, 연속 주조 (예를 들어, 트윈 벨트 주조기, 트윈 롤 주조기, 블록 주조기, 또는 임의의 다른 연속 주조기의 사용에 의한 것 포함), 전자기 주조, 고온 상입 주조, 또는 임의의 다른 주조 방법을 포함한다. 알루미늄 합금 제품(100)은 압연된 제품을 포함하거나 이에 해당할 수 있다. 압연된 제품은 주조 공정 및/또는 알루미늄 합금 제품(100)의 적용 분야에 따라 냉간 압연된 또는 열간 압연된 제품일 수 있다.
구체예에서, 압연된 제품은 알루미늄 합금 제품(100)의 적용 분야에 기초하여 선택될 수 있는 너비 W 및 두께 T를 갖고 단면이 비교적 직사각형일 수 있다. 다양한 구체예에서, 압연된 제품은 약 0.1 m 내지 약 10 m, 예컨대 0.1 m 내지 1 m, 1 m 내지 2 m, 2 m 내지 3 m, 3 m 내지 5 m, 또는 5 m 내지 10 m의 너비 W를 가질 수 있다. 다른 구체예에서, 압연된 제품은 0.1 m 내지 0.2 m, 0.2 m 내지 0.3 m, 0.3 m 내지 0.4 m, 또는 0.4 m 내지 0.5 m의 범위 내의 너비 W를 가질 수 있다. 압연된 제품은 0.2 mm 내지 1 mm, 1 mm 내지 4 mm, 4 mm 내지 10 mm, 4 mm 내지 15 mm, 15 mm 내지 25 mm, 25 mm 내지 40 mm, 40 mm 내지 50 mm, 50 mm 내지 100 mm, 또는 구체예에서, 100 mm 초과의 두께 T를 가질 수 있다. 압연된 제품은 예를 들어 플레이트, 셰이트 또는 시트 형태일 수 있다. 도 1은 규모에 맞지 않을 수 있음이 이해될 것이다.
압연된 제품은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 및 벌크(120)를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조는 또한 표면 근처 미세구조(NSM)로 지칭될 수 있다. 압연 공정 동안, 압연된 제품의 일부로서 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 생성이 발생할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 압연된 제품의 표면 하부 층에서 발생할 수 있다. "표면 층" 또는 "베일비 층"으로도 알려진 표면 하부 층은 압연된 제품의 표면으로부터 압연된 제품의 두께로의 깊이까지의 공간을 차지하는 압연된 제품의 일부를 포함할 수 있다. 구체예에서, 압연된 제품은 하나 초과의 표면을 포함할 수 있고 및/또는 하나 초과의 표면 하부 층을 가질 수 있다. 이러한 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 각 표면 하부 층에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 압연된 제품은 압연된 제품의 상단의 한 표면 및 압연된 제품의 하단의 한 표면인 두 표면이 생성되도록 두께를 가질 수 있고, 각 표면은 서로 직접 대향한다. 압연된 제품의 측면/가장자리 둘레로 원주 방향으로 연장되는 압연된 제품의 다른 네 개의 측면 또는 가장자리는 충분히 두껍지 않을 수 있거나 표면 하부 층을 생성하기에 충분히 큰 면적으로 가질 수 있고 및/또는 압연된 표면 근처 미세구조를 생성하기에 충분한 압연 공정을 거치지 않을 수 있고 및/또는 표면 근처 미세구조에 대해 평가되지 않을 수 있다. 일부 경우에, 측면 가장자리가 스캘핑, 트리밍 또는 제거될 수 있다. 일부 예에서, 상단 및 하단 표면 각각은 대응하는 표면 하부 층을 가질 수 있다. 대응하는 표면 하부 층 각각에서, 압연된 표면 근처 미세구조(110)가 존재할 수 있다. 따라서, 다양한 구체예에서, 압연된 제품은 압연된 표면 근처 미세구조(110)를 갖는 하나 초과의 표면을 가질 수 있다.
구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 전체 표면 하부 층을 차지할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 압연된 제품의 표면으로부터 벌크(120) 안으로의 또는 벌크까지의 깊이의 공간을 차지할 수 있다. 깊이는 500 nm 초과일 수 있다. 일부 경우에, 깊이는 500 nm 내지 700 nm, 500 nm 내지 800 nm, 200 nm 내지 800 nm, 800 nm 내지 1 μm, 1 μm 내지 5 μm, 5 μm 내지 10 μm, 10 μm 내지 15 μm, 15 μm 내지 20 μm 범위, 또는 이들의 임의의 하위범위일 수 있다. 다른 구체예에서, 깊이는 500 nm 미만일 수 있다. 예를 들어, 깊이는 50 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 150 nm, 150 nm 내지 200 nm, 200 nm 내지 250 nm, 250 nm 내지 300 nm, 300 nm 내지 350 nm, 350 nm 내지 400 nm, 400 nm 내지 450 nm, 450 nm 내지 500 nm 범위, 또는 이들의 임의의 하위범위일 수 있다.
압연된 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품을 포함할 수 있다. 예시적인 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품은 AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7204, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, 또는 AA7099 제품을 포함할 수 있다.
다양한 구체예에서, 압연된 제품은 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연된 제품은 AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 또는 AA5088 제품을 포함할 수 있다.
다양한 구체예에서, 압연된 제품은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연된 제품은 AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 또는 AA6092 제품을 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 압연된 제품은 1xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품을 포함할 수 있다.
경계(115)는 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이에 존재할 수 있다. 경계(115)는 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 압연된 조성물이 벌크 조성물 또는 제1 조성물로도 지칭되는 벌크(120)의 조성물로 전이하는 깊이를 나타낼 수 있다. 경계(115)는 압연된 표면 근처 미세구조(110)가 벌크(120) 내로 차지하는 깊이에 존재할 수 있다. 경계(115)는 압연된 제품의 표면에 평행하게 또는 일반적으로 평행하게 연장될 수 있고 압연된 제품의 전체 너비 또는 측방향 치수를 통해 연장될 수 있다. 일부 구체예에서, 경계(115)는 별개의 깊이에서 발생할 수 있거나 깊이의 범위에 걸쳐 발생할 수 있다. 구체예에서, 경계(115)는 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 결정립계일 수 있다. 결정립계는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 및 벌크(120)의 상이한 입자 구조 사이를 나타내는 경계일 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 크고 작은 입자 크기 모두의 불균일 분포와 같은 불균질 입자 구조를 가질 수 있다. 대조적으로, 벌크(120)는 크거나 작을 수 있는 입자 크기의 균일 분포와 같은 균등한 (예를 들어, 고르게 분포된) 입자 구조를 가질 수 있다. 이러한 예에서, 경계(115)는 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 불균질 입자 구조와 벌크(120)의 균질 입자 구조 사이의 결정립계일 수 있다. 구체예에서, 벌크 입자 크기를 갖는 벌크(120)는 합금 및 공정에 따라 10 μm 내지 45 μm의 표면으로부터 압연된 제품으로의 깊이에서 발생할 수 있다. 일부 경우에, 균질 입자 구조는 벌크(120)의 임의의 주어진 부피의 특정 백분율이 동일하거나 대략 동일한 입자 크기를 가질 수 있음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 균질 입자 구조는 벌크(120)의 임의의 주어진 부피의 약 70% 이상이 대략 동일한 입자 크기, 예컨대 5 μm 내지 50 μm 범위 내의 평균 입자 크기를 가지을 의미할 수 있다. 상이한 입자 구조 균질성은 도 1A 및 다른 도면에서, 압연된 표면 근처 미세구조(110) 및 벌크(120)에 대한 상이한 충전 패턴에 의해 나타날 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 본원에서 "압연된 조성물"로도 지칭될 수 있고 하나 이상의 결함(130a-130e)(총괄적으로, 결함(130))을 포함할 수 있는 조성물을 갖는다. 하나 이상의 결함(130)은 알루미늄 합금 제품(100)의 기계적 및 화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 결함(130)은 부식 민감성을 증가시키고, 결합 내구성 성능을 감소시키며, 알루미늄 합금 제품(100)의 인장 및 전단 강도를 감소시킬 수 있다.
도 1A에 도시되는 바와 같이, 하나 이상의 결함(130)은 다양한 결함을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 하나 이상의 결함(130)은 조성적 결함 및 구조적 결함 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결함(130)은 하나 이상의 내부 균열(130a) 또는 표면 균열(130d)을 포함할 수 있다. 내부 균열(130a) 및 표면 균열(130d)는 전이 균열, 틈새 및 미세균열을 포함할 수 있다. 내부 균열(130a) 및 표면 균열(130d)은 압연 공정 동안 압연된 제품에 적용되는 응력 또는 변형률 조건, 예컨대 압연기에 의해 압연된 제품에 적용되는 수직 전단 응력으로 인해 발생할 수 있다. 도 1A에 도시되는 바와 같이, 표면 균열(130d)은 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 표면에서 발생하여, 고르지 않거나 불규칙한 표면을 야기할 수 있다. 대조적으로, 내부 균열(130a)은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 발생할 수 있다. 구체예에서, 내부 균열(130a)은 압연된 표면 근처 미세구조(110)를 통해 수평으로, 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 표면에 평행하게, 또는 압연된 표면 근처 미세구조(100)의 표면에 대해 임의의 다른 방향으로 연장될 수 있다.
구체예에서, 공극(130b)은 내부 균열(130a) 및 표면 균열(130d)의 발달을 유도할 수 있다. 공극(130b)과 같은 결함(130)에 의해 생성된 약한 부위는 균열 개시에 대해 더욱 활성인 부위를 제공할 수 있다. 공극(130b)은 임의의 고체 재료가 없는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 공간을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 임의의 고체 재료의 부재는 가공 동안 압연된 표면 근처 미세구조(110)로의 증기 혼입의 결과일 수 있거나, 압연된 제품 재료의 기계적 구조 및/또는 입자 조성의 결과일 수 있다.
하나 이상의 결함(130)은 또한 압연 유입 재료(130c)를 포함할 수 있다. 압연 유입 재료(130c)는 예를 들어 압연 유입 산화물 및/또는 압연 유입 오일과 같은 열간 압연기 픽업을 포함할 수 있다. 압연 유입 재료(130c)는 압연 공정 동안 압연된 표면 근처 미세구조(110)에 혼입된 포획 산화물 및 윤활제, 그리고 선택적으로 다른 압연 유입 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연 윤활제는 알루미늄 합금 제품의 압연 동안 압연된 표면 근처 미세구조(110)에 혼입될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(110)에서 포획된 비정질 탄소 및/또는 탄화 알루미늄은 압연 유입 윤활제를 나타내거나 이에 해당할 수 있다. 압연 유입 산화물은 예를 들어 산화 알루미늄 또는 산화 마그네슘과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 압연된 제품의 표면 또는 근처의 금속 원소가 가공 동안 산화된 다음 압연된 제품으로 혼입될 때 생성될 수 있다.
경계(115) 근처의 공극(130b) 및/또는 압연 유입 재료(130c)의 존재는 균열 전파를 유도할 수 있다. 공극(130b) 및 압연 유입 재료(130c)와 같은 경계(115)의 약한 지점은 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 균열 전파 경로를 제공할 수 있다. 결함 사이의 이러한 경로가 우선적인 균열 전파 경로일 수 있으므로, 임의의 응력 조건이 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이에 내부 균열(130a)의 생성을 유도할 수 있다. 응력 노출은 벌크(120)로부터 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 부분적 또는 완전한 전단을 야기할 수 있다. 추가적으로, 임의의 내부 균열(130a)은 추가의 균열을 유발할 수 있다. 따라서, 결함(130)의 존재는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 그리고 가능하게는 벌크(120) 내로의 결함 생성의 해로운 연쇄 반응을 생성할 가능성이 있다.
구체예에서, 벌크(120)는 주로 알루미늄 및 합금 원소(140)을 포함할 수 있는, 본원에서 "제1 조성물"로도 지칭되는 조성물을 가질 수 있다. 예시적인 합금 원소(140)는 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및/또는 망간을 포함할 수 있고 특정 합금에 의존하거나 이를 정의할 수 있다. 도 1A에 도시되는 바와 같이, 합금 원소(140)는 벌크(120) 내에 공간적으로 균질하게(예를 들어, 동일하게) 분포될 수 있다. 도 1A에 나타난 합금 원소(140)의 균질 분포는 합금 원소(140)의 배열이 발생함을 의미하거나 요구하는 것이 아닐 수 있다. 오히려, 도 1A에서 벌크(120)에 도시된 합금 원소(140)의 분포는 벌크(120)에서 합금 원소(140)의 균질 분포의 그림 표면을 의미한다. 합금 원소(140)의 균질 분포는 임의의 주어진 부피의 제1 조성물의 특정 백분율이 동일하거나 실질적으로 동일한 양의 합금 원소(140)를 함유할 수 있음을 의미할 수 있다.
다양한 구체예에서, 결함(130) 중 하나는 합금 원소(140)의 불균질 분포를 포함할 수 있다. 합금 원소(140)의 고밀도 집단(130e)은 주조 및/또는 압연 공정 동안 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 발생하거나 생성될 수 있다. 합금 원소(140) 중 일부는 서로 상이한 확산 계수를 나타내어, 상이한 합금 원소에 대한 상이한 확산 속도를 야기할 수 있다. 즉, 합금 원소(140)의 일부는 또 다른 합금 원소(140)와 상이한 속도로 확산될 수 있다. 따라서, 압연된 제품의 주조 및/또는 압연 동안, 특정 합금 원소는 벌크(120) 내에 존재하는 다른 원소보다 빠른 속도로 벌크(120)로부터 표면에 또는 압연된 표면 근처 미세구조(110)로 확산될 수 있다. 특정 합금 원소(140)의 더 빠른 확산 속도는 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이에 합금 원소(140)의 불균등한 분포를 생성하여, 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에 특정 합금 원소(140)의 고밀도 집단(130e)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 아연의 고밀도 집단(130e)은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 발생할 수 있는데, 아연이 가공 조건하에 다른 합금 원소보다 더 높은 확산 속도를 가질 수 있어, 아연이 표면에 우선적으로 농축되도록 할 수 있기 때문이다. 다시, 도 1A에 나타난 고밀도 집단(130e)은 단지 그림 표현이며, 일부 경우에 합금 원소(140)의 클러스터가 존재할 수 있지만 합금 원소(140)의 고밀도 집단을 도시된 바와 같은 합금 원소의 클러스터로 제한하지 않음이 이해될 것이다. 오히려, 압연된 표면 근처 미세구조(110)에서 고밀도 집단(130e)의 존재는 압연된 표면 근처 미세구조(110)에서 합금 원소의 농도가 벌크(120)와 전체적으로 상이할 (예를 들어, 더 높을) 수 있음을 나타낼 수 있다.
합금 원소(140)의 불균질 분포뿐만 아니라 다른 결함(130)은 알루미늄 합금 제품(100)의 화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 결함(130)의 존재는 불완전한 커버리지 또는 드문드문한 전처리 적용을 야기할 수 있다. 결함(130)은 또한 결함(130) 및 합금 원소(140)의 불균질 분포가 에칭 공정에 대한 일관되지 않은 매체를 야기할 수 있기 때문에 에칭 전처리를 간섭할 수 있다.
고밀도 집단(130e)은 또한 또는 대안적으로 알루미늄 합금 제품(100)의 부식 민감성을 증가시킬 수 있다. 표면에서 또는 그 근처에서, 합금 원소(140)의 확산 속도는 낮은 활성화 에너지뿐만 아니라 다른 결함(130)의 존재로 인해 1배 또는 2배 증가할 수 있다. 따라서, 고밀도 집단(130e)은 부식을 개시할 가능성이 있는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 반응성 포켓 또는 영역을 전파할 수 있다. 특정 알루미늄 합금 시리즈는 합금 원소(140)의 고밀도 집단(130e)으로 인해 부식 민감성에 더 예민할 수 있다. 예를 들어, 7xxx 시리즈 알루미늄 더 높은 합금 원소(140) 조성으로 인해 고밀도 집단(130e)의 생성에 더 예민할 수 있다. 다른 알루미늄 합금 시리즈는 3-4% 합금 원소를 포함할 수 있는 반면, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어 10% 이상의 합금 원소를 포함할 수 있다.
도 1B는 알루미늄 합금 제품(105)의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 알루미늄 합금 제품(105)은 알루미늄 합금 제품(100)과 유사하거나 동일할 수 있다. 나타나는 바와 같이, 알루미늄 합금 제품(105)은 벌크(120)와 동일할 수 있는 벌크(125) 및 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 동일할 수 있는 표면 근처 미세구조(112)를 포함할 수 있다. 도 1B에 나타난 표면 근처 미세구조(112)가 100 nm 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있는 한편, 표면 근처 미세구조(112)는 알루미늄 합금 제품(105)의 다른 섹션에서 500 nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 표면 근처 미세구조(112)는 하나 이상의 결함(135)을 가질 수 있다. 나타나는 바와 같은 하나 이상의 결함(135)은 예를 들어 공극 또는 압연 유입 재료를 포함할 수 있다.
증가된 부식 민감도는 결합 동안 및/또는 결합 내구성 테스트 동안의 미흡한 성능에 기여할 수 있다. 결합 내구성 테스트는 합금 제품의 표면(예를 들어, 표면 근처) 미세구조에 의해 및/또는 이로써 생성된 결합의 강도를 평가한다. 테스트 동안, 예컨대 에폭시 접착제에 의해 두 알루미늄 합금 제품 사이에 결합이 생성된다. 이후, 결합된 알루미늄 합금 제품은 변형 및/또는 다른 조건을 거친다. 예를 들어, 결합된 합금 제품은 염 용액에 침지되고, 습한 조건 또는 건조 조건을 거칠 수 있다. 하나 이상의 조건에서 일련의 사이클 후에, 알루미늄 합금 사이의 결합은 화학적 및 기계적 파손에 대해 평가된다. 알루미늄 합금 제품의 결합 내구성 성능은 제품의 압연된 표면 근처 미세구조의 반응성 및 부식 민감성을 나타낼 수 있다.
도 2A는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 합금 원소(140)의 다양한 원소 분포의 예시적인 플롯을 제공한다. 도 2A에 나타난 그래프(200A)는 압연된 제품의 깊이에 걸친 합금 원소(140)의 예시적인 원소 분포, 구체적으로 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 원소 분포 변화를 도시하기 위한 예시적인 목적으로만 제공된다. 도 2A에서, 압연된 제품으로의 0 nm 내지 200 nm의 범위는 압연된 표면 근처 미세구조(110)에 해당할 수 있는 한편 600 nm 내지 2400 nm 이상의 범위는 압연된 제품의 벌크(120)에 해당할 수 있다.
그래프(200A)는 압연된 제품으로의 길이에 해당하는 x-축을 포함한다. x-축 기점인 0 nm는 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 구체적으로, 0 nm는 표면 또는 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 시작에 해당할 수 있다. 압연된 제품으로의 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 깊이는 압연된 제품의 두께로의 깊이에 해당할 수 있다. 구체예에서, 깊이는 전체 두께에 해당할 수 있는 한편, 다른 구체예에서, 깊이는 두께의 단지 일부에 해당할 수 있다.
그래프(200A)는 압연된 제품으로의 주어진 깊이에서 압연된 제품 중의 알루미늄의 강도(예를 들어, 존재하는 원소량) 및 합금 원소(140)의 강도(예를 들어, 존재하는 원소량)에 해당하는 복수의 y-축을 또한 포함한다. 도 2A에 나타나는 바와 같이, 좌측 y-축은 압연된 제품에 존재하는 알루미늄의 강도에 해당하고 우측 y-축은 압연된 제품에 존재하는 하나 이상의 합금 원소(들)(140)의 강도에 해당한다. 구체예에서, 그래프(200A)에 나타난 합금 원소(140)는 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철, 및/또는 망간을 포함할 수 있다.
그래프(200A)상의 알루미늄 분포 라인(210A)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸친 예시적인 알루미늄 원소 프로파일을 나타낸다. 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 그러나, 일부 구체예에서 깊이는 압연된 조성물 및/또는 제1 조성물의 일부가 차지하는 공간에만 해당할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 그래프(200A)에 나타난 압연된 제품의 깊이는 2400 nm(즉, 2.4 μm)일 수 있다. 다양한 구체예에서, 깊이는 2400 nm 초과일 수 있다. 다른 구체예에서, 깊이는 2400 nm 미만일 수 있다. 예를 들어, 깊이는 2000 nm, 1200 nm, 또는 800 nm일 수 있다. 깊이는 도시되는 압연된 제품의 섹션(예를 들어, 압연된 조성물, 압연된 조성물의 두께 등)에 의존할 수 있다.
그래프(200A)에 도시되는 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 표면에서 또는 그 근처에서 도 2A에서 알루미늄 농도(210A)는 최소일 수 있다. 처음 600 nm 동안, 알루미늄 농도가 증가하여 500 nm 내지 600 nm 주위에서 정상 상태에 도달할 수 있다. 이러한 증가하는 알루미늄 분포는 압연된 제품의 표면 근처의 하나 이상의 결함(130)의 존재를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 결함이 증가함에 따라, 존재하는 알루미늄의 현저성이 감소할 수 있다. 깊이가 벌크(120)에 도달함에 따라, 알루미늄의 농도는 알루미늄 분포 라인(210)의 평탄화에 의해 나타나는 벌크 농도에 도달할 수 있다.
도 2A에서 합금 원소 분포 라인(220A)는 압연된 제품 내의 합금 원소(140)의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 고농도의 합금 원소(140)가 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 합금 원소(140)의 현저성은 표면 근처에서 가장 높을 수 있고 이후 일정하거나 거의 일정한 농도에 도달하기 전에 압연된 제품으로의 약 600 nm의 깊이까지 꾸준히 감소한다. 압연된 제품으로의 0 nm 내지 600 nm의 범위는 도 2A에서 압연된 표면 근처 미세구조(110)에 해당할 수 있다. 따라서, 예시적인 구체예에서, 합금 원소(140)의 고 집단은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에 존재할 수 있고 이후 압연된 제품의 벌크(120) 내의 더 낮은 집단으로 꾸준히 감소할 수 있다. 합금 원소 분포 라인(220A)의 평탄부에 의해 나타나는 합금 원소(140)의 일정한 농도는 위에서 논의된 바와 같이 벌크(120) 내의 합금 원소(140)의 균질 분포에 해당할 수 있다. 역으로, 처음 600 nm에 대한 합금 원소 분포 라인(220A)의 감소하는 기울기는 위에서 논의된 바와 같이 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 합금 원소(140)의 불균질 분포에 해당할 수 있다. 구체예에서, 알루미늄 분포 라인(210A) 및 합금 원소 분포 라인(220A)가 400 nm 또는 600 nm 부근에서 안정되기 시작하는 알루미늄 및 합금 원소에 대한 변곡점은 경계(115)에 해당할 수 있다. 이러한 변곡점은 압연된 표면 근처 조성물로부터 제1 조성물로의 전이를 나타낼 수 있다. 구체예에서, 약 600 nm의 깊이에서 압연된 표면 근처 미세구조(110)가 종료될 수 있고 벌크(120)가 시작될 수 있다. 다양한 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(110)는 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 400 nm, 약 500 nm, 약 600 nm, 약 800 nm, 약 1000 nm, 약 1200 nm, 약 1400 nm, 약 1600 nm, 약 1800 nm, 또는 1800 nm 초과의 깊이에서 벌크(120)로 전이될 수 있다.
도 2B는 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 합금 원소(140)의 다양한 원소 분포의 예시적인 플롯을 제공한다. 도 2B에 나타난 그래프(200B)는 압연된 제품의 깊이에 걸친 합금 원소(140)의 예시적인 원소 분포, 구체적으로 도 2A에 예시된 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 도 2B에 나타난 미세 입자화 표면 하부 구조 사이의 원소 분포 변화를 도시하기 위한 예시적인 목적으로만 제공된다. 도 2B에서, 압연된 제품으로의 0 nm 내지 600 nm의 범위는 미세 입자화 표면 하부 구조에 해당할 수 있는 한편 600 nm 내지 2400 nm의 범위는 압연된 제품의 벌크(120)에 해당할 수 있다. 도 5-8에 대해 더 상세히 논의되는 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조는 기계적으로 변경된 압연된 표면 근처 미세구조(110)를 갖는 압연된 제품에 해당할 수 있다.
그래프(200B)는 압연된 제품으로의 깊이에 해당하는 x-축을 포함한다. x-축 기점인 0 nm는 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 구체적으로, 0 nm는 표면 또는 미세 입자화 표면 하부 구조의 시작에 해당할 수 있다. 압연된 제품으로의 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 깊이는 압연된 제품의 두께로의 깊이에 해당할 수 있다. 구체예에서, 깊이는 전체 두께에 해당할 수 있는 한편, 다른 구체예에서, 깊이는 두께의 단지 일부에 해당할 수 있다.
그래프(200B)는 압연된 제품으로의 주어진 깊이에서 압연된 제품 중의 알루미늄의 강도(예를 들어, 존재하는 원소량) 및 합금 원소(140)의 강도(예를 들어, 존재하는 원소량)에 해당하는 복수의 y-축을 또한 포함한다. 도 2B에 나타나는 바와 같이, 좌측 y-축은 압연된 제품에 존재하는 알루미늄의 강도에 해당하고 우측 y-축은 압연된 제품에 존재하는 하나 이상의 합금 원소(들)(140)의 강도에 해당한다. 구체예에서, 그래프(200B)에 나타난 합금 원소(140)는 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철, 및/또는 망간을 포함할 수 있다.
그래프(200B)상의 알루미늄 분포 라인(210B)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸친 예시적인 알루미늄 원소 프로파일을 나타낸다. 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 그러나, 일부 구체예에서 깊이는 제2 조성물 및/또는 제1 조성물의 일부가 차지하는 공간에만 해당할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 그래프(200B)에 나타난 압연된 제품의 깊이는 2400 nm일 수 있다. 구체예에서, 깊이는 2400 nm 미만일 수 있다. 깊이는 도시되는 압연된 제품의 섹션(예를 들어, 제2 조성물, 제2 조성물의 두께 등)에 의존할 수 있다.
그래프(200B)에 도시되는 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조의 표면에서 또는 그 근처에서 도 2B에서 알루미늄 농도(210B)는 깊이 전체에 걸친 알루미늄 농도와 실질적으로 동일할 수 있다. 비록, 처음 600 nm 동안, 알루미늄 농도가 증가하여 600 내지 1200 nm 부근에서 정상 상태에 도달할 수 있지만, 그래프(200B)에 나타나는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸친 알루미늄 농도는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 알루미늄 분포 증가는 압연된 제품의 표면 근처의 하나 이상의 결함(130)의 존재를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 결함이 증가함에 따라, 존재하는 알루미늄의 현저성이 감소할 수 있다. 역으로, 증가된 알루미늄의 현저성은 하나 이상의 결함(130)의 결여 또는 감소를 나타낼 수 있다. 따라서, 미세 입자화 표면 하부 구조의 표면과 벌크(120) 내 사이의 알루미늄의 일정한 분포는 하나 이상의 결함(130)의 더 낮은 현저성 또는 존재를 나타낼 수 있다.
도 2B에서 합금 원소 분포 라인(220B)는 압연된 제품 내의 합금 원소(140)의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 합금 원소(140)의 밀도는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 즉, 미세 입자화 표면 하부 구조의 표면의 또는 그 근처의 합금 원소(140)의 현저성은 벌크(120)에서 또는 그 내에서 합금 원소(140)의 현저성과 유사하거나 동일할 수 있다.
도 2C는 압연된 제품의 깊이로의 구리의 다양한 분포의 예시적인 데이터 플롯을 제공한다. 구체적으로, 도 2C에 나타난 그래프(200C)는 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 제품과 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 압연된 제품 사이의 구리 분포의 예시적인 비교를 도시한다. 미세 입자화 표면 하부 구조 라인(230C)는 압연된 제품 내의 구리의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 고밀도의 구리가 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 구리의 현저성은 표면 근처에서 가장 높을 수 있고 이후 압연된 제품으로의 약 300 nm의 깊이까지 감소할 수 있으며, 여기서 이는 일정하거나 거의 일정한 농도에 도달하기 전에 꾸준히 증가한다. 압연된 제품으로의 0 nm 내지 300 nm의 범위는 미세 입자화 표면 하부 구조에 해당할 수 있다. 따라서, 예시적인 구체예에서, 구리의 고밀도 집단은 미세 입자화 표면 하부 구조 내에 존재할 수 있고 이후 압연된 제품의 벌크(예를 들어, 벌크(120)) 내의 더 낮은 밀도 집단으로 꾸준히 감소할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조 라인(235C)는 압연된 표면 근처 미세구조, 예컨대 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 구리의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 저밀도의 구리가 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 압연된 제품 내의 구리의 존재는 일정하거나 거의 일정한 농도에 도달하기 전에 약 1200 nm(1.2 μm)까지 꾸준히 증가할 수 있다. 압연된 제품으로의 0 내지 1200 nm의 범위는 압연된 표면 근처 미세구조에 해당할 수 있다. 따라서, 예시적인 구체예에서, 구리의 저밀도 집단이 압연된 표면 근처 미세구조 내에 존재할 수 있고 이후 압연된 제품의 벌크(예를 들어, 벌크(120)) 내의 더 높은 밀도 집단으로 꾸준히 증가할 수 있다.
도 2D는 압연된 제품의 깊이로의 아연의 다양한 분포의 예시적인 데이터 플롯을 제공한다. 구체적으로, 도 2D는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 제품과 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 압연된 제품 사이의 아연 분포의 예시적인 비교를 나타내는 그래프(200D)를 제공한다. 미세 입자화 표면 하부 라인(230D)는 압연된 제품 내의 아연의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 그래프(200D)에 나타나는 바와 같이, 고밀도의 아연이 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 아연의 현저성은 표면 근처에서 가장 높을 수 있고 이후 압연된 제품으로의 약 300 nm의 깊이까지 감소할 수 있으며, 여기서 이는 일정하거나 거의 일정한 농도에 도달하기 전에 꾸준히 증가한다. 압연된 제품으로의 0 nm 내지 300 nm의 범위는 미세 입자화 표면 하부 구조에 해당할 수 있다. 따라서, 예시적인 구체예에서, 아연의 고밀도 집단은 미세 입자화 표면 하부 구조 내에 존재할 수 있고 이후 압연된 제품의 벌크(예를 들어, 벌크(120)) 내의 더 낮은 밀도 집단으로 꾸준히 감소할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조 라인(235D)는 압연된 표면 근처 미세구조, 예컨대 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 아연의 예시적인 원소 프로파일을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 저밀도의 아연이 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 압연된 제품 내의 아연의 존재는 일정하거나 거의 일정한 농도에 도달하기 전에 약 1500 nm(1.5 μm)까지 꾸준히 증가할 수 있다. 압연된 제품으로의 0 내지 1500 nm의 범위는 압연된 표면 근처 미세구조에 해당할 수 있다. 따라서, 예시적인 구체예에서, 아연의 저밀도 집단이 압연된 표면 근처 미세구조 내에 존재할 수 있고 이후 압연된 제품의 벌크(예를 들어, 벌크(120)) 내의 더 높은 밀도 집단으로 꾸준히 증가할 수 있다.
도 3A는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 결함의 분포를 보여주는 플롯을 제공한다. 그래프(200A 및 200B)와 유사하게, 그래프(300A)는 결함 압연된 제품의 깊이에 걸친 결함의 예시적인 분포 프로파일을 도시하기 위한 예시적인 목적으로 제공된다.
그래프(300A)는 압연된 제품으로의 길이에 해당하는 x-축을 포함한다. 그래프(300A)의 x-축은 압연된 제품으로의 깊이에 해당하는 그래프(200A 및 200B)의 x-축과 동일할 수 있다. 구체예에서, 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 다양한 구체예에서, x-축 기점인 0 nm는 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 압연된 제품의 표면은 또한 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 표면일 수 있다.
그래프(300A)는 또한 복수의 y-축을 포함한다. 복수의 y-축은 알루미늄의 강도 및 결함의 강도에 해당할 수 있다. 알루미늄 및 결함 모두의 강도는 주어진 압연된 제품의 깊이에 존재하는 알루미늄 및 결함 각각의 집단 밀도 또는 농도에 해당할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 분포 라인(310A)에 의해 그래프(300A)에 도시된 바와 같이, 더 낮은 농도의 알루미늄이 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 그러나, 알루미늄의 농도는 증가하여 압연된 제품으로의 600 nm의 깊이 근처에서 정상 농도에 도달할 수 있다. 이러한 알루미늄의 증가하는 농도는 표면 근처의 하나 이상의 결함(130)의 존재를 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 압연된 제품의 표면 근처의 더 낮은 농도의 알루미늄은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 하나 이상의 결함(130)을 나타낼 수 있다.
결함 분포 라인(320A)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 결함의 집단 밀도 또는 농도에 해당할 수 있다. 결함은 하나 이상의 결함(130)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 결함은 압연 유입 재료(130c), 공극(130b), 및/또는 내부 균열(130a)에 해당할 수 있다.
결함 분포 라인(320A)에 의해 도시되는 바와 같이, 더 높은 농도의 하나 이상의 결함(130)이 압연된 제품의 표면 근처에 존재할 수 있다. 표면 근처의 더 높은 농도의 결함(들)은 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 결함(들)의 존재에 해당할 수 있다. 결함(들)의 농도는 압연된 제품의 깊이로 더욱 감소할 수 있다. 예를 들어 압연된 제품으로의 600 nm의 깊이 부근의 지점에서, 결함 농도는 더 낮은 정상 농도에 도달할 수 있다. 구체예에서, 결함(들)의 농도가 정상 농도에 도달하는 지점은 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 경계(115)에 해당할 수 있다.
예시적인 구체예에서, 결함은 압연 유입 재료(130c)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 결함은 압연 유입 압연 윤활제에 해당할 수 있다. 이러한 예시적인 구체예에서, 결함 분포 라인(320A)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸친 탄소 농도를 나타내거나 이에 해당할 수 있다. 압연된 제품의 처음 600 nm 내의 고농도의 탄소는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 포획된 압연 윤활제를 나타낼 수 있다. 압연된 제품의 가공 동안, 압연 윤활제 및 다른 가공 재료가 압연된 표면 근처 미세구조(110)에 혼입될 수 있다. 따라서, 압연된 제품의 표면 근처에서, 예컨대 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서, 더 높은 농도의 압연 유입 재료(130c)가 존재할 수 있다. 그러나, 깊이가 벌크(120)를 향해 지속됨에 따라, 압연 유입 재료(130c)의 농도는 농도가 일부 결함에 대해 영일 수 있는 제1 조성물의 더 낮은 정상 농도에 도달할 때까지 감소할 수 있다.
도 3B는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 결함의 분포를 보여주는 플롯을 제공한다. 그래프(300A)와 유사하게, 그래프(300B)는 압연된 제품의 깊이에 걸친 결함의 예시적인 분포 프로파일을 도시하기 위한, 구체적으로 도 3A에 도시된 압연된 표면 근처 미세구조(110) 및 도 3B에 도시된 미세 입자화 표면 하부 구조 사이의 결함 분포 간의 대조를 도시하기 위한 예시적인 목적으로 제공된다.
그래프(300B)는 압연된 제품으로의 길이에 해당하는 x-축을 포함한다. 그래프(300B)의 x-축은 압연된 제품으로의 깊이에 해당하는 그래프(300A)의 x-축과 동일할 수 있다. 구체예에서, 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 구체예에서, 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 다양한 구체예에서, x-축 기점인 0 nm는 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 압연된 제품의 표면은 또한 미세 입자화 표면 하부 구조의 표면일 수 있다.
그래프(300B)는 또한 복수의 y-축을 포함한다. 복수의 y-축은 알루미늄의 강도 및 결함의 강도에 해당할 수 있다. 알루미늄 및 결함 모두의 강도는 주어진 압연된 제품의 깊이에 존재하는 알루미늄 및 결함 각각의 집단 밀도 또는 농도에 해당할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 분포 라인(310B)에 의해 그래프(300B)에 도시된 바와 같이, 압연된 제품의 표면 근처에 존재하는 알루미늄의 농도는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 존재하는 알루미늄의 농도와 동일하거나 유사할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 압연된 제품의 표면으로부터 벌크(120)를 향한 알루미늄의 농도 증가는 표면 근처의 하나 이상의 결함(130)의 존재를 나타낼 수 있다. 따라서, 압연된 제품의 표면과 벌크(120) 사이의 알루미늄의 정상 농도는 표면 근처의 하나 이상의 결함(130)의 부족을 나타낼 수 있다.
결함 분포 라인(320B)(도 3B에서 실선)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 결함의 집단 밀도 또는 농도에 해당할 수 있다. 결함은 하나 이상의 결함(130)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 결함은 압연 유입 재료(130c), 공극(130b), 내부 균열(130a) 등에 해당할 수 있다. 결함 분포 라인(320B)에 의해 도시되는 바와 같이, 표면 근처의 결함의 농도는 표면 근처의 농도 및 압연된 제품의 벌크(120) 또는 압연된 제품으로의 깊이를 향한 농도 사이에서 일정하게 유지될 수 있다. 결함의 농도는 미세 입자화 표면 하부 구조와 압연된 제품의 깊이 사이에서 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 압연된 제품의 표면 근처의 결함의 농도는 압연된 제품으로의 600 nm의 깊이 부근의 결함의 농도와 동일하거나 유사, 압연된 제품으로의 1200 nm의 깊이 부근의 결함의 농도와 동일하거나 유사, 압연된 제품으로의 1800 nm의 깊이 부근의 결함의 농도와 동일하거나 유사, 또는 압연된 제품으로의 2400 nm의 깊이 부근의 결함의 농도와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 4A는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 입자 크기 분포의 플롯을 제공한다. 위에서 논의된 그래프(200A) 및 그래프(300A)와 유사하게, 그래프(400A)는 깊이의 함수로서 상대적 입자 크기의 예시적인 분포를 도시하기 위해 예시적인 목적으로 제공된다.
그래프(400A)는 압연된 제품으로의 길이에 해당하는 x-축을 포함한다. x-축은 그래프(200A, 200B, 300A, 및 300B)의 x-축과 동일할 수 있다. x-축은 0 nm의 기점으로부터 시작하여 압연된 제품의 깊이에 해당할 수 있다. 0 nm의 기점은 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 기점은 또한 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 표면에 해당할 수 있다. x-축은 2400 nm의 깊이까지 연장될 수 있다. 그래프(200A)에서 깊이에 대한 논의와 유사하게, 깊이는 압연된 조성물이 차지하는 공간에 해당할 수 있다. 다양한 구체예에서, 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 예를 들어, 그래프(400A)에 도시된 바와 같이, 2400 nm의 깊이는 벌크(120)로의 깊이에 해당할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 깊이는 2400 nm 초과일 수 있거나 2400 nm 미만일 수 있다.
그래프(400A)는 또한 y-축을 포함한다. y-축은 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 예시적인 알루미늄 합금 제품(100)의 입자 크기에 해당한다. 입자 크기는 압연된 제품이 생성될 때 알루미늄 합금의 기본 성분의 결정화 크기에 해당할 수 있다. 입자 크기 분포 라인(410A)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 입자 크기에 해당한다. 그래프(400A)에 도시되는 바와 같이, 압연된 제품의 표면 근처의 입자 크기는 더욱 벌크(120)로 향한 입자 크기보다 더 클 수 있다. 입자 크기는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 표면 근처에서 가장 클 수 있고, 이후 입자 크기가 일저한 작은 입자 크기에 도달할 때까지 벌크(120)를 향해 감소할 수 있다. 구체예에서, 입자 크기는 약 600 nm 부근에서 일정한 크기에 도달할 수 있다. 입자 크기가 일정한 크기에 도달하는 지점은 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 경계(115)에 해당할 수 있다. 일부 경우에, 벌크(120) 내의 입자 크기는 5 μm 내지 50 μm 범위로 더 클 수 있다. 다양한 구체예에서, 입자 크기는 특정 깊이에서, 예컨대 벌크(120) 내에서 초미세일 수 있다. 예를 들어, 입자 크기는 벌크(120)에서 10 nm 내지 5 μm일 수 있다. 일부 구체예에서, 초미세 입자를 갖는 산화물 층 아래의 미세 입자 층이 형성될 수 있다. 다른 구체예에서, 입자 크기는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에서 작지만 벌크(120)를 향해 더 커질 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에 존재하는 하나 이상의 결함(130)은 또한 알루미늄 합금 제품(100)의 화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 합금 원소(140)의 고밀도 집단(130e)은 알루미늄 합금 제품(100)의 부식 민감성을 증가시킬 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 고밀도 집단(130e)은 부분적으로 알루미늄 합금 제품(100)의 부식 성향을 증가시킬 수 있는데, 고밀도 집단(130e)을 구성하는 합금 원소(140)가 인접한 원소 또는 화합물보다 빠르게 확산될 수 있거나, 합금 원소(140)가 인접한 원소 또는 화합물보다 더욱 반응성일 수 있기 때문이다. 결국, 고밀도 집단(130e)은 유리한 부식 전파 조건을 유발할 수 있는 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 반응성 포켓을 생성할 수 있다.
도 4B는 알루미늄 합금 제품(100)의 깊이에 걸친 입자 크기 분포의 플롯을 제공한다. 위에서 논의된 그래프(200A, 200B, 300A, 300B 및 400A)와 유사하게, 그래프(400B)는 미세 입자화 표면 하부 구조에 대한 깊이의 함수로서 상대적 입자 크기의 예시적인 분포를 도시하기 위한 예시적인 목적으로 제공된다.
그래프(400B)는 압연된 제품으로의 길이에 해당하는 x-축을 포함한다. x-축은 그래프(400A)의 x-축과 동일할 수 있다. x-축은 0 nm의 기점으로부터 시작하여 압연된 제품의 깊이에 해당할 수 있다. 0 nm의 기점은 압연된 제품의 표면에 해당할 수 있다. 기점은 또한 미세 입자화 표면 하부 구조의 표면에 해당할 수 있다. x-축은 2400 nm의 깊이까지 연장될 수 있다. 그래프(200B 및 300B)에서 깊이와 유사하게, 깊이는 제2 조성물이 차지하는 공간에 해당할 수 있다. 다양한 구체예에서, 깊이는 압연된 제품의 두께에 해당할 수 있다. 예를 들어, 그래프(400B)에 도시된 바와 같이, 2400 nm의 깊이는 벌크(120)로의 깊이에 해당할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 깊이는 2400 nm 초과일 수 있거나 2400 nm 미만일 수 있다.
그래프(400B)는 또한 y-축을 포함한다. 그래프(400A)와 유사하게, y-축은 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 알루미늄 합금 제품(100)의 입자 크기에 해당할 수 있다. 입자 크기는 압연된 제품이 생성될 때 알루미늄 합금의 기본 성분의 결정화 크기에 해당할 수 있다. 입자 크기 분포 라인(410B)는 압연된 제품의 깊이 전체에 걸쳐 입자 크기에 해당한다. 그래프(400B)에 도시되는 바와 같이, 압연된 제품의 표면 근처의 입자 크기는 더욱 벌크(120)로 향한 입자 크기와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 구체예에서, 입자 크기는 미세 입자화 표면 하부 구조 및 벌크(120) 전체에 걸쳐 미세한 입자 크기일 수 있다. 일부 경우에, 입자 크기는 깊이 전체에 걸쳐 초미세일 수 있다. 예를 들어, 입자 크기는 압연된 제품의 표면에서 그리고 벌크(120) 전체에 걸쳐 10 nm 내지 5 μm일 수 있다. 다른 구체예에서, 입자 크기는 미세 입자화 표면 하부 구조 및 벌크(120) 전체에 걸쳐 더 큰, 예컨대 압연된 표면 근처 미세구조(110)의 입자 크기보다 더 큰 입자 크기일 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(110) 내의 위에서 논의된 하나 이상의 결함(130) 및 상이한 입자 크기는 알루미늄 합금 제품(100)의 기계적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(110) 내에 압연 유입 재료(130c) 또는 다른 결함의 존재는 압연된 표면 근처 미세구조(110)가 벌크(120)와 상이한 연성을 갖도록 할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(110)와 벌크(120) 사이의 상이한 연성은, 압연된 표면 근처 미세구조(110)가 벌크(120)보다 덜 변형될 수 있기 때문에, 기계적 파손을 야기할 수 있다.
구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조를 수정하여 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 표면 영역은 500 nm 미만의 두께를 갖는 압연된 표면 근처 미세구조이거나 이를 포함한다. 예를 들어, 제1 표면 영역에서 압연된 표면 근처 미세구조는 400 nm 내지 500 nm, 300 nm 내지 400 nm, 200 nm 내지 300 nm, 100 nm 내지 200 nm, 50 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 50 nm, 또는 1 nm 내지 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 일부 경우에, 제1 표면 영역에는 미량의 압연된 표면 근처 미세구조만이 존재하도록 압연된 표면 근처 미세구조가 실질적으로 없을 수 있다.
제2 표면 영역에는 표면 근처 미세구조가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 제2 표면 영역은 산화물 층을 포함할 수 있다. 산화물 층은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 산화물 층은 1 nm 내지 15 nm, 1 nm 내지 10 nm, 1 nm 내지 5 nm, 또는 1 nm 내지 2 nm 범위일 수 있다. 일부 경우에, 제2 표면 영역에는 산화물 층이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 산화물 층과 벌크 사이에 존재할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 1 nm 내지 2 μm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 미세 입자화 표면 하부 구조는 1 nm 내지 1 μm, 10 nm 내지 800 nm, 50 nm 내지 800 nm, 100 nm 내지 800 nm, 100 nm 내지 500 nm 또는 100 nm 내지 400 nm의 두께를 가질 수 있다.
일부 구체예에서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역이 모두 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경 후에 존재할 수 있다. 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 50% 미만의 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 표면 영역의 면적 대 제2 표면 영역의 면적의 비율은 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하 또는 1% 이하일 수 있다. 일부 경우에, 제1 표면 영역은 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경 후 존재하지 않을 수 있다. 일부 구체예에서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속일 수 있다. 예를 들어, 제2 표면 영역은 제1 표면 영역 내에 "섬" 또는 포켓을 형성할 수 있다.
다양한 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경은 본원에서 미세 입자화 표면 하부 구조로도 지칭되는 수정된 표면 근처 미세구조의 새로운 층을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 제1 표면 영역을 생성할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조의 새로운 층은 압연된 표면 근처 미세구조로부터의 재료 및/또는 벌크로부터의 재료를 포함할 수 있고, 일부 경우에, 선택적으로 기계적 변경 공정 동안 제공된 재료를 포함할 수 있다. 도 5A, 5B 및 5C에 도시되는 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 기계적으로 변경하는 것은 미세 입자화 표면 하부 구조(512)를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 도 5A에서 시작하여, 알루미늄 합금 제품(500)은 압연된 표면 근처 미세구조(510) 및 벌크(520)를 포함하는 압연된 제품을 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(510)는 하나 이상의 결함(530)을 포함하는 압연된 조성물을 가질 수 있다. 하나 이상의 결함(530)은 본원에 논의된 바와 같이 하나 이상의 결함(130)과 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, 압연된 표면 근처 미세구조(510) 및 벌크(520)는 각각 압연된 표면 근처 미세구조(110) 및 벌크(120)와 동일하거나 상이할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(510)의 조성물은 하나 이상의 결함(530)을 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 결함(130)과 동일하거나 상이할 수 있다. 하나 이상의 결함(530)은 표면 균열(530d), 내부 균열(530a), 공극(530b), 압연 유입 재료(530c) 및/또는 합금 원소(540)의 고밀도 집단(530e)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 결함(530)은 합금 원소(540)의 불균질 분포 및 압연된 표면 근처 미세구조(510) 내의 입자 크기 및 구조의 불균질 분포를 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(510)와 대조적으로, 벌크(520)는 결함을 최소로 포함하거나 전혀 포함하지 않는 제1 조성물을 가질 수 있다. 제1 조성물은 도시된 바와 같이 합금 원소(540)의 균질 분포를 포함할 수 있고, 입자 크기 및 구조의 균질 분포를 포함할 수 있다. 비록 합금 원소(540)의 균질 분포가 도 5A, 5B 및 5C의 벌크(520)에서 배열로 나타나지만, 도시된 구성은 배열로서의 합금 원소(540)의 배치보다는 균질 분포를 도시하도록 의도됨이 이해될 것이다. 구체예에서, 합금 원소(540)는 벌크(520)의 배열에 있지 않을 수 있지만, 대신 자연스럽고 균질한 분포일 수 있다.
도 5B에서, 압연된 표면 근처 미세구조(510)는 예컨대 삭마에 의해 기계적으로 변경될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 삭마하는 것은 표면을 그릿(555)으로 물리적으로 삭마하는 것을 포함할 수 있다. 그릿(555)은 삭마 장치(550)에 의해 압연된 제품의 표면을 향해 추진될 수 있다. 도 7B와 관련하여 아래에 언급된 바와 같이, 삭마 장치(550)는 압연된 표면 근처 미세구조(510)에서 그릿(555)을 블라스팅하도록 구성될 수 있다. 삭마 장치(550)의 구성(예를 들어, 힘, 각도, 노출 기간)은 원하는 변경 깊이에 의존할 수 있다. 구체예에서, 삭마 장치(550)는 그릿(555)을 블라스팅하도록 구성된 샌드 블라스팅 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 그릿(555)은 모래, 유리 또는 다른 실리케이트 기반 그릿을 포함할 수 있다. 그릿(555)의 크기 및 조성은 알루미늄 합금 제품(500)의 적용 분야 및/또는 원하는 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 대한 기계적 변경 정도에 의존할 수 있다.
일부 구체예에서, 상단 층(512a)은 미세 입자화 표면 하부 구조(512)상에 생성될 수 있다. 상단 층(512a)은 선택적으로 산화물 층이거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 산화물 층은 에폭시 접착제와 같은 접착제와의 강한 결합을 허용할 수 있는 특정 두께, 조성 및 구조를 가질 수 있는 가공된 산화물 층일 수 있다.
일부 구체예에서, 상단 층(512a)은 규소 함유 층이거나 이를 포함할 수 있다. 규소 함유 층은 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 또는 내부의 표면상의 결합 부위의 일부를 수정할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(510)는 하나 이상의 결함(530), 예컨대 전이 균열, 공극 또는 틈새를 포함할 수 있다. 규소 함유 층을 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 침착시킴으로써, 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 압연된 조성물 내의 하나 이상의 결함(530)이 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 압연된 조성물보다 더 적은 결함(530)을 갖는 제2 조성물을 형성하도록 처리될 수 있다.
규소 함유 층을 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 침착시키기 위해, 규소 함유 그릿으로 구현된 그릿(555)과 같은 규소 함유 재료가 사용될 수 있다. 구체예에서, 규소 함유 층을 압연된 표면 근처 미세구조(510) 또는 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 일부에 침착시키는 것은 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 규소 함유 그릿으로 그릿 블라스팅하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 규소 함유 그릿은 규소 함유 재료로 코팅 또는 처리될 수 있고, 충돌 시 규소 함유 재료를 표면, 예컨대 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 표면에 전달하도록 구성될 수 있다. 즉, 그릿(555)이 압연된 표면 근처 미세구조(510)와 충돌할 때, 충격의 열적, 기계적 및 운동 에너지는 그릿(555)을 코팅하는 규소 함유 재료의 압연된 표면 근처 미세구조(510)로의 전달을 야기하거나 유발할 수 있다. 예를 들어, 그릿(555)이 표면에 충돌할 때, 국부적인 열과도가 발생하여, 규소 함유 재료를 표면에 침착시킬 수 있다. 각 그릿(555) 입자의 개별 충돌로부터 생성된 에너지는 규소 함유 재료가 표면에 존재하는 산화물 및 금속 모두와 접촉하고 결합하도록 알루미늄의 천연 산화물을 파괴시킬 수 있다. 알루미늄 합금 제품의 기계적 변경 공정 또는 처리 동안, 복합 비정질 규소 함유 막이 압연된 제품의 표면에 형성되어, 미세 입자화 표면 하부 구조(512) 내에, 그 위에 또는 그의 일부로서 규소 함유 층을 생성할 수 있다. 구체예에서, 규소 함유 재료는 양전하 또는 음전하를 갖도록 이온화될 수 있다. 이러한 구체예에서, 규소 함유 재료의 이온화된 상태는 규소 함유 재료가 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 대한 친화성을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 그릿(555)이 압연된 표면 근처 미세구조(510)와 충돌하면, 그릿(555)은 부분적으로 규소 함유 재료의 이온 전하로 인해 규소를 압연된 표면 근처 미세구조(510)로 전달할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 그릿(555)은 압연된 표면 근처 미세구조(510)로의 전달을 위해 규소 함유 재료를 함유하는 규소 함유 화합물로 처리 또는 코팅될 수 있다. 예를 들어, 그릿(555)은 산화 규소(예를 들어, SiO, SiO2, SiO3, SiO4와 같은 SiOx), 실란, 헥사메틸디실록산(HMDSO), 테트라메틸실란(TMS), 테트라에톡시실란(TEOS), 트리에톡시실란, N-sec-부틸(트리메틸실릴)아민, 1,3-디에틸-1,1,3,3,테트라메틸디실라잔, 메틸실란, 펜타메틸디실란, 테트라에틸실란, 테트라메틸디실란, 또는 임의의 다른 적합한 유기규소 화합물로 처리될 수 있다. 구체예에서, 규소 함유 그릿(555)은 또한 추가 물질, 예컨대 접착 촉진제, 부식 억제제, 심미적 도펀트, 커플링제, 항균제 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 그릿(555)은 SACO 그릿을 포함할 수 있다.
규소 함유 재료는 압연된 표면 근처 미세구조(510) 내의 결합 부위의 일부를 수정할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(510)는 쉽게 이용 가능하지 않거나 결합을 수용하지 않는 결합 부위를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 결함(530)이 결합 부위를 감소시키거나 방해할 수 있고 또는 결합 부위가 원하지 않는 재료로 채워질 수 있다. 결합 부위를 개선하기 위해, 규소 함유 재료는 결합 부위가 개방되고 결합이 가능해지도록 할 수 있다. 예를 들어, 규소 함유 재료는 결합 부위에서 결합을 개선하거나 촉진하도록 원하는 이온 전하를 부여할 수 있거나, 결합 부위의 전기화학적 또는 기계적 구조를 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 구체예에서, 그릿(555)의 충돌은 결합 부위를 개선할 수 있다. 예를 들어, 그릿(555)의 충격은 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 통합하거나 결합 부위의 일부를 차지하는 바람직하지 않은 재료를 제거할 수 있다.
도 5C는 위에서 논의된 규소 함유 그릿(555)에 의해 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 침착될 수 있는 상단 층(512a)을 도시한다. 상단 층(512a)은 미세 입자화 표면 하부 구조(512)의 생성 동안 압연된 표면 근처 미세구조(510)의 표면상에 발달할 수 있다. 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(510)상에 상단 층(512a)의 침착 또는 생성은 동시에 발생할 수 있거나 규소 함유 그릿의 경우 규소 함유 재료의 표면으로의 전달 동안과 같이 미세 입자화 표면 하부 구조(512)이 생성과 관련될 수 있다. 예를 들어, 규소 함유 재료 내의 규소는 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 변화 또는 수정시켜 미세 입자화 표면 하부 구조(512)를 형성할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(510)에 대한 변경 또는 수정은 위에서 논의된 바와 같이 압연된 표면 근처 미세구조(510)를 통합하여 하나 이상의 결함(530)을 처리하고 및/또는 결합 부위를 수정하는 것을 포함할 수 있다. 구체예에서, 상단 층(512a)은 미세 입자화 표면 하부 구조(512)의 제2 조성물과 상이한 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물은 하나 이상의 합금 원소(540)의 균질 분포와 함께 주로 알루미늄 합금을 포함하는 제1 조성물에 가까울 수 있다. 대조적으로, 상단 층(512a)은 표면에서 또는 그 근처에서 산화물 및/또는 알루미늄에 부착되는 실란, 실리케이트, 규소 산화물, 및 다른 규소 기반 재료를 포함하여 규소 함유 그릿을 사용하는 경우와 같이, 주로 규소를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 상단 층(512a)은 미세 입자화 표면 하부 구조(512)의 제2 조성물과 유사한 조성물을 가질 수 있고 선택적으로 산화물 층을 포함할 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조를 갖거나 생성하기 위해 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 알루미늄 합금 제품의 전반적인 기계적 및 화학적 성능 개선에 유용하다. 부분적으로, 알루미늄 합금 제품의 개선된 기계적 및 화학적 성능은 하나 이상의 결함의 제거 또는 변경으로 인한 것일 수 있다. 도 6A, 6B 및 6C는 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 기계적으로 변경하여 일부 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조(612)를 생성하는 것의 개략도를 제공한다.
도 6A는 알루미늄 합금 제품(600)의 개략도를 제공한다. 알루미늄 합금 제품(600)은 알루미늄 합금 제품(100 또는 500)과 동일하거나 상이할 수 있다. 알루미늄 합금 제품(600)은 벌크(620) 및 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 포함하는 압연된 제품을 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(610) 및 벌크(620)는 각각 압연된 표면 각각 근처 미세구조(110 또는 510) 및 벌크(120 또는 520)와 동일하거나 상이할 수 있다. 경계(615)는 압연된 표면 근처 미세구조(610)와 벌크(620) 사이에 선택적으로 존재할 수 있다. 구체예에서, 경계(615)는 경계(115 또는 515)와 동일하거나 상이할 수 있다.
도 6A에 나타나는 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 하나 이상의 결함(630)을 갖는 압연된 조성물을 가질 수 있다. 하나 이상의 결함(630)은 하나 이상의 결함(130 또는 530)과 동일하거나 상이할 수 있다. 구체예에서, 하나 이상의 결함(630)은 내부 균열(630a), 표면 균열(630d), 공극(630b), 압연 유입 재료(630c) 및/또는 합금 원소(640)의 고밀도 집단(630e)을 포함할 수 있다. 내부 균열(630a)은 압연된 표면 근처 미세구조(610) 내에 생성된 균열에 해당할 수 있고 표면 균열(630d)는 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 표면에 생성된 균열에 해당할 수 있다. 구체예에서, 압연 유입 재료(630c)는 압연 공정 동안 압연된 표면 근처 미세구조(610)에 혼입된 압연 유입 윤활제 또는 산화물에 해당할 수 있다.
알루미늄 합금 제품(100 및 500)과 관련하여 언급된 바와 같이, 합금 원소(640)의 고밀도 집단(630e)은 압연된 표면 근처 미세구조(610) 내에 존재할 수 있다. 벌크(620) 내에서, 합금 원소(640)는 균질하게 분포될 수 있고, 이는 임의의 주어진 부피의 벌크(620)에서 동일하거나 일반적으로 동일한 농도의 합금 원소(640)가 존재할 수 있음을 의미한다. 도 6A에서, 벌크(620) 내의 합금 원소(640)의 균질 분포는 합금 원소(640)의 배열로 나타날 수 있다. 다양한 구체예에서, 합금 원소(640)는 이러한 배열에 존재하지 않을 수 있고 대신 합금 원소(640)의 천연 합금화 경향에 따라 벌크(620) 전체에 걸쳐 무작위로 분포될 수 있다.
대조적으로, 합금 원소(640)는 압연된 표면 근처 미세구조(610) 내에 균질하게 분포되지 않을 수 있다. 도 6A에 도시되는 바와 같이, 합금 원소(640)는 압연된 표면 근처 미세구조(610) 내에 불균질하게 분포될 수 있고, 합금 원소(640)의 저밀도 집단의 포켓 및 합금 원소(640)의 고밀도 집단(630e)의 포켓을 생성한다.
압연된 표면 근처 미세구조(610)의 압연된 조성물을 더욱 바람직한 조성물로 변경하기 위해, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 알루미늄 합금 제품(600)의 가공 동안 기계적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 알루미늄 합금 제품(600)이 임의의 전처리 공정을 거치기 전에 임의의 단계에서 기계적으로 변경될 수 있다. 다양한 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 열간 압연 공정이 수행된 후 또는 냉간 압연 공정이 수행된 후 기계적으로 변경될 수 있다. 다른 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 알루미늄 합금 제품(600)의 최종 측정 공정 동안 기계적으로 변경될 수 있다.
알루미늄 합금 제품(600)은 본원에 개시된 하나 이상의 방법에 따라 처리될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품 처리 방법은 벌크 및 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 압연된 제품을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 압연된 표면 근처 미세구조는 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 조성물을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 결함은 압연 유입 산화물, 압연 유입 오일, 전이 균열, 공극, 틈새, 블균일 결합 부위, 또는 합금 원소 불균질성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 방법은 또한 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하여 압연된 조성물과 상이한 제2 조성물을 갖는 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 압연된 표면 근처 미세구조는 벌크로의 깊이까지 공간을 차지할 수 있다. 다른 구체예에서, 제2 조성물은 압연된 조성물보다 더 적은 결함 그러나 벌크의 제1 조성물보다 더 많은 결함을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물이 벌크의 제1 조성물과 실질적으로 동일할 수 있거나 제2 조성물에 하나 이상의 결함이 실질적으로 없을 수 있다. 추가적으로, 제2 조성물은 입자 구조 균질성 및 합금 원소 분포 균질성을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 특정 구체예에 따르면, 알루미늄 합금 제품, 예컨대 알루미늄 합금 제품(600)을 처리하는 방법은 압연된 표면 근처 미세구조의 연삭, 압연된 표면 근처 미세구조의 레이저 삭마, 압연된 표면 근처 미세구조의 샌드 블라스팅 및/또는 압연된 표면 근처 미세구조의 연마를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조를 물리적으로 삭마하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조를 물리적으로 삭마하는 것은 그릿-블라스팅 압연된 표면 근처 미세구조를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조를 제어된 깊이로 압축하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조를 압축하는 것은 표면 근처 미세구조를 제어된 깊이까지 샷 피닝(shot peening)하는 것을 포함할 수 있다. 제2 조성물을 기계적으로 변경하는 것은 또한 균질 초미세 입자를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 방법은 압연된 표면 근처 미세구조가 제1 변경 공정을 거친 다음 압연된 표면 근처 미세구조가 제2 변경 공정을 거치는 것을 또한 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조가 제3 변경 공정을 거치는 것을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제1 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있고, 제2 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제2 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있고, 제3 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 제3 그릿에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 그릿은 제2 그릿보다 더 거칠고 제2 그릿은 제3 그릿보다 더 거칠다.
본원에 개시된 바와 같은 알루미늄 합금 제품을 처리하는 방법은 압연된 제품의 최종 측정 동안 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 열간 압연 공정 후 및/또는 냉간 압연 공정 전에 발생할 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 제품 전처리 전에 일어날 수 있다. 방법은 압연된 제품 전처리를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 압연된 제품 에칭에 의해 압연된 제품을 전처리하는 것을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 방법을 통해 기계적 변경을 거친 압연된 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 압연된 제품은 열간 압연된 제품 또는 냉간 압연된 제품일 수 있다.
본원에 개시된 방법 및 기술에 따른 알루미늄 합금 제품은 벌크 및 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 압연된 제품을 포함할 수 있고, 여기서 압연된 제품은 초기에, 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하여 압연된 조성물과 상이한 제2 조성물을 갖는 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하도록 수정된 하나 이상의 결함을 포함하는 압연된 조성물을 갖는 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는다. 하나 이상의 결함은 압연 유입 산화물, 공극, 전이 균열, 틈새, 불균일 결합 부위, 또는 합금 원소 불균질성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조는 벌크로의 깊이까지 공간을 차지할 수 있다. 다양한 구체예에서, 제2 조성물은 압연된 조성물보다 더 적은 결함 그러나 제1 조성물보다 더 많은 결함을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물이 벌크의 제1 조성물과 실질적으로 동일할 수 있거나 제2 조성물에 하나 이상의 결함이 실질적으로 없을 수 있다. 제2 조성물은 입자 구조 균질성 및 합금 원소 분포 균질성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물은 균질 초미세 입자를 포함할 수 있다.
다양한 구체예에서, 압연된 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 및 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압연된 제품은 열간 압연된 제품 또는 냉간 압연된 제품일 수 있다. 특정 경우에, 알루미늄 합금 제품은 본원에 개시된 임의의 방법에 따라 제조될 수 있다.
도 6B에 도시되는 바와 같이, 알루미늄 합금 제품(600)의 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 다양한 변경 공정 및 장비를 사용하여 기계적으로 변경될 수 있다. 다양한 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 연삭, 물리적 삭마, 레이저 삭마, 압축, 샌드 블라스팅, 연마, 드라이 아이스 블라스팅 및/또는 전해연마를 포함할 수 있다. 현재 도 6B에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 연삭 요소(650)가 사용되어 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 기계적으로 변경할 수 있다. 연삭 요소(650)는 알루미늄 합금 제품(600)의 전체 너비를 연장할 수 있다. 구체예에서, 연삭 요소(650)는 알루미늄 합금 제품(600)의 너비의 일부만을 연장할 수 있다.
도 6B에 도시되는 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 조성물은 연삭 요소(650)에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 내부 균열(630a) 및 압연 유입 재료(630c) 및 공극(630b)의 일부를 제거하도록 변경될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 기계적 변경은 연삭 요소(650)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 연삭 요소(650)는 하나 이상의 연마 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연삭 요소(650)의 외부 둘레는 연마 표면을 포함할 수 있다. 예시적인 연마 표면은 실리케이트 기반 표면, 금속 표면, 다이아몬드 또는 경질 결정화된 표면, 석재 표면 또는 세라믹 표면을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선택된 연마 표면의 유형은 압연된 조성물, 특히 압연된 표면 근처 미세구조(610) 내에 존재하는 하나 이상의 결함(630)의 양 및 유형 및 알루미늄 합금 제품(600)의 적용 분야에 의존할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 결함(630)이 고밀도의 공극(630b)을 포함할 수 있기 때문에, 석재 또는 세라믹 표면이 연삭 요소(650)의 연마 표면에 대해 선택될 수 있다. 연마 표면으로서 석재 또는 세라믹을 사용함으로써, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 기계적 변경 동안 연삭됨과 함께 압축될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 압축하는 것은, 압축이 공극(630b) 제거의 최적 수단일 수 있기 때문에, 고밀도의 공극(630b)을 포함하는 압연된 표면 근처 미세구조에 바람직할 수 있다.
연마 표면은 압연된 표면 근처 미세구조(610)에 대해 회전 또는 연삭되어 재료를 제거할 수 있고 및/또는 압연된 조성물을 재분포시킬 수 있다. 다양한 구체예에서, 연마 표면은 알루미늄 합금 제품(600)의 표면에 평행한 표면 또는 평평한 표면에 있을 수 있다. 표면을 연삭하기 위해 회전시키는 대신, 연마 표면과 압연된 표면 근처 미세구조(610) 사이에 원하는 마찰을 달성하기 위해 연마 표면이 앞뒤로 흔들릴 수 있다. 표면의 연삭 동안 적용되는 마찰의 양은 변경될 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 양에 비례할 수 있다. 예를 들어, 표면에 적용되는 더 큰 마찰은 압연된 표면 근처 미세구조(610)에 대한 더 큰 변경 속도에 해당할 수 있다. 연삭 요소(650)상의 연마 표면의 다양한 상이한 그릿 크기가 표면을 연삭하기 위해 사용될 수 있고, 그릿 크기는 선택적으로 연삭 요소(650)에 의해 적용되는 연속적인 연삭에 따라 감소한다. 더욱 강력한 연삭 또는 마찰 효과를 달성하기 위해 더 큰 그릿 크기로 시작하는 것이 바람직할 수 있지만, 표면을 점점 더 적게 변경하고 원하는 미세 입자화 표면 하부 구조(612)를 생성하기 위해 후속 연삭에 더 작은 그릿 크기가 바람직할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(610)는 압연된 제품의 표면으로부터 벌크(620)로의 깊이까지의 공간을 차지할 수 있다. 예를 들어, 깊이는 500 nm보다 클 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 깊이는 500 nm 미만일 수 있다. 깊이는 200 nm 내지 400 nm, 300 nm 내지 500 nm, 400 nm 내지 600 nm, 200 nm 내지 600 nm, 500 nm 내지 700 nm, 500 nm 내지 800 nm, 또는 200 nm 내지 800 nm, 800 nm 내지 1 μm, 1 μm 내지 5 μm, 5 μm 내지 10 μm, 10 μm 내지 15 μm, 또는 15 μm 내지 20 μm 범위일 수 있다. 기계적 변경 동안, 깊이의 일부인 압연된 표면 근처 미세구조(610)가 변경될 수 있다. 구체예에서, 깊이의 일부는 기계적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 표면 근처 미세구조(610)의 깊이가 10 μm인 경우, 기계적으로 변경된 깊이의 일부는 압연된 표면 근처 미세구조(610)의 처음 5 μm일 수 있다. 기계적으로 변경된 깊이의 일부는 전체 깊이에 따라 50 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 200, 200 nm 내지 400 nm, 300 nm 내지 500 nm, 400 nm 내지 600 nm, 200 nm 내지 600 nm, 500 nm 내지 700 nm, 500 nm 내지 800 nm, 200 nm 내지 800 nm, 800 nm 내지 1 μm, 1 μm 내지 5 μm, 5 μm 내지 10 μm, 10 μm 내지 15 μm, 또는 15 μm 내지 20 μm 범위일 수 있다. 일부 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(610)에 해당하는 전체 깊이가 변경될 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조(612)는 위에 기재된 바와 같이 압연된 표면 근처 미세구조(610)를 기계적으로 변경함으로써 달성될 수 있다. 도 6C에 나타나는 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조의 제2 조성물에는 하나 이상의 결함(630)이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 하나 이상의 결함(630)이 실질적으로 없는 미세 입자화 표면 하부 구조는 미세 입자화 표면 하부 구조(612)가 미세 입자화 표면 하부 구조(612)에 하나 이상의 결함(630)이 없는 것과 동일하게 기능함을 의미할 수 있다. 즉, 하나 이상의 결함(630)이 실질적으로 없는 것은 일부 결함(630)이 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내에 존재할 수 있지만, 존재하는 결함(630)이 알루미늄 합금 제품(602)의 기계적 또는 화학적 성능에 현저하게 영향을 미치지 않음을 제공할 수 있다. 제2 조성물은 압연된 조성물과 상이할 수 있다. 다양한 구체예에서, 제2 조성물은 압연된 조성물 및 제1 조성물 사이에 있을 수 있다. 예시적인 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6C에 나타나는 바와 같이, 표면 근처 미세구조(612)의 제2 조성물은 합금 원소(640)의 재분포를 포함할 수 있다. 합금 원소(640)의 재분포는 합금 원소(640)의 고밀도 집단(630e)이 재분포되거나 변경되어 합금 원소(640)의 균질한 또는 상대적으로 더 균질한 분포를 달성함을 의미할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내의 합금 원소(640)의 재분포가 도 6C에 도시된 바와 같이 벌크(620) 내의 합금 원소(640) 분포와 유사할 수 있지만, 다양한 구체예에서, 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내의 합금 원소(640)의 재분포는 벌크(620) 내의 분포와 상이하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 구체예에서, 합금 원소(640)는 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내에서보다 벌크(620) 내에서 더 큰 농도로 발견될 수 있다. 그러나, 벌크(620) 또는 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내의 합금 원소(640)의 농도 또는 현저성과 관계없이, 합금 원소(640)의 분포는 두 가지 내에서 균질할 수 있다. 즉, 합금 원소(640)는 임의의 주어진 압연된 제품의 부피 내에서 고르게 분포될 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조(612)의 제2 조성물은 또한 균질 입자 구조를 포함할 수 있다. 입자 구조 균질성은 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 전체에 걸친 입자 크기가 예를 들어 벌크(620)의 표준 편차와 동일하거나 이내임을 제공할 수 있다. 다양한 구체예에서, 입자 구조 균질성은 벌크(620)의 입자 구조 균질성과 동일한 미세 입자화 표면 하부 구조(612)의 입자 구조 균질성에 해당할 수 있다. 예를 들어, 압연된 표면 근처 미세구조(610)가 기계적으로 변경되고 미세 입자화 표면 하부 구조가 생성된 후, 미세 입자화 표면 하부 구조(612)의 입자 구조는 제1 조성물 내의 초미세 입자 구조와 일치하는(또는 유사한) 초미세 입자 구조를 포함할 수 있다. 그러나 다른 구체예에서, 벌크(620)가 더 큰 균질 입자 구조를 포함하는 동안 초미세 입자 구조가 미세 입자화 표면 하부 구조(612) 내에 생성될 수 있다. 일부 경우에, 미세 입자화 표면 하부 구조(612)의 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함할 수 있다. 도 6C에 나타나지는 않지만, 미세 입자화 표면 하부 구조(612)는 그 위에 산화물 층과 같은 상단 층을 포함하거나 가질 수 있다.
도 7A, 7B 및 7C는 또 다른 구체예에 따른 미세 입자화 표면 하부 구조(712)를 달성하기 위해 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경하는 것의 개략도를 제공한다. 도 7A에서 시작하여, 알루미늄 합금 제품(700)은 벌크(720) 및 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 갖는 압연된 제품을 포함할 수 있다. 벌크(720)는 벌크(120), 벌크(520) 또는 벌크(620)와 동일하거나 상이할 수 있고, 압연된 표면 근처 미세구조(710)는 압연된 표면 근처 미세구조(110), 압연된 표면 근처 미세구조(510) 또는 압연된 표면 근처 미세구조(610)와 동일하거나 상이할 수 있다. 구체예에서, 알루미늄 합금 제품(700)은 알루미늄 합금 제품(100), 알루미늄 합금 제품(500) 또는 알루미늄 합금 제품(600)과 동일하거나 상이할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(700)는 하나 이상의 결함(730)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 결함(730)은 본원에 기재된 바와 같이 하나 이상의 결함(130, 530) 또는 하나 이상의 결함(630)과 동일하거나 상이할 수 있다. 구체예에서, 하나 이상의 결함(730)은 내부 균열(730a), 표면 균열(730d), 공극(730b), 압연 유입 재료(730c) 및/또는 합금 원소(740)의 고밀도 집단(730e)을 포함할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 압연된 표면 근처 미세구조(710) 내의 합금 원소(740)의 분포는 불균질하여, 고밀도 집단(730e)의 포켓 및 최소 합금 원소(740)의 포켓이 생성될 수 있다. 벌크(120), 벌크(520) 또는 벌크(620)에 대해 논의된 제1 조성물과 유사하게, 벌크(720)의 제1 조성물은 합금 원소(740)의 균질 분포를 제공할 수 있다. 벌크(720)의 제1 조성물과 압연된 표면 근처 미세구조(710)의 압연된 조성물 사이에 경계(715)가 선택적으로 존재할 수 있다. 경계(715)는 경계(115), 경계(515) 또는 경계(615)와 동일하거나 상이할 수 있다.
도 7B에서, 압연된 표면 근처 미세구조(710)는 기계적으로 변경될 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 삭마하는 것을 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 삭마하는 것은 압연된 표면 근처 미세구조의 물리적 삭마, 레이저 삭마 및/또는 압축을 포함할 수 있다. 물리적 삭마는 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 샌드 또는 그릿 블라스팅하는 것을 포함할 수 있다. 레이저 삭마는 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 레이저 빔 또는 다른 고강도 빔으로 조사하여 표면을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 압축하는 것은 표면을 샷 피닝하는 것을 포함할 수 있다. 샷 피닝은 표면에 샷로 충격을 가함으로써 소성 변형을 달성하여 압연된 표면 근처 미세구조(710)의 기계적 특성을 수정하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 샷은 둥근 금속, 유리, 실리케이트 또는 세라믹 입자를 포함할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경하는 것은 하나 이상의 삭마 장치(750)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 삭마 장치(750)는 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 삭마하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 물리적으로 삭마하는 것은 표면을 샌드 블라스팅하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 삭마 장치(750)는 그릿 블라스팅 장치일 수 있다. 삭마 장치(750)는 압연된 표면 근처 미세구조(710)에서 그릿(755)을 블라스팅하도록 구성될 수 있다. 삭마 장치(750)가 샌드 블라스팅 장치일 수 있는 구체예에서, 그릿(755)은 모래, 유리 또는 다른 실리케이트 기반 그릿을 포함할 수 있다. 그릿(755)의 크기 및 조성은 알루미늄 합금 제품(700)의 적용 분야 및/또는 압연된 표면 근처 미세구조(710)에 대한 기계적 변경의 원하는 정도에 의존할 수 있다. 일부 구체예에 대해 다양한 크기의 그릿이 있는 그릿 블라스팅을 사용하여, 예컨대 상이한 그릿 크기의 다중 연속 그릿 블라스팅 적용으로 표면이 삭마를 거치는 것이 바람직할 수 잇다. 예를 들어, 더욱 강력한 수정 효과를 달성하기 위해 더 큰 그릿 크기로 시작하는 것이 바람직할 수 있지만, 표면을 점점 더 적게 변경하고 원하는 미세 입자화 표면 하부 구조(712)를 생성하기 위해 후속 그릿 블라스팅에 대해 더 작은 그릿 크기가 바람직할 수 있다.
압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경하는 것이 표면을 샷 피닝하는 것을 포함하는 예시적인 구체예에서, 삭마 장치(750)는 피닝 장치를 포함할 수 있다. 예시적이 샷 피닝 방법은 물리적 샷 피닝, 초음파 피닝, 습식 피닝 및 레이저 피닝을 포함할 수 있다. 물리적 샷 피닝의 경우에, 삭마 장치(750)는 기계적 변경을 달성하기에 충분한 힘으로 압연된 표면 근처 미세구조(710)에서 샷를 추진하도록 구성된 피닝 장치를 포함할 수 있다. 구체예에서, 기계적 변경은 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 압축하여 압연된 제품의 최외곽 층 내에서 소성 변형을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 샷 피닝은 재료 제거가 덜 필요한 적용 분야에서 연마성 기계적 변경보다 선호될 수 있다. 샷 피닝은 압연된 표면 근처 미세구조(710)로부터 입자 및 재료를 제거하는 대신 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 압축하기 때문에, 샷 피닝은 특정 적용에서 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경하는 바람직한 수단일 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 위에 기재된 바와 같이 압연된 표면 근처 미세구조(710)를 기계적으로 변경함으로써 생성될 수 있다. 새롭게 생성된 미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 얇은 표면 층일 수 있다. 구체예에서, 미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 1 nm 내지 2 μm일 수 있다. 예를 들어, 미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 25 nm 내지 50 nm 두께, 50 nm 내지 100 nm 두께, 50 nm 내지 200 두께, 50 nm 내지 300 nm 두께, 50 nm 내지 400 nm 두께, 50 nm 내지 500 nm 두께, 50 nm 내지 100 nm 두께, 100 nm 내지 200 nm 두께, 100 nm 내지 400 nm 두께, 100 nm 내지 500 nm, 500 nm 내지 1 μm, 800 nm 내지 2 μm, 또는 1 μm 내지 2 μm 두께일 수 있다.
미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 하나 이상의 결함(730)이 없거나 실질적으로 없는 제2 조성물을 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 결함(730)이 실제적으로 없음은 미세 입자화 표면 하부 구조(712)가 제2 조성물에 하나 이상의 결함이 없는 것과 동일하게 기능함을 제공할 수 있다. 구체예에서, 미세 입자화 표면 하부 구조(712)에 하나 이상의 결함(730)이 실질적으로 없는 경우, 존재하는 임의의 결함(730)은 알루미늄 합금 제품(700)의 기계적 또는 화학적 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조(712)의 제2 조성물은 압연된 표면 근처 미세구조(710)의 압연된 조성물과 상이할 수 있다. 다양한 구체예에서, 제2 조성물은 압연된 조성물 및 벌크(720)의 제1 조성물 사이에 있을 수 있다. 예시적인 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
위에 논의된 미세 입자화 표면 하부 구조(512 및 612)와 유사하게, 미세 입자화 표면 하부 구조(712)의 제2 조성물은 합금 원소(740)의 균질 분포를 포함할 수 있다. 예시적인 합금 원소(740)는 아연, 망간, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 및/또는 철을 포함할 수 있다. 도 7C에 도시되는 바와 같이, 합금 원소(740)는 미세 입자화 표면 하부 구조(712) 내에 재분포되어 균질 분포를 달성할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조(712) 내의 합금 원소(740)의 재분포는 벌크(720) 내의 균질 분포와 유사할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 합금 원소(740)의 재분포는 벌크(720) 내의 균질 분포와 상이할 수 있다. 도 7C에 나타나는 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조(712) 내의 합금 원소(740)의 재분포는 균질 분포를 제공할 수 있지만, 분포는 벌크(720) 내의 균질 분포와 상이할 수 있다. 도 7C에 나타나지는 않지만, 미세 입자화 표면 하부 구조(712)는 그 위에 산화물 층과 같은 상단 층을 포함하거나 가질 수 있다.
예시적인 구체예에서, 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경은 다중 변경 공정을 포함할 수 있다. 다중 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조를 기계적으로 변경하는 우선적인 수단일 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조의 기계적 변경 동안, 교란된 층이 생성될 수 있다. 교란된 층은 기계적 변경 공정으로 인해 변형된 압연된 표면 근처 미세구조의 표면 근처에서 생성된 층일 수 있다. 교란된 층을 생성할 가능성을 최소화하기 위해, 다중 변경 공정이 사용될 수 있다. 도 8A, 8B, 8C, 8D 및 8E에 도시되는 바와 같이, 다중 변경 공정은 선택적으로 세 개의 변경 공정을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 두 가지의 변경 공정만이 사용되는 반면, 다른 구체예에서, 세 가지 이상의 변경 공정이 사용될 수 있다.
도 8A에 도시되는 바와 같이, 알루미늄 합금 제품(800)은 압연된 표면 근처 미세구조(810) 및 벌크(820)를 포함하는 압연된 제품을 포함할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(810) 및 벌크(820)는 위에 논의된 바와 같이 각각 압연된 표면 근처 미세구조(110, 510, 610, 또는 710) 및 벌크(120, 520, 620, 또는 720)와 동일하거나 상이할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(810)는 하나 이상의 결함(830a-e)(총괄적으로 결함(830))을 포함하는 압연된 조성물을 가질 수 있다. 하나 이상의 결함(830)은 하나 이상의 결함(130, 530, 630, 및 730)에 관하여 논의된 결함의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8A에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 결함(830)은 내부 균열(830a), 공극(830b), 압연 유입 재료(830c), 표면 균열(830d) 및/또는 합금 원소(840)의 고밀도 집단(830e)을 포함할 수 있다. 논의된 다른 구체예와 유사하게, 하나 이상의 결함(830)은 합금 원소(840)의 불균질 분포 및 입자 크기 및 구조의 불균질 분포를 포함할 수 있다. 하나 이상의 결함(830)은 벌크(820)의 제1 조성물 내에 존재하지 않을 수 있다.
원하는 제2 조성물을 획득하기 위해, 압연된 표면 근처 미세구조(810)가 기계적으로 변경될 수 있다. 도 8B에서 시작하여, 압연된 표면 근처 미세구조(810)는 제1 변경 공정을 거칠 수 있다. 제1 변경 공정은 제1 변경 수단에 의해 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 제1 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)의 연삭, 물리적 삭마, 레이저 삭마, 압축, 샌드 블라스팅, 연마, 드라이 아이스 블라스팅 및/또는 전해연마를 포함할 수 있다. 예시적인 목적을 위해, 도 8B, 8C 및 8D에 나타난 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 물리적으로 삭마하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 나타난 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 그릿 블라스팅하는 것을 포함할 수 있다.
도 8B에서 제1 변경 공정, 도 8C에서 제2 변경 공정 및 도 8C에서 제3 변경 공정인 각 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)에서 그릿(855)을 블라스팅하도록 구성된 변경 장치(850)를 포함할 수 있다. 세 가지 변경 공정 각각에서 사용된 그릿(855)은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 변경 공정 동안 사용되는 그릿(855a)은 제2 변경 공정 동안 사용되는 그릿(855b)보다 더 큰 그릿일 수 있고, 그릿(855b)은 제3 변경 공정 동안 사용되는 그릿(855c)보다 더 큰 그릿일 수 있다. 구체예에서, 그릿(855a)은 거친 320-그릿 모래일 수 있고, 그릿(855b)은 400-그릿 모래일 수 있고, 그릿(855c)은 고운 600-그릿 모래일 수 있다. 다양한 구체예에서, 기계적 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 연삭하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 제1 변경 공정은 320-그릿 연삭 표면을 사용할 수 있고, 제2 변경 공정은 400-그릿 연삭 표면을 사용할 수 있고, 제3 변경 공정은 600-그릿 연삭 표면을 사용할 수 있다.
상이한 그릿(855a, 855b 및 855c)을 사용함으로써, 압연된 표면 근처 미세구조(810)는 원하는 제2 조성물을 달성하도록 기계적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 더 거친 그릿(855a)은 표면 균열(830d) 및 공극(830b)을 변경하기 위해 먼저 사용될 수 있다. 그러나, 더 거친 그릿(855a)은 거칠고 바람직하지 않는 특징부를 갖는 교란된 층을 생성할 수 있다. 교란된 층의 일부로서, 합금 원소(840)의 고밀도 집단(830e)은 압연된 표면 근처 미세구조(810) 내의 고르지 않은 입자 구조와 함께 존재할 수 있다. 압연된 표면 근처 미세구조(810)에서 매끄럽고 균일한 입자 구조를 달성하기 위해, 그릿(855b) 및 이후 미세 그릿(855c)이 더 거친 그릿(855a)의 후속으로 사용될 수 있다. 그릿(855b 및 855c)은 교란된 층을 변경하고 매끄럽고 결함이 없는 미세 입자화 표면 하부 구조(812)를 생성할 수 있나. 위에서 언급한 바와 같이, 미세 입자화 표면 하부 구조(812)에는 하나 이상의 결함(830)이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 도 8E에 나타나지는 않지만, 미세 입자화 표면 하부 구조(812)는 그 위에 산화물 층과 같은 상단 층을 포함하거나 가질 수 있다.
다양한 구체예에서, 여러 상이한 유형의 기계적 변경이 각 변경 공정에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 샷 피닝하는 것을 포함할 수 있다. 제2 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 연마 압연기로 연삭하는 것을 포함할 수 있다. 제3 변경 공정은 압연된 표면 근처 미세구조(810)를 미세 그릿(855)으로 샌드 블라스팅하는 것을 포함할 수 있다. 본원에 논의된 기계적 변경의 임의의 조합이 사용되어 미세 입자화 표면 하부 구조(812)를 생성할 수 있다.
예시적인 구체예에서, 각 변경 공정은 선택적으로 10-파운드 하중력의 그릿(855)을 사용할 수 있다. 각 변경 공정은 선택적으로 2 분 동안 지속될 수 있다. 다양한 구체예에서, 각 변경 공정은 2 분 초과 또는 2 분 미만 동안 지속될 수 있다. 다양한 구체예에서, 각 변경 공정은 10-파운드 초과 또는 10-파운드 미만의 하중을 사용할 수 있다. 각 변경 공정 동안 적용되는 길이 및 하중은 원하는 미세 입자화 표면 하부 구조(812)에 의존할 수 있다.
도 8E에서, 미세 입자화 표면 하부 구조(812)가 생성될 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조(812)는 압연된 조성물과 상이한 제2 조성물을 가질 수 있다. 구체예에서, 제2 조성물은 압연된 조성물과 제1 조성물 사이에 있을 수 있다. 예시적인 구체예에서, 제2 조성물은 제1 조성물과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 도 8E에 나타나는 바와 같이, 제2 조성물은 합금 원소(840)의 균질 분포를 포함할 수 있다. 미세 입자화 표면 하부 구조(812)의 합금 원소(840) 분포가 벌크(820) 내의 분포와 상이할 수 있지만, 두 분포는 모두 균질할 수 있다. 유사하게, 미세 입자화 표면 하부 구조(812)에서 입자 크기 분포가 벌크(820) 내의 입자 크기 분포와 상이할 수 있지만, 두 입자 크기 분포 모두 균질할 수 있다.
기계적 변경 후, 생성된 제품은 임의의 적합한 수단에 의해 가공될 수 있다. 선택적으로, 가공 단계는 예를 들어 시트를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 가공 단계는 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 및 선택적인 사전 시효 단계를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 기계적으로 변경된 제품은 가공되고 시트, 플레이트와 같은 제품 또는 다른 적합한 제품으로 제조될 수 있다.
개시된 금속 제품의 사용 방법
본원에 기재된 금속 제품은 자동차 응용 분야 및 항공 및 철도 적용 분야를 포함하는 기타 운송 수단 적용 분야, 또는 임의의 다른 원하는 적용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 금속 제품은 자동차 구조 부품, 예컨대 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 내부 후드, 외부 후드, 또는 트렁크 리드 패널을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 본원에 기재된 금속 제품 및 방법은 또한 항공기 또는 철도 차량 응용 분야에서, 예를 들어, 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본원에 기재된 금속 제품 및 방법은 또한 전자 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 금속 제품 및 방법은 휴대전화 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 장치용 하우징을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 금속 제품은 휴대 전화(예를 들어, 스마트폰)의 외부 케이싱, 태블릿 바닥 섀시, 및 기타 휴대용 전자장치를 위한 하우징 제조에 사용될 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 1xxx 알루미늄 합금은 AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435, AA1145, AA1345, AA1445, AA1150, AA1350, AA1350A, AA1450, AA1370, AA1275, AA1185, AA1285, AA1385, AA1188, AA1190, AA1290, AA1193, AA1198, 또는 AA1199를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 2xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, 또는 AA2199를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005, AA3005A, AA3105, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3015, AA3016, AA3017, AA3019, AA3020, AA3021, AA3025, AA3026, AA3030, AA3130, 또는 AA3065를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 4xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA4017, AA4018, AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA4047, AA4047A, 또는 AA4147을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 5xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 또는 AA5088을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 또는 AA6092를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 7xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7204, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, 또는 AA7099를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 제품, 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 8xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA8005, AA8006, AA8007, AA8008, AA8010, AA8011, AA8011A, AA8111, AA8211, AA8112, AA8014, AA8015, AA8016, AA8017, AA8018, AA8019, AA8021, AA8021A, AA8021B, AA8022, AA8023, AA8024, AA8025, AA8026, AA8030, AA8130, AA8040, AA8050, AA8150, AA8076, AA8076A, AA8176, AA8077, AA8177, AA8079, AA8090, AA8091, 또는 AA8093을 포함할 수 있다.
본원에서 논의된 실시예는 본 발명의 임의의 제한을 구성하지 않는 동시에 본 발명의 양태를 추가로 예시하는 역할을 할 것이다. 반대로, 본원의 설명을 읽은 후, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에게 제안될 수 있는 다양한 구체예, 수정 및 균등물에 의지할 수 있음이 명백하게 이해되어야 한다. 본원에 기재된 실시예 및 구체예는 또한 달리 명시되지 않는 한 통상적인 절차를 사용할 수 있다. 절차의 일부가 예시의 목적을 위해 본원에 설명된다.
실시예 1
다음 표 1은 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하기 위해 기계적으로 변경된 다양한 알루미늄 합금 제품의 개선된 결합 내구성 성능을 보여주는 예시적인 결과를 제공한다. 압연된 표면 근처 미세구조를 유지하고 기계적 변경을 겪지 않은 알루미늄 합금 제품에 대한 결합 내구성 결과가 비교를 위해 표 1에 제공된다.
표 1의 결과에 대해, 샘플 1은 물리적 마멸을 사용하여 기계적으로 변경된 7075 알루미늄 합금 제품을 포함한다. 샘플 1은 연마 표면을 사용하여 기계적으로 변경되어 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성한다. 유사하게, 샘플 2는 유사한 연마 표면을 사용하여 기계적으로 변경된 또 다른 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 예컨대 S702를 포함한다. 샘플 3 및 4는 7075 알루미늄 합금 제품을 포함한다. 샘플 5, 6, 및 7은 추가 7xxx 알루미늄 합금 제품을 포함한다. 샘플 3, 4, 5, 6 및 7은 모두 밀 마감(mill finish)되었다. 샘플 3-7 중 어느 것도 기계적으로 변경되지 않고, 대신 압연된 표면 근처 미세구조를 유지한다.
모든 샘플은 결합 내구성 테스트를 거친다. 이 테스트 동안, 각 샘플은 여섯의 결합 부위를 통해 함께 결합된, 동일한 조건을 사용하여 제조되고 처리되는 두 개의 알루미늄 합금 제품으로 만들어진다. 다음으로, 각 샘플은 다양한 테스트 조건을 거친다. 예를 들어, 테스트 조건은 염 용액에 침지, 습한 조건에 노출, 건조 조건에 노출, 또는 응력 또는 변형을 유도하는 힘의 적용 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 각 샘플은 이러한 테스트 조건의 여러 사이클을 거친다. 샘플이 거치는 사이클의 수는 기계적 파손에 도달하는 사이클의 수 또는 이 특정 테스트에서 사용되는 사이클의 최대 수인 60 사이클이다. 기계적 파손은 결합 파손, 금속 제품의 파괴 또는 접착제의 파괴를 포함한다.
표 1에 의해 명백한 바와 같이, 샘플 1 및 2는 변경되지 않은 샘플 3, 4, 5, 6, 및 7보다 실질적으로 더 나은 성능이었다. 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 샘플 1 및 2는 여섯 개의 결합이 모두 온전하게 결합 내구성 테스트의 60 사이클을 지속했다. 대조적으로, 압연된 표면 근처 미세구조를 포함하는 다섯 개의 밀 마감된 샘플은 모두 10 사이클 이내에 모든 결합에 대한 기계적 파손을 경험했다.
| 샘플 ID | 결합 1 | 결합 2 | 결합 3 | 결합 4 | 결합 5 | 결합 6 |
| 샘플 1 | 60 사이클(온전한 결합) | 60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
| 샘플 2 | 60 사이클(온전한 결합) | 60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
60 사이클 (온전한 결합) |
| 샘플 3 | 10 사이클 (결합 파손) | 10 사이클 (결합 파손) | 8 사이클(접착제 파괴) | 10 사이클 (접착제 파괴) |
9 사이클 (접착제 파괴) |
7 사이클 (접착제 파괴) |
| 샘플 4 | 9 사이클(접착제 파괴) | 10 사이클 (결합 파손) | 10 사이클 (결합 파손) | 5 사이클 (접착제 파괴) |
10 사이클 (접착제 파괴) |
8 사이클 (접착제 파괴) |
| 샘플 5 | n/a | 2 사이클(금속 파괴) | 5 사이클 (금속 파괴) |
5 사이클 (결합 파손) | 3 사이클 (금속 파괴) |
4 사이클 (금속 파괴) |
| 샘플 6 | n/a | 3 사이클(금속 파괴) | 6 사이클 (금속 파괴) |
6 사이클 (결합 파손) | 5 사이클 (금속 파괴) |
4 사이클 (금속 파괴) |
| 샘플 7 | 3 사이클(금속 파괴) | 4 사이클 (금속 파괴) |
4 사이클 (결합 파손) | 4 사이클 (결합 파손) | 2 사이클 (금속 파괴) |
3 사이클 (금속 파괴) |
실시예 2
도 9는 본원에 제공된 기술 및 방법에 따라 수정된 알루미늄 합금 제품 샘플에 대한 원소 분포의 예시적인 이미지를 제공한다. 도 9에 제공된 이미지는 에너지 분산 X-선 분광법(EDX)을 사용하여 촬영되었다. 이미지 910은 알루미늄 합금 제품 샘플의 단면도를 제공한다. 나타나는 바와 같이, 알루미늄 합금 제품은 벌크(820)와 유사하거나 동일할 수 있는 벌크(912)를 포함한다. 알루미늄 합금 제품은 또한 산화물 층(916)을 포함한다. 침착된 층(914)은 절단 및 이미징 과정 동안 표면을 보존하기 위해 산화물 층(916)을 덮는다. 산화물 층(916)의 존재는 이미지 930에서 강조된다. 나타나는 바와 같이, 산소의 더 높은 밀도 집단이 벌크(912)의 표면 근처에 존재하며, 이는 산화물 층(916)을 나타낸다. 이러한 알루미늄 합금 제품 샘플의 단면도에서, 미세 입자화 표면 하부 구조가 존재하지 않는다. 미세 입자화 표면 하부 구조는 나타나지 않은 알루미늄 합금 제품 샘플의 다른 표면 영역에 존재할 수 있다.
이미지 920, 940, 및 950은 알루미늄 합금 제품 샘플의 단면을 통한 다양한 원소의 분포를 보여주었다. 이미지 920은 알루미늄 합금 제품 샘플을 통한 알루미늄의 분포를 제공한다. 나타나는 바와 같이, 알루미늄 밀도는 벌크(912) 전체에 걸쳐 가장 높고 벌크(912)의 단면 깊이 전체에 걸쳐 실질적으로 균질하다. 이미지 940은 알루미늄 합금 제품 샘플을 통한 아연의 분포를 제공한다. 나타나는 바와 같이, 아연의 집단은 알루미늄 합금 제품 샘플의 알루미늄의 다른 영역에서보다 벌크(912) 내에서 더 높다. 이미지 950은 알루미늄 합금 제품 샘플을 통한 크롬의 분포를 제공한다. 나타나는 바와 같이, 크롬 존재는 벌크(912)에 존재하는 더 높은 밀도 집단으로 함께 벌크(912)에서 더 높다.
실시예 3
도 10A 및 10B는 본원의 기술에 따라 수정된 알루미늄 합금 제품 샘플의 예시적인 이미지를 제공한다. 도 10A는 알루미늄 합금 제품의 단면을 나타내는 이미지 1000A를 제공한다. 도 10B는 알루미늄 합금 제품의 또 다른 단면을 나타내는 이미지 1000B를 제공한다. 이미지 1000A 및 1000B는 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역의 차이를 도시하기 위해 동일한 샘플로부터 그러나 다른 영역에서 촬영했다. 나타나는 바와 같이, 이미지 1000A에서 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역은 미세 입자화 표면 하부 구조(1010)를 포함한다. 도 10A에 나타난 미세 입자화 표면 하부 구조(1010)는 가장 두꺼운 것이 약 500 nm의 두께를 갖는다. 도시되지 않은 다른 영역에서, 미세 입자화 표면 하부 구조(1010)는 실질적으로 500 nm 미만, 예컨대 150 nm, 100 nm 또는 50 nm인 두께를 가질 수 있다.
일부 면적에서, 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역에는 미세 입자화 표면 하부 구조(1010)가 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 하나의 이러한 영역이 도 10 B에 나타난다. 이미지 1000B는 미세 입자화 표면 하부 구조(1010)가 없는 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역을 나타낸다. 나타나는 바와 같이, 산화물 막(1020)(즉, 산화물 층(1020))은 이미지 1000B에서 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역에 존재한다. 산화물 막(1020)은 약 4 nm의 두께를 갖는다. 이미지 1000A 및 이미지 1000B가 모두 SEM을 사용하여 촬영되었다. SEM의 성질로 인해, 이미지 1000B에서 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면은 이미징 동안 산화물 막(1020)의 열화를 방지하기 위해 스퍼터링된 금 막으로 덮였다.
실시예 4
도 11은 다양한 알루미늄 합금 제품 샘플의 표면 영역의 예시적인 이미지를 제공한다. 이미지 1110은 압연된 표면 근처 미세구조를 갖는 제1 알루미늄 합금 재료에 해당한다. 이미지 1120은 미세 입자화 표면 하부 구조를 갖는 제2 알루미늄 합금 재료에 해당한다. 이미지 1110 및 1120은 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역의 비율을 보여주었다. 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율을 분석하기 위해, 두 알루미늄 합금 재료 모두의 샘플을 색도 색상 매핑 기술을 사용하여 색상 매핑했다. 더 많은 흡광은 황색조에 해당하고 더 적은 흡광은 청색조에 해당한다. 흑백 이미지로 볼 때, 황색조는 더 밝게 나타날 수 있고 청색조는 더 어둡게 나타날 수 있다. 표면 근처 미세구조를 포함하는 제1 표면 영역은 더 강한 흡광을 나타내므로 황색으로 나타난다. 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하는 제2 표면 영역은 더 낮은 흡광을 나타내고 따라스 청색으로 나타난다.
각 샘플에 대한 황색 대 청색 표면 영역의 면적 백분율을 평가하여 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율을 결정한다. 이미지 1110은 샘플(1112) 및 샘플(1114)에 대한 색상 매핑을 포함한다. 샘플(1112 및 1114)은 밀 마감된 제1 알루미늄 합금 재료의 샘플이다. 나타나는 바와 같이, 샘플(1112)의 표면적은 47%의 제1 표면 영역 및 53%의 제2 표면 영역을 포함한다. 나타나는 바와 같이, 샘플(1114)의 표면적은 54.3%의 제1 표면 영역 및 45.7%의 제2 표면 영역을 포함한다. 제1 표면 영역의 증가된 표면 백분율은 결함을 포함하는 표면 근처 미세구조의 현저성을 나타낸다. 이는 제1 알루미늄 합금 재료의 더 낮은 결합 내구성에 해당할 수 있다.
이미지 1120은 샘플(1122) 및 샘플(1124)에 대한 색상 매핑을 포함한다. 샘플(1122 및 1124)은 본원의 기술 및 방법에 따라 기계적으로 변경된 제2 알루미늄 합금 재료의 샘플이다. 나타나는 바와 같이, 샘플(1122)의 표면적은 32.3%의 제1 표면 영역 및 67.7%의 제2 표면 영역을 포함한다. 나타나는 바와 같이, 샘플(1124)의 표면적은 22.4%의 제1 표면 영역 및 77.6%의 제2 표면 영역을 포함한다. 샘플(1122 및 1124)의 경우 제1 표면 영역의 표면 백분율은 샘플(1112 및 1114)에 비해 감소했고, 이는 하나 이상의 결함을 포함하는 표면 근처 미세구조의 감소를 나타낸다. 이는 제2 알루미늄 합금 재료의 더 높은 결합 내구성에 해당할 수 있다.
예시
아래에서 사용되는 바와 같이, 일련의 예시에 대한 임의의 언급은 이러한 예 각각에 대한 분리적인 언급으로 이해되어야 한다 (예를 들어, "예시 1-4"는 "예시 1, 2, 3, 또는 4"로 이해되어야 한다).
예시 1은 다음을 포함하는 알루미늄 합금 제품이다: 벌크, 여기서 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 벌크 입자 구조를 포함하고, 알루미늄 합금은 알루미늄; 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함함; 500 nm 미만의 두께의 표면 근처 미세구조(NSM)를 포함하는 제1 표면 영역; NSM이 없는 제2 표면 영역, 여기서 제2 표면 영역은 산화물 층; 및 산화물 층과 벌크 사이에 존재하는 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하고, 여기서 미세 입자화 표면 하부 구조는: 1 nm 내지 2 μm의 두께를 갖고; 하나 이상의 조성적 결함이 없거나 실질적으로 없고, 여기서 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함하고; 벌크 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함하고, 여기서 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함한다.
예시 2는 산화물 층이 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 3은 산화물 층이 10 nm의 평균 두께 및 5 nm의 표준 편차를 갖는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 4는 산화물 층에 하나 이상의 결함이 없거나 실질적으로 없는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 5는 NSM이 하나 이상의 조성적 결함을 포함하고, 하나 이상의 조성적 결함이 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 6은 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율이 50% 미만인 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 7은 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속인 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 8은 미세 입자화 표면 하부 구조는 10 nm 내지 2 μm의 평균 직경을 갖는 석출물을 추가로 포함하고, 석출물은 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 9는 미세 입자화 표면 하부 구조상의 규소 함유 층을 추가로 포함하고, 여기서 규소 함유 층이 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 10은 미세 입자화 표면 하부 구조 중의 알루미늄의 중량 퍼센트가 벌크 중의 알루미늄의 중량 퍼센트보다 작은 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 11은 FLTM BV 101-07 표준 테스트에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 나타내는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 12는 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도가 20 wt.% 미만이고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0인 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 13은 벌크 중의 마그네슘의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 구리의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 아연의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 큰 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시14는 미세 입자화 표면 하부 구조가 벌크보다 더 많은 구조적 결함을 포함하고, 구조적 결함이 공극, 전이 균열, 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 15는 미세 입자화 표면 하부 구조가 벌크와 실질적으로 동일한 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 16은 미세 입자화 표면 하부 구조가 벌크와 상이한 입자 구조 균질성 또는 합금 원소 분포 균질성을 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품이다.
예시 17은 다음 단계를 포함하는 알루미늄 합금 제품 처리 방법이다: 다음을 포함하는 압연된 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계: 벌크, 여기서 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 벌크 입자 구조를 포함하고, 알루미늄 합금은 알루미늄; 및 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함함; 및 500 nm 초과의 두께를 갖는 표면 근처 미세구조(NSM); NSM을 수정하여 다음을 생성하는 단계: 500 nm 미만의 두께의 표면 근처 미세구조(NSM)를 포함하는 제1 표면 영역; NSM이 없는 제2 표면 영역, 여기서 제2 표면 영역은 산화물 층; 및 산화물 층과 벌크 사이의 미세 입자화 표면 하부 구조를 포함하고, 여기서 미세 입자화 표면 하부 구조는: 1 nm 내지 2 μm의 두께를 갖고; 하나 이상의 조성적 결함이 없거나 실질적으로 없고, 여기서 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함하고; 벌크 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함하고, 여기서 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함한다.
예시 18은 산화물 층이 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 19는 산화물 층이 10 nm의 평균 두께 및 5 nm의 표준 편차를 갖는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 20은 산화물 층에 하나 이상의 결함이 없거나 실질적으로 없는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 21은 NSM이 하나 이상의 조성적 결함을 포함하고, 하나 이상의 조성적 결함이 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 22는 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율이 50% 미만인 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 23은 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속인 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 24는 미세 입자화 표면 하부 구조는 10 nm 내지 2 μm의 평균 직경을 갖는 석출물을 추가로 포함하고, 석출물은 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 25는 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도가 20 wt.% 미만이고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0인 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 26은 미세 입자화 표면 하부 구조 중의 알루미늄의 중량 퍼센트가 벌크 중의 알루미늄의 중량 퍼센트보다 작은 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 27은 벌크 중의 마그네슘의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 구리의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 아연의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 큰 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 28은 미세 입자화 표면 하부 구조가 FLTM BV 101-07 표준 테스트에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 제공하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 29는 미세 입자화 표면 하부 구조가 NSM보다 더 적은 구조적 결함 및 벌크보다 더 많은 구조적 결함을 갖고, 여기서 구조적 결함은 공극, 전이 균열 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 30은 NSM을 수정하는 것이 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하거나 미세 입자화 표면 하부 구조의 적어도 일부를 규소 함유 층으로 코팅할 때 규소 함유 층을 침착시키는 것을 포함하고, 여기서 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 31은 NSM이 기계적 변경을 거치는 것을 수정이 포함하고, 여기서 기계적 변경은 NSM의 연삭, NSM의 물리적 삭마; NSM의 그릿-블라스팅; NSM의 레이저 삭마; NSM의 샌드 블라스팅; 또는 NSM의 연마 중 하나 이상을 포함하는 임의의 이전 또는 후속 예시의 방법이다.
상기 인용된 모든 특허, 간행물, 및 초록은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 예시된 구체예를 포함하는 구체예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었고 개시된 정확한 형태를 망라하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 이들의 다양한 수정, 개조 및 사용이 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (31)
- 다음을 포함하는 알루미늄 합금 제품:
벌크, 여기서 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 벌크 입자 구조를 포함하고, 알루미늄 합금은 다음을 포함함:
알루미늄; 및
아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소;
500 nm 미만의 두께의 표면 근처 미세구조(NSM)를 포함하는 제1 표면 영역;
NSM가 없는 제2 표면 영역, 여기서 제2 표면 영역은 산화물 층을 포함함; 및
산화물 층과 벌크 사이에 존재하는 미세 입자화 표면 하부 구조, 여기서 미세 입자화 표면 하부 구조는:
1 nm 내지 2 μm의 두께를 가짐;
하나 이상의 조성적 결함이 없거나 실질적으로 없고, 여기서 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함함; 및
벌크 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함함, 여기서 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함함. - 제1항에 있어서, 산화물 층은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 알루미늄 합금 제품.
- 제2항에 있어서, 산화물 층은 10 nm의 평균 두께 및 5 nm의 표준 편차를 갖는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 산화물 층에는 하나 이상의 결함이 없거나 실질적으로 없는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, NSM은 하나 이상의 조성적 결함을 포함하고, 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물 또는 양극 산화물을 포함하는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율은 50% 미만인 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속인 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 10 nm 내지 2 μm의 평균 직경을 갖는 석출물을 추가로 포함하고, 석출물은 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함하는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조상의 규소 함유 층을 추가로 포함하고, 여기서 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정하는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조 중의 알루미늄의 중량 퍼센트는 벌크 중의 알루미늄의 중량 퍼센트보다 작은 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, FLTM BV 101-07 표준 테스트에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 나타내는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도는 20 wt.% 미만이고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0인 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 벌크 중의 마그네슘의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 구리의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 아연의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 큰 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 벌크보다 더 많은 구조적 결함을 포함하고, 구조적 결함은 공극, 전이 균열, 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함하는 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 벌크와 실질적으로 동일한 알루미늄 합금 제품.
- 제1항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 벌크와 상이한 입자 구조 균질성 또는 합금 원소 분포 균질성을 포함하는 알루미늄 합금 제품.
- 다음 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 제품 처리 방법:
다음을 포함하는 압연된 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계:
벌크, 여기서 벌크는 알루미늄 합금의 입자를 포함하는 벌크 입자 구조를 포함하고, 알루미늄 합금은 다음을 포함함:
알루미늄; 및
아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소; 및
500 nm 초과의 두께를 갖는 표면 근처 미세구조(NSM);
NSM을 수정하여 다음을 생성하는 단계:
500 nm 미만의 두께의 표면 근처 미세구조(NSM)를 포함하는 제1 표면 영역;
NSM가 없는 제2 표면 영역, 여기서 제2 표면 영역은 산화물 층을 포함함; 및
산화물 층과 벌크 사이의 미세 입자화 표면 하부 구조, 여기서 미세 입자화 표면 하부 구조는:
1 nm 내지 2 μm의 두께를 가짐;
하나 이상의 조성적 결함이 없거나 실질적으로 없고, 여기서 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물, 또는 양극 산화물을 포함함; 및
벌크 입자 구조와 상이한 입자 구조를 포함함, 여기서 입자 구조는 10 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 알루미늄 합금 입자를 포함함. - 제17항에 있어서, 산화물 층은 1 nm 내지 20 nm의 두께를 갖는 방법.
- 제18항에 있어서, 산화물 층은 10 nm의 평균 두께 및 5 nm의 표준 편차를 갖는 방법.
- 제17항에 있어서, 산화물 층에는 하나 이상의 결함이 없거나 실질적으로 없는 방법.
- 제17항에 있어서, NSM은 하나 이상의 조성적 결함을 포함하고, 하나 이상의 조성적 결함은 유기물, 오일, 탄화수소, 오물, 무기 잔류물, 압연 유입 산화물 또는 양극 산화물을 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서, 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비율은 50% 미만인 방법.
- 제17항에 있어서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 불연속인 방법.
- 제17항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 10 nm 내지 2 μm의 평균 직경을 갖는 석출물을 추가로 포함하고, 석출물은 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 규소, 철 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금 원소를 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서, 알루미늄 합금 중의 마그네슘 및 아연의 농도는 20 wt.% 미만이고, 여기서 농도에서 아연 대 마그네슘의 비율은 0.1 내지 10.0인 방법.
- 제17항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조 중의 알루미늄의 중량 퍼센트는 벌크 중의 알루미늄의 중량 퍼센트보다 작은 방법.
- 제17항에 있어서, 벌크 중의 마그네슘의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 구리의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 크거나, 벌크 중의 아연의 농도가 미세 입자화 표면 하부 구조에서보다 더 큰 방법.
- 제17항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 FLTM BV 101-07 표준 테스트에 따라 22 사이클 내지 100 사이클 이상의 결합 내구성을 제공하는 방법.
- 제17항에 있어서, 미세 입자화 표면 하부 구조는 NSM보다 더 적은 구조적 결함 및 벌크보다 더 많은 구조적 결함을 갖고, 여기서 구조적 결함은 공극, 전이 균열 또는 틈새에 해당하거나 이를 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서, NSM를 수정하는 것은 미세 입자화 표면 하부 구조를 생성하거나 미세 입자화 표면 하부 구조의 적어도 일부를 규소 함유 층으로 코팅할 때 규소 함유 층을 침착시키는 것을 포함하고, 여기서 규소 함유 층은 미세 입자화 표면 하부 구조 내의 결합 부위의 일부를 수정하는 방법.
- 제17항에 있어서, 수정은 NSM이 기계적 변경을 거치는 것을 포함하고, 여기서 기계적 변경은 다음 중 하나 이상을 포함하는 방법:
NSM의 연삭,
NSM의 물리적 삭마;
NSM의 그릿-블라스팅;
NSM의 레이저 블라스팅;
NSM의 샌드 블라스팅; 또는
NSM의 연마.
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