适用于阳极氧化的铝合金复合材料

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112469838A(43)申请公布日2021.03.09(21)申请号201980049276.X(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公(22)申请日2019.06.20司31100代理人蔡悦　陈斌(30)优先权数据16/045,4622018.07.25US(51)Int.Cl.C22C1/04(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日C22C32/00(2006.01)2021.01.22C25D11/04(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据PCT/US2019/0380832019.06.20(87)PCT国际申请的公布数据WO2020/023153EN2020.01.30(71)申请人微软技术许可有限责任公司地址美国华盛顿州(72)发明人Z·姚　M·尼卡　权利要求 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 1页说明书5页附图3页(54)发明名称适用于阳极氧化的铝合金复合材料(57)摘要一种制品包括铝合金复合材料的主体层和 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面层。该主体层包括分散在铝合金基体中的聚集体，该聚集体是固体并且在铝合金基体的熔化中不起反应，并且具有100微米或更小的平均粒径。表面层包括主体层的阳极氧化形式。CN112469838ACN112469838A权　利　要　求　书1/1页1.一种制品，包括：铝合金复合材料的主体层，所述铝合金复合材料包括分散在铝合金基体中的聚集体，所述聚集体是固体并且在所述铝合金基体的熔化中不起反应，并且具有100微米或更小的平均粒径；以及包括所述主体层的阳极氧化形式的表面层。2.如权利要求1所述的制品，其中所述铝合金基体包括5xxx系列铝合金。3.如权利要求1所述的制品，其中所述铝合金基体包括6xxx系列铝合金。4.如权利要求1所述的制品，其中所述聚集体包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或多种。5.如权利要求1所述的制品，其中所述聚集体包括氧化铝粉末。6.如权利要求1所述的制品，其中所述聚集体具有20微米或更小的平均粒径。7.如权利要求1所述的制品，其中所述聚集体具有5微米或更小的平均粒径。8.如权利要求1所述的制品，其中所述聚集体包括所述铝合金复合材料的质量的百分之1至10。9.如权利要求1所述的制品，其中所述表面层的厚度为1微米或更大。10.如权利要求1所述的制品，其中所述制品是便携式计算设备的主体。11.一种制造铝合金复合材料制品的方法，所述方法包括：熔化铝合金；将聚集体分散在所熔化的铝合金中以形成分散体，所述聚集体是固体并且在所述铝合金基体的熔化中不起反应，并且具有100微米或更小的平均粒径；将所述分散体冷却至所述分散体的凝固点以下以形成铝合金复合材料；挤压所述铝合金复合材料以形成铝合金复合材料挤压件；以及对所述铝合金复合材料挤压件进行阳极氧化。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：在阳极氧化之前轧制所述铝合金复合材料挤压件。13.如权利要求11所述的方法，其中所述聚集体包括氧化铝粉末。14.如权利要求11所述的方法，其中所述聚集体具有20微米或更小的平均粒径。2CN112469838A说　明　书1/5页适用于阳极氧化的铝合金复合材料[0001]背景[0002]铝合金坚固、轻量、易于成型且易于加工。因此，许多产品由铝合金制成。一些铝合金为消费产品制造提供了又一优势，即所形成的铝合金组件的表面可以经由阳极氧化的电化学 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 来进一步调节。在合适的条件下，对所形成的铝合金组件进行阳极氧化产生了光滑、耐磨且具有视觉吸引力的表面。发明内容[0003]公开了涉及强化铝合金复合材料以及相关联的制造方法的示例。一个示例提供了一种制品，该制品包括铝合金复合材料的主体层和表面层。主体层包括分散在铝合金基体中的聚集体，该聚集体是固体并且在铝合金基体的熔化中不起反应，并且具有100微米或更小的平均粒径。表面层包括主体层的阳极氧化形式。[0004]另一示例提供了一种由铝合金复合材料形成的制品，该制品包括铝合金复合材料的主体层和表面层。主体层包括分散在铝合金基体中的氧化铝粉末聚集体，该氧化铝粉末聚集体具有20微米或更小的平均粒径。表面层包括主体层的阳极氧化形式。[0005]另一示例提供了一种制造铝合金复合材料制品的方法，该方法包括：熔化铝合金；将聚集体分散在所熔化的铝合金中以形成分散体，该聚集体是固体并且在铝合金基体的熔化中不起反应并且具有100微米或更小的平均粒径；将该分散体冷却至该分散体的凝固点以下以形成铝合金复合材料；挤压该铝合金复合材料以形成铝合金复合材料挤压件；以及对该铝合金复合材料挤压件进行阳极氧化。[0006]提供本发明内容以便以简化的形式介绍以下在具体实施方式述中进一步描述的概念的选集。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现。[0007]附图简述[0008]图1示出了包括硬化的铝合金制品的示例电子设备的各方面。[0009]图2解说了制造铝合金复合材料制品的示例方法。[0010]图3示出了示例铝合金复合材料制品的各方面。具体实施方式[0011]通过示例并参考上文列出的附图来呈现本公开。在一个或多个附图中可能基本相同的组件、过程步骤和其他元素被协调地标识。然而，应当指出，被协调地标识的元素也可能在一定程度上有所不同。应当进一步指出，附图是示意性的并且通常不按比例绘制。相反，附图中所示的各种绘图比例、纵横比和组件数量可能被蓄意失真以使得更容易看到某些特征或关系。[0012]如以上所提及的，高强度轻量制品可以由各种铝合金形成。在一些制造领域，存在对进一步提高铝合金组件的强度重量比的不断增长的需求。在消费电子产品的制造中，该3CN112469838A说　明　书2/5页需求尤为明显。例如，膝上型计算机、平板计算机和蜂窝电话通常包括由铝合金形成的刚性壳体或支架。随着对这些设备中的显示器大小的需求不断增加，利用本质上更坚固的材料来 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 结构组件变得有必要，以便将设备的重量保持在可接受的范围内。[0013]表1示出了各种铝合金的拉伸强度连同某些其他特性。[0014]表1.所选铝合金的强度[0015][0016][0017]5xxx系列和6xxx系列铝合金是消费电子设备的结构和外壳组件的流行选择，部分原因在于它们的可塑性、延展性以及易于挤压。例如，膝上型计算机的壳体可以由薄的经轧制片材冷成型，或者由挤压机加工而成。5xxx系列或6xxx系列铝合金片材在被轧制成500至1000微米(μm)或更大的厚度时可适用于此应用。然而，当被轧制得更薄时，片材可能缺乏足够的强度。[0018]基于上表将注意到，某些7xxx系列铝合金可比5xxx系列或6xxx系列的铝合金显著更坚固，并且可被用于制造甚至在厚度为1毫米(mm)或更低的情况下具有合适强度的经轧制片材或挤压件。然而，7xxx系列铝对于一些消费产品应用而言可能是不利的，因为这些合金对于电化学阳极氧化而言可能是较差的基材。在许多实例中，阳极氧化表面光洁度对于消费电子设备的结构组件而言是期望的。在合适的条件下，对所形成的铝合金组件进行阳极氧化产生了光滑、耐磨且具有视觉吸引力的表面。然而，对7xxx系列铝制品进行阳极氧化4CN112469838A说　明　书3/5页可能会导致许多表面缺陷(外观以及其他)，并可能导致整体上较低的产品产量。[0019]因此，公开了涉及基于5xxx系列和6xxx系列铝合金的强化铝合金复合材料的示例，这些铝合金可以在电化学阳极氧化条件下可靠地提供基本上无缺陷的表面。如以下更详细地描述的，合适强度的可阳极氧化的材料可包括铝合金复合材料，其中连续的合金基体被不溶于合金中的小的、材料坚硬的颗粒的分散体打断。无需使本公开受任何特定的理论约束，强化效果在某种程度上可类似于常规冶金中的沉淀硬化效果，其中不溶性颗粒的分散限制了合金基体内位错的移动，因此强化了材料。相对于本文所公开的办法，沉淀硬化的缺点在于，如果沉淀物从固溶体中分离为大颗粒(由于缓慢冷却)，则对铝合金的强化效果可能会受到限制。类似地，如果在溶体处理期间大的沉淀物颗粒无法重新溶解在固溶体中，则硬化效果可能很小。另一方面，如果在溶体处理期间大的沉淀物颗粒确实溶解在固溶体中，但保持时间过长，则晶粒生长将是不可避免的，这可导致较低强度和阳极氧化后变色。[0020]图1示出了可包括如本文所述的铝合金复合材料制品的各种电子设备的示例。具体而言，该附图示出膝上型计算机10、平板计算机12和蜂窝电话14。这些设备中的每一者都可包括由被挤压、和/或轧制、机加工和/或成形并且随后被阳极氧化的硬化铝制成的壳体或支架。然而，将注意到，本发明不限于此类制品，而是同样地扩展到各种其他硬化铝产品—网球拍、自行车车架、汽车组件或实际上任何其他硬化铝制品的制造。[0021]图2解说了制造铝合金复合材料制品的示例方法16。在方法16的18，铝合金被熔化在由耐火材料制成的坩埚或其他合适的容器中。在一些示例中，铝合金可包括5xxx系列或6xxx系列铝合金，尽管在其他示例中可以使用其他铝合金和非合金铝。熔化的温度可能约为600至680℃，其中铝及其大多数合金都被液化，但是各种耐火材料仍保持固态。[0022]在方法16的20，聚集体被分散(即，基本上均匀地混合)到所熔化的铝合金中以形成分散体。一般而言，选择用于分散的聚集体可以是在熔化中不起反应的固体。在一些示例中，添加到所熔化的铝合金中的聚集体可包括铝合金复合材料的质量的百分之1至20。在成分上，聚集体可包括自由流动粉末形式的碳化物、氮化物或氧化物。在更具体的示例中，聚集体可包括任何合适的网格大小的氧化铝粉末。聚集体的平均粒径例如可以为100微米(μm)或更小、20μm或更小、10μm或更小、5μm或更小、或1μm或更小。聚集体颗粒的形态未被具体限制，但是可包括基本上球形或椭圆形的颗粒。在涉及后续挤压的一些实现中，具有很高长宽比的颗粒(例如，伸长纤维)可被避免。[0023]在方法16的22，该分散体被冷却至其凝固点以下以形成铝合金复合材料。冷却可被迅速完成，以便避免或限制分散的聚集体与铝合金基体的分离。[0024]随后，在方法16中，铝合金复合材料可被挤压或可任选地轧制。如果挤压被选择，则在24，铝合金复合材料挤压件被形成。在25，铝合金复合材料挤压件可被可任选地机加工成所需形状。如果轧制被选择，则在26，铝合金复合材料可被轧制以形成片材。在28，所轧制的片材可被可任选地形成、切割和/或机加工成所需形状。将注意，挤压步骤24和轧制步骤26可以被彼此独立地或组合地执行，并且一般而言，步骤24至28中的每一者都是可任选的。通常，经挤压的铝可在挤压方向上被制成近净形，并且随后被机加工成所需形状。作为对比，经轧制的铝片通常被形成为所需形状，并且可以或可以不经受后续机加工。[0025]在方法16的30，铝合金制品被阳极氧化。阳极氧化工艺可包括任何合适的清洁或5CN112469838A说　明　书4/5页化学蚀刻步骤(例如，酸或碱蚀刻)，继之以在合适的电解质溶液—例如，硫酸水溶液或合适的羧酸溶液中进行电化学氧化。[0026]图3示出了可根据示例方法16形成的一个示例制品的各方面。图3的制品32包括铝合金复合材料的主体层34和表面层36。主体层34包括分散在铝合金基体40中的聚集体38。如方法16的上下文中提及的，铝合金基体可包括5xxx系列或6xxx系列铝合金或非合金铝，并且聚集体可包括粉末状的碳化物、氮化物或氧化物—例如，氧化铝粉末。由于聚集体是固体并且一般在铝合金基体中不起反应(熔化和固化两者)，因此主体层中的聚集体的平均粒径和比例可以与以上所提及的相同。[0027]继续图3，表面层36包括主体层34的阳极氧化形式42。在一些示例中，通过阳极氧化形成的表面层可具有基本上均质的—例如，氧化铝—形态。例如，如果主体层是在大部分为铝的基体中存在氧化铝聚集体的复合物，则阳极氧化将在表面简单地生长更多氧化铝，而聚集体保持不变。在一些示例中，表面层可以是1至30μm，可以呈现出许多光散射中心，并且可具有基本上均质的哑光外观。相对较厚的阳极氧化表面层可以是染料或着色剂的合适基底，其可被使用以便赋予制品所需的颜色。在其他示例中，表面层可以薄于1μm，并且可以展现出衍射光学效应。[0028]如上所述的硬化铝合金制品可以比由未硬化铝合金制成的相同厚度的制品更坚固。这一优点使得能够制造出用于各种应用的坚固、轻量的产品。此外，使用上述方法形成的制品可以呈现出吸引人的、耐磨的外表面，这在各个制造领域中都是期望的。[0029]另一示例提供了一种制品，该制品包括铝合金复合材料的主体层，该铝合金复合材料包括分散在铝合金基体中的聚集体，该聚集体是固体并且在该铝合金基体的熔化中不起反应，并且具有100微米或更小的平均粒径；以及包括该主体层的阳极氧化形式的表面层。[0030]在一些实现中，铝合金基体包括5xxx系列铝合金。在一些实现中，铝合金基体包括6xxx系列铝合金。在一些实现中，聚集体包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或多种。在一些实现中，聚集体包括氧化铝粉末。在一些实现中，聚集体具有20微米或更小的平均粒径。在一些实现中，聚集体具有5微米或更小的平均粒径。在一些实现中，聚集体包括铝合金复合材料的质量的百分之1至10。在一些实现中，表面层的厚度为1微米或更大。在一些实现中，制品是便携式计算设备的主体。[0031]另一示例提供了一种由铝合金复合材料形成的制品，该制品包括该铝合金复合材料的主体层，该铝合金复合材料包括分散在铝合金基体中的氧化铝粉末聚集体，该氧化铝粉末聚集体具有20微米或更小的平均粒径；以及包括该主体层的阳极氧化形式的表面层。[0032]在一些实现中，铝合金基体包括5xxx系列铝合金。在一些实现中，铝合金基体包括6xxx系列铝合金。在一些实现中，聚集体具有10微米或更小的平均粒径。在一些实现中，聚集体具有1微米或更小的平均粒径。在一些实现中，聚集体包括铝合金复合材料的质量的百分之1至20。[0033]另一示例提供了一种制造铝合金复合材料制品的方法，该方法包括：熔化铝合金；将聚集体分散在所熔化的铝合金中以形成分散体，该聚集体是固体并且在铝合金基体的熔化中不起反应并且具有100微米或更小的平均粒径；将该分散体冷却至该分散体的凝固点以下以形成铝合金复合材料；挤压该铝合金复合材料以形成铝合金复合材料挤压件；以及6CN112469838A说　明　书5/5页对该铝合金复合材料挤压件进行阳极氧化。[0034]在一些实现中，该方法进一步包括在阳极氧化之前轧制铝合金复合材料挤压件。在一些实现中，聚集体包括氧化铝粉末。在一些实现中，聚集体具有20微米或更小的平均粒径。[0035]应当理解，本文中所描述的配置和/或办法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为许多变体是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数目的处理策略中的一个或多个。由此，所例示和/或所描述的各种动作可以以所例示和/或所描述的顺序执行、以其他顺序执行、并行地执行，或者被省略。同样，以上所描述的过程的次序可被改变。[0036]本公开的主题包括此处公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。7CN112469838A说　明　书　附　图1/3页图18CN112469838A说　明　书　附　图2/3页图29CN112469838A说　明　书　附　图3/3页图310