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有色金属复合材料和用于其加工的方法

阅读:1031发布:2020-12-02

专利汇可以提供有色金属复合材料和用于其加工的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种有色金属 复合材料 ,包括:金属基体;以及贯穿金属基体分布的有色粒子,以及/或者一种方法,包括:提供作为复合材料的第一相的 金属粉末 ;提供有色粒子以形成复合材料的第二相;将金属粉末和有色粒子混合;以及绕有色粒子 烧结 金属粉末以形成具有贯穿分布的有色粒子的金属基体。,下面是有色金属复合材料和用于其加工的方法专利的具体信息内容。

1.一种有色金属复合材料,包括:
金属基体;以及
贯穿所述金属基体分布的有色粒子,其中所述有色粒子是掺质色性的并且包括离子化合物,所述金属基体包括工程金属并且所述有色金属复合材料具有表面,并且所述有色粒子具有在所述表面处的表面密度,所述表面密度足以给予所述有色金属复合材料对于人眼一致的色度
2.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中通过基础材质的结构修饰来内在地涂色所述有色粒子。
3.根据权利要求1或2所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子是单晶。
4.根据权利要求3所述的有色金属复合材料,其中所述单晶从包括蓝宝石、立方化锆、钇石榴石、尖晶石和钻石的组中选择。
5.根据权利要求3所述的有色金属复合材料,其中所述单晶是合成晶体。
6.根据权利要求3所述的有色金属复合材料,其中所述单晶是自然晶体。
7.根据权利要求3所述的有色金属复合材料,其中通过所述有色粒子的基础材质内的掺杂物的整合来内在地涂色所述有色粒子。
8.根据权利要求7所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子的基础材质在未掺杂时是透明的。
9.根据权利要求7或8所述的有色金属复合材料,其中所述掺杂物是过渡金属掺杂物。
10.根据权利要求9所述的有色金属复合材料,其中所述过渡金属掺杂物从包括铬、碘、、钕、铒、镍、钴、的组中选择。
11.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述金属基体是烧结的金属基体。
12.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述金属基体包括从由构成的组中选择的金属。
13.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子贯穿与所述金属基体共享的体积平均地分布。
14.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子在按表面面积计位于25%到50%之间的表面处具有基本一致的表面密度。
15.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色金属复合材料具有按体积计25%到50%之间的有色粒子浓度。
16.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子具有在1μm和
100μm之间的尺寸。
17.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子在所述金属基体的烧结点处是惰性的。
18.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子具有高于所述金属基体的烧结点的熔点。
19.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子是所述金属基体中的分散粒子。
20.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子是非晶性的。
21.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子包括氧化物。
22.根据权利要求1所述的有色金属复合材料,其中所述有色粒子是矿物质、变质矿物或宝石矿石
23.一种方法,包括:
提供作为复合材料的第一相的金属粉末
提供有色粒子以形成复合材料的第二相;
将金属粉末和有色粒子混合;以及
绕有色粒子烧结金属粉末以形成包括金属基体的有色金属复合材料,所述金属基体具有分布的有色粒子,其中所述有色粒子是掺质色性的,所述金属基体包括工程金属并且所述有色金属复合材料具有表面,并且所述有色粒子具有在所述表面处的表面密度,所述表面密度足以给予所述有色金属复合材料对于人眼一致的色度。
24.根据权利要求23所述的方法,其中所述烧结是固态烧结。
25.根据权利要求23或24所述的方法,其中在烧结期间,加压和加热被应用于所述金属粉末和有色粒子的混合物。
26.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述金属基体包括从由钢和钛构成的组中选择的金属。
27.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色金属复合材料具有按体积计的
25%到50%之间的有色粒子浓度。
28.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色粒子具有在1μm和100μm之间的尺寸。
29.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色粒子在所述金属粉末的烧结点处是惰性的。
30.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色粒子具有高于所述金属粉末的烧结点的熔点。
31.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色粒子被内在地涂色。
32.根据权利要求23或24所述的方法,其中所述有色粒子是单晶。
33.根据权利要求32所述的方法,其中所述单晶从包括蓝宝石、立方氧化锆、钇铝石榴石、尖晶石和钻石的组中选择。
34.根据权利要求32所述的方法,其中所述单晶是合成晶体。
35.根据权利要求23所述的方法,其中所述有色粒子包括过渡金属掺杂物。
36.根据权利要求35所述的方法,其中所述过渡金属掺杂物从包括铬、碘、铁、钕、铒、镍、钴、铜、钒的组选择。
37.根据权利要求23所述的方法,其中所述有色粒子包括氧化物。
38.一种从使用有色粒子贯穿涂色的有色金属制成的有色部件,其中所述有色金属形成所述有色部件的呈现表面,移除有色部件的呈现表面的一部分显露所述有色金属,其中所述有色粒子是掺质色性的并且包括离子化合物,所述有色金属包括工程金属并且所述有色粒子具有在所述呈现表面处的表面密度,所述表面密度足以给予所述有色金属对于人眼一致的色度。
39.根据权利要求38所述的有色部件,其中无论移除部分的尺寸,移除所述有色部件的呈现表面的一部分显露所述有色金属。
40.根据权利要求38或39所述的有色部件,其中由于存在贯穿有色外部主体的所述有色金属,通过呈现表面的刮擦基本上是不显眼的。
41.根据权利要求38或39所述的有色部件,形成车辆的主体部分。
42.根据权利要求38或39所述的有色部件,形成外壳或机壳。
43.一种方法,包括:
形成使用分布的有色粒子来涂色的有色金属;以及
加工所述有色金属,其中所述有色粒子是掺质色性的并且包括离子化合物,所述有色金属包括工程金属并且所述有色金属具有表面,并且所述有色粒子具有在所述表面处的表面密度,所述表面密度足以给予所述有色金属对于人眼一致的色度。
44.根据权利要求43所述的方法,其中加工包括机械加工
45.根据权利要求43所述的方法,其中加工包括切割、锻造冲压中的一个或多个。
46.根据权利要求43所述的方法,其中形成所述有色金属包括根据权利要求23或24所述的方法。

说明书全文

有色金属复合材料和用于其加工的方法

技术领域

[0001] 本发明的实施方式涉及有色金属。具体地,它们涉及被贯穿涂色的金属复合材料。

背景技术

[0002] 当前以不太令人满意的方式来向金属涂敷颜料。
[0003] 通常通过阳极化、电或添加颜料的外部涂层或添加物理气相沉积(PVD)层来涂敷颜料。这些着色易于随着后续着色的丢失而磨损,例如其中外部着色丢失或被破坏。

发明内容

[0004] 发明人已经能够成功地整合金属基体内的有色粒子以形成有色金属复合材料。
[0005] 根据本发明的各种但不必所有的实施方式,提供一种有色金属复合材料,包括:金属基体;以及贯穿金属基体分布的有色粒子。
[0006] 根据本发明的各种但不必所有的实施方式,提供一种方法,包括:提供作为复合材料的第一相的金属粉末;提供有色粒子以形成复合材料的第二相;将金属粉末和有色粒子混合;以及绕有色粒子烧结金属粉末以形成具有贯穿分布的有色粒子的金属基体。
[0007] 根据本发明的各种但不必所有的实施方式,提供一种从贯穿涂色的有色金属制成的有色部件,其中有色金属形成有色部件的呈现表面,并且其中移除有色部件的呈现表面的一部分显露出有色金属。
[0008] 根据本发明的各种但不必所有的实施方式,提供一种方法,包括:形成被贯穿涂色的有色金属;以及加工有色金属。附图说明
[0009] 为了更好的理解本发明的实施方式的各种例子,现在将仅通过例子来对附图做出参考,其中:
[0010] 图1示意性地示出有色金属复合材料的
[0011] 图2示意性地示出有色金属复合材料的块的横断面视图;
[0012] 图3示意性地示出用于加工有色金属复合材料的方法;以及
[0013] 图4A和4B示意性地示出有色金属复合材料的应用的例子。

具体实施方式

[0014] 图1示意性地示出有色金属复合材料2,其包括:金属基体4;以及贯穿金属基体4分布的有色粒子6。
[0015] 在该例子中,金属基体4是通过烧结金属粉末形成的烧结金属基体。金属基体4可以例如通过任意合适的金属来形成。一类合适的金属是例如的工程金属。另一类合适的金属是例如金和的贵重金属。
[0016] 金属基体4中的有色粒子6的浓度可以是任意合适的浓度并且合适的浓度可以通过实验来确定。合适的浓度可以位于按体积计的25%到50%的范围内或可以位于该范围外。有色粒子可以贯穿于金属基体4平均地分布。有色粒子将接着具有在有色金属复合材料2的任意表面处的一致的表面密度。在表面处的表面密度可以是任意合适的密度并且合适的密度可以通过实验来确定。按表面面积计,合适的密度可以位于25%到50%有色粒子的范围内或者位于该范围外。合适的密度可以是足以给予有色金属复合材料对于人眼一致色度的密度。
[0017] 图2示意性地示出在图1中示出的有色金属复合材料2在其沿线A-A被切割时的横断面视图。图2示意性地示出有色粒子贯穿于金属复合材料2平均分布。
[0018] 有色粒子6可以具有在1μm和100μm之间的尺寸。有色粒子6可以是金属基体4中的分散单独粒子。
[0019] 有色粒子6在金属基体4的烧结点处是惰性的,并且在该例子中,具有高于金属基体的烧结点的熔点。
[0020] 对于在高温度处的惰性和稳定性的要求意味着离子化合物尤其是氧化物是用作有色粒子的好的候选,正如矿物质尤其是变质矿物和宝石矿石。一些共价化合物或元素也可以是好的候选,例如钻石。
[0021] 相比较于通过单独的相来着色,有色粒子可以内在地有色。在该情形下,基础材质可以整合结构修饰。结构修饰是对基础材质的结构的修改,例如,杂质或掺杂物替代基础材质的结构的原子,或在缺陷处丢失基础材质的结构的原子。基础材质可以是清楚的(透明的)而没有结构修饰,但以结构修饰来强烈地涂色。
[0022] 在一些实施方式中,粒子的基础材质是单晶并且结构修饰可以是在晶格内整合的掺杂物,自然地发生晶格内整合的杂质或晶格内的缺陷。对于合成的单晶,粒子的颜色通过基础材质和掺杂物或缺陷的选择来控制。
[0023] 在一些实施方式中,粒子的基础材质是非晶性的(例如非晶性的)或多晶透明材质例如玻璃、玻璃陶瓷、熔融石英、透明陶瓷。结构修饰是整合为基础材质的结构的一部分的掺杂物。
[0024] 金属基体4中的有色粒子6可以仅包括单个类型的基础材质而非不同类型的基础材质的混合。然而,在一些应用中,不同类型的有色粒子6的混合物可以整合在金属基体4内。
[0025] 合适的单晶类型包括例如以下任意:蓝宝石(Al2O3,金刚砂)、立方氧化锆(ZrO2)、YAG(钇铝石榴石,Y3Al5O12)、尖晶石(AlMg2O4)和钻石。
[0026] 用作有色粒子6的单晶可以是合成晶体和/或它们可以是自然晶体。自然晶体通过晶体中的天然杂质(掺杂物)来涂色。
[0027] 用作有色粒子6的单晶可以是掺质色性的。掺质色性是由于存在与晶格异质的微量元素或杂质造成的着色。掺质色的涂色可以例如由来自于在晶格结构内找到的“过渡金属”痕量杂质(掺杂物)的电子造成。在合成晶体中,痕量杂质可以被有意地加入到晶格中作为掺杂物,其中它们在单晶的晶格内变得结合。单晶在未掺杂时可以是清楚的(透明的)而当掺杂时被强有的涂色。合适的过渡金属掺杂物包括任意以下:铬、碘、、钕、铒、镍、钴、
[0028] 用作有色粒子6的单晶可以是本质色性的。本质色性发生于当金属晶格内存在的基本或主要成分确定光的哪些波长被反射并且哪些被吸收,确定颜色。
[0029] 特定的颜色可以通过使用有色粒子6来形成,该有色粒子6从单晶和掺杂物和/或单晶和缺陷的正确组合来形成。
[0030] 下面的表指示对于单晶和掺杂物的不同组合以及对于单晶和缺陷的不同组合,什么颜色是可实现的。单晶包括立方氧化锆、蓝宝石、尖晶石、YGA和钻石。该表旨在是代表性的而非穷举性的。
[0031]
[0032] 通过使用从单晶和缺陷的正确组合形成的有色粒子6,可以实现特定的颜色。例如,有瑕疵的晶格可以涂色为粉色、紫色或黄色。有瑕疵的碳晶格可以通过使用热处理和/或辐照向钻石引入缺陷来形成。
[0033] 尽管已经描述了包括基础材质和结构修饰的组合的粒子的特定例子,期待进一步新的组合被系统地开发。用于限定其中合适的有色粒子可以被标识的减小的“搜索空间”的合适限制包括:有色粒子6在有色金属的合适处理温度处是惰性的,例如在金属基体4的烧结点处。
[0034] 附加的限制可以是有色粒子6具有高于处理温度的熔点。
[0035] 附加的限制可以是有色粒子通过基础材质的结构内的结构修饰来内在地涂色。
[0036] 图3示意性地示出用于形成具有贯穿金属基体4分布的有色粒子6的方法,例如在图1和图2中示出的有色金属复合材料2。
[0037] 该方法10包括:
[0038] 在块11处,提供作为复合材料的第一相的金属粉末;
[0039] 在块12处,提供有色粒子6作为复合材料的第二相;
[0040] 在块13处,混合复合材料金属粉末和有色粒子;
[0041] 在块14处,绕有色粒子烧结金属粉末以形成具有贯穿分布的有色粒子的金属基体4。
[0042] 烧结是固态的烧结,其连接或联合金属粉末而没有熔化金属。烧结点依金属而变化。对于铝,它可以处于500-550℃之间。对于钢,它可以处于1200-1300℃之间。对于钛,它可以处于900-1200℃之间。
[0043] 在一个实施方式中,金属粉末和有色粒子可以在坩埚或熔炉中混合。在烧结期间,加热应用于金属粉末和有色粒子的混合。加压也可以应用于辅助烧结工艺。
[0044] 在另一个实施方式中,来自一个配料的金属粉末和来自于另一个配料的有色粒子在混合物中平均分布并且接着被激光烧结或电子束烧结。
[0045] 尽管金属粉末的烧结是优选的,也可以部分地或全部地熔化金属并且也实现有色金属复合材料。在该例子中,在所使用的最大温度处,有色粒子6应该是惰性的。有色粒子也可以具有高于所使用的最大温度的熔点。
[0046] 图4A和图4B示意性地示出应用有色金属复合材料2。在图4A中,从有色金属4制成的有色部件20使用有色粒子6贯穿地涂色。有色金属4形成有色部件20的呈现表面22。在图4B中,移除有色部件的呈现表面22的一部分24显露有色金属4。
[0047] 应该注意到有色粒子6贯穿有色金属复合材料2平均分布,包括有色金属复合材料的内部。
[0048] 无论移除部分的尺寸,有色部件20的呈现表面22的一部分24的移除显露有色金属4。由于存在贯穿有色外部主体的有色金属,通过呈现表面22的刮擦基本上是不显眼的。一旦被刮擦,呈现表面20可以通过重新打磨而被轻易地修复。
[0049] 有色部件20适于用作用于例如汽车的车辆的主体部分。有色部件20也适于用作金属项的主体部分。该金属项易受由于例如插销、器皿的接触而磨损。
[0050] 有色部件20适于用作外壳或机壳。其因此可以找到如电子设备的外壳的应用,该电子设备例如膝上型计算机、移动蜂窝电话、个人音乐播放器、个人数字助理、电子书阅读器、电视机、控制台等。
[0051] 现有返回到图3,在方法10形成被贯穿涂色的有色金属在块14处完成后添加附加的块30。在该附加块30处,有色金属被物理地加工。这可以涉及机械加工、切割、锻造冲压等。由于有色金属被贯穿地涂色,物理加工金属并不影响其着色。
[0052] 在图中示出的块可以代表方法中的步骤。对步骤的特定顺序的示出并不必须意味着对步骤有要求的或者优选的顺序并且顺序和步骤的设置可以改变。进一步,可以省略或添加一些步骤。
[0053] 尽管在前面的段落中参考各种例子描述了本发明的实施方式,应该理解的是对给定例子的修改可以在不偏离所要求保护的本发明的范围下做出。
[0054] 在前面的描述中所描述的特征可以以明确描述的组合外的组合使用。
[0055] 尽管已经参考某些特征描述了功能,无论是否描述,那些功能也可以通过其他的特征来执行。
[0056] 尽管已经参考某些实施方式描述了特征,无论是否描述,那些特征也可以存在于其他的实施方式中。
[0057] 尽管在前面的说明书中将注意力对准本发明被认为是特别重要的那些特征,应该理解申请人关于这里所提及和/或在附图中示出的任意可专利的特征或特征的组合要求保护,而无论是否对其进行了特别的强调。
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