相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月23日提交的美国临时申请no.62/575,611的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及冶金，并且更具体地涉及在制造期间用于处理金属表面的技术。
背景技术：
存在用于处理铝表面的多种技术，诸如表面阳极化、电镀、粉末涂覆、涂装、印刷和丝网印刷工艺，以及机械表面处理如压花和抛光。这些工艺通常需要预处理来准备表面。另外，这些工艺可能不适合在铝制造工艺中使用，在铝制造工艺中可能会遇到诸如接近铝或铝合金的熔化或固相线温度的高温。
技术实现要素：
本说明书涉及并描述了用于处理金属的技术，诸如在生产或制造期间的处理金属的技术，以及由此形成的经处理的金属。举例来说，所公开的技术提供了以受控的方式向金属的表面添加材料或从金属的表面去除材料，而同时以受控的方式将金属从升高的温度(诸如从接近金属或包含金属的合金的熔化或固相线温度)冷却至较低的温度(诸如室温)的能力。冷却工艺在本文中可以称为“淬火”，并且可以对应于这样的工艺，通过该工艺金属的温度以高速率改变，诸如以比通过使用纯水可以实现的更大的冷却速率降低。在实施方式中，所公开的技术利用其中将加热的金属暴露于包括一种或多种反应性溶质的溶液中的方法。加热的金属可以通过暴露于溶液中而被冷却，并且一种或多种反应性溶质可以引发或参与金属表面的改性，诸如使金属表面改性的化学反应。例如，可以将加热的金属暴露于包括反应性溶解物质或反应性悬浮物质的水溶液中，由此降低金属的温度，并且还通过向表面添加材料或从表面去除材料来对金属表面进行处理。在一些实施方式中，反应性溶解物质可对应于可自身或与其他组合物反应以修饰金属表面并在溶剂(诸如水)中具有大于0.5wt.％的最大溶解度的溶质组合物，诸如溶解度为0.5wt.％至50wt.％、1wt.％至45wt.％、5wt.％至40wt.％、10wt.％至35wt.％、0.5wt.％至1wt.％、1wt.％至2wt.％、2wt.％至5wt.％、5wt.％至10wt.％、10wt.％至15wt.％、15wt.％至20wt.％、20wt.％至25wt.％、25wt.％至30wt.％、30wt.％至35wt.％、35wt.％至40wt.％、40wt.％至45wt.％或45wt.％至50wt.％。在一些实施方式中，反应性悬浮物质可对应于可自身或与其他组合物反应以修饰金属表面，并且可能不溶于溶剂(诸如水)的组合物，和/或包含在溶剂(诸如胶体溶液或其他悬浮液)中悬浮的颗粒或分子或原子的集群。
在一些实例中，处理金属的方法包括将金属加热至第一温度；然后将金属暴露于包括反应性溶质的溶液中，诸如其中将金属暴露于溶液中以约100℃/s至约10000℃/s诸如约300℃/s至约2000℃/s的冷却速率冷却金属，并且其中将金属暴露于溶液中引发金属表面的改性，诸如涉及溶液中存在的反应性溶质的化学反应，例如改性金属表面的化学反应。在一些实施方式中，反应性溶质不是水或是除水之外的。在一些实施方式中，水不作为反应物参与化学反应。任选地，反应性溶质不是氢氧化物盐或氢氧根离子或是除氢氧化物盐或氢氧根离子之外的。任选地，氢氧根离子不作为反应物参与化学反应。任选地，化学反应对应于酸蚀反应、碱蚀反应、热分解反应、聚合反应、氧化反应或表面烧蚀。任选地，溶液可以被称为淬火溶液。任选地，溶液是液体溶液。任选地，溶液是气相溶液(即不同气体的混合物)。
对于本文描述的方法，各种淬火配置都是可用的。例如，将金属暴露于溶液中任选地包括将金属浸入溶液中或将溶液喷涂在金属表面上或朝向金属表面喷涂。作为另一个实例，将金属暴露于溶液中任选地包括将金属暴露于多种不同的溶液中。将金属暴露于溶液中任选地导致将金属冷却至一系列越来越低的温度。在一些实施方式中，将金属暴露于溶液中包括将金属冷却至第二温度。任选地，该方法可以进一步包括将金属暴露于第二溶液中，使得暴露金属于第二溶液中将金属从第二温度冷却并引发第二化学反应，该第二化学反应进一步修饰金属表面。任选地，将金属暴露于第二溶液中以约50℃/s至约500℃/s的第二冷却速率冷却金属。
任选地，该溶液是100％反应性组分，并且该反应性组分既可用于淬火也可用于与金属表面反应或在金属表面上反应。例如，可以将金属暴露于不溶于溶剂的反应性单体中，并且该反应性单体既冷却金属也进行热诱导的聚合或交联反应来将聚合的或交联的材料沉积在金属表面上。这样的配置可任选地用作两阶段淬火工艺的第二淬火阶段。
对于本文描述的方法，各种温度特性都是可用的。例如，将金属暴露于溶液中可以冷却金属至25℃和500℃之间的温度。任选地，第一温度小于金属或包含该金属的合金的熔化或固相线温度。任选地，第一温度大于或等于金属或合金的熔化或固相线温度。在一些实施方式中，第一温度对应于溶液热处理温度。在一些实施方式中，加热金属对应于溶液热处理金属。任选地，可以通过将金属保持于第一温度下一段时间来进一步热处理金属。在实施方式中，第一温度为约500℃至约1500℃。
对于本文描述的方法，各种金属及金属产品都是可用的。例如，可用的金属包括那些包含铝或铝合金、镁或镁合金或钢的金属。可用的金属可包括金属合金，诸如包括选自由铜、锰、镁、锌、硅、铁、铬、锡、锆、锂和钛组成的组的一种或多种元素的金属。可用的金属包括那些包括单相合金、整体合金、金属合金固溶体、多相合金、金属间合金或熔覆合金或熔覆层的金属。
任选地，溶液包含水和一种或多种盐，即盐的水溶液。在水溶液中包括盐可以允许调节或优化淬火速率或冷却速率，在该淬火速率或冷却速率下可以从高于水溶液沸点的温度冷却金属。在一些实例中，溶液包含一种或多种碱金属盐、碱土金属盐、铵盐、硫酸盐、硝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、乙酸盐或碳酸盐。在一些实例中，溶液中的一种或多种盐之一是反应性溶质。任选地，溶液包含约5wt.％盐至约30wt.％盐的盐浓度。任选地，溶液包含饱和或过饱和的盐溶液。在实施方式中，一些盐可以不与金属表面反应，或者可以仅以有限的或非实质性的速率与金属表面反应，诸如以基本上不改性金属表面的速率、不会导致金属表面的可识别变化的速率或以其他方式被认为无反应的速率。通过暴露于升高的温度，诸如通过将溶液暴露于加热的金属而产生的温度，与例如在室温下涉及盐的反应的速率相比可以增加涉及盐的反应的速率。
在一些情况下，限制溶液中存在的盐或离子可能是有利的，因为某些离子物质可能会与一些金属不期望地反应，或不期望地掺入金属或金属产品的本体或表面中。在一些实例中，溶液缺少或不包括(即排除)卤素离子。任选地，溶液中卤素离子的浓度非常低，诸如在0wt.％和0.001wt.％之间。
任选地，溶液包括一种或多种反应性气体和一种或多种非反应性气体的气相溶液。在一些情况下，一种或多种反应性气体可以是为一种或多种非反应性气体的溶剂中的溶质。例如，在一些实施方式中，反应性气体可以是氢、氨、氧、硫化氢、氰化氢、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮或硅烷中的一种或多种。在一些实施方式中，非反应性气体可以是氦、氮或氩中的一种或多种。
在一些实例中，溶液可以是蚀刻或表面清洁溶液，或者在与金属表面接触时引起蚀刻或表面清洁反应。例如，化学反应可以任选地从金属表面去除材料。任选地，化学反应对应于清洁、蚀刻或烧蚀金属表面。在实例中，溶液任选地包括碱性水溶液。可用的溶液可包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨或铵离子中的一种或多种。任选地，溶液包括酸性水溶液。可用的溶液可包含硫酸、硝酸、磷酸、硼酸或有机酸(诸如磺酸或羧酸)中的一种或多种。
在一些实例中，溶液可用于将材料涂覆或沉积到金属表面上。例如，化学反应可任选地在金属表面上沉积材料或在金属表面上形成涂层。例如，可热分解的盐的分解可以允许将盐的成分沉积到金属表面上。因此，可用的溶液包括那些包含可热分解的盐的溶液。作为实例，溶液可任选地包含一种或多种硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐或高锰酸盐。示例溶液可包含铬(iii)盐、铜(ii)盐、银(i)盐或铈盐中的一种或多种。其他示例溶液可包含聚合物、聚合物前体或热固性聚合物中的一种或多种，其可任选地在金属表面上沉积聚合物膜。
溶液中可以包括其他添加剂。例如，在一些实施方式中，溶液包含不溶性颗粒。任选地，将金属暴露于溶液中会压制表面的外层以形成压实的表面。任选地，将金属暴露于溶液中会从表面侵蚀材料以形成侵蚀的表面。
可以使用多种技术来控制所公开的技术的各方面。例如，可以选择和建立工艺变量或参数以控制反应速率或冷却速率。任选地，溶液的温度是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。例如，可以主动地调节暴露于金属之前的溶液温度，诸如通过向溶液中添加热或从溶液中去除热来建立特定温度。任选地，溶液具有的温度为0℃至50℃之间。溶液的流速是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。溶液的压力是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。溶液的喷涂角度、喷涂方向、喷涂几何形状是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。金属在溶液中的暴露时间是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。反应性溶质的浓度是可用的工艺参数，可以任选地对其进行选择和建立以控制冷却速率和/或反应速率。
对于本文描述的方法，一种或多种淬火后处理可能是可用的。例如，在一些实施方式中，方法可以进一步包括在将金属暴露于溶液中之后用水洗涤金属表面。任选地，方法进一步包括对表面进行阳极氧化、对表面进行粉末涂覆或在表面上涂装或印刷。
本文还提供了经处理的金属，诸如经处理的金属产品，包括加热至第一温度并暴露于溶液的金属，该溶液以约100℃/s至约10000℃/s诸如约300℃/s至约2000℃/s的冷却速率冷却金属，并引发改性金属表面的化学反应。任选地，改性金属表面的化学反应对应于清洁反应、蚀刻反应、烧蚀反应、涂覆反应或沉积反应。任选地，在化学反应期间，金属表面被清洁、蚀刻、烧蚀、涂覆或沉积。
术语实施方式和相似术语旨在泛指本公开和以下权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述应理解为不限制本文所述的主题或不限制以下权利要求的含义或范围。本文所涵盖的本公开的实施方式由以下权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是本公开的各种方面的上位概述，并且引入了一些在以下具体实施方式部分中进一步描述的概念。本发明内容并非旨在标识出所要求保护的主题的关键或必要特征，也并非旨在被单独用来确定所要求保护的主题的范围。主题应通过参考本公开的全部说明书的适当部分、任何或所有附图以及每个权利要求来理解。
其它目的和优点将从非限制性实例的以下详细描述中显而易见。
附图说明
说明书参考以下所附附图，其中在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或类似的组件。
图1是示出了在制造工艺的各个阶段中金属温度随时间变化的图。
图2是示出了在加热和淬火工艺中金属温度随时间变化的图。
图3a和图3b各自提供了根据一些实施方式的处理金属的工艺的示意图。
图4提供了根据一些实施方式的金属淬火操作的示意图。
图5是示出了在多阶段淬火和表面处理工艺中金属温度随时间变化的图。
图6a和图6b各自提供了根据一些实施方式的金属淬火操作的示意图。
图7提供了从金属表面去除材料的工艺的概述图。
图8提供了添加材料到金属表面的工艺的概述图。
图9a提供了使用去离子水淬火的铝合金产品的电子显微图像。
图9b和图9c提供了使用含ti/zr的溶液淬火的铝合金产品的电子显微图像。
图9d提供了使用硫酸溶液淬火的铝合金产品的电子显微图像。
图9e提供了使用磷酸溶液淬火的铝合金产品的电子显微图像。
图9f和图9g提供了使用氢氧化钾溶液淬火的铝合金产品的电子显微图像。
具体实施方式
本文描述了用于处理金属的技术，通过将金属暴露于盐的水溶液中以降低金属的温度以及通过移除材料或添加材料来改性金属的表面。与涉及纯水的常规冷却技术相比，所公开的技术可以有利地提高金属的温度可被降低的速率，提高金属制造率，并降低金属制造工艺的总体复杂性。所公开的技术还可以有利地扩大可用表面处理的范围，允许更快的表面处理工艺，并减少或消除在表面处理工艺中有害化学物质的使用。例如，可以通过采用在升高的温度下进行的或更有效地进行的化学加工，或者通过使用可分解的表面处理前体，来产生这样的优点。
定义和描述：
如本文所用，术语“发明”、“所述发明”、“此发明”和“本发明”旨在广泛地指代本专利申请的所有主题和下文的权利要求。含有这些术语的陈述应被理解为不限制本文描述的主题或不限制以下专利权利要求书的含义或范围。
在此描述中，由aa编号和其它相关指示(诸如“系列”或“7xxx.”)来指代标识的合金。为了理解最常用于命名和标识铝以及其合金的编号指示系统，请参见《变形铝和变形铝合金的国际合金名称和化学组成限值(internationalalloydesignationsandchemicalcompositionlimitsforwroughtaluminumandwroughtaluminumalloys)》或《铝业协会铸件和铸锭形式铝合金的合金名称和化学组成限值的注册记录(registrationrecordofaluminumassociationalloydesignationsandchemicalcompositionslimitsforaluminumalloysintheformofcastingsandingot)》，两者均由铝业协会(thealuminumassociation)出版并通过引用并入本文。
如本文所用，板的厚度通常大于约15mm。举例来说，板可指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝产品。
如本文所用，沙特板(也被称为薄板)的厚度通常为约4mm至约15mm。例如，沙特板的厚度可以为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
如本文所用，片通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片的厚度可以小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm或小于约0.3mm(例如，约0.2mm)。
在本申请中可能提及合金回火或调节处理。为了解最常用的合金回火描述，请参见“合金和回火命名系统的美国国家标准(ansi)h35(americannationalstandards(ansi)h35onalloyandtemperdesignationsystems)”。f调节处理或回火是指所制造的铝合金。o调节处理或回火是指退火后的铝合金。hxx调节处理或回火，在本文中也称为h回火，是指在冷轧之后使用或不使用热处理(例如退火)的不可热处理的铝合金。合适的h回火包括hx1、hx2、hx3hx4、hx5、hx6、hx7、hx8或hx9回火。t1调节处理或回火是指经过热加工冷却并且自然时效处理(例如在室温下)的铝合金。t2调节处理或回火是指从热加工冷却、冷加工和自然时效处理的铝合金。t3调节处理或回火是指固溶热处理、冷加工和自然时效处理的铝合金。t4调节处理或回火是指固溶热处理和自然时效处理的铝合金。t5调节处理或回火是指从热加工冷却和人工时效处理(在升高的温度下)的铝合金。t6调节处理或回火是指固溶热处理和人工时效处理的铝合金。t7调节处理或回火是指固溶热处理和人工过时效处理的铝合金。t8x调节处理或回火是指经过固溶热处理、冷加工和人工老化的铝合金。t9调节处理或回火是指经过固溶热处理、人工老化和冷加工的铝合金。w调节处理或回火是指固溶热处理之后的铝合金。
如本文所用，诸如“铸造金属产品”、“铸造产品”、“铸造铝合金产品”等的术语是可互换的，并且是指通过直接冷激铸造(包括直接冷激共铸造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式(整体)铸造机或任何其它连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其它铸造方法生产的产品。
金属可以任选地对应于金属产品。例如，金属可以任选地是铸造金属产品、中间金属产品、轧制金属产品、成形金属产品或成品金属产品。金属产品实例包括金属片、金属沙特板或金属板。在实施方式中，金属产品可以是均质化的金属产品、热处理的金属产品、部分轧制的金属产品、退火的金属产品、预处理的金属产品。金属和金属产品可以在本文所述的反应性淬火工艺之后进行额外的加工。
如本文所用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。如本文所用，“环境条件”的含义可包括约室温的温度、约20％至约100％的相对湿度以及约975毫巴(mbar)至约1050mbar的气压。例如，相对湿度可以为约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约36％、约37％、约38％、约39％、约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约100％或介于这之间的任何数值。例如，气压可以为约975mbar、约980mbar、约985mbar、约990mbar、约995mbar、约1000mbar、约1005mbar、约1010mbar、约1015mbar、约1020mbar、约1025mbar、约1030mbar、约1035mbar、约1040mbar、约1045mbar、约1050mbar或介于这之间的任何数值。
本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，规定的范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间的任何和所有子范围(并且包括端值)；即，以最小值1或更大值(例如1至6.1)开始，并且以最大值10或更小值(例如5.5至10)结束的所有子范围。除非另外说明，否则当提及元素的组成量时，表达“最多/高达”意指元素是任选的并且包括特定元素的百分之零组成。除非另外说明，否则所有组成百分比均为重量百分比(wt.％)。
如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则“一个”、“一种”和“该/所述”的含义包括单数和复数个提及物。
如本文所用，术语“表面”是指物体(诸如金属片、沙特板、板、锭或其他金属或金属产品，诸如铸造金属产品)的最外部区域。在实施方式中，表面可以对应于代表物体终端和与另一种物质(诸如空气或水，或者当存在于真空中时则没有物质)的过渡端的物体的过渡区域或层。表面可以对应于物体的最外围处的物体的二维区域。在其中表面代表物体的过渡区域或层的实施方式中，过渡区域或层可以具有厚度，诸如对应于代表物体本体的终端的原子或分子的层和在一些实施方式中在终端层之下的原子或分子的相邻层的厚度，这些层暴露于终端层之外的其他物质(诸如空气或水或其溶解的组分)或以其他方式易受其影响。表面可以对应于当暴露于含有可与物体的材料发生反应的反应物的溶液时可能经历化学反应的物体的外部的那些层或厚度。作为一个实例，铝物体或合金的表面可以对应于在暴露于空气时经历氧化而形成氧化铝层的外层。作为另一个实例，金属物体的表面可对应于可以被其他物质涂覆或与其他物质接触的金属物体的区域，其他物质诸如涂料、薄膜或其他涂覆材料。作为实例，表面可以从物体的外部表面延伸到物体的内部至最多达5μm的深度，但通常要小得多。例如，表面可以指从(且包括)外部表面延伸到物体的内部中至0.01μm、0.05μm、0.10μm、0.15μm、0.20μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.50μm、0.55μm、0.60μm、0.65μm、0.70μm、0.75μm、0.80μm、0.85μm、0.9μm、0.95μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm或5.0μm或介于这之间的任何数值的深度的物体的部分。在一些实施方式中，表面从外表面延伸到物体的内部中的100nm至200nm范围的深度。在一些其他这样的实施方式中，下表面从外表面延伸到物体的内部中的100nm、110nm、120,nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm的深度。除表面部分之外的物体部分(例如物体的其余部分)在本文中被称为物体的“主体”或“主体部分”。注意到，对于具有两个轧制表面的金属物体(例如金属产品)，诸如铝合金片或沙特板，该物体可以具有两个表面部分和在它们之间的主体部分。
在以下实例中，可以依据其以重量百分比(wt.％)的元素组成或依据特定合金或合金系列来描述铝合金产品和其成分。在每种合金中，剩余部分是铝，所有杂质总和最大为0.15wt.％。
诸如晶粒细化剂和脱氧剂的偶有元素或其它添加剂可以存在于合金中，并且可以在不脱离或显著改变本文所述的合金或本文所述的合金的特性的情况下自身添加其它特性。
如本文所描述的熔覆层可通过任何合适的方式附接到如本文所描述的芯或其他金属层以形成熔覆产品或熔覆合金。例如，可以通过直接冷激共铸(即熔铸)(如美国专利no.7,748,434和8,927,113中所描述的，两个专利均通过引用整体并入本文)；通过对复合铸锭进行热轧和冷轧(如美国专利no.
7,472,740所描述的，其通过引用整体并入本文)；或通过轧制复合将熔覆层附接到芯层，从而实现芯与熔覆层之间的冶金结合。本文所述的熔覆合金产品的初始尺寸和最终尺寸可以通过整个最终产品的期望特性来确定。
可以以不同的方式使用任何合适的技术进行轧制复合工艺。例如，轧制复合工艺可以包括热轧和冷轧。此外，轧制复合工艺可以是一步工艺或多步工艺，其中在连续的轧制步骤期间将材料缩量。分隔的轧制步骤可以任选地通过其它加工步骤(包括例如，退火步骤、清洁步骤、加热步骤、冷却步骤等)进行分隔。
处理金属合金的方法
本文描述了处理金属(诸如合金，包括铝、铝合金、镁、镁合金、镁复合物和钢等)的方法，以及所得的经处理的金属和金属合金。在一些实例中，用于本文所述方法的金属包括铝合金，例如1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。在一些实例中，用于本文所述方法的材料包括有色金属材料，包括铝、铝合金、镁、镁基材料、镁合金、镁复合材料、钛、钛基材料、钛合金、铜、铜基材料、复合材料、用于复合材料的片材或任何其他合适的金属、非金属或材料的组合。对于本文所述的方法，整体以及非整体材料，诸如轧制复合材料、熔覆合金、熔覆层、复合材料(诸如但不限于含碳纤维的材料)或各种其它材料也是可用的。在一些实例中，对于本文描述的方法，含有铁的铝合金是可用的。
通过非限制性实例，用于本文描述的方法的示例性1xxx系列铝合金可包括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和aa1199。
用于本文描述的方法的非限制性示例性2xxx系列铝合金可包括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和aa2199。
用于本文描述的方法的非限制性示例性3xxx系列铝合金可包括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和aa3065。
用于本文描述的方法的非限制性示例性4xxx系列铝合金可包括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和aa4147。
用作铝合金产品的非限制性示例性5xxx系列铝合金可包括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和aa5088。
用于本文描述的方法的非限制性示例性6xxx系列铝合金可包括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和aa6092。
用于本文描述的方法的非限制性示例性7xxx系列铝合金可包括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、7204、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和aa7099。
用于本文描述的方法的非限制性示例性8xxx系列铝合金可包括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或aa8093。
合金可以通过直接冷激铸造或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或任何其它连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造、挤出或任何其它铸造方法来生产。
将认识到，虽然本公开的方面涉及铝合金，但是本文描述的概念可以适用于其他金属，诸如镁合金，其可以使用本文所述的且可用于铝合金的相同或相似技术制造和/或使用本文所述的且可用于铝合金的相同或相似技术加工。
图1提供了示出根据一些实施方式在制造工艺的各个阶段中金属的示例温度的图。作为初始铸造阶段105的一部分，在该阶段中，熔融金属被形成为锭、铸造制品或其他固体物体或金属产品，可以通过包括通过将金属暴露于水或水溶液中从而将金属淬火或冷却的工艺来使熔融金属冷却和/或固化，诸如通过直接冷激铸造工艺或包括在铸造后立即淬火的连续铸造工艺。
在铸造阶段之后，金属可进行均质化工艺110，在此工艺中将金属加热到小于金属的熔融或固相线温度的温度。任选地，将金属加热到基底金属和任何合金元素形成固溶体的温度。
在均质化工艺之后，可以将金属暴露于一种或多种工艺，这些工艺可以例如在金属内形成所需的微晶结构。这样的工艺可以对应于热轧115和/或冷轧120，例如以便由金属锭或其他铸造制品或金属产品形成沙特板、板或片。在一些实施方式中，在淬火或冷却工艺中，在升高的温度下将金属暴露于诸如水、水溶液或气相溶液的溶液中，可用于将金属的温度降低至后续工艺所需的或可用的温度。例如，将金属暴露于水或水溶液中可用于在热轧工艺115和冷轧工艺120之间冷却金属。
这之后，金属可进行固溶热处理工艺125，在此工艺中，将金属的温度升高至阈值温度(诸如金属形成固溶体的温度)以上的温度，并保持在阈值温度以上一段时间。在固溶热处理工艺125结束时，金属可进行淬火工艺130，在此工艺中，通过经由淬火工艺快速降低金属的温度来将溶解的杂质固定到位置中。这样的淬火工艺130可以包括将金属暴露于溶液，诸如包括水、水溶液或气体溶液的淬火溶液。
在实施方式中，图1中概述的工艺可以分开进行，或作为一种或多种连续处理线的一部分进行，其中金属可作为材料的线圈、膜或网在处理阶段之间输送。例如，金属在阶段之间的输送可以通过在一个或多个辊上或之间滚动可能处于张力的金属，或者通过在一个或多个输送机输送金属。另外，未明确标识的其他阶段可以包括在图1中标识的任何阶段之前、之间和/或之后。其他示例阶段包括但不限于退火阶段、洗涤阶段、化学处理阶段或精加工阶段。作为实例，精加工阶段可以对应于表面阳极氧化阶段、粉末涂覆阶段、涂装阶段、印刷阶段等。
图2提供了示出根据一些实施方式在固溶热处理205和淬火工艺210期间金属的温度的图。在固溶热处理期间，可以使用任何合适的工艺以任何合适的速率加热金属以达到阈值温度，并且可以将金属保持在特定温度或高于特定温度持续任何合适的时间量。可以使用任何合适的淬火技术将金属淬火，以一种或多种特定的冷却速率冷却金属的温度。在实施方式中，通过将金属暴露于包含水和一种或多种盐的溶液中来将金属淬火。应当理解，在即将淬火之前，金属可以具有用于加工的任何合适的温度。例如，取决于金属组成，可以在约500℃至约1500℃的起始温度下将金属淬火。
图3a和图3b提供了示出根据一些实施方式处理金属300的工艺的示意图。在图3a中，金属300首先进行加热工艺310，诸如通过输送金属300通过熔炉或使金属300进行另一加热工艺，诸如电磁感应加热工艺或激光加热工艺，然后进行淬火工艺320，然后进行化学处理工艺330。可以在图3a所示的任何工艺之间、之前或之后添加一个或多个其他工艺。例如，淬火工艺320可以用于将加热工艺310之后的金属300的温度降低到低于100℃的温度。化学处理工艺330可以例如对应于其中可以改性金属300的表面的一个或多个工艺。在淬火之后或通过淬火，金属300可被冷却至任何合适的温度，诸如约25℃至约500℃的温度或其任何子范围，例如25℃至100℃、100℃至200℃、200℃至300℃、300℃至400℃或400℃至500℃。
图3a中示出的工艺可例如对应于用于处理金属的常规技术并与图3b中示出的工艺形成对比。在图3b中，金属300首先进行加热工艺310，并然后进行组合的淬火和化学处理工艺340。同样，可以在图3b所示的工艺之间、之前或之后添加一个或多个其他工艺，诸如在组合的淬火和化学处理工艺340之后添加第二化学处理工艺。在组合的淬火和化学处理工艺340中，可以降低金属300的温度并可以同时改性金属300的表面。例如，组合的淬火和化学处理工艺340可以包括将金属300暴露于溶液中，从而以约100℃/s至约10000℃/s的冷却速率冷却金属，并引发改性金属表面的化学反应，诸如从金属表面去除材料的化学反应或向金属添加材料的化学反应。在一些实施方式中，诸如一旦金属的温度达到目标值，则可以采用介于100℃/分钟和100℃/s之间的冷却速率。任选地，淬火工艺中的冷却速率随时间变化。通过本文描述的方法可获得的可用的冷却速率包括约100℃/s至约10000℃/s或其任何子范围的速率，诸如约100℃/s至约2000℃/s、约200℃/s至约2000℃/s、约300℃/s至约2000℃/s、约400℃/s至约2000℃/s、约500℃/s至约2000℃/s、约600℃/s至约2000℃/s、约700℃/s至约2000℃/s、约800℃/s至约2000℃/s、约900℃/s至约2000℃/s、约1000℃/s至约2000℃/s、约100℃/s至约3000℃/s、约200℃/s至约3000℃/s、约300℃/s至约3000℃/s、约400℃/s至约3000℃/s、约500℃/s至约3000℃/s、约600℃/s至约3000℃/s、约700℃/s至约3000℃/s、约800℃/s至约3000℃/s、约900℃/s至约3000℃/s、约1000℃/s至约3000℃/s、约1000℃/s至约4000℃/s、约1000℃/s至约5000℃/s、约1000℃/s至约6000℃/s、约1000℃/s至约7000℃/s、约1000℃/s至约8000℃/s、约500℃/s至约1500℃/s、约400℃/s至约1400℃/s、约300℃/s至约1300℃/s、约100℃/s至约200℃/s、约200℃/s至约300℃/s、约300℃/s至约400℃/s、约400℃/s至约500℃/s、约500℃/s至约600℃/s、约600℃/s至约700℃/s、约700℃/s至约800℃/s、约800℃/s至约900℃/s、约900℃/s至约1000℃/s、约1000℃/s至约1100℃/s、约1100℃/s至约1200℃/s、约1200℃/s至约1300℃/s、约1300℃/s至约1400℃/s、约1400℃/s至约1500℃/s、约1500℃/s至约1600℃/s、约1600℃/s至约1700℃/s、约1700℃/s至约1800℃/s、约1800℃/s至约1900℃/s、约1900℃/s至约2000℃/s、约2000℃/s至约2100℃/s、约2100℃/s至约2200℃/s、约2200℃/s至约2300℃/s、约2300℃/s至约2400℃/s、约2400℃/s至约2500℃/s、约2500℃/s至约2600℃/s、约2600℃/s至约2700℃/s、约2700℃/s至约2800℃/s、约2800℃/s至约2900℃/s、约2900℃/s至约3000℃/s、约3000℃/s至约3100℃/s、约3100℃/s至约3200℃/s、约3200℃/s至约3300℃/s、约3300℃/s至约3400℃/s、约3400℃/s至约3500℃/s、约3500℃/s至约3600℃/s、约3600℃/s至约3700℃/s、约3700℃/s至约3800℃/s、约3800℃/s至约3900℃/s、约3900℃/s至约4000℃/s、约4000℃/s至约4100℃/s、约4100℃/s至约4200℃/s、约4200℃/s至约4300℃/s、约4300℃/s至约4400℃/s、约4400℃/s至约4500℃/s、约4500℃/s至约4600℃/s、约4600℃/s至约4700℃/s、约4700℃/s至约4800℃/s、约4800℃/s至约4900℃/s、约4900℃/s至约5000℃/s、约5000℃/s至约5100℃/s、约5100℃/s至约5200℃/s、约5200℃/s至约5300℃/s、约5300℃/s至约5400℃/s、约5400℃/s至约5500℃/s、约5500℃/s至约5600℃/s、约5600℃/s至约5700℃/s、约5700℃/s至约5800℃/s、约5800℃/s至约5900℃/s、约5900℃/s至约6000℃/s、约6000℃/s至约6100℃/s、约6100℃/s至约6200℃/s、约6200℃/s至约6300℃/s、约6300℃/s至约6400℃/s、约6400℃/s至约6500℃/s、约6500℃/s至约6600℃/s、约6600℃/s至约6700℃/s、约6700℃/s至约6800℃/s、约6800℃/s至约6900℃/s、约6900℃/s至约7000℃/s、约7000℃/s至约7100℃/s、约7100℃/s至约7200℃/s、约7200℃/s至约7300℃/s、约7300℃/s至约7400℃/s、约7400℃/s至约7500℃/s、约7500℃/s至约7600℃/s、约7600℃/s至约7700℃/s、约7700℃/s至约7800℃/s、约7800℃/s至约7900℃/s、约7900℃/s至约8000℃/s、约8000℃/s至约8100℃/s、约8100℃/s至约8200℃/s、约8200℃/s至约8300℃/s、约8300℃/s至约8400℃/s、约8400℃/s至约8500℃/s、约8500℃/s至约8600℃/s、约8600℃/s至约8700℃/s、约8700℃/s至约8800℃/s、约8800℃/s至约8900℃/s、约8900℃/s至约9000℃/s、约9000℃/s至约9100℃/s、约9100℃/s至约9200℃/s、约9200℃/s至约9300℃/s、约9300℃/s至约9400℃/s、约9400℃/s至约9500℃/s、约9500℃/s至约9600℃/s、约9600℃/s至约9700℃/s、约9700℃/s至约9800℃/s、约9800℃/s至约9900℃/s或约9900℃/s至约10000℃/s。任选地，淬火工艺中的冷却速率对于至少一部分淬火工艺是恒定的。对于一些实施方式，在淬火工艺期间增加冷却速率可允许增加生产线速度，诸如至大于通过用常规的纯水淬火溶液进行淬火所能使用的速度。
不希望受任何理论的束缚，发明人已经发现，使用盐的水溶液用于从高温将金属淬火可以实现比使用纯水更高的冷却速率。使用包含水和溶解的盐的溶液可以实现这样高的冷却速率，因为盐的包括可以减少当具有的温度高于溶液沸腾温度的材料浸入或接触溶液时可能会发生的气泡形成和莱顿弗罗斯特(leidenfrost)效应。这样高的冷却速率例如对于固化固溶体以将溶解的合金金属锁在基底晶体或晶粒结构中并使合金簇最小化是有利的。另外，发明人已经发现，与淬火有关的高温可用于引发、驱动或增加溶液中反应性溶质彼此之间、与表面或金属之间或通过反应性溶质的自反应(例如热分解)的化学反应的速率。
图4提供了可用于一些实施方式的淬火技术的示意图。在图4中，将金属400暴露于来自多个喷嘴410的溶液405。溶液405可以对应于气相溶液或液体溶液。对于将金属400暴露于溶液405，其他技术可能是可用的，诸如将金属400浸入溶液405的浴或流中、使溶液405的流在金属400上流动，等等。但是，可有利地使用喷嘴410，因为可以独立地调节由每个喷嘴410提供的溶液405的量以及所喷涂的溶液405的组成、浓度和/或温度。溶液的示例温度包括0℃至约50℃的温度，尽管较高温度溶液对于一些实施方式将是可用的。通常，可用的溶液温度对应于溶液的熔融温度和溶液的沸腾温度之间的任何温度或温度子范围。应当理解，当金属400的温度高于溶液405的温度时，将金属400暴露于溶液405将导致金属400的温度降低；相应地，溶液405的温度可被升高。当金属400在高温下进入淬火阶段时，诸如在基底金属和合金化金属存在于固溶体中时的温度下，或者在金属400存在于高于水或溶液405的沸点的温度下时，这样的配置对于快速冷却金属400是尤其有用的。
对于本文描述的各种实施方式，各种溶液都是可用的。任选地，溶液包括液体溶液。例如，在一些实施方式中，溶液包含水和一种或多种盐，诸如以水溶液存在。使用包含水和一种或多种盐的溶液可能是有利的，因为在实施方式中，这样的溶液可以提供比单独使用水更快的冷却速率。示例溶液包括含有一种或多种碱金属盐(例如硫酸钠)、碱土金属盐(例如硫酸镁)、铵盐(例如硫酸铵)、硫酸盐(例如硫酸钾)、硝酸盐(例如硝酸钙)、硼酸盐(例如硼酸钾)、磷酸盐(例如磷酸锂)、乙酸盐(例如乙酸钠)、碳酸盐(例如碳酸钙或碳酸铝)、钙基盐或铝基盐的溶液。在一些实施方式中，这些和其他盐可以对应于惰性或非反应性盐，其彼此或与金属或金属产品的表面不相互作用或仅最小限度地相互作用或进行化学反应。溶液中的盐可以以任何合适的浓度存在，诸如盐浓度为约5wt.％盐至约30wt.％盐或其任何子范围，诸如约5wt.％至约25wt.％、约5wt.％至约20wt.％、约5wt.％至约15wt.％、约5wt.％至约10wt.％、约10wt.％至约30wt.％、约10wt.％至约25wt.％、约10wt.％至约20wt.％、约10wt.％至约15wt.％、约15wt.％至约30wt.％、约15wt.％至约25wt.％、约15wt.％至约20wt.％、约5wt.％至约6wt.％、约6wt.％至约7wt.％、约7wt.％至约8wt.％、约8wt.％至约9wt.％、约9wt.％至约10wt.％、约10wt.％至约11wt.％、约11wt.％至约12wt.％、约12wt.％至约13wt.％、约13wt.％至约14wt.％、约14wt.％至约15wt.％、约15wt.％至约16wt.％、约16wt.％至约17wt.％、约17wt.％至约18wt.％、约18wt.％至约19wt.％、约19wt.％至约20wt.％、约20wt.％至约21wt.％、约21wt.％至约22wt.％、约22wt.％至约23wt.％、约23wt.％至约24wt.％、约24wt.％至约25wt.％、约25wt.％至约26wt.％、约26wt.％至约27wt.％、约27wt.％至约28wt.％、约28wt.％至约29wt.％或约29wt.％至约30wt.％。
在一些实施方式中，溶液包括饱和或过饱和盐溶液。在实施方式中，术语“饱和盐溶液”对应于含有最大浓度的特定溶解的盐并且其中不能再溶解额外量的特定盐的水溶液。饱和盐溶液中溶解的盐的最大量可取决于溶液的温度和盐的化学特性。在实施方式中，饱和盐溶液对应于饱和室温盐溶液。饱和溶液可以例如包括沉淀量的盐。在实施方式中，“过饱和盐溶液”对应于含有的盐浓度高于对于溶液的特定溶质和温度的正常饱和浓度的水溶液。例如，可以通过在第一温度下产生饱和盐溶液并以比沉淀或结晶速率更快的速率降低溶液的温度来获得过饱和盐溶液。应当理解，不同盐在水中的溶解度可以不同，并且不同盐在溶液中可以表现出不同的最大盐浓度。
任选地，溶液包含气相溶液，诸如包括一种或多种反应性气体作为反应性溶质用于参与改性金属表面的化学反应，和一种或多种非反应性或惰性气体作为溶剂。任何合适的惰性气体都可以在气相溶液中用作溶剂，诸如氩气、氦气、氮气等。可以使用各种不同的反应性气体，诸如氢气、氧气、氨气、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硅烷或气相酸性物质，诸如硫化氢、氰化氢、盐酸、乙酸、甲酸等。反应性气体可以以约0.1wt.％至约10wt.％存在于溶液中。由于金属表面的温度可被升高或处于适合于热处理金属的温度，诸如大于500℃或接近金属的熔化温度或固相线温度，因此即使在低浓度下反应性气体也可以参与表面改性反应。
在一些实施方式中，可以期望最小化或消除溶液中的某些离子。例如，在一些实施方式中，卤素离子的存在对于在溶液中使用可能是不期望的。任选地，溶液缺少或不包括(即排除)卤素离子。然而，实际上不可能从含有一种或多种盐的溶液中除去或排除所有卤素离子。因此，一些实施方式利用包括的卤素离子的浓度在0wt.％至约0.001wt.％之间的溶液。
在一些实施方式中，与金属的表面反应或彼此反应的盐或其他反应性溶质可以存在于溶液中。例如，将金属暴露于这样的溶液可以引发改性金属表面的化学反应。示例反应可以包括从表面去除材料或将材料沉积到表面上的反应。示例反应可以包括清洁或蚀刻金属表面或在金属表面上形成涂层。
作为实例，溶液可任选地包括碱性水溶液或酸性水溶液。使用碱性或酸性溶液可能是有利的，例如因为这些溶液可用作金属表面的清洁剂或蚀刻剂。碱性或酸性溶液可以有利地降解粘附到金属表面或形成金属表面一部分的材料，诸如氧化层、颗粒污染物等。去除氧化层对于使反应性溶质与金属的下层金属原子之间进行反应可能是有用的。另外，碱性或酸性溶液还可为例如涉及溶液的其他盐或组分的反应提供催化剂。示例碱溶液包括那些包含氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾等)、氨(例如氨水)、钙基盐或铝基盐的溶液。示例酸溶液包括那些包含硫酸、硝酸、磷酸、硼酸或有机酸(诸如磺酸或羧酸)的溶液。
作为另一实例，溶液可任选地包含一种或多种可热分解的物质，诸如可热分解的盐，作为反应性溶质。可热分解的物质可用于提供金属或其他材料作为金属的表面处理。例如，溶液中可包括一种或多种可热分解的金属盐，诸如一种或多种铬盐(例如铬(iii)盐)、铜盐(例如铜(ii)盐)、银盐(例如，银(i)盐)、钛盐(例如钛(iii)盐、钛(iv)盐)、锆盐(例如锆(iv)盐)、锰盐(例如锰(ii)盐)或铈盐(例如铈(iii)盐、铈(iv)盐)。除了可热分解的金属盐之外，还可以使用可热分解的金属化合物或包括上述金属的离子物质，诸如高锰酸盐，作为溶液中的反应性溶质。应当理解，在本文所述的方法中可用的一些可分解的金属盐可能比在常规表面处理中可以使用的其他金属盐或离子的毒性小。例如，铬(iii)的毒性可能小于铬(vi)。其他或相关的可热分解的盐包括例如硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐或高锰酸盐。在实施方式中，在溶液中包括可热分解的金属盐可以允许由可分解的金属盐在金属(诸如片、沙特板或板)的表面上形成金属的金属或金属氧化物层，由于溶液或其组分的温度可以在淬火工艺期间增加，在淬火工艺中金属片、沙特板或板在升高的温度下暴露于溶液中。
作为另一实例，溶液可包含一种或多种聚合物(例如热固性聚合物)或聚合物前体。可用的聚合物或聚合物前体包括但不限于丙烯酸类、聚丙烯酸类、乙烯基膦酸类和聚乙烯基膦酸类。在溶液中包括聚合物或聚合物前体可允许在淬火工艺期间将聚合物层沉积到金属表面上。在其中溶液包括聚合物前体的一些实施方式中，将聚合物前体暴露于升高的温度或热量，诸如由离开熔炉或加热阶段的金属提供的，可引发聚合物前体的聚合或交联反应以形成聚合物。溶液中的示例聚合物或聚合物前体浓度包括约0.1wt.％至约10wt.％聚合物或聚合物前体。
溶液中可以包括其他添加剂。例如，在一些实施方式中，溶液可包含不溶性颗粒。不溶性颗粒可以采取小物体的物质的形式，使得当其流动时可以悬浮在溶液中或通过溶液输送。例如在实施方式中，颗粒的特征可以在于诸如直径为5nm至500微米的尺寸。当颗粒具有非常小的直径时，诸如小于1微米，则颗粒可以在溶液中形成胶体或悬浮液。任选地，溶液包含替代反应性溶质或除反应性溶质之外的悬浮反应性介质。这样的溶液可包含悬浮的反应性介质在溶剂中的胶体悬浮液。较大的颗粒可以通过溶液经由整体输送工艺进行输送，在此工艺中由流动流体施加的力克服了重力或惯性过程。示例性不溶性颗粒可包括无机材料，诸如金属、金属氧化物材料或塑料或聚合物材料，其可以是天然存在的或合成的或被加工以形成特定尺寸(诸如直径)的物体。示例不溶性颗粒可对应于玻璃、二氧化硅、塑料、金属或橡胶。在一些实施方式中，存在于饱和溶液中的晶体或盐的量可以对应于不溶性颗粒。在一些实施方式中，不溶性颗粒具有的硬度大于、小于或约等于通过将金属暴露于溶液中而经处理的金属的硬度。在一些实例中，将金属暴露于溶液可在金属的表面层上施加力，从而在金属的表面上产生冷凝的、致密的或以其他方式压制的层。在一些实例中，将金属暴露于溶液可以在金属的表面层上施加力，从而导致蚀刻、腐蚀、烧蚀或以其他方式从金属表面去除材料。对于一些实施方式，这样的蚀刻、腐蚀、烧蚀或表面去除工艺可以是有利的，通过暴露新鲜的(即未氧化或未反应的)金属并允许与新鲜金属的更快的蚀刻或表面反应发生。
可以选择并建立各种工艺参数以便控制反应速率和/或冷却速率。例如，对于某些表面改性反应，可能希望使反应以低速率或以高速率进行。类似地，也可能希望控制发生加热后的金属的淬火的速率，诸如以控制或建立特定的晶粒结构、沉淀物浓度、沉淀物分布、合金元素浓度、合金元素分布等。通过选择并建立一个或多个工艺参数，可以控制冷却和/或反应速率以实现金属的目标性能和/或表面改性。示例工艺参数包括但不限于溶液中的溶质或盐浓度、溶液中的溶质或盐的化学特性、溶液的流速、溶液的压力、在将加热的金属暴露于溶液期间使用的溶液喷涂角度、喷涂方向或几何形状、溶液温度(例如暴露之前的溶液温度)、将金属暴露于溶液的持续时间或这些的任意组合。
工艺参数也可以随时间变化和/或控制。例如，溶质浓度可以随时间变化，诸如以控制蚀刻速率和/或沉积速率。作为另一个实例，溶液中反应性溶质的化学特性可以随时间改变。在一种实施方式中，例如，作为蚀刻剂的反应性溶质最初可以存在于溶液中。随着蚀刻反应在加热后的金属暴露于溶液期间进行，可以改变(例如降低)蚀刻剂的浓度以改变蚀刻速率。任选地，可以改变溶液以包括第二反应性溶质，诸如分解以在金属上形成沉积层的可分解溶质。此外，取决于条件，可分解溶质的浓度可随时间变化。例如，可分解溶质具有的浓度可以从零开始，在第一时间段内增加到低浓度以开始初始低速率沉积，并然后在第二时间段内增加到更高的浓度以进行较高速率沉积。在这样的工艺中，可能发生金属从初始温度淬火或冷却。此外，溶液中的非反应性溶质(例如盐)浓度、溶液流速、溶液压力或其他工艺参数也可以随时间进行控制，以在金属内建立特定的淬火曲线或温度曲线。
对于本文描述的实施方式，各种淬火工艺都可能是可用的。例如，在一些实施方式中，将金属暴露于溶液中对应于单个淬火工艺，诸如具有与图2所示的温度曲线相似的温度曲线。在其他实施方式中，淬火工艺可能更加复杂。例如，图5提供了示出在包括多个淬火阶段的示例性淬火工艺期间金属的温度的图。可以使用第一淬火阶段505，其可对应于诸如在铸造步骤、退火步骤或热处理工艺之后快速冷却金属的温度。在第一淬火阶段505中，冷却速率随时间而降低，从最大冷却速率开始并以最小冷却速率结束。可以使用第二连续淬火阶段510，诸如其中冷却速率保持恒定。可以使用第三淬火阶段515，其中冷却速率再次是非恒定的并随时间降低，从最大冷却速率开始并以最小冷却速率结束。随后是第四阶段520，其中例如冷却速率可以是恒定的或为零。
以这种方式，可以使用不同的温度和冷却方案来满足例如冷却要求、反应要求或材料要求。例如，可能希望最初以尽可能快的冷却速率将金属的温度淬火，诸如以固化固溶体并将溶解的合金金属锁在基底晶体/晶粒结构中并使合金簇或其他沉淀物最小化。降低的冷却速率或恒定的冷却速率或恒定的温度状况可用于允许发生期望的化学反应，诸如仅在特定温度范围内进行或在特定温度范围内最有效地进行的反应。一旦需要特定温度或温度范围的特定反应完成后，可能希望诸如通过随后的淬火将金属的温度快速改变至另一温度。
图6a和6b提供了包括多个淬火阶段的金属淬火操作的示意图。在图6a和6b的每个中描绘的配置都是可用的，例如，用于提供图5所示的温度曲线，但使用不同的淬火技术和布置。
在图6a中，第一淬火阶段605施加第一淬火溶液625以将金属600从其最高温度快速冷却，该最高温度可对应于在淬火阶段之前金属600在熔炉中或其他加热阶段(例如电磁感应或激光加热阶段)中所升高到的温度，诸如固溶热处理温度。如上所述，可能希望将第一淬火阶段605之后的冷却速率控制为恒定，诸如以允许发生化学反应或出于其他原因。
在图6a中描绘的第二淬火阶段610中，没有溶液被施加到金属600，并且例如通过与金属600的其他部分的传导性热传输(其中热量被主动地去除)以及通过与空气的对流热传输而使金属600冷却。在第二淬火阶段610中，保留在金属600的表面上的材料可例如在于淬火阶段610中遇到的升高的温度下与金属600的表面反应。
在第三淬火阶段615中，将第二溶液630施加到金属600上。第二溶液630可以与在第一淬火阶段605中施加的第一溶液625相同或不同。另外，第二溶液630的温度或流速可以与在第一淬火阶段605中用于第一溶液625的温度或流速相同或不同。
在第三淬火阶段615之后，可以使用第四阶段620，在该第四阶段中同样不施加溶液。在图6a中，第四阶段620示出了近似恒定的温度，并且该阶段对于不需要或仅以低速率需要额外冷却的实施方式可以是有用的。
与图6a不同，图6b描绘了沿多个区域的连续或近似连续的淬火，但包括不同的淬火阶段，如下所述。在每个喷嘴处的溶液组成、溶液温度和溶液流速可以独立于在其他喷嘴处使用的那些。例如，在每个喷嘴处使用的淬火溶液的组成、温度和流速可以在喷嘴与喷嘴之间连续且独立地变化。任选地，在任何一个或多个喷嘴处施加的溶液可包含不具有溶解盐或仅具有痕量溶解盐的水，这可能可用于提供表面洗涤或用于防止相邻喷嘴中的不同组成的溶液混合。
在图6b所描绘的实施方式中，第一淬火阶段655可大致对应于图6a中的第一淬火阶段605，其中施加第一淬火溶液，诸如以便使金属600从其最高温度快速冷却。例如，第一淬火阶段655中的每个喷嘴可以以相同的流速施加相同组成和温度的溶液。
在第一淬火阶段655之后，第二淬火阶段660向金属600施加第二淬火溶液。为了获得与在第一淬火阶段655中所获得的不同的冷却速率，施加第二淬火溶液，该第二淬火溶液例如可以具有与在第一淬火阶段655中施加的第一淬火溶液不同的成分或不同的温度。替代地或另外地，第二淬火溶液可以具有与第一淬火溶液相同的组成，但是可以以较低的流速施加。这些配置可有利地允许根据需要实现目标冷却速率。
第三淬火阶段665可以施加第三淬火溶液，该第三淬火溶液同样可以与在第一淬火阶段655中使用的第一淬火溶液或在第二淬火阶段660中使用的第二淬火溶液相同或不同。替代地或另外地，第三淬火溶液的温度或流速可以与在其他淬火阶段中使用的温度或流速不同。
第四淬火阶段670可以施加第四淬火溶液，并且第四淬火溶液的组成、温度和流速可以再次被优化以实现目标冷却速率。任选地，任何一个或多个喷嘴可具有零流速，有效地允许选择性施加或不施加淬火溶液。
如可用于一些实施方式的图6b的具体实例，第一淬火溶液可以对应于碱性溶液，诸如氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液。除了通过淬火降低金属600的温度之外，这样的溶液还可能可用于清洁或蚀刻金属600的表面。第二淬火溶液可以例如对应于所施加的碱性溶液，但是以逐渐稀释的浓度，从而实现恒定的冷却速率。第三淬火溶液可以例如对应于可热分解的盐的盐溶液，以允许在淬火期间通过热分解第三淬火溶液中存在的盐而在金属600的表面上形成涂层。第四淬火溶液可以例如对应于纯水洗涤。
以下实施例将用来进一步说明本发明，然而，同时不对本发明构成任何限制。相反，可清楚地了解，在不脱离本发明精神的情况下，可采用在阅读本文中的描述之后，所属领域的技术人员能够联想到的各种实施方式、修改和其等同物。除非另有说明，否则在以下实施例所描述的研究期间，遵循常规程序。出于说明性的目的，在下文描述程序中的一些。
实施例1：用于清洁金属表面的反应性淬火
铸造并准备7xxx系列铝合金用于固溶热处理。通过使铝合金通过熔炉直到铝合金达到约450℃的温度来对铝合金进行固溶热处理。将温度保持在450℃和固相线温度之间持续0.5至120分钟，含端值。各种7xxx系列铝合金的示例固相线温度包括约470至约650℃。在固溶热处理工艺之后，将铝合金按以下方式淬火。
将经约450℃下的热处理的铝合金浸入在约25℃下的含有按重量计约5-35％氢氧化钾的盐的水溶液中，同时监测其温度。可以观察到冷却速率为50℃/s至400℃/s之间或更高。使铝合金冷却至约50℃或更低的最终温度。该工艺从铝合金表面去除了一层材料。
图7提供了淬火之前(上图)和之后(下图)的铝合金700的示意性截面图。在图7中，铝合金700在淬火之前具有表面层705。在淬火期间，通过与氢氧化钾溶液反应除去了表面层705。尽管在图7中示意性地示出了表面层705作为不同的层，但是应当理解，表面层705可以对应于铝合金700的连续区域，该区域在淬火期间被去除。例如，表面层705的厚度可以最高达5μm。
实施例2：用于涂覆金属表面的反应性淬火
铸造并准备7xxx系列铝合金用于固溶热处理。通过使铝合金通过熔炉直到铝合金达到约450℃的温度来对铝合金进行固溶热处理。将温度保持在450℃和固相线温度之间持续0.5至120分钟，含端值。在固溶热处理工艺之后，将铝合金按以下方式淬火。
将约450℃下的经热处理的铝合金浸入在约25℃下的含有按重量计约5-35％硝酸铬(iii)盐的盐的水溶液中，同时监测其温度。可以观察到冷却速率为50℃/s至400℃/s之间或更高。使铝合金冷却至约50℃或更低的最终温度。该工艺将含铬层沉积在铝合金的表面上。
图8提供了淬火之前(上图)和之后(下图)的铝合金800的截面图。在图8中，铝合金800具有在淬火期间形成的表面层805，其对应于通过溶液中硝酸铬(iii)的热分解所形成的氧化铬(iii)层。硝酸铬(iii)的示例热分解反应如下：
实施例3：反应性淬火的评估
准备各种6111系列铝合金的样品用于反应性淬火。最初，将铝合金铸造并轧制成片。冷轧之后，片材的规格为约2mm。通过用己烷处理将样品脱脂，以准备进行反应性淬火。将一个样品保留在准备好的脱脂后的精轧(millfinish)条件下，并且不进行加热和淬火。将其他样品进行反应性淬火工艺，其中通过将样品置于保持在约300℃的熔炉中，在约7分钟的时间段内首先将铝合金产品的样品从环境温度加热至约300℃。
在约300℃的温度下的同时，通过暴露于不同溶液对样品进行淬火。作为对照，一个样品通过在约65℃的温度下暴露于去离子(di)水持续约5秒来淬火。通过暴露于包含反应性溶质的各种溶液来将其他样品淬火。例如，使用通过暴露于包含包括按体积计约1％的钛/锆盐于去离子水中的溶液持续约5秒来将两个样品淬火；一个溶液在约65℃下，且另一个在约环境温度下。使用弱酸性条件将两个样品淬火，这通过暴露于按体积计约3％的硫酸(h2so4)于去离子水中的溶液约5秒，或暴露于按体积计约3％的磷酸(h3po4)于去离子水中的溶液约5秒，两种弱酸性溶液均在约65℃下。使用弱碱性条件将两个样品淬火，通过暴露于按体积计约3％的氢氧化钾(koh)溶液约5秒，该溶液在约65℃下；淬火之后，将暴露于氢氧化钾溶液的样品中的一个用环境温度去离子水冲洗，并通过暴露于约20g/l硝酸(hno3)于去离子水中的溶液约5秒来去污点。对于所有经淬火的样品，观察到初始淬火速率在约200℃/s至约400℃/s之间。随后将所有经淬火的样品用室温去离子水冲洗以进行进一步评估。
获得样品的电子显微图像以提供有关样品的定性信息。图9a提供了使用65℃去离子水淬火的样品的电子显微图像，示出了具有可见的轧制线的相对清洁的表面，且与精轧样品(未示出)相当。图9b提供了使用65℃ti/zr溶液淬火的样品的电子显微图像，以及图9c提供了使用环境温度ti/zr溶液淬火的样品的电子显微图像，再次示出了具有可见的轧制线的相对清洁的表面。图9d提供了使用65℃硫酸溶液淬火的样品的电子显微图像，与水淬火的样品相比，轧制线有明显的一些退化，反映了表面的蚀刻。图9e提供了使用65℃磷酸溶液淬火的样品的电子显微图像，表面有明显的更强的蚀刻。图9f提供了使用65℃氢氧化钾溶液淬火的样品的电子显微图像，以及图9g提供了使用65℃氢氧化钾溶液淬火然后冲洗并去污点的样品的电子显微图像。在所有测试的样品中，氢氧化钾淬火的样品似乎具有最强蚀刻的表面。
为了进一步确定反应性淬火的效果，还对样品进行了表面x射线光电子能谱术，以研究在样品表面处发生的组成变化。总体结果在表1中提供。为了评估通过反应性淬火蚀刻的效果，获得了碳(例如，对应于样品表面的表面微观结构上或内部存在的残余轧制油或己烷)和镁的至140nm深度的积分xps信号。对照样品(di水淬火)的积分碳xps信号具有336的值，而对照样品的积分镁xps信号为42。磷酸和硫酸淬火的样品具有的积分碳xps信号分别为25和61，以及积分镁xps信号分别为9和23。氢氧化钾淬火的样品具有的积分碳xps信号为44，以及积分镁xps信号为46，而进行了氢氧化钾淬火然后去污点的样品具有的积分碳xps信号为25，以及积分镁xps信号为23，表明氢氧化钾淬火能够从表面去除碳，但即使在去污点之后也不能非常有效地去除镁。这些结果与显微图像相结合，表明酸性和碱性反应性淬火溶液都可用于蚀刻铝合金产品的表面。
表1
为了评估通过反应性淬火预处理(例如沉积)的效果，获得了锆的至140nm深度的积分xps信号。对照样品(di水淬火)、进行了氢氧化钾淬火的样品、进行了硫酸淬火的样品以及进行了磷酸淬火的样品的积分锆xps信号均小于对于ti/zr淬火的样品所确定的积分锆xps信号。65℃和环境温度溶液情况下，ti/zr淬火的样品具有的积分锆xps信号分别为30和10。其他样品的积分锆xps信号范围为0至7。这些结果表明，反应性淬火可用于将材料沉积在铝合金产品的表面上(即进行预处理)。
说明
如下所用，对一系列说明的任何提及应理解为对那些说明中的每一个的分别提及(例如，“说明1-4”应理解为“说明1、2、3或4”)。
说明1是处理金属的方法，该方法包括：将金属加热至第一温度；以及将金属暴露于溶液中，其中将金属暴露于溶液中以约100℃/s至约10000℃/s(例如约300℃/s至约2000℃/s之间)的冷却速率冷却金属，并且其中将金属暴露于溶液中引发改性金属表面的化学反应。
说明2是处理金属的方法，该方法包括：将金属加热至第一温度；以及将金属暴露于包含反应性溶质的溶液中，其中将金属暴露于溶液中以约100℃/s至约10000℃/s(例如约300℃/s至约2000℃/s)的冷却速率冷却金属，其中将金属暴露于溶液中引发金属表面的改性，任选地改性金属表面的涉及该反应性溶质的化学反应。
说明3是处理金属的方法，该方法包括：将金属加热至第一温度；以及改性金属表面同时通过将金属暴露于包含反应性溶质的溶液中来冷却金属，其中将金属暴露于溶液中：以约100℃/s至约10000℃/s的冷却速率冷却金属；并引发金属表面的受控的改性，任选地涉及反应性溶质的化学反应以进行金属表面的受控的改性。
说明4是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，还包括选择并建立工艺参数，诸如以下中的一种或多种：溶液中的溶质或盐浓度、溶液的流速、溶液的压力、暴露期间使用的溶液喷涂角度或几何形状、溶液温度、将金属暴露于溶液的持续时间或这些的任意组合，以控制冷却速率。
说明5是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，还包括选择并建立工艺参数，诸如以下中的一种或多种：溶液中的反应性溶质的浓度、暴露期间金属的温度、溶液的温度、将金属暴露于溶液的持续时间、暴露期间溶液的流速、溶液的压力、暴露期间使用的溶液喷涂角度或几何形状或这些的任意组合，以控制化学反应的反应速率。
说明6是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质不是水或是除水之外的。
说明7是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中水不作为反应物参与化学反应。
说明8是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质不是氢氧化物盐或氢氧根离子或是除氢氧化物盐或氢氧根离子之外的。
说明9是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中氢氧化物不作为反应物参与化学反应。
说明10是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含水和一种或多种盐。
说明11是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中一种或多种盐包括反应性溶质。
说明12是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中一种或多种盐包括反应性溶质和一种或多种非反应性或基本上非反应性盐。
说明13是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含一种或多种碱金属盐、碱土金属盐、铵盐、硫酸盐、硝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、乙酸盐或碳酸盐。
说明14是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含约5wt.％盐至约30wt.％盐之间的盐浓度。
说明15是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包括饱和或过饱和的盐溶液。
说明16是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液缺乏或不包含卤素离子，或其中溶液中的卤素离子的浓度在0wt.％和0.001wt.％之间。
说明17是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包括碱性水溶液。
说明18是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨或铵离子中的一种或多种。
说明19是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨或铵离子中的一种或多种。
说明20是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包括酸性水溶液。
说明21是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含硫酸、硝酸、磷酸、硼酸或有机酸中的一种或多种。
说明22是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括硫酸、硝酸、磷酸、硼酸或有机酸中的一种或多种。
说明23是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中有机酸是磺酸或羧酸。
说明24是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含可热分解的盐。
说明25是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括可热分解的盐。
说明26是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含一种或多种硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐或高锰酸盐。
说明27是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括一种或多种硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐或高锰酸盐。
说明28是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含一种或多种铬盐、铜盐、银盐或铈盐。
说明29是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括一种或多种铬盐、铜盐、银盐或铈盐。
说明30是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含一种或多种聚合物、聚合物前体或热固性聚合物。
说明31是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中反应性溶质包括一种或多种聚合物、聚合物前体或热固性聚合物。
说明32是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含一种或多种气体，且其中反应性溶质包括反应性气体。
说明33是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液具有的温度在0℃至50℃之间。
说明34是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中溶液包含不溶性颗粒。
说明35是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中压制表面的外层以形成压实的表面。
说明36是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于不溶性颗粒会压制表面的外层以形成压实的表面。
说明37是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中从表面侵蚀材料以形成侵蚀的表面。
说明38是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于不溶性颗粒从表面侵蚀材料以形成侵蚀的表面。
说明39是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应从金属的表面移除材料。
说明40是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应对应于清洁、蚀刻或烧蚀金属表面。
说明41是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应在金属的表面上沉积材料。
说明42是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应对应于在金属的表面上形成涂层。
说明43是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应对应于酸蚀反应、碱蚀反应、热分解反应、聚合反应、氧化反应或表面烧蚀。
说明44是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应对应于金属表面的氧化层的酸性降解或金属表面的氧化层的碱性降解。
说明45是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中化学反应包括移除或改性金属表面的氧化层以暴露金属表面层，以及其中化学反应还包括改性金属表面层。
说明46是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中包括将金属浸入溶液中、将溶液喷涂在金属表面上或将金属表面暴露于溶液的流。
说明47是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中包括将金属暴露于多种不同的溶液中。
说明48是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中包括将金属冷却至一系列越来越低的温度。
说明49是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中包括将金属以递减的冷却速率冷却，从最大冷却速率开始并以最小冷却速率结束。
说明50是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中包括将金属冷却至第二温度，并且其中该方法还包括：将金属暴露于第二溶液中，其中将金属暴露于第二溶液中将金属从第二温度冷却并引发第二化学反应，该第二化学反应进一步修饰金属表面。
说明51是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于第二溶液中以约50℃/s至约500℃/s的第二冷却速率冷却金属。
说明52是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中将金属暴露于溶液中冷却金属至约25℃/s和约500℃/s之间的第二温度。
说明53是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中第一温度小于金属的熔化温度。
说明54是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中第一温度大于或等于金属的熔化温度。
说明55是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中第一温度对应于固溶热处理温度，或其中加热金属对应于对金属进行固溶热处理。
说明56是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中冷却金属包括将合金元素浓度固定在包含金属的固溶体中。
说明57是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中加热之前包含金属的固溶体中的合金元素浓度小于在将金属暴露于包含反应性溶质的溶液中之后包含金属的固溶体中的合金元素浓度。
说明58是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中金属具有合金元素分布，并且其中加热之前的合金元素分布的均质性比在将金属暴露于包含反应性溶质的溶液中之后的合金元素分布低。
说明59是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中第一温度在500℃和1500℃之间。
说明60是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，还包括通过将金属保持于第一温度下一段时间来对金属进行热处理。
说明61是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中金属包括铝或铝合金、镁或镁合金或钢。
说明62是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中金属包括单相合金、整体合金、金属合金固溶体、多相合金、金属间合金或熔覆合金。
说明63是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，其中金属包括选自由铜、锰、镁、锌、硅、铁、铬、锡、锆、锂和钛组成的组的一种或多种元素。
说明64是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，还包括在将金属暴露于溶液中之后用水洗涤金属表面。
说明65是根据前述或随后说明中任一项所述的方法，还包括对表面进行阳极氧化、对表面进行粉末涂覆或在表面上涂装或印刷。
说明66是经处理的金属，包括加热至第一温度并暴露于溶液的金属，该溶液以约100℃/s至约10000℃/s(例如约300℃/s至约2000℃/s之间)的冷却速率冷却金属，并引发改性金属表面的化学反应。
说明67是经处理的金属，包括加热至第一温度并暴露于包含反应性溶质的溶液的金属，其中该溶液以约100℃/s至约2000℃/s(例如约300℃/s至约2000℃/s)的冷却速率冷却金属，并引发涉及反应性溶质的化学反应，并且其中该化学反应改性金属表面。
说明68是经处理的金属，包括加热至第一温度并进行受控的表面改性同时通过将金属暴露于包含反应性溶质的溶液中来冷却的金属，其中将金属暴露于溶液中：以约100℃/s至约10000℃/s的冷却速率冷却金属；并引发涉及反应性溶质的化学反应以进行金属表面的受控的改性。
说明69是根据前述或随后说明中任一项所述的经处理的金属，其中改性金属表面的化学反应对应于清洁反应、蚀刻反应、烧蚀反应、涂覆反应或沉积反应。
说明70是根据前述或随后说明中任一项所述的经处理的金属，其中在化学反应期间后，金属表面被清洁、蚀刻、烧蚀、涂覆或沉积。
说明71是根据前述说明中任一项所述的任一方法形成的经处理的金属。
以上引用的所有专利、出版物和摘要均通过引用整体并入本文。实施方式(包括所说明的实施方式)的前述描述仅出于说明和描述的目的而呈现，并且不旨在为详尽的或局限于所公开的精确形式。对于本领域技术人员来说，其许多修改、调整和用途将是显而易见的。
1.一种处理金属的方法，所述方法包括：
加热金属至第一温度；以及
将所述金属暴露于包含反应性溶质的溶液中，其中将所述金属暴露于所述溶液中以约300℃/s至约2000℃/s的冷却速率冷却所述金属，其中将所述金属暴露于所述溶液中引发涉及所述反应性溶质的化学反应，并且其中所述化学反应改性所述金属的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液包含水和一种或多种盐。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液包含一种或多种碱金属盐、碱土金属盐、铵盐、硫酸盐、硝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、乙酸盐或碳酸盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液包含约5wt.％盐至约30wt.％盐的盐浓度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液包括碱性水溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨或铵离子中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液包括酸性水溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括硫酸、硝酸、磷酸、硼酸或有机酸中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括可热分解的盐。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括一种或多种硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐或高锰酸盐。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括一种或多种铬盐、铜盐、银盐或铈盐。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性溶质包括一种或多种聚合物、聚合物前体或热固性聚合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学反应从所述金属的所述表面移除材料。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学反应对应于清洁、蚀刻或烧蚀所述金属的所述表面。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学反应在所述金属的所述表面上沉积材料或在所述金属的所述表面上形成涂层。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学反应对应于酸蚀反应、碱蚀反应、热分解反应、聚合反应、氧化反应或表面烧蚀。
17.根据权利要求1所述的方法，其中将所述金属暴露于所述溶液中包括将所述金属暴露于多种不同的溶液中。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括铝合金。
19.一种经处理的金属，包括加热至第一温度并暴露于包含反应性溶质的溶液的金属，其中所述溶液以约300℃/s至约2000℃/s的冷却速率冷却所述金属，并引发涉及所述反应性溶质的化学反应，并且其中所述化学反应改性所述金属的表面。
20.一种通过以下方法形成的经处理的金属，所述方法包括：
加热金属至第一温度；以及
将所述金属暴露于包含反应性溶质的溶液中，从而形成所述经处理的金属，其中将所述金属暴露于所述溶液中以约300℃/s至约2000℃/s的冷却速率冷却所述金属，其中将所述金属暴露于所述溶液中引发涉及所述反应性溶质的化学反应，并且其中所述化学反应改性所述金属的表面。
技术总结