[发明专利]铝-碳组合物

说明书

相关专利申请

本发明要求2011年3月4日提交的美国临时申请号61/449,406的权益。

技术领域

本申请涉及包括形成单相材料的铝和碳的化合物和/或组合物，更特别地，涉及其中当将铝-碳组合物熔化或再熔化时，碳不与铝发生相分离的铝-碳组合物。

背景技术

铝为柔软、耐久、轻质、可延展和可锻的金属，具有从银色到暗灰色的外观，取决于表面韧性。铝为无磁性和不产生火花的。当引入水中时，铝粉末为高度爆炸性的，且被用作火箭燃料。其也不溶于醇中，尽管其可以某些形式溶于水中。铝具有钢的约三分之一的密度和刚度。其易于机加工、铸造、拉拔和挤压。当该金属暴露于空气中时，由于形成了氧化铝的薄表面层，有效地抑制了进一步的氧化，因此耐蚀性可为优异的。铝-碳组合物长期以耐受由于在不同金属之间的原电池反应导致的腐蚀而闻名。

发明简述

在一个方面，所公开的金属-碳组合物可包括铝和碳，其中该金属和该碳形成单相材料，且当加热该材料至熔化温度或通过磁控溅射或电子束（e-束）蒸发进行溅射时，碳不与金属相分离。在另一个方面，所公开的铝-碳组合物可基本由铝和碳组成。

由下述说明书和所附的权利要求书将更清楚所公开的铝-碳组合物的其他方面。

附图简介

本专利或申请文件含有至少一张施加彩色的照片。具有（一张或多张）彩色照片的该专利或专利申请公开的复印件将根据要求和必要费用的支付由官方提供。

图1为挤压状态的铝合金6061和挤压状态的被称为“covetic”，含有铝合金6061和2.7重量%的碳的铝-碳组合物的一个实施方案的电子背散射衍射图的比较。在图1中的两张图像具有不同的刻度。顶部的图像具有400μm的刻度，且底部的图像具有45μm的刻度。

图2包括铝-碳组合物的一个实施方案的断裂表面的SEM图像，该铝-碳组合物含有铝合金6061和2.7重量%的碳，显示了不同寻常的平滑断裂表面，而不是预期的延展性的金属例如铝的杯-锥状断裂。

图3包括铝-碳组合物的一个实施方案的断裂表面的EDS图像，该铝-碳组合物含有铝合金6061和2.7重量%的碳。左边的图像为未经滤光的图像，其中看不到碳，而右边的图像为经滤光的图像，使得该碳在图像中呈现为红色，其显示了该碳的纳米级分布。

图4包括铝-碳组合物的一个实施方案的挤压状态的表面的SEM图像，该铝-碳组合物含有铝合金6061和2.7重量%的碳。左边的图为未经滤光的图像，其中一些微米级的碳为可见的，且右边的图为经滤光的图，使得该碳在图像中呈现为绿松石色，其显示了碳的纳米级的分布。

发明详述

公开了具有纳入其中的碳的铝基化合物和/或组合物。该化合物或组合物为铝-碳材料，其形成单相材料且当熔化该材料时使得该碳不与金属发生相分离。此处的金属为铝。碳可以通过以下方式纳入铝中：熔化该铝，在工序期间将该温度保持在高于所产生的铝-碳材料的熔点的温度，将该碳混合入熔融的铝中，且在混合时将足够安培的电流施加到熔融混合物中，使得该碳变得纳入铝中，由此形成了单相金属-碳材料。将在下面讨论用于生产成功的材料的碳的类型。

当将碳混合入熔融的铝中时施加电流是重要的。电流优选为直流电，但不必受限于此。可将该电流间歇地以周期性或非周期性增量施加。例如，任选地，可将该电流以每秒一个脉冲、每两秒一个脉冲、每三秒一个脉冲、每四秒一个脉冲、每五秒一个脉冲、每六秒一个脉冲、每七秒一个脉冲、每八秒一个脉冲、每九秒一个脉冲、每十秒一个脉冲或其组合或变化的顺序施加。电流的间歇施加对保持设备的寿命可为有益的，且其可节省能量消耗。或者，当连续施加直流电约3秒至约数小时时，试验为成功的，仅有的限制为设备上的载荷。当然，该范围涵盖且因此明确地包括约3秒至数小时之间的每一数字的任何组合。

可使用电弧焊机提供该电流。该电弧焊机应当包括将不会在金属中熔化的电极，例如碳电极。在进行该方法时，在施加电流之前将容纳熔融金属的容器电接地可为合适的。或者，可将正电极和负电极相互之间彼此放置在通常0.25-7英寸内。将电极设置得较近提高了电流密度且因此提高了金属和碳的结合速率。

如本文中所使用的，术语“相”意指在化学组成和物理状态方面为相同的，且通过肉眼或使用基础的（例如最多约10000倍的放大倍数）显微镜可分辨的物质的独特状态。因此，对肉眼来说表现为单相，但当在纳米级别下观察显示了两种不同相的材料不应解释为具有两相。