|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Композиция алюминий-углерод, включающая алюминий и углерод, при этом алюминий и углерод образуют однофазный материал, характеризующаяся тем, что углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда однофазный материал нагревают до температуры плавления. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Композиция алюминий-углерод, включающая алюминий и углерод, при этом алюминий и углерод образуют однофазный материал, характеризующаяся тем, что углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда однофазный материал нагревают до температуры плавления.
Евразийское (21) 201370199 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C22C21/08 (2006.01)
2014.07.30 C22C 21/02 (2006.01)
C22C 21/10 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2012.03.02
(54) КОМПОЗИЦИЯ АЛЮМИНИЙ-УГЛЕРОД
(31) 61/449,406
(32) 2011.03.04
(33) US
(86) PCT/US2012/027543
(87) WO 2012/122035 2012.09.13
(88) 2014.04.17
(71) Заявитель:
СЁД МИЛЛЕНИУМ МЕТАЛС, ЭлЭлСи (US)
(72) Изобретатель:
Шугэрт Джейсон В., Шерер Роджер С., Пенн Роджер Ли (US)
(74) Представитель:
Дементьев В.Н. (RU) (57) Композиция алюминий-углерод, включающая алюминий и углерод, при этом алюминий и углерод образуют однофазный материал, характеризующаяся тем, что углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда однофазный материал нагревают до температуры плавления.
Дифракционное изображение отраженных электронов
КОМПОЗИЦИЯ АЛЮМИНИЙ-УГЛЕРОД
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данная заявка относится к соединениям и/или композициям, которые включают алюминий и углерод, которые получены в виде однофазного материала, и, более конкретно, к композициям алюминий-углерод, где углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда композиции алюминий-углерод расплавляются или переплавляются.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Алюминий представляет собой мягкий, износостойкий, вязкий и пластичный металл, внешний вид которого имеет цвет от серебристого до темно - серого в зависимости от шероховатости поверхности. Алюминий является немагнитным и не дающим искр материалом. Порошок алюминия является взрывоопасным при введении в воду и применяется в качестве горючего для ракетных двигателей. Он не растворяется в спирте, хотя он может растворяться в воде в виде некоторых форм. Плотность алюминия равна одной трети плотности стали и он имеет жёсткость стали. Он легко подвергается механической обработке, литью, вытягиванию и прессованию выдавливанием. Стойкость к коррозии может быть превосходной благодаря тонкому поверхностному слою оксида алюминия, который образуется под действием воздуха, эффективно препятствуя дальнейшему окислению. Давно известно, что композиционные материалы алюминий-углерод страдают от коррозии из-за гальванической реакции между непохожими материалами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из аспектов изобретения заявленная композиция металл-углерод включает алюминий и углерод, причём металл и углерод образуют однофазный материал, и углерод не отделяется в виде фазы от металла, когда материал нагревают до температуры плавления или распыляют магнетронным распылением или наносят электронно-лучевым напылением. Согласно другому аспекту заявленная композиция алюминий-углерод может состоять практически из алюминия и углерода.
Другие аспекты заявленной композиции алюминий-углерод станут очевидными из следующего ниже описания и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
На Фигуре 1 показано сравнение дифракционных изображений отражённых электронов от образца сплава алюминия 6061 и одного из вариантов образца композиции алюминий-углерод, называемого "желаемым", содержащего алюминиевый сплав 6061 и 2.7 вес. % углерода, причём изображения получены для образцов после прессования выдавливанием; эти фотографии показывают материал в состоянии после прессования выдавливанием. Эти два изображения даны на Фигуре 1 в разном масштабе. Масштаб верхнего изображения равен 400 мкм и масштаб нижнего изображения составляет 45 мкм.
На Фигуре 2 приведено SEM изображение разрушенной поверхности одного из вариантов композиции алюминий-углерод, которая содержит алюминиевый сплав 6061 и 2.7 вес. % углерода, видно, что поверхность разрушения является необычно гладкой вместо ожидавшегося чашечно-конусного излома пластичных металлов, таких как алюминий.
На Фигуре 3 приведены полученные методом энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (EDS) изображения разрушенной поверхности одного из вариантов композиции алюминий-углерод, которая содержит алюминиевый сплав 6061 и 2.7 вес. % углерода. Левое изображение является не отфильтрованным, на нём не видно углерода, и правое изображения является отфильтрованным и на нём углерод обозначен красным цветом, что показывает распределение углерода в наномасштабе.
На Фигуре 4 показаны SEM изображения поверхности одного из вариантов композиции алюминий-углерод, которая содержит алюминиевый сплав 6061 и 2.7 вес. % углерода, в состоянии после прессования выдавливанием. Левое изображение является неотфильтрованным, на нём виден в микромасштабе углерод, правое изображения является отфильтрованным и на нём углерод обозначен бирюзовым цветом, что показывает распределение углерода в наномасштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В данном описании представлены соединения и/или композиции на основе алюминия, которые содержат включения углерода. Соединения или композиции
представляют собой материалы алюминий-углерод, которые образуют однофазный материал и, таким образом, углерод не отделяется в виде фазы от металла, когда такой материал плавится. Металл представляет собой алюминий. Углерод может быть введён в алюминий путём расплавления алюминия и поддержания температуры во время всего процесса выше температуры плавления полученного материала алюминий-углерод, смешивания углерода с расплавленным алюминием и подачи к расплавленной смеси при перемешивании электрического тока с достаточной силой таким образом, что углерод вводится в алюминий, образуя при этом одну фазу металл-углерод. Вид углерода для получения пригодных материалов описан ниже.
Важно, чтобы ток подводился при смешении углерода с расплавленным алюминием. Ток, предпочтительно, является постоянным, но этим изобретение не ограничивается. Ток может подводиться периодически с периодическим или непериодическим приращением. Например, ток может подводиться в виде одного импульса в секунду, одного импульса в две секунды, одного импульса в три секунды, одного импульса в четыре секунды, одного импульса в пять секунд, одного импульса в шесть секунд, одного импульса в семь секунд, одного импульса в восемь секунд, одного импульса в девять секунд, одного импульса в десять секунд или в виде их комбинаций и различных последовательностей. Периодический подвод тока может быть предпочтительным для сохранения срока службы оборудования и экономии потребляемой энергии. Или же проводились успешные опыты, когда постоянный ток подводили непрерывно в течение от примерно 3 с до примерно нескольких часов, с одним ограничением, касающимся нагрузки на оборудование. Конечно, этот интервал охватывает и явно включает любую комбинацию от примерно 3 с до каждого момента между несколькими часами.
Ток может подводиться при помощи сварочной дуги. Сварочная дуга должна включать электрод, который не плавится в металле, например, углеродный электрод. При осуществлении указанного способа может быть желательно соединить при помощи электричества кожуха контейнера, содержащего расплавленный металл, с землёй перед подключением тока. Или же положительные и отрицательные электроды могут быть помещены в примерно 0.25-7 дюймах друг от друга. Более близкое размещение электродов повышает плотность тока и, в результате, увеличивает скорость связывания металла и углерода.
Применяемый в данном описании термин "фаза" означает дискретное состояние вещества, которое идентично по химическому составу и физическому состоянию и различается невооружённым глазом или с помощью обычных микроскопов (например, с максимальным увеличением в 10000 раз). Следовательно, материал, кажущийся однофазным для невооружённого глаза, но содержащий две фазы при рассмотрении в наномасштабе, следует рассматривать как двухфазный.
Используемый в данном описании термин "одна фаза" означает, что элементы, составляющие материал, связаны вместе таким образом, что материал является однофазным.
Если точная химическая и/или молекулярная структура материала алюминий -углерод ещё неизвестна, то, не ограничиваясь какой-либо одной теорией, полагают, что стадии смешения и подвода электрического тока приводят к образованию химических связей между атомами алюминия и углерода, при этом получаемые металл-углеродные композиционные материалы являются уникальными по сравнению с известными композитами металл-углерод и растворами металла и углерода, то есть, новый материал не является простой смесью. Материал алюминий-углерод не является карбидом алюминия. Карбид алюминия, AI4C3, разлагается в воде с образованием в качестве побочного продукта метана. Реакция протекает при комнатной температуре и быстро ускоряется при нагревании. Карбид алюминия также имеет ромбоэдральную кристаллическую структуру. Описанные в данной заявке материалы алюминий-углерод в отличие от порошка алюминия и карбида алюминия не реагируют с водой. Напротив, материалы алюминий-углерод, полученные способами и из материалов, описанных в данной заявке, являются стабильными.
Известные в настоящее время металломатричные композиционные материалы А1-С вступают в гальваническую реакцию в присутствии молекул воды (даже влаги в воздухе). Описанные в данной заявке материалы алюминий-углерод не вступают в гальваническую реакцию и стабильны даже при высокой температуре и при испытании в солёной воде. Более того, описанные в данной заявке материалы алюминий-углерод были испытаны при сжигании топлива такими методами, как методы с применением анализаторов дымовых газов LECO, которые работали при температуре выше 1500 ° С, и при этом углерод не был обнаружен.
Не ограничиваясь какой-либо теорией, полагают, что углерод ковалентно связан с алюминием в материалах алюминий-углерод, описанньгх здесь. Эти связи могут быть простыми, двойными и тройными ковалентными связями или их комбинациями, но считают, опять-таки не ограничиваясь какой-либо теорией, что эти связи, наиболее вероятно, представляют собой ранее неописанные связи (то есть, абсолютно новый тип связи или расположения алюминия и углерода, не обнаруженный ранее ни в одном другом материале/соединении). Это предположение подтверждается опытами, где связь выдерживает магнетронное напыление, в фурме с применением кислородной плазмы при температуре 1500 ° С и в системе с плазменной дугой постоянного тока, которая работает при температурах выше 10000 0 С. Материал алюминий-углерод расплавляется во время проведения этих процессов, и снова осаждается в виде тонкой плёнки из этого же материала. Соответственно, связи, образовавшиеся между алюминием и углеродом, не разрушаются, то есть, углерод не выделяется из металла при расплавлении полученного однофазного материала металл-углерод или "переплавлении", как описано выше. Кроме того, не ограничиваясь какой-либо теорией, полагают, что описанный в данной заявке материал алюминий-углерод представляет собой нанокомпозиционный материал и, как видно из следующих ниже примеров, количество электрической энергии (например, тока), подводимой для образования заявленного композиционного материала алюминий-углерод инициирует эндотермическую химическую реакцию.
Описываемый материал алюминий-углерод не разделяется на фазы после образования, когда плавится при нагреве материала до температуры плавления (то есть, температуры, равной или превышающей температуру, при которой полученный материал алюминий-углерод начинает расплавляться или становится не твёрдым). Таким образом, материал алюминий-углерод представляет собой однофазный состав, который является стабильной композицией вещества, которое не разделяется на фазы при последующем повторном плавлении. Кроме того, материал алюминий-углерод остаётся интактным в виде пара, как та же самая химическая композиция, что подтверждается опытами при магнетронном напылении и электронно-лучевом напылении.
Образцы материала алюминий-углерод напыляли и после напыления они осаждались в виде тонкой плёнки на подложке и сохраняли величину электросопротивления напыляемого объёмного материла. Если бы алюминий и углерод не были связаны друг с другом, тогда на основании принципов электротехники и физики
следовало ожидать, что электросопротивление должно быть примерно на два порядка выше. Но этого не произошло.
Углерод для получения заявленного соединения металл-углерод может быть получен из углеродсодержащего материала, способного к образованию заявленной композиции металл-углерод. Некоторые соединения, содержащие углерод, и/или полимеры, такие как углеводородные полимеры, не пригодны для получения описанной композиции. Углерод не находится в виде карбида, который обычно армирует алюминий. Кроме того, углерод не находится в виде органического полимера. Таким образом, углерод не является пластиком, таким как полиэтилен, полипропилен, полистирол и т. п.
Предпочтительным углеродсодержащим материалом является чистый или практически чистый порошок углерода. Неограничивающие примеры включают углерод с высокой площадью поверхности, такой как активированный углерод и функционализированный или компатибилизированный углерод (известный в области металловедения и промышленности пластмасс). Подходящим неограничивающим примером активированного углерода является порошкообразный активированный углерод, доступный под торговой маркой WPH(r)-M в компании Calgon Carbon Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania. Функционализированный углерод может быть углеродом, включающим другой металл или другое вещество для повышения растворимости или улучшения другого свойства углерода относительно металла, с которым должен реагировать углерод, как описано в данной заявке. В соответствии с одним аспектом углерод может быть функционализирован известными методами при помощи никеля, меди, алюминия, железа или кремния, но в виде карбидов металлов. В то время как предпочтительным является порошковый углерод, этим углеродом данной изобретение не ограничивается и может быть использован более грубодисперсный материал, включая чешуйчатую, гранулированную формы и таблетированный углерод или их комбинации. Углерод может быть получен из скорлупы кокосовых орехов, угля, дерева и другого органического источника, при этом скорлупа кокосовых орехов является предпочтительной для получения углерода с увеличенным количеством микропор и мезопор.
В качества металла используют алюминий. Алюминий может представлять собой любой вид алюминия или сплав алюминия, способный к получению описанного
материала алюминий-углерод. Специалистам в данной области очевидно, что выбор алюминия может быть продиктован областью применения полученного материала алюминий-углерод.
Согласно одному из вариантов алюминий содержит 0.9999 алюминия. Согласно другому варианту в качестве алюминия применяют сплав алюминия А356. Согласно другому варианту в качестве алюминия применяют сплавы алюминия 6061, 5083 или 7075.
Согласно другому аспекту однофазный материал металл-углерод может быть введён в состав композиции или может рассматриваться как композиция из-за наличия других примесей или других элементов, образующих сплав, содержащихся в металле и/или в сплаве металла.
Аналогично металломатричному композиционному материалу, который включает по меньшей мере два составляющих его компонента, один из которых представляет собой металл, композиции алюминий-углерод, описанные в данной заявке, могут быть использованы для образования матричных композиционных материалов алюминий-углерод. Вторым составляющим компонентом в матричном композиционном материале алюминий-углерод может быть другой металл или другой материал, такой как, но без ограничения, керамика, стекло, чешуйчатый углерод, волокно, материал в виде мата и т. п.
Композиционные матричные материалы алюминий-углерод могут быть изготовлены или сформованы при помощи известных и методов, подобным образом адаптированных для композиционных матричных материалов, таких как порошковая металлургия.
Согласно одному из аспектов описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 0.01 % углерода по весу. Согласно другому аспекту описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 0.1 % углерода по весу. Согласно ещё одному аспекту описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 1 % углерода по весу. Согласно ещё одному аспекту описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 5 % углерода по весу. Согласно ещё одному аспекту
описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 10 % углерода по весу. Согласно ещё одному аспекту описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод может содержать по меньшей мере 20 % углерода по весу.
Согласно другому аспекту описанные в данной заявке соединение или композиция алюминий-углерод могут содержать максимум 1 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 % или 40 % углерода по весу. Согласно одному из вариантов соединение или композиция алюминий-углерод могут содержать максимальное количество углерода для обеспечения конкретных свойств.
Определённое количество по весу углерода в соединении или композиции может изменить теплопроводность, пластичность, электропроводимость, стойкость к коррозии, окисляемость, формуемость, прочность и/или другие физические и химические свойства. Было установлено, что в соединении или композиции алюминий-углерод увеличение содержания углерода повышает пластичность, сопротивление износу, теплопроводность, прочностные свойства, удлинение, стойкость к коррозии и плотность энергии и снижает коэффициент термического расширения и поверхностное сопротивление. Соответственно, адаптирование к специфическим потребностям физических и химических свойств соединений или композиций алюминий-углерод может быть задано и сбалансировано в зависимости от целевых свойств путём тщательных исследований и анализа. Уникальность заявленного материала алюминий-углерод состоит в том, что его свойства можно регулировать способами обработки, в частности таким способом можно управлять для улучшения некоторых свойств, указанных выше, изменением количества углерода.
Получение композиции алюминий-углерод может привести к получению материала, имеющего по меньшей мере одно свойство, которое значительно отличается от свойств самого алюминия. Например, композиция алюминий-углерод может иметь значительно повышенную теплопроводность при значительно меньшем размере зёрен по сравнению с обычным алюминием.
Согласно одному из вариантов углерод содержится в материале алюминий-углерод в количестве от примерно 0.01 % до примерно 40 % от веса композиции. Согласно другому варианту содержание углерода в материале алюминий-углерод составляет от примерно 1 % до примерно 10 % по весу или примерно 20 % по весу, или
примерно 30 % по весу, или примерно 40 % по весу, или примерно 50 % по весу, или примерно 60 % по весу в расчёте на композицию. Согласно одному из вариантов углерод содержится в количестве от примерно 1 % до примерно 8 % от веса композиции. Согласно ещё одному варианту углерод содержится в количестве от примерно 1 % до примерно 5 % от веса композиции. Согласно ещё одному варианту углерод содержится в количестве примерно 3 % от веса композиции.
Соответственно, описанные композиции металл-углерод могут быть получены путём соединения некоторых углеродсодержащих материалов с выбранным металлом с образованием однофазного материала, при этом углерод из углеродсодержащего материала не отделяется в виде фазы от металла, когда этот однофазный материал охлаждается и затем снова расплавляется. Композиции металл-углерод могут быть использованы в различных областях как заменители более традиционных металлов или сплавов металлов и/или пластиков и в методах и областях. Которые появятся после подачи данной заявки.
ПРИМЕРЫ
Пример А1-1
В реакционный сосуд загружали 5.5 фунтов (2.5 кг) алюминия 356. Алюминий нагревали до температуры равной 1600 0 F, когда происходило расплавление алюминия. Конец мешалки в роторном смесителе помещали в расплавленный алюминий и запускали роторный смеситель для образования вортекса. В процессе смешения в перемешиваемый поток расплавленного алюминия добавляли 50 г порошка активированного углерода через вибрационный питатель. В качестве порошка активированного углерода применяли активированный порошкообразный углерод WPH(r)-M фирмы Calgon Carbon Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania. Приспособление для подачи углерода было отрегулировано для введения 4.0 г углерода в минуту таким образом, чтобы всё количество углерода было введено за примерно 12.5 мин.
Углеродный (графитовый) электрод, присоединённый к источнику постоянного тока, помещали в реакционный сосуд для обеспечения тока высокой плотности между электродом и заземлённым реакционным сосудом. Источником питания сварочной дуги был Pro-Mig 135 из компании The Lincoln Electric Company of Cleveland, Ohio. В течение
всего периода порошковый активированный углерод вводили в расплавленный алюминий и во время продолжающегося введения углерода в расплавленный алюминий источник питания сварочной дуги запускали периодически для подвода постоянного тока силой 315 А через смесь расплавленного алюминия и углерода. Подвод тока к смеси продолжалось после прекращения добавления углерода для того, чтобы завершить превращение смеси алюминий-углерод в новый материал алюминий-углерод. После применения постоянного тока производили заливку двух пластин материала алюминий-углерод. Колпак с фильтром, расположенным над реакционным сосудом содержал 13 г непрореагировавшего углерода. После охлаждения композиционный материал алюминий-углерод осматрели невооружённым глазом и убедились в наличии одной фазы. Было замечено, что материал быстро охлаждался. Охлаждённый композиционный материал алюминий-углерод затем вновь расплавляли путём нагревания до температуры равной нескольким сотням градусов Фаренгейта, выше температуры плавления, и выливали в формы, при этом разделения фаз не происходило.
Далее, испытания показали, что композиция алюминий-углерод обладает повышенной теплопроводностью, сопротивлением на излом и пластичностью при раскатывании в тонкую полосу и при получении прутков методом прессования выдавливанием, значительно меньшим размером зёрен и многочисленными другими улучшенными свойствами и легче обрабатывалась по сравнению с обычным алюминием.
Пример А1-2
Способ, описанный в Примере А1-1, повторяли, за исключением того, что температура расплавленного алюминия поддерживалась равной примерно 1370 ° F (на 230 ° ниже, чем в Примере А1-1).
Расплав при температуре 1370 ° F был очень однородным, а его цвет во время всего опыта был гораздо темнее, чем в Примере А1-1; поверхность расплава была однородной. На фильтре, соединённом с реакционным сосудом осталось только 9 г непрореагировавшего углерода.
После применения постоянного тока производили заливку двух пластин материала алюминий-углерод. После охлаждения композиционный материал алюминий-углерод осматрели невооружённым глазом и убедились в наличии одной фазы. Было
замечено, что материал быстро охлаждался. Охлаждённый композиционный материал алюминий-углерод затем вновь расплавляли путём нагревания до температуры равной нескольким сотням градусов Фаренгейта, выше температуры плавления материала, и выливали в формы, при этом разделения фаз не происходило.
Пример А1-3
8 фунтов сплава алюминия 5083 добавляли в реакционный сосуд, предварительно нагретый на 100 ° выше температуры плавления сплава. Как только сплав расплавился, конец мешалки роторного смесителя помещали в расплавленный алюминий и запускали роторный смеситель для образования вортекса. В процессе смешения в перемешиваемый поток расплавленного алюминия медленно добавляли порошок активированного углерода через вибрационный питатель до получения в реакционном сосуде смеси алюминий-углерод, содержащей 5 % вес. углерода. В качестве порошка активированного углерода применяли активированный порошкообразный углерод WPH(r)-M фирмы Calgon Carbon Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania.
Углеродный (графитовый) электрод, присоединённый к источнику постоянного тока, помещали в реакционный сосуд для обеспечения тока высокой плотности между электродом и заземлённым реакционным сосудом. Источник питания сварочной дуги Рго-Mig 135 из компании The Lincoln Electric Company of Cleveland, Ohio. В течение всего периода порошковый активированный углерод вводили в расплавленный алюминий и во время продолжающегося введения углерода в расплавленный алюминий источник питания сварочной дуги запускают периодически для подвода постоянного тока силой 379 А через смесь расплавленного алюминия и углерода. Подвод тока к смеси продолжалось после прекращения добавления углерода для того, чтобы завершить превращение смеси алюминий-углерод в новый материал алюминий-углерод.
После применения постоянного тока производили заливку двух пластин материала алюминий-углерод. После охлаждения композиционный материал алюминий-углерод осматривали невооружённым глазом и убедились в наличии одной фазы. Колпак с фильтром, расположенным над реакционным сосудом, содержал 13 г непрореагировавшего углерода.
Пример А1-4
В этом Примере повторяли способ, описанный в Примере А1-3, но в качестве исходного материала применяли сплав алюминия 5086 и во время осуществления процесса добавляли 3 вес. % углерода. Полученный новый материал алюминий-углерод разливали в несколько форм для проведения дальнейших испытаний. После охлаждения композиции алюминий-углерод невооружённым глазом видно было, что материал получился однофазным.
Образцы композиций алюминий-углерод, полученные как в Примере А1-1, но они содержали сплав алюминия 6061 и 2.7 вес. % углерода в расчёте на вес образца. Проводили исследование образцов при помощи различньгх методов, включая дифракцию отражённых электронов, SEM и получение изображений методом энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (EDS). Как показано на Фигуре 1, дифракционные изображения отражённых электронов показывают, что испытанные композиции алюминий-углерод содержали металл со значительно меньшим "размером зёрен", чем размер зёрен у сплава алюминия 6061, особенно в свете того, что изображение композиции алюминий-углерод должно было быть увеличено до масштаба 45 мкм для того, чтобы можно было разглядеть отдельные "зёрна".
На Фигуре 2 показано изображение образца той же самой композиции алюминий-углерод, полученной методом сканирующей электронной микроскопии. Однако была видна разрушенная поверхность образца.
На Фигуре 3 показано результаты исследования образца из той же самой композиции алюминий-углерод, который имеет разрушенную поверхность, методом энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (EDS). Разрушенная поверхность показана слева на Фигуре 3. Этот метод EDS был адаптирован таким образом, чтобы углерод в композиции алюминий-углерод получался красного цвета на изображении справа, которое представляет собой изображение той же части разрушенной поверхности на изображении слева.
На Фигуре 4 показано изображение той же самой композиции алюминий-углерод, полученной методом сканирующей электронной микроскопии. Изображения на Фигуре 4 показывают поверхность композиции в состоянии после прессования выдавливанием. Левое изображение является стандартным изображением, полученным методом SEM. Правое изображение отфильтровано таким образом, чтобы углерод
визуально был обозначен бирюзовым цветом. Как видно на этих изображениях, наномасштабное распределение частиц углерода, взаимосвязанных или "нитями," или "матрицей," или "сеткой" углерода, является очевидным.
Кроме того, испытания показали, что композиция алюминий-углерод обладает повышенной теплопроводностью, сопротивлением на излом и пластичностью при раскатывании в тонкую полосу и при получении прутков методом прессования выдавливанием, значительно меньшим размером зёрен и многочисленными другими улучшенными свойствами и легче обрабатывалась по сравнению с обычным алюминием.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Композиция алюминий-углерод, содержащая алюминий и углерод, в которой алюминий и углерод образуют однофазный материал, при этом углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда однофазный материал нагревают до температуры плавления.
2. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой алюминий является сплавом алюминия.
3. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой углерод составляет от примерно 0.01 % до примерно 40 % от веса материала.
4. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой углерод составляет по меньшей мере примерно 1 % от веса материала.
5. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой углерод составляет по меньшей мере примерно 5 % от веса материала.
6. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой углерод составляет максимум примерно 10 % от веса материала.
7. Композиция алюминий-углерод по п. 1, в которой углерод составляет максимум примерно 25 % от веса материала.
8. Композиция алюминий-углерод по п. 1, которая также содержит добавку, которая вызывает изменение физического или механического свойства композиции.
9. Композиция алюминий-углерод, состоящая практически из алюминия и углерода, при этом алюминий и углерод образуют однофазный материал, и углерод не отделяется в виде фазы от алюминия, когда однофазный материал нагревают до температуры плавления.
10. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой алюминий является сплавом алюминия.
11. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой углерод составляет от примерно 0.01 % до примерно 40 % от веса материала.
12. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой углерод составляет по меньшей мере примерно 1 % от веса материала.
13. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой углерод составляет по меньшей мере примерно 5 % от веса материала.
14. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой углерод составляет примерно 10 % от веса материала.
15. Композиция алюминий-углерод по п. 9, в которой углерод составляет примерно 25 % от веса материала.
Дифракционное изображение отраженных электронов
Сплав 6061 после прессования выдавливанием
400
Структурированный материал по выдавливанием
1ИНН1
leiiii
111Й11Ё
ЦВЕТНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
Текстурирование в цвете. Инверсное поле [001]
Алюминий
1 * 'I
Границы: нет
ФИГУРА 1
SEM изображение разрушенной поверхности композиции АА6061 - 2,7% углерода
EDS изображения разрушенной поверхности материала АА6061 -углерод, содержащего 2,7 % углерода
* 4
I 1
Название: Дата: 10/6/2011 5:43:02 Размер: 700 х 525, Увеличение: 8000 х HV:5.0 кВ
Отфильтрованное изображение углерод обозначен красным
ФИГУРА 3
SEM изображение поверхности композиции АА6061- 2,7 % углерода
после прессования
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
3/4
|
