專利名稱：有色金屬復合材料和用于其加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及有色金屬。具體地，它們涉及被貫穿涂色的金屬復合材料。
背景技術(shù)：
當前以不太令人滿意的方式來向金屬涂敷顏料。通常通過陽極氧化、電鍍或添加顔料的外部涂層或添加物理氣相沉積(PVD)層來涂敷顏料。這些著色易于隨著后續(xù)著色的丟失而磨損，例如其中外部著色丟失或被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已經(jīng)能夠成功地整合金屬基體內(nèi)的有色粒子以形成有色金屬復合材料。根據(jù)本發(fā)明的各種但不必所有的實施方式，提供ー種有色金屬復合材料，包括金屬基體；以及貫穿金屬基體分布的有色粒子。根據(jù)本發(fā)明的各種但不必所有的實施方式，提供ー種方法，包括提供作為復合材料的第一相的金屬粉末；提供有色粒子以形成復合材料的第二相；將金屬粉末和有色粒子混合；以及繞有色粒子燒結(jié)金屬粉末以形成具有貫穿分布的有色粒子的金屬基體。根據(jù)本發(fā)明的各種但不必所有的實施方式，提供一種從貫穿涂色的有色金屬制成的有色部件，其中有色金屬形成有色部件的呈現(xiàn)表面，并且其中移除有色部件的呈現(xiàn)表面的一部分顯露出有色金屬。根據(jù)本發(fā)明的各種但不必所有的實施方式，提供ー種方法，包括形成被貫穿涂色的有色金屬；以及加工有色金屬。


為了更好的理解本發(fā)明的實施方式的各種例子，現(xiàn)在將僅通過例子來對附圖做出參考，其中圖I示意性地示出有色金屬復合材料的塊；圖2示意性地示出有色金屬復合材料的塊的橫斷面視圖；圖3示意性地示出用于加工有色金屬復合材料的方法；以及圖4A和4B示意性地示出有色金屬復合材料的應用的例子。
具體實施例方式圖I示意性地示出有色金屬復合材料2，其包括金屬基體4 ;以及貫穿金屬基體4分布的有色粒子6。在該例子中，金屬基體4是通過燒結(jié)金屬粉末形成的燒結(jié)金屬基體。金屬基體4可以例如通過任意合適的金屬來形成。一類合適的金屬是例如鋁、鋼或鈦的工程金屬。另一類合適的金屬是例如金和銀的貴重金屬。金屬基體4中的有色粒子6的濃度可以是任意合適的濃度并且合適的濃度可以通過實驗來確定。合適的濃度可以位于按體積計的25%到50%的范圍內(nèi)或可以位于該范圍夕卜。有色粒子可以貫穿于金屬基體4平均地分布。有色粒子將接著具有在有色金屬復合材料2的任意表面處的一致的表面密度。在表面處的表面密度可以是任意合適的密度并且合適的密度可以通過實驗來確定。按表面面積計，合適的密度可以位于25 %到50 %有色粒子的范圍內(nèi)或者位于該范圍外。合適的密度可以是足以給予有色金屬復合材料對于人眼一致色度的密度。圖2示意性地示出在圖I中示出的有色金屬復合材料2在其沿線A-A被切割時的橫斷面視圖。圖2示意性地示出有色粒子貫穿于金屬復合材料2平均分布。有色粒子6可以具有在Iym和IOOym之間的尺寸。有色粒子6可以是金屬基體4中的分散單獨粒子。有色粒子6在金屬基體4的燒結(jié)點處是惰性的，并且在該例子中，具有高于金屬基體的燒結(jié)點的熔點。
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對于在高溫度處的惰性和穩(wěn)定性的要求意味著離子化合物尤其是氧化物是用作有色粒子的好的候選，正如礦物質(zhì)尤其是變質(zhì)礦物和寶石礦石。一些共價化合物或元素也可以是好的候選，例如鉆石。相比較于通過單獨的相來著色，有色粒子可以內(nèi)在地有色。在該情形下，基礎(chǔ)材質(zhì)可以整合結(jié)構(gòu)修飾。結(jié)構(gòu)修飾是對基礎(chǔ)材質(zhì)的結(jié)構(gòu)的修改，例如，雜質(zhì)或摻雜物替代基礎(chǔ)材質(zhì)的結(jié)構(gòu)的原子，或在缺陷處丟失基礎(chǔ)材質(zhì)的結(jié)構(gòu)的原子?；A(chǔ)材質(zhì)可以是清楚的(透明的)而沒有結(jié)構(gòu)修飾，但以結(jié)構(gòu)修飾來強烈地涂色。在一些實施方式中，粒子的基礎(chǔ)材質(zhì)是單晶并且結(jié)構(gòu)修飾可以是在晶格內(nèi)整合的摻雜物，自然地發(fā)生晶格內(nèi)整合的雜質(zhì)或晶格內(nèi)的缺陷。對于合成的單晶，粒子的顔色通過基礎(chǔ)材質(zhì)和摻雜物或缺陷的選擇來控制。在一些實施方式中，粒子的基礎(chǔ)材質(zhì)是非晶性的(例如非晶性的)或多晶透明材質(zhì)例如玻璃、玻璃陶瓷、熔融石英、透明陶瓷。結(jié)構(gòu)修飾是整合為基礎(chǔ)材質(zhì)的結(jié)構(gòu)的一部分的摻雜物。金屬基體4中的有色粒子6可以僅包括單個類型的基礎(chǔ)材質(zhì)而非不同類型的基礎(chǔ)材質(zhì)的混合。然而，在一些應用中，不同類型的有色粒子6的混合物可以整合在金屬基體4內(nèi)。合適的單晶類型包括例如以下任意藍寶石(Al2O3,金剛砂)、立方氧化鋯(ZrO2)、YAG(釔鋁石榴石，Y3Al5O12),尖晶石(AlMg2O4)和鉆石。用作有色粒子6的單晶可以是合成晶體和/或它們可以是自然晶體。自然晶體通過晶體中的天然雜質(zhì)(摻雜物)來涂色。用作有色粒子6的單晶可以是摻質(zhì)色性的。摻質(zhì)色性是由于存在與晶格異質(zhì)的微量元素或雜質(zhì)造成的著色。摻質(zhì)色的涂色可以例如由來自于在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)找到的“過渡金屬”痕量雜質(zhì)(摻雜物)的電子造成。在合成晶體中，痕量雜質(zhì)可以被有意地加入到晶格中作為摻雜物，其中它們在單晶的晶格內(nèi)變得結(jié)合。單晶在未摻雜時可以是清楚的(透明的)而當摻雜時被強有力的涂色。合適的過渡金屬摻雜物包括任意以下鉻、碘、鐵、釹、鉺、鎳、鈷、銅、 凡。用作有色粒子6的單晶可以是本質(zhì)色性的。本質(zhì)色性發(fā)生于當金屬晶格內(nèi)存在的基本或主要成分確定光的哪些波長被反射并且哪些被吸收，確定顏色。特定的顔色可以通過使用有色粒子6來形成，該有色粒子6從單晶和摻雜物和/或單晶和缺陷的正確組合來形成。下面的表指示對于單晶和摻雜物的不同組合以及對于單晶和缺陷的不同組合，什么顏色是可實現(xiàn)的。單晶包括立方氧化鋯、藍寶石、尖晶石、YGA和鉆石。該表g在是代表性的而非窮舉性的。
權(quán)利要求
1.一種有色金屬復合材料，包括 金屬基體；以及 貫穿所述金屬基體分布的有色粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有色金屬復合材料，其中通過基礎(chǔ)材質(zhì)的結(jié)構(gòu)修飾來內(nèi)在地涂色所述有色粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是單晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有色金屬復合材料，其中所述單晶從包括藍寶石、立方氧化鋯、釔鋁石榴石、尖晶石和鉆石的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的有色金屬復合材料，其中所述單晶是合成晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的有色金屬復合材料，其中所述單晶是自然晶體。
7.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是摻質(zhì)色性的。
8.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中通過所述有色粒子的基礎(chǔ)材質(zhì)內(nèi)的摻雜物的整合來內(nèi)在地涂色所述有色粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子的基礎(chǔ)材質(zhì)在未摻雜時是透明的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的任意一項所述的有色金屬復合材料，其中所述摻雜物是過渡金屬摻雜物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的有色金屬復合材料，其中所述過渡金屬摻雜物從包括鉻、碘、鐵、釹、鉺、鎳、鈷、銅、銀的組中選擇。
12.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是本質(zhì)色性的。
13.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述金屬基體是燒結(jié)的金屬基體。
14.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述金屬基體包括工程金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求I到13的任意一項所述的有色金屬復合材料，其中所述金屬基體包括從包括鋁、鋼、鈦、金和銀的組中選擇的金屬。
16.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子貫穿與所述金屬基體共享的體積平均地分布。
17.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色金屬復合材料具有表面，并且所述有色粒子具有在所述表面處的表面密度，所述表面密度足以給予所述有色金屬復合材料對于人眼一致的色度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子在按表面面積計位于25%到50%之間的表面處具有基本一致的表面密度。
19.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色金屬復合材料具有按體積計25%到50%之間的濃度。
20.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子具有在Iym和100 μ m之間的尺寸。
21.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子在所述金屬基體的燒結(jié)點處是惰性的。
22.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子具有高于所述金屬基體的燒結(jié)點的熔點。
23.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是所述金屬基體中的分散粒子。
24.根據(jù)權(quán)利要求1、2和7到23的任意一項所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是非晶性的。
25.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子包括離子化合物。
26.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子包括氧化物。
27.根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的有色金屬復合材料，其中所述有色粒子是礦物質(zhì)、變質(zhì)礦物或?qū)毷V石。
28.一種有色金屬復合材料，包括 金屬基體；以及 貫穿所述金屬基體分布的有色單晶。
29.—種方法,包括 提供作為復合材料的第一相的金屬粉末； 提供有色粒子以形成復合材料的第二相； 將金屬粉末和有色粒子混合；以及 繞有色粒子燒結(jié)金屬粉末以形成具有分布的有色粒子的金屬基體。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述燒結(jié)是固態(tài)燒結(jié)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的方法，其中在燒結(jié)期間，加壓和加熱被應用于所述金屬粉末和有色粒子的混合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求29到31的任意一項所述的方法，其中所述金屬基體包括從包括鋁、鋼、鈦、銀或金的組選擇的金屬。
33.根據(jù)權(quán)利要求29到32的任意一項所述的方法，其中所述有色金屬復合材料具有按體積計的25%到50%之間的濃度。
34.根據(jù)權(quán)利要求29到34的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子具有在Iμ m和100 μ m之間的尺寸。
35.根據(jù)權(quán)利要求29到34的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子在所述金屬粉末的燒結(jié)點處是惰性的。
36.根據(jù)權(quán)利要求29到31的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子具有高于所述金屬粉末的燒結(jié)點的熔點。
37.根據(jù)權(quán)利要求29到36的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子被內(nèi)在地涂色。
38.根據(jù)權(quán)利要求29到37的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子是單晶。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述單晶從包括藍寶石、立方氧化鋯、釔鋁石榴石、尖晶石和鉆石的組中選擇。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的方法，其中所述單晶是合成晶體。
41.根據(jù)權(quán)利要求29到40的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子是摻質(zhì)色性的。
42.根據(jù)權(quán)利要求29到40的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子包括過渡金屬摻雜物。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述過渡金屬摻雜物從包括鉻、碘、鐵、釹、鉺、鎳、鈷、銅、釩的組選擇。
44.根據(jù)權(quán)利要求29到43的任意一項所述的方法，其中所述有色粒子包括氧化物。
45.一種從貫穿涂色的有色金屬制成的有色部件，其中所述有色金屬形成所述有色部件的呈現(xiàn)表面，并且其中移除有色部件的呈現(xiàn)表面的一部分顯露所述有色金屬。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的有色部件，其中無論移除部分的尺寸，移除所述有色部件的呈現(xiàn)表面的一部分顯露所述有色金屬。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的有色部件，其中由于存在貫穿有色外部主體的所述有色金屬，通過呈現(xiàn)表面的刮擦基本上是不顯眼的。
48.根據(jù)權(quán)利要求45到47的任意一項所述的有色部件，形成車輛的主體部分。
49.根據(jù)權(quán)利要求45到47的任意一項所述的有色部件，形成外殼或機殼。
50.一種方法，包括 形成使用分布的有色粒子來涂色的有色金屬；以及 加工所述有色金屬。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中加工包括機械加工、切割、鍛造、沖壓中的一個或多個。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中形成所述有色金屬包括根據(jù)權(quán)利要求29到34的任意一項所述的方法。
全文摘要
一種有色金屬復合材料，包括金屬基體；以及貫穿金屬基體分布的有色粒子，以及/或者一種方法，包括提供作為復合材料的第一相的金屬粉末；提供有色粒子以形成復合材料的第二相；將金屬粉末和有色粒子混合；以及繞有色粒子燒結(jié)金屬粉末以形成具有貫穿分布的有色粒子的金屬基體。
文檔編號C22C1/05GK102686754SQ201080059965
公開日2012年9月19日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者C·E·米拉, S·P·戈夫雷 申請人:諾基亞公司