(57)【要約】  金属を反応性溶液にさらすことにより、金属の温度を低減させ、かつ、例えば、材料を除去する、または材料を添加することなどにより化学反応させ、金属の表面を改質させる、金属を処理するための技術を説明する。開示される技術は、純水を伴う従来の冷却技術と比較して、金属の温度が低減され得る速度を有利に増加させることができ、金属製造速度を増加させることができ、金属製造プロセスの全体的な複雑さを低減することができる。開示される技術はまた、利用可能な表面処理の範囲を有利に拡大することができ、より速い表面処理プロセスを可能にし、表面処理プロセス中の危険な化学物質の使用を低減または排除することができる。かかる利点は、高温において、行われるか、またはより効率的に行われる、化学的加工を用いることによって、生じ得る。【選択図】図３Ｂ
2020537040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を処理する方法であって、
金属を第１の温度まで加熱することと、
前記金属を、反応性溶質を含む溶液にさらすことと、を含み、前記金属を前記溶液にさらすことにより、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒の冷却速度で前記金属を冷却し、前記金属を前記溶液にさらすことにより、前記反応性溶質を伴う化学反応を開始させ、前記化学反応が前記金属の表面を改質する、方法。
【請求項２】
前記溶液が、水および１つ以上の塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶液が、１つ以上のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、硫酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、酢酸塩、または炭酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶液が、約５重量％の塩〜約３０重量％の塩の塩濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記溶液が、アルカリ性水溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応性溶質が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、またはアンモニウムイオンのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶液が、酸性水溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応性溶質が、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、または有機酸のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応性溶質が、熱分解性塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応性溶質が、１つ以上の硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、または過マンガン酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応性溶質が、１つ以上のクロム塩、銅塩、銀塩、またはセリウム塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応性溶質が、１つ以上のポリマー、ポリマー前駆体、または熱硬化性ポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記化学反応が、前記金属の前記表面から材料を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学反応が、前記金属の前記表面を洗浄、エッチング、またはアブレーションすることに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学反応が、前記金属の前記表面に材料を堆積させるか、または前記金属の前記表面にコーティングを形成させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学反応が、酸エッチング反応、アルカリエッチング反応、熱分解反応、重合反応、酸化反応、または表面アブレーションに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属を前記溶液にさらすことが、前記金属を複数の異なる溶液にさらすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属が、アルミニウム合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
第１の温度まで加熱され、反応性溶質を含む溶液にさらされた金属を含む処理金属であって、前記溶液が、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒の冷却速度で前記金属を冷却し、前記反応性溶質を伴う化学反応を開始させ、前記化学反応が、前記金属の表面を改質する、処理金属。
【請求項２０】
処理金属であって、
金属を第１の温度まで加熱することと、
前記金属を、反応性溶質を含む溶液にさらし、それによって処理金属を形成することと、を含む方法によって形成され、前記金属を前記溶液にさらすことが、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒の冷却速度で前記金属を冷却し、前記金属を前記溶液にさらすことが、前記反応性溶質を伴う化学反応を開始させ、前記化学反応が、前記金属の表面を改質する、処理金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／５７５，６１１号の利益および優先権を主張し、それは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、冶金に関し、より具体的には、製造中に金属表面を処理するための技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム表面を処理するための様々な技術、例えば、表面の陽極酸化、電気めっき、粉末コーティング、塗装、印刷、シルクスクリーン加工、ならびにエンボス加工および研磨などの機械的表面処理など、が存在する。これらのプロセスでは、一般に、表面を調製する前処理が必要である。さらに、これらのプロセスは、高温、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融解温度または固相線温度に近い温度に遭遇する可能性のあるアルミニウム製造プロセス中の使用に好適ではない場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書は、例えば製造中または二次加工中などに金属を処理するための技術と、それによって形成される処理金属と、に関するものであり、かつそれらを説明する。開示される技術は、制御された様式で、金属の表面に材料を添加したり、または金属の表面から材料を除去したりすると同時に、金属または金属を含む合金の融解温度または固相線温度に近い温度から、例えば室温などのより低い温度まで、制御された仕方で高温から金属を冷却する。冷却プロセスは、本明細書では「クエンチング」と称されることがあり、金属の温度が、高速で変化されるプロセス、例えば、純水の使用によって達成され得るよりも速い冷却速度で低下されるプロセスに対応し得る。実施形態では、開示される技術は、１つ以上の反応性溶質を含む溶液に対して、加熱された金属をさらすプロセスを利用する。加熱された金属は、その溶液にさらすことによって冷却することができ、１つ以上の反応性溶質は、金属の表面を改質する化学反応などの金属の表面の改質において、改質を開始することができ、または改質に関与することができる。一例として、加熱された金属は、反応性溶解種または反応性懸濁種を含む水溶液にさらすことができ、それにより、金属の温度は低下し、金属の表面は、表面に材料を添加するかまたは表面から材料を除去することによって、処理もされる。いくつかの実施形態では、反応性溶解種は、それ自体と反応して、または別の組成物と反応して金属の表面を改質することができ、かつ、水などの溶媒において０．５重量％を超える最大溶解度、例えば、０．５重量％〜５０重量％、１重量％〜４５重量％、５重量％〜４０重量％、１０重量％〜３５重量％、０．５重量％〜１重量％、１重量％〜２重量％、２重量％〜５重量％、５重量％〜１０重量％、１０重量％〜１５重量％、１５重量％〜２０重量％、２０重量％〜２５重量％、２５重量％〜３０重量％、３０重量％〜３５重量％、３５重量％〜４０重量％、４０重量％〜４５重量％、または４５重量％〜５０重量％の最大溶解度を有する、溶質組成物に対応し得る。いくつかの実施形態では、反応性懸濁種は、それ自体と反応して、または別の組成物と反応して金属の表面を改質することができ、かつ、水などの溶媒に不溶であることができ、および／あるいは、コロイド溶液または他の懸濁液などの溶媒中に懸濁粒子または分子もしくは原子の群を含むことができる、組成物に対応し得る。
【０００５】
いくつかの例では、金属を処理する方法は、金属を、第１の温度に加熱することと、その金属を、反応性溶質を含む溶液にさらすことと、を含み、例えば、その金属を、その溶液にさらすことが、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒、例えば、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒の冷却速度で金属を冷却し、その金属を、その溶液にさらすことが、金属の表面の改質を開始させ、例えば、溶液中に存在する反応性溶質を伴う化学反応、例えば金属の表面を改質する化学反応を、開始させる。いくつかの実施形態では、反応性溶質は、水ではないか、または水以外である。いくつかの実施形態では、水は反応物として化学反応に関与しない。任意選択的に、反応性溶質は、水酸化物塩または水酸化物イオンではなく、または水酸化物塩または水酸化物イオン以外である。任意選択的に、水酸化物イオンは、反応物として化学反応に関与しない。任意選択的に、化学反応は、酸エッチング反応、アルカリエッチング反応、熱分解反応、重合反応、酸化反応、または表面アブレーションに対応する。任意選択的に、溶液はクエンチ溶液として称され得る。任意選択的に、溶液は液溶体である。任意選択的に、溶液は気相溶液（すなわち、異なるガスの混合物）である。
【０００６】
本明細書に記載の方法では、様々なクエンチング構成が有用である。例えば、金属を溶液にさらすことは、金属を溶液に浸漬すること、または金属の表面上または表面に対して溶液を噴霧することを含む。別の例として、金属を溶液にさらすことは、任意選択的に、金属を複数の異なる溶液にさらすことを含む。任意選択的に、金属を溶液にさらすと、一連のますます低い温度まで金属は冷却される。いくつかの実施形態では、金属を溶液にさらすことは、金属を第２の温度まで冷却することを含む。任意選択的に、その方法は、金属を第２の溶液にさらすことをさらに含み、第２の溶液に金属をさらすと、金属は第２の温度から冷却され、金属の表面をさらに改質する第２の化学反応を開始する。任意選択的に、金属を第２の溶液にさらすと、約５０℃／秒〜約５００℃／秒の第２の冷却速度で金属は冷却される。
【０００７】
任意選択的に、溶液は、１００％反応性成分であり、金属の表面をクエンチし、かつ金属の表面と反応するかまたは金属の表面で反応する両方のために、その反応性成分を使用することができる。例えば、金属は、溶媒に溶けない反応性モノマーにさらされ、反応性モノマーは、金属を冷却し、かつ熱誘導重合または架橋反応して、重合材料または架橋材料を金属表面に堆積させる。かかる構成は、二段階クエンチングプロセスの第２のクエンチング段階として任意選択的に有用であり得る。
【０００８】
本明細書に記載の方法では、様々な温度特性が有用である。例えば、金属を溶液にさらすと、金属は、２５℃〜５００℃の温度に冷却される場合がある。任意選択的に、第１の温度は、金属または金属を含む合金の融解温度または固相線温度よりも低い。任意選択的に、第１の温度は、金属または合金の融解温度または固相線温度以上である。いくつかの実施形態では、第１の温度は、溶体化熱処理温度に対応する。いくつかの実施形態では、金属を加熱することは、金属を溶体化熱処理することに対応する。任意選択的に、金属を第１の温度に一定時間保持することにより、金属をさらに熱処理してもよい。実施形態では、第１の温度は、約５００℃〜約１５００℃である。
【０００９】
様々な金属および金属製品が、本明細書に記載の方法において有用である。例えば、有用な金属としては、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、マグネシウムもしくはマグネシウム合金、または鋼が挙げられる。有用な金属は、金属合金であることができ、例えば、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、鉄、クロム、スズ、ジルコニウム、リチウム、およびチタンからなる群から選択される１つ以上の元素である金属であることができる。有用な金属としては、均一合金、モノリシック合金、金属合金固溶体、不均一合金、金属間合金、またはクラッド合金もしくはクラッド層を含む金属が挙げられる。
【００１０】
任意選択的に、溶液は、水および１つ以上の塩を含む、すなわち塩水溶液である。水溶液に塩を含めると、水溶液の沸点を超える温度から金属が冷却され得るクエンチ速度または冷却速度を調整または最適化することができる。いくつかの例では、溶液は、１つ以上のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、硫酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、酢酸塩、または炭酸塩を含む。いくつかの例では、溶液中の１つ以上の塩のうちの１つは反応性溶質である。任意選択的に、溶液は、約５重量％の塩〜約３０重量％の塩の塩濃度を含む。任意選択的に、溶液は、飽和または過飽和塩溶液を含む。実施形態において、いくつかの塩は、金属表面と反応しない場合があるか、または、金属の表面を実質的に改質しない速度、金属の表面に認識可能な変化をもたらさない速度、またはそうでなければ非反応性と考えられる速度などの限定された速度または実質的でない速度でのみ金属表面と反応する場合がある。溶液を加熱金属にさらすことによって発生させた温度などの高温にさらすことにより、例えば、室温での塩を伴う反応速度と比較して、塩を伴う反応速度を高め得る。
【００１１】
ある特定のイオン種は、いくつかの金属と不所望にも反応をする可能性があるか、または金属もしくは金属製品の本体または表面に不所望にも組み込まれる可能性があるため、場合によっては、溶液に存在する塩またはイオンを制限することが有利な場合がある。いくつかの例では、溶液は、ハライドイオンを欠いているか、または含んでいない（すなわち、排除している）。任意選択的に、溶液中のハライドイオンの濃度は、非常に低く、例えば０重量％〜０．００１重量％である。
【００１２】
任意選択的に、溶液は、１つ以上の反応性ガスおよび１つ以上の非反応性ガスの気相溶液を含む。場合によっては、１つ以上の反応性ガスは、１つ以上の非反応性ガスである溶媒中の溶質であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、反応性ガスは、水素、アンモニア、酸素、硫化水素、シアン化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、またはシランのうちの１つ以上であり得る。いくつかの実施形態では、非反応性ガスは、ヘリウム、窒素、またはアルゴンのうちの１つ以上であり得る。
【００１３】
いくつかの例では、溶液は、エッチング溶液または表面洗浄溶液であり得るか、または金属表面との接触時にエッチング反応または表面洗浄反応を引き起こし得る。例えば、化学反応は、金属の表面から材料を任意選択的に除去することができる。任意選択的に、化学反応は、金属の表面を洗浄、エッチング、またはアブレーションすることに対応する。例では、溶液は任意選択的にアルカリ性水溶液を含む。有用な溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、またはアンモニウムイオンのうちの１つ以上を含み得る。任意選択的に、溶液は酸性水溶液を含む。有用な溶液は、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、または有機酸、例えばスルホン酸またはカルボン酸のうちの１つ以上を含み得る。
【００１４】
いくつかの例では、溶液は、金属表面上に材料をコーティングまたは堆積させるのに有用であり得る。例えば、化学反応は、任意選択的に、金属の表面上に材料を堆積させ得るか、または金属の表面上にコーティングを形成し得る。一例として、熱分解性塩の分解により、塩の成分を金属表面上に堆積させることができ得る。したがって、有用な溶液としては、熱分解性塩を含むものが挙げられる。例として、溶液は、１つ以上の硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、または過マンガン酸塩を任意選択的に含み得る。例示的な溶液は、１つ以上のクロム（ＩＩＩ）塩、銅（ＩＩ）塩、銀（Ｉ）塩、またはセリウム塩を含み得る。他の例示的な溶液は、１つ以上のポリマー、ポリマー前駆体、または熱硬化性ポリマーを含み得、それらは任意選択的に金属の表面上にポリマーフィルムを堆積させ得る。
【００１５】
他の添加剤を溶液中に含ませてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、溶液は不溶性粒子を含む。任意選択的に、金属を溶液にさらすと、表面の外層が圧縮され、圧縮された表面が形成される。任意選択的に、金属を溶液にさらすと、表面から材料が侵食され、侵食された表面が形成される。
【００１６】
様々な技術を使用して、開示される技術の態様を制御することができる。例えば、プロセス変数またはパラメーターを選択および確立して、反応速度または冷却速度を制御し得る。任意選択的に、溶液の温度は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立できる有用なプロセスパラメータである。例えば、金属にさらす前の溶液の温度を、特定の温度を確立するために、例えば、溶液に熱を加えたり除去したりするなどして、積極的に調整することができる。任意選択的に、溶液は、０℃〜５０℃を有する。溶液の流量は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立することができる有用なプロセスパラメータである。溶液の圧力は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立することができる有用なプロセスパラメータである。溶液の噴霧角、噴霧方向、噴霧形状は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立することができる有用なプロセスパラメータである。溶液に対する金属の曝露時間は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立することができる有用なプロセスパラメータである。反応性溶質の濃度は、冷却速度および／または反応速度を制御するために任意に選択および確立することができる有用なプロセスパラメータである。
【００１７】
本明細書に記載の方法では、１つ以上のクエンチング後処理が有用であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、方法は、金属を溶液にさらした後、金属の表面を水で洗浄することをさらに含み得る。任意選択的に、方法は、表面の陽極酸化、表面の粉末コーティング、または表面の塗装または印刷をさらに含む。
【００１８】
本明細書では、第１の温度まで加熱され、かつ、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒、例えば約３００℃／秒〜約２０００℃／秒の冷却速度で金属を冷却し、金属の表面を改質する化学反応を開始させる溶液に対してさらされる、金属を含む処理金属製品も提供する。任意選択的に、金属の表面を改質する化学反応は、洗浄反応、エッチング反応、アブレーション反応、コーティング反応、または堆積反応に対応する。任意選択的に、金属の表面は、化学反応中に洗浄、エッチング、アブレーション、コーティング、または堆積される。
【００１９】
実施形態という用語および同様の用語は、本開示の主題および以下の特許請求の範囲のすべてを広く指すように意図されている。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載される主題を限定するものでもなく、以下の「特許請求の範囲」の意味または範囲を限定するものでもないと理解されるべきである。本明細書で網羅される本開示の実施形態は、本概要ではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される。本概要は、本開示の様々な態様の大まかな概要であり、以下の発明を実施するための形態の節でさらに説明される概念のいくつかを紹介する。本概要は、特許請求される主題の重要または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図しない。主題は、本開示の明細書全体の適切な部分、任意またはすべての図面、および各請求項を参照することによって理解されるべきである。
【００２０】
本発明の他の目的および利点は、非限定的な例の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本明細書は、以下の添付図面を参照し、そこで、異なる図面における同様の参照番号の使用は、同様または類似する構成要素を例示することを意図する。
【００２２】
【図１】製造プロセスの様々な段階中の時間の関数として金属温度を示すプロットである。
【図２】加熱およびクエンチングプロセス中の時間の関数として金属温度を示すプロットである。
【図３Ａ】いくつかの実施形態による金属を処理するプロセスの概略図である。
【図３Ｂ】いくつかの実施形態による金属を処理するプロセスの概略図である。
【図４】いくつかの実施形態による金属クエンチング操作の概略図である。
【図５】多段階クエンチ中および表面処理プロセス中の時間の関数として金属温度を示しているプロットである。
【図６Ａ−６Ｂ】それぞれ、いくつかの実施形態による金属クエンチング操作の概略図である。
【図７】金属表面から材料を除去するプロセスの概要である。
【図８】金属表面に材料を添加するプロセスの概要である。
【図９Ａ】脱イオン水を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｂ】Ｔｉ／Ｚｒ含有溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｃ】Ｔｉ／Ｚｒ含有溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｄ】硫酸溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｅ】リン酸溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｆ】水酸化カリウム溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【図９Ｇ】水酸化カリウム溶液を使用してクエンチされたアルミニウム合金製品の電子顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書では、金属を塩水溶液にさらして金属の温度を下げ、かつ、材料を除去するか、または材料を添加することによって金属の表面を改質することによって、金属を処理するための技術について説明する。開示される技術は、純水を伴う従来の冷却技術と比較して、金属の温度が低下され得る速度を有利に増加させることができ、金属製造速度を増加させることができ、金属製造プロセスの全体的な複雑さを低減することができる。開示される技術はまた、利用可能な表面処理の範囲を有利に拡大することができ、より速い表面処理プロセスを可能にし、表面処理プロセス中の危険な化学物質の使用を低減または排除することができる。かかる利点は、高温において、行われるか、またはより効率的に行われる、化学的加工を用いることによって、または、例えば、分解性表面処理前駆体を使用することによって、生じ得る。
【００２４】
定義と説明：
本明細書で使用される場合、用語「発明」、「本発明（ｔｈｅ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「この発明」、および「本発明（ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」は、本特許出願および以下の特許請求の範囲の主題のすべてを広く参照することが意図されている。これらの用語を含む言明は、本明細書に記載された主題を限定するものではなく、または以下の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。
【００２５】
この説明では、「シリーズ」または「７ｘｘｘ」などのＡＡ番号および他の関連呼称によって特定された合金について言及する。アルミニウムおよびその合金の命名および特定に最も一般的に使用される番号指定システムの理解のために、Ｔｈｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって刊行され、参照により本明細書に組み込まれる“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ”または“Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍ  ｏｆ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｉｎｇｏｔ．”を参照されたい。
【００２６】
本明細書で使用される場合、プレートは、一般に、約１５ｍｍを超える厚さを有する。例えば、プレートは、約１５ｍｍを超える、約２０ｍｍを超える、約２５ｍｍを超える、約３０ｍｍを超える、約３５ｍｍを超える、約４０ｍｍを超える、約４５ｍｍを超える、約５０ｍｍを超える、または約１００ｍｍを超える厚さを有するアルミニウム製品を指してもよい。
【００２７】
本明細書で使用される場合、シェート（シートプレートとも称される）は、一般に、約４ｍｍ〜約１５ｍｍの厚さを有する。例えば、シェートは、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、約９ｍｍ、約１０ｍｍ、約１１ｍｍ、約１２ｍｍ、約１３ｍｍ、約１４ｍｍ、または約１５ｍｍの厚さを有してもよい。
【００２８】
本明細書で使用される場合、シートは、一般に、約４ｍｍ未満の厚さを有するアルミニウム製品を指す。例えば、シートは、約４ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約２ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約０．５ｍｍ未満、または約０．３ｍｍ未満（例えば、約０．２ｍｍ）の厚さを有してもよい。
【００２９】
本出願では、合金の調質または状態について言及され得る。最も一般的に使用される合金調質度の説明の理解に関しては、「Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  （ＡＮＳＩ）Ｈ３５  ｏｎ  Ａｌｌｏｙ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」を参照されたい。Ｆ状態または調質度は、製造されたままのアルミニウム合金を指す。Ｏ状態または調質度は、焼鈍し後のアルミニウム合金を指す。本明細書においてＨ調質度とも称されるＨｘｘ状態または調質度は、熱処理（例えば、焼鈍し）を伴うまたは伴わない冷間圧延後の非熱処理可能なアルミニウム合金を指す。好適なＨ調質度としては、ＨＸ１、ＨＸ２、ＨＸ３、ＨＸ４、ＨＸ５、ＨＸ６、ＨＸ７、ＨＸ８、またはＨＸ９調質度が挙げられる。Ｔ１状態または調質度は、熱間加工から冷却され、自然に（例えば、室温で）エイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ２状態または調質度は、熱間加工から冷却され、冷間加工され、自然にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ３状態または調質度は、溶体化熱処理され、冷間加工され、自然にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ４状態または調質度は、溶体化熱処理され、自然にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ５状態または調質度は、熱間加工から冷却され、人工的に（昇温で）エイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ６状態または調質度は、溶体化熱処理され、人工的にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ７状態または調質度は、溶体化熱処理され、人工的に過剰にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ８ｘ状態または調質度は、溶体化熱処理され、冷間加工され、人工的にエイジングさせたアルミニウム合金を指す。Ｔ９状態または調質度は、溶体化熱処理され、人工的にエイジングさせ、冷間加工されたアルミニウム合金を指す。Ｗ状態または調質度は、溶体化熱処理後のアルミニウム合金を指す。
【００３０】
本明細書で使用される場合、「鋳造金属製品」、「鋳造製品」、「鋳造アルミニウム合金製品」などの用語は、交換可能であり、直接チル鋳造（直接チル共鋳造を含む）または半連続鋳造、連続鋳造（例えば、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、ブロック鋳造機、もしくは任意の他の連続鋳造機を使用することを含む）、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、または任意の他の鋳造方法によって製造された製品を指す。
【００３１】
金属は、任意選択的に、金属製品に対応し得る。金属は、任意選択的に、例えば、鋳造金属製品、中間金属製品、圧延金属製品、成形金属製品、または完成金属製品であり得る。金属製品の例としては、金属シート、金属シェート、または金属プレートが挙げられる。実施形態では、金属製品は、均質化された金属製品、熱処理された金属製品、部分的に圧延された金属製品、アニールされた金属製品、前処理された金属製品であり得る。本明細書に記載の反応性クエンチングプロセスに続いて、金属および金属製品に追加の加工に供することができる。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約１５℃〜約３０℃、例えば、約１５℃、約１６℃、約１７℃、約１８℃、約１９℃、約２０℃、約２１℃、約２２℃、約２３℃、約２４℃、約２５℃、約２６℃、約２７℃、約２８℃、約２９℃、または約３０℃の温度を含み得る。本明細書で使用される場合、「周囲条件」の意味は、約室温の温度、約２０％〜約１００％の相対湿度、および約９７５ミリバール（ｍｂａｒ）〜約１０５０ｍｂａｒの気圧を含み得る。例えば、相対湿度は、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、約６０％、約６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、約９９％、約１００％、またはそれらの間のいずれかであり得る。例えば、気圧は、約９７５ｍｂａｒ、約９８０ｍｂａｒ、約９８５ｍｂａｒ、約９９０ｍｂａｒ、約９９５ｍｂａｒ、約１０００ｍｂａｒ、約１００５ｍｂａｒ、約１０１０ｍｂａｒ、約１０１５ｍｂａｒ、約１０２０ｍｂａｒ、約１０２５ｍｂａｒ、約１０３０ｍｂａｒ、約１０３５ｍｂａｒ、約１０４０ｍｂａｒ、約１０４５ｍｂａｒ、約１０５０ｍｂａｒ、またはそれらの間のいずれかであり得る。
【００３３】
本明細書で開示されるすべての範囲は、その中に含まれる任意およびすべての部分範囲を包含すると理解される。例えば、「１〜１０」と記載された範囲は、最小値１と最大値１０との間の（およびそれらを含む）任意およびすべての部分範囲、すなわち、１の最小値またはそれ以上、例えば、１〜６．１で始まり、１０の最大値またはそれ以下、例えば、５．５〜１０で終わるすべての部分範囲を含むと考慮されるべきである。特に明記しない限り、元素の組成量に言及する場合の「〜まで」という表現は、その元素が任意選択であり、その特定の元素のゼロパーセント組成を含むことを意味する。特に明記しない限り、すべての組成百分率は重量パーセント（重量％）である。
【００３４】
本明細書で使用される場合、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」または「その（ｔｈｅ）」の意味は、文脈上他に明確に指示されない限り、単数および複数の言及を含む。
【００３５】
本明細書で使用される場合、用語「表面」は、物体の最外周の領域、例えば金属シート、シェート、プレート、インゴット、または他の金属または金属製品、例えば鋳造金属製品を指す。実施形態では、表面は、物体の終端および空気または水などの別の物質への遷移を表す物体の遷移領域または遷移層に対応し得るか、または真空中に存在するときは、物質なしに対応し得る。表面は、物体の最外周の物体の２次元領域に対応し得る。表面が物体の遷移領域または遷移層を表す実施形態では、遷移領域または遷移層は、例えば、物体の本体の終端を表す原子または分子の層に対応する厚さを有することができ、いくつかの実施形態では、例えば、空気もしくは水またはそれらの溶解成分などの、終端層以外の別の物質にさらされるかそうでなければ終端層以外の別の物質に影響を受けやすい、終端層の下の原子または分子の隣接層を有し得る。表面は、物体の材料と反応し得る反応物を含有する溶液にさらされると、化学反応を受け得る物体の外側部分の表面層または表面の厚さに対応し得る。一例として、アルミニウム物体または合金の表面は、空気にさらされると酸化を受けて酸化アルミニウム層を形成する外層に対応し得る。別の例として、金属物体の表面は、塗料、薄膜、または別のコーティング材料などの別の物質によってまたは接触してコーティングされ得る金属物体の領域に対応し得る。例として、表面は、物体の外部表面から物体の内部まで、最大５μｍの深さまで延び得るが、一般にはそれよりはるかに浅い。例えば、表面とは、外部表面（を含む）から深さ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、もしくは５．０μｍ、またはその間の任意の所の深さまで物体の内部へと延びる物体の部分を指すことができる。いくつかの実施形態では、表面は、物体の内部において、外部表面から１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の深さまで延びる。いくつかのさらなるかかる実施形態では、内層面は、物体の内部において、外部表面から１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１２０ｎｍ、１３０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７０ｎｍ、１８０ｎｍ、１９０ｎｍ、または２００ｎｍの深さまで延びる。本明細書では、表面部分を除く物体の部分（例えば、物体の残部）は、物体の「バルク」または「バルク部分」と称する。アルミニウム合金シートまたはシェートなどの２つの圧延表面を有する金属物体（例えば、金属製品）の場合、物体は、２つの表面部分を有することができ、それらの間にはバルク部分が存在している、ことに留意されたい。
【００３６】
以下の例において、アルミニウム合金製品およびそれらの成分は、重量パーセント（重量％）でそれらの元素組成に関して、または特定の合金もしくは合金シリーズに関して、説明する。各合金において、残部はアルミニウムであり、不純物の合計の最大重量％は０．１５重量％である。
【００３７】
結晶粒微細化剤および脱酸剤などの不随元素、または他の添加剤は、合金に存在してもよく、本明細書に記載の合金または本明細書に記載の合金の特性を、逸脱することなくまたは有意に変えずに、それら自体に他の特性が追加されてもよい。
【００３８】
本明細書に記載のクラッド層を本明細書に記載のコアまたは他の金属層に取り付けて、任意の好適な手段によってクラッド製品またはクラッド合金を形成することができる。例えば、クラッド層、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，７４８，４３４号および同第８，９２７，１１３号に記載されているような直接チル共鋳造（すなわち、融合鋳造）によって、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４７２，７４０号に記載されているように、複合鋳造インゴットを熱間および冷間圧延することによって、またはコアとクラッディングとの間に必要な冶金学的接合を達成するために圧延接合させることによって、コア層に付着させることができる。本明細書に記載のクラッド合金製品の初期寸法および最終寸法は、最終製品全体の所望の特性によって決定され得る。
【００３９】
圧延接合プロセスは、任意の好適な技術を使用して、異なる仕様で実行することができる。例えば、圧延接合プロセスは、熱間圧延および冷間圧延の両方を含むことができる。さらに、ロール接合プロセスは、連続的な圧延工程中に材料がゲージダウンされる単工程プロセスまたは多工程プロセスであり得る。別個の圧延工程は、例えば、焼鈍工程、洗浄工程、加熱工程、冷却工程などを含む他の処理工程により任意に分離され得る。
【００４０】
金属合金を処理する方法
本明細書では、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、および鋼などを含む、合金などの金属を処理する方法と、得られた処理された金属および金属合金とについて説明する。いくつかの例では、本明細書に記載の方法で使用するための材料としては、アルミニウム合金、例えば、１ｘｘｘ系アルミニウム合金、２ｘｘｘ系アルミニウム合金、３ｘｘｘ系アルミニウム合金、４ｘｘｘ系アルミニウム合金、５ｘｘｘ系アルミニウム合金、６ｘｘｘ系アルミニウム合金、７ｘｘｘ系アルミニウム合金、または８ｘｘｘ系アルミニウム合金が挙げられる。いくつかの例では、本明細書に記載の方法で使用するための材料としては、非鉄材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム系材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタン系材料、チタン合金、銅、銅系材料、複合材料、複合材料で使用されるシート、または任意の他の好適な金属、非金属、または任意の他の好適な材料、非金属、またはそれらの組み合わせが挙げられる。モノリシックおよび非モノリシック材料、例えば圧延接合材料、クラッド合金、クラッド層、複合材料、例えば限定するものではないが炭素繊維含有材料、または様々な他の材料もまた、本明細書に記載の方法で有用である。いくつかの例では、鉄を含有するアルミニウム合金は、本明細書に記載の方法で有用である。
【００４１】
非限定的な例として、本明細書に記載の方法で使用するための例示的な１ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ１１９９を挙げることができる。
【００４２】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な２ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ２１９９を挙げることができる。
【００４３】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な３ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ３０６５を挙げることができる。
【００４４】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な４ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ４１４７を挙げることができる。
【００４５】
アルミニウム合金製品として使用するための非限定的で例示的な５ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ５０８８を挙げることができる。
【００４６】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な６ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ６０９２を挙げることができる。
【００４７】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な７ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、およびＡＡ７０９９を挙げることができる。
【００４８】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的で例示的な８ｘｘｘ系アルミニウム合金としては、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、またはＡＡ８０９３を挙げることができる。
【００４９】
合金は、直接チル鋳造または半連続鋳造、連続鋳造（例えば、双ベルト式鋳造機、双ロール式鋳造機、ブロック鋳造機、もしくは任意の他の連続鋳造機の使用によるものを含む）、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、押出成形、または任意の他の鋳造方法によって、製造することができる。
【００５０】
本開示の態様はアルミニウム合金に関するものであるが、本明細書に記載の概念は、本明細書に記載されかつアルミニウム合金に有用である、同じもしくは類似の技術を使用して製造することができ、かつ／または同じもしくは類似の技術を使用して加工することができるマグネシウム合金などの他の金属に適用可能であり得る。
【００５１】
図１は、いくつかの実施形態による製造プロセスの様々な段階中の金属の例示的な温度を示すプロットを提供する。溶融金属がインゴット、鋳造品、または他の固体物体もしくは金属製品に形成される初期鋳造段階１０５の一部として、溶融金属は、例えば、直接チル鋳造プロセスにおいて、または鋳造直後のクエンチングを含む連続鋳造プロセスにおいて、金属を水または水溶液にさらすことによって金属をクエンチングまたは冷却することを伴うプロセスにより、冷却および／または凝固され得る。
【００５２】
鋳造段階に続いて、金属は均質化プロセス１１０に供され、金属は金属の融解温度または固相線温度より低い温度まで加熱される。任意選択的に、金属は、卑金属および任意の合金元素が固溶体を形成する温度まで加熱される。
【００５３】
均質化プロセスに続いて、金属は、例えば、金属内に望ましい微結晶構造を形成し得る１つ以上のプロセスにさらされ得る。かかるプロセスは、例えば、金属インゴットまたは他の鋳造品もしくは金属製品からシェート、プレート、またはシートを形成するための熱間圧延１１５および／または冷間圧延１２０に対応し得る。いくつかの実施形態では、クエンチングまたは冷却プロセスにおいて、高温の金属を、水、水溶液、または気相溶液などの溶液にさらすことは、後続のプロセスに望ましいまたは有用な温度まで金属の温度を下げるために使用し得る。例えば、金属を水または水溶液にさらすことは、熱間圧延プロセス１１５と冷間圧延プロセス１２０との間で金属を冷却するのに有用であり得る。
【００５４】
これに続いて、金属を溶体化熱処理プロセス１２５に供することができ、金属の温度は、閾値温度、例えば金属が固溶体を形成する温度、を超える温度まで上昇し、閾値温度より上に一定時間保持される。溶体化熱処理プロセス１２５の終わりに、金属はクエンチングプロセス１３０に供することができ、クエンチングプロセスにより金属の温度を急速に低下させることにより、溶解した不純物が適所に固定される。かかるクエンチングプロセス１３０は、水、水溶液、または気体溶液を含むクエンチ溶液などの溶液に金属をさらすことを伴う場合がある。
【００５５】
実施形態では、図１に概観したプロセスは、個別に実行することができるか、または加工段階間でコイル、フィルム、または材料のウェブとして金属が移送され得る１つ以上の連続加工ラインの一部として、実行することができる。金属は、例えば、１つ以上のローラーの上または間で張力下にあり得る金属を圧延することによって、または１つ以上のコンベヤー上で金属を移送することによって、段階の間で移送され得る。さらに、図１で特定される任意の段階の前、間、および／または後に、明示的に特定されていない他の段階を含めることができる。他の例示的な段階としては、アニーリング段階、洗浄段階、化学処理段階、または仕上げ段階が含まれるが、それらに限定されない。一例として、仕上げ段階は、表面陽極酸化段階、粉末コーティング段階、塗装段階、印刷段階などに対応し得る。
【００５６】
図２は、いくつかの実施形態による溶体化熱処理２０５およびクエンチングプロセス２１０中の金属温度を示すプロットを提供する。金属は、閾値温度に到達するために任意の好適なプロセスを使用して任意の好適な速度で加熱されてもよく、任意の好適な時間、溶体化処理中に、特定の温度以上に保持され得る。１つ以上の特定の冷却速度で金属の温度を冷却するために、任意の好適なクエンチング技術を使用して金属をクエンチし得る。実施形態では、金属は、水および１つ以上の塩を含む溶液に金属をさらすことによりクエンチされる。クエンチング直前に、金属は、加工のための任意の好適な温度を有し得ることが理解されよう。一例として、金属組成に応じて、約５００℃〜約１５００℃の開始温度で金属をクエンチしてもよい。
【００５７】
図３Ａおよび図３Ｂは、いくつかの実施形態による、金属３００を処理するプロセスを示す概略図を提供する。図３Ａでは、金属３００は、炉の中を通して金属３００を移送することなどによって、最初に加熱プロセス３１０に供するか、または金属３００を電磁誘導加熱プロセスまたはレーザー加熱プロセスなどの別の加熱プロセスに供し、その後にクエンチングプロセス３２０、続いて化学処理プロセス３３０に供する。図３Ａに示すプロセスのいずれかの間、その前、または後に、１つ以上の追加のプロセスを追加し得る。クエンチングプロセス３２０を使用して、加熱プロセス３１０に続いて金属３００の温度を、例えば１００℃未満の温度に低下させことができる。化学処理プロセス３３０は、例えば、金属３００の表面が改質され得る１つ以上のプロセスに対応し得る。クエンチング時またはクエンチングによって、金属３００は、任意の好適な温度まで、例えば約２５℃〜約５００℃の温度まで、またはそれらの任意の部分範囲、例えば２５℃〜１００℃、１００℃〜２００℃、２００℃〜３００℃、３００℃〜４００℃、もしくは４００℃〜５００℃の温度まで冷却され得る。
【００５８】
図３Ａに示したプロセスは、例えば、金属を処理するための従来の技術に対応し得るものであり、図３Ｂに示したものと対比するものである。図３Ｂでは、金属３００は、最初に加熱プロセス３１０に供され、次いで複合クエンチングおよび化学処理プロセス３４０に供される。繰り返しになるが、図３Ｂに示したプロセスの間に、前に、または後に、クエンチングと化学処理プロセス３４０とを組み合わせたものの後に第２の化学処理プロセスなどの１つ以上の追加のプロセスを追加してもよい。クエンチングと化学処理とを組み合わせたプロセス３４０では、金属３００の温度を下げることができると同時に、金属３００の表面を改質することができる。例えば、クエンチングと化学処理とを組み合わせたプロセス３４０は、金属３００を溶液にさらして、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒の冷却速度で金属を冷却し、かつ金属の表面を改質する化学反応、例えば、金属の表面から材料を除去する化学反応、および金属に材料を添加する化学反応、を開始させることを含み得る。いくつかの実施形態では、例えば、金属の温度が目標値に到達したら、１００℃／分〜１００℃／秒の冷却速度を用いてもよい。任意選択的に、クエンチングプロセス中の冷却速度は時間の関数として変化する。本明細書に記載の方法によって達成可能な有用な冷却速度としては、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒の速度またはその任意の部分範囲、例えば、約１００℃／秒〜約２０００℃／秒、約２００℃／秒〜約２０００℃／秒、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒、約４００℃／秒〜約２０００℃／秒、約５００℃／秒〜約２０００℃／秒、約６００℃／秒〜約２０００℃／秒、約７００℃／秒〜約２０００℃／秒、約８００℃／秒〜約２０００℃／秒、約９００℃／秒〜約２０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約２０００℃／秒、約１００℃／秒〜約３０００℃／秒、約２００℃／秒〜約３０００℃／秒、約３００℃／秒〜約３０００℃／秒、約４００℃／秒〜約３０００℃／秒、約５００℃／秒〜約３０００℃／秒、約６００℃／秒〜約３０００℃／秒、約７００℃／秒〜約３０００℃／秒、約８００℃／秒〜約３０００℃／秒、約９００℃／秒〜約３０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約３０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約４０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約５０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約６０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約７０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約８０００℃／秒、約５００℃／秒〜約１５００℃／秒、約４００℃／秒〜約１４００℃／秒、約３００℃／秒〜約１３００℃／秒、約１００℃／秒〜約２００℃／秒、約２００℃／秒〜約３００℃／秒、約３００℃／秒〜約４００℃／秒、約４００℃／秒〜約５００℃／秒、約５００℃／秒〜約６００℃／秒、約６００℃／秒〜約７００℃／秒、約７００℃／秒〜約８００℃／秒、約８００℃／秒〜約９００℃／秒、約９００℃／秒〜約１０００℃／秒、約１０００℃／秒〜約１１００℃／秒、約１１００℃／秒〜約１２００℃／秒、約１２００℃／秒〜約１３００℃／秒、約１３００℃／秒〜約１４００℃／秒、約１４００℃／秒〜約１５００℃／秒、約１５００℃／秒〜約１６００℃／秒、約１６００℃／秒約１７００℃／秒、約１７００℃／秒〜約１８００℃／秒、約１８００℃／秒〜約１９００℃／秒、約１９００℃／秒〜約２０００℃／秒、約２０００℃／秒〜約２１００℃／秒、約２１００℃／秒〜約２２００℃／秒、約２２００℃／秒〜約２３００℃／秒、約２３００℃／秒〜約２４００℃／秒、約２４００℃／秒〜約２５００℃／秒、約２５００℃／秒〜約２６００℃／秒、約２６００℃／秒〜約２７００℃／秒、約２７００℃／秒〜約２８００℃／秒、約２８００℃／秒〜約２９００℃／秒、約２９００℃／秒〜約３０００℃／秒、約３０００℃／秒〜約３１００℃／秒、約３１００℃／秒〜約３２００℃／秒、約３２００℃／秒〜約３３００℃／秒、約３３００℃／秒〜約３４００℃／秒、約３４００℃／秒〜約３５００℃／秒、約３５００℃／秒〜約３６００℃／秒、約３６００℃／秒〜約３７００℃／秒、約３７００℃／秒〜約３８００℃／秒、約３８００℃／秒〜約３９００℃／秒、約３９００℃／秒〜約４０００℃／秒、〜約４０００℃／秒〜約４１００℃／秒、約４１００℃／秒〜約４２００℃／秒、約４２００℃／秒〜約４３００℃／秒、約４３００℃／秒〜約４４００℃／秒、約４４００℃／秒〜約４５００℃／秒、約４５００℃／秒〜約４６００℃／秒、約４６００℃／秒〜約４７００℃／秒、約４７００℃／秒〜約４８００℃／秒、約４８００℃／秒〜約４９００℃／秒、約４９００℃／秒〜約５０００℃／秒、〜約５０００℃／秒〜約５１００℃／秒、約５１００℃／秒〜約５２００℃／秒、約５２００℃／秒〜約５３００℃／秒、約５３００℃／秒〜約５４００℃／秒、約５４００℃／秒〜約５５００℃／秒、約５５００℃／秒〜約５６００℃／秒、約５６００℃／秒〜約５７００℃／秒、約５７００℃／秒〜約５８００℃／秒、約５８００℃／秒〜約５９００℃／秒、約５９００℃／秒〜約６０００℃／秒約６０００℃／秒〜約６１００℃／秒、約６１００℃／秒〜約６２００℃／秒、約６２００℃／秒〜約６３００℃／秒、約６３００℃／秒〜約６４００℃／秒、約６４００℃／秒〜約６５００℃／秒、約６５００℃／秒〜約６６００℃／秒、約６６００℃／秒〜約６７００℃／秒、約６７００℃／秒〜約６８００℃／秒、約６８００℃／秒〜約６９００℃／秒、約６９００℃／秒〜約７０００℃／秒、約７０００℃／秒〜約７１００℃／秒、約７１００℃／秒〜約７２００℃／秒、約７２００℃／秒〜約７３００℃／秒、約７３００℃／秒〜約７４００℃／秒、約７４００℃／秒〜約７５００℃／秒、約７５００℃／秒〜約７６００℃／秒、約７６００℃／秒〜約７７００℃／秒、約７７００℃／秒〜約７８００℃／秒、約７８００℃／秒〜約７９００℃／秒、約７９００℃／秒〜約８０００℃／秒、約８０００℃／秒〜約８１００℃／秒、約８１００℃／秒〜約８２００℃／秒、約８２００℃／秒〜約８３００℃／秒、約８３００℃／秒〜約８４００℃／秒、約８４００℃／秒〜約８５００℃／秒、約８５００℃／秒〜約８６００℃／秒、約８６００℃／秒〜約８７００℃／秒、約８７００℃／秒〜約８８００℃／秒、約８８００℃／秒〜約８９００℃／秒、約８９００℃／秒〜約９０００℃／秒、約９０００℃／秒〜約９１００℃／秒、約９１００℃／秒〜約９２００℃／秒、約９２００℃／秒〜約９３００℃／秒、約９３００℃／秒〜約９４００℃／秒、約９４００℃／秒〜約９５００℃／秒、約９５００℃／秒〜約９６００℃／秒、約９６００℃／秒〜約９７００℃／秒、約９７００℃／秒〜約９８００℃／秒、約９８００℃／秒〜約９９００℃／秒、または約９９００℃／秒〜約１００００℃／秒が挙げられる。任意選択的に、クエンチングプロセス中の冷却速度は、クエンチングプロセスの少なくとも一部に関して一定である。いくつかの実施形態では、クエンチングプロセス中に冷却速度を上げることにより、製造ラインの速度を、例えば、純水の従来のクエンチング溶液でクエンチすることによって使用可能な速度よりも速くすることが可能である。
【００５９】
理論に拘束されることを望まないが、発明者らは、高温から金属をクエンチするために塩水溶液を使用すると、純水の使用よりも高い冷却速度を達成できることを見出した。かかる高度の冷却速度は、水および溶解した塩を含む溶液を使用することで可能となり得る。その理由は、塩を含めると、気泡の形成およびライデンフロスト効果が減少するためである。ライデンフロスト効果は、溶液の沸点よりも高い温度を有する材料が溶液に浸漬または接触する際に発生し得る。かかる高度の冷却速度は、例えば固溶体を凝固させて、母体結晶または結晶粒構造中に、溶解した合金化金属を閉じ込め、合金クラスターを最小化するために有利である。さらに、発明者らは、クエンチングと関連させた高温が、溶液中の反応性溶質同士の間の化学反応、表面もしくは金属との間の化学反応、または反応性溶質の自己反応（例えば、熱分解）による化学反応の開始、駆動、または速度増加のために有用であり得ることを見出した。
【００６０】
図４は、いくつかの実施形態で有用なクエンチ技術の概略図を提供している。図４では、金属４００は、複数の噴霧ノズル４１０からの溶液４０５にさらされる。溶液４０５は、気相溶液または液溶体に対応し得る。金属４００を溶液４０５にさらすには、溶液４０５の浴または流れに金属４００を浸漬し、金属４００の上に溶液４０５の流れを流すなどの他の技術が有用な場合がある。しかしながら、各噴霧ノズル４１０によって提供される溶液４０５の量、および噴霧される溶液４０５の組成、濃度、および／または温度が独立して調整することができるため、噴霧ノズル４１０を有利に使用することができる。溶液の例示的な温度としては、０℃〜約５０℃の温度が挙げられるが、いくつかの実施形態では、より高い温度の溶液が有用であろう。一般に、有用な溶液温度は、溶液の融解温度と溶液の沸騰温度との間の任意の温度または温度部分範囲に対応する。金属４００を溶液４０５にさらすと、金属４００の温度が溶液４０５の温度を超えると、金属４００の温度が低下し、それに応じて、溶液４０５の温度が上昇することになることが理解されよう。かかる構成は、金属４００が、高温で、例えば、卑金属および合金化金属が固溶体中に存在する温度で、または金属４００が水または溶液４０５の沸点を超える温度で存在する温度で、クエンチング段階に入るときに金属４００を急速に冷却するのに特に有用である。
【００６１】
本明細書で説明される様々な実施形態では、様々な解決策が有用である。任意選択的に、溶液は液溶体を含む。例えば、いくつかの実施形態では、溶液は、水および水溶液に存在するような１つ以上の塩を含む。実施形態において、かかる溶液は水のみの使用よりも速い冷却速度を提供し得るため、水および１つ以上の塩を含む溶液の使用は有利であり得る。例示的な溶液としては、１つ以上のアルカリ金属塩（例えば、硫酸ナトリウム）、アルカリ土類金属塩（例えば、硫酸マグネシウム）、アンモニウム塩（例えば、硫酸アンモニウム）、硫酸塩（例えば、硫酸カリウム）、硝酸塩（例えば、硝酸カルシウム）、ホウ酸塩（例えば、ホウ酸カリウム）、リン酸塩（例えば、リン酸リチウム）、酢酸塩（例えば、酢酸ナトリウム）、炭酸塩（例えば、炭酸カルシウムまたは炭酸アルミニウム）、カルシウム系塩、またはアルミニウム系塩が挙げられる。いくつかの実施形態では、これらの塩および他の塩は、互いにまたは金属もしくは金属製品の表面と化学反応しない、または最小限にしか相互作用しない、または化学反応を受ける、不活性または非反応性の塩に対応し得る。溶液中の塩は、任意の好適な濃度で、例えば、約５重量％〜約３０重量％またはその任意の部分範囲、例えば、約５重量％〜約２５重量％、約５重量％〜約２０重量％、約５重量％〜約１５重量％、約５重量％〜約１０重量％、約１０重量％〜約３０重量％、約１０重量％〜約２５重量％、約１０重量％〜約２０重量％、約１０重量％〜約１５重量％、約１５重量％〜約３０重量％、約１５重量％〜約２５重量％、約１５重量％〜約２０重量％、約５重量％〜約６重量％、約６重量％〜約７重量％、約７重量％〜約８重量％、約８重量％〜約９重量％、約９重量％〜約１０重量％、約１０重量％〜約１１重量％、約１１重量％〜約１２重量％、約１２重量％〜約１３重量％、約１３重量％〜約１４重量％、約１４重量％〜約１５重量％、約１５重量％〜約１６重量％、約１６重量％〜約１７重量％、約１７重量％〜約１８重量％、約１８重量％〜約１９重量％、約１９重量％〜約２０重量％、約２０重量％〜約２１重量％、約２１重量％〜約２２重量％、約２２重量％〜約２３重量％、約２３重量％〜約２４重量％、約２４重量％〜約２５重量％、約２５重量％〜約２６重量％、約２６重量％〜約２７重量％、約２７重量％〜約２８重量％、約２８重量％〜約２９重量％、または約２９重量％〜約３０重量％の塩濃度で存在し得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、溶液は、飽和または過飽和塩溶液を含む。「飽和塩溶液」という用語は、実施形態では、最大濃度の特定の溶解塩を含有し、追加量の特定の塩を溶解させることができない水溶液に対応している。飽和塩溶液における溶解した塩の最大量は、溶液の温度および塩の化学的素性（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｄｅｎｔｉｔｙ）に依存し得る。実施形態では、飽和塩溶液は、飽和室温塩溶液に対応する。飽和溶液は、例えば、沈殿した量の塩を含んでいてもよい。実施形態では、「過飽和塩溶液」は、溶液の特定の溶質および温度に関する通常の飽和濃度を超える塩濃度を含有する水溶液に対応している。過飽和塩溶液は、例えば、第１の温度で飽和塩溶液を作製し、沈殿または結晶化速度よりも速い速度で溶液の温度を下げることにより得ることができる。異なる塩の水への溶解度は異なっている場合があり、異なる塩は溶液中の異なる最大塩濃度を示す可能性があることが理解されよう。
【００６３】
任意選択的に、溶液は、例えば、金属の表面を改質する化学反応に関与する反応性溶質として１つ以上の反応性ガスと、溶媒として１つ以上の非反応性または不活性のガスを含む、気相溶液を含む。アルゴン、ヘリウム、窒素などの気相溶液における溶媒として、任意の好適な不活性ガスを用いることができる。様々な異なる反応性ガス、例えば水素、酸素、アンモニア、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、シラン、または気相酸性種、例えば硫化水素、シアン化水素、塩酸、酢酸、ギ酸を用いることができる。反応性ガスは、約０．１重量％〜約１０重量％で溶液中に存在することができる。金属の表面の温度が上昇する、または金属の熱処理に好適な温度、例えば、５００℃を超える温度、または金属の融解温度もしくは固相線温度近くになり得るため、低濃度であっても、反応性ガスは、表面改質反応に関与し得る。
【００６４】
いくつかの実施形態では、溶液から、ある特定のイオンを最少化または除去することが望ましい場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、ハライドイオンの存在は、溶液での使用には望ましくない場合がある。任意選択的に、溶液は、ハライドイオンを欠くか、または含まない（すなわち、排除する）。しかしながら、１つ以上の塩を含有する溶液からすべてのハライドイオンを除去または除外することは実際には不可能である。したがって、いくつかの実施形態は、０重量％〜約０．００１重量％の濃度のハライドイオンを含む溶液を利用する。
【００６５】
いくつかの実施形態では、金属の表面と、または互いに反応する塩または他の反応性溶質は、溶液中に存在してもよい。例えば、金属を、かかる溶液にさらすと、金属の表面を改質する化学反応が開始され得る。例示的な反応としては、表面から材料を除去する反応、または表面に材料を堆積させる反応を含み得る。例示的な反応としては、金属の表面を洗浄またはエッチングすること、または金属の表面にコーティングを形成することを含み得る。
【００６６】
例として、溶液は、任意選択的に、アルカリ性水溶液または酸性水溶液を含んでもよい。アルカリ性溶液または酸性溶液の使用は、例えば、これらの溶液が金属表面の洗浄剤またはエッチング液として機能する可能性があるため、有利であり得る。アルカリ性溶液または酸性溶液は、酸化物層、粒子状汚染物質などの金属表面に付着した、または金属表面の一部を形成する材料を有利に分解することができる。酸化物層の除去は、反応性溶質と、金属の下地金属原子との反応を可能にするのに有用であり得る。さらに、アルカリ性溶液または酸性溶液は、例えば、溶液の他の塩または成分を伴う反応のための触媒を提供することもできる。例示的なアルカリ性溶液としては、水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど）、アンモニア（例えば、アンモニア水）、カルシウム系塩、またはアルミニウム系塩を含むものが挙げられる。酸性溶液の例としては、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、または有機酸、例えばスルホン酸もしくはカルボン酸を含むものが挙げられる。
【００６７】
別の例として、溶液は、反応性溶質として、熱分解性塩などの１つ以上の熱分解性種を任意選択的に含み得る。金属の表面処理として金属または他の材料を提供するために熱分解性種を使用することができる。一例として、１つ以上のクロム塩（例えば、クロム（ＩＩＩ）塩）、銅塩（例えば、銅（ＩＩ）塩）、銀塩（例えば、銀（Ｉ）塩）、チタン塩（例えば、チタン（ＩＩＩ）塩、チタン（ＩＶ）塩）、ジルコニウム塩（例えば、ジルコニウム（ＩＶ）塩）、マンガン塩（例えば、マンガン（ＩＩ）塩）、またはセリウム塩（例えば、セリウム（ＩＩＩ）塩、セリウム（ＩＶ）塩）などの１つ以上の熱分解性金属塩が、溶液中に含まれ得る。熱分解性金属塩に加えて、熱分解性金属化合物または前述の金属を含むイオン種を、例えば過マンガン酸塩を、溶液中の反応性溶質として使用することができる。本明細書に記載の方法において有用ないくつかの分解性金属塩は、従来の表面処理に使用され得る他の金属塩またはイオンよりも毒性が低い場合があることが理解されよう。例えば、クロム（ＩＩＩ）はクロム（ＶＩ）よりも低毒性であり得る。他のまたは関連の熱分解性塩としては、例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、または過マンガン酸塩が挙げられる。実施形態では、高温の金属のシート、シェート、またはプレートが溶液にさらされるクエンチングプロセス中に、溶液またはその成分の温度が、上昇する可能性があるため、溶液中に熱分解性金属塩を含むことにより、シート、シェート、またはプレートなどの金属の表面において分解性金属塩からの金属層または金属酸化物層の形成が可能になり得る。
【００６８】
別の例として、溶液は、１つ以上のポリマー（例えば、熱硬化性ポリマー）またはポリマー前駆体を含み得る。有用なポリマーまたはポリマー前駆体としては、アクリル酸、ポリアクリル酸、ビニルホスホン酸、およびポリビニルホスホン酸が挙げられるが、それらに限定されない。溶液中にポリマーまたはポリマー前駆体を含めることにより、クエンチプロセス中に金属の表面にポリマー層を堆積させることができる。溶液がポリマー前駆体を含むいくつかの実施形態では、炉または加熱段階を出る金属によって提供されるような高温または熱量にポリマー前駆体をさらすと、ポリマー前駆体の重合反応または架橋反応が開始されて、ポリマーを形成し得る。溶液中の例示的なポリマーまたはポリマー前駆体の濃度としては、約０．１重量％〜約１０重量％のポリマーまたはポリマー前駆体が挙げられる。
【００６９】
他の添加剤を溶液中に含ませてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、溶液は不溶性粒子を含み得る。不溶性粒子は、溶液が流れる際に、溶液中に懸濁またはそうでなければ溶液によって移送することができる材料の小さな物体の形態をとることがある。実施形態では、粒子は、例えば５ｎｍ〜５００マイクロメートルの直径などのサイズによって特徴付けられ得る。粒子が、１マイクロメートル未満など非常に小さい直径を有するとき、粒子は溶液中においてコロイドまたは懸濁を形成し得る。任意選択的に、溶液は、反応性溶質の代わりにまたは反応性溶質に加えて、懸濁反応性媒体を含む。かかる溶液は、溶媒中の懸濁反応性媒体のコロイド懸濁液を含むことができる。より大きな粒子は、バルク移送プロセスを介して溶液によって移送されることがあり、そのバルク輸送プロセスでは、流れる流体によって付与される力によって、重力プロセスまたは慣性プロセスが克服される。例示的な不溶性粒子は、金属材料、金属酸化物材料、またはプラスチック材料もしくはポリマー材料などの無機材料であることができ、これらは、天然または合成であり得るか、または直径などの特定のサイズの物体を形成するために処理することができる。例示的な不溶性粒子は、ガラス、シリカ、プラスチック、金属、またはゴムに対応し得る。いくつかの実施形態では、飽和溶液中に存在する結晶または塩の量は、不溶性粒子に対応し得る。いくつかの実施形態では、不溶性粒子は、溶液への金属の曝露によって処理される金属の硬度よりも大きい、小さい、またはほぼ等しい硬度を有する。いくつかの例では、金属の溶液への曝露は、金属の表面層上に力を付与し、その結果、金属の表面において、凝縮された、緻密化された、またはそうでなければ圧縮された層をもたらすことができる。いくつかの例では、金属の溶液への曝露は、金属の表面層に力を付与し、その結果、金属の表面から材料を、エッチング、侵食、アブレーション、またはそうでなければ除去する。いくつかの実施形態では、かかるエッチング、侵食、アブレーション、または表面除去プロセスは、新鮮な（すなわち、非酸化または未反応の）金属をさらし、新鮮な金属とのより速いエッチングまたは表面反応を可能にすることにより、有利であり得る。
【００７０】
反応速度および／または冷却速度を制御するために、様々なプロセスパラメータを選択および確立することができる。例えば、ある特定の表面改質反応では、反応を低速度または高速度で進行させることが望ましい場合がある。同様に、加熱された金属のクエンチングが起こる速度を制御することは、例えば、特定の粒子構造、析出物濃度、析出物分布、合金化元素濃度、合金化元素分布などを制御または確立することも望ましい場合がある。１つ以上のプロセスパラメータを選択および確立することにより、冷却および／または反応速度を制御して、標的特性および／または金属の表面改質を達成することができる。例示的なプロセスパラメータとしては、溶液中の溶質濃度または塩濃度、溶液中の溶質または塩の化学的素性、溶液の流量、溶液の圧力、溶液の噴霧角、噴霧方向、または加熱された金属を溶液にさらしている間に使用される形状、溶液温度（例えば、曝露前の溶液の温度）、溶液に金属をさらす時間、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００７１】
プロセスパラメータは、時間の関数として可変および／または制御することもできる。例えば、溶質濃度は、エッチング速度および／または堆積速度を制御するためなど、時間とともに変化し得る。別の例として、溶液中の反応性溶質の化学的素性は、時間とともに変えられ得る。一実施形態では、例えば、エッチング液である反応性溶質は、最初に溶液中に存在してよい。加熱された金属を溶液にさらしている間にエッチング反応が進行すると、エッチング剤の濃度が変化（例えば、減少）して、エッチング速度が変化し得る。任意選択的に、溶液は、分解して金属上に堆積層を形成する分解性溶質などの第２の反応性溶質を含むように改質され得る。さらに、条件に応じて、分解性溶質の濃度は時間とともに変化させ得る。例えば、分解可性溶質の濃度は、ゼロから始まり、低濃度まで増加して、初期の期間中に初期の低速度の堆積を開始し、次いで、第２の期間中に高速堆積のために、より高い濃度まで増加する濃度を有し得る。かかるプロセスの間に、初期温度からの金属のクエンチングまたは冷却が起こり得る。さらに、溶液中の非反応性溶質（例えば、塩）濃度、溶液流量、溶液圧力、または他のプロセスパラメータも、時間の関数として制御して、金属内に特定のクエンチプロファイルまたは温度プロファイルを確立することもできる。
【００７２】
本明細書に記載の実施形態では、様々なクエンチングプロセスが有用であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、金属を溶液にさらすことは、単一のクエンチプロセス、例えば図２に示したものと同様の温度プロファイルを有する単一のクエンチプロセスに対応する。他の実施形態では、クエンチプロセスはより複雑であり得る。例えば、図５は、複数のクエンチング段階を含む例示的なクエンチングプロセス中の金属の温度を示すプロットを提供している。第１のクエンチ段階５０５を使用することができ、それは、例えば鋳造ステップ、アニーリングステップ、または熱処理プロセスに続く、金属の温度を急速に冷却することに対応し得る。第１のクエンチ段階５０５では、冷却速度は時間の関数として減少し、最大冷却速度から始まり、最小冷却速度で終わる。冷却速度が一定のままである場合など、第２の連続クエンチ段階５１０を使用することができる。冷却速度が、再び一定ではなく、時間の関数として減少し、最大冷却速度から始まり、最小冷却速度で終わる第３のクエンチ段階５１５を使用することができる。第４段階５２０が続き、そこでは、例えば冷却速度は一定またはゼロであり得る。
【００７３】
このようにして、例えば、冷却要件、反応要件、または材料要件を満たすために、異なる温度および冷却体制（ｃｏｏｌｉｎｇ  ｒｅｇｉｍｅ）を使用することができる。一例として、固溶体を固化させるなど、可能な限り速い冷却速度で金属の温度を初期にクエンチし、母体結晶／結晶粒構造中に溶解した合金金属を閉じ込め、合金クラスターまたは他の析出物を最小限に抑える、ことが望ましい場合がある。冷却速度の低下または一定の冷却速度または一定の温度体制は、所望の化学反応、例えば、特定の温度範囲内でのみ作動するか、または特定の温度範囲内で最も効率的に作動する反応の発生を可能にするのに役立ち得る。特定の温度または温度範囲を必要とする特定の反応が完了したら、例えばその後のクエンチなどによって、金属の温度を別の温度に迅速に変更することが望ましい場合がある。
【００７４】
図６Ａおよび６Ｂは、複数のクエンチ段階を含む金属クエンチング操作の概略図を提供している。図６Ａおよび図６Ｂの各々において示されている構成は、例えば、図５に示した温度プロファイルを提供するために有用であり得るが、異なるクエンチング技術および配置を使用する。
【００７５】
図６Ａでは、第１のクエンチング段階６０５は、第１のクエンチング溶液６２５を適用して、金属６００を、その最高温度から急速に冷却し、それは、溶体化熱処理温度などのクエンチング段階の前に、炉または他の加熱段階（例えば、電磁誘導段階またはレーザー加熱段階）において、金属６００が上げられる温度に対応し得る。上記のように、化学反応が起こることを可能にするために、または他の理由のために、第１のクエンチング段階６０５に続く冷却速度を一定に制御することが望ましい場合がある。
【００７６】
図６Ａに示される第２のクエンチング段階６１０では、溶液は金属６００に適用されず、金属６００は、金属６００の他のセクションとの伝導性熱輸送により、熱は活発に除去され、さらに空気との対流熱輸送により、冷却することができる。第２のクエンチング段階６１０では、金属６００の表面に保持された材料は、例えば、クエンチング段階６１０で遭遇する高温の金属６００の表面と反応し得る。
【００７７】
第３のクエンチング段階６１５では、第２の溶液６３０が金属６００に適用される。第２の溶液６３０は、第１のクエンチング段階６０５で適用される第１の溶液６２５と同じであっても異なっていてもよい。さらに、第２の溶液６３０の温度または流量は、第１のクエンチング段階６０５において第１の溶液６２５に使用されるものと同じであっても異なっていてもよい。
【００７８】
第３のクエンチング段階６１５に続いて、第４の段階６２０を使用してもよく、そこでも溶液は適用されない。図６Ａでは、第４の段階６２０はほぼ一定の温度を示し、この段階は、追加の冷却が必要とされないか、または低速でのみ必要とされる実施形態にとって有用であり得る。
【００７９】
図６Ａとは対照的に、図６Ｂは、複数の領域に沿った連続的またはほぼ連続的なクエンチングを示しているが、以下に説明するように、異なるクエンチング段階を含む。各噴霧ノズルでの溶液組成、溶液温度、および溶液流量は、他のスプレーノズルで使用されるものとは独立していてもよい。例えば、各噴霧ノズルで使用されるクエンチング溶液の組成、温度、および流量は、噴霧ノズルごとに連続的かつ独立して変化させることができる。任意選択的に、任意の１つ以上のノズルにおいて適用される溶液は、溶解塩を全く有していないか、またはほんの微量しか有していない水を含むことができ、それは、表面洗浄を提供するのに役立つことができるか、または隣接するノズルにおける異なる組成物の溶液が混合するのを防ぐのに役立つことができる。
【００８０】
図６Ｂに示した実施形態では、第１のクエンチング段階６５５は、図６Ａの第１のクエンチング段階６０５に概ね対応することができ、金属６００をその最高温度から急速に冷却するように第１のクエンチング溶液が適用される。第１のクエンチング段階６５５の各噴霧ノズルは、例えば、同じ流量で、同じ組成および温度の溶液を適用することができる。
【００８１】
第１のクエンチング段階６５５に続いて、第２のクエンチング段階６６０は、第２のクエンチング溶液が金属６００に適用される。第１のクエンチング段階６５５で達成されるものとは異なる冷却速度を達成するために、例えば、第１のクエンチング段階６５５において適用される第１のクエンチング溶液とは異なる組成または異なる温度を有することができる第２のクエンチング溶液が適用される。代替的または追加的に、第２のクエンチング溶液は、第１のクエンチング溶液と同じ組成を有し得るが、より低い流量で適用され得る。これらの構成により、所望通りに、目標冷却速度を有利に達成し得る。
【００８２】
第３のクエンチング段階６６５は、第３のクエンチング溶液を適用することができ、それは、第１のクエンチング段階６５５で使用される第１のクエンチング溶液または第２のクエンチング段階６６０で使用される第２のクエンチング溶液と同じであっても異なっていてもよい。代替的または追加的に、第３のクエンチング溶液の温度または流量は、他のクエンチング段階で使用されるそれとは異なっていてもよい。
【００８３】
第４のクエンチング段階６７０は、第４のクエンチング溶液を適用してもよく、第４のクエンチング溶液の組成、温度、および流量は、目標冷却速度を達成するために再び最適化されてもよい。任意選択的に、任意の１つ以上のノズルは、ゼロ流量を有することができ、クエンチング溶液の選択的な適用を可能にするか、またはクエンチング溶液の非適用を可能にし得る。
【００８４】
いくつかの実施形態にとって有用な図６Ｂの特定の例として、第１のクエンチング溶液は、水酸化ナトリウムおよび／または水酸化カリウムの水溶液などのアルカリ性溶液に対応し得る。かかる溶液は、クエンチングによって、金属６００の温度を低減することに加えて、金属６００の表面を洗浄またはエッチングするために有用であり得る。第２のクエンチング溶液は、例えば、適用されるアルカリ性溶液に対応し得るが、一定の冷却速度を達成するためにますます希釈された濃度であり得る。第３のクエンチング溶液は、例えば、第３のクエンチング溶液中に存在する塩を熱分解することによって、クエンチング中に金属６００の表面上にコーティングの形成を可能にする熱分解性塩の塩溶液に対応し得る。第４のクエンチング溶液は、例えば、純水洗浄に対応し得る。
【００８５】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立つが、同時にそのいかなる限定も構成しない。それどころか、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の趣旨から逸脱することなくそれら自体を当業者に示唆し得る、様々な実施形態、変更および均等物に頼ることができることを明確に理解されたい。以下の実施例に記載されている研究の間、特に明記しない限り、従来の手順に従った。説明の目的ために、手順のいくつかを以下に説明する。
【００８６】
実施例１：金属表面を洗浄するための反応性クエンチング
７ｘｘｘ系アルミニウム合金を鋳造し、溶体化熱処理用に調製する。アルミニウム合金が約４５０℃の温度に達するまで、アルミニウム合金を炉に通すことにより、アルミニウム合金を溶体化処理する。温度は、４５０℃から固相線温度まで０．５〜１２０分間保持する。様々な７ｘｘｘ系アルミニウム合金に関する固相線温度の例としては、約４７０〜約６５０℃が挙げられる。溶体化処理プロセスに続いて、アルミニウム合金を次のようにクエンチする。
【００８７】
温度を監視しながら、約４５０℃での熱処理アルミニウム合金を、約２５℃で約５〜３５重量％の水酸化カリウムを含む塩水溶液に浸漬する。５０℃／秒〜４００℃／秒以上の冷却速度を観察することができる。アルミニウム合金は、約５０℃以下の最終温度まで冷却する。このプロセスは、アルミニウム合金の表面から材料の層が除去する。
【００８８】
図７は、クエンチング前（上）およびクエンチング後（下）のアルミニウム合金７００の概略断面図を提供している。図７では、アルミニウム合金７００は、クエンチング前に表面層７０５を有する。クエンチング中に、水酸化カリウム溶液との反応により表面層７０５が除去される。図７では、表面層７０５は別個の層として概略的に示されているが、表面層７０５は、クエンチング中に除去されるアルミニウム合金７００の連続領域に対応し得ることが理解されよう。一例として、表面層７０５は最高５μｍの厚さであり得る。
【００８９】
実施例２：金属表面をコーティングするための反応性クエンチング
７ｘｘｘ系アルミニウム合金を鋳造し、溶体化熱処理用に調製する。アルミニウム合金が約４５０℃の温度に達するまで、アルミニウム合金を炉に通すことにより、アルミニウム合金を溶体化処理する。温度は、４５０℃から固相線温度まで０．５〜１２０分間保持する。溶体化処理プロセスに続いて、アルミニウム合金を次のようにクエンチする。
【００９０】
温度を監視しながら、約４５０℃での熱処理アルミニウム合金を、約２５℃で約５〜３５重量％の硝酸クロム塩クロム（ＩＩＩ）を含有する塩水溶液に浸漬する。５０℃／秒〜４００℃／秒以上の冷却速度を観察することができる。アルミニウム合金は、約５０℃以下の最終温度まで冷却する。このプロセスは、アルミニウム合金の表面にクロム含有層を堆積させる。
【００９１】
図８は、クエンチング前（上）およびクエンチング後（下）のアルミニウム合金８００の概略断面図を提供している。図８では、アルミニウム合金８００は、溶液中の硝酸クロム（ＩＩＩ）の熱分解により形成された酸化クロム（ＩＩＩ）層に対応する、クエンチング中に形成された表面層８０５を有する。硝酸クロム（ＩＩＩ）に関する熱分解反応の例を以下に示す。
【化１】
2020537040.tif 000003
【００９２】
実施例３：反応性クエンチングの評価
６１１１系アルミニウム合金のバリエーションの試料を反応性クエンチング用に準備した。最初に、アルミニウム合金を、鋳造し、シートに圧延した。冷間圧延後、シートは、約２ｍｍのゲージを有していた。その試料を、反応性クエンチングの準備としてヘキサンで処理することにより脱脂した。１つの試料は、準備したままの脱脂ミル仕上げ状態で保持し、加熱およびクエンチングは行なわなかった。他の試料は、反応性クエンチングプロセスに供し、アルミニウム合金製品の試料は、約３００℃に保たれた炉に試料を置くことによって、約７分間にわたって周囲温度から約３００℃まで最初に加熱した。
【００９３】
約３００℃の温度において試料を様々な溶液にさらすことによってクエンチングに供した。対照として、約６５℃の温度の脱イオン（ＤＩ）水に約５秒間さらすことによって、１つの試料をクエンチした。他の試料は、反応性溶質を含む様々な溶液にさらすことによってクエンチした。例えば、脱イオン水中に約１体積パーセントのチタン／ジルコニウム塩を含む溶液に約５秒間さらすことにより、２つの試料をクエンチする。溶液のうちの１つは約６５℃であり、もう１つはほぼ周囲温度であった。弱酸性条件を使用して、脱イオン水中の約３体積パーセントの硫酸（Ｈ２ＳＯ４）溶液または脱イオン化水中の約３体積パーセントのリン酸（Ｈ３ＰＯ４）溶液に、約５秒間さらすことにより、弱酸性条件を使用して、２つの試料をクエンチした。両方の弱酸性溶液は約６５℃で使用した。２つの試料を、約６５℃の溶液で約３体積パーセントの水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液に約５秒間さらすことにより、弱塩基性条件を使用して、クエンチした。クエンチング後、水酸化カリウム溶液にさらされた試料のうちの１つを、周囲温度の脱イオン水ですすぎ、脱イオン水中の約２０ｇ／Ｌ硝酸（ＨＮＯ３）の溶液に約５秒間さらすことによりスマットを除去した。約２００℃／秒〜約４００℃／秒の初期クエンチ速度が、すべてのクエンチされた試料で観察された。その後、さらなる評価のために、すべてのクエンチングした試料を室温の脱イオン水ですすいだ。
【００９４】
試料の電子顕微鏡画像を得て、試料に関する定性的な情報を提供した。図９Ａは、６５℃の脱イオン水を使用してクエンチした試料の電子顕微鏡画像を提供していて、圧延ラインが見える比較的きれいな表面を示し、ミル仕上げ試料（図示せず）に匹敵していた。図９Ｂは、６５℃のＴｉ／Ｚｒ溶液を使用してクエンチした試料の電子顕微鏡画像を提供し、図９Ｃは、周囲温度のＴｉ／Ｚｒ溶液を使用してクエンチした試料の電子顕微鏡画像を提供していて、ローリングラインが見える比較的きれいな表面を示している。図９Ｄは、６５℃の硫酸溶液を使用してクエンチされた試料の電子顕微鏡画像を提供しており、表面のエッチングを反映して、水でクエンチされた試料と比較してローリングラインのいくらかの分解が注目される。図９Ｅは、６５℃のリン酸溶液を使用してクエンチした試料の電子顕微鏡画像を提供しており、表面の強いエッチングが注目される。図９Ｆは、６５℃の水酸化カリウム溶液を使用してクエンチした試料の電子顕微鏡画像を提供しており、図９Ｇは、６５℃の水酸化カリウム溶液を使用してクエンチし、その後に、すすぎ、デスマット処理した試料の電子顕微鏡画像を提供している。水酸化カリウムでクエンチした試料は、試験したすべての試料の表面がほとんどの場合強くエッチングされているようである。
【００９５】
反応性クエンチングの効果をさらに判定するために、試料の表面で起こった組成変化を調べるために、試料は表面Ｘ線光電子分光法に供した。すべての結果を表１に示す。反応性クエンチングによるエッチングの効果を評価するために、炭素（試料表面の表面微細構造上または内部に存在する残留圧延油またはヘキサンに対応している）およびマグネシウムに関する深さ１４０ｎｍの積分ＸＰＳシグナルが得られた。対照試料（ＤＩ水クエンチ）に関する積分炭素ＸＰＳシグナルの値は３３６であったが、対照試料の積分マグネシウムＸＰＳシグナルは４２であった。リン酸および硫酸でクエンチした試料は、それぞれ２５および６１の積分炭素ＸＰＳシグナルと、それぞれ９および２３の積分マグネシウムＸＰＳシグナルを有していた。水酸化カリウムでクエンチした試料は、４４の積分炭素ＸＰＳシグナルおよび４６の積分マグネシウムＸＰＳシグナルを有し、水酸化カリウムによるクエンチおよびそれに続いてデスマット処理に供した試料は、２５の積分炭素ＸＰＳシグナルおよび２３の積分マグネシウムＸＰＳシグナルを有しており、水酸化カリウムによるクエンチは、表面から炭素を除去できたが、デスマットの後でもマグネシウムの除去にはあまり効果的ではなかったことを示唆している。これらの結果は、顕微鏡画像と組み合わせると、酸性および塩基性の両方の反応性クエンチ溶液は、アルミニウム合金製品の表面をエッチングするのに有用であることを示している。
【表１】
2020537040.tif 000004
【００９６】
反応性クエンチングによる前処理（例えば、堆積）の効果を評価するために、ジルコニウムに関する深さ１４０ｎｍまでの積分ＸＰＳシグナルを得た。対照試料（ＤＩ水クエンチ）、水酸化カリウムクエンチに供された試料サンプル、硫酸クエンチに供された試料、およびリン酸クエンチに供された試料に関する積分ジルコニウムＸＰＳシグナルはすべて、Ｔｉ／Ｚｒクエンチ試料に関して測定されたものよりも弱い積分ジルコニウムＸＰＳシグナルを有していた。Ｔｉ／Ｚｒクエンチ試料は、６５℃および周囲温度の溶液に関してそれぞれ３０および１０の積分ジルコニウムＸＰＳシグナルを有していた。他の試料の積分ジルコニウムＸＰＳシグナルの範囲は０〜７である。これらの結果は、アルミニウム合金製品の表面に材料を堆積させる（すなわち、前処理する）ために反応性クエンチングが有用であることを示している。
【００９７】
例示
以下で使用されるように、一連の例示へのいかなる言及も、それらの実施例の各々への言及として分離的に理解されるべきである（例えば、「例示１〜４」とは「例示１、２、３、または４」として理解されるべきである）。
【００９８】
例示１は、金属を処理する方法であり、その方法は、金属を、第１の温度まで加熱することと、その金属を、溶液にさらすことと、を含み、その金属をその溶液にさらすことが、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒（例えば、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒）の冷却速度で金属を冷却し、その金属をその溶液にさらすことが、金属の表面を改質する化学反応を開始させる。
【００９９】
例示２は、金属を処理する方法であり、その方法は、金属を、第１の温度まで加熱することと、その金属を、反応性溶質を含む溶液にさらすことと、を含み、その金属をその溶液にさらすことが、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒（例えば、約３００℃／秒〜約２０００℃／秒）の冷却速度で金属を冷却し、その金属をその溶液にさらすことが、金属の表面の改質を開始させ、任意選択的に、金属の表面を改質する反応性溶質を伴う化学反応を開始させる。
【０１００】
例示３は、金属を処理する方法であり、その方法は、金属を、第１の温度まで加熱することと、その金属を、反応性溶質を含む溶液にさらすことによって金属を冷却することと同時に金属の表面を改質することと、を含み、その金属をその溶液にさらすことが、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒の冷却速度で金属を冷却し、金属の表面の制御された改質を開始させ、任意選択的に、金属の表面の制御された改質を行なうために反応性溶質を伴う化学反応を開始させる。
【０１０１】
例示４は、プロセスパラメータ、例えば、溶液中の溶質濃度または塩濃度、溶液の流量、溶液の圧力、曝露中に使用される溶液の噴霧角もしくは噴霧形状、溶液温度、溶液に金属をさらす時間、またはこれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を選択および確立して、冷却速度を制御することをさらに含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０２】
例示５は、プロセスパラメータ、例えば、溶液中の反応性溶質の濃度、曝露中の金属の温度、溶液の温度、溶液に金属をさらす時間、曝露中の溶液の流量、溶液の圧力、曝露中に使用される溶液の噴霧角もしくは噴霧形状、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を選択および確立して、化学反応の反応速度を制御することをさらに含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０３】
例示６は、反応性溶質が、水ではないか、または水以外である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０４】
例示７は、水が、反応物として化学反応に関与しない、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０５】
例示８は、反応性溶質が、水酸化物塩もしくは水酸化物イオンではないか、または水酸化物塩もしくは水酸化物イオン以外である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０６】
例示９は、水酸化物が、反応物として化学反応に関与しない、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０７】
例示１０は、溶液が、水と、１つ以上の塩と、を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０８】
例示１１は、１つ以上の塩が、反応性溶質を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１０９】
例示１２は、１つ以上の塩が、反応性溶質および１つ以上の非反応性または実質的に非反応性の塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１０】
例示１３は、溶液が、１つ以上のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、硫酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、酢酸塩、または炭酸塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１１】
例示１４は、溶液が、約５重量％の塩〜約３０重量％の塩の塩濃度を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１２】
例示１５は、溶液が、飽和または過飽和塩溶液を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１３】
例示１６は、溶液が、ハライドイオンを欠くか、もしくは含まない、または溶液中のハロゲンイオンの濃度が、０重量％〜０．００１重量％である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１４】
例示１７は、溶液が、アルカリ性水溶液を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１５】
例示１８は、溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、またはアンモニウムイオンのうちの１つ以上を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１６】
例示１９は、反応性溶質が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、またはアンモニウムイオンのうちの１つ以上を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１７】
例示２０は、溶液が、酸性水溶液を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１８】
例示２１は、溶液が、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、または有機酸のうちの１つ以上を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１１９】
例示２２は、反応性溶質が、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、または有機酸のうちの１つ以上を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２０】
例示２３は、有機酸が、スルホン酸またはカルボン酸である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２１】
例示２４は、溶液が、熱分解性塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２２】
例示２５は、反応性溶質が、熱分解性塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２３】
例示２６は、溶液が、１つ以上の硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、または過マンガン酸塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２４】
例示２７は、反応性溶質が、１つ以上の硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、または過マンガン酸塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２５】
例示２８は、溶液が、１つ以上のクロム塩、銅塩、銀塩、またはセリウム塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２６】
例示２９は、反応性溶質が、１つ以上のクロム塩、銅塩、銀塩、またはセリウム塩を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２７】
例示３０は、溶液が、１つ以上のポリマー、ポリマー前駆体、または熱硬化性ポリマーを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２８】
例示３１は、反応性溶質が、１つ以上のポリマー、ポリマー前駆体、または熱硬化性ポリマーを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１２９】
例示３２は、溶液が、１つ以上のガスを含み、反応性溶質が、反応性ガスを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３０】
例示３３は、溶液が、０℃〜５０℃の温度を有する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３１】
例示３４は、溶液が、不溶性粒子を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３２】
例示３５は、金属を溶液にさらすことが、表面の外層を圧縮して、圧縮された表面を形成する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３３】
例示３６は、金属を不溶性粒子にさらすことが、表面の外層を圧縮して、圧縮された表面を形成する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３４】
図３７は、金属を溶液にさらすことが、表面から材料を侵食して、侵食された表面を形成する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３５】
例示３８は、金属を不溶性粒子にさらすことが、表面から材料を侵食して、侵食された表面を形成する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３６】
例示３９は、化学反応が、金属の表面から材料を除去する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３７】
例示４０は、化学反応が金属の表面を洗浄、エッチング、またはアブレーションすることに対応する、以前または後続の例示の方法である。
【０１３８】
例示４１は、化学反応が、金属の表面に材料を堆積させる、任意の前または後の例示の方法である。
【０１３９】
例示４２は、化学反応が、金属の表面にコーティングを形成することに対応する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４０】
例示４３は、化学反応が、酸エッチング反応、アルカリエッチング反応、熱分解反応、重合反応、酸化反応、または表面アブレーションに対応する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４１】
例示４４は、化学反応が、金属表面の酸化物層の酸分解または金属表面の酸化物層のアルカリ分解に対応する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４２】
例示４５は、化学反応が、金属表面層を露出させるために金属表面の酸化物層を除去または改質することを含み、さらに、化学反応が、金属表面層を改質することを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４３】
例示４６は、金属を溶液にさらすことが、金属を溶液に浸漬すること、金属の表面に溶液を噴霧すること、または金属の表面を溶液の流れにさらすことを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４４】
例示４７は、金属を溶液にさらすことが、金属を複数の異なる溶液にさらすことを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４５】
例示４８は、金属を溶液にさらすことが、一連のますます低い温度に金属を冷却することを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４６】
例示４９は、金属を溶液にさらすことが、最大冷却速度から始まり、最小冷却速度で終わる減少する冷却速度で金属を冷却することを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１４７】
例示５０は、金属を溶液にさらすことが、金属を第２の温度まで冷却することを含む、任意の前または後の例示の方法であり、方法が、金属を第２の溶液にさらすことを含み、金属を第２の溶液にさらすことは、金属を第２の温度から冷却し、かつ金属の表面をさらに改質する第２の化学反応を開始する。
【０１４８】
例示５１は、金属を第２の溶液にさらすことが、５０℃／秒〜５００℃／秒の第２の冷却速度で金属を冷却する、前または後の例示の方法である。
【０１４９】
例示５２は、金属を溶液にさらすことが、２５℃／秒〜５００℃／秒の第２の冷却速度で金属を冷却する、前または後の例示の方法である。
【０１５０】
例示５３は、第１の温度が、金属の融解温度未満である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５１】
例示５４は、第１の温度が、金属の融解温度以上である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５２】
例示５５は、第１の温度が、溶体化熱処理温度に対応するか、または金属を加熱することが、金属を溶体化熱処理することに対応する、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５３】
例示５６は、金属を冷却することが、金属を含む固溶体内の合金元素濃度を固定することを含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５４】
例示５７は、加熱前の金属を含む固溶体内の合金元素濃度は、反応性溶質を含む溶液に金属をさらした後の金属を含む固溶体内の合金元素濃度よりも低い、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５５】
例示５８は、金属が合金元素分布を有し、加熱前の合金元素分布は、反応性溶質を含む溶液に金属をさらした後の合金元素分布よりも均質性が低い、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５６】
例示５９は、第１の温度が、５００℃〜１５００℃である、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５７】
例示６０は、第１の温度で金属をしばらくの間保持することによって金属を熱処理することをさらに含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５８】
例示６１は、金属が、アルミニウムまたはアルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金、または鋼を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１５９】
図６２は、金属が、均質合金、モノリシック合金、金属合金固溶体、不均質合金、金属間合金、またはクラッド合金を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１６０】
図６３は、金属が、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、鉄、クロム、スズ、ジルコニウム、リチウム、およびチタンからなる群から選択される１つ以上の元素を含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１６１】
図６４は、金属を溶液にさらした後、金属の表面を水で洗浄することをさらに含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１６２】
図６５は、表面の陽極酸化すること、表面を粉末コーティングすること、または表面での塗装または印刷をさらに含む、任意の前または後の例示の方法である。
【０１６３】
例示６６は、第１の温度まで加熱され、かつ約１００℃／秒〜約１００００℃／秒（例えば約３００℃／秒〜約２０００℃／秒）の冷却速度で金属を冷却し、かつ金属の表面を改質する化学反応を開始させる溶液に対してさらされる、金属を含む処理金属である。
【０１６４】
例示６７は、第１の温度まで加熱され、かつ反応性溶質を含む溶液にさらされる金属を含む処理金属であり、溶液が、約１００℃／秒〜約２０００℃／秒（例えば約３００℃／秒〜約２０００℃／秒）の冷却速度で金属を冷却し、かつ反応性溶質を伴う化学反応を開始させ、その化学反応が、金属の表面を改質する。
【０１６５】
例示６８は、第１の温度まで加熱され、かつ反応性溶質を含む溶液に金属をさらすことによって冷却すると同時に制御された表面改質に供される金属を含む処理金属であり、その金属をその溶液にさらすことが、約１００℃／秒〜約１００００℃／秒の冷却速度で金属を冷却し、金属の表面の制御された改質を行なうために反応性溶質を伴う化学反応を開始させる。
【０１６６】
例示６９は、金属の表面を改質する化学反応が、洗浄反応、エッチング反応、アブレーション反応、コーティング反応、または堆積反応に対応する、任意の前または後の例示の処理金属である。
【０１６７】
図７０は、金属の表面が、化学反応中に、洗浄され、エッチングされ、アブレーションされ、コーティングされ、または化学反応中に堆積される、任意の前または後の例示の処理金属である。
【０１６８】
例示７１は、任意の前の例示の方法のいずれかによって形成された処理金属である。
【０１６９】
上に引用されたすべての特許、刊行物、および要約は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。図示した実施形態を含む実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的でのみ提示されており、網羅的であることまたは開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。その多数の修正、適合、および使用は、当業者には明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【国際調査報告】
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