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特許7480323金属合金表面修正方法、及び改善された結合耐久性を有する、関連する金属合金製品
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-26
(45)【発行日】2024-05-09
(54)【発明の名称】金属合金表面修正方法、及び改善された結合耐久性を有する、関連する金属合金製品
(51)【国際特許分類】
B23K 26/352 20140101AFI20240430BHJP
B23K 26/122 20140101ALI20240430BHJP
【ＦＩ】
B23K26/352
B23K26/122
【請求項の数】
47
(21)【出願番号】P 2022549491
(86)(22)【出願日】2021-02-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-13
(86)【国際出願番号】 US2021018504
(87)【国際公開番号】W WO2021168068
(87)【国際公開日】2021-08-26
【審査請求日】2022-08-17
(31)【優先権主張番号】62/978,767
(32)【優先日】2020-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/984,555
(32)【優先日】2020-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/993,365
(32)【優先日】2020-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】506110243
【氏名又は名称】ノベリス・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＶＥＬＩＳ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100221501
【弁理士】
【氏名又は名称】式見 真行
(72)【発明者】
【氏名】マナヴバシ，アルプ
(72)【発明者】
【氏名】バッキンガム，スティーブン
(72)【発明者】
【氏名】ウォルチャック，ブライアン マシュー
(72)【発明者】
【氏名】ベック，トーマス
(72)【発明者】
【氏名】マクファーレン，テリーサ エリザベス
(72)【発明者】
【氏名】クマラナトゥンゲ，ラシタ
(72)【発明者】
【氏名】ワグスタッフ，サミュエル ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ホー，ジョン ミン
【審査官】松田 長親
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２２３０８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／００５９８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－２６８８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、バルク及び第１の表面を有する、アルミニウム合金製品を提供することと、
第１の液体層を前記第１の表面上に塗布することと、
前記第１の液体層及び前記第１の表面にわたって高エネルギーのビームを走査することであって、前記高エネルギーのビームが、前記第１の表面及び前記第１の液体層と相互作用して、前記第１の表面を物理的に修正して、処理された第１の表面を形成する、前記走査することと、を含み、
前記第１の液体層にわたって高エネルギーのビームを走査することが、前記第１の液体層上にレーザーエネルギーのビームを誘導することを含み、
前記第１の液体層が、グリセリン、アルコール溶液、またはこれらの任意の組み合わせを含む、前記方法。
【請求項2】
前記処理された第１の表面が、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記アルミニウム合金製品が、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記高エネルギーのビームが、前記第１の液体層と相互作用して、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含む、前記バルクの少なくとも一部分を物理的に修正して、処理された表面下層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記処理された表面下層が、前記高エネルギーのビームによって以前に溶融されている前記アルミニウム合金の再凝固層を含み、前記表面下層が、前記アルミニウム合金製品の１μｍ～１０μｍの深さを占め、前記処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度が、前記バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の液体層が、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の液体層が、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
第２の表面に第２の液体層を塗布することをさらに含み、前記第２の表面が、前記第１の表面とは反対である、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第２の液体層が、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記第２の液体層が、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記第２の液体層が、前記第１の液体層と同じである、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記第２の液体層が、前記第１の液体層とは異なる、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層のうちの少なくとも１つが、凝縮蒸気を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層のうちの少なくとも１つが、水溶液を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層のうちの少なくとも１つが、非水溶液を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項16】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層のうちの少なくとも１つが、グリセリン、アルコール溶液、蒸気、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項17】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層のうちの少なくとも１つが、腐食を抑制することと、前記表面をテクスチャ加工することと、接着性を増加させることと、のうちの少なくとも１つを行うように構成されている、前処理化学物質を含み、前記前処理化学物質が、有機ホスホン酸、有機ホスフィン酸、シラン、カップリング剤、ポリマー、コポリマー、Ｚｒ／Ｍｏ前処理、Ｍｎベースの前処理、Ｃｅベースの前処理、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項18】
前記第１の液体層及び前記第２の液体層が、２つ以上のアプリケータによって前記第１の表面及び前記第２の表面上に塗布される、請求項８に記載の方法。
【請求項19】
前記２つ以上のアプリケータが、パルスを有するかもしくは有しないスプレーアプリケータ、低圧高容量スプレーアプリケータ、低圧低容量スプレーアプリケータ、回転噴霧器、静電アプリケータ、ロールアプリケータ、またはこれらの任意の組み合わせを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記２つ以上のアプリケータが、連続したラインにある、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記２つ以上のアプリケータが、２つ以上のアプリケータ浴として構成されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項22】
前記レーザーエネルギーのビームが、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、フェムト秒パルスレーザー、シングルパス構成、ダブルパス構成、連続波を有するレーザー、連続波を有しないレーザー、またはこれらの任意の組み合わせによって提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項23】
前記レーザーエネルギーのビームが、イッテルビウムレーザー、Ｎｄ－ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、またはこれらの任意の組み合わせによって提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項24】
前記レーザーエネルギーのビームが、約２００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項25】
前記第１の液体層にわたって前記高エネルギーのビームを走査することが、前記第１の液体層上に少なくとも１つのレーザーエネルギーのビームを誘導することを含み、前記方法が、前記第２の液体層上に別の少なくとも１つのレーザーエネルギーのビームを誘導することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項26】
前記第１の表面が、処理されていない第１の表面である、請求項１に記載の方法。
【請求項27】
前記処理されていない第１の表面が、その上に有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を有し、前記処理された第１の表面が、有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を欠いているか、または実質的に欠いている、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記処理されていない第１の表面が、化学的エッチング、酸性またはアルカリ性洗浄、溶媒洗浄、蒸気脱脂、機械的表面処理、ブラッシング、バフ研磨、機械的表面研磨、電気化学的研磨、化学的研磨、界面活性剤洗浄、及び変換コーティングから選択される１つ以上の湿潤加工工程に供されていない、請求項２６に記載の方法。
【請求項29】
前記処理されていない第１の表面が、前記処理されていない第１の表面上に前記高エネルギーのビームを誘導する前に、１つ以上の湿潤加工工程に供されていない、請求項２６に記載の方法。
【請求項30】
前記処理されていない第１の表面が、その上に圧延潤滑剤を有する圧延表面に対応する、請求項２６に記載の方法。
【請求項31】
前記処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することが、乾燥洗浄プロセスに対応し、前記処理された第１の表面が、洗浄された表面に対応する、請求項２６に記載の方法。
【請求項32】
前記処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することが、乾燥表面修正プロセスに対応し、前記処理された第１の表面が、接着剤との結合に好適な活性化された表面に対応する、請求項２６に記載の方法。
【請求項33】
前記第１の表面が、近接表面微細構造を含み、前記第１の表面上に前記高エネルギーのビームを誘導することが、前記近接表面微細構造の少なくとも一部分を除去または排除する、請求項１に記載の方法。
【請求項34】
前記第１の表面上に前記高エネルギーのビームを誘導することが、前記近接表面微細構造を熱的に修正する、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記処理された第１の表面が、０．１～０．５の乾燥静摩擦係数を呈する、請求項１に記載の方法。
【請求項36】
圧延アルミニウム合金基板を含むアルミニウム合金製品であって、前記圧延アルミニウム合金基板が、
バルクであって、前記バルクが、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含む、前記バルクと、
前記バルクの第１の部分を覆うレーザー及び液体処理領域を含み、
ここで、レーザー及び液体加工された表面層が、１０ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有する第１の酸化層を含み、
前記レーザー及び液体処理領域が、
処理された表面下層であって、前記処理された表面下層が、高エネルギーのビームによって以前に溶融されている前記アルミニウム合金の再凝固層を含み、前記処理された表面下層が、前記アルミニウム合金製品の１μｍ～１０μｍの深さを占め、前記処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度が、前記バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満である、前記処理された表面下層と、
前記レーザー及び液体加工された表面層であって、前記レーザー及び液体加工された表面層が、近接表面微細構造と、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残渣、圧延酸化物、または陽極酸化物のうちの１つ以上と、を実質的に欠いている前記レーザー及び液体加工された表面層と、を含む、前記レーザー及び液体処理領域と、
を含む、前記アルミニウム合金製品。
【請求項37】
前記アルミニウム合金が、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含む、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項38】
前記アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度が、１０重量％未満である、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項39】
前記バルク中のマグネシウムの濃度が、前記処理された表面下層中よりも大きいか、または前記バルク中の亜鉛の濃度が、前記処理された表面下層中よりも大きい、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項40】
前記レーザー及び液体処理領域が、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項41】
前記アルミニウム合金製品が、その上に官能化層を含まない、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項42】
前記バルクの第２の部分を覆う処理されていない領域をさらに含み、前記処理されていない領域が、レーザー処理プロセスに供されてないか、または供されたことがない、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項43】
前記レーザー及び液体処理領域の第１の算術平均高さ（Ｓｐｋ）が、前記処理されていない領域の第２の算術平均高さ未満である、請求項４２に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項44】
前記レーザー及び液体処理領域が、０．１μｍ～１０μｍの算術平均高さ（Ｓａ）を呈する、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項45】
前記レーザー及び液体処理領域が、０．１％～８０％の複雑さ（Ｓｄｒ）を呈する、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項46】
前記レーザー及び液体処理領域が、最大３ヶ月の表面安定性を呈する、請求項３６に記載のアルミニウム合金製品。
【請求項47】
前記官能化層が、リン含有有機酸コーティングである、請求項４１に記載のアルミニウム合金製品。
【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、２０２０年２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／９７８，７６７号、２０２０年３月３日に出願された米国仮特許出願第６２／９８４，５５５号、及び２０２０年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／９９３，３６５号の利益及び優先権を主張し、これらは、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／９７８，７６７号、２０２０年３月３日に出願された米国仮特許出願第６２／９８４，５５５号、及び２０２０年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／９９３，３６５号の利益及び優先権を主張し、これらは、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、冶金学に関し、より具体的には、金属合金製品の表面上の近接表面微細構造などの、金属合金製品の表面特徴を修正するための技術に関する。
【背景技術】
【0003】
アルミニウム合金製品の加工中に、欠陥を含み得る近接表面微細構造の生成が生じ得る。例えば、欠陥は、例えば、アルミニウム合金製品の表面に蓄積され得る、圧入酸化物、圧延油、移送亀裂、表面亀裂、内部亀裂、裂け目、金属間粒子、または合金元素の高密度集団であり得るか、またはそれらを含み得る。近接表面微細構造内で発生する欠陥は、アルミニウム合金製品の濡れ性及び／または接着性性能に影響を与える可能性がある。近接表面微細構造を含む表面欠陥に対処する技術が不足している。
【発明の概要】
【0004】
実施形態という用語及び同様の用語は広義には、本開示の主題のすべて及び以下の特許請求の範囲を指すものとする。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された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、この発明の概要ではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される。本発明の概要は、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。本発明の概要は、特許請求される主題の重要なまたは必須の特色を識別することを意図するものではなく、また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ていない。本主題は、本開示の明細書全体、任意またはすべての図面、及び各特許請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。
【0005】
一態様では、金属合金基板の表面を処理する方法が記載されている。この態様の方法は、バルク及び第１の表面を有するアルミニウム合金製品を提供することを含み得る。方法はまた、第１の表面にわたって高エネルギーのビームを走査することを含み得る。高エネルギーのビームは、第１の表面と相互作用し得、第１の表面を物理的に修正して、処理された第１の表面を形成し得る。実施形態では、金属合金基板の表面を処理する方法は、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験、Ｓｔｒｅｓｓ Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｌａｐ－Ｓｅａｒ Ｂｏｎｄｓ（接着ラップせん断結合の応力耐久性試験）（２０１７）に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する、処理された第１の表面を含み得る。実施形態では、アルミニウム合金製品は、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含み得る。
【0006】
様々な実施形態では、本方法は、高エネルギーのビームを走査する前に、第１の表面上に第１の液体層を塗布することをさらに含み得る。高エネルギーのビームを走査することは、第１の液体層にわたっている及び／またはそれを通り得る。高エネルギーのビームは、第１の液体層と相互作用して、処理された第１の表面を形成し得る。高エネルギーのビームは、第１の液体層と相互作用して、バルクの少なくとも一部分を物理的に修正して、処理された表面下層を形成し得る。修正されるバルク部分は、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含み得る。例示的な実施形態では、処理された表面下層は、高エネルギーのビームによって以前に溶融されているアルミニウム合金の再凝固層を含み得る。表面下層は、１μｍ～１０μｍのアルミニウム合金製品内の深さを占め得る。実施形態では、処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度は、バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満であり得る。いくつかの実施形態では、第１の液体層は、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有し得る。他の実施形態では、第１の液体層は、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有し得る。
【0007】
実施形態では、金属合金基板の表面を処理する方法は、第２の液体層を第２の表面に塗布することをさらに含み得る。第２の表面は、第１の表面とは反対であり得る。いくつかの実施形態では、第２の液体層は、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有し得る。他の実施形態では、第２の液体層は、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有し得る。第２の液体層は、第１の液体層と同じであり得るか、または、第２の液体層は、第１の液体層とは異なり得る。いくつかの実施形態では、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つは、水溶液を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つは、非水溶液を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つは、グリセリン、アルコール溶液、蒸気、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。例示的な実施形態では、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つは、腐食を抑制し、表面をテクスチャ加工し、及び／または接着性を増加させるように構成された、前処理化学物質を含み得る。前処理化学物質は、有機ホスホン酸、有機ホスフィン酸、シラン、カップリング剤、ポリマー、コポリマー、Ｚｒ／Ｍｏ前処理、Ｍｎベース前処理、Ｃｅベース前処理、接着促進剤、腐食抑制剤、任意の好適な前処理溶液、またはそれらの組み合わせから選択され得る。
【0008】
様々な実施形態では、金属合金基板の表面を処理する方法は、第１の液体層及び第２の液体層を２つ以上のアプリケータによって第１の表面及び第２の表面上に塗布することを含み得る。２つ以上のアプリケータは、パルスを有するか、もしくは有しないスプレーアプリケータ、低圧高容量スプレーアプリケータ、低圧低容量スプレーアプリケータ、回転噴霧器、静電アプリケータ、ロールアプリケータ、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。実施形態では、２つ以上のアプリケータは、連続したラインにあり得る。実施形態では、２つ以上のアプリケータは、２つ以上のアプリケータ浴として構成され得る。
【0009】
実施形態では、第１の表面または第１の液体層にわたって高エネルギーのビームを走査することは、第１の液体層上にレーザーエネルギーのビームを誘導することを含み得る。レーザーエネルギーのビームは、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、フェムト秒パルスレーザー、シングルパス構成、ダブルパス構成、連続波を有するレーザー、連続波を有しないレーザー、またはこれらの任意の組み合わせによって提供され得る。レーザーエネルギーのビームは、イッテルビウムレーザー、Ｎｄ－ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、金属表面と相互作用かつ結合することができるエネルギーレベルを有する光もしくは波の任意のビーム、またはこれらの任意の組み合わせによって提供され得る。レーザーエネルギーのビームは、いくつかの例では、約２００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長を有し得る。
【0010】
いくつかの実施形態では、金属合金基板の表面を処理する方法は、第１の液体層にわたって及び／またはそれを通して高エネルギーのビームを走査することを含み得る。これは、第１の液体層上にレーザーエネルギーの少なくとも１つのビームを誘導することを含み得る。本方法は、第２の液体層上に別の少なくとも１つのレーザーエネルギーのビームを誘導することをさらに含み得る。
【0011】
いくつかの実施形態では、金属合金基板の表面を処理する方法は、処理されていない第１の表面である第１の表面を含み得る。処理されていない第１の表面は、その上に有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を有し得る。処理された第１の表面は、有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を欠いていてもよく、または実質的に欠いていてもよい。いくつかの実施形態では、処理されていない第１の表面は、化学的エッチング、酸性またはアルカリ性洗浄、溶媒洗浄、蒸気脱脂、機械的表面処理、ブラッシング、バフ研磨、機械的表面研磨、電気化学的研磨、化学的研磨、界面活性剤洗浄、及び変換コーティングから選択される１つ以上の湿潤加工工程に供されていない場合がある。いくつかの実施形態では、処理されていない第１の表面は、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導する前に、１つ以上の湿潤加工工程に供されていない場合がある。いくつかの実施形態では、処理されていない第１の表面は、その上に圧延潤滑剤を有する圧延表面に対応し得る。実施形態では、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することは、乾燥洗浄プロセスに対応し得、処理された第１の表面は、洗浄された表面に対応する。実施形態では、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することは、乾燥表面修正プロセスに対応し得る、処理された第１の表面は、接着剤との結合に好適な活性化された表面に対応し得る。第１の表面は、近接表面微細構造を含み得る。第１の表面上にエネルギーのビームを誘導することは、近接表面微細構造の少なくとも一部分を除去または排除し得る。第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することは、近接表面微細構造を熱的に修正し得る。実施形態では、処理された第１の表面は、０．１～０．５の乾燥静摩擦係数を呈するが、この範囲を外れた乾燥静摩擦係数を有する表面も企図される。
【0012】
別の態様では、処理された表面を有する金属合金製品が記載されている。圧延アルミニウム合金基板などの金属合金製品は、バルク及びレーザー処理領域を含み得る。バルクは、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含み得る。レーザー処理領域は、バルクの第１の部分を覆い得る。レーザー処理領域は、処理された表面下層を含み得る。処理された表面下層は、高エネルギーのビームによって以前に溶融されているアルミニウム合金の再凝固層を含み得る。処理された表面下層は、１μｍ～１０μｍのアルミニウム合金製品内の深さを占め得る。処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度は、バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満であり得る。処理された表面下層は、レーザー加工された表面層であってもよく、またはそれをさらに含んでもよい。レーザー加工された表面層は、近接表面微細構造を欠いているか、または実質的に欠いている場合がある。レーザー加工された表面層は、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残渣、圧延酸化物、または陽極酸化物のうちの１つ以上を欠いていてもよく、または実質的に欠いていてもよい。レーザー加工された表面層は、１０ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有する第１の酸化物層を含み得る。いくつかの実施形態では、レーザー処理領域は、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈し得る。
【0013】
実施形態では、アルミニウム合金は、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含み得る。実施形態では、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度は、１０重量％未満であり得る。バルク中のマグネシウム濃度は、処理された表面下層中より高くてもよい。バルク中の亜鉛濃度は、処理された表面下層中より高くてもよい。様々な実施形態では、アルミニウム合金製品は、その上に官能化層を含まない場合がある。官能化層の一例としては、リン含有有機酸コーティング層または前処理層が挙げられ得る。
【0014】
いくつかの実施形態では、アルミニウム合金は、バルクの第２の部分を覆う処理されていない領域をさらに含み得る。処理されていない領域は、レーザー処理プロセスに供されていない場合もあれば、供されていない場合もある。実施形態では、レーザー処理領域の第１の算術平均高さ（Ｓｐｋ）は、処理されていない領域の第２の算術平均高さ未満であり得る。実施形態では、レーザー処理領域は、０．１μｍ～１０μｍの算術平均高さ（Ｓａ）を呈する。実施形態では、レーザー処理領域は、０．１％～８０％の複雑さ（Ｓｄｒ）を呈し得る。
【0015】
様々な実施形態では、レーザー処理領域は、例えば、最大３ヶ月または最大６ヶ月の表面安定性を呈し得、これは、レーザー処理領域が、表面が安定している間の任意の時間中に別の製品に結合するのに好適であることを示し得る。別の言い方をすれば、レーザー処理領域は、最大３ヶ月または最大６ヶ月間安定であり得、最大３ヶ月または最大６ヶ月の期間にわたって最初に結合されていないにもかかわらず、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験または他の標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する。そのような表面安定性は、結果として生じる結合の耐久性を損なうことなく、または早期に劣化させることなく、保管及び／または調製と、別の製品との結合との間のある程度の遅延を可能にし得る。
【0016】
他の目的及び利点は、非限定例の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【0017】
本明細書は、以下の添付の図を参照しており、異なる図中での同様の参照番号の使用は、同様のまたは類似の構成要素を例示することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】金属合金製品を作製するための方法の概略図である。
【図2】１つ以上の欠陥を含む近接表面微細構造を有する金属合金製品の概略図を提供する。
【図3A】１つ以上の欠陥を含む、処理されていない表面及び近接表面微細構造を有する金属合金製品の断面の概略図を提供する。
【図4A】金属酸化物粒子及び金属間粒子を含む１つ以上の欠陥を含む、処理されていない表面及び近接表面微細構造を有する金属合金製品の断面の概略図を提供する。
【図4C】近接表面微細構造に影響を及ぼし、かつ金属酸化物粒子及び金属間粒子を含まない活性化された表面を提供するために、洗浄された表面上に誘導された高エネルギーのビームを有する、図４Ｂに示される断面の概略図を提供する。
【図5】形成された金属合金製品の概略図を提供し、製品は、修正表面を有し、接着剤によって別の製品に結合される。
【図6A】金属酸化物粒子及び金属間粒子を含む１つ以上の欠陥を含む、処理されていない表面及び近接表面微細構造を有する金属合金製品の断面の概略図を提供する。
【図6C】近接表面微細構造に影響を及ぼし、かつ金属酸化物粒子及び金属間粒子を含まない活性化された表面を提供するために、凝縮された蒸気層上に誘導された高エネルギーのビームを有する、図６Ｂに示される断面の概略図を提供する。
【図7】各側面上に誘導された高エネルギーのビームを有する前に、互いとは反対である２つの側面の各々に塗布される凝縮された蒸気層を有するアルミニウム合金製品を作製するための連続コイルラインプロセスの概略図を提供する。
【図8】別の実施形態では、アルミニウム合金製品を作製するための連続コイルラインプロセスの概略図を提供し、凝縮された蒸気層は、各側面上に誘導された高エネルギーのビームを有する前に、製品の各側面に同時に塗布される。
【図9】凝集された蒸気層上に誘導された高エネルギーのビームを有する前に、製品の各側面に連続して塗布及び／または結合される、凝集された蒸気または水性もしくは非水溶液などのより厚い層を有するアルミニウム合金製品を作製するための連続コイルラインプロセスの概略図を提供する。
【図10A】アルミニウム合金製品のテクスチャ加工された表面の第１の実施例の画像を提供する。
【図10B】アルミニウム合金製品のテクスチャ加工された表面の第２の実施例の画像を提供する。
【図10C】アルミニウム合金製品のテクスチャ加工された表面の第３の実施例の画像を提供する。
【図10D】アルミニウム合金製品のテクスチャ加工された表面の第４の実施例の画像を提供する。
【図10E】アルミニウム合金製品のテクスチャ加工された表面の第５の実施例の画像を提供する。
【図11A】アルミニウム合金製品の様々なレーザーエネルギー密度における接触角を示すプロットを提供する。
【図11B】別のアルミニウム合金製品の様々なレーザーエネルギー密度における接触角を示すプロットを提供する。
【図12A】処理されていない表面を有するアルミニウム合金製品のトポグラフィ分析を提供する。
【図12B】パス間の２５％のオーバーラップでレーザーで処理された表面を有するアルミニウム合金製品のトポグラフィ分析を提供する。
【図12C】パス間の５０％のオーバーラップでレーザーで処理された表面を有するアルミニウム合金製品のトポグラフィ分析を提供する。
【図13】処理されていない表面を有し、かつ金属酸化物層を含む近接表面微細構造を示す、アルミニウム合金製品の断面の電子顕微鏡写真画像である。
【図15】より少ない近接表面微細構造を有する表面付近の微細構造を示す、パス間の５０％オーバーラップでレーザーで処理された表面を有するアルミニウム合金製品の断面の電子顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本明細書では、処理されていない表面を有する製品の近接表面微細構造が高エネルギーのビームによって影響を受けて、修正表面を提供する、鋳造及び／または圧延加工によって生成された金属及び金属合金製品と、そのような製品を生成するための方法とが記載されており、修正表面は、洗浄された、テクスチャ化された、活性化された、または他の方法で調製もしくは処理された表面であり得る。処理されていない表面は、製品のバルクの中の深さまで領域を占有し得、かつ１つ以上の欠陥を含有し得る、近接表面微細構造を呈し得る。いくつかの場合では、近接表面微細構造または欠陥は、高エネルギーのビームでの処理によって低減または排除され得る。高エネルギーのビームは、任意選択的に、金属合金製品の表面と接触している液体層上に誘導され得、高エネルギーのビームと、任意選択的な液体層と、表面との間の相互作用は、金属合金製品の表面の修正をもたらし得る。修正表面は、処理されていない表面を有する製品の近接表面微細構造の組成物とは異なる組成物を有し得る。利点は、より長い先端寿命を有するより良い溶接性（例えば、スポット溶接性）、ならびに改善された塗料接着性及び／または耐食性を含み得る。修正表面は、処理されていない表面を有する製品と比較して改善された濡れ性及び／または結合耐久性特性を有し得る。例えば、修正表面は、処理されていない表面と比較して改善された結合耐久性条件を呈し得る。
【0020】
定義及び説明
本明細書で使用される場合、「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」及び「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許出願のすべての主題及び以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含有する記述は、本明細書に記載の主題を限定するものではなく、また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はないことが理解されるべきである。
本明細書で使用される場合、「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」及び「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許出願のすべての主題及び以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含有する記述は、本明細書に記載の主題を限定するものではなく、また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はないことが理解されるべきである。
【0021】
本明細書において、「系」または「７ｘｘｘ」などの、ＡＡ番号及び他の関連する記号によって識別される合金に対する言及がなされる。アルミニウム及びその合金の命名及び識別に最も一般的に使用される番号指定システムの理解に関しては、ともにＴｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって出版されている、「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。
【0022】
本明細書で使用される場合、プレートは、概して、約１５ｍｍ超の厚さを有する。例えば、プレートは、約１５ｍｍ超、約２０ｍｍ超、約２５ｍｍ超、約３０ｍｍ超、約３５ｍｍ超、約４０ｍｍ超、約４５ｍｍ超、約５０ｍｍ超、または約１００ｍｍ超の厚さを有するアルミニウム製品を指し得る。
【0023】
本明細書で使用される場合、シェート（ｓｈａｔｅ）（シートプレートとも称される）は、概して、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の厚さを有し得る。
【0024】
本明細書で使用される場合、シートは、概して、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未満）の厚さを有し得る。
【0025】
本出願では、合金の調質または条件への言及がなされてもよい。最も一般的に使用される合金調質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条件または調質は、製造されたアルミニウム合金についての言及である。Ｏ条件または調質は、アニーリング後のアルミニウム合金についての言及である。本明細書でＨ質別とも称されるＨｘｘ調質または質別は、熱処理（例えば、焼きなまし）の有無にかかわらず、冷間圧延後の熱処理可能ではないアルミニウム合金を指す。好適なＨ質別には、ＨＸ１、ＨＸ２、ＨＸ３、ＨＸ４、ＨＸ５、ＨＸ６、ＨＸ７、ＨＸ８、またはＨＸ９質別が含まれる。Ｔ１条件または調質は、熱間加工から冷却し、自然に（例えば、室温で）エージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ２条件または調質は、熱間加工から冷却し、冷間加工し、自然にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ３条件または調質は、溶体化処理し、冷間加工し、自然にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ４条件または調質は、溶体化処理し、自然にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ５条件または調質は、熱間加工から冷却し、人工的に（高温で）エージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ６条件または調質は、溶体化処理し、人工的にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ７条件または調質は、溶体化処理し、人工的に過剰にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ８ｘ条件または調質は、溶体化処理し、冷間加工し、人工的にエージングさせたアルミニウム合金についての言及である。Ｔ９条件または調質は、溶体化処理し、人工的にエージングさせ、冷間加工したアルミニウム合金についての言及である。Ｗ調質または質別とは、溶体化処理後のアルミニウム合金を指す。
【0026】
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、互換可能であり、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、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、ブロック鋳造機、または他の任意の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、または他の任意の鋳造法によって製造された製品を指す。
【0027】
本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約１５℃～約３０℃の温度、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℃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、ほぼ室温の温度、約２０％～約１００％の相対湿度、及び約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であり得る。
【0028】
本明細書に開示されるすべての範囲は、それらに包含されるありとあらゆる部分範囲を包含すると理解されるべきである。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（及びそれらを含む）任意の及びすべての部分範囲、すなわち、最小値１以上、例えば、１～６．１で始まり、最大値１０以下、例えば、５．５～１０で終わるすべての部分範囲を含むとみなされるべきである。特に明記しない限り、元素の組成量を指す場合の「最大」という表現は、その元素が任意であり、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。特に明記されていない限り、すべての組成割合は重量パーセント（ｗｔ％）である。
【0029】
本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、文脈が別段明らかに指示していない限り、単数及び複数の参照を含む。
【0030】
本明細書において、アルミニウム合金製品及びそれらの構成成分は、それらの元素組成に関して重量パーセント（ｗｔ％）で記載され得る。各合金において、全不純物の合計の最大重量％が０．１５％であれば、残部はアルミニウムである。
【0031】
結晶粒微細化剤及び脱酸剤などの付随的元素、または他の添加剤は、本発明において存在してもよく、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徴から逸脱するかまたは著しく変わることなく、それら自体で他の特徴を追加し得る。
【0032】
材料または元素を含む不可避の不純物が、アルミニウム固有の特性または加工機器との接触からの溶出に起因して、合金中に少量存在する場合がある。記載されているように、いくつかの合金は、この合金の元素、付随の元素、及び避けられない不純物以外に約０．２５重量％未満の任意の元素を含み得る。
【0033】
合金及びアルミニウム合金製品を製造する方法
本明細書に記載の合金は、当業者に既知の任意の好適な鋳造方法を使用して鋳造され得る。少しの非限定的な例として、鋳造プロセスには、直接チル（ＤＣ）鋳造プロセスまたは連続鋳造（ＣＣ）プロセスが含まれ得る。連続鋳造プロセスは、一対の可動対向鋳造面（例えば、可動対向ベルト、ロールまたはブロック）、一対の可動対向鋳造面間の鋳造キャビティ、及び溶融金属インジェクタを有する連続鋳造システムを含み得る。溶融金属インジェクタは、端部開口部を有し得、そこから溶融金属が溶融金属インジェクタから出て鋳造キャビティ内に注入され得る。
本明細書に記載の合金は、当業者に既知の任意の好適な鋳造方法を使用して鋳造され得る。少しの非限定的な例として、鋳造プロセスには、直接チル（ＤＣ）鋳造プロセスまたは連続鋳造（ＣＣ）プロセスが含まれ得る。連続鋳造プロセスは、一対の可動対向鋳造面（例えば、可動対向ベルト、ロールまたはブロック）、一対の可動対向鋳造面間の鋳造キャビティ、及び溶融金属インジェクタを有する連続鋳造システムを含み得る。溶融金属インジェクタは、端部開口部を有し得、そこから溶融金属が溶融金属インジェクタから出て鋳造キャビティ内に注入され得る。
【0034】
鋳塊、鋳片、または他の鋳造製品は、任意の好適な手段によって加工されてもよい。任意選択的な加工工程としては、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化熱処理、及び任意の予備エージング工程が挙げられるが、これらに限定されない。鋳塊または他の鋳造製品などの鋳造アルミニウム合金製品は、当業者に既知の任意の手段によって加工され得る。任意選択的に、加工工程が使用されて、シートを調製し得る。
【0035】
本明細書に記載の鋳造製品は、シート形態、プレート形態、または他の好適な製品形態における製品を製造するために使用され得る。例えば、本明細書に記載の製品を含むプレートは、鋳塊を均質化工程で加工するか、または連続鋳造機で製品を鋳造し、その後の熱間圧延工程によって調製され得る。熱間圧延工程では、鋳造製品が２００ｍｍ以下の標準寸法の厚さ（例えば、約１０ｍｍ～約２００ｍｍ）まで熱間圧延され得る。例えば、鋳造製品は、約１０ｍｍ～約１７５ｍｍ、約１５ｍｍ～約１５０ｍｍ、約２０ｍｍ～約１２５ｍｍ、約２５ｍｍ～約１００ｍｍ、約３０ｍｍ～約７５ｍｍ、または約３５ｍｍ～約５０ｍｍの最終的な標準寸法の厚さを有するプレートに熱間圧延され得る。いくつかの場合では、プレートをシートなどのより薄い金属製品に圧延する場合もある。
【0036】
図１は、金属合金製品の例示的な製造方法の概要を提供する。図１の方法は工程１０５で始まり、１０５では、金属合金１０６が鋳造されて、鋳塊または他の鋳造製品などの鋳造金属合金製品１０７を作製する。任意選択的な工程１１０において、鋳造アルミニウム合金製品であり得る鋳造金属合金製品１０７は、均質化され、均質化金属合金製品１１１を生成する。工程１１５において、均質化金属合金製品１１１は、１つ以上の熱間圧延パス及び／または１つ以上の冷間圧延パスに供されて、圧延金属合金製品１１２を生成し、これは、アルミニウム合金プレート、アルミニウム合金シェート、またはアルミニウム合金シートなどのアルミニウム合金物品に対応し得る。任意選択的に、圧延金属合金製品１１２は、金属合金物品を形成するために、１つ以上の成形プロセスまたは打ち抜き加工プロセスに供される。
【0037】
アルミニウム合金であり得る本明細書に記載の金属または金属合金は、任意の好適な鋳造方法を使用して鋳造され得る。例示的な鋳造プロセスとしては、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、またはその他任意の連続鋳造機の利用を含む）、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、もしくはその他の鋳造方法が挙げられる。少しの非限定的な例として、鋳造プロセスには、直接チル（ＤＣ）鋳造プロセスまたは連続鋳造（ＣＣ）プロセスが含まれ得る。例えば、図１は、１０５におけるＤＣ鋳造プロセスの概略図を描写する。連続鋳造システムは、一対の可動対向鋳造面（例えば、可動対向ベルト、ロールまたはブロック）、一対の可動対向鋳造面間の鋳造キャビティ、及び溶融金属インジェクタを備え得る。溶融金属インジェクタは、端部開口部を有し得、そこから溶融金属が溶融金属インジェクタから出て鋳造キャビティ内に注入され得る。
【0038】
図２は、金属合金製品２００を概略的に図示する。金属合金製品２００は、例えば、プレート、シェート、またはシートであり得る。金属合金製品２００は、圧延製品を含み得るか、またはそれに対応し得る。圧延製品は、鋳造プロセス及び／または金属合金製品２００の塗布に応じて、冷間圧延製品または熱間圧延製品であり得る。金属合金製品２００は、上記のように任意の好適な鋳造及び／または圧延プロセスによって製造され得る。実施形態では、圧延製品は、金属合金製品２００の塗布に基づいて選択され得る幅及び厚さを有する、断面が比較的長方形であり得る。金属合金製品２００は、例えば、プレート、シェート、またはシートの形態の圧延アルミニウム合金製品であり得る。
【0039】
圧延製品は、近接表面微細構造２２０及びバルク２３０を含み得る。圧延プロセスの間、圧延製品の一部分としての近接表面微細構造２２０の生成が発生し得る。近接表面微細構造２２０は、圧延製品の表面下層で生じ得、表面下層の一部分または実質的に全体を占め得る。「表面層」または「ビールビー層」としても知られる表面下層は、圧延製品の表面から圧延製品の厚さへの深さまでの空間を占める圧延製品の一部分を含み得る。実施形態では、圧延製品は、２つ以上の表面を含み得、及び／または２つ以上の表面下層を有し得る。そのような実施形態では、近接表面微細構造２２０は、各表面下層において生じ得る。例えば、圧延製品は、圧延製品の上部上の１つの表面と、圧延製品の底部上の１つの表面との２つの表面が生成されるような厚さを有し得、各表面は互いとは直接反対である。圧延製品の側面の周りに円周方向に延在する圧延製品の他の４つの側面は、表面下層を生成するのに十分な厚さではない場合があり、及び／または少なくとも上面及び底面と同じ程度ではないが、近接表面微細構造を生成するのに十分な圧延プロセスに供されない場合がある。そのような例では、２つの表面の各々は、対応する表面下層を有し得る。対応する表面下層の各々において、近接表面微細構造２２０が存在し得る。したがって、様々な実施形態では、圧延製品は、複数の表面上に、または表面上の複数の領域に、近接表面微細構造２２０を有し得る。
【0040】
実施形態では、近接表面微細構造２２０は、表面下層全体を占有し得るが、いくつかの場合では、近接表面微細構造２２０は、表面下層の一部分のみを占有し得る。近接表面微細構造２２０は、圧延製品の表面から製品内の深さまでの空間をバルク２３０まで占有し得る。近接表面微細構造体２２０の金属合金製品２００への深さは、２００ｎｍ～４００ｎｍ、３００ｎｍ～５００ｎｍ、４００ｎｍ～６００ｎｍ、２００ｎｍ～６００ｎｍ、５００ｎｍ～７００ｎｍ、５００ｎｍ～８００ｎｍ、２００ｎｍ～８００ｎｍ、８００ｎｍ～１μｍ、１μｍ～５μｍ、５μｍ～１０μｍ、１０μｍ～１５μｍ、１５μｍ～２０μｍ、２００ｎｍ～２０μｍの範囲またはその部分範囲である可能性がある。
【0041】
境界２２５は、近接表面微細構造２２０とバルク２３０との間に存在し得る。境界２２５は、金属合金製品２００の組成物がバルク組成物とも称されるバルク２３０の組成物に移行する深さを示し得る。境界２２５は、近接表面微細構造２２０が金属合金製品２００内に存在する深さに存在し得る。境界２２５は、金属合金製品２００の表面に平行または概ね平行に延在し、金属合金製品２００の幅全体にわたって延在し得るが、そうである必要はない。いくつかの実施形態では、境界２２５は、離散的な深さで生じ得るか、または深さの範囲にわたって生じ得る。実施形態では、境界２２５は、近接表面微細構造２２０とバルク２３０との間の粒界であってもよく、それに生じてもよく、または粒界を表してもよい。粒界は、２つの異なる粒構造の間を画定する境界であってもよく、一方は、近接表面微細構造２２０の境界に対応し、他方は、バルク２３０に対応する。例えば、近接表面粒構造２２０は、大小両方の粒径の不均一な分布などの非均質な粒構造を有し得る。対照的に、バルク２３０は、粒径の均一な分布などの均質な（例えば、均等に分布した）粒構造を有してもよく、これは大きくても小さくてもよい。そのような実施例では、境界２２５は、近接表面微細構造２２０の非均質な粒構造と、バルク２３０の均質な粒構造との間の粒界であり得る。実施形態では、バルク２３０は、合金及び加工履歴に応じて、金属合金製品２００内の１０μｍ～４５μｍの表面からの深さで生じ得る。いくつかの場合では、均質な粒構造は、バルク２３０の任意の所与の体積の特定の割合が、同じまたはほぼ同じ粒径を有し得ることを意味し得る。例えば、均質な粒構造は、バルク２３０の任意の所与の体積の約７０％以上が、５ｎｍ～２００ｎｍの範囲内の平均粒径などのほぼ同じ粒径を有することを意味し得る。異なる粒構造の均質性は、図２及び他の図面上で、近接表面微細構造２２０及びバルク２３０についての異なる充填パターンによって示され得る。
【0042】
近接表面微細構造２２０は、バルクの組成物とは異なる組成物を有し得る。例えば、近接表面微細構造２２０の組成物は、１つ以上の欠陥２４０ａ～２４０ｇ（まとめて、欠陥２４０）を含み得る。１つ以上の欠陥２４０は、アルミニウム合金製品２１２の機械的及び／または化学的性能に影響を与え得る。例えば、１つ以上の欠陥２４０は、アルミニウム合金製品２１２の腐食感受性を増加させ、結合耐久性性能を低下させ、及び／または引張強度及びせん断強度を低減し得る。
【0043】
図２に図示されるように、１つ以上の欠陥２４０は、様々な欠陥を含み得る。例えば、欠陥２４０は、１つ以上の内部亀裂２４０ａまたは表面亀裂２４０ｄを含み得る。内部亀裂２４０ａ及び表面亀裂２４０ｄは、移送亀裂、裂け目、及び微小亀裂を含み得る。内部亀裂２４０ａ及び表面亀裂２４０ｄは、圧延プロセス中に圧延製品に加えられる応力またはひずみ条件、例えば、ローラーによって圧延製品に加えられる垂直せん断応力に起因して生じ得る。図２に図示されるように、表面亀裂２４０ｄは、近接表面微細構造２２０の表面で生じ得、不均一または不規則な表面をもたらす。対照的に、内部亀裂２４０ａは、近接表面微細構造２２０内で生じ得る。実施形態では、内部亀裂２４０ａは、近接表面微細構造２２０を通して水平に、近接表面微細構造２２０の表面に平行に、または近接表面微細構造２２０の表面に対して任意の他の方向に延在し得る。
【0044】
実施形態では、ボイド２４０ｂは、内部亀裂２４０ａ及び表面亀裂２４０dの発生を誘発し得る。ボイド２４０ｂなどの欠陥２４０によって生成された弱い部位は、亀裂開始のためのより活性な部位を提供し得る。ボイド２４０ｂは、任意の材料が空である近接表面微細構造２２０内の空間を含んでもよく、またはそれからなってもよい。任意の材料の不在は、加工中に近接表面微細構造２２０内に蒸気が組み込まれた結果であり得るか、または圧延製品材料の機械的構造及び／または粒組成物の結果であり得る。
【0045】
１つ以上の欠陥２４０はまた、圧入材料２４０ｃを含み得る。圧入材料２４０ｃは、例えば、圧入酸化物及び／または圧入油などのホットミルピックアップを含み得る。圧入材料２４０ｃは、圧延プロセス中に近接表面微細構造２２０内に組み込まれた閉じ込められた酸化物及び潤滑剤を含み、ならびに任意選択的に他の圧入不純物を含み得る。例えば、圧延潤滑剤は、圧延製品２１２の圧延中に近接表面微細構造２２０に組み込まれ得る。近接表面微細構造２２０内に閉じ込められた非晶質炭素及び／または炭化アルミニウムは、圧入潤滑剤を示し得るか、またはそれに対応し得る。圧入酸化物は、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムなどの金属酸化物を含み得る。金属酸化物は、圧延製品の表面またはその近くの金属元素が加工中に酸化され、次いで圧延製品内に組み込まれるときに、生成され得る。圧入材料２４０ｃはまた、金属合金製品２００の表面または接触面（例えば、ローラー表面）上に存在するか、またはそれの上に堆積し、熱間圧延または冷間圧延中などの近接表面微細構造２２０内に組み込まれ得る、粉塵、汚れ、水、有機物、無機物、または他の材料などの他の汚染物質を含み得る。
【0046】
境界２２５の近くにボイド２４０ｂ及び／または圧入材料２４０ｃが存在すると、亀裂の伝播が誘発され得る。ボイド２４０ｂ及び圧入材料２４０ｃなどの境界２２５における弱いスポットは、近接表面微細構造２２０とバルク２３０との間に亀裂伝播経路を提供し得る。欠陥の間のそのようなパスは、優先的な亀裂伝播パスであり得るため、任意の応力条件は、近接表面微細構造２２０とバルク２３０との間の内部亀裂２４０ａの生成を誘発し得る。応力曝露は、バルク２３０からの近接表面微細構造２２０の部分的または完全なせん断をもたらし得る。さらに、任意の内部亀裂２４０ａは、さらなる亀裂の核となり得る。したがって、欠陥２４０の存在は、近接表面微細構造２２０内、場合によってはバルク２３０内に欠陥生成の損傷的な連鎖反応を生成する可能性を有する。
【0047】
実施形態では、バルク２３０は、本明細書で「バルク組成物」と称される組成物を有し得、これは、主にアルミニウム及び合金元素２５０を含み得る。アルミニウム合金製品２００の非限定的な例の例示的な合金元素２５０は、亜鉛、マグネシウム、銅、クロム、ケイ素、鉄、及び／またはマンガンを含んでもよく、特定の合金に依存するか、またはそれを定義してもよい。図２に図示されるように、合金元素２５０は、バルク２３０内で均質に（例えば、等しく）空間的に分布し得る。図２に描写される合金元素２５０の均質な分布は、合金元素２５０の配列が生じること、または合金元素２５０が材料の粒子または凝集体として存在することを意味しない、または必要としない場合がある。むしろ、図２に示される合金元素２５０の分布は、全体に均質に分布した合金元素を有するアルミニウムの固溶体を表すなど、合金元素２５０の均質な分布の概略図であることを意味する。合金元素２５０の均質な分布は、バルク組成物の任意の所与の体積の特定の割合が、同じ体積の任意の他の試料と同じまたは実質的に同じ量の合金元素２５０を含有し得ることを意味し得る。
【0048】
様々な実施形態では、欠陥２４０のうちの１つは、合金元素２５０の非均質な分布を含み得る。合金元素２５０の高密度集団２４０ｅは、鋳造及び／または圧延プロセス中に近接表面微細構造２２０内で生じ得る。合金元素２５０のいくつかは、互いに異なる拡散係数を示し得、異なる合金元素について異なる拡散速度をもたらす。すなわち、合金元素２５０のいくつかは、別の合金元素２５０とは異なる速度で拡散し得る。したがって、圧延製品の鋳造及び／または圧延の間、特定の合金要素は、バルク２３０内に存在する他の要素よりも速い速度で、バルク２３０から表面に、または近接表面微細構造２２０内に拡散し得る。特定の合金元素２５０のより速い拡散速度は、近接表面微細構造２２０内に合金元素２５０の不等分布を生成し得る。例えば、いくつかの実施形態では、亜鉛は、他の合金元素よりも加工条件下でより高い拡散速度を有し得るため、亜鉛の高密度集団２４０ｅは、近接表面微細構造２２０内で生じ得る。再び、図２に示される高密度集団２４０ｅは、単なる画像表現であり、図示されるように、合金元素２５０の高密度集団を合金元素のクラスターに限定しないことが理解されるであろうが、いくつかの場合では、合金元素２５０のクラスターが存在し得る。むしろ、近接表面微細構造２２０内の高密度集団２４０ｅの存在は、近接表面微細構造２２０内の合金元素の濃度が、平均して、バルク２３０とは異なる（例えば、より高い）ことを示し得る。
【0049】
合金元素の非均質な分布、ならびに他の欠陥２４０は、金属合金製品２１２の化学的性能に影響を与え得る。例えば、近接表面微細構造２２０内の欠陥２４０の存在は、不完全な被覆またはパッチ状の前処理用途を引き起こし得る。欠陥２４０はまた、欠陥２４０としてのエッチング前処理を妨げ得、合金元素２５０の非均質分布は、エッチングプロセスのための不整合媒体をもたらし得る。
【0050】
高密度集団２４０ｅはまた、または代替的に、金属合金製品２１２の腐食感受性を増加させ得る。表面またはその近くで、合金元素２５０の拡散速度は、低い活性化エネルギー、ならびに他の欠陥２４０の存在により、１または２倍増加し得る。したがって、高密度集団２４０ｅは、腐食を開始する可能性を有する近接表面微細構造２２０内の反応性ポケットまたは領域を伝播し得る。特定のアルミニウム合金は、合金元素２５０の高密度集団２４０ｅのため、腐食感受性の影響を受けやすい場合がある。例えば、７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金は、それらのより高い合金元素２５０組成物のために、高密度集団２４０ｅの生成により影響を受けやすい場合がある。他のアルミニウム合金シリーズは、３～４％の合金元素を含んでもよいが、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金は、例えば、１０％を超える合金元素を含んでもよい。
【0051】
１つ以上の欠陥２４０はまた、金属間粒子２４０ｆを含み得る。鋳造プロセス中、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含有するアルミニウム合金製品は、アルミニウムと鉄またはマンガンのうちの１つ以上とを含む金属間粒子２４０ｆを生成してもよく、これは、例えば、圧延アルミニウム合金製品２１２について、本明細書ではＡｌ－（Ｆｅ，Ｍｎ）金属間粒子またはβ相金属間粒子と称されてもよい。ケイ素（Ｓｉ）が存在する場合、アルミニウム、ケイ素、及び本明細書でＡｌ－（Ｆｅ、Ｍｎ）－Ｓｉ金属間粒子またはα相金属間粒子とも称される鉄またはマンガンのうちの１つ以上を含む金属間粒子も生成され得る。いくつかの量の鉄及びケイ素は、一般に、ほとんどすべてのアルミニウム合金中に存在するため、多くのアルミニウム合金は、鋳造時にそのような金属間粒子を含み得る。
【0052】
これらの粒子の種類の各々は、異なる特性を呈し、アルミニウム合金の構造に異なる方法で寄与する。例えば、β相粒子は、α相粒子よりも大きく、よりブロック状または幾何学的である傾向があり、一方、α相粒子は、一般に、β相粒子よりも硬く、より小さい傾向がある。熱間圧延及び冷間圧延中、金属間粒子は、破損し得、例えば、それらのサイズ、分布、及び数密度に影響を与え得る。
【0053】
鋳造アルミニウム合金製品中の金属間粒子の存在は、有益であり得る。例えば、金属間粒子を含むアルミニウム合金は、金属間粒子がアルミニウム合金製品の他の部分よりも著しく硬い可能性があるため、アルミニウム飲料容器を生成するのに有益であり得る。引抜き、アイロン掛け、ネッキングの間、硬質金属間粒子は、ダイ表面の洗浄に寄与することにより、摩損を低減することができる。例えば、金属間粒子は、図面、アイロン掛け、及びネッキングダイを研磨し、ダイ表面に蓄積された金属を低減または除去し得る。他の金属合金製品では、近接表面微細構造２２０内に金属間粒子２４０ｆを有しないことが所望される場合がある。
【0054】
１つ以上の欠陥２４０はまた、有機物、油、ならびに炭化水素及び他の汚染物質２４０ｇを含み得る。鋳造プロセス及び／または圧延プロセスの間、有機物、油、及び炭化水素、及び他の汚染物質２４０ｇは、図２に示される近接表面微細構造２２０、及び／またはバルク２３０に導入され得る。これは、金属合金製品２００を製造することと関連付けられたプロセスで一般的に使用される潤滑剤に起因する。金属合金製品では、有機物、油、ならびに炭化水素及び他の汚染物質２４０ｇを、近接表面微細構造２２０内に有しないことが所望される場合がある。
【0055】
欠陥２４０の存在は、アルミニウム合金製品がエポキシ接着剤などの接着剤を使用して別の製品または材料に結合される場合などの、不良な接着性能に寄与し得る。結合耐久性試験は、結合製品間で生成される結合の強度を評価し、アルミニウム合金製品の近接表面微細構造が、長期間の使用、及びそうでなければ周囲条件とは異なる腐食条件または条件下で、接着剤と強く結合する能力を示し得る。試験中、エポキシ接着剤などにより、２つのアルミニウム合金製品の間に結合が生成される。次いで、結合されたアルミニウム合金製品は、ひずみ及び／または他の条件に供される。例えば、結合されたアルミニウム合金製品は、湿潤条件または乾燥条件下で、塩溶液中に浸漬され得る。１つ以上の条件における一連のサイクルの後、アルミニウム合金製品間の結合は、化学的及び機械的故障について評価される。アルミニウム合金製品の結合耐久性性能は、製品の近接表面微細構造の反応性及び腐食感受性を示すか、またはその関数であり得る。
【0056】
開示されたアルミニウム合金製品の使用方法
本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、自動車の用途や他の航空機、鉄道などの用途といった輸送の用途に使用され得る。例えば、開示されたアルミニウム合金製品を使用して、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強材（例えば、Ａピラー、Ｂピラー、及びＣピラー）、インナーパネル、アウターパネル（外板）、サイドパネル（横板）、インナーフード、アウターフード、またはトランクリッドパネルなどの形成された金属製品及び自動車構造部品を作ってもよい。本明細書に記載のアルミニウム合金製品及び方法は、航空機または鉄道車両の用途にも、例えば、外部及び内部パネルを作るためにも使用され得る。
本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、自動車の用途や他の航空機、鉄道などの用途といった輸送の用途に使用され得る。例えば、開示されたアルミニウム合金製品を使用して、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強材（例えば、Ａピラー、Ｂピラー、及びＣピラー）、インナーパネル、アウターパネル（外板）、サイドパネル（横板）、インナーフード、アウターフード、またはトランクリッドパネルなどの形成された金属製品及び自動車構造部品を作ってもよい。本明細書に記載のアルミニウム合金製品及び方法は、航空機または鉄道車両の用途にも、例えば、外部及び内部パネルを作るためにも使用され得る。
【0057】
本明細書に記載されているアルミニウム合金製品及び方法は、電子機器の用途にも使用され得る。例えば、本明細書に記載されているアルミニウム合金製品及び方法は、携帯電話及びタブレットコンピュータを含む電子デバイス用のハウジングを作るために使用され得る。いくつかの例では、アルミニウム合金製品は、携帯電話（例えば、スマートフォン）のアウターケーシング用のハウジング、タブレットボトムシャーシ、及び他の携帯電子機器を作るために使用されてもよい。
【0058】
本明細書に記載のアルミニウム合金製品及び方法は、任意の他の所望の用途に使用され得る。
【0059】
金属及び金属合金の処理方法
本明細書に記載されているのは、とりわけアルミニウム、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、及び鋼を含む金属及び金属合金を処理する方法、ならびに結果として処理される金属及び金属合金である。いくつかの例では、本明細書に記載の方法における使用のための金属としては、アルミニウム合金、例えば、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金が挙げられる。いくつかの実施例において、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、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウムベースの材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタンベースの材料、チタン合金、銅、銅ベースの材料、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、もしくは材料の組み合わせを含む非鉄材料が挙げられる。モノリシック材料、ならびに非モノリシック材料、例えば、ロールボンド材料、クラッド合金、クラッド層、複合材料（例えば、限定されないが、炭素繊維含有材料など）、または他の様々な材料もまた、本明細書に記載の方法で有用である。いくつかの実施例において、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。
本明細書に記載されているのは、とりわけアルミニウム、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、及び鋼を含む金属及び金属合金を処理する方法、ならびに結果として処理される金属及び金属合金である。いくつかの例では、本明細書に記載の方法における使用のための金属としては、アルミニウム合金、例えば、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金が挙げられる。いくつかの実施例において、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、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウムベースの材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタンベースの材料、チタン合金、銅、銅ベースの材料、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、もしくは材料の組み合わせを含む非鉄材料が挙げられる。モノリシック材料、ならびに非モノリシック材料、例えば、ロールボンド材料、クラッド合金、クラッド層、複合材料（例えば、限定されないが、炭素繊維含有材料など）、または他の様々な材料もまた、本明細書に記載の方法で有用である。いくつかの実施例において、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。
【0060】
非限定的な例として、本明細書に記載される方法における使用のための例示的な１ｘｘｘシリーズの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、またはＡＡ１１９９を挙げることができる。
【0061】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的な例示的な２ｘｘｘシリーズ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，またはＡＡ２１９９が挙げられる。
【0062】
本明細書に記載される方法における使用のための非限定的な例示的な３ｘｘｘシリーズの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、またはＡＡ３０６５が挙げられる。
【0063】
本明細書に記載される方法での使用のための非限定的な例示的な４ｘｘｘシリーズの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、またはＡＡ４１４７が挙げられる。
【0064】
本明細書に記載される方法での使用のための非限定的な例示的な５ｘｘｘシリーズの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、またはＡＡ５０８８が挙げられる。
【0065】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的な例示的な６ｘｘｘシリーズの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、またはＡＡ６０９２が挙げられる。
【0066】
本明細書に記載の方法で使用するための非限定的な例示的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、またはＡＡ７０９９を挙げることができる。
【0067】
本明細書に記載される方法における使用のための非限定的な例示的な８ｘｘｘシリーズの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。
【0068】
本開示による方法は、化学的またはウェットエッチング技術、変換コーティング、乾燥洗浄プロセス（マイクロブラスト、マクロブラスト、二酸化炭素ドライアイス衝撃及びブラスト、またはこれらの任意の組み合わせなどの任意の機械的表面調製を含む）などの標準技術を使用することなく、表面上に存在する近接表面微細構造を除去または変更するように、アルミニウム合金製品の表面を修正する。有利には、開示された方法は、使用のために洗浄及び／または活性化されたように修正され、かつ良好なコーティング堆積及び接着性、塗料接着性、高耐久性接着剤結合などを呈する、アルミニウム合金製品上に表面を生成し得る。さらに、開示される方法は、化学的エッチング、洗浄、及び／または変換コーティングに一般的に使用される湿潤切片を使用することなく、そのような条件を達成し得、アルミニウム合金製品加工を簡略化することを可能にし、また、望ましくない、高価な、及び／またはいくつかの場合において、有害もしくは有毒な化学物質の使用を低減または排除することを可能にし得る。いくつかの場合では、化学的エッチング、洗浄、機械的表面調製、及び／または変換コーティングのために一般的に使用される湿潤切片が依然として利用され得る。いくつかの場合では、乾燥加工または化学的前処理なしの技術のみが利用される。
【0069】
図３Ａ～図３Ｃは、金属合金基板３００上に存在する近接表面微細構造を修正する方法を図示する。基板３００は、圧延アルミニウム合金製品などの、上述の金属合金製品であり得る。図３では、基板３００は、図２と同様に、それぞれ近接表面微細構造２２０及びバルク２３０について説明されているように、近接表面微細構造３２０及びバルク微細構造３３０を有する。近接表面微細構造３２０は、処理されていない表面３０５を含む。処理されていない表面は、化学的またはウェットエッチング技術、機械的表面調製技術、及び／または前処理（例えば、変換コーティング）技術を含むがこれらに限定されない、いかなる表面処理または修正も受けていない圧延表面に対応し得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの表面３０５、またはいくつかの露出した表面、または基板３００の露出した表面のすべては、処理されていない。基板３００の近接表面微細構造３２０は、図２に関して説明した欠陥２４０ａ～２４０ｇと同様に、図３Ａに示される欠陥３４０ａ～３４０ｇのうちの少なくともいくつかを含む。
【0070】
図３Ｂに示されるように、高エネルギーのビーム３５５は、（図３Ａの）処理されていない表面３０５上に誘導されて、表面３０５を物理的に修正し、欠陥３４０の少なくともいくつかを欠いている洗浄された表面３０６を提供する。実施形態では、洗浄された表面３０６は、依然として近接表面微細構造３２１を含んでもよいが、欠陥３４０を実質的に欠いていてもよい。具体的には、洗浄された表面３０６は、例えば、有機物、油、及び炭化水素３４０ｇを実質的に欠いていてもよい。
【0071】
図３Ａの近接表面微細構造体３２０は、厚さｔ１を有する。図３Ｂの近接表面微細構造体３２１は、厚さｔ２を有する。高エネルギー３５５のビームは、近接表面微細構造３２０の少なくとも一部分を除去し得る。言い換えれば、処理されていない表面３０５上に高エネルギーのビーム３５５を誘導した後、洗浄面３０６と関連付けられた近接表面微細構造３２１の厚さｔ２は、処理されていない表面３０５と関連付けられた近接表面微細構造３２０の厚さｔ１と比較して低減され得る。
【0072】
高エネルギーのビーム３５５は、（図３Ｂの）洗浄された表面３０６上に誘導されて、表面をさらに修正し、図３Ｃに示されるように、テクスチャ化された表面３０７を提供し得る。図３Ｃのテクスチャ加工された表面３０７とともに、近接表面微細構造３２２は、厚さｔ３を有する。洗浄された表面３０６上に高エネルギーのビーム３５５を誘導した後、テクスチャ化された表面３０７と関連付けられた近接表面微細構造３２２の厚さｔ３は、洗浄された表面３０６と関連付けられた近接表面微細構造３２１の厚さｔ２と比較してさらに低減され得る。任意選択的に、近接表面微細構造３２２は、ゼロの厚さｔ３を提供するように、完全に除去または修正され得、これによって、バルク３３０は、上面として露出され得、テクスチャ化された表面３０７を含むか、またはそれと関連付けられ得る。いくつかの実施形態では、厚さｔ３≦厚さｔ２≦厚さｔ１である。テクスチャ加工された表面３０７は、メッシュ、ストライプ、波線、ピット溝、テクスチャ要素の表面粗さ、またはそれら組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。テクスチャ加工面３０７を修正／最適化するための変数は、スポットサイズ、オーバーラップ、ビームエネルギー、ラスターパターン、ラスター速度、及びパルス周波数などのレーザーパラメータを含み得る。テクスチャは、Ｓａ（３Ｄ表面粗さ測定）、Ｓｄｒ（実際の展開された表面の面積と、投影された表面積または展開された界面面積比との比率として定義される複雑さ）、Ｓｐｋ（３Ｄ表面ピーク高さ測定）、Ｓｐｃピークカウント、ＳｖまたはＳｚ（テクスチャ化の深さ）、歪みなどによって定義され得る。
【0073】
有利には、表面３０５を修正して、高エネルギーのビーム３５５への曝露によって、洗浄された表面３０６またはテクスチャ加工された表面３０７を生成することは、表面の濡れ性特性を、比較的濡れ性の低いものから、比較的濡れ性の高いものに変化させ得る。追加的または代替的に、表面３０５を修正して、高エネルギーのビーム３５５への曝露によって、洗浄された表面３０６またはテクスチャ加工された表面３０７を生成することは、比較的弱い結合から比較的強い結合への接着剤の表面への結合を強化し得る。追加的または代替的に、表面３０５を修正して、高エネルギーのビーム３５５への曝露によって、洗浄された表面３０６またはテクスチャ加工された表面３０７を生成することは、表面の腐食電位を、比較的より腐食性の高い活性レベルから、比較的腐食性の低い活性レベルまで減少させ得る。追加的または代替的に、表面３０５を修正して、高エネルギーのビーム３５５への曝露によって、洗浄された表面３０６またはテクスチャ加工された表面３０７を生成することは、表面の腐食電位を、比較的高い腐食電位から比較的低い腐食電位に低減させ得る。追加的または代替的に、表面３０５を修正して、高エネルギーのビーム３５５への曝露によって、洗浄された表面３０６またはテクスチャ加工された表面３０７を生成することは、表面と別の製品との間の結合の結合耐久性を、比較的小さい結合耐久性から、比較的大きいまたはより高い性能の結合耐久性に変化させ得る。実施形態では、図３Ｃのようなテクスチャ加工された表面３０７は、少なくとも３５サイクル、または少なくとも４０サイクル、または少なくとも４５サイクル、または少なくとも５０サイクル、または少なくとも５５サイクル、または少なくとも６０サイクル、または少なくとも６５サイクル、または少なくとも７０サイクル、または少なくとも７５サイクル、または少なくとも８０サイクル、または少なくとも８５サイクル、または少なくとも９０サイクル、または少なくとも９５サイクル、または少なくとも１００サイクル、または少なくとも１０５サイクル、または少なくとも１１０サイクル、または少なくとも１１５サイクル、または少なくとも１２０サイクル、または少なくとも１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を、例えば、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験または他の標準試験に従って呈し得る。
【0074】
基板３００としては、使用する特定の合金または金属に応じて、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウムベースの材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタンベースの材料、チタン合金、銅、銅ベースの材料、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、もしくは材料の組み合わせを含む非鉄材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、基板３００は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、マグネシウム複合材、鋼、またはこれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板４００はアルミニウム合金である。有用なアルミニウム合金としては、例えば、１ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズアルミニウム合金などの先に詳述されたもののうちのいずれかが挙げられる。
【0075】
図３Ｂ及び３Ｃのように、高エネルギーのビーム３５５は、レーザーによって提供され得る。レーザーは、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、及び／またはフェムト秒パルスレーザーから選択される少なくとも１つであってもよい。レーザーは、イッテルビウム、Ｎｄ－ＹＡＧ、ＣＯ２、またはエキシマーから選択される少なくとも１つであるか、または所望のエネルギー密度を提供する任意の好適なレーザーであることができる。
【0076】
図３Ｂ及び図３Ｃのように、高エネルギーのビーム３５５は、例えば、１０ｍＪ／ｍｍ２～１５０ｍＪ／ｍｍ２のエネルギー密度を有し得る。エネルギー密度は、エネルギー密度は、任意選択的に、１０ｍＪ／ｍｍ２～３０ｍＪ／ｍｍ２、２０ｍＪ／ｍｍ２～４０ｍＪ／ｍｍ２、３０ｍＪ／ｍｍ２～５０ｍＪ／ｍｍ２、４０ｍＪ／ｍｍ２～６０ｍＪ／ｍｍ２、５０ｍＪ／ｍｍ２～７０ｍＪ／ｍｍ２、６０ｍＪ／ｍｍ２～８０ｍＪ／ｍｍ２、７０ｍＪ／ｍｍ２～９０ｍＪ／ｍｍ２、８０ｍＪ／ｍｍ２～１００ｍＪ／ｍｍ２、９０ｍＪ／ｍｍ２～１１０ｍＪ／ｍｍ２、１００ｍＪ／ｍｍ２～１２０ｍＪ／ｍｍ２、１１０ｍＪ／ｍｍ２～１３０ｍＪ／ｍｍ２、１２０ｍＪ／ｍｍ２～１４０ｍＪ／ｍｍ２、１３０ｍＪ／ｍｍ２～１５０ｍＪ／ｍｍ２の範囲またはその部分範囲である可能性がある。
【0077】
表面と、水、液体接着剤、または有機もしくは無機潤滑剤などの液体との間の接触角が決定されてもよく、任意選択的に、表面を処理するために、例えば、濡れ性を評価するために使用されるエネルギーのビームのエネルギー密度に基づいて変動してもよい。本明細書で言及される接触角は、概して、表面との水の接触角に関して表される。いくつかの場合では、接触角は、高エネルギーのビームのエネルギー密度の増加に伴って、元の表面に対して減少する。例えば、元の基板は、約７５度の接触角を有し得、この角度は、表面がレーザー光などの高エネルギーのビームへの曝露によって処理されるにつれて減少し得る。低い接触角は、改善された表面濡れ性を反映し、また、修正表面を別の基板または製品と結合するための結合耐久性特徴の改善を反映し得る。実施形態では、高エネルギーのビームのエネルギー密度は、高エネルギーのビームに曝露したときの表面の接触角を低減するのに十分である。いくつかの実施形態では、修正表面の接触角は、最大で２０度、最大で１５度、または最大で１０度である。いくつかの実施形態では、テクスチャ加工された表面の接触角は、最大で２０度、最大で１５度、または最大で１０度である。任意選択的に、水滴と表面との接触角は、０度～２０度、例えば、０度～５度、０度～１０度、０度～１５度、５度～１０度、５度～１５度、５度～２０度、１０度～１５度、１０度～２０度、１５度～２０度、またはそれらの間のいずれかであってもよい。
【0078】
本開示による別の方法は、化学的またはウェットエッチング技術、機械的表面調製技術、及び／または変換コーティングを使用することなく、近接表面微細構造を修正する。図４Ａ～図４Ｃは、近接表面微細構造を修正する方法を図示する。図４Ａに示されるように、金属合金基板４００が提供される。基板４００は、アルミニウム合金製品などの、前述の金属合金製品であり得る。基板４００は、図２及び図３Ａに関して同様に説明されるように、近接表面微細構造４２０及びバルク微細構造４３０を有する。近接表面微細構造４２０は、処理されていない表面４０５を含む。処理されていない表面４０５は、化学的またはウェットエッチング技術、機械的表面調製技術、及び／または変換コーティングを含むがこれらに限定されない、いかなる表面処理または修正も受けていない。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの表面４０５、またはいくつかの露出した表面、または基板４００の露出した表面のすべては、処理されていない。基板４００の近接表面微細構造４２０は、図２に関して説明した欠陥２４０ａ～２４０ｇと同様に、図４Ａに示される欠陥４４０ａ～４４０ｇのうちの少なくともいくつかを含む。図４Ａに示されるように、近接表面微細構造４２０は、欠陥４４０を含む。欠陥４４０は、複数の金属酸化物４４０ｃ、複数の金属間粒子４４０ｆ、ならびに有機物、油、及び炭化水素４４０ｇを含む、圧入材料を含む。欠陥４４０はまた、内部亀裂４４０ａ、ボイド４４０ｂ、表面亀裂４４０ｄ、及び合金元素４４０ｅの高密度集団を含む、欠陥を含み得る。
【0079】
図４Ｂに示されるように、高エネルギーのビーム４５５は、（図４Ａの）処理されていない表面４０５上に誘導されて、表面を物理的に修正し、欠陥４４０の少なくともいくつかを欠いている洗浄された表面４０６を提供する。実施形態では、洗浄された表面４０６は、依然として近接表面微細構造４２１を含んでもよいが、欠陥４４０ｇを実質的に欠いていてもよい。具体的には、洗浄された表面４０６は、有機物、油、及び炭化水素４４０ｇを実質的に欠いていてもよい。
【0080】
図４Ａの近接表面微細構造４２０は、厚さｔ４を有する。図４Ｂの近接表面微細構造４２１は、厚さｔ５を有する。高エネルギー４５５のビームは、近接表面微細構造４２０の少なくとも一部分を除去し得る。言い換えれば、処理されていない表面４０５上に高エネルギーのビーム４５５を誘導した後、洗浄面４０６と関連付けられた近接表面微細構造４２０の厚さｔ５は、処理されていない表面４０５と関連付けられた近接表面微細構造４２０の厚さｔ４と比較して低減され得る。
【0081】
高エネルギーのビーム４５５は、（図４Ｂの）洗浄された表面４０６上に誘導されて、表面をさらに修正し、図４Ｃに示されるように、任意選択的に、近接表面微細構造４２２を有する、活性化された表面４０７を提供し得る。洗浄された表面４０６上に誘導された高エネルギーのビームは、複数の金属酸化物４４０ｃ及び複数の金属間粒子４４０ｆのうちの少なくとも１つを溶融させることによって、近接表面微細構造に影響を与える。溶融粒子は、バルク組成物に組み込まれ得る。近接表面微細構造４２２と関連付けられた活性化された表面４０７は、複数の金属酸化物４４０ｃ及び複数の金属間粒子４４０ｆのうちの少なくとも１つを実質的に欠いている。実施形態では、近接表面微細構造４２２と関連付けられた活性化された表面４０７は、実質的に金属酸化物４４０ｃ及び金属間粒子４４０ｆを欠いている。実施形態では、近接表面微細構造４２２は、図４Ｃの活性化された表面４０７とともに、厚さｔ６を有する。洗浄された表面４０６上に高エネルギーのビーム４５５を誘導した後、活性化された表面４０７と関連付けられた近接表面微細構造４２２の厚さｔ６は、洗浄された表面４０６と関連付けられた近接表面微細構造４２１の厚さｔ５と比較してさらに低減され得る。任意選択的に、近接表面微細構造４２０、４２１、４２２は、ゼロの厚さｔ６を提供するように、完全に除去または修正され得、これによって、バルク４３０は、上面として露出され得、活性化された表面４０７を含むか、またはそれと関連付けられ得る。いくつかの実施形態では、厚さｔ６≦厚さｔ５≦厚さｔ４である。実施形態では、近接表面微細構造は、約１０μｍの深さまで除去される。他の実施形態では、近接表面微細構造は、約５μｍの深さまで除去される。言い換えれば、厚さｔ６は、基板の表面上に高エネルギーのビーム４５５を誘導した結果、厚さｔ４よりも最大約１０μｍ、または最大約５μｍ小さい。
【0082】
有利には、表面４０５を修正して、高エネルギーのビーム４５５への曝露によって、洗浄された表面４０６または活性化された表面４０７を生成することは、表面の濡れ性特性を、比較的濡れ性の低いものから、比較的濡れ性の高いものに変化させ得る。追加的または代替的に、表面４０５を修正して、高エネルギーのビーム４５５への曝露によって、洗浄された表面４０６または活性化された表面４０７を生成することは、比較的弱い結合から比較的強い結合への接着剤の表面への結合を強化し得る。追加的または代替的に、表面４０５を修正して、高エネルギーのビーム４５５への曝露によって、洗浄された表面４０６または活性化された表面４０７を生成することは、表面の腐食電位を、比較的より腐食性の高い活性レベルから、比較的腐食性の低い活性レベルまで減少させ得る。追加的または代替的に、表面４０５を修正して、高エネルギーのビーム４５５への曝露によって、洗浄された表面４０６または活性化された表面４０７を生成することは、表面の腐食電位を、比較的高い腐食電位から比較的低い腐食電位に低減させて、表面を電気化学的により貴にし得る。追加的または代替的に、表面４０５を修正して、高エネルギーのビーム４５５への曝露によって、洗浄された表面４０６または活性化された表面４０７を生成することは、表面と別の製品との間の結合の結合耐久性を、比較的小さい結合耐久性から、比較的大きいまたはより高い性能の結合耐久性に変化させ得る。実施形態では、図４Ｃのような活性化された表面４０７は、少なくとも３５サイクル、または少なくとも４０サイクル、または少なくとも４５サイクル、または少なくとも５０サイクル、または少なくとも５５サイクル、または少なくとも６０サイクル、または少なくとも６５サイクル、または少なくとも７０サイクル、または少なくとも７５サイクル、または少なくとも８０サイクル、または少なくとも８５サイクル、または少なくとも９０サイクル、または少なくとも９５サイクル、または少なくとも１００サイクル、または少なくとも１０５サイクル、または少なくとも１１０サイクル、または少なくとも１１５サイクル、または少なくとも１２０サイクル、または少なくとも１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を、例えば、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験または他の標準試験に従って呈し得る。
【0083】
基板４００としては、使用する特定の合金または金属に応じて、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウムベースの材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタンベースの材料、チタン合金、銅、銅ベースの材料、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、もしくは材料の組み合わせを含む非鉄材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、基板４００は、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、鋼、またはこれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板４００はアルミニウム合金である。有用なアルミニウム合金としては、例えば、１ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、７ｘｘシリーズアルミニウム合金、または８ｘｘシリーズアルミニウム合金などの先に詳述されたもののうちのいずれかが挙げられる。
【0084】
図４Ｂ及び図４Ｃのように、高エネルギーのビーム４５５は、レーザーによって提供され得る。レーザーは、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、またはフェムト秒パルスレーザーから選択される少なくとも１つであってもよい。レーザーは、イッテルビウム、Ｎｄ－ＹＡＧ、ＣＯ２、及びエキシマーから選択される少なくとも１つであるか、または所望のエネルギー密度を提供する任意の好適なレーザーであることができる。レーザーは、約２００ｎｍ～約１５００ｎｍなどの任意の好適な波長を有し得る。レーザーによる治療は、いくつかの場合では、レーザーアブレーション治療と称され得る。
【0085】
図４Ｂ及び図４Ｃのように、高エネルギーのビーム４５５は、少なくとも１０ｍＪ／ｍｍ２～最大２００ｍＪ／ｍｍ２の範囲のエネルギー密度を有し得る。エネルギー密度は、１０ｍＪ／ｍｍ２～３０ｍＪ／ｍｍ２、２０ｍＪ／ｍｍ２～４０ｍＪ／ｍｍ２、３０ｍＪ／ｍｍ２～５０ｍＪ／ｍｍ２、４０ｍＪ／ｍｍ２～６０ｍＪ／ｍｍ２、５０ｍＪ／ｍｍ２～７０ｍＪ／ｍｍ２、６０ｍＪ／ｍｍ２～８０ｍＪ／ｍｍ２、７０ｍＪ／ｍｍ２～９０ｍＪ／ｍｍ２、８０ｍＪ／ｍｍ２～１００ｍＪ／ｍｍ２、９０ｍＪ／ｍｍ２～１１０ｍＪ／ｍｍ２、１００ｍＪ／ｍｍ２～１２０ｍＪ／ｍｍ２、１１０ｍＪ／ｍｍ２～１３０ｍＪ／ｍｍ２、１２０ｍＪ／ｍｍ２～１４０ｍＪ／ｍｍ２、１３０ｍＪ／ｍｍ２～１５０ｍＪ／ｍｍ２、１４０ｍＪ／ｍｍ２～１６０ｍＪ／ｍｍ２、１５０ｍＪ／ｍｍ２～１７０ｍＪ／ｍｍ２、１６０ｍＪ／ｍｍ２～１８０ｍＪ／ｍｍ２、１７０ｍＪ／ｍｍ２～１９０ｍＪ／ｍｍ２、１８０ｍＪ／ｍｍ２～２００ｍＪ／ｍｍ２の範囲またはその部分範囲である可能性がある。実施形態では、高エネルギーのビームは、少なくとも７Ｗ～最大１０００Ｗの範囲の電力を有してもよい。高エネルギー電力のビームは、７Ｗ～１００Ｗ、５０Ｗ～１５０Ｗ、１００Ｗ～２００Ｗ、１５０Ｗ～２５０Ｗ、２００Ｗ～３００Ｗ、２５０Ｗ～３５０Ｗ、３００Ｗ～４００Ｗ、３５０Ｗ～４５０Ｗ、４００Ｗ～５００Ｗ、４５０Ｗ～５５０Ｗ、５００Ｗ～６００Ｗ、５５０Ｗ～６５０Ｗ、６００Ｗ～７００Ｗ、６５０Ｗ～７５０Ｗ、７００Ｗ～８００Ｗ、７５０Ｗ～８５０Ｗ、８００Ｗ～９００Ｗ、８５０Ｗ～９５０Ｗ、９００Ｗ～１０００Ｗの範囲またはその部分範囲である可能性がある。いくつかの実施形態では、高エネルギー電力のビームは、約３００Ｗである。
【0086】
図５は、表面が上記開示された方法に従って修正されている金属合金製品５００の概略図を提供し、例えば、洗浄された表面、テクスチャ加工された表面、または活性化された表面などの修正表面を提供する。図示されるように、第１の製品５００は、表面５１０を有する形成金属合金製品である。表面５１０は、上述の洗浄された表面、テクスチャ加工された表面、または活性化された表面のいずれか１つと同様であってもよい。表面５６０を有する第２の製品５５０は、任意選択的に別の材料を含んでもよく、表面５６０は、処理されていない表面、修正表面、洗浄された表面、テクスチャ化された表面、または活性化された表面であってもよく、そうでなくてもよい。金属合金製品５００及び第２の製品５５０は、形成された構成で図５に示されているが、金属合金製品５００及び第２の製品５５０の一方または両方は、任意選択的に、形成されていない（例えば、平面）構成であってもよい。有利には、接着剤５４５は、表面５１０を表面５６０に強く結合し、金属合金製品５００と第２の製品５５０との間の高強度接合を提供し得る。金属合金製品を別の製品に結合するのに有用な接着剤の例としては、エポキシ接着剤、アクリレート接着剤、フェノール接着剤、及びポリウレタン接着剤などが挙げられ得る。
【0087】
本開示による表面、すなわち、洗浄された表面３０６、テクスチャ加工された表面３０７、及び活性化された表面４０７は、図５の表面５１０によって表されるような結合表面であり得る。結合表面は、有利には、別の表面、基板、または製品への即時結合を必要とせず、結合表面が接着剤を使用して別の製品に結合され得る期間に対応する表面安定性または待機期間によって特徴付けられ得、得られる結合製品は、参照により本明細書に組み込まれる、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験、Ｓｔｒｅｓｓ Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｌａｐ－Ｓｅａｒ Ｂｏｎｄｓ （接着ラップせん断結合の応力耐久性試験）（２０１７）、またはいくつかの他の標準試験に従って、結合耐久性試験に供されるときに、少なくとも４５サイクルの結合耐久性を呈するなど、高い結合耐久性を呈することになる。したがって、結合表面は、別の表面、基板、または製品に結合される前の待機期間と関連付けられ得る。例示的な表面安定性及び／または待機期間は、１分～６ヶ月、例えば、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１１時間、１２時間、１３時間、１４時間、１５時間、１６時間、１７時間、１８時間、１９時間、２０時間、２１時間、２２時間、２３時間、２４時間、最大約１日、最大約３日、最大約１週間、最大約２週間、最大約３週間、最大約４週間、最大約１ヶ月、最大約２ヶ月、最大約３ヶ月、最大約４ヶ月、最大約５ヶ月、最大約６ヶ月、１時間～６ヶ月、８時間～６ヶ月、１２時間～６ヶ月、１日～６ヶ月、３日～６ヶ月、１週間～６ヶ月、２週間～６ヶ月、１ヶ月～６ヶ月、２ヶ月～６ヶ月、３ヶ月～６ヶ月、４ヶ月～６ヶ月、５ヶ月～６ヶ月、１時間～５ヶ月、８時間～５ヶ月、１２時間～５ヶ月、１日～５ヶ月、３日～５ヶ月、１週間～５ヶ月、２週間～５ヶ月、１ヶ月～５ヶ月、２ヶ月～５ヶ月、３ヶ月～５ヶ月、４ヶ月～５ヶ月、１時間～４ヶ月、８時間～４ヶ月、１２時間～４ヶ月、１日～４ヶ月、３日～４ヶ月、１週間～４ヶ月、２週間～４ヶ月、１ヶ月～４ヶ月、２ヶ月～４ヶ月、３ヶ月～４ヶ月、１時間～３ヶ月、８時間～３ヶ月、１２時間～３ヶ月、１日～３ヶ月、３日～３ヶ月、１週間～３ヶ月、２週間～３ヶ月、１ヶ月～３ヶ月、２ヶ月～３ヶ月、１時間～２ヶ月、８時間～２ヶ月、１２時間～２ヶ月、１日～２ヶ月、３日～２ヶ月、１週間～２ヶ月、２週間～２ヶ月、１ヶ月～２ヶ月、１時間～１ヶ月、８時間～１ヶ月、１２時間～１ヶ月、１日～１ヶ月、３日～１ヶ月、１週間～１ヶ月、２週間～１ヶ月、１時間～２週間、８時間～２週間、１２時間～２週間、１日～２週間、３日～２週間、１週間～２週間、１時間～１週間、８時間～１週間、１２時間～１週間、１日～１週間、または３日～１週間であり得る。
【0088】
３ヶ月以上の待機期間の間、例えば、接着剤、塗料、または溶接結合を塗布する前に、代替的に、表面を空気プラズマ、真空プラズマ、または他の既知のプラズマ技術で活性化することができる。高エネルギービーム適用後またはその前に、プラズマ反応器は、金属、プラスチック、セラミックスなどの硬質表面上にイオン及び化学反応性種を生成及び排出することができる。表面上のそのようなイオン及び種は、エッチングでの深い洗浄、及び／または改善された濡れのための増強された表面エネルギーを誘発し得る。好ましくは、洗浄中に基板表面温度を低く保つために、室温付近及び大気圧で生成された低エネルギープラズマ（冷プラズマ）が所望されるが、プラズマトーチ、融合プラズマ、プラズマスプレー、アーク放電プラズマなどで使用されるものなどの高エネルギープラズマ（熱プラズマ）もまた、本開示に従って企図される。低エネルギープラズマはまた、洗浄工程中または後の有機、無機、またはハイブリッド接着促進剤の堆積に使用され得る。大気圧プラズマ、コロナ放電、低圧プラズマ（ＤＣプラズマ、ＤＣグロー放電）、低～中周波数（ＲＦ－容量的または誘発結合）、高周波数（マイクロ波－電子サイクロトロン共鳴）、及び炎などの任意のプラズマ放電源が、本開示に従って企図される。
【0089】
同様に、高ビーム適用後またはその前に、真空アークなどの他の乾燥洗浄方法は、スタンドアローンとして、または高エネルギー、レーザー、プラズマシステム、またはこれらの任意の組み合わせの別のビームと組み合わせて使用され得る。乾燥洗浄プロセスは、マイクロブラスト、マクロブラスト、二酸化炭素ドライアイス衝撃及びブラスト、またはこれらの任意の組み合わせなどの任意の機械的表面調製を含み得る。特に、真空アークシステムは高価であり、コイル全体を真空チャンバ内に装填することができるバッチプロセスにより貢献し、連続圧延製品を実行するプラント動作に重大な欠点を有し得る。例えば、周囲環境から真空チャンバにコイルを連続的に移動させるには、比較的控えめな真空レベルを達成するためにも、膨大なポンプ能力が必要であり、したがって、通常、真空加工に由来する利点は極めて制限され得る。
【0090】
表面特性は、本明細書に記載される表面調製及び処理プロセスの任意の組み合わせを使用して調整されて、所与の最終製品またはプロセスの所望の表面特性を提供し得る。例えば、高エネルギーのビームを金属または金属合金表面上に誘導する前に、二酸化炭素スプレー処理を使用して、炭化水素汚染とともに微細及び他の緩い破片を除去し得る。記載される乾燥洗浄方法を使用して説明される効果のいずれかを増強するために適用され得るように、表面の超音波または高周波（ＲＦ）活性化が、本開示に従って企図される。
【0091】
いくつかの場合では、アブレーション効率または表面修正効率は、上記の詳細な製品及び方法のものよりも改善され得る。本開示による別の方法は、本明細書に記載の合金の近接表面微細構造を、金属合金基板上に塗布された液体または凝縮された蒸気層を使用して修正し、この層は、高エネルギーのビームと基板表面との相互作用を増加させ、それによって有利にアブレーション効率を向上させる。意図的に基板表面上に塗布された液体の層との高ビームまたはエネルギー（例えば、レーザー光）の相互作用を利用することにより、例えば、レーザー処理なしの５サイクルと比較して、故障前に結合耐久性性能を少なくとも７５サイクル以上に増加させることができる。本明細書に記載される方法は、例えば、自動車製造において、製造ラインを下って使用される接着剤とのより強力な結合を提供するために、化学反応性種とともに清浄な及び／または堆積される、処理された金属または金属合金表面を有利に提供する。改善された結合耐久性強度は、処理されていない表面と比較して、より滑らかな表面粗さ及びより滑らかな表面トポグラフィを含む、改善された溶接性、塗装性、及び他の用途に関連する要件をもたらすことができる。本明細書に記載の方法はまた、空気よりも高い熱伝導率を有する液体層を導入して、熱影響を受ける（または処理する）ゾーンを低減し、かつ液体層で覆われた金属または金属合金表面の高ビームのエネルギー処理から生じる残留熱損傷を低減することによって、アブレーション効率を改善することができる。アブレーション効率は、光学的に刺激された電子放出（ＯＳＥＥ）ツールを使用した清浄度測定によって間接的に特徴付けられ得る。いくつかの実施形態では、液体層の存在は、レーザーアブレーションと同様にエネルギーの高いビームを誘導する前に、液体層を有しない表面と比較して、ＯＳＥＥで測定されるような比較的清浄な表面を提供することが示された。
【0092】
図６Ａ～図６Ｃは、近接表面微細構造を含む表面などの金属合金製品の表面を修正する方法を図示する。図６Ａに示されるように、金属合金基板６００が提供される。基板６００は、アルミニウム合金製品などの、前述の金属合金製品であり得る。基板６００は、図２、図３Ａ及び図４Ａに関して同様に説明されるように、近接表面微細構造６２０及びバルク微細構造６３０を有する。近接表面微細構造６２０は、処理されていない表面６０５を含むか、または備える。処理されていない表面６０５は、化学的またはウェットエッチング技術及び／または変換コーティングを含むがこれらに限定されない、いかなる表面処理または修正も受けていない。任意選択的に、表面６０５は、必要に応じて、化学洗浄、水洗い（室温でまたは高温で）、機械的表面洗浄、活性化、もしくはテクスチャ化、または任意の他の洗浄方法を受け得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの表面６０５、またはいくつかの露出した表面、または基板６００の露出した表面のすべては、処理されていない。基板６００の近接表面微細構造６２０は、図２に関して説明した欠陥２４０ａ～２４０ｇ及び図４Ａに示される欠陥４４０ａ～４４０ｇと同様に、図６Ａに示される欠陥６４０ａ～６４０ｇのうちの少なくともいくつかを含む。図６Ａに示されるように、近接表面微細構造６２０は、欠陥６４０を含む。欠陥６４０は、複数の金属酸化物６４０ｃ、複数の金属間粒子６４０ｆ、ならびに有機物、油、及び炭化水素６４０ｇを含む、圧入材料を含む。欠陥６４０はまた、内部亀裂６４０ａ、ボイド６４０ｂ、表面亀裂６４０ｄ、及び合金元素６４０ｅの高密度集団を含む、欠陥を含み得る。
【0093】
図６Ｂのように、液体が図６Ａの処理されていない表面６０５に塗布されて、層６３５を形成する。いくつかの実施形態では、別の表面、反対側の表面６０６はまた、金属合金基板６００の両側が液体層６３５を含むように塗布される液体を有する。液体は、液体層６３５またはフィルムを形成するための凝集された蒸気であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の液体層が表面６０５に塗布され、第２の液体層が表面６８５に塗布され、第１の液体層及び第２の液体層は、同じであっても異なっていてもよい。液体層６３５の存在は、空気ありまたは液体層なしと比較して、実施形態では、（図６Ｃに示されるように）エネルギーの誘導されたビームとのエネルギー結合効率を増強させ得る。図６Ｂに示される液体層６３５は、水溶液または非水溶液を含み得る。好適な溶液としては、グリセリン、アルコール溶液、蒸気、またはこれらの組み合わせを含むか、またはそれらを使用して生成され得る。溶液は、任意選択的に、前処理化学物質、陽極及び／または陰極腐食抑制剤、またはそれら組み合わせを含み得る。前処理化学物質は、表面化学及び／または機械的状態を変化させることによって、腐食を抑制することと、表面をテクスチャ加工することと、接着性を増加させることとのうちの少なくとも１つを行うように構成され得る。溶液に添加するための好適な前処理化学物質は、有機ホスホン酸、有機ホスフィン酸、シラン、カップリング剤、ポリマー、コポリマー、ジルコニウム／モリブデン（Ｚｒ／Ｍｏ）を含む前処理、マンガン（Ｍｎ）を含む前処理、セリウム（Ｃｅ）を含む前処理、接着促進剤、または任意の好適な化学物質もしくは機械的技術から選択して、化学的、機械的、及び／または電気化学的方法、またはこれらの任意の組み合わせによって表面を変更及び／または官能化し得る。任意の前処理化学物質を含むことによって、金属または金属合金表面を同時に洗浄すると、改善された接着耐久性及びコーティング接着性能のために調整された表面をさらに提供し得る。いくつかの実施形態では、金属または金属合金表面は、乾燥技術を介してテクスチャ化しながら、または金属もしくは金属合金表面上に存在する蒸気、水性、または非水性薄膜で、同時に洗浄、活性化、及び機能化を含む任意の前の洗浄工程なしで処理することができる。いくつかの実施形態では、高エネルギーのビームを有する金属表面と液体層との相互作用の増強は、処理された表面上で堆積された化学反応性種によってさらに増強される。スラリー、ゲル、またはペーストなどからのコーティングも企図される。好適なコーティングは、層６３５とのエネルギー相互作用の高いビームを増強するために、金属、ポリマー、もしくはセラミックスを含むか、またはそれらから選択されてもよい。
【0094】
図６Ｂのような層６３５の塗布は、アプリケータによって、または２つ以上のアプリケータによって提供され得る。さらに２つのアプリケータを使用することにより、基板表面（複数可）が一方または両方の基板表面上の液体層またはフィルムで覆われる速度を大幅に増加させ得る。２つ以上のアプリケータを使用することは、図７～図９に示される非限定的な連続ライン実施形態に好適である。アプリケータ（複数可）は、パルスを有するか、もしくは有しないスプレーアプリケータ、低圧高容量スプレーアプリケータ、低圧低容量スプレーアプリケータ、回転噴霧器、静電アプリケータ、ロールアプリケータ、またはこれらの任意の組み合わせから選択される少なくとも１つであり得る。
【0095】
図６Ｃに示されるように、高エネルギーのビーム６５５は、（図６Ｂの）液体層６０５を含む表面６０６上に誘導されて、表面を物理的及び化学的に修正し、欠陥６４０の少なくともいくつかを欠いている図６Ｃのように、活性化された表面６０７を提供する。
【0096】
図６Ａの近接表面微細構造６２０は、厚さｔ７を有する。図６Ｂの液体層６３５は、厚さｔ８を有する。高エネルギー６５５のビームは、近接表面微細構造６２０の少なくとも一部分を除去し得る。言い換えれば、表面６０６上に高エネルギーのビーム６５５を誘導した後、洗浄面６０７と関連付けられた近接表面微細構造６２０の厚さｔ９は、処理されていない表面６０５と関連付けられた近接表面微細構造６２０の厚さｔ７と比較して低減され得る。
【0097】
（図６Ｂの）表面６０６上に誘導された高エネルギーのビーム６５５は、図６Ｃに示されるように、任意選択的に、近接表面微細構造６２２を有する、活性化された表面６０７を提供し得る。表面６０６を有する液体層６３５上に誘導された高エネルギーのビームは、複数の金属酸化物６４０ｃ及び複数の金属間粒子６４０ｆのうちの少なくとも１つを溶融させ得る液体層との高ビームまたはエネルギー相互作用を通じて、近接表面微細構造に影響を与え得る。溶融粒子は、バルク組成物に組み込まれ得る。近接表面微細構造６２２と関連付けられた活性化された表面６０７は、複数の金属酸化物６４０ｃ及び複数の金属間粒子６４０ｆのうちの少なくとも１つを実質的に欠いている。実施形態では、近接表面微細構造６２２と関連付けられた活性化された表面６０７は、実質的に金属酸化物６４０ｃ及び金属間粒子６４０ｆを欠いている。実施形態では、近接表面微細構造６２２は、図６Ｃの活性化された表面６０７とともに、厚さｔ９を有する。高エネルギー６５５のビームを、厚さｔ７を有する近接表面微細構造６２０の上に厚さｔ８を有する表面６０６上に誘導した後、厚さｔ９は、厚さｔ７と比較して低減される。任意選択的に、近接表面微細構造６２０または６２２は、ゼロの厚さｔ９を提供するように、完全に除去または修正され得、これによって、バルク６３０は、上面として露出され得、活性化された表面６０７を含むか、またはそれと関連付けられ得る。いくつかの実施形態では、厚さｔ９は、厚さｔ７以下である。実施形態では、近接表面微細構造は、約１０μｍ、または最大約５μｍの深さまで除去される。いくつかの例では、脱イオン水の２ｍｍ厚の層を、本明細書の方法による表面処理のために６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金に塗布して、約５μｍまたは約１０μｍの近接表面微細構造層の除去をもたらすことができる。言い換えれば、厚さｔ９は、基板の表面上に高エネルギーのビーム６５５を誘導した結果として、厚さｔ７よりも約１０μｍ、または約５μｍ小さい。
【0098】
有利には、表面６０５を修正して、液体層６３５の存在下で高エネルギーのビーム６５５への曝露によって、活性化された表面６０７を生成することは、表面と別の製品との間の結合の結合耐久性が、比較的より短い結合耐久性から、比較的より長いまたはより高い性能の結合耐久性に変化させ得る。実施形態では、図６Ｃのような活性化された表面６０７は、少なくとも３５サイクル、少なくとも４０サイクル、少なくとも４５サイクル、少なくとも５０サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈し得る。さらに、レーザー及び金属または合金表面結合は、液体層を含まないアブレーション表面と比較して、より清浄で滑らかな表面を提供する。改善された表面は、高エネルギーレーザービームと金属または合金表面との間の強力な結合中に、誘発された熱対流電流及び気泡運動によって実現される、効率的な破片除去から生じ得る。
【0099】
追加的に、本明細書に記載の方法は、表面及び近接表面微細構造を実質的にまたは完全にアブレーションして、表面及び少なくとも部分的に任意の表面下層を除去し得る。これにより、濃縮された酸化物形成及びヒドロキシル化学種で官能化された清浄な表面がもたらされ得る。これは、空気中で実行され得、そのため、空気中の酸素は、レーザーによって生成される高温で金属表面と反応して、処理されていない表面の近傍表面微細構造とは明らかに異なる濃縮された酸化物層を形成する。濃縮された酸化層は、表面上の任意の残留水によって、または湿った空気によって水和され得る。濃縮された酸化物形成及びヒドロキシル化学種で官能化された金属または合金表面は、容易に反応し、接着剤との結合を提供して、延長されたＢＤ性能を提供し得る。
【0100】
基板６００としては、使用する特定の合金または金属に応じて、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウムベースの材料、マグネシウム合金、マグネシウム複合材料、チタン、チタンベースの材料、チタン合金、銅、銅ベースの材料、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、もしくは材料の組み合わせを含む非鉄材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、基板６００は、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、鋼、またはこれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板６００はアルミニウム合金である。有用なアルミニウム合金としては、例えば、１ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズアルミニウム合金などの先に詳述されたもののうちのいずれかが挙げられる。
【0101】
図６Ｃのような高エネルギーのビーム６５５は、レーザーによって、または２つ以上のレーザーによって提供され得る。さらに２つのレーザーユニットを使用することにより、一方または両方の基板表面上に液体層を有する基板表面（複数可）が処理され得る速度を大幅に増加させる。２つ以上のレーザーを使用することは、図７～図９に示される非限定的な連続ライン実施形態に好適である。レーザー（複数可）は、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、またはフェムト秒パルスレーザー（シングル及び／またはダブルパス構成で、連続波の有するか、または有しない）から選択される少なくとも１つであり得る。レーザーは、イッテルビウム、Ｎｄ－ＹＡＧ、ＣＯ２、またはエキシマーから選択される少なくとも１つであるか、または所望のエネルギー密度を提供する任意の好適なレーザーであることができる。レーザーは、約２００ｎｍ～約１５００ｎｍなどの任意の好適な波長を有し得る。波長、周波数、作業距離、レーザー光の入射角、及びエネルギーレベルは、いくつかの実施形態に従って調整され得る。
【0102】
図６Ｃのように、高エネルギーのビーム６５５は、少なくとも１０ｍＪ／ｍｍ２～最大２００ｍＪ／ｍｍ２の範囲のエネルギー密度を有し得る。エネルギー密度は、１０ｍＪ／ｍｍ２～３０ｍＪ／ｍｍ２、２０ｍＪ／ｍｍ２～４０ｍＪ／ｍｍ２、３０ｍＪ／ｍｍ２～５０ｍＪ／ｍｍ２、４０ｍＪ／ｍｍ２～６０ｍＪ／ｍｍ２、５０ｍＪ／ｍｍ２～７０ｍＪ／ｍｍ２、６０ｍＪ／ｍｍ２～８０ｍＪ／ｍｍ２、７０ｍＪ／ｍｍ２～９０ｍＪ／ｍｍ２、８０ｍＪ／ｍｍ２～１００ｍＪ／ｍｍ２、９０ｍＪ／ｍｍ２～１１０ｍＪ／ｍｍ２、１００ｍＪ／ｍｍ２～１２０ｍＪ／ｍｍ２、１１０ｍＪ／ｍｍ２～１３０ｍＪ／ｍｍ２、１２０ｍＪ／ｍｍ２～１４０ｍＪ／ｍｍ２、１３０ｍＪ／ｍｍ２～１５０ｍＪ／ｍｍ２、１４０ｍＪ／ｍｍ２～１６０ｍＪ／ｍｍ２、１５０ｍＪ／ｍｍ２～１７０ｍＪ／ｍｍ２、１６０ｍＪ／ｍｍ２～１８０ｍＪ／ｍｍ２、１７０ｍＪ／ｍｍ２～１９０ｍＪ／ｍｍ２、１８０ｍＪ／ｍｍ２～２００ｍＪ／ｍｍ２の範囲またはその部分範囲である可能性がある。実施形態では、高エネルギーのビームの電力は、少なくとも７Ｗ～最大１０００Ｗの範囲であり得る。電力は、７Ｗ～１００Ｗ、５０Ｗ～１５０Ｗ、１００Ｗ～２００Ｗ、１５０Ｗ～２５０Ｗ、２００Ｗ～３００Ｗ、２５０Ｗ～３５０Ｗ、３００Ｗ～４００Ｗ、３５０Ｗ～４５０Ｗ、４００Ｗ～５００Ｗ、４５０Ｗ～５５０Ｗ、５００Ｗ～６００Ｗ、５５０Ｗ～６５０Ｗ、６００Ｗ～７００Ｗ、６５０Ｗ～７５０Ｗ、７００Ｗ～８００Ｗ、７５０Ｗ～８５０Ｗ、８００Ｗ～９００Ｗ、８５０Ｗ～９５０Ｗ、９００Ｗ～１０００Ｗの範囲またはその部分範囲である可能性がある。
【0103】
任意選択的に、接着接合のための表面を調製するために、表面に高エネルギーのビームを誘導した後に、蒸気または別のガスまたは方法が使用され得る。有利には、金属副産物は、本明細書に開示されるいくつかの実施形態によるアルミニウム合金基板またはシートのレーザーアブレーション中に形成される金属ナノ粉末をもたらし得、かつ含み得る。これらの金属ナノ粉末は、金属粉末プロセスまたは他のプロセスで使用するための濾過及び乾燥を介して捕捉され得る。図７～図９を参照すると、連続ラインの実施形態は、本明細書に開示される方法に従って示される。図７は、（シート形態で示されるように）基板の両側が、アプリケータ７６５Ａ及び７６５Ｂからの第１及び第２の液体で塗布される、連続ラインプロセスの一実施形態を概略的に図示する。連続ラインプロセスは、基板または基板シート７００を、流れ矢印Ｆによって示されるような方向に移動させる。少なくとも１つの液体７３５Ａ及び７３５Ｂの塗布は、第１のレーザー７５５Ａ及び第２のレーザー７５５Ｂからの高エネルギーの誘導されたビームと、１つ以上の基板表面と同時に実行される。例えば、アプリケータ７６５Ａは、液体７３５Ａを基板表面７０５に塗布し、アプリケータ７６５Ｂは、液体７３５Ｂを基板表面７８５に塗布する。同時に、高エネルギーのビームは、レーザー７５５Ａによって基板表面７０５に送達され、高エネルギーのビームは、レーザー７５５Ｂによって基板表面７８５に送達される。レーザーエネルギーと、表面７０５及び７８５における液体７３５Ａ及び７３５Ｂとの間の相互作用は、それぞれ、フロー矢印によって示されるように、連続ラインプロセスに沿って、処理された表面７０７Ａ及び７０７Ｂをもたらす。図７に示される実施形態では、層７３５Ａ及び７３５Ｂの厚さは、シートの完全な表面被覆のために、凝集された蒸気の分子レベルから最大５ｍｍの液体層までの範囲である。液体層７３５Ａ及び７３５Ｂは、同じであっても異なっていてもよい。
【0104】
図８は、連続ラインプロセスの別の実施形態を概略的に図示する。基板８００の両側に、アプリケータ８６５Ａ及び８６５Ｂからの第１及び第２の液体（例えば、８３５Ａ及び８３５Ｂ）を塗布する。任意選択的に、基板は、ボックス８９９で当技術分野で既知の化学的、水洗い、または他の洗浄または洗い方法によって洗浄される。洗浄は、室温であっても、または約９０℃までの高温であってもよい。いくつかの実施形態では、洗浄は、水性クリーナーの任意の蒸発損失を最小限に抑え、制御するために、５０℃未満で実行される。同様の温度は、非水性クリーナーに使用され得る。蒸気脱脂は、レーザー機能化及びコイルの表面をテクスチャ化する前に有用であり得る。連続ライン処理は、基板または基板シート８００を、矢印８９０によって示されるような方向に移動させる。少なくとも１つの液体８３５の塗布は、レーザー８５５Ａ及び８５５Ｂからの高エネルギーのビームを誘導する前に実行され得る。例えば、アプリケータ８６５Ａは、液体８３５Ａを基板表面８０５に塗布し、アプリケータ８６５Ｂは、液体８３５Ｂを基板表面８８５に塗布する。高エネルギーのビームは、レーザー８５５Ａによって基板表面８０５に送達され得、高エネルギーのビームは、レーザー８５５Ｂによって基板表面８８５に送達され得る。レーザーエネルギーと、表面８０５及び８８５を覆う液体８３５Ａ及び８３５Ｂとの間の相互作用は、それぞれ、処理表面８０７Ａ及び８０７Ｂをもたらす。図８に示される実施形態では、層８３５Ａ及び８３５Ｂの厚さは、シートの完全な表面被覆のために、凝集された蒸気の分子レベルから最大５ｍｍの液体層までの範囲である。液体層８３５Ａ及び８３５Ｂは、同じであっても異なっていてもよい。
【0105】
図９は、連続ラインプロセスのさらに別の実施形態を概略的に図示する。図９に示される実施形態の場合、層９３５Ａ及び９３５Ｂの厚さは最大で５ｍｍである。いくつかの実施形態では、層の厚さは、フィルムの厚さが一貫しており、レーザーと金属または金属合金表面との間の相互作用及び結合を可能にして、機能化及びテクスチャ加工して所望の特性を得ることができれば、５ｍｍを超えることができる。基板９００は、第１及び第２の液体（例えば９３５Ａ及び９３５Ｂ）を、９０℃未満、好ましくは５０℃未満、より好ましくは室温で、アプリケータ浴９９５Ａ及び９９５Ｂから塗布される。連続ライン処理は、基板または基板シート９００を、矢印９９０によって示されるような方向に移動させる。少なくとも１つの液体９３５の塗布は、レーザーの配置を調整することによって、レーザー９５５Ａ及び９５５Ｂからの高エネルギーのビームを誘導することと同時に（図９に示されるように）、またはその前に実行され得る。例えば、アプリケータ浴９９５Ａは、液体９３５Ａを基板表面９０５に塗布し、アプリケータ浴９９５Ｂは、液体９３５Ｂを基板表面９８５に塗布する。高エネルギーのビームは、レーザー９５５Ａによって基板表面９０５に送達され得、高エネルギーのビームは、レーザー９５５Ｂによって基板表面９８５に送達され得る。レーザーエネルギーと、表面９０５及び９８５を覆う液体９３５Ａ及び９３５Ｂとの間の相互作用は、それぞれ、処理表面９０７Ａ及び９０７Ｂをもたらす。液体層９３５Ａ及び９３５Ｂは、同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、浴９９５Ａ及び９９５の液体層９３５Ａ及び９３５Ｂは、両側９０５及び９８５に被覆を提供し得る。図９に示される実施形態の場合、層９３５Ａ及び９３５Ｂの厚さは最大で約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、層の厚さは、フィルムの厚さが一貫しており、レーザーと金属または金属合金表面との間の相互作用及び結合を可能にして、機能化及びテクスチャ加工して所望の特性を得ることができれば、５ｍｍを超えることができる。
【0106】
図７～図９のように、処理された表面７０７Ａ、７０７Ｂ、８０７Ａ、８０７Ｂ、９０７Ａ、及び９０７Ｂは、結合に好適であり、例えば、オートシート製品として有用であり得る。オートシート製品としては、例えば、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金が挙げられ得るが、これらに限定されない。オートシート製品は、ＤＣ鋳造、ＣＣ鋳造、クラッドなどであり得る。
【0107】
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するものではない。これに対して、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当業者にそれ自体を示唆し得る、様々な実施形態、それらの修正及び均等物が用いられ得ると明らかに理解されるべきである。以下の例に記載される研究中、別段記述されない限り、従来の手順に従った。手順の一部は、例示の目的のために以下に記載される。
【0108】
実施例１
アルミニウム合金製品試料を、直接チル（ＤＣ）鋳造、熱間圧延、冷間圧延、及び溶液熱処理によって調製し、０．９ｍｍ～２．０ｍｍの最終ゲージ厚さでＡＡ５１８２シート試料（Ｏ温度で試験）及びＡＡ６４５１シート試料（Ｔ４温度で試験）を生成した。次いで、シート試料を、４０ｎｓのパルス持続時間、３０％のオーバーラップ、最大１０００Ｗ、０．８５ｍｍまたは１．４ｍｍのスポットサイズ、及び１０ｋＨｚまたは２０ｋＨｚの周波数でナノ秒イッテルビウムレーザー（モデルＹＬＰＮ、１０６４ｎｍ、ＩＰＧフォトニクス）に表面を曝露するように配置し、レーザービーム設定及び表面調整パラメータを調整して、ＡＡ５１８２試料については図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、ならびにＡＡ６４５１試料については図１０Ｄ及び図１０Ｅに示すように異なる表面テクスチャに影響を与えるように調整した。図１０Ａは、１０ｋＨｚで１００Ｗ～１０００Ｗで処理したＡＡ５１８２合金の、０．８５ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。同様に、図１０Ｂは、１０ｋＨｚで１００Ｗ～１０００Ｗで処理したＡＡ５１８２合金の、１．４ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。図１０Ｃは、１００Ｗ～１０００Ｗで２０ｋＨｚで処理したＡＡ５１８２合金の、１．４ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。ＡＡ６４５１試料の図１０Ｄ～１０Ｅは、１０の異なる電力レジームにおける表面テクスチャの進化を示しており、上部で１００Ｗから下部で１０００Ｗまで、それぞれ１０ｋＨｚ及び２０ｋＨｚで、１．４ｍｍのスポットサイズで開始することが示されている。示されている表面のテクスチャ化は、電力が増加するにつれて増加する。レーザービームエネルギーの関数として、得られた表面との水の接触角は、標準的な技術によって、液滴接触角測定を使用して得られた。
アルミニウム合金製品試料を、直接チル（ＤＣ）鋳造、熱間圧延、冷間圧延、及び溶液熱処理によって調製し、０．９ｍｍ～２．０ｍｍの最終ゲージ厚さでＡＡ５１８２シート試料（Ｏ温度で試験）及びＡＡ６４５１シート試料（Ｔ４温度で試験）を生成した。次いで、シート試料を、４０ｎｓのパルス持続時間、３０％のオーバーラップ、最大１０００Ｗ、０．８５ｍｍまたは１．４ｍｍのスポットサイズ、及び１０ｋＨｚまたは２０ｋＨｚの周波数でナノ秒イッテルビウムレーザー（モデルＹＬＰＮ、１０６４ｎｍ、ＩＰＧフォトニクス）に表面を曝露するように配置し、レーザービーム設定及び表面調整パラメータを調整して、ＡＡ５１８２試料については図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、ならびにＡＡ６４５１試料については図１０Ｄ及び図１０Ｅに示すように異なる表面テクスチャに影響を与えるように調整した。図１０Ａは、１０ｋＨｚで１００Ｗ～１０００Ｗで処理したＡＡ５１８２合金の、０．８５ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。同様に、図１０Ｂは、１０ｋＨｚで１００Ｗ～１０００Ｗで処理したＡＡ５１８２合金の、１．４ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。図１０Ｃは、１００Ｗ～１０００Ｗで２０ｋＨｚで処理したＡＡ５１８２合金の、１．４ｍｍのスポットサイズによる表面テクスチャの進化を示す。ＡＡ６４５１試料の図１０Ｄ～１０Ｅは、１０の異なる電力レジームにおける表面テクスチャの進化を示しており、上部で１００Ｗから下部で１０００Ｗまで、それぞれ１０ｋＨｚ及び２０ｋＨｚで、１．４ｍｍのスポットサイズで開始することが示されている。示されている表面のテクスチャ化は、電力が増加するにつれて増加する。レーザービームエネルギーの関数として、得られた表面との水の接触角は、標準的な技術によって、液滴接触角測定を使用して得られた。
【0109】
図１１Ａは、イッテルビウムレーザーのエネルギー密度（ｍＪ／ｍｍ２）に対応するｘ軸と、結果として得られる試料表面についての接触角（度）に対応するｙ軸とを含むプロットを示す。元のＡＡ５１８２表面は、７６度の接触角を有するように測定された。レーザーのエネルギー密度が０から約１５ｍＪ／ｍｍ２に増加するにつれて、接触角は１０度未満に急激に減少した。より低い接触角は、改善された濡れ性と良好な結合耐久性の挙動とを示している。約１５ｍＪ／ｍｍ２を上回るエネルギー密度をさらに増加させると、接触角が、約１５ｍＪ／ｍｍ２～１００ｍＪ／ｍｍ２を超えるエネルギー密度で、約５度で安定して低いままであることが示された。
【0110】
図１１Ｂは、イッテルビウムレーザーのエネルギー密度（ｍＪ／ｍｍ２）に対応するｘ軸と、結果として得られる試料表面についての接触角（度）に対応するｙ軸とを含むプロットを示す。元のＡＡ６４５１表面は、７５度の接触角を有するように測定された。レーザーのエネルギー密度が０から約１５ｍＪ／ｍｍ２に増加するにつれて、接触角は約１０度に急激に減少した。約１５ｍＪ／ｍｍ２を上回るエネルギー密度をさらに増加させると、接触角が、約５度まで約５２ｍＪ／ｍｍ２で減少することが示された。
【0111】
１５ｍＪ／ｍｍ２、２３．１ｍＪ／ｍｍ２、及び５７．８ｍＪ／ｍｍ２で処理及び表面テクスチャ化されたＡＡ５１８２シート試料は、それぞれ、１．４ｍｍのスポットサイズを有し、接着結合され、結合耐久性を決定するための例示的な標準試験に従って結合耐久性試験に供された。ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験、Ｓｔｒｅｓｓ Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｌａｐ Ｓｈｅａｒ Ｊｏｉｎｔｓ（接着ラップせん断接合の応力耐久性試験）（２０１７）。結合耐久性試験の間、各試料は、２枚のアルミニウム合金製品シートからなり、同一の条件下で調製及び処理され、次いで、エポキシ接着剤を使用して、６つの結合部位で一緒に結合された。次に、各試料を、塩溶液中に浸漬すること、湿潤条件への曝露、乾燥条件への曝露、及び／または応力もしくはひずみを誘発する力の適用のうちの１つ以上を含む様々な試験条件に供された。各試料は、そのような試験条件下で多数の結合耐久性サイクルに供された。試料が供されたサイクル数は、機械的故障に到達するためのサイクル数または６０サイクル以上のいずれかであった。１５ｍＪ／ｍｍ２で表面処理したＡＡ５１８２試料についての結合耐久性性能試験は、平均６０サイクルをもたらし、２３．１ｍＪ／ｍｍ２で表面処理及びテクスチャ化されたＡＡ５１８２合金試料表面は、１１５サイクルの結合耐久性性能の増加をもたらした。５７．８ｍＪ／ｍｍ２の高エネルギーレベルで調製したＡＡ５１８２試料は、１０サイクル未満で早期故障をもたらした。
【0112】
実施例２
アルミニウム合金製品試料を、ＤＣ鋳造、熱間圧延、冷間圧延、４８０℃で５分間の実験室熱処理によって調製し、熱間成形温度をシミュレートし、１２５℃で２４時間人工的にＴ６温度までエージングして、約２．８ｍｍの最終ゲージを有するＡＡ７０７５シート試料を作製した。次いで、シート試料の表面を、１５ｋＨｚ～４０ｋＨｚの周波数範囲を有するＣＬ３００ Ｗａｔｔの高強度レーザー（Ａｄａｐｔ Ｌａｓｅｒ， ＬＬＣ）に曝露した。レーザーは、３００Ｗ及び４２８μｍのスポットサイズで、後続のパルスごとに、変動するレベルのオーバーラップ（２５％及び５０％）で表面にわたってパルス化した。図１２Ａ～１２Ｃに示されるように、レーザー処理の前後の試料の表面のトポグラフィを測定した。比較として、図１２Ａは、ＡＡ７０７５シート試料の元のミル仕上げ表面または「処理されていない」表面上で測定されたトポグラフィを示す。図１２Ｂは、ＡＡ７０７５シート試料の表面上で測定されたトポグラフィを示し、高エネルギーのパルスレーザービームは、パルス間の２５％のオーバーラップを伴って露出表面上に誘導された。図１２Ｃは、ＡＡ７０７５シート試料の表面上で測定されたトポグラフィを示し、高エネルギーのパルスレーザービームは、パルス間の５０％のオーバーラップを伴って露出表面上に誘導された。２５％から５０％へのオーバーラップの増加は、測定されたトポグラフィ上の色出力の範囲によって示されるように、より粗い表面トポグラフィをもたらした。結果は、オーバーラップ割合を増加させることにより、より高い表面粗さ（３Ｄで測定した場合のＳａ）が生じることを示した。Ｓａ値は、処理されていない表面（図１２Ａに示されるように）では０．３μｍ、パルス間の２５％オーバーラップでレーザー処理された表面（図１２Ｂに示されるように）では約１．１μｍ、パルス間の５０％オーバーラップでレーザー処理された表面（図１２Ｃに示されるように）では約１．４μｍであることが測定された。
アルミニウム合金製品試料を、ＤＣ鋳造、熱間圧延、冷間圧延、４８０℃で５分間の実験室熱処理によって調製し、熱間成形温度をシミュレートし、１２５℃で２４時間人工的にＴ６温度までエージングして、約２．８ｍｍの最終ゲージを有するＡＡ７０７５シート試料を作製した。次いで、シート試料の表面を、１５ｋＨｚ～４０ｋＨｚの周波数範囲を有するＣＬ３００ Ｗａｔｔの高強度レーザー（Ａｄａｐｔ Ｌａｓｅｒ， ＬＬＣ）に曝露した。レーザーは、３００Ｗ及び４２８μｍのスポットサイズで、後続のパルスごとに、変動するレベルのオーバーラップ（２５％及び５０％）で表面にわたってパルス化した。図１２Ａ～１２Ｃに示されるように、レーザー処理の前後の試料の表面のトポグラフィを測定した。比較として、図１２Ａは、ＡＡ７０７５シート試料の元のミル仕上げ表面または「処理されていない」表面上で測定されたトポグラフィを示す。図１２Ｂは、ＡＡ７０７５シート試料の表面上で測定されたトポグラフィを示し、高エネルギーのパルスレーザービームは、パルス間の２５％のオーバーラップを伴って露出表面上に誘導された。図１２Ｃは、ＡＡ７０７５シート試料の表面上で測定されたトポグラフィを示し、高エネルギーのパルスレーザービームは、パルス間の５０％のオーバーラップを伴って露出表面上に誘導された。２５％から５０％へのオーバーラップの増加は、測定されたトポグラフィ上の色出力の範囲によって示されるように、より粗い表面トポグラフィをもたらした。結果は、オーバーラップ割合を増加させることにより、より高い表面粗さ（３Ｄで測定した場合のＳａ）が生じることを示した。Ｓａ値は、処理されていない表面（図１２Ａに示されるように）では０．３μｍ、パルス間の２５％オーバーラップでレーザー処理された表面（図１２Ｂに示されるように）では約１．１μｍ、パルス間の５０％オーバーラップでレーザー処理された表面（図１２Ｃに示されるように）では約１．４μｍであることが測定された。
【0113】
試料を接着結合し、実施例１で上述した標準試験方法ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７に従って結合耐久性試験に供された。結合耐久性試験の間、各試料は、２つのアルミニウム合金製品で作製され、同じ条件を使用して調製及び処理され、エポキシ接着剤を使用して６つの結合部位を介して結合された。次に、各試料を様々な試験条件に供した。例えば、試験条件は、塩溶液中に浸漬すること、湿潤条件への曝露、乾燥条件への曝露、または応力もしくはひずみを誘発する力の適用のうちの１つ以上を含んだ。各試料を、これらの試験条件の多数のサイクルに供した。試料が供されたサイクル数は、機械的故障に到達するためのサイクル数またはこの特定の標準試験で使用される最大サイクル数である６０サイクルのいずれかであった。機械的故障には、接着剤の故障または破損が含まれる。Ｔ６を使用したＡＡ７０７５についての接着耐久性性能試験は、１５ｋＨｚでレーザーＣＬ３００を用いて５０％オーバーラップで表面処理された試料を含み、試験された１２個の試料すべてで最大６０サイクルをもたらした。１５ｋＨｚでレーザーＣＬ３００を用いて２０％オーバーラップで処理したＡＡ７０７５（Ｔ６）試料表面は、試験した５個の試料について最大６０サイクルをもたらし、第６の試料は４３サイクルで失敗した。３ヶ月エージングさせ、上記のＡＡ７０７５（Ｔ６）を５０％オーバーラップさせた結果、試験した１２個について試料の平均結合耐久性は９５サイクルとなった。６ヶ月エージングさせ、上記のＡＡ７０７５（Ｔ６）を５０％オーバーラップさせた結果、試験した１２個の試料のうちの１０個について、試験した最大６０サイクルの結合耐久性をもたらし、第１１の試料は５１サイクルで失敗し、第１２の試料は６０サイクルで失敗した。
【0114】
図１３は、ＡＡ７０７５の比較例についての２０μｍ、２０Ｋ Ｘ倍率の全幅視野における走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、元のミル仕上げ表面（表面処理なし）とともに得られた画像である。圧入酸化物、金属間粒子、及びボイドなどの近接表面微細構造１３２０は、表面１３０５の下の微粒子形態によって明らかである。表面１３０５は、ＳＥＭを使用して撮像目的で金（Ａｕ）でコーティングされる。金属間粒子は、明るく着色された１３４０ｆに見え、近接表面微細構造１３２０全体に分布する。図１４は、４０μｍの全幅視野で、より低い１０Ｋ Ｘ倍率でＳＥＭで得られた画像であり、処理されていないミル仕上げ表面１４０５の表面に対する金属間粒子１４４０ｆの近接性を示す。
【0115】
図１５は、２０μｍの全幅視野でのＳＥＭ、２０Ｋ Ｘ倍率を用いて得られた画像であり、図１６は、１０Ｋ Ｘ倍率での４０μｍの全幅視野でのＳＥＭで得られた画像であり、例えば、表面をパルス間の５０％のオーバーラップでレーザーアブレーションしたＡＡ７０７５の例である（３００Ｗでの後続パルス当たり５０％のオーバーラップでのＣＬ３００ Ｗａｔｔ高強度レーザー、及び４２８μｍのスポットサイズ）。図１５に示されるように、圧入酸化物、金属間粒子１５４０ｆ、及びボイドなどの表面近傍の微細構造は、微粒子形態が欠如しているため、レーザー処理された表面の表面１５０５の下のほうが少ないか、またはまったく明らかではない。図１６に示されるように、図１４に示されるような比較例では、ミル仕上げ表面の表面と比較して、表面１６０５から約５μｍの深さまで明らかな金属間粒子１６４０ｆは少ない。
【0116】
実例となる態様
以下で使用されるように、一連の態様（例：「態様１～４」）または非列挙的な態様群（例えば、「先行または後続態様のいずれか１つ」）へのいかなる言及も、それらの態様の各々に対する言及として離接的に理解されるべきである（例えば、「態様１～４」は「態様１、２、３、または４」として理解されるべきである）。
以下で使用されるように、一連の態様（例：「態様１～４」）または非列挙的な態様群（例えば、「先行または後続態様のいずれか１つ」）へのいかなる言及も、それらの態様の各々に対する言及として離接的に理解されるべきである（例えば、「態様１～４」は「態様１、２、３、または４」として理解されるべきである）。
【0117】
態様１は、方法であって、バルク及び第１の表面を有するアルミニウム合金製品を提供することと、第１の表面にわたって高エネルギーのビームを走査することであって、高エネルギーのビームが、第１の表面と相互作用して、第１の表面を物理的に修正して、処理された第１の表面を形成する、走査することと、を含む、方法である。
【0118】
態様２は、高エネルギーのビームを走査する前に、第１の表面上に第１の液体層を塗布することをさらに含み、高エネルギーのビームを走査することが、第１の液体層にわたり、高エネルギーのビームが、第１の液体層と相互作用して、処理された第１の表面を形成する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0119】
態様３は、処理された第１の表面が、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0120】
態様４は、アルミニウム合金製品が、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0121】
態様５は、高エネルギーのビームが、第１の液体層と相互作用して、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含む、バルクの少なくとも一部分を物理的に修正して、処理された表面下層を形成する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0122】
態様６は、処理された表面下層が、高エネルギーのビームによって以前に溶融されているアルミニウム合金の再凝固層を含み、表面下層が、アルミニウム合金製品の１μｍ～１０μｍの深さを占め、処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度が、バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満である、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0123】
態様７は、第１の液体層が、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0124】
態様８は、第１の液体層が、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0125】
態様９は、第２の表面に第２の液体層を塗布することをさらに含み、第２の表面が、第１の表面とは反対である、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0126】
態様１０は、第２の液体が、１ｎｍ～１ｍｍの厚さを有する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0127】
態様１１は、第２の液体層が、１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0128】
態様１２は、第２の液体層が、第１の液体層と同じである、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0129】
態様１３は、第２の液体層が、第１の液体層とは異なる、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0130】
態様１４は、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つが、凝縮蒸気を含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0131】
態様１５は、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つが、水溶液を含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0132】
態様１６は、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つが、非水溶液を含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0133】
態様１７は、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つが、グリセリン、アルコール溶液、蒸気、またはこれらの任意の組み合わせを含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0134】
態様１８は、第１の液体層及び第２の液体層のうちの少なくとも１つが、腐食を抑制することと、表面をテクスチャ加工することと、接着性を増加させることと、のうちの少なくとも１つを行うように構成されている、前処理化学物質を含み、前処理化学物質が、有機ホスホン酸、有機ホスフィン酸、シラン、カップリング剤、ポリマー、コポリマー、Ｚｒ／Ｍｏ前処理、Ｍｎベースの前処理、Ｃｅベースの前処理、またはこれらの組み合わせから選択される、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0135】
態様１９は、第１の液体層及び第２の液体層が、２つ以上のアプリケータによって第１の表面及び第２の表面上に塗布される、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0136】
態様２０は、２つ以上のアプリケータが、パルスを有するか、もしくは有しないスプレーアプリケータ、低圧高容量スプレーアプリケータ、低圧低容量スプレーアプリケータ、回転噴霧器、静電アプリケータ、ロールアプリケータ、またはこれらの任意の組み合わせを備える、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0137】
態様２１は、２つ以上のアプリケータが、連続したラインにある、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0138】
態様２２は、２つ以上のアプリケータが、２つ以上のアプリケータ浴として構成されている、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0139】
態様２３は、第１の液体層にわたって高エネルギーのビームを走査することが、第１の液体層上にレーザーエネルギーのビームを誘導することを含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0140】
態様２４は、レーザーエネルギーのビームが、連続レーザー、パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザー、フェムト秒パルスレーザー、シングルパス構成、ダブルパス構成、連続波を有するレーザー、連続波を有しないレーザー、またはこれらの任意の組み合わせによって提供される、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0141】
態様２５は、レーザーエネルギーのビームが、イッテルビウムレーザー、Ｎｄ－ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、またはこれらの任意の組み合わせによって提供される、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0142】
態様２６は、レーザーエネルギーのビームが、約２００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長を有する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0143】
態様２７は、第１の液体層にわたって高エネルギーのビームを走査することが、第１の液体層上に少なくとも１つのレーザーエネルギーのビームを誘導することを含み、方法が、第２の液体層上に別の少なくとも１つのレーザーエネルギーのビームを誘導することをさらに含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0144】
態様２８は、第１の表面が、処理されていない第１の表面である、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0145】
態様２９は、処理されていない第１の表面が、その上に有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を有し、処理された第１の表面が、有機物、油、炭化水素、土壌、または無機残渣のうちの１つ以上を欠いているか、または実質的に欠いている、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0146】
態様３０は、処理されていない第１の表面が、化学的エッチング、酸性またはアルカリ性洗浄、溶媒洗浄、蒸気脱脂、機械的表面処理、ブラッシング、バフ研磨、機械的表面研磨、電気化学的研磨、化学的研磨、界面活性剤洗浄、及び変換コーティングから選択される１つ以上の湿潤加工工程に供されていない、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0147】
態様３１は、処理されていない第１の表面が、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導する前に、１つ以上の湿潤加工工程に供されていない、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0148】
態様３２は、処理されていない第１の表面が、その上に圧延潤滑剤を有する圧延表面に対応する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0149】
態様３３は、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することが、乾燥洗浄プロセスに対応し、処理された第１の表面が、洗浄された表面に対応する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0150】
態様３４は、処理されていない第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することが、乾燥表面修正プロセスに対応し、処理された第１の表面が、接着剤との結合に好適な活性化された表面に対応する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0151】
態様３５は、第１の表面が、近接表面微細構造を含み、第１の表面上にエネルギーのビームを誘導することが、近接表面微細構造の少なくとも一部分を除去または排除する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0152】
態様３６は、第１の表面上に高エネルギーのビームを誘導することが、近接表面微細構造を熱的に修正する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0153】
態様３７は、処理された第１の表面が、０．１～０．５の乾燥静摩擦係数を呈する、先行または後続態様のいずれか１つに記載の方法である。
【0154】
態様３８は、アルミニウム合金製品であって、圧延アルミニウム合金基板であって、圧延アルミニウム合金基板が、バルクであって、バルクが、金属間粒子と、アルミニウム合金の粒を含むマトリックスと、を含む、バルクと、バルクの第１の部分を覆うレーザー処理領域であって、レーザー処理領域が、処理された表面下層であって、処理された表面下層が、高エネルギーのビームによって以前に溶融されているアルミニウム合金の再凝固層を含み、表面下層が、アルミニウム合金製品の１μｍ～１０μｍの深さを占め、処理された表面下層中の金属間粒子の第１の濃度が、バルク中の金属間粒子の第２の濃度未満である、処理された表面下層と、レーザー加工された表面層であって、レーザー加工された表面層が、近接表面微細構造と、有機物、油、炭化水素、土壌、無機残渣、圧延酸化物、または陽極酸化物のうちの１つ以上と、を実質的に欠いており、レーザー加工された表面層が、１０ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有する第１の酸化層を含む、レーザー加工された表面層と、を含む、レーザー処理領域と、を含む、圧延アルミニウム合金基板を含む、アルミニウム合金製品である。
【0155】
態様３９は、アルミニウム合金が、５ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金、または７ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を含む、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0156】
態様４０は、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度が、１０重量％未満である、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0157】
態様４１は、バルク中のマグネシウムの濃度が、処理された表面下層中よりも大きいか、またはバルク中の亜鉛の濃度が、処理された表面下層中よりも大きい、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0158】
態様４２は、レーザー処理領域が、ＦＬＴＭ ＢＶ １０１－０７標準試験に従って、４５サイクル～１２５サイクル、またはそれ以上の結合耐久性を呈する、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0159】
態様４３は、アルミニウム合金製品が、リン含有有機酸コーティングなどの、その上に官能化層を含まない、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0160】
態様４４は、バルクの第２の部分を覆う処理されていない領域をさらに含み、処理されていない領域が、レーザー処理プロセスに供されてないか、または供されたことがない、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0161】
態様４５は、レーザー処理領域の第１の算術平均高さ（Ｓｐｋ）が、処理されていない領域の第２の算術平均高さ未満である、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0162】
態様４６は、レーザー処理領域が、０．１μｍ～１０μｍの算術平均高さ（Ｓａ）を呈する、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0163】
態様４７は、レーザー処理領域が、０．１％～８０％の複雑さ（Ｓｄｒ）を呈する、先行または後続態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0164】
態様４８は、レーザー処理領域が、最大３ヶ月の表面安定性を呈する、先行態様のいずれか１つに記載のアルミニウム合金製品である。
【0165】
上で引用されたすべての特許、刊行物、及び要約は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。例示された実施形態を含む実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的のために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。それらの多数の修正、適合、及び使用が、当業者には明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】