和持续时间中的至少 一个的第二值，并且所述驱动电源的步骤包含W具有脉冲的模块交替供应电功率，所述脉 冲具有相应于性质的第一目标程度的振幅、振幅比率和持续时间中至少一种的第一值，随 后W具有脉冲的模块供应电功率，所述脉冲具有相应于性质的第二目标程度的振幅、振幅 比率和持续时间中至少一种的第二值。因此产生具有结构的制品，所述结构具有呈现具有 第一目标程度的性质的区域，并具有呈现具有第二目标程度的性质的区域。
[0099]使用类似的方法实施方案，电源递送电功率至电极第一段时间，如上所述，使用具 有功率il和i2的脉冲分别进行持续时间t1和t2,由此在阴极处生产具有选自硬度、延展 性、组成、特征微观结构长度尺度和相排列的至少一种性质的沉积物第一部分，该性质具有 第一程度。电源随后递送功率至电极第二段时间，其具有包含模块的波形，所述模块包含 至少两个脉冲，第一脉冲具有为正的振幅为的阴极功率，在持续时间t内施加，而第二 脉冲具有值i2,的功率，在持续时间t2?^内施加。tW和t2?^持续时间均大于约0.1毫秒并小 于约1秒。比率于约0.99并大于约-10。W下不等式中至少一个为真：il声iw i2声i2,;t1声tW和t2声t2?^。在阴极处生产具有该至少一种性质的沉积物第二部分，该性 质具有第二、不同程度。
[0100] 由此，本发明的又一个重要的实施方案是物质的组合物，所述组合物为具有比水 低的还原电位的至少一种元素和至少一种另外的元素的合金。第一层的性质具有第一参数 程度。至少一个另外的层的性质具有第二、不同的参数程度。该性质选自：硬度、延展性、组 成、特征微观结构长度尺度和相排列。与第一层相邻并与其接触的为具有相同性质的第二 层，例如对于该性质例如平均晶粒大小具有第二参数程度的晶体结构，第二参数程度与第 一参数程度不同。
[0101] 由此，本发明的又一个有益的实施方案是物质的组合物，所述组合物包含：包含至 少约50原子％侣并优选至少约70原子％侣和至少一种另外的元素的合金。该合金具有： 约1Gpa-约10Gpa的维氏显微硬度或约333Mpa-约3333Μ化的拉伸屈服强度；约5%-约 100%的延展性；和约2g/cm3-约3. 5g/cm3的密度。
[0102] 使用该实施方案，该至少一种另外的元素可包含儘。此外，它可为至少部分无定形 结构。
[0103] 一个相关的实施方案具有小于约100nm的特征微观结构长度尺度。
[0104]使用相关的可用的实施方案，至少一种另外的元素可选自：La、Pt、Zr、Co、Ni、^、Cu、Ag、Mg、Mo、Ti和Μη。
[0105] 维氏硬度可超过约3GPa或约4GPa或约5GPa。
[0106]延展性可超过约20%或约35%。
[0107]本文中已描述了本发明的许多技术和方面。本领域技术人员将理解，许多运些技 术可与其它公开的技术一起使用，即使它们没有具体描述一起使用。
[010引本公开描述和公开了多于一个发明。不仅在本文件和相关文件原始提交的权利要 求中，而且在基于本公开的进行任何专利申请的进行期间完善的权利要求中，阐明运些发 明。本发明人旨在要求保护所有各种发明至现有技术允许的限度，就像随后确定的那样。本 文描述的特征没有哪一个是本文公开的各发明必需的。因此，本发明人旨在为，对于在本文 描述但没有在基于本公开的任何专利的任何具体权利要求中要求保护的特征，没有哪个应 并入任何运类权利要求中。
[0109] 制造的制品的一些组件或步骤的组在本文中称为发明。然而，运不是承认任何运 种组件或组一定是可取得专利的独特的发明，特别是关于将在一件专利申请中审查的发明 数量的法律和规章或者发明的单一性所预期的发明。其旨在为表达本发明的实施方案的简 短方式。
[0110] 同此提交了摘要。强调提供该摘要是用W遵守要求摘要W使审查员和其它检索者 能快速确定技术公开的主题的规定。提交该摘要的同时，理解它不用于解释或限制权利要 求的范围或含义，如专利局的规定所允诺的。
[0111] 前面的讨论应理解为是说明性的，并且不应在任何含义上看作是限制性的。虽然 已参考其优选的实施方案具体显示和描述了本发明，本领域技术人员应理解的是，在不偏 离权利要求所限定的本发明的精神和范围下，可在其中进行形式和细节的不同的变化。
[0112] 在所附权利要求中，所有手段或步骤的相应的结构、材料、行为和等价物加上功能 要素，旨在包括与其它要求保护的要素相结合的用于实施该功能的任何结构、材料或行为 作为具体要求保护的内容。
【主权项】
1. 一种用于沉积包含铝的合金的方法，所述方法包括以下步骤： a. 提供包含溶解的铝物类的非水性电解质； b. 在电解质中提供第一电极和第二电极，其与电源连接；和 c. 驱动电源为电极递送电功率，其具有包含模块的波形，所述模块包含至少两个脉 冲，第一脉冲具有为正的振幅为h的阴极功率，在持续时间t i内施加，而第二脉冲具有值i 2的功率，在持续时间t2内施加，此外其中t挪12持续时间均大于约0. 1毫秒并小于约1秒， 并且此外其中比率"/h小于约0. 99并大于约-10 ; 由此在第二电极上产生包含铝的合金沉积物。2. 权利要求1的方法，所述驱动电源的步骤包括驱动电源以供应具有波形的电功率， 所述波形具有包含阳极脉冲的模块。3. 权利要求1的方法，所述沉积物包含至少约50重量％ A1。4. 权利要求1的方法，所述驱动电源的步骤包括驱动电源以供应具有波形的电功率， 所述波形具有包含停止时间和阴极脉冲的模块。5. 权利要求1的方法，所述驱动电源的步骤包括驱动电源以供应具有波形的电功率， 所述波形具有包含至少两个不同量值的阴极脉冲的模块。6. 权利要求1的方法，所述沉积物包含锰。7. 权利要求1的方法，所述驱动的步骤包括使用具有重复波形的非恒定的电功率驱动 电源，所述波形具有持续时间为约〇. 2 ms-约2000 ms的模块。8. 权利要求1的方法，所述沉积物具有小于约100 nm的特征微观结构长度尺度。9. 权利要求1的方法，其中所述提供电解质的步骤进一步包括提供包含不是铝的至少 一种其它元素的溶解的物类的非水性电解质。10. 权利要求9的方法，其中在关于该至少一种其它元素的电解质组成和所形成的合 金的性质之间存在相关性，所述相关性在沉积物的实际使用的范围内是连续的，所述方法 进一步包括以下步骤： a. 基于该相关性，记录相应于性质的目标程度的关于该至少一种其它元素的组成；和 b. 提供非水性电解质的步骤包括提供具有该相应的组成的电解质。11. 权利要求10的方法，所形成的合金的性质包括表面特征的平均特征尺寸。12. 权利要求10的方法，所形成的合金的性质包括表面形态。13. 权利要求12的方法，所述性质包括表面形态，所述目标程度包括如下范围的表面 形态：从高度刻面的结构，到不太有角的特征，到光滑的表面，以及到圆化的结。14. 权利要求10的方法，所形成的合金的性质包括平均特征微观结构长度尺度。15. 权利要求14的方法，所述平均特征微观结构长度尺度的目标值为约15 nm-约2500 nm〇16. 权利要求1的方法，其中在脉冲振幅、振幅比率和脉冲的持续时间中的至少一个的 值与所形成的合金的性质的程度之间存在相关性，所述相关性在沉积物的实际使用的范围 内是连续的，所述方法进一步包括以下步骤： a. 基于该相关性，记录相应于性质的目标程度的振幅、振幅比率或持续时间中的至少 一个的值；和 b. 所述驱动电源的步骤包括驱动电源以供应具有模块的电功率，所述模块具有脉冲， 所述脉冲具有所记录的相应于性质的目标程度的振幅、振幅比率或持续时间中的至少一个 的值，以在第二电极处实现具有性质的目标程度的沉积物。17. 权利要求16的方法，所述记录振幅、振幅比率和持续时间中的至少一个的值的步 骤包括记录相应于性质的第二目标程度的振幅、振幅比率和持续时间中的至少一个的第二 值，并且所述驱动电源的步骤包括交替驱动电源，以具有脉冲的模块供应电功率，所述脉冲 具有相应于性质的第一目标程度的振幅、振幅比率和持续时间中至少一种的第一值，随后 驱动电源，以具有脉冲的模块供应电功率，所述脉冲具有相应于性质的第二目标程度的振 幅、振幅比率和持续时间中至少一种的第二值，由此产生具有结构的制品，所述结构具有呈 现具有第一目标程度的性质的区域，并具有呈现具有第二目标程度的性质的区域。18. 权利要求1的方法，所述方法包括： 所述驱动电源的步骤包括驱动电源递送电功率至电极第一段时间，由此在阴极处产生 具有选自硬度、延展性、组成、特征微观结构长度尺度和相排列的至少一种性质的沉积物第 一部分，该性质具有第一程度； 和驱动电源递送电功率至电极第二段时间，其具有包含模块的波形，所述模块包含至 少两个脉冲，第一脉冲具有为正的振幅为i1>t的阴极功率，在持续时间11>N内施加，而第二脉 冲具有值的功率，在持续时间t ?内施加，此外其中11>N和t ?持续时间均大于约0. 1毫 秒并小于约1秒，并且此外其中比率iw/i1>N小于约〇. 99并大于约-10,并且其中以下不等 式中至少一个为真：i 1>N;i 2辛i ?;t 1辛t i?N;t 2辛t 在阴极处产生具有该至少一种性 质的沉积物第二部分，该性质具有第二、不同程度。19. 权利要求1的方法，所述电功率包含电流。20. 权利要求1的方法，所述非水性电解质包含离子液体。21. 权利要求20的方法，所述非水性电解质包含1-乙基-3-甲基咪唑纖氯化物。22. 物质的组合物，所述组合物包含： 包含至少约50原子％的铝和至少一种另外的元素的合金，所述合金具有： a. 约1 Gpa-约10 Gpa的维氏显微硬度； b. 约5%-约100%的延展性；和 c. 约 2 g/cm3-约 3. 5 g/cm3的密度。23. 权利要求22的组合物，所述至少一种另外的元素包含锰。24. 权利要求22的组合物，所述组合物包含至少约70原子％的铝。25. 权利要求22的组合物，所述组合物包含至少部分无定形的结构。26. 权利要求22的组合物，所述组合物具有小于约100 nm的特征微观结构长度尺度。27. 权利要求22的组合物，所述至少一种另外的元素选自：La、Pt、Zr、Co、Ni、Fe、Cu、 Ag、Mg、Mo、Ti 和 Mn。28. 权利要求22的组合物，所述维氏硬度超过约3 GPa。29. 权利要求22的组合物，所述维氏硬度超过约4 GPa。30. 权利要求22的组合物，所述维氏硬度超过约5 GPa。31. 权利要求28的组合物，所述延展性超过约20%。32. 权利要求31的组合物，所述延展性超过约35%。33. 权利要求29的组合物，所述延展性超过约20%。
【专利摘要】本发明涉及电沉积的合金及其使用功率脉冲的制备方法。使用功率脉冲，例如电流脉冲，控制在非水性电解质中电沉积的金属和合金的结构。使用含有不同类型脉冲的波形：阴极、停止时间和阳极脉冲，可定制这样沉积的合金的内部微观结构，例如晶粒大小、相组成、相畴尺寸、相排列或分布和表面形态。此外，这些合金呈现优良的宏观机械性质，例如强度、硬度、延展性和密度。波形整形方法可产生铝合金，该铝合金与钢同等的硬(约5Gpa)和同样可延展(约13%断裂伸长率)然而与铝几乎同样轻；或者，换句话说，比铝合金硬，然而在类似的延展性下比钢轻。已使Al-Mn合金产生这种强度与重量的比率。使用电流波形的整形，可控制另外的性质。
【IPC分类】C25D21/12, C25D3/66, C25D5/18
【公开号】CN105332027
【申请号】CN201510815253
【发明人】S.阮, C.A.舒
【申请人】麻省理工学院
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2010年10月6日
【公告号】CA2774585A1, CN102656295A, CN102656295B, EP2488681A2, US20110083967, WO2011046783A2, WO2011046783A3