[发明专利]在熔融金属中的纳米结构自分散和自稳定化

说明书

一种金属基质纳米复合材料，其包括：1)基质，该基质包括一种或多种金属；和2)纳米结构，该纳米结构以一定体积分数均匀且稳定地分散在基质中，所述体积分数包括大于纳米复合材料的约3％的体积分数。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月31日提交的美国临时申请第62/316,274号的权益，通过引用将其内容整体并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在国家科学基金会授予的1449395号政府支持下完成的。政府在本发明中拥有一定权利。

技术领域

本公开总体上涉及纳米复合材料，例如包括分散在金属基质中的纳米颗粒的纳米复合材料。

背景技术

金属基质纳米复合材料(有时也称为纳米结构增强的金属)是新兴类别的材料，其表现出合意的性能，包括力学性能、电性能、热性能和化学性能。由于它们具有大的表面与体积比以及在金属基质中的不良润湿性，因此非常难以均匀地分散纳米结构，并且在实现均匀的纳米结构分散方面的这种困难妨碍了金属基质纳米复合材料用于各种应用的发展。

在此背景下，出现了开发本文所述实施方案的需求。

发明概述

在根据一些实施方案的一个方面，金属基质纳米复合材料包括：1)包括一种或多种金属(或一种或多种金属元素)的基质；和2)以一定体积分数均匀地分散且稳定在基质中的纳米结构，包括大于纳米复合材料的约3％的那些体积分数。

在一些实施方案中，基质包括选自例如Al、Mg、Fe、Ag、Cu、Mn、Ni、Ti、Cr、Co和Zn中的一种或多种金属。

在一些实施方案中，纳米结构的平均尺寸在约1nm至约100nm的范围内。在一些实施方案中，纳米结构的平均尺寸大于约100nm。

在一些实施方案中，纳米结构包括陶瓷。在一些实施方案中，陶瓷是含过渡金属的陶瓷。在一些实施方案中，含过渡金属的陶瓷选自过渡金属碳化物、过渡金属硅化物、过渡金属硼化物和过渡金属氮化物。

在一些实施方案中，纳米结构包括单质形式的过渡金属。在一些实施方案中，过渡金属是W。

在一些实施方案中，纳米复合材料中的纳米结构的体积分数为约5％或更大。

在一些实施方案中，纳米复合材料中的纳米结构的体积分数为约10％或更大。

在一些实施方案中，基质包括Al，并且纳米结构包括过渡金属碳化物或过渡金属硼化物。

在一些实施方案中，基质包括Fe，并且纳米结构包括过渡金属碳化物、过渡金属硼化物或后过渡金属氧化物。

在一些实施方案中，基质包括Ag，并且纳米结构包括单质形式的过渡金属。

在一些实施方案中，基质包括Cu，并且纳米结构包括单质形式的过渡金属或过渡金属碳化物。

在一些实施方案中，基质包括Zn，并且纳米结构包括单质形式的过渡金属或过渡金属碳化物。

在一些实施方案中，基质包括Ti，并且纳米结构包括单质形式的过渡金属或过渡金属硅化物。

在根据一些实施方案的另一方面，金属基质纳米复合材料包括：1)包括Al的基质；和2)以大于纳米复合材料的约3％的体积分数分散在基质中的纳米结构，其中所述纳米结构包括过渡金属碳化物或过渡金属硼化物。