(57) Реферат / Формула:
Предложено устройство и способы для непрерывного нанесения нанослойных материалов посредством электроосаждения.
Описание
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ НАНОСЛОИСТОГО ПОКРЫТИЯ Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к нанотехнологиям и, в особенности, к устройству и способу электроосаждения нанослоистого покрытия, а также к продукту, изготовленному вышеуказанным способом.
Сведения о предшествующем уровне техники
За последние несколько десятилетий нанослоистые материалы были изучены в значительной степени. В результате были открыты некоторые предпочтительные рабочие характеристики этих материалов, и признано их возможное применение во множестве областей техники. Несмотря на признание возможного применения нанослойных материалов во множестве областей техники, включая гражданскую инфраструктуру, автомобилестроение, авиакосмическую промышленность, электронику и другие области техники, такие материалы в общем недоступны в существенных количествах в результате отсутствия непрерывного процесса их производства.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предложено устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, включающее проводящую заготовку, электролит, по меньшей мере первую секцию электроосаждения, механизм управления скоростью, смешивающий аппарат для перемешивания электролита при процессе электроосаждения, блок управления расходом для нанесения
электролита на проводящую заготовку, электрод и источник питания, при этом проводящая заготовка выполнена с возможностью перемещения с определенной скоростью через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, причем механизм управления скоростью выполнен с возможностью регулирования скорости перемещения проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, при этом источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока, приложенной к проводящей заготовке переменным по времени характером при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
Согласно настоящему изобретению источник питания может быть выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных плотностей тока к проводящей заготовке при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
Согласно настоящему изобретению источник питания может быть выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения тока смещения с использованием проводящей заготовки в качестве катода при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения и с использованием электрода в качестве анода.
Согласно настоящему изобретению источник питания может быть выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по
времени характером, выбранным из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере первая секция электроосаждения может содержать ультразвуковой смеситель.
Согласно настоящему изобретению ультразвуковой смеситель может быть выполнен с возможностью функционирования непрерывно или в пульсирующем режиме.
Согласно настоящему изобретению электролит может быть расположен в по меньшей мере первой секции электроосаждения, а смешивающий аппарат может быть выполнен с возможностью переменного смешивания электролита.
Согласно настоящему изобретению устройство может содержать первый участок и/или второй участок, при этом проводящая заготовка может быть выполнена с возможностью перемещения от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и через нее и далее ко второму участку для принятия проводящей заготовки.
Согласно настоящему изобретению первый и/или второй участки могут содержать катушку или шпиндель.
Согласно настоящему изобретению проводящая заготовка может являться проводом, стержнем, листом или трубой, выполненной с возможностью намотки на катушку или вокруг шпинделя.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере первая секция электроосаждения может содержать водный электролит.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере первая секция электроосаждения может содержать неводный электролит.
Согласно настоящему изобретению электролит может содержать соли по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех металлов, выполненных с возможностью электроосаждения.
Согласно настоящему изобретению устройство может содержать растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества и по меньшей мере один участок, расположенный между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем проводящая заготовка может быть расположена с возможностью контакта с элементами, выбранными из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
Согласно настоящему изобретению устройство может содержать по меньшей мере один участок, расположенный между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем проводящая заготовка может быть подвержена по меньшей мере очищению растворителем, очищению кислотой, очищению основой, пассивирующий обработке и промыванию, при этом проводящая заготовка выполнена с покрытием.
Также в настоящем изобретении предложен способ электроосаждения нанослоистого покрытия, включающий перемещение с определенной скоростью заготовки через устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, которое выполняют с по меньшей мере первой секцией
электроосаждения, и регулирование скорости смешивания и/или плотности тока, которую прикладывают к заготовке переменным по времени характером при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения для обеспечения электроосаждения нанослоистого покрытия, при этом по меньшей мере первую секцию электроосаждения снабжают электродом и электролитом, содержащим соли по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных пригодных для электроосаждения металлов.
Согласно настоящему изобретению регулирование плотности тока переменным по времени характером может включать приложение по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных плотностей тока к заготовке при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
Согласно настоящему изобретению регулирование плотности тока переменным по времени характером может включать приложение тока смещения, при этом при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения заготовку могут использовать в качестве катода, а электрод - в качестве анода.
Согласно настоящему изобретению переменный по времени характер могут выбирать из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере первую секцию электроосаждения могут снабжать смешивающим аппаратом, при этом могут
осуществлять перемешивание электролита посредством смешивающего аппарата на одной скорости или на переменных скоростях.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере первую секцию электроосаждения могут снабжать ультразвуковым смесителем, при этом могут осуществлять функционирование ультразвукового смесителя непрерывно или в прерывистом режиме для регулирования скорости смешивания.
Согласно настоящему изобретению могут осуществлять регулирование скорости перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
Согласно настоящему изобретению устройство электроосаждения нанослоистого покрытия могут снабжать первым участком и/или вторым участком, при этом могут перемещать заготовку от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения, а прием заготовки могут осуществлять после ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения на втором участке, причем могут выполнять перемещение заготовки от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и/или перемещение заготовки от по меньшей мере первой секции электроосаждения ко второму участку.
Согласно настоящему изобретению устройство электроосаждения нанослоистого покрытия могут снабжать растворителем, кислотой, основой и травильным веществом и промывателем для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества и по меньшей мере одним участком, который могут располагать между первым участком и по меньшей
мере первой секцией электроосаждения, причем могут осуществлять контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу и травильное вещество, и промыватель для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
Согласно настоящему изобретению устройство электроосаждения нанослоистого покрытия могут снабжать по меньшей мере одним участком, расположенным между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем могут осуществлять контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, пассивирующее вещество и с промывочным агентом для удаления растворителя, кислоты, основы и пассивирующего вещества.
Согласно настоящему изобретению заготовку могут выполнять из металла, проводящего полимера или непроводящего полимера, который могут преобразовывать в проводящий посредством включения проводящих материалов или химического нанесения металла.
Согласно настоящему изобретению заготовку могут выполнять в виде провода, стержня, листа или трубы.
Согласно настоящему изобретению электролит могут выполнять в виде водного электролита.
Согласно настоящему изобретению электролит могут выполнять в виде неводного электролита.
Согласно настоящему изобретению способ может включать электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере один, по меньшей мере два, по меньшей мере три или по меньшей мере
четыре различных элементов в виде металлов, независимо выбранных из группы, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, в количестве по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,05, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,005 или по меньшей мере 0,001 %масс каждого.
Согласно настоящему изобретению способ может включать электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере два различных элементов в виде металлов, независимо выбранных из группы, включающей: Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, в количестве по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,05, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,005 или по меньшей мере 0,001 %масс каждого.
Согласно настоящему изобретению указанные по меньшей мере два различных металла могут выбирать из группы пар металлов, включающей Zn и Fe, Zn и Ni, Со и Ni, Ni и Fe, Ni и Сг, Ni и Al, Си и Zn, Си и Sn, или композицию выбирают из группы, включающей Al, Ni и Со.
Согласно настоящему изобретению нанослоистое покрытие могут выполнять с созданием по меньшей мере одного участка с группой слоев, толщину каждого из которых выбирают из диапазона, независимо выбранного из группы, включающей приблизительно от 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 25 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 30 нм, от приблизительно 30 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 40 нм до приблизительно 80 нм, от приблизительно 75 нм до приблизительно 100 нм, от приблизительно 100 нм до приблизительно 120
нм, от приблизительно 120 нм до приблизительно 140 нм, от приблизительно 140 нм до приблизительно 180 нм, от приблизительно 180 нм до приблизительно 200 нм, от приблизительно 200 нм до приблизительно 225 нм, от приблизительно 220 нм до приблизительно 250 нм, или от приблизительно 150 нм до приблизительно 250 нм.
Согласно настоящему изобретению в нанослоистом покрытии могут создавать группу первых слоев и группу вторых слоев с различиями по структуре или по составу и с дискретными или диффузными границами раздела между первыми и вторыми слоями.
Согласно настоящему изобретению первые и вторые слои могут располагать с обеспечением чередования первых и вторых слоев.
Согласно настоящему изобретению указанные группы чередующихся первых и вторых слоев могут создавать в количествах, выбранных независимо для каждого покрытия из группы количеств чередующихся первых и вторых слоев, включающих по меньшей мере два слоя, по меньшей мере три слоя, по меньшей мере четыре слоя, по меньшей мере шесть слоев, по меньшей мере восемь слоев, по меньшей мере десять слоев, по меньшей мере двадцать слоев, по меньшей мере сорок слоев, по меньшей мере пятьдесят слоев, по меньшей мере 100 слоев, по меньшей мере 200 слоев, по меньшей мере 500 слоев, по меньшей мере 1000 слоев, по меньшей мере 1500 слоев, по меньшей мере 2000 слоев, по меньшей мере 4000 слоев, по меньшей мере 6000 слоев и по меньшей мере 8000 слоев.
Согласно настоящему изобретению в каждый первый слой могут включать никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов
количестве, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%.
Согласно настоящему изобретению в каждый второй слой могут включать кобальт и/или хром в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%.
Согласно настоящему изобретению в каждый первый слой могут включать никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой могут включать кобальт и/или хром.
Согласно настоящему изобретению в каждый второй слой могут включать кобальт и/или хром в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой могут включать никель.
Согласно настоящему изобретению в указанный первый слой могут включать никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%,
70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают железо.
Согласно настоящему изобретению в каждый второй слой могут включать железо в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой могут включать никель.
Согласно настоящему изобретению в каждый первый слой могут включать цинк в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98%, 98%-99%, 99%-99,5%, 99,2%-99,7% и 99,5%-99,99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой могут включать железо.
Согласно настоящему изобретению в каждый второй слой могут включать железо в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 0,01%-35%, 0,01 %-0,5%, 0,3%-0,8%, 0,5%-1,0%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой могут включать цинк.
Согласно настоящему изобретении в по меньшей мере один из первых и/или вторых слоев могут включать по меньшей мере один, по меньшей мере
два, по меньшей мере три или по меньшей мере четыре элементов, независимо выбранных для каждого первого и второго слоя из группы элементов, включающей: Ag, Al, Au, С, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Sb, Si, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен продукт, изготовленный вышеуказанным способом.
Процесс электроосаждения для непрерывного нанесения нанослоистых покрытий на заготовки-Заготовки.
Проводящие заготовки или просто заготовки могут иметь множество различных форм или очертаний. Заготовки могут иметь, например, форму провода или проволоки, стержня или штанги, трубы или листового материала (например, свертки или сложенные листы). Заготовки могут представлять собой металлическую или другую проводящую полоску, лист или проволоку. Заготовки могут также содержать совокупность дискретных элементов, которые могут быть, например, прикреплены к листу или решетке (например, металлической сетке или гибкой решетке) для формирования листообразного узла, который может быть введен в по меньшей мере первую секцию электроосаждения таким же образом, как по существу плоские листы, на которые должно быть нанесено нанослоистое покрытие посредством электроосаждения. Заготовки, которые представляют собой совокупность дискретных элементов, соединенных для формирования полоски, должны быть соединены посредством проводящего соединителя.
Для заготовки может быть использован практически любой материал,
при условии возможности придания ему проводящих качеств и при отсутствии отрицательного воздействия электролита на него. Материалы, которые могут быть использованы для заготовок, включают, но, не ограничиваются металлом, проводящими полимерами (например, полимеры, содержащие полианилин или полипиррол), или непроводящие полимеры, преобразованные в проводящие посредством включения проводящих материалов (например, металлические порошки, углеродная сажа, графен, графит, нанотрубки углерода, нановолокна углерода или волокна графита) или химического нанесения металлического покрытия. Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий.
Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий может осуществляться посредством способа электроосаждения нанослоистого покрытия, включающий перемещение с определенной скоростью заготовки через устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, которое выполняют с по меньшей мере первой секцией электроосаждения, и регулирование скорости смешивания и/или плотности тока, которую прикладывают к заготовке переменным по времени характером при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения для обеспечения электроосаждения нанослоистого покрытия, при этом по меньшей мере первую секцию электроосаждения снабжают электродом и электролитом, содержащим соли по меньшей мере одного пригодного для электроосаждения металла.
Посредством регулирования плотности тока, прикладываемой к заготовке переменным по времени характером, могут быть изготовлены
нанослоистые покрытия, содержащие слои, различающиеся по составу элементов и/или по микроструктуре электроосажденного материала. В одном наборе вариантов осуществления управление плотностью тока переменным по времени характером включает приложение по меньшей мере двух, по меньшей мере трех, по меньшей мере четырех различных плотностей тока к заготовке по мере ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения. Еще в одном варианте осуществления регулирование плотности тока переменным по времени характером включает в себя приложение тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной по мере ее перемещении через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, а электрод оставался анодным, даже несмотря на изменение потенциала между заготовкой и электродом во времени для изготовления нанослоистого материала. Еще в одном варианте осуществления регулирование плотности тока переменным по времени характером включает в себя изменение по меньшей мере одного следующего параметра/действия: исходный ток, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
Нанослоистые покрытия могут быть также образованы на заготовке по мере ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения посредством регулирования скорости смешивания переменного по времени характера. В одном варианте осуществления регулирование скорости смешивания включает в себя перемешивание электролита посредством смешивающего аппарата (например, насосного колеса или насоса) на различных скоростях. Еще в одном варианте
осуществления регулирование скорости смешивания содержит этап перемешивание электролита посредством регулирования ультразвуковым смесителем переменным по времени характером (например, непрерывно, прерывисто, с отличающейся во времени амплитудой или определенным количеством ровных импульсов заданной амплитуды). Еще в одном варианте осуществления регулирование скорости смешивания включает в себя пульсирующее (импульсное) нанесение распылением электролитана на заготовку.
Еще в одном варианте осуществления нанослоистые покрытия могут быть образованы посредством изменения плотности тока и скорости смешивания одновременно или попеременно в одном процессе электроосаждения.
Вне зависимости от изменяемых параметров для добавки нанослоистых материалов в покрытие, наносимое на заготовку при ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, скорость, при которой заготовка проходит через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, представляет собой другой управляемый параметр. В одном варианте осуществления допустимые скорости находятся в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 300 фут/мин (0,3 - 91,4 м/мин). В других вариантах осуществления допустимые скорости более, чем приблизительно 1 фут/мин (0,3 м/мин), 5 фут/мин (1,5 м/мин), 10 фут/мин (3 м/мин), 30 фут/мин (9 м/мин), 50 фут/мин (15 м/мин), 100 фут/мин (30 м/мин), 150 фут/мин (45,7 м/мин), 200 фут/мин (61 м/мин), 250 фут/мин (76,2 м/мин) или 300 фут/мин (91,4 м/мин), или от приблизительно 1 до
приблизительно 30 фут/мин (0,3 - 9 м/мин), приблизительно 30 до приблизительно 100 фут/мин (9 - 30 м/мин), приблизительно 100 до приблизительно 200 фут/мин (30 - 61 м/мин), приблизительно 200 до приблизительно 300 фут/мин (61 - 91,4 м/мин), или более чем приблизительно 300 фут/мин (91,4 м/мин). Более высокие скорости изменят время нахождения любого участка заготовки, на который осуществляют нанесение, в по меньшей мере первой секции электроосаждения. Соответственно, скорость переноса массы (скорость электроосаждения), которая должна быть достигнута для осаждения такой же толщины нанослоистого покрытия, изменяется в зависимости от скорости перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения. Дополнительно, при задействовании изменений плотности тока в процессах для обеспечения нанослоистого покрытия, скорость изменения плотности тока также должна быть увеличена при увеличении скорости перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
В одном варианте осуществления способ электроосаждения может также включать этап перемещения заготовки от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения. Еще в одном варианте осуществления способ электроосаждения может также включать этап перемещения заготовки от по меньшей мере первой секции электроосаждения ко второму участку для приема заготовки после электроосаждения нанослоистого покрытия. То есть, способ может также включать перемещение заготовки от первого участка к по меньшей мере
первой секции электроосаждения и перемещение заготовки от по меньшей мере первой секции электроосаждения ко второму участку. Составы и структуры электролитов и нанослоистых покрытий.
Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий может быть осуществлено на основании водных или неводных электролитов, содержащих соли металлов, подлежащих электроосаждению.
В одном варианте осуществления электроосаждение нанослоистого покрытия включает электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере один, по меньшей мере два, по меньшей мере три или по меньшей мере четыре различных элементов, независимо выбранных из группы элементов, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Мп, Mo, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, при этом содержание каждого из этих независимо выбранных металлов составляет по меньшей мере приблизительно 0,1, по меньшей мере приблизительно 0,05, по меньшей мере приблизительно 0,01, по меньшей мере приблизительно 0,005 или по меньшей мере приблизительно 0,001 %масс. В одном таком варианте осуществления электроосаждение нанослоистого покрытия включает электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере два различных элемента, независимо выбранных из группы элементов, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, при этом содержание каждого из этих независимо выбранных металлов составляет по меньшей мере приблизительно 0,005 или по меньшей мере приблизительно 0,001 %масс. Еще в одном таком варианте осуществления электроосаждение
нанослоистого покрытия включает электроосаждение слоев, содержащих по меньшей мере два различных металлов, при этом по меньшей мере два различных металлов выбраны из группы пар металлов, включающих: Zn и Fe, Zn и Ni, Со и Ni, Ni и Fe, Ni и Сг, Ni и Al, Си и Zn, Си и Sn, или из композиции, содержащий AI и Ni и Со (AINiCo). В любом их этих вариантов осуществления нанослоистое покрытие может содержать по меньшей мере один участок, содержащий группу слоев, при этом толщина каждого из этих слоев находится в диапазоне, независимо выбранном из группы следующих диапазонов: от приблизительно 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 25 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 30 нм, от приблизительно 30 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 40 нм до приблизительно 80 нм, от приблизительно 75 нм до приблизительно 100 нм, от приблизительно 100 нм до приблизительно 120 нм, от приблизительно 120 нм до приблизительно 140 нм, от приблизительно 140 нм до приблизительно 180 нм, от приблизительно 180 нм до приблизительно 200 нм, от приблизительно 200 нм до приблизительно 225 нм, от приблизительно 220 нм до приблизительно 250 нм, или от приблизительно 150 нм до приблизительно 250 нм.
В еще одном варианте осуществления составы электроосажденного нанослоистого покрытия содержат группу первых слоев и вторых слоев, которые отличаются по структуре или по составу. Первые слои и вторые слои могут иметь дискретные или диффузные границы раздела между слоями. Дополнительно, первые и вторые слои могут быть расположены с чередованием первых и вторых слоев.
-19В вариантах осуществления, в которых электроосажденные
нанослоистые покрытия содержат группу чередующихся первых слоев и
вторых слоев, эти слои могут содержать по меньшей мере два, по меньшей
мере три, по меньшей мере четыре, по меньшей мере шесть, по меньшей
мере восемь, по меньшей мере десять, по меньшей мере 100, по меньшей
мере 200, по меньшей мере 500, по меньшей мере 1000, по меньшей мере
1500, по меньшей мере 2000, по меньшей мере 3000, по меньшей мере 5000,
или по меньшей мере 8000 чередующихся первых и вторых слоев,
независимо выбранных из каждого многослойного покрытия.
В одном варианте реализации каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или более элементов, независимо выбранных из группы элементов, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Znn Zr. Еще в одном варианте осуществления каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или более количества элементов, независимо выбранных из группы элементов, включающей Ag, AI, Au, Со, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Ni, Р, Sb, Sn, Mn, Pb, Та, Ti, W, V и Zn. Еще в одном варианте осуществления каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или более элементов, независимо выбранных из группы элементов, включающей: Al, Au, Со, Сг, Си, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Sn, Mn, Ti, W, V и Zn.
В одном варианте осуществления каждый первый слой содержит никель в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1% до
приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 7%, приблизительно 7% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 30%, приблизительно 30% до приблизительно 40%, приблизительно 40% до приблизительно 50%, приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%, приблизительно 65% до приблизительно 70%, приблизительно 70% до приблизительно 75%, приблизительно 75% до приблизительно 80%, приблизительно 80% до приблизительно 85%, приблизительно 85% до приблизительно 90%, приблизительно 90% до приблизительно 92%, приблизительно 92% до приблизительно 93%, приблизительно 93% до приблизительно 94%, приблизительно 94% до приблизительно 95%, приблизительно 95% до приблизительно 96%, приблизительно 96% до приблизительно 97%, приблизительно 97% до приблизительно 98%, или приблизительно 98% до приблизительно 99%. В таком варианте осуществления каждый второй слой может содержать кобальт и/или хром в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1 % до приблизительно 35%, приблизительно 1% до приблизительно 3%, приблизительно 2% до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 25%, приблизительно 25% до приблизительно 30% или приблизительно 30% до приблизительно 35%.
-21В одном варианте осуществления каждый первый слой содержит никель
в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1% до
приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 7%,
приблизительно 7% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до
приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%,
приблизительно 20% до приблизительно 30%, приблизительно 30% до
приблизительно 40%, приблизительно 40% до приблизительно 50%,
приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до
приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%,
приблизительно 65% до приблизительно 70%, приблизительно 70% до
приблизительно 75%, приблизительно 75% до приблизительно 80%,
приблизительно 80% до приблизительно 85%, приблизительно 85% до
приблизительно 90%, приблизительно 90% до приблизительно 92%,
приблизительно 92% до приблизительно 93%, приблизительно 93% до
приблизительно 94%, приблизительно 94% до приблизительно 95%,
приблизительно 95% до приблизительно 96%, приблизительно 96% до
приблизительно 97%, приблизительно 97% до приблизительно 98% или
приблизительно 98% до приблизительно 99%, а остаток слоя содержит
кобальт и/или хром. В таком варианте осуществления каждый второй слой
может содержать кобальт и/или хром в независимо выбранном диапазоне от
приблизительно 1% до приблизительно 35%, приблизительно 1% до
приблизительно 3%, приблизительно 2% до приблизительно 5%,
приблизительно 5% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до
приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%,
приблизительно 20% до приблизительно 25%, приблизительно 25% до приблизительно 30% или приблизительно 30% до приблизительно 35%, а остаток слоя содержит никель. В таких вариантах осуществления первые и вторые слои могут дополнительно содержать алюминий.
В одном варианте осуществления каждый первый слой содержит никель в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 7%, приблизительно 7% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 30%, приблизительно 30% до приблизительно 40%, приблизительно 40% до приблизительно 50%, приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%, приблизительно 65% до приблизительно 70%, приблизительно 70% до приблизительно 75%, приблизительно 75% до приблизительно 80%, приблизительно 80% до приблизительно 85%, приблизительно 85% до приблизительно 90%, приблизительно 90% до приблизительно 92%, приблизительно 92% до приблизительно 93%, приблизительно 93% до приблизительно 94%, приблизительно 94% до приблизительно 95%, приблизительно 95% до приблизительно 96%, приблизительно 96% до приблизительно 97%, приблизительно 97% до приблизительно 98% или приблизительно 98% до приблизительно 99%, а остальной материал слоя содержит алюминий. В таком варианте осуществления каждый второй слой может содержать алюминий в независимо выбранном диапазоне от
приблизительно 1% до приблизительно 35%, приблизительно 1% до приблизительно 3%, приблизительно 2% до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 25%, приблизительно 25% до приблизительно 30% или приблизительно 30% до приблизительно 35%, а остальной материал слоя содержит никель.
В одном варианте реализации каждый первый слой содержит никель в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1 % до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 7%, приблизительно 7% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 30%, приблизительно 30% до приблизительно 40%, приблизительно 40% до приблизительно 50%, приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%, приблизительно 65% до приблизительно 70%, приблизительно 70% до приблизительно 75%, приблизительно 75% до приблизительно 80%, приблизительно 80% до приблизительно 85%, приблизительно 85% до приблизительно 90%, приблизительно 90% до приблизительно 92%, приблизительно 92% до приблизительно 93%, приблизительно 93% до приблизительно 94%, приблизительно 94% до приблизительно 95%, приблизительно 95% до приблизительно 96%, приблизительно 96% до приблизительно 97%, приблизительно 97% до приблизительно 98% или приблизительно 98% до
приблизительно 99%, а остальной материал слоя содержит железо. В таком варианте осуществления каждый второй слой может содержать железо в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1 % до приблизительно 35%, приблизительно 1% до приблизительно 3%, приблизительно 2% до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 25%, приблизительно 25% до приблизительно 30% или приблизительно 30% до приблизительно 35%, а остальной материал слоя содержит никель.
В одном варианте реализации каждый первый слой содержит цинк в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 1 % до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 7%, приблизительно 7% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 30%, приблизительно 30% до приблизительно 40%, приблизительно 40% до приблизительно 50%, приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%, приблизительно 65% до приблизительно 70%, приблизительно 70% до приблизительно 75%, приблизительно 75% до приблизительно 80%, приблизительно 80% до приблизительно 85%, приблизительно 85% до приблизительно 90%, приблизительно 90% до приблизительно 92%, приблизительно 92% до приблизительно 93%, приблизительно 93% до приблизительно 94%, приблизительно 94% до приблизительно 95%, приблизительно 95% до
приблизительно 96%, приблизительно 96% до приблизительно 97%, приблизительно 97% до приблизительно 98%, приблизительно 98% до приблизительно 99%, приблизительно 99% до приблизительно 99,5%, приблизительно 99,2% до приблизительно 99,7% или приблизительно 99,5% до приблизительно 99,99%, а остальной материал слоя содержит железо. В таком варианте осуществления каждый второй слой может содержать железо в независимо выбранном диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 35%, приблизительно 0,01% до приблизительно 0,5%, приблизительно 0,3% до приблизительно 0,8%, приблизительно 0,5% до приблизительно 1,0%, приблизительно 1% до приблизительно 3%, приблизительно 2% до приблизительно 5%, приблизительно 5% до приблизительно 10%, приблизительно 10% до приблизительно 15%, приблизительно 15% до приблизительно 20%, приблизительно 20% до приблизительно 25%, приблизительно 25% до приблизительно 30% или приблизительно 30% до приблизительно 35%, а остальной материал слоя содержит цинк.
В любом из ранее описанных вариантов осуществления каждый из первых и/или вторых слоев может содержать по меньшей мере один, по меньшей мере два, по меньшей мере три или по меньшей мере четыре элемента, независимо выбранных для каждого первого и второго слоя из группы элементов, содержащей: Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Мп, Mo, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
Обработки, перед электроосаждением, во время электроосаждения и после него.
Перед электроосаждением или после электроосаждения, способы непрерывного электроосаждения нанолоистого покрытия могут включать дополнительные этапы обработки перед электроосаждением или после электроосаждения.
Соответственно, раскрытое выше устройство можеттакже содержать по меньшей мере один участок между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, а раскрытый выше способ может также включать осуществление контакта заготовки с по меньшей мере одним элементом из следующих элементов: растворитель, кислота, основа, травильное вещество или раствор для промывания (например, вода) для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества. Кроме того, раскрытое выше устройство может также содержать по меньшей мере один участок между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, а раскрытый выше способ можеттакже включать осуществление контакта заготовки с по меньшей мере одним элементом из следующих элементов: растворитель, кислота, основа, пассивирующее вещество или раствор для промывания (например, вода) для удаления растворителя, кислоты, основы или пассивирующего вещества. Нанослойные изделия, изготовленные путем непрерывного электроосаждения.
Раскрытые в настоящем описании способ и устройство могут быть приспособлены для изготовления продуктов, содержащих, состоящих по
существу из, или состоящих из нанослойных материалов, посредством использования заготовки, к которой покрытие, применяемое во время электроосаждения, плотно не приклеивается. Продукт может быть получен после удаления заготовки из процесса электроосаждения посредством отделения покрытия от заготовки. Дополнительно, если заготовка не выполнена плоской, трехмерные изделия могут быть образованы в качестве рельефа на рельефной поверхности заготовки.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На Фиг. 1 изображено устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, в частности аппарат непрерывной обработки для нанесения нанослоистых покрытий, настроенное для проводящих материалов, выполненных с возможностью свертывания.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления
изобретения
Используемый в настоящем описании термин "электролит" следует понимать, как электролитную ванну, ванну для нанесения электролитического покрытия или раствор для электролитического покрытия, посредством которых может быть обеспечено электролитическое покрытие по меньшей мере одного металла.
Используемый в настоящем описании термин "заготовка" означает удлиненный проводящий материал или петлю проводящего материала.
Используемые в настоящем описании термины "нанослоистый" или "нанослойный" относятся к материалам или покрытиям, содержащим совокупность слоев менее 1 микрона.
Все составы, раскрытые через процентные отношения, раскрыты через процентное отношение по массе, если не указано обратное.
Непрерывное нанесение нанослоистых покрытий на проводящие материалы может быть осуществлено с использованием устройства электроосаждения нанослоистого покрытия, включающего по меньшей мере первую секцию 1 электроосаждения, через которую с определенной скоростью перемещают проводящую заготовку 2, которая выполняет функцию электрода в по меньшей мере первой секции электроосаждения, механизм управления скоростью, регулирующий скорость перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, смешивающий аппарат для перемешивания электролита при процессе электроосаждения (схематически изображено как деталь 3 на Фиг. 1), противоэлектрод 4, и источник 8 питания, выполненный с возможностью регулировки плотности тока, приложенной к проводящей заготовке переменным по времени характером при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
Блок управления расходом (регулятор расхода или механизм управления производительностью) может быть выполнен цельно по меньшей мере с одним приводным двигателем или конвейерной системой (например, ролики, колеса, шкивы и т.д. устройства), или быть расположен в соответствующем управляющем оборудовании, соответственно, на Фиг. 1 он не показан. Подобным образом противоэлектрод 4 может быть выполнен в различных конфигурациях, включая стержни, пластины, провода, проволоки, корзины, штанги, соответствующие аноды и т.п., но, не ограничиваясь ими,
и, соответственно, в общем изображен как пластина на дне по меньшей мере первой секции 1 электроосаждения на Фиг. 1. Противоэлектрод 4, выполняющий функции анода, кроме как во время реверсивных импульсов, может быть инертным или может быть активным, при этом анод содержит частицы металла, подлежащие нанесению, и будет растворен в растворе во время операции.
Источник 8 питания может регулировать плотность тока различными методами, включая приложение по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных средних плотностей тока к заготовке по мере ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения. В одном варианте осуществления источник 8 питания может регулировать плотность тока переменным по времени характером, включающим приложение тока смещения таким образом, что заготовка остается катодной при ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, а электрод остается анодным даже несмотря на изменение потенциала между заготовкой и электродом. В еще одном варианте осуществления источник 8 питания изменяет плотность тока переменным по времени характером, включающим изменение по меньшей мере одного из следующих параметров/действий: максимальный ток, исходный ток, минимальный ток, частота, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока. Заготовка может быть помещена в электролит путем погружения в него или путем нанесения распылением электролита на заготовку. Нанесение электролитана на заготовку может быть отрегулировано. Скорость, при
которой заготовку перемещают через электролит, также может быть отрегулирована.
Смешивание электролита в по меньшей мере первой секции электроосаждения обеспечивается циркуляцией раствора, механическим смешивающим аппаратом и/или ультразвуковыми смесителем. Несмотря на то, что смешивание основной массы может быть обеспечено смешивающим аппаратом 3, выполненным с возможностью управления или настройки для работы на разных скоростях во время процесса электроосаждения, устройство может содержать по меньшей мере один ультразвуковой смеситель, схематично изображенный посредством блоков 5 в устройстве по Фиг. 1. Ультразвуковой смеситель может быть выполнен с возможностью независимой работы в непрерывном или прерывистом режиме (например, в импульсном режиме). В одном варианте осуществления ультразвуковой смеситель выполнен с возможностью работы с частотой, приблизительно составляющей 17000 - 23000 Гц. В еще одном варианте осуществления он выполнен с возможностью работы с частотой, приблизительно составляющей 20000 Гц. Смешивание электролита может быть также осуществлено в отдельном резервуаре, и смешанный электролит может контактировать с заготовкой посредством погружения или посредством нанесения распылением. Вместо нанесения электролитического покрытия на по меньшей мере одну солей металла, электролит может содержать по меньшей мере две, по меньшей мере три или по меньшей мере четыре различных солей, выполненных с возможностью электроосаждения металлов.
Заявленное устройство может содержать участок, с которого подают
материал на заготовку (например, отдающий барабан), и участок, на котором получают заготовку с покрытием (например, принимающий барабан, который может составлять часть ленточный рабочий патрон для перемещения заготовки через заявленное устройство). Соответственно, заявленное устройство может содержать первый участок 6, от которого заготовку перемещают к по меньшей мере первой секции электроосаждения, и/или второй участок 7 для приема заготовки после ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения. Первый участок 6 и второй участок 7 изображены в качестве шпинделей с барабанами на Фиг. 1, однако, они также могут содержать полки для хранения протяженных частей материалов, складывающий аппарат и даже закрытые полости по меньшей мере с одним небольшим отверстием, с которых забирают заготовки (например, проволока, провод, полоса или лента) или в которые вводят заготовки с покрытием.
В одном варианте осуществления первый 6 и/или второй 7 участок содержит катушку или шпиндель. В таком варианте осуществления заявленное устройство может быть настроено для нанесения нанослоистого покрытия на непрерывный отрезок соединенных частей, проволоки, штанги, листа или трубы, которые могут быть намотаны на катушку или вокруг шпинделя.
Заявленное устройство может также содержать водный или неводный электролит. Электролит может содержать соли по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех выполненных с возможностью электроосаждения металлов.
В дополнение к ранее раскрытым компонентам заявленное устройство может содержать по меньшей мере один участок для обработки заготовки перед электроосаждением или после него. В одном варианте осуществления устройство также содержит по меньшей мере один участок, расположенный между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем заготовка контактирует по меньшей мере с одним из элементом из группы, включающей растворитель, кислота, основа, травильное вещество и/или промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества. Еще в одном варианте осуществления заявленное устройство также содержит по меньшей мере один участок, расположенный между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем заготовка с покрытием подвержена воздействию по меньшей мере одного действия из группы, включающей очищение растворителем, очищение кислотой, очищение основой, пассивирующие обработки и промывание.
Формула изобретения
1. Устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, включающее
проводящую заготовку, электролит, по меньшей мере первую секцию
электроосаждения, механизм управления скоростью, смешивающий аппарат
для перемешивания электролита при процессе электроосаждения, блок
управления расходом для нанесения электролита на проводящую заготовку,
электрод и источник питания, при этом проводящая заготовка выполнена с
возможностью перемещения с определенной скоростью через по меньшей
мере первую секцию электроосаждения, причем механизм управления
скоростью выполнен с возможностью регулирования скорости перемещения
проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию
электроосаждения, при этом источник питания выполнен с возможностью
регулировки плотности тока, приложенной к проводящей заготовке
переменным по времени характером при перемещении проводящей
заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
2. Устройство по п. 1, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных плотностей тока к проводящей заготовке при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
3. Устройство по п. 2, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения тока смещения с использованием проводящей заготовки в качестве катода при перемещении проводящей
2.
заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения и с использованием электрода в качестве анода.
4. Устройство по п. 1, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером, выбранным из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
5. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере первая секция электроосаждения содержит ультразвуковой смеситель.
6. Устройство по п. 5, в котором ультразвуковой смеситель выполнен с возможностью функционирования непрерывно или в пульсирующем режиме.
7. Устройство по п. 1, в котором электролит расположен в по меньшей мере первой секции электроосаждения, а смешивающий аппарат выполнен с возможностью переменного смешивания электролита.
8. Устройство по любому из п.п. 1 -7, содержащее первый участок и/или второй участок, при этом проводящая заготовка выполнена с возможностью перемещения от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и через нее и далее ко второму участку для принятия проводящей заготовки.
9. Устройство по п. 8, в котором первый и/или второй участки содержат катушку или шпиндель.
10. Устройство по п. 9, в котором проводящая заготовка является
проводом, стержнем, листом или трубой, выполненной с возможностью
намотки на катушку или вокруг шпинделя.
-311. Устройство по любому из п.п. 1-7, в котором по меньшей мере
первая секция электроосаждения содержит водный электролит.
12. Устройство по любому из п.п. 1-7, в котором по меньшей мере первая секция электроосаждения содержит неводный электролит.
13. Устройство по любому из п.п. 1-7, в котором электролит содержит соли по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех металлов, выполненных с возможностью электроосаждения.
14. Устройство по любому из п.п. 1-7, содержащее растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества и по меньшей мере один участок, расположенный между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем проводящая заготовка расположена с возможностью контакта с элементами, выбранными из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
15. Устройство по любому из п.п. 1-7, содержащее по меньшей мере один участок, расположенный между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем проводящая заготовка подвержена по меньшей мере очищению растворителем, очищению кислотой, очищению основой, пассивирующий обработке и промыванию, при этом проводящая заготовка выполнена с покрытием.
16. Способ электроосаждения нанослоистого покрытия, включающий перемещение с определенной скоростью заготовки через устройство
12.
электроосаждения нанослоистого покрытия, которое выполняютс по меньшей мере первой секцией электроосаждения, и регулирование скорости смешивания и/или плотности тока, которую прикладывают к заготовке переменным по времени характером при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения для обеспечения электроосаждения нанослоистого покрытия, при этом по меньшей мере первую секцию электроосаждения снабжают электродом и электролитом, содержащим соли по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных пригодных для электроосаждения металлов.
17. Способ по п. 16, в котором регулирование плотности тока переменным по времени характером включает приложение по меньшей мере двух, по меньшей мере трех или по меньшей мере четырех различных плотностей тока к заготовке при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
18. Способ по п. 17, в котором регулирование плотности тока переменным по времени характером включает приложение тока смещения, при этом при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения заготовку используют в качестве катода, а электрод - в качестве анода.
19. Способ по п. 16, в котором переменный по времени характер выбирают из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
17.
-520. Способ по п. 16, в котором по меньшей мере первую секцию
электроосаждения снабжают смешивающим аппаратом, при этом
осуществляют перемешивание электролита посредством смешивающего
аппарата на одной скорости или на переменных скоростях.
21. Способ по п. 16, в котором по меньшей мере первую секцию электроосаждения снабжают ультразвуковым смесителем, при этом осуществляют функционирование ультразвукового смесителя непрерывно ил и в прерывистом режиме для регулирования скорости смешивания.
22. Способ по п. 16, в котором осуществляют регулирование скорости перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
23. Способ по п. 16, в котором устройство электроосаждения нанослоистого покрытия снабжают первым участком и/или вторым участком, при этом перемещают заготовку от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения, а прием заготовки осуществляют после ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения на втором участке, причем выполняют перемещение заготовки от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и/или перемещение заготовки от по меньшей мере первой секции электроосаждения ко второму участку.
24. Способ по п. 23, в котором устройство электроосаждения нанослоистого покрытия снабжают растворителем, кислотой, основой и травильным веществом и промывателем для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества и по меньшей мере одним участком,
23.
который располагают между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем осуществляют контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу и травильное вещество, и промыватель для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
25. Способ по п. 23, в котором устройство электроосаждения нанослоистого покрытия снабжают по меньшей мере одним участком, расположенным между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем осуществляют контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, пассивирующее вещество и с промывочным агентом для удаления растворителя, кислоты, основы и пассивирующего вещества.
26. Способ по п. 16, в котором заготовку выполняют из металла, проводящего полимера или непроводящего полимера, который преобразуют в проводящий посредством включения проводящих материалов или химического нанесения металла.
27. Способ по п. 16, в котором заготовку выполняют в виде провода, стержня, листа или трубы.
28. Способ по п. 16, в котором электролит выполняют в виде водного электролита.
29. Способ по п. 16, в котором электролит выполняют в виде неводного электролита.
30. Способ по п. п. 16-29, который включает электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере один, по меньшей мере два, по
25.
меньшей мере три или по меньшей мере четыре различных элементов в виде металлов, независимо выбранных из группы, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, в количестве по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,05, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,005 или по меньшей мере 0,001 %масс каждого.
31. Способ по п. п. 16-29, который включает электроосаждение слоистой композиции, содержащей по меньшей мере два различных элементов в виде металлов, независимо выбранных из группы, включающей: Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та" Ti, W, V, Zn и Zr, в количестве по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,05, по меньшей мере 0,01, по меньшей мере 0,005 или по меньшей мере 0,001 %масс каждого.
32. Способ по п. 31, в котором указанные по меньшей мере два различных металла выбирают из группы пар металлов, включающей Zn и Fe, Zn и Ni, Со и Ni, Ni и Fe, Ni и Сг, Ni и Al, Си и Zn, Си и Sn, или композицию выбирают из группы, включающей Al, Ni и Со.
33. Способ по п.п. 16-29, в котором нанослоистое покрытие выполняют с созданием по меньшей мере одного участка с группой слоев, толщину каждого из которых выбирают из диапазона, независимо выбранного из группы, включающей приблизительно от 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 25 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 30 нм, от приблизительно 30 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 40 нм до приблизительно 80 нм, от приблизительно 75 нм
31.
до приблизительно 100 нм, от приблизительно 100 нм до приблизительно 120 нм, от приблизительно 120 нм до приблизительно 140 нм, от приблизительно 140 нм до приблизительно 180 нм, от приблизительно 180 нм до приблизительно 200 нм, от приблизительно 200 нм до приблизительно 225 нм, от приблизительно 220 нм до приблизительно 250 нм, или от приблизительно 150 нм до приблизительно 250 нм.
34. Способ по п.п. 16-29, в котором в нанослоистом покрытии создают группу первых слоев и группу вторых слоев с различиями по структуре или по составу и с дискретными или диффузными границами раздела между первыми и вторыми слоями.
35. Способ по п. 34, в котором первые и вторые слои располагают с обеспечением чередования первых и вторых слоев.
36. Способ по п. 35, в котором указанные группы чередующихся первых и вторых слоев создают в количествах, выбранных независимо для каждого покрытия из группы количеств чередующихся первых и вторых слоев, включающих по меньшей мере два слоя, по меньшей мере три слоя, по меньшей мере четыре слоя, по меньшей мере шесть слоев, по меньшей мере восемь слоев, по меньшей мере десять слоев, по меньшей мере двадцать слоев, по меньшей мере сорок слоев, по меньшей мере пятьдесят слоев, по меньшей мере 100 слоев, по меньшей мере 200 слоев, по меньшей мере 500 слоев, по меньшей мере 1000 слоев, по меньшей мере 1500 слоев, по меньшей мере 2000 слоев, по меньшей мере 4000 слоев, по меньшей мере 6000 слоев и по меньшей мере 8000 слоев.
37. Способ по п. 34, в котором в каждый первый слой включают никель
-9в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количестве,
включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%,
30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%,
75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%,
95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%.
38. Способ по п. 37, в котором в каждый второй слой включают кобальт и/или хром в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%.
39. Способ 34, в котором в каждый первый слой включают никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают кобальт и/или хром.
40. Способ по п. 39, в котором в каждый второй слой включают кобальт и/или хром в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой включают никель.
41. Способ по п. 34, в котором в указанный первый слой включают никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%,
38.
30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают железо.
42. Способ по п. 41, в котором в каждый второй слой включают железо в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой включают никель.
43. Способ по п. 34, в котором в каждый первый слой включают цинк в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98%, 98%-99%, 99%-99,5%, 99,2%-99,7% и 99,5%-99,99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают железо.
44. Способ по п. 43, в котором в каждый второй слой включают железо в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 0,01 %-35%, 0,01%-0,5%, 0,3%-0,8%, 0,5%-1,0%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% и 30%-35%, а в качестве остального количества в каждый второй слой включают цинк.
45. Способ по п. 34, в котором в по меньшей мере один из первых и/или вторых слоев включают по меньшей мере один, по меньшей мере два,
42.
по меньшей мере три или по меньшей мере четыре элементов, независимо выбранных для каждого первого и второго слоя из группы элементов, включающей: Ag, Al, Au, С, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Sb, Si, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
46. Продукт, изготовленный по способу по любому из п.п. 16-29.
Формула изобретения
1. Устройство электроосаждения нанослоистого покрытия, включающее
проводящую заготовку, электролит, по меньшей мере первую секцию
электроосаждения, механизм управления скоростью, смешивающий аппарат
для перемешивания электролита при процессе электроосаждения, блок
управления расходом для нанесения электролита на проводящую заготовку,
электрод и источник питания, при этом проводящая заготовка выполнена с
возможностью перемещения с определенной скоростью через по меньшей
мере первую секцию электроосаждения, причем механизм управления
скоростью выполнен с возможностью регулирования скорости перемещения
проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию
электроосаждения, при этом источник питания выполнен с возможностью
регулировки плотности тока, приложенной к проводящей заготовке
переменным по времени характером при перемещении проводящей
заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
2. Устройство по п. 1, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения по меньшей мере двух различных плотностей тока к проводящей заготовке при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
3. Устройство по п. 2, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером посредством приложения тока смещения с использованием проводящей заготовки в качестве катода при перемещении проводящей заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения и с
2.
-2-
использованием электрода в качестве анода.
4. Устройство по п. 1, в котором источник питания выполнен с возможностью регулировки плотности тока переменным по времени характером, выбранным из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока.
5. Устройство по п. 1, содержащее первый участок и/или второй участок, при этом проводящая заготовка выполнена с возможностью перемещения от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и через нее и далее ко второму участку для принятия проводящей заготовки, причем первый и/или второй участки содержат катушку или шпиндель, а проводящая заготовка является проводом, стержнем, листом или трубой, выполненной с возможностью намотки на катушку или вокруг шпинделя.
6. Устройство по п. 1, содержащее растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества и по меньшей мере один участок, расположенный между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем проводящая заготовка расположена с возможностью контакта с элементами, выбранными из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, травильное вещество и промывочный агент для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
7. Способ электроосаждения нанослоистого покрытия, включающий перемещение с определенной скоростью заготовки через устройство
4.
электроосаждения нанослоистого покрытия, которое выполняют с по меньшей мере первой секцией электроосаждения, и регулирование скорости смешивания и/или плотности тока, которую прикладывают к заготовке переменным по времени характером при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения для обеспечения электроосаждения нанослоистого покрытия, при этом по меньшей мере первую секцию электроосаждения снабжают электродом и электролитом, содержащим соли по меньшей мере двух различных пригодных для электроосаждения металлов.
8. Способ по п. 7, в котором регулирование плотности тока переменным по времени характером включает приложение по меньшей мере двух различных плотностей тока к заготовке при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения, при этом переменный по времени характер выбирают из группы, включающей изменение исходного тока, преобразование пульсирующего тока и обратное преобразование пульсирующего тока, причем заготовку выполняют в виде провода, стержня, листа или трубы.
9. Способ по п. 8, в котором регулирование плотности тока переменным по времени характером включает приложение тока смещения, при этом при перемещении заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения заготовку используют в качестве катода, а электрод - в качестве анода.
10. Способ по п. 7, в котором каждую секцию электроосаждения
снабжают смешивающим аппаратом и/или ультразвуковым смесителем, при
этом осуществляют перемешивание электролита посредством смешивающего аппарата и/или ультразвукового смесителя непрерывно или в прерывистом режиме для регулирования скорости смешивания на одной скорости или на переменных скоростях.
11. Способ по п. 7, в котором устройство электроосаждения нанослоистого покрытия снабжают первым участком и/или вторым участком, при этом перемещают заготовку от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения, а прием заготовки осуществляют после ее перемещения через по меньшей мере первую секцию электроосаждения на втором участке, причем выполняют перемещение заготовки от первого участка к по меньшей мере первой секции электроосаждения и/или перемещение заготовки от по меньшей мере первой секции электроосаждения ко второму участку, при этом осуществляют регулирование скорости перемещения заготовки через по меньшей мере первую секцию электроосаждения.
12. Способ по п. 11, в котором устройство электроосаждения нанослоистого покрытия снабжают растворителем, кислотой, основой и травильным веществом и промывателем для удаления растворителя, кислоты , основы и травильного вещества и по меньшей мере одним участком, который располагают между первым участком и по меньшей мере первой секцией электроосаждения, причем осуществляют контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу и травильное вещество, и промыватель для удаления растворителя, кислоты, основы и травильного вещества и/или устройство электроосаждения
11.
нанослоистого покрытия снабжают по меньшей мере одним участком, расположенным между по меньшей мере первой секцией электроосаждения и вторым участком, причем осуществляют контакт заготовки с по меньшей мере элементом, выбранным из группы, включающей растворитель, кислоту, основу, пассивирующее вещество и с промывочным агентом для удаления растворителя, кислоты, основы и пассивирующего вещества.
13. Способ по п. 8, который включает электроосаждение слоистой композиции, отдельных слоев, содержащих по меньшей мере один различный элемент в виде элемента выбранного из группы, включающей Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, в количестве по меньшей мере 0,001 %масс или включает электроосаждение сплава, содержащего по меньшей мере два различных металла, которые выбирают из группы пар металлов, включающей Zn и Fe, Zn и Ni, Со и Ni, Ni и Fe, Ni и Сг, Ni и Al, Си и Zn, Си и Sn, или композицию выбирают из группы, включающей Al, Ni и Со.
14. Способ по п. 8, в котором нанослоистое покрытие выполняют с созданием по меньшей мере одного участка с группой слоев, толщину каждого из которых выбирают из диапазона от 5 нм до приблизительно 250 нм, причем в нанослоистом покрытии создают группу первых слоев и группу вторых слоев с различиями по структуре или по составу и с дискретными или диффузными границами раздела между первыми и вторыми слоями.
15. Способ по п. 14, в котором в каждый первый слой включают никель в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%,
13.
30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают кобальт и/или хром.
16. Способ по п. 14, в котором в каждый второй слой включают кобальт и/или хром или железо в диапазоне от 1% до 35%.
17. Способ по п. 14, в котором в указанный первый слой включают никель или цинк в количестве, независимо выбранном из группы диапазонов количеств, включающей 1%-5%, 5%-7%, 7%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-30%, 30%-40%, 40%-50%, 50%-55%, 55%-60%, 60%-65%, 65%-70%, 70%-75%, 75%-80%, 80%-85%, 85%-90%, 90%-92%, 92%-93%, 93%-94%, 94%-95%, 95%-96%, 96%-97%, 97%-98% и 98%-99%, а в качестве остального количества в каждый первый слой включают железо.
16.
16.
16.
PCT/US2014/031101
Лист: 1
-2-
-3-
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
-6-
-9-
-9-
-10-
-13-
-13-
-18-
-23-
-23-
-32-
-6-
-6-
-10-
-10-
-11-
-11-
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
-3-
-3-
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
-4-
-4-
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
-5-
-5-
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
ЗАМЕЩАЮЩИЕ ЛИСТЫ ОПИСАНИЯ И ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ДАТА ЗАМЕНЫ - 15 декабря 2015 г. ЗАЯВКА No. 201500947
<4
<4
