(57) Реферат / Формула:
В настоящем описании раскрыты устройство и способы для непрерывного нанесения нанослойных материалов посредством электроосаждения.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201790643 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.08.31
(22) Дата подачи заявки 2015.09.18
(51) Int. Cl. C25D 17/28 (2006.01) C25D 21/10 (2006.01) B65G 49/02 (2006.01)
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО НАНЕСЕНИЯ НАНОСЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
(31) (32)
62/052,345 2014.09.18
(33) US
(86) PCT/US2015/050932
(87) WO 2016/044720 2016.03.24
(71) Заявитель: МОДЬЮМЕТАЛ, ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Ломасни Кристина А. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-542134ЕА/032
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО НАНЕСЕНИЯ НАНОСЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США № 62/052,345, поданной 18 сентября 2014, которая включена в данный документ посредством ссылки в полном объеме. Кроме того, раскрытия предварительной заявки США № 61/802,102, поданной 15 марта 2013, и международной патентной заявки № PCT/US2014/31101, поданной 18 марта 2 014, включены в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
За последние несколько десятилетий нанослоистые материалы были в значительной степени изучены. 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, материалы в общем недоступны в существенных количествах в результате отсутствия непрерывного процесса их производства.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем описании раскрыты устройство и способы для непрерывного нанесения нанослойных материалов посредством электроосаждения.
Согласно некоторым вариантам реализации способ обеспечивает устойчивую механическую и химическую завершающую обработку поверхности материалов {например, стали), устойчивых к коррозии или характеризующихся возможностью приема долговременного покрытия {например, порошковой краски, и т.д.) .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1А и 1В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, электролитической ячейки в соответствии с
различными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе;
На фиг. 2А и 2В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, блока трехкратной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе;
На фиг. ЗА и ЗВ показаны вид сверху и сбоку, соответственно, сочетания электролитической ячейки и блока трехкратной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 4А и 4В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, блока пятикратной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 5А и 5В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, сочетания электролитической ячейки и блока двукратной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе;
На фиг. 6А и 6В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, сочетания иммерсионной ячейки и блока пятикратной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе;
На фиг. 7А и 7В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, сушилки с принудительной подачей воздуха в соответствии с различными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе;
На фиг. 8А и 8В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, устройства протягивания ленты в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 9А и 9В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, резервуара хранения в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 10А и 10В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, резервуара хранения в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. НА и 11В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, резервуара хранения в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 12А и 12В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, резервуара хранения в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 13А и 13В показаны вид сверху и сбоку, соответственно, резервуара хранения в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 14 показана конфигурация расположения труб и приборов для электролитической ячейки в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе ;
На фиг. 15 показана конфигурация расположения труб и приборов для блока трехкратной противоточной промывки в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 16 показана конфигурация расположения труб и приборов для иммерсионной ячейки в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 17 показана конфигурация расположения труб и приборов для ячейки для нанесения хроматного покрытия в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе;
На фиг. 18А и 18В показаны виды сверху и сбоку, соответственно, технологической поточной линии непрерывного нанесения нанослоистого покрытия, включающей в себя 15 электролитических ячеек в соответствии с различными вариантами реализации, описанными в настоящем документе; и
На фиг. 19 показано устройство непрерывной обработки для нанесения нанослойных покрытий, выполненное для проводящих материалов, выполненных с возможностью свертывания.
Осуществление изобретения
1.О Определения
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 одного или более металлов.
"Заготовка" означает удлиненный проводящий материал или петлю проводящего материала.
Используемые в настоящем описании термины "нанослоистый" или "нанослойный" относятся к материалам или покрытиям, содержащим несколько слоев менее чем 1 микрон.
Все составы, приведенные в процентном содержании, приводятся в качестве процентов по массе, если не указано иное.
2.0 Устройство для электроосаждения для непрерывного нанесения нанослойных покрытий
2.1 Приведенное в качестве примера устройство для электроосаждения
На фиг. 1А-19 показаны различные блоки обработки, которые могут быть использованы в различных сочетаниях для образования технологической поточной линии непрерывного электроосаждения, выполненной с возможностью осуществления непрерывного нанесения нанослоистых покрытий на проводящие материалы.
Основным компонентом технологической поточной линии
является электролитическая ячейка 100, изображенная на фиг. 1А и
1В. Нанесение нанослоистых покрытий на проводящие материалы
осуществляют в электролитической ячейке 100, в общем включающей
в себя закрытую полость 110, узел 12 0 катодной щетки и анодный
узел 130. Как показано на фиг. 1А и 1В, электролитическая ячейка
100 включает в себя два узла 120 катодной щетки и два анодных
узла 130 в закрытой полости 110 таким образом, чтобы
обеспечивать возможность параллельного нанесения
электролитического покрытия на две заготовки.
Закрытая полость 110 в целом представляет собой резервуар или емкость, в которой расположены другие компоненты электролитической ячейки 100. Закрытая полость 110 выполнена с возможностью содержания раствора электролита в пределах стенок закрытой полости 110. Для закрытой полости может быть использован любой подходящий материал, включая, например, полипропилен. Размеры закрытой полости в целом не ограничены.
Согласно некоторым вариантам реализации закрытая полость составляет приблизительно 3 фута (91,44 см) в длину, 2 фута (60,96 см) в ширину и 1 фут 2 дюйма (35,56 см) в высоту.
Закрытая полость 110 включает в себя одно или более впускных отверстий 111, через которые раствор электролита может быть введен в закрытую полость 110. Управление потоком раствора электролита в закрытую полость 110 через впускные отверстия 111 может осуществляться посредством клапанов 112 регулирования расхода. Согласно некоторым вариантам реализации впускные отверстия расположены внутри анодного узла 130 таким образом, что впускные отверстия 110 подают раствор электролита в анодный узел 130, расположенный внутри закрытой полости 110. Закрытая полость 110 может также включать в себя одно или более выпускных отверстий 113 для обеспечения возможности выведения раствора электролита из закрытой полости 110. Закрытая полость 110 может быть покрыта откидной крышкой 114 таким образом, что внутренняя часть закрытой полости 110 может быть изолирована от внешней среды. Закрытая полость 110 может также включать в себя одно или более вентиляционных отверстий 115 для безопасного выведения газов из внутренней части закрытой полости 110.
Как показано на фиг. 1А, закрытая полость 110 также включает в себя впускной канал 116 и выпускной канал 117 на противоположных концах закрытой полости 110. Впускной канал 116 и выпускной канал 117 в целом представляют собой узкие вертикальные отверстия {например, 0,5 дюйма (1,27 см) в ширину) в закрытой полости 110, через которые заготовка проходит в закрытую полость 110 и из нее. Согласно некоторым вариантам реализации каналы 116, 117 не проходят по всей длине закрытой полости 110. Согласно некоторым вариантам реализации каналы 116, 117 завершаются приблизительно на 3 дюйма (7,62 см) над днищем закрытой полости 110. Впускной канал 116 и выпускной канал 117 выполнены для каждой линии в закрытой полости 110. Например, в конфигурации, изображенной на фиг. 1А, закрытая полость 110 будет включать в себя два впускных канала 116 и два выпускных канала 117, по одному из каждого на две параллельные технологические поточные линии в закрытой полости 110.
Хотя это не показано на остальных чертежах, аналогичные впускной и выпускной каналы могут быть выполнены во всех блоках, описанных в настоящем документе, для обеспечения возможности прохождения заготовки в отдельные блоки и из них.
Узел 120 катодной щетки обеспечивает такой способ передачи тока заготовке, который будет функционировать как катод в электролитической ячейке 100. Соответственно, узел 120 катодной щетки обычно включает в себя конструкцию, соединенную с источником питания (не показано на фиг. 1А и 1В) и выполненную с возможностью передачи тока заготовке при ее прохождении через узел 12 0 катодной щетки. Узел катодной щетки может быть изготовлен из любого материала, подходящего для приема напряжения и передачи тока заготовке посредством проводящих свойств.
Согласно некоторым вариантам реализации узел 12 0 катодной щетки включает в себярычаг 121, проходящий от узла 12 0 катодной щетки. Рычаг 121, проходящий от узла 12 0 катодной щетки может завершаться на вертикально ориентированном стержне 122а. Второй вертикальный стержень 122Ь может быть расположен на расстоянии от вертикально ориентированного стержня 122а для образования узкого канала между вертикально ориентированными стержнями 122а, 122Ь таким образом. Заготовка проходит через этот канал и контактирует с вертикально ориентированным стержнем 122а для передачи тока заготовке таким образом. Согласно некоторым вариантам реализации один или оба из стержней 122а, 122Ь являются гибкими.
Анодный узел 130 представляет собой открытую емкость или резервуар, расположенный внутри большей закрытой полости 110. Анодный узел 130 может включать в себя одну или более вертикальных стоек 131, проходящих через анодной узел 130. Согласно некоторым вариантам реализации, таким как показанный на фиг. 1А, стойки 131 образуют два ряда. Заготовка проходит между двумя рядами стоек 131, используемых в качестве защитных устройств, предотвращающих контакт заготовки с анодом 132, расположенным между стойками 131 и боковыми стенками анодного
узла. Согласно некоторым вариантам реализации вертикальные стойки 131 являются перфорированными подъемными трубками.
Анод 132 в анодном узле 130 может быть изготовлен из любого материала, подходящего для использования в электроосаждении нанослоистых слоев на проводящий материал. Анод и соответствующий узел 12 0 катодной щетки соединены с одним источником питания (не показано на фиг. 1А и 1В) для обеспечения возможности протекания электронов через раствор электролита и формирования нанослоистых слоев на заготовке таким образом. Раствор электролита содержится внутри анодного узла 130 и, в результате, нанесение электролитического покрытия на материал заготовки, проходящей через анодный узел 130, происходит в анодном узле 130.
Анод (выполняющий функцию анода, кроме как во время реверсивных импульсов) может быть инертным или может быть активным, при этом анод будет содержать частицы металла, подлежащие нанесению, и будет растворен в растворе во время операции.
Согласно некоторым вариантам реализации расстояние между заготовкой, проходящей через электролитическую ячейку 100, и анодом 132 может быть регулируемо для регулирования различных характеристик нанослоистых слоев, наносимых на заготовку, таких как толщина нанослоистых слоев. Согласно некоторым вариантам реализации анод 132 выполнен с возможностью регулирования и может быть расположен ближе к боковым стенкам анодного узла (для создания большего расстояния между заготовкой и анодом) или ближе к стойкам (для уменьшения расстояния между заготовкой и анодом). Согласно некоторым вариантам реализации расположение заготовки при ее прохождении через анодный узел может быть регулируемо для ее перемещения ближе к конкретной боковой стенке анодного узла или дальше от нее. В таких вариантах реализации перемещение заготовки таким образом, что она не проходит вдоль центральной линии анодного узла (и, таким образом, не находится на одинаковом расстоянии от анодов на каждой боковой стенке анодного узла), может приводить к различному нанесению
нанослоистых покрытии на каждую сторону заготовки [например, нанослоистые слои различной толщины).
Как показано на фиг. 1А, анодный узел 130 также включает в себя впускной канал 133 и выпускной канал 134 на противоположных концах анодного узла 130. Впускной канал 133 и выпускной канал 134 в целом представляют собой узкие вертикальные отверстия {например, 0,25 дюйма (0, 635 см) в ширину) в анодном узле 130, через которые заготовка проходит в анодный узел 130 и из него.
Хотя это не показано на остальных чертежах, аналогичные впускной и выпускной каналы могут быть выполнены в любых емкостях, расположенных внутри больших блоков, описанных в настоящем документе, для обеспечения возможности прохождения заготовки в емкости и из них.
Хотя не показано на фиг. 1А и 1В, электролитическая ячейка, а, более конкретно, анодный узел, может также включать в себя механизм для перемешивания раствора электролита. Смешивание электролита в электролитической ячейке может быть обеспечено циркуляцией раствора, механическим смесителем, ультразвуковыми устройствами для перемешивания и/или любыми другим способом перемешивания раствора, известным специалистам в данной области техники. Хотя смешивание основной массы может быть обеспечено смесителем, выполненным с возможностью управления или настройки для работы на разных скоростях во время процесса электроосаждения, электролитическая ячейка может при необходимости включать одно или более ультразвуковых устройств для перемешивания. Ультразвуковые устройства для перемешивания устройства могут быть выполнены для независимой работы в непрерывном или прерывистом режиме {например, в импульсном режиме). Согласно одному варианту реализации ультразвуковые устройства для перемешивания могут работать с частотой, составляющей приблизительно 17000-23000Гц. Согласно другому варианту реализации они могут работать с частотой, составляющей приблизительно 2 0000 Гц.
Со ссылкой на фиг. 2А и 2В изображен блок 2 00 промывки, в котором электролит и/или другие технологические растворы могут быть смыты с заготовки. Блок 2 00 промывки, изображенный на фиг.
2А и 2В, представляет собой блок трехкратной промывки, содержащий три ступени промывки. Блок 2 00 промывки может включать любое подходящее количество ступеней. Например, на фиг. 4А и 4В показан блок 4 00 пятикратной промывки, включающий в себя пять ступеней промывки, а на фиг. 5А и 5В показан блок 500 двукратной промывки, соединенный с электролитической ячейкой 100. Глубина и высота блока промывки будет обычно равняться глубине и высоте электролитической ячейки {например, 2 фута (60, 96 см) в ширину, 1 фут и 2 дюйма (35, 56 см) в глубину), а длина блока промывки будет зависеть от числа ступеней. Согласно некоторым вариантам реализации длина блока трехкратной промывки, изображенного на фиг. 2А и 2В, составляет 1 фут (30, 48 см), длина блока пятикратной промывки, изображенного на фиг. 4А и 4В составляет, 1 фут б и 5/8 дюйма (47, 308 см), а длина блока двукратной промывки, изображенного на фиг. 5А и 5В, составляет 8 и 3/4 дюйма (22,22 5 см).
Блок 2 00 промывки в целом включает в себя закрытую полость 210. Закрытая полость 210 представляет собой закрытый резервуар или емкость, через которую может проходить заготовка. Закрытая полость 210 может быть изготовлена из любого подходящего материала, и согласно некоторым вариантам реализации изготовлена из полипропилена. Закрытая полость может включать в себя крышку 211 и выпускную пластину 212 для безопасного выведения газа и пара из блока 2 00 промывки. Закрытая полость 210 может также включать в себя впускной и выпускной каналы (не показано), расположенные на любом из концов закрытой полости для обеспечения возможности прохождения заготовки в закрытую полость 210 и из нее. Аналогично впускным каналам, описанным ранее относительно закрытой полости 110 электролитической ячейки, каналы представляют собой в целом узкие вертикальные отверстия.
Блок 2 00 промывки также включает в себя одну или более распределительных труб 22 0 для каждой ступени блока 2 00 промывки. Как показано на фиг. 2А и 2В, каждая ступень блока 200 промывки включает в себя две распределительные трубы 220. Раствор для промывки {например, воду) подают из распределительных труб 22 0 для смывания технологического
раствора и/или других материалов с заготовки, проходящей через
блок 2 00 промывки. Согласно некоторым вариантам реализации
распределительная труба 22 0 является гибкой трубкой для
обеспечения возможности различного расположения
распределительной трубы внутри блока 2 00 промывки.
Каждая распределительная труба 22 0 может быть сопряжена с впускным отверстием 221 промывки, подающим раствор для промывки в блок 200 промывки через распределительную трубу 220. Каждое впускное отверстие 221 промывки может быть управляемым посредством клапана 222 управления расходом. Блок 200 промывки может также включать в себя одно или более выпускных отверстий 230 для обеспечения возможности вывода раствора для промывки и технологического раствора из блока 200 промывки.
Как показано на фиг. 2А и 2В, блок промывки может также включать в себя узел 12 0 катодной щетки. Узел катодной щетки подобен или идентичен узлу 12 0 катодной щетки, расположенному в электролитической ячейке 100 и более подробно описанному ранее. Узел 12 0 катодной щетки выполняет функцию направляющей для способствования направлению заготовки через блок промывки. Узел 12 0 катодной щетки также обеспечивает средство для продолжения заряда заготовки во время ее перемещения по технологической поточной линии.
На фиг. ЗА и ЗВ показана электролитическая ячейка 100 и блок 2 00 промывки, совмещенные с образованием части общей технологической поточной линии для электроосаждения нанослоистого материала. В этой конфигурации выпускной канал 117 закрытой полости 110 электролитической ячейки выровнен с впускным каналом закрытой полости 210 блока 2 00 промывки таким образом, чтобы обеспечивать возможность перемещения заготовки от электролитической ячейки 100 в блок 2 00 промывки. Согласно некоторым вариантам реализации прокладка или уплотнитель (не показано) может быть использован для удержания электролитической ячейки 100 и блока 2 00 промывки вместе, и предотвращения утечки между блоками. Подобные прокладки или уплотнители могут быть использованы для соединения любых двух блоков, описанных в
настоящем документе, для, например, предотвращения утечки технологической текучей среды из блоков и/или в смежные блоки.
Со ссылкой на фиг. 6А и 6В показан иммерсионный блок 60 0, совмещенный с блоком 2 00 промывки (пятикратной промывки). Иммерсионный блок 60 0 может быть использован для осуществления, например, кислотного активирования на заготовке после осуществления этапов нанесения электролитического покрытия. Иммерсионный блок 60 0 в целом включает в себя закрытую полость 610 и иммерсионную емкость 62 0, расположенную внутри закрытой полости 610.
Закрытая полость 610 в целом представляет собой резервуар или емкость, подходящую для содержания технологических растворов, используемых на этапе кислотного активирования. Закрытая полость 610 может быть изготовлена из любого материала, подходящего для содержания технологического раствора, используемого в процессе кислотного активирования. Согласно некоторым вариантам реализации закрытая полость 610 включает в себя одно или более выпускных отверстий 611 для выведения технологического раствора из закрытой полости 610. Закрытая полость 610 может также включать в себя впускной и выпускной каналы, обеспечивающие возможность прохождения заготовки в закрытую полость 610 и из нее. Как описано ранее относительно, например, электролитической ячейки, впускной и выпускной каналы могут представлять собой узкие вертикальные зазоры.
Иммерсионная емкость 62 0 представляет собой резервуар или емкость, в которую протекает технологический раствор для кислотного активирования. Согласно некоторым вариантам реализации иммерсионная емкость 62 0 включает в себя дно из перфорированной пластины, через которое технологический раствор протекает для наполнения иммерсионной емкости 62 0. Технологический раствор может быть введен в иммерсионную емкость 62 0 через впускное отверстие 621. Управление потоком технологического раствора в иммерсионную емкость 62 0 через впускное отверстие 621 может быть осуществлено посредством клапана 622 регулирования расхода. Иммерсионная емкость 62 0 может также включать в себя один или более направляющих роликов
62 3, вокруг которых заготовка наматывается для увеличения количества времени, на протяжении которого заготовка остается в иммерсионной емкости 62 0. Иммерсионная емкость 62 0 может включать в себя впускной канал и выпускной канал на противоположных концах иммерсионной емкости таким образом, чтобы обеспечивать возможность прохождения заготовки в иммерсионную емкость и из нее. Впускной и выпускной каналы обычно представляют узкие вертикальные зазоры.
Со ссылкой на фиг. 7А и 7В показана сушилка 7 00 с принудительной подачей воздуха, подходящая для использования в технологической поточной линии. Сушилка 7 00 с принудительной подачей воздуха может быть сушилкой с принудительной подачей воздуха любого подходящего типа, выполненной с возможностью высушивания заготовки во время ее прохождения через сушилку с принудительной подачей воздуха. Как показано на фиг. 7А и 7В, сушилка 7 00 с принудительной подачей воздуха может быть выполнена таким образом, чтобы включать в себя узкий канал 710, через который может проходить заготовка. Узкий канал может быть образован посредством изолированных блоков 711. Сушилка 7 00 с принудительной подачей воздуха может содержаться внутри закрытой полости 72 0, такой как резервуар или емкость, которая включает в себя крышку 721. Согласно некоторым вариантам реализации горячий воздух вводят в сушилку 7 00 с принудительной подачей воздуха из одного или более впускных отверстий, расположенных под сушилкой 7 00 с принудительной подачей воздуха. Размеры сушилки с принудительной подачей воздуха в целом не ограничены. Согласно некоторым вариантам реализации сушилка с принудительной подачей воздуха имеет одинаковую высоту и ширину с другими блоками технологической поточной линии {например, 2 фута (60,96 см) в ширину, 1 фут и 2 дюйма (35, 56 см) в высоту), а ее длина составляет 2 фута (60,96 см).
На фиг. 8А и 8В показано устройство 800 протягивания ленты, которое может быть использовано для протягивания заготовки через технологическую поточную линию. Устройство протягивания ленты может включать в себя множество роликов 810, обеспечивающих протягивание заготовки через технологическую поточную линию.
Может быть использовано любое подходящее количество роликов 810. Согласно некоторым вариантам реализации один из роликов 810 может являться собирающим роликом, вокруг которого обматывают обработанную заготовку для хранения. Ролики 810 могут быть расположены сверху на столе 82 0, как показано на фиг. 8А и 8В. Также, как показано на фиг. 8А и 8В, устройство 800 протягивания ленты может включать в себя узел 12 0 катодной щетки для направления заготовки по направлению к роликам 810 и подачи тока на заготовку. Устройство 800 протягивания ленты может быть использовано для регулирования скорости, с которой заготовку протягивают через технологическую поточную линию.
На фиг. 9А, 9В, 10А, 10В, НА, 11В, 12А, 12В, 13А и 13В показаны виды сверху и сбоку различных накопительных резервуаров, подходящих для использования в технологической поточной линии, описанной в настоящем документе. Резервуары выполнены с возможностью накопления различных технологических растворов, и обычно изготовлены из различных материалов, подходящих для содержания технологического раствора любого типа, подлежащего накоплению внутри резервуара. Каждый резервуар может при необходимости включать покрытие там, где это требуется. Согласно некоторым вариантам реализации резервуары могут включать в себя перегородки, такие как показанные на фиг. 10А.
На фиг. 14 показана конфигурация расположения труб и приборов для электролитической ячейки 100. Электролитическая ячейка 100 подобна или идентична электролитической ячейке, показанной на фиг. 1А и 1В, включающей в себя закрытую полость 110, узел 12 0 катодной щетки и анодный узел 130, содержащий анод 132. Конфигурация включает в себя источник 1410 питания и накопительный резервуар 1420.
Накопительный резервуар 1420 используют для накопления источника раствора электролита. Накопительный резервуар 1420 также включает в себя насос 1421 и входную линию 1422. Насос 1421 используют для нагнетания раствора электролита в анодный узел 130 через линию 1422. Линия 1422 может быть разделена один или более раз таким образом, чтобы обеспечивать подачу раствора электролита на каждое впускное отверстие 111 {например, в случае
с двумя впускными отверстиями 111, изображенными на фиг. 14) . Управление потоком раствора электролита из накопительного резервуара 1420 в анодный узел 130 может осуществляться посредством клапанов 112 регулирования расхода. Как показано на фиг. 14, входная линия 1422 может также включать в себя различные измерители расхода, измерители давления и клапаны при необходимости. Выходная линия 142 3 также может быть выполнена для возвращения раствора электролита обратно в накопительный резервуар 1420. Выходная линия 1423 сообщает выпускные отверстия 113 в закрытой полости 110 с накопительным резервуаром 1420 по текучей среде.
Источник 1410 питания соединен с каждым из узлов 120 катодной щетки и анодов 132, расположенных в электролитической ячейке 100. Линия 1411 соединяет отрицательный вывод источника питания с узлом 120 катодной щетки. Линия 1412 соединяет положительный вывод с анодом 132.
На фиг. 15 показана приведенная в качестве примера конфигурация расположения труб и приборов для блока 2 00 промывки с тремя ступенями. Блок 2 00 промывки может быть подобен или идентичен блоку 2 00 промывки, показанному на фиг. 2А и 2В. Конфигурация включает в себя накопительный резервуар 1510, который включает в себя две перегородки 1511 для образования трех отдельных накопительных областей внутри накопительного резервуара 1510. Насос 1520 выполнен в каждой области таким образом, чтобы обеспечивать нагнетание раствора в каждой области к блоку промывки. Согласно некоторым вариантам реализации блок 200 промывки использует три отдельных технологических раствора, таким образом обеспечивая хорошую приспособленность конфигурации, показанной на фиг. 15, для блока 2 00 промывки с тремя ступенями. Линия 1512 соединяет каждую область с впускным отверстием 221 в блоке 200 промывки. Каждое впускное отверстие 221 сопряжено с распределительной трубой 220. Линия 1512 может быть разделена для обеспечения технологического раствора к каждому впускному отверстию 221 внутри ступени блока 2 00 промывки, и каждая линия 1512 может включать в себя клапан 222 регулирования расхода для управления потоком раствора для
промывки в блок 2 00 промывки. Как показано на фиг. 15, входные линии 1511 могут также включать в себя различные измерители расхода, измерители давления и клапаны при необходимости.
Выходные линии 1513 могут также быть выполнены для обеспечения возможности возвращения технологического раствора обратно в накопительный резервуар 1510. Выходные линии 1513 сообщаются по текучей среде с выпускными отверстиями 230 блока промывки.
Со ссылкой на фиг. 16 показана приведенная в качестве примера конфигурация расположения труб и приборов для иммерсионного блока 600 и блока 200 промывки с пятью ступенями. Иммерсионный блок 60 0 и блок 2 00 промывки с пятью ступенями подобны или идентичны показанным на фиг. 6А и 6В. Конфигурация включает в себя два накопительных резервуара 1610 и 1620. Накопительный резервуар 1610 накапливает технологическую текучую среду для использования в иммерсионном блоке 600, а накопительный резервуар 162 0 накапливает технологическую текучую среду для блока 2 00 промывки с пятью ступенями.
Накопительный резервуар 1610 включает в себя насос 1611 для нагнетания технологической текучей среды из накопительного резервуара 1610 в иммерсионный блок 60 0. Впускная линия 1612 проходит между насосом 1611 и впускным отверстием 621 в иммерсионной емкости 62 0. Линия 1612 может быть разделена на две линии для питания нескольких впускных отверстий 621. Как показано на фиг. 16, линия 1612 разделена один раз таким образом, чтобы обеспечивать соединение по текучей среде двух линий с впускным отверстием 621 в каждой из двух иммерсионных емкостей 62 0. Линия 1612 может также включать в себя клапаны 622 регулирования расхода для управления протеканием технологической текучей среды в иммерсионные емкости 620. Линия 1612 может включать в себя различные измерители расхода, измерители давления и клапаны при необходимости.
Выходная линия 1613 может также быть выполнена для обеспечения возможности возвращения технологического раствора обратно в накопительный резервуар 1610. Выходная линия 1613
сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 611 закрытой полости 610.
Накопительный резервуар 162 0 подобен накопительному резервуару 1510, показанному на фиг. 15. Накопительный резервуар включает в себя две перегородки 1621 для разделения накопительного резервуара 162 0 на три отдельных накопительных области. Каждая область включает в себя насос 1622, используемый для нагнетания технологической текучей среды из накопительного резервуара к ступени блока 2 00 промывки. Каждый насос 1622 сообщается по текучей среде с впускной линией 1623, завершающейся на впускных отверстиях 221 блока 2 00 промывки. Каждая линия 162 3 может быть разделена для питания разных впускных отверстий 221 внутри одной ступени и впускных отверстий в разных ступенях блока 2 00 промывки. Например, как показано на фиг. 15, впускная линия 162 3 разделена на четыре отдельных линии таким образом, что два впускных отверстия 221 в одной ступени промывки и два впускных отверстия 221 в другой смежной ступени могут быть питаемы одной линией 1623. Каждая линия, питающая впускное отверстие 221, может включать в себя клапан 222 регулирования расхода для управления потоком технологического раствора к впускному отверстию. Каждая линия 162 3 может включать в себя различные измерители расхода, измерители давления и клапаны при необходимости.
Выходные линии 1624 могут также быть выполнены для обеспечения возможности возвращения технологического раствора обратно в накопительный резервуар 1620. Выходная линия 1624 сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 230 блока 2 00 промывки. При питании двух или более ступеней одним технологическим раствором через впускную линию 1623, выпускные линии 162 4 расположены таким образом, чтобы возвращать выведенный технологический раствор из смежных ступеней, использующих один технологический раствор, в соответствующую отделенную область накопительного резервуара 1620.
На фиг. 17 показана конфигурация расположения труб и приборов для системы регулирования рН, подходящей для использования в управлении рН раствора электролита,
используемого в электролитической ячейке. Трубы и приборы, используемые для доставки раствора электролита из резервуара 142 0 в электролитическую ячейку, подобны или идентичны трубам и приборам, показанным на фиг. 14. Резервуар 1420 также включает в себя резервуар 1710, наполненный технологическим раствором, подходящим для регулирования рН раствора электролита при необходимости. Впускная линия 1720 проходит от резервуара 1710 к резервуару 1420 таким образом, что технологический раствор для регулирования рН раствора электролита может быть доставлен в резервуар 1420 при необходимости. Прибор 1730, используемый для наблюдения рН раствора электролита содержатся в резервуаре 1420. Этот прибор 1730 выполнен с возможностью отправки показаний приборов к системе 1740 управления, которая получает показания рН приборов и анализирует информацию для определения необходимости управления рН. При необходимости управления рН система 1740 управления отправляет сигнал к прибору 1750, сопряженному с резервуаром 1710. Эту информацию получает и обрабатывает прибор 1750, в результате чего обеспечивается отправка требуемого количества технологического раствора для управления рН к резервуару 1420.
Согласно некоторым вариантам реализации резервуар 1420 может также включать в себя смеситель 17 60 для смешивания технологического раствора для управления рН, вводимого в резервуар, с раствором электролита. Согласно некоторым вариантам реализации смешивающая лопасть смесителя 17 60 может быть расположена рядом с участком, в котором технологический раствор для управления рН вводят в резервуар 1420.
На фиг. 18А и 18В показан вариант реализации технологической поточной линии, в которой различные блоки, раскрытые в настоящем документе, совмещены для осуществления электроосаждения нанослоистых слоев на заготовку. В технологической поточной линии, показанной на фиг. 18А и 18В, заготовка проникает в технологическую поточную линию слева и покидает процесс справа.
Технологическая поточная линия может начинаться одним или более блоками предварительной обработки, направленными на
улучшение состояния заготовки для процесса электроосаждения. Согласно некоторым вариантам реализации первый блок в технологической поточной линии 1800 является блоком 1810 щелочной очистки. Блок 1810 щелочной очистки подобен электролитической ячейке, показанной на фиг. 1А и 1В. Щелочной блок 1810 не включает в себя узел катодной щетки или анод. Вместо этого, анодный узел наполнен щелочным очистителем, и заготовку перемещают через анодный узел для осуществления этапа очистки.
Далее, технологическая поточная линия включает в себя блок 182 0 электроочистки. Блок 182 0 электроочистки подобен электролитической ячейке, показанной на фиг. 1А и 1В. В этом случае и как показано на фиг. 18А и 18В, блок 1820 электроочистки включает в себя узел катодной щетки и анод в анодном узле таким образом, что электрополирование может быть осуществлено на заготовке для удаления нежелательного материала с поверхности заготовки {например, материал, который может препятствовать последующему электроосаждению). Соответственно, источник питания выполнен для блока 1820 электроочистки таким образом, что заготовка (посредством узла катодной щетки) и анод могут быть должным образом заряжены.
После блока 1820 электроочистки выполнен блок 1830 промывки. Как показано на фиг. 18А и 18В, блок 1830 промывки включает в себя три ступени, хотя может быть использовано меньшее или большее количество ступеней. Любой раствор для промывки, подходящий для удаления технологического раствора, используемого в блоке 1810 щелочной очистки и блоке 182 0 электроочистки, может быть использован в блоке 1830 промывки. Также, как показано на фиг. 18А и 18В, блок 1830 промывки может включать в себя узел катодной щетки для способствования направлению заготовки через блок 1830 промывки и подачи тока к заготовке при необходимости. Соответственно, источник питания может быть выполнен для подачи напряжения на узел катодной щетки в блоке 1830 промывки.
После блока 1830 промывки выполнена последовательность из трех блоков 1840 кислотного активирования. Показано три блока
1840 кислотного активирования, но при необходимости может быть использовано меньшее или большее количество блоков кислотного активирования. Блоки 184 0 кислотного активирования подобны блоку 1810 щелочной очистки в том, что этот блок выполнен наподобие электролитической ячейки, показанной на фиг. 1А и 1В, но без анода и узла катодной щетки. Заготовка проходит через анодный узел в каждом кислотном активаторе 1840, наполненном технологическим раствором, используемом для кислотного активирования. Любой материал, подходящий для кислотного активирования заготовки, может быть использован в ячейках 1840 кислотного активатора.
После блоков 184 0 кислотного активирования выполнен еще один блок 1850 промывки. Как показано на фиг. 18А и 18В, блок 1850 промывки включает в себя три ступени, хотя может быть использовано меньшее или большее количество ступеней. Любой раствор для промывки, подходящий для удаления технологического раствора, используемого в блоках 1840 кислотного активирования, может быть использован в блоке 18 50 промывки. Также, как показано на фиг. 18А и 18В, блок 1850 промывки может включать в себя узел катодной щетки для способствования направлению заготовки через блок 1850 промывки и подачи тока к заготовке при необходимости. Соответственно, источник питания может быть выполнен для подачи напряжения на узел катодной щетки в блоке 18 50 промывки.
После блока 1850 промывки заготовка проходит через множество электролитических ячеек I860. Как показано на фиг. 18А и 18В, технологическая поточная линия включает в себя 15 последовательных электролитических ячеек, через которые проходит заготовка, хотя может быть использовано меньшее или большее количество электролитических ячеек. Каждая электролитическая ячейка подобна или идентична электролитической ячейке, показанной на фиг. 1А и 1В.
Следует отметить, что управление каждой электролитической ячейкой I8 60 может быть осуществлено независимо от других электролитических ячеек I860. Каждая электролитическая ячейка может включать в себя свой собственный источник питания,
управление которым может быть осуществлено с использованием параметров, отличающихся от других электролитических ячеек I860, содержащихся в технологической поточной линии 18 00. Каждая электролитическая ячейка может включать в себя отличающийся раствор электролита. В каждой электролитической ячейке может быть использовано отличающееся расстояние между анодом и заготовкой. Любой другой переменный параметр технологического процесса в электролитической ячейке может быть регулирован в разных электролитических ячейках. Кроме того, технологическая поточная линия может быть использована для осуществления множества различных процедур нанесения покрытия, включая нанесение покрытий разных материалов и толщин на заготовку.
Различные источники питания, используемые для
электролитических ячеек, могут управлять плотностью тока различными способами, включая подачу тока двух или более, трех или более или четырех или более различных средних плотностей на заготовку при ее перемещении через электролитическую ячейку. Согласно одному варианту реализации источник питания выполнен с возможностью управления плотностью тока изменяющимся со временем способом, который включает в себя подачу тока смещения, таким образом, что заготовка остается катодной во время ее перемещения через электролитическую ячейку, а электрод остается анодным даже несмотря на изменение электрического потенциала между заготовкой и электродом. Согласно другому варианту реализации источник питания изменяет плотность тока изменяющимся со временем способом, который содержит изменение одного или более из: максимального тока, исходного тока, минимального тока, частоты, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
После электролитических ячеек I8 60 технологическая поточная линия 18 00 может включать в себя блок 187 0 промывки. Блок 187 0 промывки, показанный на фиг. 18А и 18В, включает в себя пять ступеней (хотя может быть использовано меньшее или большее количество ступеней). Блок 187 0 промывки может быть подобен или идентичен блоку промывки, показанному на фиг. 4А, 4В и 16. Блок 187 0 промывки может быть выполнен для доставки одного или более
разных технологических растворов, подходящих для промывки заготовки от технологических растворов, используемых в электролитических ячейках. Согласно некоторым вариантам реализации первая ступень блока промывки обеспечивает первый раствор для промывки, вторая и третья ступени обеспечивают второй раствор для промывки, а четвертый и пятый растворы обеспечивают третий раствор для промывки. Блок 187 0 промывки может также включать в себя узел катодной щетки.
После блока 187 0 промывки технологическая поточная линия 18 00 может включать в себя различные блоки последующей обработки. Согласно некоторым вариантам реализации после блока 187 0 промывки следует блок 1880 кислотного активирования. Блок кислотного активирования может быть подобен или идентичен иммерсионному блоку 60 0, показанному на фиг. 6А, 6В и 16. Блок 1880 кислотного активирования включает в себя иммерсионную емкость, наполненную технологическим раствором для осуществления кислотного активирования. Может быть использован любой материал, подходящий для осуществления кислотного активирования на заготовке. Заготовка проходит через иммерсионную емкость, которая подготавливает заготовку для следующих этапов последующей обработки.
После блока 1880 кислотного активирования технологическая поточная линия 1800 может включать в себя блок 1890 нанесения хроматного покрытия. Блок 18 90 нанесения хроматного покрытия может быть подобен кислотным активаторам 1840, используемым в части предварительной обработки технологической поточной линии 1800. Следовательно, блок 1890 нанесения хроматного покрытия подобен электролитической ячейке, показанной на фиг. 1А и 1В, но без анода или узла катодной щетки. Анодный узел наполнен технологическим раствором для осуществления этапа нанесения хроматного покрытия, а заготовку перемещают через анодный узел для подвергания заготовки воздействию технологического раствора.
После блока 18 90 нанесения хроматного покрытия технологическая поточная линия может включать в себя блок 1900 промывки. Блок 190 0 промывки может быть подобен или идентичен блоку 1870 промывки, включающему в себя использование пяти
ступеней и нескольких растворов для промывки. В блоке 1900 промывки растворы для промывки могут являться любыми растворами для промывки, подходящими для промывки заготовки от технологических растворов, используемых в блоке 1880 кислотного активирования и блоке 18 90 нанесения хроматного покрытия. Блок 1900 промывки может включать в себя узел катодной щетки для направления заготовки и для подачи напряжения при необходимости/по желанию.
После блока 1900 промывки технологическая поточная линия 18 00 может включать в себя сушилку 1910 с принудительной подачей воздуха. Сушилка 1910 с принудительной подачей воздуха может быть подобной или идентичной сушилку с принудительной подачей воздуха, показанной на фиг. 7А и 7В. Сушилку 1910 с принудительной подачей воздуха используют для осушения заготовки от растворов для промывки, используемых в блоке 1900 промывки.
Заготовка может быть перемещена через технологическую поточную линию 1800 с использованием устройства 1920 протягивания ленты, выполненного в конце технологической поточной линии 18 00. Устройство 1920 протягивания ленты может быть подобным или идентичным устройству протягивания ленты, показанному на фиг. 8А и 8В. Устройство 192 0 протягивания ленты может выполнять функцию регулятора скорости, выполненного с возможностью регулирования скорости, с которой заготовку протягивают через технологическую поточную линию.
2.2 Альтернативное устройство для электроосаждения
Непрерывное нанесение нанослоистых покрытий на проводящие материалы может быть осуществлено с использованием устройства для, как показано на фиг. 19. Устройство для электроосаждения может содержать:
по меньшей мере первую ячейку 1 для электроосаждения, через которую проводящую заготовку 2, которая выполняет функцию электрода в ячейке, перемещают на определенной скорости,
механизм управления скоростью, управляющий скоростью перемещения заготовки через ячейку для электроосаждения;
при необходимости смеситель для перемешивания электролита во время процесса электроосаждения (схематически изображено на фиг. 19 как деталь 3);
противоэлектрод 4; и
источник 8 электропитания, управляющий плотностью тока, применяемого к заготовке изменяющимся во времени способом по мере ее перемещения через ячейку.
Регулятор расхода (механизм управления производительностью) может быть выполнен цельно с одним или более приводными двигателями или конвейерной системой {например, ролики, колеса, шкивы и т.д. устройства), или может быть расположен в соответствующем управляющем оборудовании; соответственно, он не показан на фиг.1. Аналогично, противоэлектрод может быть выполнен в различных конфигурациях, включая штанги, пластины, проволоки, корзины, стержни, соответствующие аноды и т.п., но, не ограничиваясь ими, и, соответственно, репрезентативно изображен как пластина 4 на дне ячейки 1 для электроосаждения на фиг.19. Противоэлектрод, выполняющий функции анода, кроме как во время реверсивных импульсов, может быть инертным или может быть активным, при этом анод будет содержать частицы металла, подлежащие нанесению, и будет растворен в растворе во время операции.
Источник 8 электропитания может управлять плотностью тока различными способами, включая подачу тока двух или более, трех или более или четырех или более различных средних плотностей на заготовку во время ее перемещения через ячейку для электроосаждения. Согласно одному варианту реализации источник питания выполнен с возможностью управления плотностью тока изменяющимся со временем способом, который включает в себя подачу тока смещения, таким образом, что заготовка остается катодной во время ее перемещения через ячейку для электроосаждения, а электрод остается анодным даже несмотря на изменение электрического потенциала между заготовкой и электродом. Согласно другому варианту реализации источник питания изменяет плотность тока изменяющимся со временем способом, который содержит изменение одного или более из:
максимального тока, исходного тока, минимального тока, частоты, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
Заготовка может быть помещена в электролит посредством погружения в указанный электролит или посредством нанесения электролита на заготовку посредством распыления. Обеспечена возможность регулирования нанесения электролита на заготовку. Также обеспечена возможность регулирования скорости, на которой заготовку перемещают через электролит.
Смешивание электролита в ячейке для электроосаждения обеспечивается циркуляцией раствора, механическим смесителем и/или ультразвуковыми устройствами для перемешивания. Хотя смешивание основной массы может быть обеспечено смесителем 3, выполненным с возможностью управления или настройки для работы на разных скоростях во время процесса электроосаждения, устройство может при необходимости включать в себя одно или более ультразвуковых устройств для перемешивания, схематично изображенных блоками 5 в устройстве по фиг.19. Ультразвуковые устройства для перемешивания устройства могут быть выполнены для независимой работы в непрерывном или прерывистом режиме {например, в импульсном режиме). Согласно одному варианту реализации ультразвуковые устройства для перемешивания могут работать с частотой, составляющей приблизительно 17000-23000Гц. Согласно другому варианту реализации они могут работать с частотой, составляющей приблизительно 2 0000 Гц. Смешивание электролита может быть также осуществлено в отдельном резервуаре, и смешанный электролит может контактировать с заготовкой посредством погружения или посредством нанесения распылением. Вместо содержания одной или более солей металла, подлежащего нанесению электролитического покрытия, электролит может содержать две или более, три или более, или четыре или более различных электроосаждаемых солей металлов.
Устройство может включать в себя участок, от которого подают материал заготовки {например, отдающий барабан), и участок, на котором забирают заготовку с покрытием {например, принимающий барабан, который может составлять часть устройства
протягивания ленты для перемещения заготовки через устройство). Соответственно, устройство может содержать первый участок 6, от которого заготовку перемещают к ячейке для электроосаждения, и/или второй участок 7 для приема заготовки после ее перемещения через ячейку для электроосаждения. Участок 6 и участок 7 изображены в качестве шпинделей с барабанами на фиг.19, однако они также могут содержать полки для хранения удлиненных частей материалов, складывающее устройство и даже закрытые полости с одним или более небольшими отверстиями, из которых забирают заготовки {например, проволока, провод, полоса или лента) или в которые вводят заготовки с покрытием.
Согласно одному варианту реализации первый и/или второй участок содержит катушку или шпиндель. Согласно такому варианту реализации устройство может быть выполнено для нанесения нанослоистого покрытия на непрерывный отрезок соединенных частей, проволоки, стержня, листа или трубы, которые могут быть намотаны на катушку или вокруг шпинделя.
Устройство может также содержать водный или неводный электролит. Электролит может содержать соли двух или более, трех или более, или четырех или более электроосаждаемых металлов.
В дополнение к ранее указанным компонентам устройство может содержать один или более участков для обработки заготовки перед или после электроосаждения. Согласно одному варианту реализации устройство также содержит один или более участков, расположенных между первым участком и ячейкой для электроосаждения, в которых заготовка контактирует с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, травильного вещества и/или промывочного агента для удаления растворителя, кислоты, основы или травильного вещества. Согласно другому варианту реализации устройство также содержит один или более участков, расположенных между ячейкой для электроосаждения и вторым участком, в которых заготовку с покрытием подвергают одному или более из: чистки растворителем, чистки кислотой, чистки основой, пассивирующих обработок и промывания.
3.О Процесс электроосаждения для непрерывного нанесения нанослоистых покрытий на заготовки
Раскрытие, обеспеченное в этом разделе, является одинаково применимым к устройству и способам, описанным в разделах 2.1 и 2.2.
3.1 Заготовки
Заготовки могут быть выполнены в различных формах и с
различными очертаниями. Заготовки могут быть выполнены,
например, в форме проволоки, стержня, трубы или листового
материала {например, свертки или сложенные листы). Заготовки
могут быть металлической или другой проводящей полоской, листом
или проволокой. Заготовки могут также содержать
последовательность дискретных элементов, которые могут быть,
например, прикреплены к листу или решетке {например,
металлическая сетка или гибкая решетка) с образованием
листообразного узла, выполненного с возможностью введения в
ячейку для электроосаждения таким же образом, как по существу
плоские листы, на которые требуется нанесение нанослоистого
покрытия посредством электроосаждения. Заготовки, которые
являются последовательностью дискретных элементов,
присоединенных с образованием полоски, должны быть соединены посредством проводящего соединителя.
В качестве заготовки может быть использован практически любой материал, при условии возможности придания ему проводящих свойств и при отсутствии отрицательного воздействия электролита на него. Материалы, которые могут быть использованы для заготовок, без ограничения включают металл, проводящие полимеры {например, полимеры, содержащие полианилин или полипиррол), или непроводящие полимеры, преобразованные в проводящие посредством включения в них проводящих материалов {например, металлические порошки, углеродная сажа, графен, графит, нанотрубки углерода, нановолокна углерода или волокна графита) или химического нанесения металлического покрытия.
3.2 Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий может
осуществляться посредством способа, включающего:
перемещение заготовки через устройство, содержащее одну ячейку (или более ячеек) для электроосаждения, на определенной
скорости, при этом ячейка (ячейки) для электроосаждения содержит электрод и электролит, содержащий соли одного или более металлов, подлежащих электроосаждению; и
управление скоростью смешивания и/или плотностью тока, применяемого к заготовке изменяющимся во времени способом, во время перемещения заготовки через ячейку (ячейки), таким образом обеспечивая электроосаждение нанослоистого покрытия.
Посредством управления плотностью тока, применяемого к
заготовке изменяющимся во времени способом, могут быть
изготовлены нанослоистые покрытия, содержащие слои,
различающиеся по составу элементов и/или по микроструктуре электроосажденного материала. Согласно одному набору вариантов реализации управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает в себя подачу тока двух или более, трех или более, или четырех или более различных плотностей на заготовку во время ее перемещения через ячейку (ячейки) для электроосаждения. Согласно другому варианту реализации управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает в себя подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении через ячейку (ячейки) для электроосаждения, а электрод оставался анодным, даже несмотря на изменение электрического потенциала между заготовкой и электродом во времени для изготовления нанослоистого материала. Согласно другому варианту реализации управление плотностью тока изменяющимся со временем способом включает в себя изменение одного или более из: исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
Нанослоистые покрытия могут быть также образованы на заготовке во время ее перемещения через ячейку (ячейки) для электроосаждения посредством управления скоростью смешивания изменяющимся во времени способом. Согласно одному варианту реализации управление скоростью смешивания включает в себя перемешивание электролита посредством смесителя {например, насосного колеса или насоса) на различных скоростях. Согласно другому варианту реализации управление скоростью смешивания
включает в себя перемешивание электролита посредством управления ультразвуковым устройством для перемешивания изменяющимся во времени способом {например, непрерывно, прерывисто, с отличающейся во времени амплитудой или последовательностью ровных импульсов заданной амплитуды). Согласно другому варианту реализации управление скоростью смешивания включает в себя импульсное нанесение электролита на заготовку посредством распыления.
Согласно другому варианту реализации 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 во
время ее перемещения через ячейку (ячейки) для электроосаждения,
скорость, на которой заготовка проходит через ячейку (ячейки),
является другим управляемым параметром. Согласно одному варианту
реализации допустимые скорости находятся в диапазоне от
приблизительно 1 до приблизительно 300 фут/мин (0,3-91,4 м/мин).
Согласно другим вариантам реализации допустимые скорости больше
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), от приблизительно 30 до приблизительно
100 фут/мин (9-30 м/мин), от приблизительно 100 до
приблизительно 200 фут/мин (30-61 м/мин), от приблизительно 200
до приблизительно 300 фут/мин (61-91,4 м/мин), или больше чем
приблизительно 300 фут/мин (91,4 м/мин). Более высокие скорости
изменят время нахождения любого участка заготовки, на который
осуществляют нанесение, в ячейке (ячейках) для 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 ячейку
(ячейки). Дополнительно, при задействовании в процессах изменений плотности тока для обеспечения нанослоистого покрытия, скорость изменения плотности тока также должна быть увеличена при увеличении скорости перемещения заготовки через ячейку (ячейки) для электроосаждения.
Согласно одному варианту реализации процесс
электроосаждения может также включать в себя этап перемещения заготовки от первого участка к ячейке для электроосаждения или группе ячейки (ячеек) для электроосаждения {например, две или более, три или более, четыре или более, или пять или более ячеек для электроосаждения). Согласно другому варианту реализации процесс электроосаждения может также включать в себя этап перемещения заготовки от ячейки для электроосаждения или группы ячеек для электроосаждения ко второму участку для приема заготовки после электроосаждения нанослоистого покрытия. Согласно таким вариантам реализации устройство может содержать 1, 2, 3, 4, 5, б, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 или более ячеек для электроосаждения, каждая из которых может содержать отдельные источники питания для осуществления электроосаждения в своих соответствующих ячейках. То есть, способ может также включать в себя перемещение заготовки от первого участка к ячейке (ячейкам) для электроосаждения и перемещение заготовки от ячейки для электроосаждения ко второму участку.
3.3 Составы нанослоистого и мелкозернистого покрытия и электролита для их электроосаждения
Непрерывное электроосаждение нанослоистых покрытий может быть осуществлено на основании водных или неводных электролитов, содержащих соли металлов, подлежащих электроосаждению.
Согласно одному варианту реализации электроосаждение нанослоистого покрытия включает в себя электроосаждение слоистого состава, содержащего один или более, два или более, три или более, или четыре или более различных элементов, независимо выбранных из 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 процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов больше чем приблизительно 0,1,
приблизительно 0,05, приблизительно 0,01, приблизительно 0,005 или приблизительно 0,001%масс. Согласно одному такому варианту реализации электроосаждение нанослоистого покрытия включает в себя электроосаждение слоистого состава, содержащего два или более различных элементов, независимо выбранных из Ag, Al, Аи, 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 процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов больше чем приблизительно 0,005 или приблизительно 0,001%масс. Согласно другому такому варианту реализации электроосаждение нанослоистого покрытия включает в себя электроосаждение слоев, содержащих два или более различных металлов, при этом два или более различных металлов включают: Zn и Fe, Zn и Ni, Со и Ni, Ni и Fe, Ni и Cr, Ni и Al, Си и Zn, Си и Sn, или состав, содержащий А1 и Ni и Со (AINiCo) . Согласно любому из этих вариантов реализации нанослоистое покрытие может содержать по меньшей мере один участок, содержащий множество слоев, при этом толщина каждого из указанных слоев находится в диапазоне, выбранном независимо из: приблизительно 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 2 5 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 3 0 нм, от приблизительно 3 0 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 4 0 нм до приблизительно 8 0 нм, от приблизительно 7 5 нм до приблизительно 100 нм, от
приблизительно
100
приблизительно
120
нм,
приблизительно
120
приблизительно
140
нм,
приблизительно
140
приблизительно
180
нм,
приблизительно
180
приблизительно
200
нм,
приблизительно
200
приблизительно
225
нм,
приблизительно
220
приблизительно 250
нм,
или
приблизительно 150 нм до приблизительно 250 нм.
Согласно другому варианту реализации составы
электроосажденного нанослоистого покрытия содержат множество первых слоев и вторых слоев, отличающихся структурой или составом. Первые слои и вторые слои могут иметь дискретные или диффузные границы на стыке между слоями. Дополнительно, первые и
вторые слои могут быть расположены с чередованием первых и вторых слоев.
Согласно вариантам реализации, в которых электроосажденные нанослоистые покрытия содержат множество чередующихся первых слоев и вторых слоев, эти слои могут содержать два или более, три или более, четыре или более, шесть или более, восемь или более, десять или более, двадцать или более, сорок или более, пятьдесят или более, 100 или более, 200 или более, 500 или более, 1000 или более, 1500 или более, 2000 или более, 3000 или более, 50 0 0 или более, или 8 000 или более чередующихся первых и вторых слоев, независимо выбранных для каждого многослойного покрытия.
Согласно одному варианту реализации каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или большего количества элементов, независимо выбранных из: 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. Согласно другому варианту реализации каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или большего количества элементов, независимо выбранных из: Ag, Al, Аи, Со, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Ni, Р, Sb, Sn, Mn, Pb, Та, Ti, W, V и Zn. Согласно другому варианту реализации каждый первый слой и каждый второй слой содержит, по существу состоит из, или состоит из двух, трех, четырех или большего количества элементов, независимо выбранных из: Al, Аи, Со, Сг, Си, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Sn, Mn, Ti, W, V и Zn.
Согласно одному варианту 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 7 0%,
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%. Согласно такому варианту реализации 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%.
Согласно одному варианту 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 7 0%,
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. Согласно такому варианту реализации 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. Согласно таким вариантам реализации первые и вторые слои могут также содержать алюминий.
Согласно одному варианту 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 7 0%, 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 алюминий. Согласно такому варианту реализации 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 остаток слоя содержит никель.
Согласно одному варианту 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 7 0%, 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 железо. Согласно такому варианту реализации 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 остаток слоя содержит никель.
Согласно одному варианту 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 4 0%, приблизительно 4 0% до приблизительно 50%, приблизительно 50% до приблизительно 55%, приблизительно 55% до приблизительно 60%, приблизительно 60% до приблизительно 65%, приблизительно 65% до приблизительно 7 0%, приблизительно 7 0% 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 остаток слоя содержит железо. Согласно такому варианту реализации 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 остаток слоя содержит цинк.
Согласно любому из описанных ранее вариантов реализации каждый из первого и/или второго слоев может содержать один или более, два или более, три или более, или четыре или более элементов, независимо выбранных для каждого первого и второго слоя из группы, содержащей 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.
Согласно одному варианту реализации электроосаждение "мелкозернистого" или "сверхмелкозернистого" металла включает в себя электроосаждение металла или металлического сплава, средний размер зерна которого составляет от 1 нм до 5000 нм {например, 1-20, 1-100, 5-50, 5-100, 5-200, 10-100, 10-200, 20-200, 20-250, 20-500, 50-250, 50-500, 100-500, 200-1000, 500-2000 или 10005000 нм на основании измерений размера зерна на микроснимках). Согласно таким вариантам реализации мелкозернистый металл или сплав может содержать один или более, два или более, три или более, или четыре или более элементов, выбранных независимо из группы, содержащей 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. Мелкозернистые металлы и сплавы, включая характеризующиеся высокой степенью двойникования между зернами металла, могут оставаться пластичными, при этом имея одно или более свойств, включающих увеличенные твердость, предел прочности на разрыв и сопротивление коррозии по сравнению с электроосажденными металлами или сплавами одинакового состава с размером зерна от 5000 до 20000 нм или больше.
Согласно одному варианту реализации коэффициент термического расширения слоев нанослоистого покрытия и/или мелкозернистых слоев находится в пределах 2 0% (менее чем 2 0%, 15%.10%, 5% или 2%) заготовки в направлении, параллельном перемещению заготовки (т.е. в плоскости заготовки и параллельно направлению перемещения заготовки).
3.4 Обработки перед и после электроосаждения
Перед электроосаждением или после электроосаждения способы непрерывного электроосаждения нанослоистого покрытия могут включать дополнительные этапы обработки перед электроосаждением или после электроосаждения.
Соответственно, описанное ранее устройство может также содержать один или более участков между первым участком и ячейкой (ячейками) для электроосаждения, а способ может также включать в себя контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, травильного вещества или раствора
для промывки {например, вода) для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества. Дополнительно, описанное ранее устройство может также содержать один или более участков между ячейкой (ячейками) для электроосаждения и вторым участком, а способ может также включать в себя контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, пассивирующего агента или раствора для промывки {например, вода) для удаления растворителя, кислоты, основы или пассивирующего агента.
4.0 Нанослойные изделия, изготовленные посредством непрерывного электроосаждения
Раскрытие, обеспеченное в этом разделе, является одинаково применимым к устройству и способам, описанным в разделах 2.1 и 2.2.
Описанные в настоящем описании способ и устройство могут быть приспособлены для изготовления изделий, содержащих, состоящих по существу из, или состоящих из нанослойных материалов, посредством использования заготовки, к которой покрытие, применяемое во время электроосаждения, плотно не приклеивается. Изделие может быть получено после удаления заготовки из процесса электроосаждения посредством отделения покрытия от заготовки. Дополнительно, если заготовка не является плоской, трехмерные изделия могут быть образованы в качестве рельефа на рельефной поверхности заготовки.
5.О Конкретные варианты реализации
1. Устройство для электроосаждения нанослоистого покрытия, содержащее:
по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения {например, две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, четырнадцать, пятнадцать, шестнадцать или более ячеек для электроосаждения), через которые обеспечено перемещение проводящей заготовки с определенной скоростью, каждая ячейка для электроосаждения содержит электрод {например, анод); и
механизм управления скоростью, управляющий скоростью
перемещения заготовки через ячейку (ячейки) для
электроосаждения; при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит смеситель для перемешивания электролита в своей соответствующей ячейке для электроосаждения во время процесса электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит регулятор расхода для применения электролита к заготовке; и
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник питания {например, источник питания для каждой ячейки или групп ячеек, содержащей две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать или пятнадцать ячеек), управляющий плотностью тока и/или напряжением, подаваемым на заготовку изменяющимся со временем способом при ее перемещении через каждую ячейку для электроосаждения.
2. Устройство согласно варианту реализации 1, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает в себя подачу тока двух или более, трех или более, или четырех или более различных плотностей на заготовку во время ее перемещения по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения {например, две или более, три или более, четыре или более, пять или более, или каждую ячейку для электроосаждения).
3. Устройство согласно варианту реализации 2, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает в себя подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения {например, одну или более, две или более, три или более, четыре или более, пять или более, или каждую ячейку для электроосаждения), а электрод оставался анодным.
4. Устройство согласно любому из вариантов реализации 1 или 2, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
2.
5. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в котором одна или более из ячеек для электроосаждения также содержит ультразвуковое устройство для перемешивания.
6. Устройство согласно варианту реализации 5, в котором каждое ультразвуковое устройство для перемешивания выполнено с возможностью независимой работы в непрерывном или импульсном режиме.
7. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов
реализации, в котором по меньшей мере одна ячейка для
электроосаждения {например, одна или более, две или более, три
или более, четыре или более, пять или более, или каждая ячейка
для электроосаждения) содержит смеситель, функционирующий
независимо для переменного смешивания электролита,
расположенного в своей соответствующей ячейке (ячейках) для
электроосаждения.
8. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов реализации, также содержащее первый участок, от которого заготовку перемещают к ячейкам для электроосаждения, и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через одну или более ячеек для электроосаждения.
9. Устройство согласно варианту реализации 8, в котором первый и/или второй участок содержит катушку или шпиндель.
10. Устройство согласно варианту реализации 9, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу, выполненную с возможностью наматывания на указанную катушку или вокруг указанного шпинделя.
11. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в котором любая одна или более из указанной ячейки (ячеек) для электроосаждения {например, одна или более, две или более, три или более, четыре или более, пять или более, или каждая ячейка для электроосаждения) содержит (включает в себя) водный электролит.
12. Устройство согласно любому из вариантов реализации 110, в котором любая одна или более из указанной ячейки (ячеек) для электроосаждения {например, одна или более, две или более,
2.
три или более, четыре или более, пять или более, или каждая ячейка для электроосаждения) содержит (включает в себя) неводный электролит.
13. Устройство согласно любому предыдущему варианту реализации, в котором каждый из электролитов содержит соли двух или более, трех или более, или четырех или более электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита.
14. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов реализации, также содержащее один или более участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения, в которых заготовка контактирует с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, травильного вещества и промывочного агента для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
15. Устройство согласно любому из предыдущих вариантов реализации, также содержащее один или более участков, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком, в которых заготовку с покрытием подвергают одному или более из: чистки растворителем, чистки кислотой, чистки основой, пассивирующих обработок или промывания.
16. Способ электроосаждения нанослоистого покрытия, включающий:
обеспечение наличия устройства, содержащего по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения {например, две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, четырнадцать, пятнадцать или более ячеек для электроосаждения);
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник питания {например, источник питания для каждой ячейки или групп ячеек, содержащей две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать или пятнадцать ячеек), управляющий плотностью тока, подаваемого на заготовку изменяющимся со временем способом при ее перемещении через каждую ячейку для электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит электрод и электролит, содержащий соли двух или более, трех или более, или четырех или более различных электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита; и
перемещение заготовки по меньшей мере через первую ячейку
для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения
устройства с определенной скоростью и с независимым управлением
скоростью смешивания и/или плотность тока, подаваемого на
заготовку изменяющимся со временем способом при ее перемещении
через каждую ячейку для электроосаждения, с осуществлением таким
образом электроосаждения покрытия, содержащего слой
нанослоистого покрытия и/или один или более {например, два или более, три или более, четыре или более, или пять или более) слоев мелкозернистого металла.
17. Способ согласно варианту реализации 16, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока двух или более, трех или более, или четырех или более различных плотностей к заготовке во время ее перемещения по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения {например, две или более, три или более, четыре или более, или пять или более ячеек для электроосаждения).
18. Способ согласно варианту реализации 16 или 17, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения {например, две или более, три или более, четыре или более, или пять или более ячеек для электроосаждения), а электрод оставался анодным.
19. Способ согласно вариантам реализации 16 или 17, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
20. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-19, в котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит смеситель, при этом каждым смесителем управляют независимо на одной скорости или на разных скоростях для перемешивания
17.
электролита внутри его соответствующей ячейки для электроосаждения.
21. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-2 0, в
котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит
ультразвуковое устройство для перемешивания, при этом каждым
устройством для перемешивания управляют независимо в непрерывном
или прерывистом режиме для управления скоростью смешивания.
22. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-21,
также включающий в себя управление скоростью перемещения
заготовки через ячейки для электроосаждения.
23. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-22, в котором устройство также содержит первый участок, от которого заготовку перемещают к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения {например, ячейкам для электроосаждения), и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения {например, ячейки для электроосаждения), способ также включает в себя перемещение заготовки от первого участка к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения, и/или перемещение заготовки от первой ячейки для электроосаждения и второй ячейки для электроосаждения ко второму участку.
24. Способ согласно варианту реализации 23, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между первым участком и ячейкой (ячейками) для электроосаждения, а способ также включает в себя контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы и травильного вещества, и промывание для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества на одном или более из участков, расположенных между первым участком и ячейкой (ячейками) для электроосаждения.
25. Способ согласно вариантам реализации 23 или 24, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком, а способ также включает в себя контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы,
23.
пассивирующего агента и промывочного агента для удаления растворителя, кислоты, основы и/или пассивирующего агента на одном или более участках, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком.
26. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-25, в котором указанная заготовка содержит металл, проводящий полимер или непроводящий полимер, преобразованный в проводящий посредством включения в него проводящих материалов или химического нанесения металла.
27. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-26, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу.
28. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-27, в котором электролиты является/являются водным электролитом (электролитами) (например, один или более, два или более, или каждый электролит представляет собой водный электролит).
29. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-27, в котором электролит (электролиты) представляет/представляют собой неводный электролит (электролиты) {например, один или более, два или более, или каждый электролит представляет собой неводный электролит).
30. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-29, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает в себя электроосаждение состава, содержащего один или более, два или более, три или более, или четыре или более различных элементов, независимо выбранных из Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Мп, Мо, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, при этом процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов больше, чем 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
31. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-29, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает в себя электроосаждение состава, содержащего два или более различных элементов, независимо выбранных из Ag, Al, Au, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In,
26.
Mg, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, P, Pd, Pt, Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti,
W, V, Zn и Zr, при этом процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов более чем приблизительно 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
32. Способ согласно варианту реализации 31, в котором указанные два или более различных металла содержат: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 состав, содержащий А1 и Ni и Со.
33. Способ согласно любому из вариантов реализации 16-32, в котором нанослоистое покрытие содержит по меньшей мере один участок, содержащий множество слоев, при этом толщина каждого из указанных слоев находится в диапазоне, выбранном независимо от приблизительно 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 2 5 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 3 0 нм, от приблизительно 3 0 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 4 0 нм до приблизительно 8 0 нм, от приблизительно 7 5 нм до приблизительно 100 нм, от приблизительно 100 нм до приблизительно 120 нм, от приблизительно 120 нм до
приблизительно
140
нм,
приблизительно
140
приблизительно
180
нм,
приблизительно
180
приблизительно
200
нм,
приблизительно
200
приблизительно
225
нм,
приблизительно
220
приблизительно
250
нм,
или
от приблизительно
150
приблизительно
2 50 нм
34. Способ
согласно любому
из вариантов реализации
16-33,
котором слои нанослоистого покрытия содержат множество первых слоев и вторых слоев, отличающихся структурой или составом, и которые могут иметь дискретные или диффузные границы на стыке между первыми и вторыми слоями.
35. Способ согласно варианту реализации 34, в котором первые и вторые слои расположены с чередованием первых и вторых слоев.
36. Способ согласно варианту реализации 35, в котором указанное множество чередующихся первых слоев и вторых слоев содержит два или более, три или более, четыре или более, шесть или более, восемь или более, десять или более, двадцать или
35.
более, сорок или более, пятьдесят или более, 100 или более, 200 или более, 500 или более, 1000 или более, 1500 или более, 2000 или более, 4000 или более, 6000 или более, 8000 или более чередующихся первых и вторых слоев, независимо выбранных для каждого многослойного покрытия.
37. Способ согласно любому из вариантов реализации 34-36, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%.
38. Способ согласно варианту реализации 37, в котором каждый второй слой содержит кобальт и/или хром в диапазоне, независимо выбранном из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%.
39. Способ согласно любому из вариантов реализации 34-36, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из кобальта и/или хрома.
40. Способ согласно варианту реализации 39, в котором каждый второй слой содержит кобальт и/или хром в диапазоне, выбранном независимо из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из никеля.
41. Способ согласно любому из вариантов реализации 34-36, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из железа.
37.
42. Способ согласно варианту реализации 41, в котором каждый второй слой содержит железо в диапазоне, независимо выбранном из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из никеля.
43. Способ согласно любому из вариантов реализации 34-36, в котором каждый первый слой содержит цинк в диапазоне, независимо
выбранном
1%-
по. по. то.
J О / -JO 'Of
7%-
-10%,
10%-
15%,
15%-20%,
20%-
30%,
30%-40%,
40%-
50%
f 50t5 5 5 t5 ^
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%
или
99,5%-99,99%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из железа.
44. Способ согласно варианту реализации 43, в котором каждый второй слой содержит железо в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 30%-35%, а остаток слоя содержит, по существу состоит из или состоит из цинка.
45. Способ согласно любому из вариантов реализации 34-36, в котором один или более из указанных первых и/или вторых слоев содержит один или более, два или более, три или более, или четыре или более элементов, выбранных независимо для каждого первого и второго слоя из группы, содержащей Ag, Al, Аи, С, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Sb, Si, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
46. Продукт, изготовленный посредством способа согласно любому из вариантов реализации 16-45.
44.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для электроосаждения нанослоистого покрытия, содержащее:
по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения, каждая из которых содержит электрод, через который обеспечено перемещение проводящей заготовки с определенной скоростью, и
механизм управления скоростью, управляющий скоростью перемещения заготовки через ячейки для электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит смеситель для перемешивания электролита в своей соответствующей ячейке для электроосаждения во время процесса электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит регулятор расхода для применения электролита к заготовке; и
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник питания, управляющий плотностью тока, подаваемого на заготовку изменяющимся во времени способом по мере ее перемещения через каждую ячейку для электроосаждения.
2. Устройство по п. 1, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока двух или более, трех или более, или четырех или более различных плотностей на заготовку во время ее перемещения по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения.
3. Устройство по п. 2, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения, а электрод оставался анодным.
4. Устройство по п. 1 или 2, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
2.
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором одна или более из ячеек для электроосаждения также содержит ультразвуковое устройство для перемешивания.
6. Устройство по п. 5, в котором каждое ультразвуковое устройство для перемешивания выполнено с возможностью независимой работы в непрерывном или импульсном режиме.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по
меньшей мере одна ячейка для электроосаждения содержит
смеситель, функционирующий независимо для переменного смешивания
электролита, расположенного в своей соответствующей ячейке
(ячейках) для электроосаждения.
8. Устройство по любому из предыдущих пп., также содержащее первый участок, от которого заготовку перемещают к ячейкам для электроосаждения, и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через одну или более ячеек для электроосаждения.
9. Устройство по п. 8, в котором первый и/или второй участок содержит катушку или шпиндель.
10. Устройство по п. 9, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу, выполненную с возможностью наматывания на указанную катушку или вокруг указанного шпинделя.
11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором любая одна или более из указанных ячеек для электроосаждения содержит водный электролит.
12. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором любая одна или более из указанных ячеек для электроосаждения содержит неводный электролит.
13. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором каждый электролит содержит соли двух или более, трех или более, или четырех или более электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита.
14. Устройство по любому из предыдущих пунктов, также содержащее один или более участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения, в которых заготовка контактирует с одним или более из: растворителя, кислоты,
10.
основы, травильного вещества и промывочного агента для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, также
содержащее один или более участков, расположенных между ячейками
для электроосаждения и указанным вторым участком, в которых
заготовку с покрытием подвергают одному или более из: чистки
растворителем, чистки кислотой, чистки основой, пассивирующих
обработок или промывания.
16. Способ электроосаждения нанослоистого покрытия,
включающий:
обеспечение наличия устройства, содержащего по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения; и
перемещение заготовки по меньшей мере через первую ячейку
для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения
устройства с определенной скоростью и с независимым управлением
скоростью смешивания и/или плотность тока, подаваемого на
заготовку изменяющимся со временем способом при ее перемещении
через каждую ячейку для электроосаждения, с осуществлением таким
образом электроосаждения покрытия, содержащего слои
нанослоистого покрытия и/или один или более слоев мелкозернистого металла;
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник питания, управляющий плотностью тока, подаваемого на заготовку изменяющимся во времени способом по мере ее перемещения через каждую ячейку для электроосаждения; и
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит электрод и электролит, содержащий соли двух или более, трех или более, или четырех или более различных электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита.
17. Способ по п. 16, в котором управление плотностью тока
изменяющимся во времени способом включает подачу тока двух или
более, трех или более, или четырех или более различных
плотностей на заготовку во время ее перемещения по меньшей мере
через одну ячейку для электроосаждения.
18. Способ по п. 16 или 17, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения, а электрод оставался анодным.
19. Способ по п. 16 или 17, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
20. Способ по любому из пп. 16-19, в котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит смеситель, при этом каждым смесителем управляют независимо на одной скорости или на разных скоростях для перемешивания электролита внутри его соответствующей ячейки для электроосаждения.
21. Способ по любому из пп. 16-2 0, в котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит ультразвуковое устройство для перемешивания, при этом каждым устройством для перемешивания управляют независимо в непрерывном или прерывистом режиме для управления скоростью смешивания.
22. Способ по любому из пп. 16-21, также включающий управление скоростью перемещения заготовки через ячейки для электроосаждения.
23. Способ по любому из пп. 16-22, в котором устройство также содержит первый участок, от которого заготовку перемещают к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения, и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения, при этом способ также включает перемещение заготовки от первого участка к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения, и/или перемещение заготовки от первой ячейки для электроосаждения и второй ячейки для электроосаждения ко второму участку.
24. Способ по п. 23, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения, а способ также включает контакт
22.
заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы и травильного вещества, и промывание для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества на одном или более из участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения.
25. Способ по п. 23 или 24, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком, а способ также включает контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, пассивирующего агента и промывочного агента для удаления растворителя, кислоты, основы и/или пассивирующего агента на одном или более участках, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком.
26. Способ по любому из пп. 16-25, в котором указанная заготовка содержит металл, проводящий полимер или непроводящий полимер, преобразованный в проводящий посредством включения в него проводящих материалов или химического нанесения металла.
27. Способ по любому из пп. 16-26, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу.
28. Способ по любому из пп. 16-2 7, в котором электролиты представляют собой водные электролиты.
29. Способ по любому из пп. 16-2 7, в котором электролиты представляют собой неводные электролиты.
30. Способ по любому из пп. 16-2 9, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает электроосаждение состава, содержащего один или более, два или более, три или более, или четыре или более различных элементов, независимо выбранных из 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 процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов больше, чем 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
31. Способ по любому из пп. 16-2 9, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает электроосаждение состава, содержащего два или
30.
более различных элементов, независимо выбранных из Ag, Al, Аи, 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 процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов более чем приблизительно 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
32. Способ по п. 31, в котором указанные два или более различных металла содержат: 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 состав, содержащий А1 и Ni и Со.
33. Способ по любому из пп. 16-32, в котором нанослоистое покрытие содержит по меньшей мере один участок, содержащий множество слоев, при этом толщина каждого из указанных слоев находится в диапазоне, выбранном независимо от приблизительно 5 нм до приблизительно 250 нм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 2 5 нм, от приблизительно 10 нм до приблизительно 30 нм, от приблизительно 30 нм до приблизительно 60 нм, от приблизительно 4 0 нм до приблизительно 8 0 нм, от приблизительно 7 5 нм до приблизительно 100 нм, от приблизительно 100 нм до
приблизительно
120
нм,
приблизительно
120
приблизительно
140
нм,
приблизительно
140
приблизительно
180
нм,
приблизительно
180
приблизительно
200
нм,
приблизительно
200
приблизительно
225
нм,
приблизительно
220
приблизительно
250
нм,
или
от приблизительно
150
приблизительно 2 50 нм.
34. Способ по любому из пп. 16-33, в котором слои нанослоистого покрытия содержат множество первых слоев и вторых слоев, отличающихся структурой или составом, и которые могут иметь дискретные или диффузные границы на стыке между первыми и вторыми слоями.
35. Способ по п. 34, в котором первые и вторые слои расположены с чередованием первых и вторых слоев.
36. Способ по п. 35, в котором указанное множество чередующихся первых слоев и вторых слоев содержит два или более, три или более, четыре или более, шесть или более, восемь или более, десять или более, двадцать или более, сорок или более,
34.
пятьдесят или более, 100 или более, 200 или более, 500 или более, 1000 или более, 1500 или более, 2000 или более, 4000 или более, 6000 или более, 8 000 или более чередующихся первых и вторых слоев, независимо выбранных для каждого многослойного покрытия.
37. Способ по любому из пп. 34-36, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%.
38. Способ по п. 37, в котором каждый второй слой содержит кобальт и/или хром в диапазоне, независимо выбранном из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или ЗО'б ЗЗ'б •
39. Способ по любому из пп. 34-3 6, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%, а остаток слоя содержит кобальт и/или хром.
40. Способ по п. 39, в котором каждый второй слой содержит кобальт и/или хром в диапазоне, выбранном независимо из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%, а остаток слоя содержит никель.
41. Способ по любому из пп. 34-3 6, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%, а остаток слоя содержит железо.
42. Способ по п. 41, в котором каждый второй слой содержит железо в диапазоне, независимо выбранном из 1%-35%, 1%-3%, 2%-5%, 5%-10%, 10%-15%, 15%-20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%, а остаток слоя содержит никель.
37.
43. Способ по любому из пп. 34-3 6, в котором каждый первый слой содержит цинк в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 99,5%-99,99%, а остаток слоя содержит железо.
44. Способ по п. 43, в котором каждый второй слой содержит железо в диапазоне, независимо выбранном из 0,01%-35%, 0,01%-0 j 5 ts f О^З'б 0 ^ 8 ts ^ 0^5ts 1 ^ 0 "б ^ Its 3ts^ 2 ts 5^ ^ 5 ts 10 ^ ^ 10^ 15 ts ^ 15 ts 20%, 20%-25%, 25%-30% или 30%-35%, а остаток слоя содержит цинк.
45. Способ по любому из пп. 34-36, в котором один или более из указанных первых и/или вторых слоев содержит один или более, два или более, три или более, или четыре или более элементов, выбранных независимо для каждого первого и второго слоя из группы, содержащей Ag, Al, Аи, С, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Sb, Si, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
46. Продукт, изготовленный посредством способа по любому из пп. 16-45.
По доверенности
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИЗМЕНЕННАЯ ПО СТАТЬЕ 19 РСТ (ДЛЯ СВЕДЕНИЯ)
1. Устройство для электроосаждения нанослоистого покрытия, содержащее:
по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения, каждая из которых содержит электрод, через который обеспечено перемещение проводящей заготовки с определенной скоростью, и
механизм управления скоростью, управляющий скоростью одновременного перемещения проводящей заготовки через ячейки для электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит смеситель для перемешивания электролита в своей соответствующей ячейке для электроосаждения во время процесса электроосаждения;
при этом каждая ячейка для электроосаждения при необходимости содержит регулятор расхода для применения электролита к заготовке; и
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник электропитания, управляющий плотностью тока, подаваемого на заготовку изменяющимся во времени способом по мере ее перемещения через каждую ячейку для электроосаждения.
2. Устройство по п. 1, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока двух или более, трех или более, или четырех или более различных плотностей на заготовку во время ее перемещения по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения.
3. Устройство по п. 2, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения, а электрод оставался анодным.
4. Устройство по п. 1, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
2.
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором одна или более из ячеек для электроосаждения также содержит ультразвуковое устройство для перемешивания.
6. Устройство по п. 5, в котором каждое ультразвуковое устройство для перемешивания выполнено с возможностью независимой работы в непрерывном или импульсном режиме.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по
меньшей мере одна ячейка для электроосаждения содержит
смеситель, функционирующий независимо для переменного смешивания
электролита, расположенного в своей соответствующей ячейке
(ячейках) для электроосаждения.
8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, также содержащее первый участок, от которого заготовку перемещают к ячейкам для электроосаждения, и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через одну или более ячеек для электроосаждения.
9. Устройство по п. 8, в котором первый и/или второй участок содержит катушку или шпиндель.
10. Устройство по п. 9, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу, выполненную с возможностью наматывания на указанную катушку или вокруг указанного шпинделя.
11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором любая одна или более из указанных ячеек для электроосаждения содержит водный электролит.
12. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором любая одна или более из указанных ячеек для электроосаждения содержит неводный электролит.
13. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором каждый электролит содержит соли двух или более, трех или более, или четырех или более электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита.
14. Устройство по любому из пп. 1-4, также содержащее один или более участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения, в которых заготовка контактирует с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, травильного
8.
вещества и промывочного агента для удаления указанного растворителя, кислоты, основы или травильного вещества.
15. Устройство по любому из пп. 1-4, также содержащее один
или более участков, расположенных между ячейками для
электроосаждения и указанным вторым участком, в которых
заготовку с покрытием подвергают одному или более из: чистки
растворителем, чистки кислотой, чистки основой, пассивирующих
обработок или промывания.
16. Способ электроосаждения нанослоистого покрытия,
включающий:
обеспечение наличия устройства, содержащего по меньшей мере первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения; и
одновременное перемещение проводящей заготовки по меньшей мере через первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения устройства с определенной скоростью и с независимым управлением скоростью смешивания и/или плотность тока, подаваемого на заготовку изменяющимся со временем способом при ее перемещении через каждую ячейку для электроосаждения, с осуществлением таким образом электроосаждения покрытия, содержащего слои нанослоистого покрытия и/или один или более слоев мелкозернистого металла;
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит источник питания, управляющий плотностью тока, подаваемого на заготовку изменяющимся во времени способом по мере ее перемещения через каждую ячейку для электроосаждения; и
при этом каждая ячейка для электроосаждения содержит электрод и электролит, содержащий соли двух или более, трех или более, или четырех или более различных электроосаждаемых металлов, выбранных независимо для каждого электролита.
17. Способ по п. 16, в котором управление плотностью тока
изменяющимся во времени способом включает подачу тока двух или
более, трех или более, или четырех или более различных
плотностей на заготовку во время ее перемещения по меньшей мере
через одну ячейку для электроосаждения.
18. Способ по п. 16, в котором управление плотностью тока изменяющимся во времени способом включает подачу тока смещения таким образом, чтобы заготовка оставалась катодной при ее перемещении по меньшей мере через одну ячейку для электроосаждения, а электрод оставался анодным.
19. Способ по п. 16, в котором изменяющийся во времени способ включает одно или более из: изменения исходного тока, преобразования пульсирующим током и обратного преобразования пульсирующим током.
20. Способ по п. 16, в котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит смеситель, при этом каждым смесителем управляют независимо на одной скорости или на разных скоростях для перемешивания электролита внутри его соответствующей ячейки для электроосаждения.
21. Способ по п. 16, в котором одна или более ячеек для электроосаждения содержит ультразвуковое устройство для перемешивания, при этом каждым устройством для перемешивания управляют независимо в непрерывном или прерывистом режиме для управления скоростью смешивания.
22. Способ по п. 16, также включающий управление скоростью перемещения заготовки через ячейки для электроосаждения.
23. Способ по п. 16, в котором устройство также содержит первый участок, от которого заготовку перемещают к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения, и/или второй участок для приема заготовки после ее перемещения через первую ячейку для электроосаждения и вторую ячейку для электроосаждения, при этом способ также включает перемещение заготовки от первого участка к первой ячейке для электроосаждения и второй ячейке для электроосаждения, и/или перемещение заготовки от первой ячейки для электроосаждения и второй ячейки для электроосаждения ко второму участку.
24. Способ по п. 23, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения, а способ также включает контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы и травильного вещества, и промывание для удаления указанного
18.
растворителя, кислоты, основы или травильного вещества на одном или более из участков, расположенных между первым участком и ячейками для электроосаждения.
25. Способ по п. 23 или 24, в котором устройство также содержит один или более участков, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком, а способ также включает контакт заготовки с одним или более из: растворителя, кислоты, основы, пассивирующего агента и промывочного агента для удаления растворителя, кислоты, основы и/или пассивирующего агента на одном или более участках, расположенных между ячейками для электроосаждения и указанным вторым участком.
26. Способ по любому из пп. 16-24, в котором указанная заготовка содержит металл, проводящий полимер или непроводящий полимер, преобразованный в проводящий посредством включения в него проводящих материалов или химического нанесения металла.
27. Способ по любому из пп. 16-24, в котором заготовка представляет собой проволоку, стержень, лист, цепь, прядь или трубу.
28. Способ по любому из пп. 16-2 4, в котором электролиты представляют собой водные электролиты.
29. Способ по любому из пп. 16-2 4, в котором электролиты представляют собой неводные электролиты.
30. Способ по любому из пп. 16-2 4, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает электроосаждение состава, содержащего один или более, два или более, три или более, или четыре или более различных элементов, независимо выбранных из 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 процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов больше, чем 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
31. Способ по любому из пп. 16-2 4, в котором электроосаждение нанослоистого покрытия или мелкозернистого металла включает электроосаждение состава, содержащего два или более различных элементов, независимо выбранных из Ag, Al, Аи, Be, Со, Сг, Си, Fe, Нд, In, Мд, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Р, Pd, Pt,
30.
Re, Rh, Sb, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr, при этом процент содержания каждого из указанных независимо выбранных металлов более чем приблизительно 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,001%масс.
32. Способ по п. 31, в котором указанные два или более различных металла содержат: 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 состав, содержащий А1 и Ni и Со.
33. Способ по любому из пп. 16-24, в котором нанослоистое покрытие содержит по меньшей мере один участок, содержащий множество слоев, при этом толщина каждого из указанных слоев составляет от приблизительно 5 нм до приблизительно 250 нм.
34. Способ по любому из пп. 16-24, в котором слои нанослоистого покрытия содержат множество первых слоев и вторых слоев, отличающихся структурой или составом, и которые могут иметь дискретные или диффузные границы на стыке между первыми и вторыми слоями.
35. Способ по п. 34, в котором первые и вторые слои расположены с чередованием первых и вторых слоев.
36. Способ по п. 35, в котором указанное множество чередующихся первых слоев и вторых слоев содержит два или более, три или более, четыре или более, шесть или более, восемь или более, десять или более, двадцать или более, сорок или более, пятьдесят или более, 100 или более, 200 или более, 500 или более, 1000 или более, 1500 или более, 2000 или более, 4000 или более, 60 0 0 или более, 8 000 или более чередующихся первых и вторых слоев, независимо выбранных для каждого многослойного покрытия.
37. Способ по п. 34, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99% .
38. Способ по п. 37, в котором каждый второй слой содержит независимо выбранное содержание кобальта и/или хрома в диапазоне от 1%-35%масс.
32.
39. Способ по п. 34, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%масс., а остаток слоя содержит кобальт и/или хром.
40. Способ по п. 39, в котором каждый второй слой содержит независимо выбранное содержание кобальта и/или хрома в диапазоне от 1%-35%масс, а остаток слоя содержит никель.
41. Способ по п. 34, в котором каждый первый слой содержит никель в диапазоне, независимо выбранном из 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% или 98%-99%масс., а остаток слоя содержит железо.
42. Способ по п. 41, в котором каждый второй слой содержит независимо выбранное содержание железа в диапазоне от 1%-35%масс, а остаток слоя содержит никель.
43.
Способ по
п. 34, в
котором
каждый первый
слой
содержит
цинк в диапазоне,
независимо выбранном из 1%-5%,
*J о / о ,
7%-10%,
10%-15%,
15%-20%,
20%-30%,
30%-40%,
40%-50%, 50%-
- 5 5 ts,
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% или
99,5%-99
99%масс . , а
остаток слоя
содержит
железо.
44 .
Способ по
п. 43, в
котором
каждый второй
слой
содержит
независимо выбранное содержание железа в диапазоне от 0,01%-35%,масс, а остаток слоя содержит цинк.
45. Способ по п. 34, в котором один или более из указанных первых и/или вторых слоев содержит один или более, два или более, три или более, или четыре или более элементов, выбранных независимо для каждого первого и второго слоя из группы, содержащей Ag, Al, Аи, С, Сг, Си, Fe, Мд, Mn, Mo, Sb, Si, Sn, Pb, Та, Ti, W, V, Zn и Zr.
46. Продукт, изготовленный посредством способа по любому из пп. 16-24.
По доверенности
120
4aF
133
121 133 132 ? 131
о о о о
113
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
116 <
о о о о э| о о о о о|
120
/ 122g Ч_ 111 f ПО ( 122b 112 112J
100
ФИГ.1А
120
ФИГ.2А
210
221 20
230 -220
-221
222
ФИГ.ЗА
200
230 222 ФИГ.2В
400
500
О О О О О О
о о о о о о
о о о о о о ф
с о о о о о
у I
о о о о о о о о о
о о о о э
О О О О О
ФИГ.4А
ФИГ.5А
400
слсс
500
LV"\U
ФИГ.9А
ФИГ.10А
ФИГ.11А
ФИГ.9В
о п \г
ФИГ.10В
Ъ 0 LT
ФИГА 1В
ФИГ.12А
ФИГ.13А
U D И
Л П D О LT
ФИГ.ЗВ
112 ФИГ.1В
ФИГ.ЗВ
112 ФИГ.1В
ФИГ.ЗВ
112 ФИГ.1В
ФИГ.ЗВ
112 ФИГ.1В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
ФИГ.5В
ФИГ.6В
3/11
3/11
ФИГ.13В
ФИГ. 12В
ФИГ.13В
ФИГ. 12В
ФИГ.13В
ФИГ. 12В
ФИГ.13В
ФИГ. 12В
6/11
6/11
