用于連續施加納米層壓金屬涂層的方法和裝置制造方法及圖紙

本文描述用于通過電沉積連續施加納米層壓材料的裝置和方法。

Method and apparatus for continuously applying nano laminated metal coating

An apparatus and method for continuously applying nano laminated materials by electrodeposition are described herein.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于連續施加納米層壓金屬涂層的方法和裝置相關申請的交叉引用本申請要求2014年9月18日提交的美國臨時專利申請號62/052,345的權益，所述申請以引用的方式整體并入本文。此外，2013年3月15日提交的美國臨時申請號61/802,102和2014年3月18日提交的國際專利申請號PCT/US2014/31101的公開內容以引用的方式整體并入本文。背景在過去的幾十年已經廣泛地研究了納米層壓材料。結果是，那些材料的一些期望的先進性能特征已被發現并且它們在眾多領域中的潛在應用已得到承認。盡管納米層壓材料在眾多領域(包括民用基礎設施、汽車、航天航空、電子和其它領域)中的潛在應用已得到承認，但是總體來說，所述材料由于缺少其生產的連續工藝而不可大量使用。概述本文描述用于通過電沉積連續施加納米層壓材料的裝置和方法。在一些實施方案中，所述方法對耐腐蝕或可接受耐用涂飾劑(例如，涂料粉末涂層等)的材料(例如鋼)賦予穩定的機械和化學涂飾劑。附圖簡述圖1A和1B分別示出根據本文公開的各種實施方案的電鍍槽的頂視圖和側視圖；圖2A和2B分別示出根據本文公開的各種實施方案的三重沖洗單元的頂視圖和側視圖；圖3A和3B分別示出根據本文描述的各種實施方案的組合電鍍槽和三重沖洗單元的頂視圖和側視圖；圖4A和4B分別示出根據本文公開的各種實施方案的五重沖洗單元的頂視圖和側視圖；圖5A和5B分別示出根據本文公開的各種實施方案的組合電鍍槽和雙重沖洗單元的頂視圖和側視圖；圖6A和6B分別示出根據本文公開的各種實施方案的組合浸沒槽和五重沖洗單元的頂視圖和側視圖；圖7A和7B分別示出根據本文公開的各種實施方案的鼓風式干燥器的頂視圖和側視圖；圖8A和8B分別示出根據本文描述的各種實施方案的拉帶機的頂視圖和側視圖；圖9A和9B分別示出根據本文描述的各種實施方案的儲罐的頂視圖和側視圖；圖10A和10B分別示出根據本文描述的各種實施方案的儲罐的頂視圖和側視圖；圖11A和11B分別示出根據本文描述的各種實施方案的儲罐的頂視圖和側視圖；圖12A和12B分別示出根據本文描述的各種實施方案的儲罐的頂視圖和側視圖；圖13A和13B分別示出根據本文描述的各種實施方案的儲罐的頂視圖和側視圖；圖14示出用于根據本文描述的各種實施方案的電鍍槽的管道系統和儀器配置；圖15示出用于根據本文描述的各種實施方案的三重逆流沖洗單元的管道系統和儀器配置；圖16示出用于根據本文描述的各種實施方案的浸沒槽的管道系統和儀器配置；圖17示出用于根據本文描述的各種實施方案的鉻酸鹽涂覆槽的管道系統和儀器配置；圖18A和18B分別示出根據本文描述的各種實施方案的包括15個電鍍槽的連續納米層壓涂覆工藝線的頂視圖和側視圖；并且圖19示出用于施加納米層壓涂層的連續加工裝置，所述納米層壓涂層被配置用于可被軋制的導電性材料。詳述1.0定義如本文所用的“電解質”意指電解質浴、電鍍浴、或可由其電鍍一種或多種金屬的電鍍溶液。“工件”意指細長導電性材料或環狀導電性材料。如本文所用的“納米層壓”或“納米層壓的”是指包括一系列小于1微米層的材料或涂層。除非另外說明，否則作為百分比給出的所有組合物是作為重量％給出。2.0用于連續施加納米層壓涂層的電沉積裝置2.1示例性電沉積裝置圖1A-19示出各種工藝單元，其可以各種組合使用以形成能夠在導電性材料上進行連續施加納米層壓涂層的連續電沉積工藝線。工藝線的主要部件是圖1A和1B中所示的電鍍槽100。電鍍槽100是進行在導電性材料上施加納米層壓涂層的地方，并且通常包括外殼110、陰極電刷組件120和陽極組件130。如圖1A和1B中所示，電鍍槽100包括在外殼110中的各自兩個陰極電刷組件120和陽極組件130，以使得兩個工件可并行電鍍。外殼110通常是電鍍槽100的其它部件所位于的罐或容器。外殼110能夠在外殼110的壁內容納電解質溶液。任何合適的材料可以用于外殼，包括例如聚丙烯。外殼的尺寸通常不受限制。在一些實施方案中，外殼大約長3英尺、寬2英尺且高1英尺2英寸。外殼110包括一個或多個入口111，其中電解質溶液可被引入外殼110中。經由入口111進入外殼110的電解質溶液的流動可經由流動控制閥112控制。在一些實施方案中，入口被定位在陽極組件130內，以使得入口110將電解質溶液提供至位于外殼110內的陽極組件130中。外殼110還可包括一個或多個排出口113，以用于允許電解質溶液從外殼110排出。外殼110可覆蓋有折疊后蓋114，以使得外殼110的內部可與外部環境密封隔離。外殼110還可包括一個或多個通風狹槽115，以用于安全地從外殼110的內部排出氣體。如圖1A中所示，外殼110還包括在外殼110的相對端處的入口通道116和出口通道117。入口通道116和出口通道117通常是外殼110中的狹窄垂直狹縫(例如，0.5英寸寬)，工件通過所述入口通道和出口通道進入和離開外殼110。在一些實施方案中，通道116、117不延伸外殼110的整個高度。在一些實施方案中，通道116、117在外殼110的底部上方大約3英寸終止。為外殼110中的每條線提供入口通道116和出口通道117。例如，在圖1A中所示的配置中，外殼110將包括兩個入口通道116和兩個出口通道117，對于外殼110中的兩個平行工藝線各自一個。雖然未在其余附圖中示出，但是類似的入口通道和出口通道可設置在本文描述的所有單元中，以允許工件進入和離開各個單元。陰極電刷組件120提供用于將電流傳遞至將用作電鍍槽100中的陰極的工件的方式。因此，陰極電刷組件120通常包括連接至電源(圖1A和1B中未示出)的結構并且能夠在工件經過陰極電刷組件120時將電流傳遞至所述工件。陰極電刷組件可由適于接收電壓并將電流傳導性地傳遞至工件的任何材料制成。在一些實施方案中，陰極電刷組件120包括從陰極電刷組件120延伸的臂121。從陰極電刷組件120延伸的臂121可終止于垂直定向的桿122a。第二垂直桿122b可與垂直定向的桿122a間隔開，從而在垂直定向的桿122a、122b之間形成窄的通道。工件穿過通道并接觸垂直定向的桿122a，從而將電流傳遞至所述工件。在一些實施方案中，桿122a、122b中的一個或兩個是柔性的。陽極組件130是位于較大外殼110內的開口容器或罐。陽極組件130可包括位于整個陽極組件130中的一個或多個垂直柱131。在一些實施方案中，如圖1A中所示，柱131形成兩行。工件在兩行柱131之間行進，所述柱用作抵靠接觸位于柱131與陽極組件的側壁之間的陽極132的工件的安全防護件。在一些實施方案中，垂直柱131是穿孔的上升管。陽極組件130中的陽極132可由適合用于在導電性材料上電沉積納米層壓層的任何材料制成。陽極連接至與相應的陰極電刷組件120相同的電源(圖1A和1B中未示出)，從而提供電子流過電解質溶液并在工件上形成納米層壓層。電解質溶液容納在陽極組件130內，并且因此穿過陽極組件130的工件上的材料的電鍍在陽極組件130中發生。陽極(其除了在反向脈沖期間外用作陽極)可以是惰性的或可以是活性的，在這種情況下，陽極將包含待沉積的金屬物質并且在操作期間將溶解到溶液中。在一些實施方案中，可調節行進穿過電鍍槽100的工件與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電沉積納米層壓涂層的裝置，其包括：至少第一電沉積槽和第二電沉積槽，所述電沉積槽中的每個包括電極，導電性工件以一定速率移動通過所述電沉積槽，以及速率控制機構，其控制所述工件移動通過所述電沉積槽的所述速率；其中每個電沉積槽任選地包括混合器，所述混合器用于在電沉積工藝期間在其各自電沉積槽中攪拌電解質；其中每個電沉積槽任選地包括流動控制單元，所述流動控制單元用于將電解質施加至所述工件；以及其中每個電沉積槽具有電源，所述電源當所述工件移動通過每個電沉積槽時以隨時間變化的方式控制施加于所述工件的電流密度。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.09.18 US 62/052,3451.一種用于電沉積納米層壓涂層的裝置，其包括：至少第一電沉積槽和第二電沉積槽，所述電沉積槽中的每個包括電極，導電性工件以一定速率移動通過所述電沉積槽，以及速率控制機構，其控制所述工件移動通過所述電沉積槽的所述速率；其中每個電沉積槽任選地包括混合器，所述混合器用于在電沉積工藝期間在其各自電沉積槽中攪拌電解質；其中每個電沉積槽任選地包括流動控制單元，所述流動控制單元用于將電解質施加至所述工件；以及其中每個電沉積槽具有電源，所述電源當所述工件移動通過每個電沉積槽時以隨時間變化的方式控制施加于所述工件的電流密度。2.如權利要求1所述的裝置，其中以隨時間變化的方式控制所述電流密度包括在所述工件移動通過至少一個電沉積槽時將兩種或更多種、三種或更多種或四種或更多種不同的電流密度施加于所述工件。3.如權利要求2所述的裝置，其中以隨時間變化的方式控制所述電流密度包括施加偏移電流，以使得當所述工件移動通過至少一個電沉積槽時所述工件保持為陰極而所述電極保持為陽極。4.如權利要求1或2所述的裝置，其中所述隨時間變化的方式包括以下中的一種或多種：改變基線電流、脈沖電流調制和反向脈沖電流調制。5.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其中一個或多個所述電沉積槽還包括超聲攪拌器。6.如權利要求5所述的裝置，其中每個超聲攪拌器連續地或以脈沖方式獨立地操作。7.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其中至少一個電沉積槽包括混合器，所述混合器獨立地操作以可變地混合在其各自電沉積槽中放置的電解質。8.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其還包括所述工件從其移動至所述電沉積槽的第一位置，和/或用于在所述工件已移動通過一個或多個所述電沉積槽后接收所述工件的第二位置。9.如權利要求8所述的裝置，其中所述第一和/或第二位置包括線軸或心軸。10.如權利要求9所述的裝置，其中所述工件是可纏繞在所述線軸上或在所述心軸周圍的電線、桿、片狀物、鏈、線或管。11.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其中任何一個或多個所述電沉積槽包括水性電解質。12.如權利要求1-10中任一項所述的裝置，其中任何一個或多個所述電沉積槽包括非水性電解質。13.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其中每種電解質包含對于每種電解質獨立地選擇的兩種或更多種、三種或更多種或四種或更多種可電沉積的金屬的鹽。14.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其還包括在所述第一位置與所述電沉積槽之間的一個或多個位置，在所述位置中使所述工件與溶劑、酸、堿、蝕刻劑和沖洗劑中的一種或多種接觸以除去所述溶劑、酸、堿或蝕刻劑。15.如前述權利要求中任一項所述的裝置，其還包括在所述電沉積槽與所述第二位置之間的一個或多個位置，在所述位置中使所述涂覆工件經受以下中的一項或多項：用溶劑清洗、用酸清洗、用堿清洗、鈍化處理或沖洗。16.一種電沉積納米層壓涂層的方法，其包括：提供裝置，所述裝置包括至少第一電沉積槽和第二電沉積槽；以及使工件以一定速率移動通過所述裝置的至少所述第一電沉積槽和所述第二電沉積槽且當所述工件移動通過每個電沉積槽時以隨時間變化的方式獨立地控制混合速率和/或施加于所述工件的電流密度，從而電沉積包含納米層壓涂層和/或一個或多個細粒金屬層的涂層；其中每個電沉積槽具有電源，所述電源當所述工件移動通過每個電沉積槽時以隨時間變化的方式控制施加于所述工件的所述電流密度；以及其中每個電沉積槽包括電極和電解質，所述電解質包含對于每種電解質獨立地選擇的兩種或更多種、三種或更多種或四種或更多種不同的可電沉積的金屬的鹽。17.如權利要求16所述的方法，其中以隨時間變化的方式控制所述電流密度包括在所述工件移動通過至少一個電沉積槽時將兩種或更多種、三種或更多種或四種或更多種不同的電流密度施加于所述工件。18.如權利要求16或17所述的方法，其中以隨時間變化的方式控制所述電流密度包括施加偏移電流，以使得當所述工件移動通過至少一個電沉積槽時所述工件保持為陰極而所述電極保持為陽極。19.如權利要求16或17所述的方法，其中所述隨時間變化的方式包括以下中的一種或多種：改變所述基線電流、脈沖電流調制和反向脈沖電流調制。20.如權利要求16-19中任一項所述的方法，其中一個或多個電沉積槽包括混合器，其中每個混合器獨立地以單一速率或以不同速率操作以攪拌在其各自電沉積槽內的所述電解質。21.如權利要求16-20中任一項所述的方法，其中一個或多個電沉積槽包括超聲攪拌器，其中每個攪拌器獨立地連續或以非連續方式操作以控制所述混合速率。22.如權利要求16-21中任一項所述的方法，其還包括控制所述工件移動通過所述電沉積槽的所述速率。23.如權利要求16-22中任一項所述的方法，其中所述裝置還包括所述工件從其移動至所述第一電沉積槽和所述第二電沉積槽的第一位置，和/或用于在所述工件已移動通過所述第一電沉積槽和所述第二電沉積槽后接收所述工件的第二位置，所述方法還包括使所述工件從所述第一位置移動至所述第一電沉積槽和所述第二電沉積槽和/或使所述工件從所述第一電沉積槽和所述第二電沉積槽移動至所述第二位置。24.如權利要求23所述的方法，其中所述裝置還包括在所述第一位置與所述電沉積槽之間的一個或多個位置，并且所述方法還包括使所述工件與溶劑、酸、堿和蝕刻劑以及沖洗劑中的一種或多種接觸以在所述第一位置與所述電沉積槽之間的一個或多個所述位置處除去所述溶劑、酸、堿或蝕刻劑。25.如權利要求23或24所述的方法，其中所述裝置還包括在所述電沉積槽與所述第二位置之間的一個或多個位置，并且所述方法還包括使所述工件與溶劑、酸、堿、鈍化劑和沖洗劑中的一種或多種接觸以在所述電沉積槽與所述第二位置之間的一個或多個位置處除去所述溶劑、酸堿和/或鈍化劑。26.如權利要求16-25中任一項所述的方法，其中所述工件由金屬、導電性聚合物或通過包藏導電性材料或無電施加金屬被賦予導電性的非導電性聚合物組成。27.如權利要求16-26中任一項所述的方法，其中所述工件是電線、桿、片狀物、鏈、線或管。28.如權利要求16-27中任一項所述的方法，其中所述電解質是水性電解質。29.如權利要求16-27中任一項所述的方法，其中所述電解質是非水性電解質。30.如權利要求16-29中任一項所述的方法，其中電沉積納米層壓涂層或細粒金屬包括所述電沉積包含一種或多種、兩種或更多種、三種或更多種或四種或更多種不同元素的組合物，所述元素獨立地選自Ag、Al...

【專利技術屬性】
技術研發人員：克里斯蒂娜·A·羅瑪瑟尼，
申請(專利權)人：莫杜美拓有限公司，
類型：發明
國別省市：美國,US