纳米层压黄铜合金的材料及其电化学沉积方法技术

本文中描述了制备具有可取并且有用的性质的纳米层压黄铜涂层和组件的方法。本文还描述了纳米层压黄铜组件以及涂覆有具有可取且有用性质的纳米层压黄铜涂层的塑料和聚合物基材。

【技术实现步骤摘要】

本公开概括地涉及电沉积方法，包括适用于制造由黄铜合金制得的呈现出高刚度 和拉伸强度的涂层和包层的电沉积方法。
技术实现思路
本公开的实施方式提供一种用于形成制品或涂层或包层的电沉积方法，所述制品 或涂层或包层无毒性，或者与用诸如镍、铬及其合金之类的毒性材料形成的涂层或包层相 比毒性较小。 本公开的其他实施方式提供一种形成高刚度及高弹性模量的沉积成层的黄铜合 金的电沉积方法。 本公开的其他实施方式提供在塑料或聚合物基材上的纳米层压黄铜涂层，该涂层 所具有的最大拉伸强度、挠曲模量、弹性模量和/或刚度比大于其上已电沉积与所述纳米 层压黄铜涂层的厚度和组成基本上相同的均匀黄铜涂层的所述传导性塑料或聚合物基材 的最大拉伸强度、挠曲模量、弹性模量和/或刚度比。其他实施方式描述用于制备那些涂层 的方法。 其他实施方式提供一种可用于在塑料或聚合物基材上以约100微米厚度沉积纳 米层压的黄铜合金涂层的电沉积方法。所述涂层可用于增强塑料或聚合物基材。 其他实施方式提供利用电沉积成层方法形成的黄铜合金层（涂层）。当该成层的 黄铜合金在芯棒上形成并可从该芯棒分离时，该成层的黄铜合金或涂层可以是独立于该芯 棒的制品或制品的组件。 其他实施方式提供制品（例如部件），其具有由电沉积成层的黄铜合金制得的涂 层或包层，包括沉积在塑料或聚合物基材上的涂层或包层。 其他实施方式提供涂层或包层，其提供在下层基材或物体与外部环境或人员之间 的保护屏障，用来保护该人员或环境免受由该基材或物体造成的潜在损害或其毒性。 其他实施方式提供涂层或包层，其提供在下层基材或物体与外部环境或人员之间 的保护屏障，用来保护该基材或物体免受该外部环境的损害、毒性，免于耗损和破裂或滥 用。 本公开的又一实施方式提供可在或接近环境温度下实施的电沉积方法。所述电沉 积方法制备制品，该制品包括纳米层压的黄铜组件和/或具有纳米层压黄铜涂层的基材， 并且与用与所述纳米层压黄铜组件或涂层具有相同组成的均匀黄铜合金制得的相同组件 或有涂层的基材相比，具有增高的最大拉伸强度、弹性模量和/或挠曲模量。【附图说明】 图1显示与无涂层的塑料基材相比，对于在塑料基材上的纳米层压黄铜涂层，强 度比相对于其厚度的相关性。 图2,图片A，显示相对于无涂层的ABS样品对具有纳米层压黄铜涂层的1/8英寸 和1/16英寸厚度的ABS (丙烯腈丁二烯苯乙烯）样品观察到的挠曲模量增高的柱状图。图 片B显示挠曲模量相对于金属占被纳米层压黄铜涂层所占样品横截面积部分的百分比的 散点图。 图3,图片A，显示对涂有100微米厚度的纳米层压黄铜涂层的厚1/8、1/16和1/20 英寸的ABS样品观察到的弹性模量增长的柱状图。所显示的增长是相对于无涂层的ABS样 品。图3的图片B显示有涂层的ABS样品（相对于无涂层的ABS样品）的弹性模量增长作 为涂布于该ABS样品的纳米层压黄铜涂层占该有涂层的ABS样品的横截面积的分数的函 数。图3,图片C，显示指明了聚合物基材和纳米层压涂层的位置的横截面（在此情况中所 显示的是长方形基材），由此可计算涂层占总横截面积的分数（不按实际比例）。 图4显示相对于无涂层的ABS样品，具有纳米层压黄铜涂层的ABS样品的刚度比 增长的柱状图。显示了纳米层压黄铜涂层占样品横截面积的1〇%、15%或20%的样品的刚 度比增长。【具体实施方式】 电沉积提供一种方法，用于形成可增强或保护在其之下的基材或基础组件的薄涂 层或包层，并用于形成具有涂层或包层的部件或组件。已发现电沉积的黄铜涂层或包层提 供了令人满意的增强和保护性质，而且那些性质在电沉积形成具有电沉积的物种或电沉积 物种微观结构呈周期性变化的纳米级多层的分层结构时进一步提高。电沉积还提供了用于 形成（例如电成型）一种制品的方法，该制品包括在例如芯棒上形成并可从该芯棒拆除的 组件或电成型组件。 作为一种方法，用电沉积来形成具有多层层压或多层层压的"纳米层"（即纳米层 压）的制品/组件和/或涂层提供了多种优点。纳米层压方法通过提供组成不同的纳米 级交替层来提高该基础材料（bulk material)的总体材料性质，从而显著提高该材料的性 质。可通过控制在各分层内的晶粒尺寸以及通过在组成不相似的界面之间加入（pinning) 纳米层来加强该材料。所产生的裂纹或缺陷被迫穿过数百或数千界面传送，由此通过阻碍 位错运动使该材料变硬和变强韧。 在电沉积方法的一个实施方式中，电沉积方法包括（a)将待涂布的芯棒或基材的 至少一部分置于包含锌和铜及所期望的其他金属的金属离子的第一电解质中，（b)施加电 流，并且随着时间改变电流的振幅、电解质温度、电解质添加剂浓度或者电解质的搅拌中的 一项或多项以产生电沉积物种的周期性层或者电沉积物种微观结构的周期性层，（c)在这 样的条件下扩展纳米层压（多层）涂层，和（d)任选地选择性地蚀刻该纳米层压涂层直至 达到纳米层压涂层的期望厚度和饰面。所述方法还可进一步包括（e)从浴中取出芯棒或基 材并且清洗。 电沉积可在已有传导性的塑料或聚合物基材上进行。在一个实施方式中，通过无 电金属沉积赋予塑料或聚合物基材传导性。因此，例如，无电镀铜可被施用于塑料（例如聚 酰胺塑料基材）以赋予该聚酰胺基材传导性来用于后续电沉积方法。在一个实施方式中， 无电镀铜可以以2-3微米的层施用于聚合物框架上。在其他实施方式中，可通过无电电镀 方法施用任何适合的金属，包括但不限于无电敷镀镍（参见例如美国专利6, 800, 121)、铂、 银、锌或锡以赋予非传导性基材（例如塑料或聚合物基材）传导性。 在其他实施方式中，可通过将传导性材料（例如石墨）掺入塑料或聚合物组合物 (参见例如US 4, 592, 808,关于石墨增强的环氧树脂复合材料）来使由非传导性塑料或聚 合物形成的基材具有传导性。 在必要或期望时，基材特别是塑料基材可被粗糙化以增大粘附性和/或抗剥离 性。可通过任何相关的方法，包括通过砂磨或喷砂磨擦表面来实现粗糙化。或者，可用多种 酸或碱蚀刻表面，特别是塑料表面。此外，可采用臭氧蚀刻法（参见例如US 4, 422, 907)或 者气相磺化法。 在一个实施方式中，电沉积在塑料或聚合物基材上实施，所述塑料或聚合物基材 可包含以下材料中的一种或多种：ABS、ABS/聚酰胺混合物、ABS/聚碳酸酯混合物、聚酰胺、 聚乙稀亚胺（polyethyleneimine)、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳基醚酮、环氧树脂、环氧树脂混 合物、聚乙烯、聚碳酸酯或以上的混合物。在一个实施方式中，所述方法包括将锌铜合金 (黄铜合金）层电沉积在塑料基材上。该方法包括首先提供包含铜盐和锌盐的基本电解质。 该电解质可以是含有氰化物的电化学沉积浴。接着，提供在其上可电沉积锌、铜及其合金的 传导性聚合物基材，并且将该基材的至少一部分浸入该电解质中。然后使变化的电流通过 该基材的被浸入部分。将电流控制在有效电沉积具有特定浓度的锌和铜的一种合金的第一 电流与有效电沉积锌和铜的另一种合金的另一电流之间。可重复此变化的电流，或者可施 加有效电沉积锌和铜的其他合金的另外的电流。变化的电流由此在基材或芯棒的浸渍表面 上产生具有不同相邻层黄铜合金的多层合金。为了改进表面光洁度以本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备包含纳米层压黄铜涂层的制品的方法，所述方法包括：(a)提供芯棒或塑料或传导性塑料或聚合物基材；(b)使所述芯棒的至少一部分或所述传导性塑料或聚合物基材的至少一部分与电解质接触，所述电解质包含锌和铜的金属离子，任选地还包含其他金属离子，其中所述电解质与阳极接触；以及(c)施加电流通过所述芯棒或所述塑料或聚合物基材和所述阳极，并且随着时间改变电流振幅、电流频率、平均电流、交流电的补偿(offset)、正电流与负电流之比、以及以上的组合、电解质温度、电解质添加剂浓度或电解质搅动中的一项或多项，从而产生具有期望厚度和电沉积物种的周期性层和/或电沉积物种微观结构的周期性层的纳米层压黄铜涂层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·考德威尔，杰西·安格，
申请(专利权)人：莫杜美拓有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US