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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
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- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
- C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
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Description
本発明は概して、被コーティング物品及び関連する方法に関し、特に電着プロセスを使用して形成される金属被覆物品に関する。 The present invention relates generally to coated articles and related methods, and more particularly to metal-coated articles formed using an electrodeposition process.
コーティングを使用して独自の機能を物品の表面に付与することが多い。例えば、無電解浴または電解浴に浸漬して電着させる金属コーティングを物品に施して、これらの物品に1つ以上の高機能表面特性を付与することが多く、これらの高機能表面特性として、とりわけ、高硬度性、耐摩耗性、光沢性、高反射性、顕色性または他の外観良好性、耐磨滅性、及び高潤滑性を挙げることができる。このようなコーティングはまた、頻繁に材料表面に施されて耐腐食性を向上させる。これは普通、物品が、処理中、保存中、または使用中のいずれかにおいて、腐食プロセスを加速させる虞のある環境に曝されて、当該物品の1つ以上の表面が当該環境に曝されることになる場合に必要になる。この点に関する1つの共通の例が、液体媒質に触れる可能性のある表面であり、この液体媒質としては、水溶液、酸性溶液または塩基性溶液、或いはアルコール系溶液を挙げることができる。腐食は通常、環境が流体を含む場合に問題となるが、腐食は、蒸気環境においてもごく普通に発生する。 Often, a coating is used to impart a unique function to the surface of the article. For example, articles are often provided with a metal coating that is electrodeposited by immersion in an electroless bath or an electrolytic bath to impart one or more high performance surface properties to these articles, as these high performance surface properties include: Among others, mention may be made of high hardness, abrasion resistance, gloss, high reflectivity, color development or other good appearance, abrasion resistance, and high lubricity. Such coatings are also frequently applied to the material surface to improve corrosion resistance. This typically exposes one or more surfaces of the article to the environment, whether the article is being processed, stored, or in use, and is exposed to an environment that may accelerate the corrosion process. It is necessary when it comes to. One common example in this regard is a surface that can come into contact with a liquid medium, which can include an aqueous solution, an acidic or basic solution, or an alcoholic solution. Corrosion is usually a problem when the environment contains fluids, but corrosion occurs quite commonly in a steam environment.
腐食プロセスは概して、腐食環境に曝される物品の表面の構造及び組成に影響し得る。例えば、腐食では、原子が物品の表面から直接溶け出す、物品の表面化学が、選択的溶解または脱合金化によって変化する、または物品の表面化学及び構造が、例えば酸化または不動態皮膜の形成によって変化する。これらのプロセスのうちの幾つかのプロセスによって、物品表面の形態、凹凸、特性、または外観が変化する可能性がある。例えば、さび形成プロセスは、鉄表面または鋼表面の外観及び特性に影響し得る。金属物品は、腐食環境に置かれる場合が多い。 Corrosion processes generally can affect the structure and composition of the surface of an article that is exposed to a corrosive environment. For example, in corrosion, atoms dissolve directly from the surface of the article, the article's surface chemistry is altered by selective dissolution or dealloying, or the article's surface chemistry and structure is altered, for example, by the formation of an oxidizing or passive film. Change. Some of these processes can change the shape, irregularities, properties, or appearance of the article surface. For example, the rust formation process can affect the appearance and properties of iron or steel surfaces. Metal articles are often placed in corrosive environments.
このような物品に施されるコーティングは、表面腐食に幾つかの態様で影響し得る。多くの場合、コーティングはバリアを形成して、下地基板を腐食から保護する、そして/または下地基板が腐食性媒質に直接触れるようになるのを防止することができる。例えば、均一なコーティングが基板を完全に被覆して、基板のほとんどどの部分も腐食環境に曝されることがないようにすることができ、この場合、コーティングが保護バリアとして機能する。このように、バリアコーティングが、基板よりも腐食環境に対して高い腐食耐性(すなわち、低い腐食速度)を示して、物品の全体の腐食速度を低減することが望ましい。しかしながら、コーティングを貫通するクラック、ボイド、または通過孔のようなバリアコーティング内の欠陥によって、基板が腐食環境に曝され得る。これにより、一般的に望ましくない局部腐食プロセスが発生することになる。 Coatings applied to such articles can affect surface corrosion in several ways. In many cases, the coating can form a barrier to protect the underlying substrate from corrosion and / or prevent the underlying substrate from coming into direct contact with the corrosive medium. For example, a uniform coating can completely cover the substrate so that almost no part of the substrate is exposed to a corrosive environment, in which case the coating functions as a protective barrier. Thus, it is desirable for the barrier coating to exhibit a higher corrosion resistance (ie, lower corrosion rate) to the corrosive environment than the substrate, reducing the overall corrosion rate of the article. However, defects in the barrier coating such as cracks, voids, or through holes that penetrate the coating can expose the substrate to a corrosive environment. This will result in a generally undesirable local corrosion process.
別の共通のコーティング機能は、目標環境において反応がほとんど進行しない(例えば、目標環境に対して不活性な)物品表面を実現することである;または、物品の表面特性を変化させる可能性のある局所化学反応をほとんど受けることがない最外側表面を実現することである。例えば、腐食性媒質中で退色する、変色する、溶解する、または劣化するコーティングは、特にコーティングを少なくとも部分的に美的目的で施す場合には望ましくない。パッシベーションプロセスは、化学的浸食、劣化、退色、または変色に耐え得る、より反応性の低い表面を、またはより「不動態化し易い」表面を実現するために用いられる場合がある。 Another common coating function is to achieve an article surface that hardly reacts in the target environment (eg, inert to the target environment); or may change the surface properties of the article The realization of an outermost surface that undergoes little local chemical reaction. For example, a coating that fades, discolors, dissolves or degrades in a corrosive medium is undesirable, particularly when the coating is applied at least partially for aesthetic purposes. The passivation process may be used to achieve a less reactive surface or a more “passivated” surface that can withstand chemical erosion, degradation, fading, or discoloration.
タングステン系コーティングは普通、電着法により形成される。例えば、このようなコーティングは、元素Ni,Fe,Co,B,S,及びPのうちの1つ以上の元素を含むタングステン合金とすることができる。これらのコーティングは多くの場合、高硬度、耐摩耗性、高光沢性、耐磨滅性、摺動用途における低摩擦係数などを含む所望の特性を示す。タングステン系コーティングは十分な基板保護を実現するが、コーティングの外側表面は多くの場合、腐食性媒質に曝されると、化学的浸食、劣化、退色、または変色を受け易い。従って、コーティング表面を腐食環境において化学的に更に不活性にし、かつ退色、変色、または劣化を阻止するタングステン系コーティングに改良を加える必要がある。 The tungsten-based coating is usually formed by an electrodeposition method. For example, such a coating can be a tungsten alloy that includes one or more of the elements Ni, Fe, Co, B, S, and P. These coatings often exhibit desirable properties including high hardness, wear resistance, high gloss, abrasion resistance, low coefficient of friction in sliding applications, and the like. Although tungsten-based coatings provide sufficient substrate protection, the outer surface of the coating is often subject to chemical erosion, degradation, fading, or discoloration when exposed to corrosive media. Accordingly, there is a need to improve tungsten-based coatings that render the coating surface chemically more inert in corrosive environments and prevent fading, discoloration, or degradation.
本発明は概して、被コーティング物品及び関連する方法に関するものである。
1つの態様では、物品が提供される。前記物品は、基板と、そして前記基板の上に形成されるコーティングと、を備える。前記コーティングは、第1部分及び第2部分を有する。前記第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含む。前記第2部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントである。この態様において、前記第2部分は前記第1部分の上に形成されることもある。その場合、前記第2部分は前記コーティングの上層部分である。また、前記コーティングは、クロムまたはクロム酸化物を実質的に含まない。前記コーティングは更に金属酸化物を含むものであってもよい。前記第1及び第2部分のうちの少なくとも一方の部分は、ナノ結晶構造を有する。前記第1部分は酸素を実質的に含まない。前記第1部分は、ニッケル及びタングステンを含む。前記第2部分に含まれるニッケルの重量百分率は、少なくとも50パーセントである。より好適には、少なくとも70パーセントである。前記コーティングの前記第2部分は、10nm〜500nmの厚さを有する。前記第1部分は、前記第2部分の厚さの5倍超の厚さを有する。更に、第3部分を備える。前記第2部分は、基本的にニッケル、タングステン、及び酸素から成るものであってもよい。
The present invention relates generally to coated articles and related methods.
In one aspect, an article is provided. The article comprises a substrate and a coating formed on the substrate. The coating has a first portion and a second portion. The second portion includes nickel, tungsten, and oxygen. The weight percentage of tungsten contained in the second part is 1 to 20 percent. In this aspect, the second portion may be formed on the first portion. In that case, the second part is the upper layer part of the coating. The coating is substantially free of chromium or chromium oxide. The coating may further contain a metal oxide. At least one of the first and second portions has a nanocrystal structure. The first portion is substantially free of oxygen. The first portion includes nickel and tungsten. The weight percentage of nickel contained in the second portion is at least 50 percent. More preferably, it is at least 70 percent. The second portion of the coating has a thickness of 10 nm to 500 nm. The first portion has a thickness that is more than five times the thickness of the second portion. Furthermore, a third part is provided. The second portion may be basically composed of nickel, tungsten, and oxygen.
別の態様では、物品が提供される。前記物品は、基板と、そして前記基板の上に形成されるコーティングと、を備える。前記コーティングは、ニッケル及びタングステンを含む。前記物品は、少なくとも2時間のCASS腐食寿命を有する。この態様において、前記コーティングは、クロムまたはクロム酸化物を実質的に含まない。前記基板は金属を含む。前記コーティングは、第1部分と、そして前記第1部分の上に形成される第2部分と、を有する。前記第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含み、そして前記第2
部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントである。前記第1部分は、ニッケル−タングステン合金を含む。前記コーティングは電着される。前記コーティングはナノ結晶構造を有する。前記物品は、少なくとも10時間のCASS腐食寿命を有する。
In another aspect, an article is provided. The article comprises a substrate and a coating formed on the substrate. The coating includes nickel and tungsten. The article has a CASS corrosion life of at least 2 hours. In this embodiment, the coating is substantially free of chromium or chromium oxide. The substrate includes a metal. The coating has a first portion and a second portion formed on the first portion. The second portion includes nickel, tungsten, and oxygen, and the second portion
The weight percentage of tungsten contained in the part is 1 to 20 percent. The first portion includes a nickel-tungsten alloy. The coating is electrodeposited. The coating has a nanocrystalline structure. The article has a CASS corrosion life of at least 10 hours.
別の態様では、コーティングを電着させる方法が提供される。前記方法では、アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、そして前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設ける。前記方法では更に、前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを電着させる。前記波形は、少なくとも1つの順方向パルスと、そして少なくとも1つの逆方向パルスと、を含むセグメントを含む。前記少なくとも1つの順方向パルスは、期間及び平均順方向電流密度を有し、そして前記少なくとも1つの逆方向パルスは、期間及び平均逆方向電流密度を有する。前記逆方向パルスの前記期間に亘って積分された前記平均逆方向電流密度に対する前記順方向パルスの前記期間に亘って積分された前記平均順方向電流密度の比は0.5〜5である。この態様において、前記少なくとも1つの逆方向パルスは、前記少なくとも1つの順方向パルスのすぐ後に続く。前記セグメントは、複数の順方向パルス及び逆方向パルスを含む。各逆方向電流パルスの前記期間に亘って積分された各逆方向電流パルスの前記平均逆方向電流密度の合計に対する各順方向電流パルスの前記期間に亘って積分された各順方向電流パルスの前記平均順方向電流密度の合計の比は0.5〜5である。前記波形は、前記セグメントの前に先行セグメントを含む。前記先行セグメントは、順方向パルスを1つだけ含む。前記セグメントによって前記コーティングの第2部分を形成し、そして前記先行セグメントによって、前記コーティングの前記第2部分とは異なる組成を有する前記コーティングの第1部分を形成し、前記第2部分は前記第1部分の上に形成される。前記第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含み、そして前記上側部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントである。前記コーティングは金属合金を含む。前記コーティングはニッケルタングステン合金を含む。前記波形の前記セグメントは、10秒〜180秒の期間を有する。前記電着浴は、タングステン種及びニッケル種を含む。 In another aspect, a method for electrodepositing a coating is provided. In the method, an anode, a cathode, an electrodeposition bath in which the anode and the cathode are immersed, and a power source connected to the anode and the cathode are provided. The method further includes electrodepositioning the coating by driving the power source to generate a waveform. The waveform includes a segment including at least one forward pulse and at least one reverse pulse. The at least one forward pulse has a period and an average forward current density, and the at least one reverse pulse has a period and an average reverse current density. The ratio of the average forward current density integrated over the period of the forward pulse to the average reverse current density integrated over the period of the reverse pulse is 0.5-5. In this aspect, the at least one reverse pulse immediately follows the at least one forward pulse. The segment includes a plurality of forward and reverse pulses. The forward current pulse integrated over the period of each forward current pulse relative to the sum of the average reverse current density of each reverse current pulse integrated over the period of each reverse current pulse; The ratio of the total average forward current density is 0.5-5. The waveform includes a preceding segment before the segment. The preceding segment includes only one forward pulse. The segment forms a second portion of the coating, and the preceding segment forms a first portion of the coating having a different composition than the second portion of the coating, the second portion being the first portion. Formed on the part. The second portion includes nickel, tungsten, and oxygen, and the weight percentage of tungsten contained in the upper portion is 1 to 20 percent. The coating includes a metal alloy. The coating includes a nickel tungsten alloy. The segment of the waveform has a period of 10 seconds to 180 seconds. The electrodeposition bath includes a tungsten species and a nickel species.
別の態様では、コーティングを電着させる方法が提供される。前記方法では、アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、そして前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設ける。前記方法では更に、前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを電着させる。前記波形は、少なくとも1つの順方向パルスと、そして少なくとも1つの逆方向パルスと、を含むセグメントを含む。前記少なくとも1つの順方向パルスは、約1ms〜約100msの期間を有し、平均順方向電流密度が約0.01A/cm2〜1A/cm2である。前記少なくとも1つの逆方向パルスは、約1ms〜約100msの期間を有し、平均逆方向電流密度が約0.01A/cm2〜1A/cm2である。この態様において、前記少なくとも1つの逆方向パルスは、前記少なくとも1つの順方向パルスのすぐ後に続く。前記セグメントは、複数の順方向パルス及び逆方向パルスを含む。前記コーティングはニッケルタングステン合金を含む。前記コーティングは、第1部分と、そして前記第1部分の上に形成される第2部分と、
を含み、前記第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含み、前記上側部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントである。前記電着浴は、タングステン種及びニッケル種を含む。
In another aspect, a method for electrodepositing a coating is provided. In the method, an anode, a cathode, an electrodeposition bath in which the anode and the cathode are immersed, and a power source connected to the anode and the cathode are provided. The method further includes electrodepositioning the coating by driving the power source to generate a waveform. The waveform includes a segment including at least one forward pulse and at least one reverse pulse. Wherein the at least one forward pulse has a duration of about 1ms~ about 100 ms, the average forward current density of about 0.01A / cm 2 ~1A / cm 2 . Wherein the at least one reverse pulse has a duration of about 1ms~ about 100 ms, the average reverse current density of about 0.01A / cm 2 ~1A / cm 2 . In this aspect, the at least one reverse pulse immediately follows the at least one forward pulse. The segment includes a plurality of forward and reverse pulses. The coating includes a nickel tungsten alloy. The coating includes a first portion and a second portion formed on the first portion;
The second portion includes nickel, tungsten, and oxygen, and the weight percentage of tungsten contained in the upper portion is 1 to 20 percent. The electrodeposition bath includes a tungsten species and a nickel species.
別の態様では、被コーティング物品を形成する方法が提供される。前記方法では、アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、そして前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設け、前記電気化学浴は、ニッケル種及びタングステン種を含む。前記方法では更に、前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板上に電着させて被コーティング物品を形成する。前記コーティングは、ニッケル及びタングステンを含む。前記物品は、少なくとも2時間のCASS腐食寿命を有する。 In another aspect, a method for forming a coated article is provided. In the method, an anode, a cathode, an electrodeposition bath in which the anode and the cathode are immersed, and a power source connected to the anode and the cathode are provided, and the electrochemical bath includes nickel species and tungsten. Including species. The method further includes forming an article to be coated by driving the power source to generate a waveform to electrodeposit a coating onto the substrate. The coating includes nickel and tungsten. The article has a CASS corrosion life of at least 2 hours.
別の態様では、被コーティング物品を形成する方法が提供される。前記方法では、アノ
ードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、そして前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設け、前記電気化学浴は、ニッケル種及びタングステン種を含む。前記方法では更に、前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板上に電着させて被コーティング物品を形成し、前記コーティングは、第1部分及び第2部分を有する。前記第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含み、前記第2部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントである。
In another aspect, a method for forming a coated article is provided. In the method, an anode, a cathode, an electrodeposition bath in which the anode and the cathode are immersed, and a power source connected to the anode and the cathode are provided, and the electrochemical bath includes nickel species and tungsten. Including species. The method further includes driving the power source to generate a waveform to electrodeposit a coating onto a substrate to form an article to be coated, the coating having a first portion and a second portion. The second part includes nickel, tungsten, and oxygen, and the weight percentage of tungsten contained in the second part is 1 to 20 percent.
本発明の他の態様、実施形態、及び特徴は、以下の詳細な説明から、添付の図面に関連付けて考察することにより明らかになると思われる。添付の図は、模式図であり、かつ寸法通りに描かれている訳ではない。図を分かり易くするために、全ての構成要素に全ての図において記号を付している訳ではなく、かつ図示が、本発明に関するこの技術分野の当業者による理解を可能にするためには必要ではない場合には、本発明の各実施形態の全ての構成要素を示している訳ではない。本明細書において参照されて組み込まれることになる全ての特許出願及び特許は、参照されることにより、これらの特許出願及び特許の内容の全てが本明細書に組み込まれる。相容れない内容がある場合には、定義を含む本明細書が優先する。 Other aspects, embodiments and features of the present invention will become apparent from the following detailed description when considered in conjunction with the accompanying drawings. The accompanying figures are schematic and are not drawn to scale. In order to make the figures easier to understand, not all components are labeled in all figures, and the illustrations are necessary in order to allow the person skilled in the art to understand the invention. If not, not all components of each embodiment of the invention are shown. All patent applications and patents that are hereby incorporated by reference are hereby incorporated by reference in their entirety. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.
本発明は概して、被コーティング物品及び関連する方法に関するものである。コーティングは、高強度、高硬度、高輝度、高耐摩耗性、高耐腐食性、低密度巨視的欠陥(例えば、クラック、ボイド)のような有利な特性を実現する。幾つかの場合では、コーティングは、ニッケル−タングステン合金のような合金から成る。本発明の幾つかの実施形態は、化学組成、粒子サイズなどのような種々のコーティング特性を調整する機能を提供するので有利である。例えば、コーティングは、異なる特性を付与する異なる化学組成を有する複数部分を含むことができる。例えば、コーティングは、耐腐食性を高める上層部分を含むことができ、この上層部分は、高強度を有する下層部分の上に形成される。以下に更に説明するように、コーティングまたはコーティングの複数部分は、電着プロセスにより形成することができ、この電着プロセスでは、物品にコーティングを、適切な化学種を含む電着浴中で行なうことができる。 The present invention relates generally to coated articles and related methods. The coating achieves advantageous properties such as high strength, high hardness, high brightness, high wear resistance, high corrosion resistance, low density macroscopic defects (eg, cracks, voids). In some cases, the coating comprises an alloy such as a nickel-tungsten alloy. Some embodiments of the present invention are advantageous because they provide the ability to adjust various coating properties such as chemical composition, particle size, and the like. For example, the coating can include multiple portions having different chemical compositions that impart different properties. For example, the coating can include an upper layer portion that enhances corrosion resistance, and this upper layer portion is formed on a lower layer portion having high strength. As described further below, the coating or portions of the coating can be formed by an electrodeposition process, in which the article is coated in an electrodeposition bath containing the appropriate chemical species. Can do.
被コーティング物品は、基板と、そして当該基板の上に形成されるコーティングと、を含むことができる。幾つかの場合では、コーティングは、基板表面の少なくとも一部分の上に形成することができる。他の場合では、コーティングは基板表面全体を被覆する。 The article to be coated can include a substrate and a coating formed on the substrate. In some cases, the coating can be formed on at least a portion of the substrate surface. In other cases, the coating covers the entire substrate surface.
コーティングは、1種類以上の金属を含む。例えば、コーティングは、合金(例えば、ニッケル−タングステン合金)を含むことができる。適切な合金の例は、次の元素群:とりわけ、Ni,W,Fe,B,S,Co,Mo,Cu,Cr,Zn,及びSnのうちの2種類以上の元素を含むことができる。幾つかの場合では、タングステンを含む合金(例えば、ニッケル−タングステン合金)が特に好ましい。合金の幾つかの特殊例として、Ni−W,Ni−Fe−W,Ni−B−W,Ni−S−W,Co−W,Ni−Mo,Co−Mo,及びNi−Co−Wを挙げることができる。 The coating includes one or more metals. For example, the coating can include an alloy (eg, a nickel-tungsten alloy). Examples of suitable alloys can include two or more elements from the following group of elements: Ni, W, Fe, B, S, Co, Mo, Cu, Cr, Zn, and Sn, among others. In some cases, alloys containing tungsten (eg, nickel-tungsten alloys) are particularly preferred. Some special examples of alloys include Ni-W, Ni-Fe-W, Ni-B-W, Ni-S-W, Co-W, Ni-Mo, Co-Mo, and Ni-Co-W. Can be mentioned.
幾つかの実施形態では、コーティングが、高毒性または他の不具合を有する元素群または化合物群をほとんど含まないことが有利である。幾つかの実施形態では、コーティングが、高毒性または他の不具合を有する化学種を使用して電着させる元素群または化合物群をほとんど含まないことが有利である。例えば、幾つかの場合では、コーティングは、クロムを、毒性のあるクロムイオン種(例えば、Cr6+)を使用して電着させる場合が多いので、クロム(例えば、酸化クロム)を含まないようにする必要がある。このようなコーティングは、従前のコーティングよりも優れた種々の処理上の、健康上の、及び環境上の利点を実現することができる。 In some embodiments, it is advantageous for the coating to be substantially free of elements or compounds having high toxicity or other defects. In some embodiments, it is advantageous for the coating to be substantially free of elements or compounds that are electrodeposited using highly toxic or other deficient species. For example, in some cases, the coating is often free of chromium (eg, chromium oxide) because chromium is often electrodeposited using a toxic chromium ion species (eg, Cr 6+ ). There is a need to. Such coatings can provide various processing, health and environmental benefits that are superior to previous coatings.
幾つかの実施形態は、1つ以上の部分を有するコーティングを含むことができ、各部分は、化学組成、厚さ、微細構造(例えば、結晶化度、粒子サイズ)、耐腐食性などを含む異なる特徴及び/又は特性を示すことができる。例えば、コーティングは、第1部分及び第2部分を有することができ、第1部分は下地基板の上にあり、そして第2部分は第1部分の上にある。第2部分は上層部分(top portion)と表記することもできる。例えば、図1に示すように、物品10は基板20を含み、この基板20の上に、コーティング30が形成される。コーティングは、基板に接触する第1部分40と、そして第1部分の上に形成される第2部分50と、を含む。
Some embodiments can include a coating having one or more portions, each portion including chemical composition, thickness, microstructure (eg, crystallinity, particle size), corrosion resistance, and the like. Different features and / or characteristics may be indicated. For example, the coating can have a first portion and a second portion, where the first portion is on the underlying substrate and the second portion is on the first portion. The second portion can also be expressed as a top portion. For example, as shown in FIG. 1, the
他の実施形態では、コーティングは、異なる特徴及び/又は特性を有する2つよりも多くの部分を含むことができることを理解されたい。また、幾つかの実施形態では、コーティングは、全体的に同じ特徴及び特性を有する部分を1つしか含まないようにしてもよい。 It should be understood that in other embodiments, the coating can include more than two portions having different characteristics and / or properties. Also, in some embodiments, the coating may include only one portion that generally has the same characteristics and properties.
幾つかの場合では、コーティングの第1部分は、ニッケル及びタングステンのように、1種類よりも多くの金属を含む。例えば、第1部分は、ニッケル及びタングステン合金とすることができる。幾つかの場合では、第1部分は、ニッケル及びタングステンを含み、第1部分に含まれるニッケルの重量百分率は、少なくとも30パーセント、少なくとも40パーセント、少なくとも50パーセント、少なくとも60パーセント、またはこれらよりも大きいパーセントである。例示的な実施形態では、第1部分は、約60重量パーセントのニッケル、及び約40重量パーセントのタングステンを含むことができる。幾つかの実施形態では、第1部分は、酸素をほとんど含まないようにすることができる、すなわち第1部分に含まれる酸素の重量百分率は1パーセント未満である。 In some cases, the first portion of the coating includes more than one metal, such as nickel and tungsten. For example, the first portion can be a nickel and tungsten alloy. In some cases, the first portion includes nickel and tungsten, and the weight percentage of nickel included in the first portion is at least 30 percent, at least 40 percent, at least 50 percent, at least 60 percent, or greater. Percent. In an exemplary embodiment, the first portion can include about 60 weight percent nickel and about 40 weight percent tungsten. In some embodiments, the first portion can be substantially free of oxygen, ie, the weight percentage of oxygen contained in the first portion is less than 1 percent.
コーティングは更に、第1部分の上に形成される第2部分を含むことができる。例えば、第2部分は、酸素及び1種類以上の金属を含むことができる。幾つかの場合では、第2部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含む。幾つかの実施形態は、タングステンを少量しか含まないので有利である。例えば、第2部分がニッケル、タングステン、及び酸素を含む場合、第2部分に含まれるタングステンの重量百分率は、第2部分に含まれるニッケルの重量百分率よりも小さくすることができる。幾つかの場合(例えば、第2部分がニッケル、タングステン、及び酸素を含む場合)では、第2部分に含まれるタングステンの重量百分率は1〜20パーセントであり;幾つかの場合では、当該重量百分率は5〜
15パーセント(例えば、約10パーセント)である。第2部分は、比較的多量のニッケルを含むことができる。例えば、第2部分がニッケル、タングステン、及び酸素を含む場合、第2部分は、少なくとも50重量パーセントのニッケルを含むことができ;そして幾つかの場合では、少なくとも約70重量パーセントのニッケルを含むことができる;または、幾つかの場合では、少なくとも80重量パーセントのニッケルを含むことができる。幾つかの実施形態では、重量パーセントのタングステンに対する重量パーセントのニッケルの比は、15:1よりも大きい、または20:1よりも大きい。以下に更に説明するように、第2部分の組成によって耐腐食性を高めることができる。
The coating can further include a second portion formed over the first portion. For example, the second portion can include oxygen and one or more metals. In some cases, the second portion includes nickel, tungsten, and oxygen. Some embodiments are advantageous because they contain only a small amount of tungsten. For example, if the second portion includes nickel, tungsten, and oxygen, the weight percentage of tungsten contained in the second portion can be less than the weight percentage of nickel contained in the second portion. In some cases (eg, when the second portion includes nickel, tungsten, and oxygen), the weight percentage of tungsten contained in the second portion is 1 to 20 percent; in some cases, the weight percentage Is 5
15 percent (eg, about 10 percent). The second portion can include a relatively large amount of nickel. For example, if the second portion includes nickel, tungsten, and oxygen, the second portion can include at least 50 weight percent nickel; and in some cases, includes at least about 70 weight percent nickel. Or in some cases at least 80 weight percent nickel. In some embodiments, the ratio of weight percent nickel to weight percent tungsten is greater than 15: 1 or greater than 20: 1. As further described below, the corrosion resistance can be increased by the composition of the second portion.
第2部分は1種類以上の金属酸化物種を含むことができる。これらの金属酸化物種としては、例えばニッケル酸化物、タングステン酸化物、ニッケル−タングステン酸化物などを挙げることができる。コーティングの組成、またはコーティングの複数部分は、この技術分野で公知のオージェ電子分光法(Auger Electron Spectroscopy:AES)のような適切な方法を使用して特徴付けることができる。例えば、AESを使用してコーティングの表面の化学組成を特徴付けることができる。 The second portion can include one or more metal oxide species. Examples of these metal oxide species include nickel oxide, tungsten oxide, nickel-tungsten oxide, and the like. The composition of the coating, or portions of the coating, can be characterized using a suitable method such as Auger Electron Spectroscopy (AES) known in the art. For example, AES can be used to characterize the chemical composition of the surface of the coating.
コーティングの種々の部分は、特定の用途における使用に適するいずれの構成となるようにも配置することができる。幾つかの場合では、第2部分は、コーティングの上層部分として配置することができる。すなわち、第2部分の表面により物品の表面を画定することができ、そしてコーティングの更に別の部分は、第2部分の上には設けないようにすることができる。例えば、第2部分をコーティングの上層部分として配置して、耐腐食特性を持たせることができる。幾つかの実施形態では、第2部分はコーティングの内側部分または内側層の内部に配置することができる。幾つかの場合では、コーティングは、ニッケル、タングステン、及び酸素を含む複数部分を含むことができ、これらの部分は、コーティングの上層部分として配置することができる、そして/またはコーティングの内側部分の内部に配置することができる。1つの実施形態では、コーティングは、第1部分群及び第2部分群から成る層を交互に重ねた層状構造を有することができる。 The various portions of the coating can be arranged in any configuration suitable for use in a particular application. In some cases, the second portion can be placed as the upper layer portion of the coating. That is, the surface of the article can be defined by the surface of the second portion, and no further portion of the coating can be provided over the second portion. For example, the second portion can be disposed as an upper layer portion of the coating to provide anti-corrosion properties. In some embodiments, the second portion can be located within the inner portion or inner layer of the coating. In some cases, the coating can include multiple portions that include nickel, tungsten, and oxygen, which can be disposed as the upper layer portion of the coating and / or the interior of the inner portion of the coating. Can be arranged. In one embodiment, the coating can have a layered structure with alternating layers of first and second subgroups.
上に述べたように、本明細書において説明するコーティングは1種類以上の金属を含むことができる。この技術分野の当業者であれば、耐腐食性を含む所望の特徴または特性を物品に付与する適切な金属群または金属群の組み合わせを選択することができるであろう。 As noted above, the coatings described herein can include one or more metals. One of ordinary skill in the art will be able to select an appropriate metal group or combination of metal groups that imparts the desired characteristics or properties to the article, including corrosion resistance.
コーティング、及びコーティングの複数部分は、特定の用途に適するいずれの厚さを有することもできる。例えば、合計コーティング厚さは、10nm〜1mmとすることができ;幾つかの場合では、100nm〜200ミクロンとすることができ;そして幾つかの場合では、100nm〜100ミクロンとすることができる。幾つかの実施形態では、コーティングが第1部分と、そして第1部分の上に形成される第2部分と、を含む場合、第1部分を第2部分よりも厚くすることができる。例えば、第1部分は第2部分の厚さの2倍超、5倍超、または10倍超の厚さを有することができる。第2部分は、例えば1nm〜500nm、または10nm〜500nm、或いは50nm〜250nmとすることができる。 The coating, and portions of the coating, can have any thickness suitable for a particular application. For example, the total coating thickness can be 10 nm to 1 mm; in some cases, 100 nm to 200 microns; and in some cases, 100 nm to 100 microns. In some embodiments, the first portion can be thicker than the second portion when the coating includes a first portion and a second portion formed over the first portion. For example, the first portion can have a thickness that is greater than 2 times, 5 times, or 10 times the thickness of the second portion. The second portion can be, for example, 1 nm to 500 nm, or 10 nm to 500 nm, or 50 nm to 250 nm.
しかしながら、コーティング、及びコーティングの複数部分が上に述べた範囲外の他の厚さを有することもできることを理解されたい。
幾つかの場合では、コーティングは特定の微細構造を有することができる。例えば、コーティングの少なくとも一部分はナノ結晶微細構造を有することができる。本明細書において使用するように、「nanocrystalline(ナノ結晶)」構造とは、結晶粒子の数平均サイズが1ミクロン未満である構造を指す。結晶粒子の数平均サイズは、等しく統計的な重量を各粒子に付与し、そして等価球状粒子直径群の全ての合計値を、本体
の代表体積に含まれる粒子の合計数で割った値として計算される。幾つかの実施形態では、コーティングの少なくとも一部分はアモルファス構造を有することができる。この技術分野において知られているように、アモルファス構造は、長距離対称性を原子位置に持たないことにより特徴付けられる非結晶構造である。アモルファス構造の例として、ガラス構造またはガラス状構造を挙げることができる。幾つかの実施形態は、ナノ結晶構造を、コーティングのほぼ全体に亘って有するコーティングを提供することができる。幾つかの実施形態は、アモルファス構造を、コーティングのほぼ全体に亘って有するコーティングを提供することができる。
However, it should be understood that the coating, and portions of the coating, may have other thicknesses outside the ranges stated above.
In some cases, the coating can have a specific microstructure. For example, at least a portion of the coating can have a nanocrystalline microstructure. As used herein, a “nanocrystalline” structure refers to a structure in which the number average size of crystal particles is less than 1 micron. The number average size of crystal grains is calculated by giving equal and statistical weight to each particle and dividing the total value of all equivalent spherical particle diameter groups by the total number of particles contained in the representative volume of the body. Is done. In some embodiments, at least a portion of the coating can have an amorphous structure. As is known in the art, an amorphous structure is an amorphous structure characterized by a lack of long-range symmetry at atomic positions. Examples of the amorphous structure include a glass structure or a glassy structure. Some embodiments can provide a coating having a nanocrystalline structure over substantially the entire coating. Some embodiments can provide a coating having an amorphous structure over substantially the entire coating.
幾つかの実施形態では、コーティングは、異なる微細構造を有する種々の部分を含むことができる。コーティングは、例えばナノ結晶構造を有する1つ以上の部分と、そしてアモルファス構造を有する1つ以上の部分と、を含むことができる。一連の実施形態では、コーティングは、ナノ結晶粒子と、そしてアモルファス構造を示す他の部分と、を含む。幾つかの場合では、コーティングまたはコーティングの一部分は、結晶粒子群を有する部分を含むことができ、これらの結晶粒子のほとんどが、直径で1ミクロン超の粒子サイズを有する。幾つかの実施形態では、コーティングは他の構造または他の相を、単独で、またはナノ結晶部分またはアモルファス部分と組み合わせた形で含むことができる。例えば、金属粒子状物質、セラミック粒子状物質、金属間化合物の粒子状物質、固体潤滑剤のグラファイト粒子またはMoS2粒子、或いは他の材料を、ナノ結晶部分またはアモルファス部分を有するコーティングに含有させることができる。この技術分野の当業者であれば、本発明に関連して使用されるのに適する他の構造または他の相を選択することができるであろう。 In some embodiments, the coating can include various portions having different microstructures. The coating can include, for example, one or more portions having a nanocrystalline structure and one or more portions having an amorphous structure. In a series of embodiments, the coating includes nanocrystalline particles and other portions that exhibit an amorphous structure. In some cases, the coating or portion of the coating can include a portion having a group of crystal particles, most of these crystal particles having a particle size greater than 1 micron in diameter. In some embodiments, the coating can include other structures or other phases, alone or in combination with nanocrystalline or amorphous portions. For example, metallic particulates, ceramic particulates, intermetallic particulates, solid lubricant graphite particles or MoS 2 particles, or other materials are included in coatings having nanocrystalline or amorphous portions. Can do. One skilled in the art will be able to select other structures or other phases suitable for use in connection with the present invention.
本明細書において説明するように、種々の基板にコーティングを施して被コーティング物品を形成することができる。幾つかの場合では、基板は、金属、金属合金、または金属間化合物材料などのような導電材料を含むことができる。適切な基板は、とりわけ、鋼、銅、アルミニウム、真ちゅう、青銅、ニッケル、導電性表面を有する、そして/または表面処理を施したポリマー、透明導電性酸化物を含む。 As described herein, various substrates can be coated to form a coated article. In some cases, the substrate can include a conductive material such as a metal, metal alloy, or intermetallic material. Suitable substrates include, among others, steel, copper, aluminum, brass, bronze, nickel, polymers having a conductive surface and / or surface treatment, transparent conductive oxides.
幾つかの実施形態では、本発明は、1つ以上の潜在的な腐食環境において腐食に耐えることができる、そして/または下地基板材料を腐食から保護することができる被コーティング物品を提供する。このような腐食環境の例として、これらには制限されないが、水溶液、酸性溶液、アルカリ性または塩基性溶液、或いはこれらの溶液の組み合わせを挙げることができる。例えば、本明細書において説明する被コーティング物品は、腐食液、蒸気、または湿気雰囲気のような腐食環境に曝露されるときに(例えば、触れたときに、浸漬されたときなどに)腐食に耐えることができる。幾つかの場合では、本明細書において説明する金属コーティング(例えば、Ni−W合金コーティング)は、例えば生理食塩水(NSS)噴霧、他の塩水噴霧または塩水霧、酢酸含有溶液、硫酸銅含有溶液または他の塩含有溶液、クエン酸含有溶液または他の酸含有溶液、アルカリ成分含有溶液または塩基性成分含有溶液などに曝露されるときに腐食に耐えることができる。 In some embodiments, the present invention provides a coated article that can resist corrosion in one or more potential corrosive environments and / or can protect the underlying substrate material from corrosion. Examples of such corrosive environments include, but are not limited to, aqueous solutions, acidic solutions, alkaline or basic solutions, or combinations of these solutions. For example, the coated articles described herein resist corrosion when exposed to a corrosive environment such as a corrosive liquid, vapor, or humidity atmosphere (eg, when touched, immersed, etc.). be able to. In some cases, the metal coatings described herein (eg, Ni-W alloy coatings) can be, for example, saline (NSS) sprays, other salt sprays or salt mists, acetic acid containing solutions, copper sulfate containing solutions. Or, it can resist corrosion when exposed to other salt-containing solutions, citric acid-containing solutions or other acid-containing solutions, alkaline component-containing solutions, basic component-containing solutions, and the like.
本明細書において説明する被コーティング物品は、他の従来の被コーティング物品よりもはるかに高い極めて優れた耐腐食性を示すことができる。例えば、耐腐食性は、銅酢酸塩水噴霧(CASS)試験、すなわちコーティングの腐食、退色、変色、及び劣化を引き起こすことができる環境を実現する共通の腐食試験を使用して評価することができる。CASS腐食試験は、「銅加速酢酸塩水噴霧(霧)試験(CASS試験)の標準的な試験方法」と題する規格ASTM B368に規定されている試験規格に基づいて行なわれる。この試験では、概略、被コーティング基板サンプルを特殊規格条件下の腐食試験室に搬入し、そして腐食性雰囲気に曝露する手順が行なわれる。曝露時間は可変とすることができ、そして普通、試験対象の製品またはコーティングのエンドユーザによって指定される。
所定長さの曝露時間が経過した後、パネルを人間の目による目視で、変色及び/又は退色及び/又は腐食から生じる表面外観の変化の兆候に関して検査する。試験に用いられるコーティング及び基板によって変わるが、これらの影響のいずれかが、または全てが現われる可能性がある。例えば、鋼表面には、腐食性雰囲気に曝露された後に赤さびが発生する可能性がある。多くの光沢コーティングを試験して、これらのコーティングの変色し易さ、または退色し易さを評価する。普通、コーティングの腐食及び/又は変色及び/又は退色の結果としての表面外観の変化は不均一であり、幾つかの部分が変化し、そして他の部分が変化していない。このように、曝露表面積の或る割合のみが腐食し、そして/または変色し、そして/または退色していると考えられ、そしてこの面積割合が定量化可能な腐食指標となる。この面積割合が小さくなればなるほど、コーティングまたは製品の耐腐食性または耐変色性が高くなると言える。
The coated articles described herein can exhibit much superior corrosion resistance that is much higher than other conventional coated articles. For example, corrosion resistance can be evaluated using a copper acetate spray (CASS) test, a common corrosion test that provides an environment that can cause corrosion, fading, discoloration, and degradation of the coating. The CASS corrosion test is performed based on the test standard defined in the standard ASTM B368 entitled “Standard Test Method for Copper Accelerated Acetate Spray (Fog) Test (CASS Test)”. In this test, a procedure is generally performed in which a sample of a substrate to be coated is brought into a corrosion test room under special standard conditions and exposed to a corrosive atmosphere. The exposure time can be variable and is usually specified by the end user of the product or coating being tested.
After a predetermined length of exposure time, the panel is visually inspected by the human eye for signs of surface appearance change resulting from discoloration and / or fading and / or corrosion. Depending on the coating and substrate used in the test, any or all of these effects may appear. For example, steel surfaces can develop red rust after exposure to a corrosive atmosphere. Many glossy coatings are tested to assess the ease of discoloration or fading of these coatings. Usually, the change in surface appearance as a result of corrosion and / or discoloration and / or fading of the coating is non-uniform, some parts have changed, and others have not changed. Thus, only a certain percentage of the exposed surface area is considered to have corroded and / or discolored and / or faded, and this area percentage is a quantifiable corrosion indicator. It can be said that the smaller the area ratio, the higher the corrosion resistance or discoloration resistance of the coating or product.
CASS腐食試験結果は、簡単な合格/不合格手法を使用して報告することができる。この手法では、臨界表面積割合を指定時間と一緒に指定する。CASS試験を指定時間に亘って行なった後、変色及び/又は退色及び/又は腐食の結果として外観が変化するコーティングの表面積の割合が指定臨界値を下回る場合、結果は合格であると見なされる。臨界割合を超える表面積に、変色及び/又は退色及び/又は腐食の結果として外観の変化が現われた場合、結果は不合格であると見なされる。 CASS corrosion test results can be reported using a simple pass / fail approach. In this method, the critical surface area ratio is specified together with the specified time. After the CASS test has been performed for a specified time, if the percentage of the coating's surface area that changes appearance as a result of discoloration and / or fading and / or corrosion falls below a specified critical value, the result is considered acceptable. If a change in appearance appears as a result of discoloration and / or fading and / or corrosion on the surface area above the critical percentage, the result is considered to be rejected.
本明細書において使用するように、「CASS腐食寿命(CASS corrosion lifetime)」とは、曝露コーティング表面積の1%の表面積に、この技術分野の当業者が見分けることができるような、腐食及び/又は変色及び/又は退色の結果としての外観の視覚的変化が生じるまでの時間を指す。幾つかの場合では、本発明の被コーティング物品は、2時間超の、5時間超の、または10時間超の耐性を示すCASS腐食寿命を示すことができる。幾つかの場合では、被コーティング物品は、ずっと長いCASS腐食寿命を示すことができる。例えば、幾つかの被コーティング物品は、50時間超の、75時間超の、または96時間超のCASS腐食寿命を示すことができる。例示的な実施形態では、Ni、W、及び酸素を含有する部分を含むNi−W合金コーティングは、2時間超のCASS腐食寿命を有することができ、そして多くの場合、上に説明した寿命を含むずっと長い寿命を有することができる。理論に拘束されることを望まないが、上に説明した上層部分(例えば、金属酸化物)をコーティングに含めることにより、被コーティング物品の耐腐食特性を向上させることができる。 As used herein, “CASS corrosion lifetime” refers to corrosion and / or as known to those skilled in the art at a surface area of 1% of the exposed coating surface area. Refers to the time until a visual change in appearance as a result of discoloration and / or fading. In some cases, the coated articles of the present invention can exhibit a CASS corrosion life that exhibits resistance of greater than 2 hours, greater than 5 hours, or greater than 10 hours. In some cases, the coated article can exhibit a much longer CASS corrosion life. For example, some coated articles can exhibit a CASS corrosion life of greater than 50 hours, greater than 75 hours, or greater than 96 hours. In an exemplary embodiment, a Ni-W alloy coating that includes portions containing Ni, W, and oxygen can have a CASS corrosion life of greater than 2 hours, and often has the life described above. You can have a much longer lifetime including. Without wishing to be bound by theory, the corrosion resistance properties of the article to be coated can be improved by including in the coating the upper layer portion described above (eg, metal oxide).
本発明の幾つかの実施形態は、コーティングを電着させる(例えば、電気めっきする)方法を含む。電着では普通、材料を基板の上に、当該基板を電着浴に浸漬し、そして電流を2つの電極間に電着浴を通って流す、すなわち2つの電極間の電位差を利用して流すことにより電着させる(例えば、電気めっきする)。例えば、本明細書において説明する方法では、アノードと、カソードと、アノード及びカソードを浸漬させた(例えば、アノード及びカソードを濡らす)電着浴(電着流体としても知られている)と、そしてアノード及びカソードに接続される電源と、を設けることができる。幾つかの場合では、電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを形成することができ、これについては、以下に更に完全に説明する。幾つかの実施形態では、少なくとも1つの電極をコーティング対象の基板として機能させることができる。 Some embodiments of the invention include a method of electrodepositing (eg, electroplating) a coating. In electrodeposition, the material is usually immersed on a substrate, the substrate is immersed in an electrodeposition bath, and an electric current is passed between the two electrodes through the electrodeposition bath, i.e. using the potential difference between the two electrodes. Electrodeposition (for example, electroplating). For example, in the methods described herein, an anode, a cathode, an electrodeposition bath (also known as an electrodeposition fluid) in which the anode and cathode are immersed (eg, wet the anode and cathode), and And a power source connected to the anode and the cathode. In some cases, the coating can be formed by driving a power supply to generate a waveform, as described more fully below. In some embodiments, at least one electrode can function as a substrate to be coated.
電着条件は、電極群の間に印加される電位を変えることにより(例えば、電位制御または電圧制御)、または流すことができる電流または電流密度を変えることにより(例えば、電流制御または電流密度制御)変化させることができる。幾つかの実施形態では、コーティングは、直流(DC)めっき、パルス電流めっき、反転パルス電流めっき、またはこれらのめっき法の組み合わせを使用して形成する(例えば、電着させる)ことができる。電圧、電位、電流、及び/又は電流密度のパルス、発振、及び/又は他の変化を電着プロ
セス中に取り入れることもでき、これについては以下に更に完全に説明する。例えば、電圧制御パルスを、電流制御パルスまたは電流密度制御パルスと交互に印加することができる。一般的に、電着プロセス中に、電位をコーティング対象の基板上に発生させ、そして印加電圧、電流、または電流密度を変化させて、基板上の電位に変化を与えることができる。幾つかの場合では、電着プロセスにおいて、1つ以上のセグメントを含む波形を使用することができ、各セグメントは、以下に更に完全に説明するように、特定の一連の電着条件(例えば、電流密度、電流期間、電着浴温度など)を含む。
Electrodeposition conditions can be achieved by changing the potential applied between the electrode groups (eg, potential control or voltage control), or by changing the current or current density that can be passed (eg, current control or current density control). ) Can be changed. In some embodiments, the coating can be formed (eg, electrodeposited) using direct current (DC) plating, pulse current plating, reverse pulse current plating, or a combination of these plating methods. Pulses, oscillations, and / or other changes in voltage, potential, current, and / or current density can also be incorporated during the electrodeposition process, as described more fully below. For example, voltage control pulses can be applied alternately with current control pulses or current density control pulses. In general, during the electrodeposition process, a potential can be generated on the substrate to be coated and the applied voltage, current, or current density can be varied to effect a change in the potential on the substrate. In some cases, a waveform including one or more segments can be used in the electrodeposition process, each segment having a specific set of electrodeposition conditions (e.g., as described more fully below) Current density, current period, electrodeposition bath temperature, etc.).
本発明の幾つかの実施形態は、電着材料(例えば、金属、合金など)の粒子サイズを制御することができる電着方法を含む。幾つかの実施形態では、合金電着物の組成のような特定のコーティング(例えば、電気めっき)組成を選択することにより、所望の粒子サイズを有するコーティングを実現することができる。例えば、Ni−W,Ni−Pなどのような電着合金では、相対的に多量のWまたはPを含有させることにより、相対的に微細なナノ結晶粒子サイズを有する、または幾つかの場合では、アモルファス構造を有するコーティングを形成することができる。幾つかの実施形態では、本明細書において説明する電着方法(例えば、電着条件)を選択して特定の組成物を形成することにより、電着材料の粒子サイズを制御することができる。本発明の方法では、「合金電着物を形成し、そして合金電着物のナノ構造を負電流パルス電着を使用して制御する方法、及びこのような合金電着物を含む物品」と題する米国特許出願公開第2006/02722949号に記載されている方法の特定の態様を利用することができ、この米国特許出願は、本明細書において参照することにより、当該特許出願の内容全体が本明細書に組み込まれる。2007年11月15日に出願され、かつ「ナノ結晶金属または合金、或いはアモルファス金属または合金の表面形態を調整する方法、及びこのような方法により形成される物品」と題する米国特許出願公開第2006/0154084号及び米国特許出願第11/985,569号に記載されている方法を含む他の電着方法の態様も適しており、これらの米国特許出願は、本明細書において参照することにより、これらの特許出願の内容全体が本明細書に組み込まれる。 Some embodiments of the present invention include electrodeposition methods that can control the particle size of electrodeposition materials (eg, metals, alloys, etc.). In some embodiments, a coating having a desired particle size can be achieved by selecting a specific coating (eg, electroplating) composition, such as the composition of the alloy electrodeposit. For example, electrodeposition alloys such as Ni-W, Ni-P, etc. have a relatively fine nanocrystal particle size by containing a relatively large amount of W or P, or in some cases A coating having an amorphous structure can be formed. In some embodiments, the particle size of the electrodeposition material can be controlled by selecting the electrodeposition method (eg, electrodeposition conditions) described herein to form a particular composition. In the method of the present invention, a US patent entitled "Method of Forming an Electrodeposit of Alloy and Controlling Nanostructure of the Electrodeposit Using Negative Current Pulse Electrodeposition and Article Containing Such Alloy Electrodeposit". Certain aspects of the methods described in published application 2006/02722949 can be utilized, and this US patent application is hereby incorporated by reference in its entirety. Incorporated. US Patent Application Publication No. 2006, filed on Nov. 15, 2007 and entitled “Methods of adjusting the surface morphology of nanocrystalline metals or alloys, or amorphous metals or alloys, and articles formed by such methods” Other electrodeposition method embodiments are also suitable, including those described in US patent application Ser. No./0154084 and US application Ser. No. 11 / 985,569, which are hereby incorporated by reference herein, The entire contents of these patent applications are incorporated herein.
幾つかの実施形態では、コーティングまたはコーティングの一部分は、直流(DC)めっきを使用して電着させることができる。例えば、基板(例えば、電極)は、当該基板上に電着させることになる1種類以上の化学種を含む電着浴に浸る(例えば、浸漬する)ように配置することができる。一定の定常電流を電着浴に流して、コーティングまたはコーティングの一部分を基板に形成することができる。 In some embodiments, the coating or portion of the coating can be electrodeposited using direct current (DC) plating. For example, a substrate (eg, an electrode) can be placed so as to be immersed (eg, immersed) in an electrodeposition bath that includes one or more chemical species to be electrodeposited on the substrate. A constant steady current can be passed through the electrodeposition bath to form a coating or part of a coating on the substrate.
幾つかの場合では、電着方法において、電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを電着させる。当該波形は、方形波形、任意形状の非方形波形などを含むいずれの形状を有することもできる。以下に更に説明するように、異なる部分を有するコーティングを形成する場合のような幾つかの方法では、波形は異なるセグメントを有することができ、これらのセグメントを使用して異なる部分を形成する。しかしながら、全ての方法において、異なるセグメントを有する波形を使用する訳ではないことを理解されたい。 In some cases, in the electrodeposition method, the coating is electrodeposited by driving a power source to generate a waveform. The waveform can have any shape including a square waveform, an arbitrarily shaped non-square waveform, and the like. As described further below, in some methods, such as forming a coating having different portions, the corrugation can have different segments, and these segments are used to form different portions. However, it should be understood that not all waveforms use waveforms having different segments.
幾つかの場合では、少なくとも1つの順方向パルス、及び少なくとも1つの逆方向パルスを含む、すなわち「反転パルスシーケンス」を含む両極性波形を使用することができる。幾つかの実施形態では、少なくとも1つの逆方向パルスが、少なくとも1つの順方向パルスの直ぐ後に続く。幾つかの実施形態では、少なくとも1つの順方向パルスが、少なくとも1つの逆方向パルスの直ぐ後に続く。幾つかの場合では、両極性波形は、複数の順方向パルス及び逆方向パルスを含む。幾つかの実施形態は、複数の順方向パルス及び逆方向パルスを含む両極性波形を含むことができ、各パルスは特定の電流密度及び期間を有する。幾つかの場合では、反転パルスシーケンスを使用することにより、形成されるコーティングの組成及び/又は粒子サイズを変化させることができる。 In some cases, bipolar waveforms can be used that include at least one forward pulse and at least one reverse pulse, ie, an “inverted pulse sequence”. In some embodiments, the at least one reverse pulse immediately follows the at least one forward pulse. In some embodiments, at least one forward pulse follows immediately after at least one reverse pulse. In some cases, the bipolar waveform includes multiple forward and reverse pulses. Some embodiments can include a bipolar waveform that includes multiple forward and reverse pulses, each pulse having a specific current density and duration. In some cases, the composition of the coating formed and / or the particle size can be varied by using an inversion pulse sequence.
幾つかの実施形態では、反転パルスシーケンスは、順方向電流パルス(群)の期間に亘って積分されたときの順方向(例えば、正の)電流密度が、逆方向電流セグメントの期間に亘って積分された逆方向(例えば、負の)電流密度と同じ絶対値を持つように印加することができる。図6は、反転パルスシーケンスの一例を示しており(縦軸は強度、横軸は時間を示す)、複数部分Aは、逆方向電流パルス(群)の期間に亘って積分された逆方向電流密度を表わし、そして複数部分Bは、順方向電流パルス(群)の期間に亘って積分された順方向電流密度を表わす。幾つかの場合では、逆方向パルス(複数部分A)の期間に亘って積分された平均逆方向パルスの合計に対する、順方向電流パルス(群)(例えば、複数部分B)の期間に亘って積分された平均順方向電流密度の合計の比は、0.5〜5、1〜5、または幾つかの場合では、1〜2である。 In some embodiments, the reverse pulse sequence is integrated over the period of the forward current pulse (s) so that the forward (eg, positive) current density is over the period of the reverse current segment. It can be applied to have the same absolute value as the integrated reverse (eg, negative) current density. FIG. 6 shows an example of the inversion pulse sequence (the vertical axis indicates the intensity and the horizontal axis indicates the time), and a plurality of portions A are the reverse current integrated over the period of the reverse current pulse (group). The density B represents the forward current density integrated over the duration of the forward current pulse (s). In some cases, integration over the period of forward current pulse (s) (eg, part B) relative to the sum of the average reverse pulse integrated over the period of the reverse pulse (part A). The total ratio of average forward current density achieved is 0.5-5, 1-5, or in some cases 1-2.
一連の実施形態では、少なくとも1つの順方向パルスは、約1〜約100msの期間を有し、平均順方向電流密度は約0.01〜1A/cm2であり、そして少なくとも1つの逆方向パルスは、約1〜約100msの期間を有し、平均逆方向電流密度は約0.01〜1A/cm2である。 In a series of embodiments, the at least one forward pulse has a duration of about 1 to about 100 ms, the average forward current density is about 0.01 to 1 A / cm 2 , and the at least one reverse pulse Has a period of about 1 to about 100 ms, and the average reverse current density is about 0.01 to 1 A / cm 2 .
幾つかの実施形態では、反転パルスシーケンスを使用して、耐腐食性のような特定の特性を有するコーティング組成物を形成する。一連の実施形態では、順方向電流密度が約0.09A/cm2であり、かつパルス期間が12msの第1パルスの後に、逆方向電流密度が約0.075A/cm2であり、かつパルス期間が8msの第2パルスが続く構成の波形を使用して、本明細書において説明するようなコーティングを形成する。
In some embodiments, an inversion pulse sequence is used to form a coating composition having specific properties such as corrosion resistance. In a series of embodiments, the forward current density is about 0.09 A / cm 2 and after the first pulse with a pulse duration of 12 ms, the reverse current density is about 0.075 A / cm 2 and the pulse A waveform configured with a second pulse of
幾つかの場合では、順方向電流密度及び順方向電流期間の積が約1.08A・ms/cm2であるのに対し、逆方向電流密度及び逆方向電流期間の積は約0.6A・ms/cm2である。これらの2つの値は同じ絶対値を持ち、この場合、順方向値と逆方向値の比は、約1.8である。約0.5〜約5の範囲の比を含む他の比を使用してもよい。 In some cases, the product of forward current density and forward current period is about 1.08 A · ms / cm 2 , while the product of reverse current density and reverse current period is about 0.6 A ···. ms / cm 2 . These two values have the same absolute value, in which case the ratio of the forward value and the backward value is about 1.8. Other ratios may be used, including ratios in the range of about 0.5 to about 5.
上に述べたように、幾つかの実施形態は、1つよりも多くのセグメントを有する波形を含むことができ、各セグメントは、特定の一連の電着条件を含む。すなわち、当該波形は、異なるセグメントでは異なっている。例えば、当該波形は、少なくとも1つの順方向パルス、及び少なくとも1つの逆方向パルスを含む1つのセグメント(例えば、両極性波形、または反転パルスシーケンス)と、そして単一の順方向または逆方向パルスを含む別のセグメントと、を含むことができる。幾つかの場合では、単一のパルスを有するセグメントは、反転パルスシーケンスを有するセグメントの手前に配置することができる。例えば、図7は、本発明の1つの実施形態による(i)単一の順方向パルスを含む第1セグメントと、そして(ii)反転パルスシーケンスを含む第2セグメントと、を含む波形の一例を示している。幾つかの場合では、第2セグメントは、図6に示す波形と同様である。波形は、第1及び第2セグメントの他に、更に多くのセグメントを有することができることを理解されたい。 As mentioned above, some embodiments can include a waveform having more than one segment, each segment including a specific series of electrodeposition conditions. That is, the waveform is different in different segments. For example, the waveform comprises at least one forward pulse and one segment (eg, a bipolar waveform or an inverted pulse sequence) that includes at least one reverse pulse, and a single forward or reverse pulse. Including another segment. In some cases, a segment with a single pulse can be placed before a segment with an inverted pulse sequence. For example, FIG. 7 illustrates an example of a waveform including (i) a first segment that includes a single forward pulse and (ii) a second segment that includes an inverted pulse sequence according to one embodiment of the present invention. Show. In some cases, the second segment is similar to the waveform shown in FIG. It should be understood that the waveform can have many more segments in addition to the first and second segments.
幾つかの方法では、図1に示すように、コーティングの第1部分40は、波形の第1セグメントを使用して形成することができ、そしてコーティングの第2部分50は、波形の第2部分を使用して形成することができる。第1及び第2セグメントのパラメータ群(例えば、パルス種類、パルス期間など)を選択して、所望の特徴(例えば、組成、粒子サイズ)を、これらのセグメント期間中に形成される対応するコーティング部分に付与することができる。幾つかの場合では、第2(例えば、上側)部分は、ニッケル、タングステン、及び酸素を含むことができ、上層部分に含まれるタングステンの重量百分率は、1〜20パーセントである。本明細書において説明する波形を使用する方法では、広範囲の種類のコーティングを比較的短い時間内に、かつ電着浴の組成または温度のいずれをも変更す
る必要を伴うことなく形成する機能を提供することができる。
In some methods, as shown in FIG. 1, the
幾つかの場合では、第2(例えば、上層)部分を形成するために使用される第2セグメントは、数秒から多数分の期間に亘って印加される反転パルスシーケンスとすることができる。幾つかの場合では、第2セグメント(例えば、反転パルスシーケンス)を、少なくとも1秒、少なくとも5秒、少なくとも10秒、または幾つかの場合では、少なくとも20秒に亘って印加して、所望の表面特性及び耐腐食特性を有する上層部分を形成する。幾つかの場合では、第2セグメント(例えば、反転パルスセグメント)は、少なくとも1分の期間、またはそれよりも長い期間に亘って印加される。幾つかの場合では、第2セグメント(例えば、反転パルスシーケンス)は、5分未満、または3分未満、または2分未満、或いは1分未満の期間に亘って印加される。第2セグメントの時間長は、第1セグメントの時間長よりも短くすることができる。第2セグメント(例えば、反転パルスセグメント)の期間を変更して所望のコーティングを形成することができる。 In some cases, the second segment used to form the second (eg, upper layer) portion can be an inverted pulse sequence applied over a period of seconds to many minutes. In some cases, a second segment (eg, an inverted pulse sequence) is applied for at least 1 second, at least 5 seconds, at least 10 seconds, or in some cases at least 20 seconds, to achieve the desired surface. Forming an upper layer portion having properties and corrosion resistance. In some cases, the second segment (eg, the inverted pulse segment) is applied for a period of at least 1 minute or longer. In some cases, the second segment (eg, an inverted pulse sequence) is applied over a period of less than 5 minutes, or less than 3 minutes, or less than 2 minutes, or less than 1 minute. The time length of the second segment can be shorter than the time length of the first segment. The duration of the second segment (eg, the inversion pulse segment) can be varied to form the desired coating.
一般的に、第1セグメントの時間長は制限されない。例えば、第1セグメントは、1分〜10時間とすることができるが;他の時間長を用いることも可能であることを理解されたい。 In general, the time length of the first segment is not limited. For example, the first segment can be between 1 minute and 10 hours; it should be understood that other time lengths may be used.
幾つかの場合では、本発明は、特定の微細構造を有するコーティングを形成する方法を提供する。例えば、ナノ結晶部分を含むコーティングは、細粒化添加剤の添加、少なくともナノ結晶形態を採る合金の電着、パルス電流の使用、または反転パルス電流の使用を含む種々の電着法により形成することができる。コーティングの微細構造を変化させる他の方法は、米国特許出願公開第2006/02722949号に記載されている。 In some cases, the present invention provides a method of forming a coating having a specific microstructure. For example, coatings containing nanocrystalline portions are formed by a variety of electrodeposition methods including the addition of atomizing additives, electrodeposition of alloys that take at least the nanocrystalline form, the use of pulsed currents, or the use of inverted pulsed currents. be able to. Another method for changing the microstructure of the coating is described in US 2006/02722949.
本明細書において説明するように、本発明の幾つかの実施形態では、電着浴を使用する。電着浴は通常、電流の印加時に基板(例えば、電極)に電着させることができる化学種を含む。例えば、1種類以上の金属種(例えば、金属類、塩類、他の金属源)を含む電着浴は、金属(例えば、合金)を含むコーティングの電着に使用することができる。幾つかの場合では、電着浴は、ニッケル種(例えば、硫酸ニッケル)及びタングステン種(例えば、タングステン酸ナトリウム)を含み、そして例えば、ニッケル−タングステン合金コーティングの形成に有用となり得る。 As described herein, some embodiments of the invention use an electrodeposition bath. An electrodeposition bath typically includes chemical species that can be electrodeposited onto a substrate (eg, an electrode) upon application of an electric current. For example, electrodeposition baths containing one or more metal species (eg, metals, salts, other metal sources) can be used for electrodeposition of coatings containing metals (eg, alloys). In some cases, the electrodeposition bath includes a nickel species (eg, nickel sulfate) and a tungsten species (eg, sodium tungstate) and can be useful, for example, in forming a nickel-tungsten alloy coating.
通常、電着浴は水性流体担体(例えば、水)を含む。しかしながら、これらには制限されないが、溶融塩、極低温溶媒、アルコール浴などを含む他の流体担体を本発明に関連して使用してもよいことを理解されたい。この技術分野の当業者であれば、適切な流体担体を選択して電着浴に使用することができるであろう。幾つかの場合では、電着浴は、約7.0〜9.0のpH(水素イオン濃度指数)を有するように選択することができる。幾つかの場合では、電着浴は、約7.6〜8.4のpHを、または幾つかの場合では、約7.9〜8.1のpHを有することができる。 Typically, the electrodeposition bath includes an aqueous fluid carrier (eg, water). However, it should be understood that other fluid carriers may be used in connection with the present invention including, but not limited to, molten salts, cryogenic solvents, alcohol baths, and the like. One skilled in the art will be able to select an appropriate fluid carrier for use in the electrodeposition bath. In some cases, the electrodeposition bath can be selected to have a pH (hydrogen ion concentration index) of about 7.0 to 9.0. In some cases, the electrodeposition bath can have a pH of about 7.6 to 8.4, or in some cases about 7.9 to 8.1.
電着浴は、濡れ剤、増白剤、または均展剤などのような他の添加剤を含むことができる。この技術分野の当業者であれば、適切な添加剤を選択して特定の用途に使用することができるであろう。幾つかの場合では、電着浴は、クエン酸イオンを添加剤として含む。幾つかの場合では、クエン酸イオン含有量は、約35〜150g/L、40〜80g/L、または幾つかの場合では、60〜66g/Lとすることができる。 The electrodeposition bath can contain other additives such as wetting agents, brighteners, leveling agents and the like. One skilled in the art will be able to select the appropriate additive and use it for a particular application. In some cases, the electrodeposition bath includes citrate ions as an additive. In some cases, the citrate ion content can be about 35-150 g / L, 40-80 g / L, or in some cases 60-66 g / L.
本発明の方法は、種々の組成を有するコーティング(例えば、Ni−W合金コーティング)を1回の電着工程で容易に形成することができるという点で有利となり得る。例えば、層状組成、段階状組成などを含むコーティングは、単一の電着浴中で、かつ1回の電着工程で、適切なセグメント群を有する波形を選択することにより形成することができる。
形成される被コーティング物品は、高耐腐食性及び高機能表面特性を示すことができる。
The method of the present invention can be advantageous in that coatings with various compositions (eg, Ni-W alloy coatings) can be readily formed in a single electrodeposition step. For example, a coating comprising a layered composition, a stepped composition, etc. can be formed by selecting a waveform having an appropriate group of segments in a single electrodeposition bath and in a single electrodeposition process.
The coated article that is formed can exhibit high corrosion resistance and high functional surface properties.
気相プロセス、スパッタリング、物理気相堆積、化学気相堆積、熱酸化、イオン注入などを含む他の方法を使用してコーティングを、本明細書において説明したように形成することができることを理解されたい。 It is understood that the coating can be formed as described herein using other methods including vapor phase processes, sputtering, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, thermal oxidation, ion implantation, and the like. I want.
以下の例は、制限的に解釈されるべきではなく、本発明の特定の特徴を例示するものとして解釈されたい。
(例1)
以下の例では、Ni−W合金でコーティングされた物品は、水性電着浴により形成した。コーティング対象の物品を溶液に浸漬し、そして電流を印加して電着を行なった。電着に使用される溶液の成分を表Iに、電着プロセスに使用される複数の条件のうちの幾つかの条件と一緒に列挙する。溶液のpHを値8.0に水酸化アンモニウムを使用して平衡させた。反転パルス電流を、表Iに示す特性条件で印加した。この場合に使用される反転パルス方式は、米国特許出願公開第2006/02722949号によって示唆される方式と同様である。幾つかのコーティングを真ちゅう基板の上に、ステンレス鋼製の対向電極を使用して形成した。
表1.試験1及び2に関する電着条件
The following examples should not be construed as limiting, but as exemplifications of particular features of the invention.
(Example 1)
In the following examples, articles coated with Ni-W alloy were formed by an aqueous electrodeposition bath. The article to be coated was immersed in the solution and electrodeposition was performed by applying an electric current. The components of the solution used for electrodeposition are listed in Table I along with some of the conditions used in the electrodeposition process. The pH of the solution was equilibrated to a value of 8.0 using ammonium hydroxide. An inversion pulse current was applied under the characteristic conditions shown in Table I. The inversion pulse scheme used in this case is similar to the scheme suggested by US Patent Application Publication No. 2006/0272249. Several coatings were formed on a brass substrate using a counter electrode made of stainless steel.
Table 1. Electrodeposition conditions for tests 1 and 2
Ni−W合金コーティングを含む第1被コーティング物品、サンプルAを、表1に詳述される反転パルス方式を使用して作製した。コーティングは、20分に亘って電着させ、そしてx線蛍光分析(x−ray fluorescence:XRF)により測定されるように、約10〜12マイクロメートルの厚さを達成した。XRF測定によって、このコーティングの組成も提供され、この組成は、約40重量%のW、及び残りのNiであった。電着直後の状態のコーティングは明るく鮮やかであり、かつ光沢があった。X線回折を用いた線広がり測定によれば、本試料の粒子サイズは約10±5nmであり;試料はナノ結晶であった。このようにして、サンプルAに本試験において形成したコーティングは、米国特許出願公開第2006/02722949号に記載されているように、先行技術による方法を使用して形成される。 A first article to be coated, including a Ni-W alloy coating, Sample A, was made using the inversion pulse method detailed in Table 1. The coating was electrodeposited for 20 minutes and achieved a thickness of about 10-12 micrometers as measured by x-ray fluorescence (XRF). XRF measurements also provided the composition of this coating, which was about 40 wt.% W and the remaining Ni. The coating immediately after electrodeposition was bright and vivid and glossy. According to the line broadening measurement using X-ray diffraction, the particle size of this sample was about 10 ± 5 nm; the sample was a nanocrystal. Thus, the coating formed on Sample A in this test is formed using prior art methods as described in U.S. Patent Application Publication No. 2006/02722949.
サンプルAに、腐食試験を銅加速酢酸塩水噴霧(CASS)室(規格ASTM B368を参照)において実施した。2時間未満がCASS試験で経過した後、このコーティングは、腐食浸食による退色を示した。CASS腐食寿命は1時間を大幅に下回った。4時間が経過した後、腐食が顕著になり、そしてコーティングは明るく鮮やかではなくなった、または光沢があるということがなくなった。 Sample A was subjected to a corrosion test in a copper accelerated acetate spray (CASS) chamber (see standard ASTM B368). After less than 2 hours in the CASS test, the coating showed fading due to corrosion erosion. The CASS corrosion life was significantly less than 1 hour. After 4 hours, the corrosion became significant and the coating was no longer bright and vivid or glossy.
第2被コーティング物品、サンプルBを、上に説明した方法を使用して、サンプルAに関して上に列挙した厚さとほぼ同じ厚さになるように作製した。この例では、Ni−W合金電着の第1工程を、サンプルAにおける条件と同じ条件を使用して実施した。この第1電気めっき工程の終わりに、更に別の電着工程を実施したが、この電着工程では、電流波形は、12msの期間の順方向電流と、それに続く8msの期間の逆方向電流と、を含んでいた。この工程において印加される電流密度は、順方向では0.09A/cm2であり、逆方向では0.075A/cm2であった。この波形を1分に亘って印加し、そして当該波形によって、電着コーティングの第2部分(すなわち、上層部分)を形成した。この2段階プロセスを1回の処理ステップで実施した、すなわち試料を同じ電着浴に、連続して実施される両方の電着工程において浸漬させた。印加電流波形の変化が工程間で生じたが、この場合は、電着処理ステップが1回実施されただけであった。 A second coated article, Sample B, was made using the method described above to be approximately the same thickness as listed above for Sample A. In this example, the first step of Ni—W alloy electrodeposition was performed using the same conditions as in Sample A. At the end of the first electroplating step, another electrodeposition step was performed. In this electrodeposition step, the current waveform was a forward current for a period of 12 ms followed by a reverse current for a period of 8 ms. , Included. The current density applied in this step was 0.09 A / cm 2 in the forward direction and 0.075 A / cm 2 in the reverse direction. This waveform was applied for 1 minute and formed the second part (ie, the upper layer part) of the electrodeposition coating. This two-stage process was carried out in a single processing step, i.e. the sample was immersed in the same electrodeposition bath in both electrodeposition steps carried out in succession. A change in the applied current waveform occurred between the processes, but in this case, the electrodeposition processing step was only performed once.
サンプルBに形成されるコーティングは、サンプルAに形成されるコーティングと、XRF(x線蛍光分析)測定による厚さ及び組成に関してほぼ同じであった(約40重量%のW、及び差し引いた残りのNi)。電着直後の状態のサンプルBのコーティングは、明るく鮮やかであり、かつ光沢があり、そしてX線回折を用いた線広がり測定によれば、この試料の粒子サイズは約10±5nmであり;そして試料はナノ結晶であった。 The coating formed on sample B was about the same as the coating formed on sample A with respect to thickness and composition as measured by XRF (x-ray fluorescence analysis) (about 40 wt.% W, and the rest subtracted). Ni). The coating of Sample B in the state immediately after electrodeposition is bright and vivid and shiny, and according to line broadening measurements using X-ray diffraction, the particle size of this sample is about 10 ± 5 nm; and The sample was a nanocrystal.
サンプルBに、サンプルAにおけるのとほぼ同じ標準的な銅加速酢酸塩水噴霧腐食試験を実施した。4時間が経過した後、識別できる腐食はコーティング表面には観察されなかった。最長96時間までの高耐腐食性能を達成した。CASS腐食寿命は少なくとも4時間であり、大幅に長くなった可能性がある。サンプルA及びサンプルBにおけるコーティングが、XRF(x線蛍光分析)法またはX線回折法のようなバルク測定法を用いて観察する場合には、同じように見えることに注目すると面白い。すなわち、サンプルA及びサンプルBのコーティングは、ほぼ同じ厚さ、組成、及び粒子サイズを有する。しかしながら、サンプルA及びサンプルBの腐食特性及び表面特性は明らかに異なる。サンプルAに関して得られる結果は通常、これまでに説明したDCめっき法、パルスめっき法のような従前の方法を使用して、またはパルス反転めっき法さえも使用して形成されるNi−W電着物である。このようなコーティングは、CASS腐食の影響を、短い曝露時間しか経過していない状態で受け易い。これとは異なり、サンプルBは、CASS腐食に対して高い耐性を示し、上層部分を含むコーティングが高耐腐食性を物品に付与することを示唆していた。 Sample B was subjected to the same standard copper accelerated acetate spray corrosion test as in Sample A. After 4 hours, no discernable corrosion was observed on the coating surface. High corrosion resistance performance up to 96 hours was achieved. The CASS corrosion life was at least 4 hours and may have been significantly longer. It is interesting to note that the coatings in Sample A and Sample B look the same when viewed using a bulk measurement method such as XRF (x-ray fluorescence analysis) or X-ray diffraction. That is, the coatings of Sample A and Sample B have approximately the same thickness, composition, and particle size. However, the corrosion properties and surface properties of Sample A and Sample B are clearly different. The results obtained for sample A are typically Ni-W electrodeposits formed using conventional methods such as the DC plating method, pulse plating method described above, or even pulse reversal plating. It is. Such coatings are susceptible to CASS corrosion effects with only a short exposure time. In contrast, Sample B was highly resistant to CASS corrosion, suggesting that the coating containing the upper layer portion imparts high corrosion resistance to the article.
更に、サンプルBは、パッシベーションステップのような副ステップを必要とすることなく、かつコーティング内に、またはコーティング表面に或る程度微量のCrまたはクロム酸化物を含むW合金コーティングを残すことになるCrO3含有溶液を用いることなく作製することができる。
(例2)
次に、例1において作製されたサンプル群の種々の特性を分析して、コーティングの最外側表面の特徴及び組成がサンプルの腐食特性に及ぼす影響を把握した。2つの試料、サンプルA及びサンプルBの組成を、オージェ電子分光法を用いて、腐食環境に曝露する前に測定した。オージェ電子分光法による結果は、2つのコーティングの表面近傍領域が異なっていることを示唆していた。
Furthermore, Sample B does not require a sub-step such as a passivation step and leaves a W alloy coating with a trace amount of Cr or chromium oxide in the coating or on the coating surface. 3 can be produced without using the solution.
(Example 2)
The various properties of the sample group produced in Example 1 were then analyzed to understand the effect of the outermost surface characteristics and composition of the coating on the corrosion properties of the sample. The composition of the two samples, Sample A and Sample B, was measured using Auger electron spectroscopy prior to exposure to a corrosive environment. The results from Auger electron spectroscopy suggested that the near-surface regions of the two coatings were different.
サンプルAは、Ni(約62原子%),W(約22原子%),及び酸素(約16原子%)を含む表面組成を持っていた。酸素を分析から除外した場合、金属の比率は、約75原子%のNi:約25原子%のWである、または重量百分率で表わす場合には、約49重量%のNi:約51重量%のWである。この組成は、XRF(x線蛍光分析)による結果から得られるバルク測定値にかなり近く、わずかな差が、酸素が表面に存在することに起因して生じている可能性がある。サンプルBは、Ni(約86原子%),W(約4原子%)
,及び酸素(約10原子%)含む非常に異なる表面組成を持っていた。酸素を分析から除外した場合、金属の比率は、原子比で、約96:4(Ni:W)である、または重量比で、約88:12(Ni:W)である。これらのオージェ測定のいずれの測定によっても、サンプルBのコーティングの上層部分は、サンプルAのコーティングの上層部分とは異なっていた。
Sample A had a surface composition comprising Ni (about 62 atomic%), W (about 22 atomic%), and oxygen (about 16 atomic%). When oxygen is excluded from the analysis, the metal ratio is about 75 atomic percent Ni: about 25 atomic percent W, or when expressed in weight percentage, about 49 weight percent Ni: about 51 weight percent. W. This composition is quite close to the bulk measurements obtained from the results by XRF (x-ray fluorescence analysis), and slight differences may be due to the presence of oxygen on the surface. Sample B is Ni (about 86 atomic%), W (about 4 atomic%)
And a very different surface composition including oxygen (about 10 atomic%). When oxygen is excluded from the analysis, the metal ratio is about 96: 4 (Ni: W) in atomic ratio or about 88:12 (Ni: W) in weight ratio. In any of these Auger measurements, the upper portion of the sample B coating was different from the upper portion of the sample A coating.
このように、サンプルBを取得するために使用される特殊手順によって、サンプルAに含まれているのとは異なる表面化学を有する被コーティング物品が形成されていた。特に、サンプルBに形成されるコーティングの上層部分(すなわち、酸化物層、複合酸化物、または酸素含有相)は、サンプルAに形成される組成とは異なる組成を持っていた。サンプルAの酸化物層は、偏りの小さい原子組成Ni62W22O16をほぼ示したのに対し、サンプルBの酸化物層は、Ni86W4O10に近い原子組成を示した。これらの測定値からは、酸化物層が単一の複合酸化物相、または複数の異なる金属酸化物及び/又は金属相から成る複合材料または複合物、或いは溶解酸素を含む合金相を含んでいたかどうかは明らかではなかった。 Thus, the special procedure used to obtain Sample B resulted in a coated article having a different surface chemistry than that contained in Sample A. In particular, the upper layer portion of the coating formed on Sample B (ie, the oxide layer, composite oxide, or oxygen-containing phase) had a composition different from the composition formed on Sample A. The oxide layer of sample A almost showed an atomic composition Ni 62 W 22 O 16 with a small deviation, whereas the oxide layer of sample B showed an atomic composition close to Ni 86 W 4 O 10 . From these measurements, the oxide layer included a single composite oxide phase, or a composite material or composite comprising a plurality of different metal oxides and / or metal phases, or an alloy phase containing dissolved oxygen. Whether it was not clear.
サンプルBにおいて得られる異なる表面化学は、高耐腐食性及び高耐変色性を含む、我々が測定した高機能表面特性に拠る可能性が示された。このように、幾つかの場合では、約20原子%未満のWと、ニッケルと、そして酸素と、を含む酸化物層を含むコーティングは、公知の方法により形成され、かつWを多量に含有する酸化物よりも高い耐腐食性及び優れた他の所望の表面特性を提供することができる。 It has been shown that the different surface chemistry obtained in Sample B may depend on the high performance surface properties we measured, including high corrosion resistance and high color fastness. Thus, in some cases, a coating comprising an oxide layer comprising less than about 20 atomic percent W, nickel, and oxygen is formed by known methods and contains a large amount of W. It can provide higher corrosion resistance than oxides and other desired surface properties.
CIE(国際照明委員会)により規定されたCIE Lab表色系(standard
CIE Lab Color Scale)では、サンプルAは、L=82.5;a=0.28;b=3.16で表わされる測色値を有していたのに対し、サンプルBは、L=83.4;a=0.41;及びb=5.26で表わされる測色値を有していた。これは、表面相及び/又は表面特性が2つのサンプルの間で異なることを更に明示している。
CIE Lab color system specified by CIE (International Commission on Lighting)
In CIE Lab Color Scale), sample A had colorimetric values represented by L = 82.5; a = 0.28; b = 3.16, whereas sample B had L = 83 4; a = 0.41; and b = 5.26. This further demonstrates that the surface phase and / or surface properties differ between the two samples.
制御試験として、サンプルA及びサンプルBに形成されるコーティングを更に、Wを含有せず、かつこの工業分野で公知になっている他のNiめっき法により形成されたコーティングと比較した。Niコーティング(例えば、Wを含まないコーティング)を、サンプルA及びサンプルBにおける基板と同じ基板に施し、そしてNiコーティングは、サンプルA及びサンプルBにおける厚さと同様の厚さ(約10〜12ミクロン)であり、かつこの場合、公称純Niコーティングを、例えば通常の光沢ニッケル電気めっき溶液に、またはスルファミン酸ニッケル浴に浸漬して形成した。CASS腐食試をNiコーティングに対して実施し、そして全ての場合において、Niコーティングの表面特性及び腐食特性が、サンプルA及びBにおけるNi−Wコーティングのこれらの特性よりも望ましくなかった。このように、少なくとも或る量のWをコーティングに含有させた状態は、特性を向上させ、かつ腐食保護性を高めるために望ましい。 As a control test, the coatings formed on Sample A and Sample B were further compared to coatings that did not contain W and were formed by other Ni plating methods known in the industry. A Ni coating (eg, a W-free coating) is applied to the same substrate as Sample A and Sample B, and the Ni coating is similar in thickness to Sample A and Sample B (about 10-12 microns) And in this case, a nominally pure Ni coating was formed, for example, by immersion in a normal bright nickel electroplating solution or in a nickel sulfamate bath. A CASS corrosion test was performed on the Ni coating, and in all cases the surface and corrosion properties of the Ni coating were less desirable than those of the Ni-W coatings in Samples A and B. Thus, the state in which at least a certain amount of W is contained in the coating is desirable for improving the characteristics and enhancing the corrosion protection.
理論に拘束されることを望まないが、Wを含有させることにより、ニッケル及びタングステンの両方を含む所望の複合酸化物または酸素含有相が形成される、またはこれらの金属種のうちの1つの金属種、または両方の金属種を含む幾つかの異なる酸化物相から成る複合材料が形成される。例えば、サンプルBは、約4原子%のWを酸化物に含んでいた。幾つかの場合では、少なくとも1原子%のWをコーティングに含有させることにより、所望の効果を達成することができる。更に、幾つかの場合では、酸化物を含む部分を含むコーティングを形成することが望ましく、この場合、当該酸化物は、約1〜20原子%のWだけでなく、ニッケル及び酸素を含む。このようなコーティングは、高機能表面特性、耐腐食性、及び耐変色性または耐退色性を示すことができる。これらのコーティングは更に、W合金から成る領域群を含むことができ、この場合、これらの領域は、少なくともナノ
結晶とすることができる、または少なくともナノ結晶とする必要はない。幾つかの場合では、これらのコーティングは、クロムまたはクロム酸化物をほとんど含まないようにすることができ、そして処理ステップを電気めっき後に追加する必要を生じることなく形成することができる。
(例3)
種々の更に別のコーティングサンプルを作製し、そしてこれらのサンプルの特性を分析した。例えば、有機添加剤(すなわち、均展剤、濡れ剤、増白剤)を電着浴に、1g/L未満の量だけ添加したことを除いて、サンプルC及びサンプルDを、例1においてサンプルA及びBをそれぞれ作製するために説明した方法を使用して作製した。この技術分野の当業者であれば、均展剤、増白剤、展延剤、濡れ剤などを、このような少量だけこれらの電着浴に共通に使用することができ、かつこれらの添加剤から成る多くの複合物を異なる浴に含有させることができることが理解できるであろう。この例では、低濃度の有機添加剤を含有させることにより、サンプルA及びBに関して上に報告した主要な結果が変化することはなかった。サンプルCは、CASS腐食を数時間しか経過しないうちに示し、極めて大きな腐食が4時間経過後に発生した。しかしながら、サンプルDは、耐腐食性上層部分を含み、そして少なくとも4時間のCASS腐食寿命を有していた。
(例4)
以下の例では、従来のDCめっき法を使用して、Ni−Wコーティングを形成した。複数層をまず、直流(DC)条件で、かつ0.09A/cm2の一定印加電流密度で電着させたことを除いて、サンプルE及びサンプルFを、例1においてサンプルA及びBをそれぞれ作製するために説明した方法を使用して作製した。サンプルE及びサンプルFは共に、約20ミクロン未満の厚さのNi−Wコーティングを含んでいた。DC(直流)めっきを行なってNi−Wコーティングを形成した後、サンプルEを浴から取り出した。これとは異なり、DCめっきを行なってNi−Wコーティングを形成した後、更に別の上層部分をサンプルFに、サンプルBにおいて使用したものと同じDC電流、及び手順を使用して形成した(例えば、0.09A/cm2の順方向電流密度で12msに亘ってめっきし、続いて0.075A/cm2の逆方向電流密度で8msに亘ってめっきする順方向/逆方向シーケンスを1分に亘って行なってめっきする)。
While not wishing to be bound by theory, inclusion of W forms the desired complex oxide or oxygen-containing phase that includes both nickel and tungsten, or one of these metal species A composite material is formed which consists of several different oxide phases containing species, or both metal species. For example, Sample B contained about 4 atomic percent W in the oxide. In some cases, the desired effect can be achieved by including at least 1 atomic percent W in the coating. Further, in some cases it is desirable to form a coating that includes a portion that includes an oxide, where the oxide includes nickel and oxygen as well as about 1 to 20 atomic percent W. Such coatings can exhibit high functional surface properties, corrosion resistance, and resistance to discoloration or fading. These coatings can further comprise a group of regions consisting of a W alloy, in which case these regions can be at least nanocrystals or need not be at least nanocrystals. In some cases, these coatings can be substantially free of chromium or chromium oxide and can be formed without the need for additional processing steps after electroplating.
(Example 3)
Various additional coating samples were made and the characteristics of these samples were analyzed. For example, Sample C and Sample D in Example 1 except that organic additives (ie leveling agents, wetting agents, brighteners) were added to the electrodeposition bath in an amount of less than 1 g / L. Prepared using the methods described for making A and B, respectively. Those skilled in the art can use leveling agents, whitening agents, spreading agents, wetting agents, etc. in such small amounts in common in these electrodeposition baths, and their addition. It will be appreciated that many composites of agents can be included in different baths. In this example, inclusion of low concentrations of organic additives did not change the main results reported above for Samples A and B. Sample C showed CASS corrosion within only a few hours, with very large corrosion occurring after 4 hours. However, Sample D contained a corrosion resistant top layer portion and had a CASS corrosion life of at least 4 hours.
(Example 4)
In the following example, a Ni-W coating was formed using a conventional DC plating method. Sample E and Sample F are the same as Sample A and B in Example 1 except that the multiple layers are first electrodeposited under direct current (DC) conditions and at a constant applied current density of 0.09 A / cm 2. Made using the method described for making. Sample E and Sample F both included a Ni-W coating less than about 20 microns thick. Sample E was removed from the bath after DC (direct current) plating to form a Ni-W coating. In contrast, after DC plating to form the Ni-W coating, another upper layer portion was formed on Sample F using the same DC current and procedure as used in Sample B (eg, 1 minute forward / reverse sequence of plating at a forward current density of 0.09 A / cm 2 for 12 ms followed by plating at a reverse current density of 0.075 A / cm 2 for 8 ms And plate over).
サンプルE及びサンプルFは、サンプルA及びBに形成されるコーティングの特徴と同じそれぞれの特徴の全てを示した。図2は、(a)標準的なDC電着プロセスを使用してNi−W合金をコーティングしたパネル試料(例えば、サンプルE);及び(b)2段階反転パルス電着プロセスを使用してNi−W合金をコーティングしたパネル試料(例えば、サンプルF)に対して標準的なCASS腐食試験を14時間に亘って行なった後の写真のコピーを示している。従来のDCめっきを使用して作製されたサンプルEが腐食して、14時間しか経過していないのにほぼ完全に退色してしまった(図2A)のに対し、サンプルFは、同じ曝露を受けた後に、CASS試験に耐えることができて、退色をほとんど示すことがなく、かつ明らかな腐食または明らかな変色を起こすということがなかった。更に別の試験から、サンプルFにおける条件と同じ条件を使用して作製されたサンプル群は、CASS腐食条件に耐えることができ、88時間に亘ってほとんど腐食が起こらなかった。このように、CASS腐食寿命は、このサンプルに関して少なくとも88時間であった。 Sample E and Sample F exhibited all of the same respective features as the coatings formed on Samples A and B. FIG. 2 shows (a) a panel sample coated with a Ni—W alloy using a standard DC electrodeposition process (eg, sample E); and (b) Ni using a two-step inversion pulse electrodeposition process. -Shows a copy of a photograph after a standard CASS corrosion test for 14 hours on panel samples coated with W alloy (e.g., Sample F). Sample E, made using conventional DC plating, corroded and faded almost completely after only 14 hours (FIG. 2A), whereas Sample F had the same exposure. After receiving, it was able to withstand the CASS test, showed little fading and did not cause obvious corrosion or obvious discoloration. From yet another test, a group of samples made using the same conditions as in Sample F were able to withstand CASS corrosion conditions and there was little corrosion over 88 hours. Thus, the CASS corrosion life was at least 88 hours for this sample.
腐食試験の前に、サンプルE及びFを更に分析して、これらのサンプルの表面化学、及び表面上の酸化物を、X線光電子分光法(XPS)を用いて評価した。サンプルEに対するXPS分析から、表面が、ニッケル、タングステン、及び酸素から成っていた、すなわち酸化物層(または、酸素含有相)がニッケル及びタングステンを含んでいたことが判明した。更に、金属含有量の定量測定を行なうことが可能であり、これによって、サンプルEの表面が、約49重量%:51重量%のNi:W重量比を有していたことが判明し、この比は、サンプルAに関してオージェ分光法により測定された比(49:51)に類似し
ていた。サンプルA及びサンプルEは共に、従来の方法を用いて作製された。サンプルFのXPF分析から更に、表面酸素含有層が、Ni及びWを含み、かつ表面における金属比率が異なる、すなわちNi:W比が81重量%:19重量%であることが判明した。この比率は、サンプルBに関してオージェ分光法により測定された比率(例えば、88:12)に類似していた。サンプルB及びサンプルFは共に、最終めっき工程で反転パルス方式を用いて作製され、この反転パルス方式により上層部分を形成した。
Prior to the corrosion test, Samples E and F were further analyzed and the surface chemistry of these samples and the oxides on the surface were evaluated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS analysis on sample E revealed that the surface consisted of nickel, tungsten and oxygen, ie the oxide layer (or oxygen-containing phase) contained nickel and tungsten. Furthermore, it is possible to perform a quantitative measurement of the metal content, which revealed that the surface of sample E had a Ni: W weight ratio of about 49% by weight: 51% by weight. The ratio was similar to the ratio measured by Auger spectroscopy for sample A (49:51). Both Sample A and Sample E were made using conventional methods. XPF analysis of Sample F further revealed that the surface oxygen-containing layer contained Ni and W and had different metal ratios on the surface, ie, the Ni: W ratio was 81 wt%: 19 wt%. This ratio was similar to the ratio measured by Auger spectroscopy for sample B (eg 88:12). Both Sample B and Sample F were produced using the inversion pulse method in the final plating step, and the upper layer portion was formed by this inversion pulse method.
このようにして、サンプルE及びFに関するXPS測定によって、サンプルA及びBに関する上記知見を、オージェ分光法を用いて確認し、サンプルB及びFに形成される上層部分が、サンプルA及びEに含まれるタングステンよりも少量のタングステンを含む異なる表面組成を有していたことを検証した。サンプルB及びFの大幅に改善されたCASS試験による腐食特性をサンプルA及びEの腐食特性と比較すると、表面相または種々の表面相の性質が腐食挙動及び他の表面特性に影響を及ぼし得ることが分かる。 Thus, the XPS measurement on samples E and F confirms the above knowledge about samples A and B using Auger spectroscopy, and the upper layer portion formed on samples B and F is included in samples A and E. It was verified that it had a different surface composition that contained a smaller amount of tungsten than the tungsten that was produced. Comparing the corrosion properties of samples B and F with significantly improved CASS tests to those of samples A and E, the nature of the surface phase or various surface phases can affect the corrosion behavior and other surface properties I understand.
サンプルE及びFのXPS分析から更に、酸素がコーティングに含まれているだけでなく、金属−酸素結合が形成されている明らかな証拠が判明した。図3は、(a)サンプルEのニッケルのXPSスペクトル、及び(b)サンプルFのニッケルのXPSスペクトルを示している。図3に示すように、サンプルEの試料のニッケルのXPSスペクトル(図3A)、及びサンプルFの試料のニッケルのXPSスペクトル(図3B)は同様であり、2つの1次ピークが、金属状態のNiが結合することにより生じている。図中、「Binding Energy」は結合エネルギーを、「Intensity」は強度を示している。相対的に小さい複
数の2次ピークも観察され、これらの2次ピークのうちの2つの2次ピークが金属Niに関連付けられる。約856eVの結合エネルギーに位置する3次ピークは、ニッケルを含有する金属酸化物に関連付けられる。図4は、(a)サンプルEのタングステンのXPSスペクトル、及び(b)サンプルFのタングステンのXPSスペクトルを示している。両方のスペクトルにおいて、2つの大きい方のピークは、金属タングステン結合に関連付けることができ、そして小さい方のピーク群は、タングステン含有酸化物に関連付けることができる。サンプルFは、サンプルEよりも顕著な酸化物ピークを示した。これらのプロットの左側のピークは、結合エネルギーが相対的に高いことを表わしている、すなわち原子構成要素群が相対的に強く結合していることを表わしている。図4のデータは、サンプルFにおいて、原子群が平均的に、サンプルEにおけるよりも強く結合していることを示唆している。図5は、(a)サンプルEの酸素のXPSスペクトル、及び(b)サンプルFの酸素のXPSスペクトルを示している。2つのスペクトルの間に非常に明確な差が生じており、図5Aのスペクトルが1次ピークの右側に肩部を示し、そして図5Bのスペクトルは、この肩部を示していない。これらのプロットの左側のピークは、結合エネルギーが相対的に高いことを表わしている、すなわち原子構成要素群が相対的に強く結合していることを表わしている。図5のデータは、サンプルFにおいて、原子群が平均的に、サンプルEにおけるよりも強く結合していることを示唆している。
XPS analysis of Samples E and F further revealed clear evidence that not only oxygen was included in the coating, but metal-oxygen bonds were formed. FIG. 3 shows (a) the XPS spectrum of nickel of sample E, and (b) the XPS spectrum of nickel of sample F. As shown in FIG. 3, the XPS spectrum of nickel of sample E (FIG. 3A) and the XPS spectrum of nickel of sample F (FIG. 3B) are similar, and the two primary peaks are in the metallic state. This is caused by bonding of Ni. In the figure, “Binding Energy” indicates binding energy, and “Intensity” indicates strength. A plurality of relatively small secondary peaks are also observed, and two of these secondary peaks are associated with metallic Ni. A tertiary peak located at a binding energy of about 856 eV is associated with a metal oxide containing nickel. FIG. 4 shows (a) the XPS spectrum of tungsten of sample E, and (b) the XPS spectrum of tungsten of sample F. In both spectra, the two larger peaks can be associated with metallic tungsten bonds, and the smaller peaks can be associated with tungsten-containing oxides. Sample F showed a more pronounced oxide peak than Sample E. The peaks on the left side of these plots indicate that the binding energy is relatively high, that is, the atomic constituent groups are relatively strongly bonded. The data in FIG. 4 suggests that in sample F, the atomic groups are on average more strongly bonded than in sample E. FIG. 5 shows (a) the XPS spectrum of sample E, and (b) the XPS spectrum of sample F. There is a very clear difference between the two spectra, the spectrum of FIG. 5A shows a shoulder to the right of the primary peak, and the spectrum of FIG. 5B does not show this shoulder. The peaks on the left side of these plots indicate that the binding energy is relatively high, that is, the atomic constituent groups are relatively strongly bonded. The data in FIG. 5 suggests that in sample F, the atomic groups are on average more strongly bonded than in sample E.
このように、XPS分析は、サンプルE及びFの表面層に差が生じ、かつこれらの2つのサンプルの上部に位置する酸化物または酸素含有相が明白に異なることを示している。これは、XPS(X線光電子分光法)及びオージェ分光法の両方の方法による組成測定結果及び腐食観察結果と相関する。更に別の試験から、これらの結果が種々の基板に関して、かつ他の条件変化に関して得られることが確認された。銅を含まない酢酸塩水噴霧(ASTM G−85に基づく)、及び中性塩水噴霧(NSS、ASTMG B−117に基づく)を含む他の腐食性媒質も詳細に検討されている。種々の異なる幾何学構造を持つ真ちゅう製基板、及び鋼製基板に対する試験が行なわれている。種々の腐食性媒質に浸漬する浸漬腐食試験も行なわれている。各場合において、固有の上層部分組成を有する試料、または固有の上層部分を形成するために公知になっている方法を用いて作製される試料は、これまでの方法を用いて作製されるコーティングと比較して高い耐腐食性を示した。 Thus, XPS analysis shows that there is a difference in the surface layers of samples E and F and that the oxide or oxygen containing phase located on top of these two samples is distinctly different. This correlates with the composition measurement results and the corrosion observation results by both XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and Auger spectroscopy methods. Further tests confirmed that these results were obtained for various substrates and for other changes in conditions. Other corrosive media including copper-free acetate spray (based on ASTM G-85), and neutral salt spray (based on NSS, ASTM G B-117) are also considered in detail. Tests have been performed on brass substrates and steel substrates having a variety of different geometric structures. Immersion corrosion tests that immerse in various corrosive media have also been performed. In each case, a sample having a unique upper layer portion composition, or a sample made using methods known to form a unique upper layer portion, may be coated with a coating made using previous methods. In comparison, it showed high corrosion resistance.
Claims (15)
前記基板上に電着によって形成されるコーティングであって、前記コーティングが第1部分及び前記第1部分の上に形成された第2部分を有し、
前記第1部分はニッケル及びタングステンからなり酸素を実質的に含有せず、かつ前記第1部分はナノ結晶構造を有し、
前記第2部分がニッケル、タングステン、及び酸素を含み、前記第2部分に含まれるタングステンの重量百分率が1〜20パーセントであり、かつ前記第2部分はナノ結晶構造を有し、前記第1部分の厚さは前記第2部分の厚さの5倍を超えている前記コーティングとを備える、物品。 A substrate,
A coating formed by electrodeposition on the substrate, the coating having a first portion and a second portion formed on the first portion ;
The first portion is made of nickel and tungsten and contains substantially no oxygen; and the first portion has a nanocrystalline structure;
Before Stories second portion nickel comprises tungsten, and oxygen, Ri weight percentage from 1 to 20 percent der tungsten contained in said second portion and said second portion has a nanocrystalline structure, the first An article comprising: the coating with a thickness of one part exceeding five times the thickness of the second part .
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