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DE10228323A1 - Patching process for degraded portion of metallic workpiece e.g. pipe and conduit, involves electroplating reinforcing metallic patch to cover degraded portion - Google Patents

Patching process for degraded portion of metallic workpiece e.g. pipe and conduit, involves electroplating reinforcing metallic patch to cover degraded portion Download PDF

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DE10228323A1
DE10228323A1 DE2002128323 DE10228323A DE10228323A1 DE 10228323 A1 DE10228323 A1 DE 10228323A1 DE 2002128323 DE2002128323 DE 2002128323 DE 10228323 A DE10228323 A DE 10228323A DE 10228323 A1 DE10228323 A1 DE 10228323A1
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Germany
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anode
cathode
range
electrolyte
metallic material
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DE2002128323
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Uwe Prof. Toronto Erb
Jonathan Toronto McCrea
Glenn D. Toronto Hibbard
Iain Toronto Brooks
Francisco Toronto Gonzalez
Klaus Toronto Tomantschger
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Integran Technologies Inc
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Integran Technologies Inc
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Abstract

A reinforcing metallic patch is electroplated to cover the degraded portion without covering the non-degraded portion of metallic workpiece, where the electrodeposited metal of metallic patch has an average grain size of 1000 nm or less. An independent claim is also included for process for in-situ electroforming structural reinforcing layer.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden von Beschichtungen von reinen Metallen, Metalllegierungen oder Metallmatrix-Kompositen auf einem Werkstück, welches elektrisch leitfähig ist oder eine elektrisch leitfähige Oberflächenschicht enthält, oder Ausbilden von freistehenden Auflagen von nanokristallinen Metallen, Metalllegierungen oder Metallmatrix-Kompositen durch Verwendung von Puls-Elektroablagerung. Das Verfahren verwendet ein Trommel-Plattierungsverfahren für die kontinuierliche Herstellung von nanokristallinen Folien von reinen Metallen, Metalllegierungen oder Metallmatrix-Kompositen oder ein selektives Plattierungs-(Bürstenplattierungs)-Verfahren, wobei die Verfahren Puls-Elektroablagerung und eine nicht stationäre Anode oder Kathode einbeziehen. Neue nanokristalline Metallmatrix-Komposite sind ebenfalls offenbart. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Puls-Plattierungsverfahren für die Herstellung oder Beschichtung von Mikrokomponenten. Die Erfindung bezieht sich auch auf Mikrokomponenten mit Korngrößen unter 1000 nm.The invention relates to a Process for forming coatings of pure metals, metal alloys or metal matrix composites on a workpiece that is electrically conductive or an electrically conductive surface layer contains or forming free-standing layers of nanocrystalline metals, Metal alloys or metal matrix composites through use of pulse electrodeposition. The process uses a drum plating process for the continuous production of nanocrystalline films from pure Metals, metal alloys or metal matrix composites or a selective plating (brush plating) process, the process being pulse electro-deposition and a non-stationary anode or include cathode. New nanocrystalline metal matrix composites are also disclosed. The invention also relates to a Pulse plating process for the manufacture or coating of micro components. The invention also refers to micro components with grain sizes below 1000 nm.

Das neue Verfahren kann angewandt werden, um verschleißresistente Auflagen und Folien von reinen Metallen oder Legierungen von Metallen, ausgewählt aus der Gruppe von Ag, Au, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, V, W und Zn und anderen legierenden Elementen, ausgewählt aus C, P, S und Si, und Metallmatrix-Komposite reiner Metalle oder Legierungen mit Partikelzusätzen herzustellen, wie etwa Metallpulvern, Metalllegierungspulvern und Metalloxidpulvern von Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitriden von Al, B und Si; C (Graphit oder Diamant); Carbide von B, Cr, Bi, Si, W; und organische Materialien wie PTFE und Polymerkugeln. Das selektive Plattierverfahren ist besonders geeignet für in-situ oder Außenanwendungen, wie etwa die Reparatur oder Aufbereitung von Düsen und Formen, Turbinenschaufeln, Dampferzeugungsröhren, Reaktorkernkopf-Durchbrechungen von Kernkraftwerken und dergleichen. Der kontinuierliche Plattierungsprozess ist besonders geeignet zur Herstellung nanokristalliner Folien, z.B. für magnetische Anwendungen. Das Verfahren kann auf hochfeste, gleichachsige Mikrokomponenten zur Verwendung in der Elektronik, Biomedizin, Telekommunikation, im Automobilbereich, Weltraum und in Verbraucheranwendungen angewandt werden.The new procedure can be applied become wear resistant Coatings and foils of pure metals or alloys of metals, selected from the group of Ag, Au, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, V, W and Zn and other alloying elements selected from C, P, S and Si, and metal matrix composites of pure metals or alloys with particle additives such as metal powders, metal alloy powders and Metal oxide powders of Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite or diamond); Carbide from B, Cr, Bi, Si, W; and organic materials such as PTFE and polymer balls. The selective plating process is particularly suitable for in-situ or outdoor applications, such as the repair or preparation of nozzles and molds, turbine blades, Steam generation tubes, reactor core breakthroughs of nuclear power plants and the like. The continuous plating process is particularly suitable for the production of nanocrystalline foils, e.g. For magnetic applications. The process can be based on high-strength, coaxial Microcomponents for use in electronics, biomedicine, telecommunications, applied in the automotive, space and consumer applications become.

Beschreibung des Standes der Technik/Hintergrund der ErfindungDescription of the stand the technology / background of the invention

Nanokristalline Materialien, auf welche auch als ultrafein gekörnte Materialien Bezug genommen wird, Nanophasenmaterialien oder Nanometer-große Materialien, welche Durchschnittskorngrößen kleiner oder gleich 100 nm zeigen, werden durch eine Anzahl von bekannten Verfahren hergestellt, einschließlich Sputtern, Laserabtragung, Inertgas-Kondensation, Hochenergie-Kugelfräsen, Sol-Gel-Ablagerung und Elektroablagerung. Elektroablagerung bietet die Fähigkeit, eine große Anzahl an hochdichten Metallen und Metalllegierungs-Zusammensetzungen bei hohen Herstellungsraten und niedrigen Kapitalinvestitionsanforderungen in einem einzelnen Syntheseschritt herzustellen.Nanocrystalline materials which are also known as ultra fine grained Materials are referred to, nanophase materials or nanometer-sized materials, what average grain sizes are smaller or equal to 100 nm are shown by a number of known ones Process manufactured including sputtering, laser ablation, Inert gas condensation, high-energy ball milling, sol-gel deposition and electrical deposition. Electro deposit provides the ability a big Number of high density metals and metal alloy compositions with high production rates and low capital investment requirements in a single synthesis step.

Der Stand der Technik beschreibt primär die Verwendung von Puls-Elektroablagerung zur Herstellung nanokristalliner Materialien.The state of the art describes primary the use of pulse electrodeposition for the production of nanocrystalline materials.

Erb beschreibt in US 5 352 266 (1994) und in US 5 433 797 (1995) ein Verfahren zur Herstellung nanokristalliner Materialien, insbesondere von nanokristallinem Nickel. Das nanokristalline Material wird auf einer Kathode in einer wässrigen sauren elektrolytischen Zelle elektrodisch abgeschieden durch Aufbringung eines gepulsten Gleichstroms. Die Zelle enthält optional auch spannungssenkende Mittel. Die Produkte der Erfindung schließen abriebsresistente Schichten, magnetische Materialien und Katalysatoren für Wasserstoffbildung ein.Erb describes in US 5,352,266 (1994) and in US 5,433,797 (1995) a process for the production of nanocrystalline materials, in particular of nanocrystalline nickel. The nanocrystalline material is electrodeposited on a cathode in an aqueous acidic electrolytic cell by applying a pulsed direct current. The cell also optionally contains voltage-reducing agents. The products of the invention include abrasion resistant layers, magnetic materials and catalysts for hydrogen formation.

Mori beschreibt in US 5 496 463 (1996) ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Komposit-Elektroplattierung eines metallischen Materials, welches SiC, BN, Si3N4, WC, TiC, TiO2, Al2O3, ZnB3, Diamant, CrC, MoS2, Färbematerialien, Polytetrafluorethylen (PTFE) und Mikrokapseln enthält. Die festen Partikel werden in feiner Form in den Elektrolyten eingeführt.Mori describes in US 5,496,463 (1996) a method and a device for composite electroplating of a metallic material, which SiC, BN, Si 3 N 4 , WC, TiC, TiO 2 , Al 2 O 3 , ZnB 3 , diamond, CrC, MoS 2 , coloring materials, Contains polytetrafluoroethylene (PTFE) and microcapsules. The solid particles are introduced into the electrolyte in fine form.

Adler beschreibt in US 4 240 894 (1980) einen Trommelplattierer für eine elektroabgeschiedene Cu-Folienherstellung. Cu wird auf eine rotierende Metalltrommel plattiert, welche teilweise eingetaucht ist und sich dreht in einer Kupferplattierlösung. Die Kupferfolie wird von der Trommeloberfläche, welche aus dem Elektrolyt auftaucht, abgezogen, welche mit elektro-geformtem Cu plattiert ist. Die Drehgeschwindigkeit der Trommel und die Stromstärke werden verwendet, um die gewünschte Dicke der Kupferfolie einzustellen. Die von der Trommeloberfläche abgezogene Kupferfolie wird nachfolgend gewaschen und getrocknet und in eine geeignete Spule gewickelt.Adler describes in US 4,240,894 (1980) a drum platter for an electrodeposited copper foil production. Cu is plated on a rotating metal drum, which is partially immersed, and rotates in a copper plating solution. The copper foil is peeled from the drum surface, which emerges from the electrolyte, which is plated with electro-formed Cu. The speed of rotation of the drum and the amperage are used to set the desired thickness of the copper foil. The copper foil drawn off from the drum surface is subsequently washed and dried and wound in a suitable spool.

Icxi offenbart in US 2 961 395 (1960) ein Verfahren zum Elektroplattieren eines Artikels ohne die Notwendigkeit, die Oberfläche, welche behandelt wird, in einen Plattierungstank einzusenken. Die handbetriebene Appliziereinrichtung dient als Anode und führt chemische Lösungen zu der Metalloberfläche des zu plattierenden Werkstücks zu. Das zu plattierende Werkstück dient als Kathode. Die Hand-Appliziereinrichtungs-Anode mit dem Geflecht, welches den Elektrolyt enthält, und die Werkstück-Kathode sind mit einer Gleichstromquelle verbunden, um eine Metallschicht auf dem Werkstück durch Durchlassen eines Gleichstromes zu erzeugen.Icxi discloses in US 2,961,395 (1960) a method of electroplating an article without the need to sink the surface being treated into a plating tank. The hand-operated application device serves as an anode and supplies chemical solutions to the metal surface of the workpiece to be plated. The workpiece to be plated serves as the cathode. The hand applicator anode with the braid that contains the electrolyte and the workpiece cathode are connected to a direct current source to produce a metal layer on the workpiece by passing a direct current.

Mikromechanische Systeme (MEMS) sind Maschinen, welche konstruiert sind aus kleinen, sich bewegenden und stationären Teilen, welche eine Gesamtdimension aufweisen, die von 1 bis 1000 μm reicht, z.B. zur Verwendung in Elektronik, Biomedizin, Telekommunikation, Automobil-, Weltraum- und Verbrauchertechnologien.Micromechanical systems (MEMS) are Machines that are constructed from small, moving ones and stationary Parts that have an overall dimension ranging from 1 to 1000 μm, e.g. for use in electronics, biomedicine, telecommunications, Automotive, space and consumer technologies.

Solche Komponenten werden z.B. durch Fotoelektroausbildung hergestellt, was ein zusätzliches Verfahren ist, in welchem Pulver in Schichten abgelagert werden, um die gewünschte Struktur, z.B. durch Laser verbessertes elektroloses Plattieren zu bilden. Lithografie, Elektroausbilden und Gießen (LIGA) und andere Fotolithografie verwandte Verfahren werden verwendet, um Längenverhältnis (Teilehöhe zu Breite) betreffende Probleme zu überwinden. Andere angewandte Techniken schließen Silizium-Mikrobearbeitung durch Maskenplattieren und Mikrokontaktdrucken ein.Such components are e.g. by Photoelectronic training is produced, which is an additional process in which powder is deposited in layers to create the desired structure, e.g. to improve electroless plating by laser. Lithography, electrical training and casting (LIGA) and other photolithography related methods are used to determine aspect ratio (part height to width) to overcome problems in question. Other techniques used include silicon micromachining by mask plating and micro contact printing.

Zusammenfassung:Summary:

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges und flexibles Puls-Plattierverfahren zum Ausbilden von Beschichtungen freistehender Ablagerungen von nanokristallinen Metallen, Metalllegierungen oder Metallmatrix-Kompositen zu bieten.It is an object of the invention a reliable and flexible pulse plating process for the formation of coatings of free-standing deposits of nanocrystalline metals, metal alloys or metal matrix composites to offer.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Mikrokomponenten mit deutlich verbesserter eigenschaftsabhängiger Zuverlässigkeit und maßgeschneiderten gewünschten Eigenschaften für in der Gesamtleistung verbesserte Mikrosysteme vorzusehen.It is another object of the invention Micro components with significantly improved property-dependent reliability and bespoke desired Properties for to provide improved microsystems in overall performance.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.Preferred embodiments of the invention are in the respective dependent claims Are defined.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Puls-Plattierverfahren bereit, welches aus einer einzelnen kathodischen An-Zeit oder mehrfachen kathodischen An-Zeiten unterschiedlicher Stromdichten und einzelnen oder mehreren Aus-Zeiten pro Zyklus besteht. Periodische Pulsumkehr, eine bipolare Wellenform, welche zwischen kathodischen Pulsen und anodischen Pulsen hin und her wechselt, kann optional auch verwendet werden. Die kathodischen Pulse können in die Wellenform vor, nach oder zwischen den An-Pulsen und/oder vor, nach oder in der Aus-Zeit eingefügt sein. Die anodische Pulsstromdichte ist allgemein gleich oder größer als die kathodische Stromdichte. Die anodische Ladung (Qanodisch) des "Rückwärtspulses" pro Zyklus ist immer kleiner als die kathodische Ladung (Qka thodisch) Die An-Zeiten kathodischer Pulse reichen von 0,1 bis 50 ms (1–50), Aus-Zeiten von 0 bis 500 ms (1–100) und anodische Pulszeiten reichen von 0 bis 50 ms, vorzugsweise von 1 bis 10 ms. Der Arbeitszyklus, ausgedrückt als die kathodischen An-Zeiten geteilt durch die Summe der kathodischen An-Zeiten, der Aus-Zeiten und der anodischen Zeiten reicht von 5 bis 100%, bevorzugt von 10 bis 95%, und bevorzugter von 20 bis 80%. Die Frequenz der kathodischen Pulse reicht von 1 Hz bis 1 kHz und bevorzugter von 10 Hz bis 350 Hz.The present invention provides a pulse plating process that consists of a single cathodic on time or multiple cathodic on times of different current densities and single or multiple off times per cycle. Periodic pulse reversal, a bipolar waveform that alternates between cathodic pulses and anodic pulses, can optionally also be used. The cathodic pulses can be inserted into the waveform before, after or between the on-pulses and / or before, after or in the off-time. The anodic pulse current density is generally equal to or greater than the cathodic current density. The anodic charge (Q anodic) of the "reverse pulse" per cycle is always smaller than the cathodic charge (Q methodically ka) the cathodic on times pulses ranging from 0.1 to 50 msec (1-50), off times from 0 to 500 ms (1-100) and anodic pulse times range from 0 to 50 ms, preferably from 1 to 10 ms. The duty cycle, expressed as the cathodic on times divided by the sum of the cathodic on times, the off times and the anodic times, ranges from 5 to 100%, preferably from 10 to 95%, and more preferably from 20 to 80%. The frequency of the cathodic pulses ranges from 1 Hz to 1 kHz and more preferably from 10 Hz to 350 Hz.

Nanokristalline Beschichtungen oder freistehende Ablagerungen von metallischen Materialien werden erhalten durch Variierung von Prozessparametern wie der Stromdichte, Arbeitszyklus, Werkstücktemperatur, Beschichtungslösungstemperatur, Lösungsumwälzraten, über einen weiten Bereich von Bedingungen. Die folgende Auflistung beschreibt geeignete Betriebsparameter-Bereiche zur Durchführung der Erfindung: Durchschnittliche Stromdichte (falls bestimmbar, anodisch oder kathodisch): 0,01 bis 20 A/cm2, bevorzugt 0,1 bis 20 A/cm2, bevorzugter 1 bis 10 A/cm2
Arbeitszyklus 5 bis 100%
Frequenz: 0 bis 1000 Hz
Elektrolytlösungstemperatur: –20 bis 85° C
Elektrolytlösungsumwälzungs-/Umrühr-Raten: ≤ 10 Liter pro Minute pro cm2
Anoden- oder Kathodenfläche (0,0001 bis 10 l/min. cm2)
Werkstücktemperatur: –20 bis 45° C
Anodenschwingungsrate: 0 bis 350 Schwingungen/min
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 0 bis 200 m/min (Bürste) 0,003 bis 0,16 m/min (Trommel).
Nanocrystalline coatings or free-standing deposits of metallic materials are obtained by varying process parameters such as current density, duty cycle, workpiece temperature, coating solution temperature, solution circulation rates, over a wide range of conditions. The following list describes suitable operating parameter ranges for carrying out the invention: Average current density (if determinable, anodic or cathodic): 0.01 to 20 A / cm 2 , preferably 0.1 to 20 A / cm 2 , more preferably 1 to 10 A. / cm 2
duty cycle 5 until 100%
Frequency: 0 to 1000 Hz
Electrolyte solution temperature: –20 to 85 ° C
Electrolyte solution circulation / agitation rates: ≤ 10 liters per minute per cm 2
Anode or cathode area (0.0001 to 10 l / min. Cm 2 )
Workpiece temperature: –20 to 45 ° C
Anode vibration rate: 0 to 350 vibrations / min
Linear speed anode against cathode: 0 to 200 m / min (brush) 0.003 to 0.16 m / min (drum).

Die vorliegende Erfindung stellt bevorzugt ein Verfahren bereit zur Plattierung nanokristalliner Metalle, Metallmatrix-Kompositen und Mikrokomponenten mit Abscheideraten von mindestens 0,05 mm/h, bevorzugt von mindestens 0,075 mm/h, und bevorzugter von mindestens 0,1 mm/h.The present invention provides preferably a method ready for plating nanocrystalline Metals, metal matrix composites and microcomponents with deposition rates of at least 0.05 mm / h, preferably of at least 0.075 mm / h, and more preferably at least 0.1 mm / h.

In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der Elektrolyt bevorzugt mittels Pumpen, Quirlen oder Ultraschallanregung mit Raten von 0 bis 750 ml/min/A (ml-Lösung pro Minute pro durchgelassenen Ampere-Durchschnittstrom) umgerührt werden, bevorzugt mit Raten von 0 bis 500 ml/min/A.In the process of the present According to the invention, the electrolyte can preferably be pumped, whisked or Ultrasound excitation with rates from 0 to 750 ml / min / A (ml solution per Minute per passed average amp current) are stirred, preferably at rates from 0 to 500 ml / min / A.

In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann optional ein Kornverfeinerungsmittel oder ein Spannungsabbaumittel zu dem Elektrolyt zugefügt sein, ausgewählt aus der Gruppe von Saccharin, Coumarin, Natriumlaurylsulfat und Thiourea.In the process of the present The invention can optionally include a grain refiner or a stress reliever added to the electrolyte be selected from the group of saccharin, coumarin, sodium lauryl sulfate and Thiourea.

Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Plattierung von nanokristallinen Metallmatrix-Kompositen auf einem permanenten bzw. dauerhaften oder einem zeitweiligen Substrat bereit, optional zumindest 5 Vol.% aus Partikeln bestehender Stoffe enthaltend, bevorzugt 10 Vol.% aus Partikeln bestehende Stoffe, bevorzugter 20 Vol.% aus Partikeln bestehender Stoffe, noch bevorzugter 30 Vol.% aus Partikeln bestehender Stoffe und am meisten bevorzugt 40 Vol.% aus Partikeln bestehender Stoffe, für Anwendungen, wie etwa harte Deckschichten, Projektil-Abstumpf-Panzerung, Ventil-Auffrischung, Ventil- und Drehwerkzeug-Beschichtungen, Energie-absorbierende Panzerungsplatten, Geräuschdämmsysteme, Verbinder an Rohrleitungsverbindungen, z.B. verwendet bei Ölbohranwendungen, Auffrischung von Rollenlagerachsen in der Eisenbahnindustrie, Computerchips, Reparatur von elektrischen Motor- und Generatorteilen, Reparatur von Rillen in Druckrollen, unter Verwendung von Tank-, Trommel-, Gestell-, selektiven (z.B. Bürstenplattierung) und kontinuierlichen (z.B. Trommelplattierung) Plattierungsverfahren, welche Puls-Elektroablagerung verwenden. Die aus Partikeln bestehenden Stoffe können ausgewählt werden aus der Gruppe von Metallpulvern, Metalllegierungspulvern und Metalloxidpulvern von Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitride von Al, B und Si; C (Graphit oder Diamant), Carbide von B, Bi, Cr, Si, W; MoS2; und organischen Materialien wie etwa PTFE oder Polymerkugeln. Die durchschnittliche Partikelgröße der aus Partikeln bestehenden Stoffe ist typischerweise unter 10 μm, bevorzugt unter 1000 nm (1 μm), bevorzugt 500 nm, und bevorzugter unter 100 nm.This invention provides a method for plating nanocrystalline metal matrix composites a permanent or permanent or a temporary substrate, optionally containing at least 5% by volume of particles consisting of particles, preferably 10% by volume of substances consisting of particles, more preferably 20% by volume consisting of particles of substances, more preferably 30% by volume Particles of existing substances and most preferably 40 vol.% Of particles of existing substances, for applications such as hard outer layers, projectile blunt armor, valve refreshing, valve and turning tool coatings, energy-absorbing armor plates, noise insulation systems, connectors Pipe connections, e.g. used in oil drilling applications, refreshing of roller bearing axles in the railway industry, computer chips, repair of electrical motor and generator parts, repair of grooves in pressure rollers, using tank, drum, rack, selective (e.g. brush plating) and continuous ( eg drum plating) plating processes, which pulse elect Use ro deposit. The substances consisting of particles can be selected from the group of metal powders, metal alloy powders and metal oxide powders of Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite or diamond), carbides of B, Bi, Cr, Si, W; MoS 2 ; and organic materials such as PTFE or polymer balls. The average particle size of the substances consisting of particles is typically below 10 μm, preferably below 1000 nm (1 μm), preferably 500 nm, and more preferably below 100 nm.

Das Verfahren dieser Erfindung bietet optional ein Verfahren zum kontinuierlichen (Trommel oder Band) Plattieren nanokristalliner Folien, welche optional feste Partikel in Lösung enthalten, ausgewählt aus Metallpulvern, Metalllegierungspulvern und Metalloxidpulvern aus Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitriden von Al, B und Si; C (Graphit oder Diamant); Carbide von B, Bi, Si, W; MoSZ, und organische Materialien wie PTFE und Polymerkugeln, um gewünschte Eigenschaften zu verleihen, einschließlich Härte, Abnutzungswiderstand, Schmierung, magnetische Eigenschaften und dergleichen. Die Trommel oder das Band stellt ein zeitweises Substrat bereit, von welchem die plattierte Folie leicht und kontinuierlich entfernt werden kann.The process of this invention optionally offers a process for continuous (drum or belt) plating of nanocrystalline films, which optionally contain solid particles in solution, selected from metal powders, metal alloy powders and metal oxide powders made of Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn , V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite or diamond); Carbides of B, Bi, Si, W; MoS Z , and organic materials such as PTFE and polymer balls to impart desired properties including hardness, wear resistance, lubrication, magnetic properties and the like. The drum or tape provides a temporary substrate from which the clad film can be easily and continuously removed.

Gemäß einer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, nanokristalline Schichten herzustellen durch Elektroplattieren ohne die Notwendigkeit, den zu beschichtenden Gegenstand in ein Beschichtungsbad unterzutauchen. Bürsten- oder Tampon-Plattieren ist eine geeignete Alternative zum Tank-Plattieren, insbesondere, wenn nur ein Teil des Werkstücks zu plattieren ist, ohne die Erfordernis, Bereiche zu maskieren, welche nicht plattiert werden sollen. Die Bürsten-Plattier-Vorrichtung verwendet typischerweise eine lösliche bzw. sich auflösende oder eine dimensional stabile Anode, die in ein absorbierendes Abstandstück-Filz gewickelt ist, um die Anodenbürste auszubilden. Die Bürste wird gegen die zu plattierende Oberfläche gerieben, in einer manuellen oder mechanisierten Art und Weise, und eine Elektrolytlösung, welche Ionen des Metalls oder von Metalllegierungen enthält, die plattiert werden sollen, wird in das Abstandstück-Filz eingespritzt. Optional enthält diese Lösung auch feste Partikel in Lösung, ausgewählt aus Metallpulvern, Metalllegierungspulvern und Metalloxidpulvern von Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitride von Al, B und Si; C (Graphit oder Diamant); Carbide von B, Bi, Si, W; MoS2, und organische Materialien wie PTFE und Polymerkugeln, um gewünschte Eigenschaften zu verleihen, einschließlich Härte, Abnutzungswiderstand, Schmierung und dergleichen.According to a preferred embodiment of the invention, it is also possible to produce nanocrystalline layers by electroplating without the need to immerse the object to be coated in a coating bath. Brush or tampon plating is a suitable alternative to tank plating, especially when only part of the workpiece is to be plated without the need to mask areas that should not be plated. The brush plating device typically uses a soluble or dimensionally stable anode wrapped in an absorbent spacer felt to form the anode brush. The brush is rubbed against the surface to be plated, in a manual or mechanized manner, and an electrolyte solution containing ions of the metal or metal alloys to be plated is injected into the spacer felt. This solution optionally also contains solid particles in solution, selected from metal powders, metal alloy powders and metal oxide powders of Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite or diamond); Carbides of B, Bi, Si, W; MoS 2 , and organic materials such as PTFE and polymer balls to impart desired properties, including hardness, wear resistance, lubrication and the like.

Im Fall des Trommel-, Band- oder Bürsten-Plattierens reicht die relative Bewegung zwischen Anode und Kathode von 0 bis 600 Metern pro Minute, bevorzugt von 0,003 bis 10 Metern pro Minute.In the case of the drum, tape or Brush plating the relative movement between anode and cathode ranges from 0 to 600 meters per minute, preferably from 0.003 to 10 meters per minute.

Im Verfahren dieser Erfindung können Mikrokomponenten für Mikrosysteme, einschließlich mikromechanischer Systeme (MEMS) und mikrooptischer Systeme, mit Korngrößen gleich oder kleiner als 1000 nm hergestellt werden. Die maximale Abmessung des Mikrokomponententeils ist gleich oder unter 1 mm, und das Verhältnis zwischen der maximalen äußeren Abmessung des Mikrokomponententeils und der Durchschnittskorngröße ist gleich oder größer als 10, bevorzugt größer als 100.Microcomponents can be used in the process of this invention for microsystems, including micromechanical systems (MEMS) and micro-optical systems, with Grain sizes the same or less than 1000 nm. The maximum dimension of the micro component part is equal to or less than 1 mm, and the ratio between the maximum outer dimension of the micro component part and the average grain size is the same or greater than 10, preferably greater than 100th

Die Mikrokomponenten der vorliegenden Erfindung können bevorzugt eine gleichachsige Mikrostruktur über die plattierte Komponente aufweisen, welche verhältnismäßig unabhängig von der Dicke und der Struktur der Komponente ist.The microcomponents of the present Invention can preferably a coaxial microstructure over the plated component which are relatively independent of the thickness and structure of the component.

Es ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, Mikrokomponenten vorzusehen, bei denen die durchschnittliche Korngröße eine Größenordnung kleiner bleibt als die äußere Abmessung des Teils, wodurch ein hoher Grad an Festigkeit aufrechterhalten ist.It is another aspect of the present Invention to provide microcomponents in which the average Grain size one Magnitude remains smaller than the outer dimension of the part, thereby maintaining a high level of strength is.

Die Mikrokomponenten gemäß dieser Erfindung haben eine deutlich verbesserte eigenschaftsabhängige Zuverlässigkeit und verbesserte maßgeschneiderte gewünschte Eigenschaften der MEMS-Strukturen für in ihrer Gesamtleistungsfähigkeit verbesserte Mikrosysteme durch bevorzugte gleichachsige Elektroablagerungen, welche das feine Korn ausschließen von säulenförmigem Kornübergang in der Mikrokomponente, und gleichzeitigem Reduzieren der Korngröße der Ablagerungen unter 1000 nm.The microcomponents according to this Invention have a significantly improved property-dependent reliability and improved bespoke desired Properties of MEMS structures for their overall performance improved microsystems through preferred coaxial electric deposits, which exclude the fine grain of columnar grain transition in the microcomponent, while reducing the grain size of the deposits below 1000 nm.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung:Preferred embodiments the invention:

Andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden klarer werden in der folgenden detaillierten Beschreibung und Beispielen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den beigefügten schematischen Zeichnungen, in welchen:Other features and advantages of this Invention will become more apparent in the following detailed description and examples of preferred embodiments of the invention, along with the attached schematic drawings in which:

1 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Trommel-Plattiervorrichtung zeigt; 1 Figure 3 shows a cross-sectional view of a preferred embodiment of a drum plating device;

2 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Bürsten-Plattiervorrichtung zeigt; und 2 Figure 3 shows a cross-sectional view of a preferred embodiment of a brush plating device; and

3 eine Draufsicht einer mechanisierten Bewegungseinrichtung zur Erzeugung eines mechanisierten Hubs der Anodenbürste zeigt. 3 a plan view of a mechanized movement device for generating a mechanized stroke of the anode brush.

1 zeigt schematisch einen Plattierungstank oder Behälter 1, der mit einem Elektrolyt 2 gefüllt ist, welcher die Ionen des zu plattierenden metallischen Materials enthält. Teilweise in den Elektrolyt eingetaucht ist die Kathode in Form einer sich drehenden Trommel 3, welche elektrisch mit einer Stromquelle 4 verbun den ist. Die Trommel wird durch einen elektrischen Motor (nicht gezeigt) über einen Riemenantrieb gedreht und die Drehgeschwindigkeit ist variabel. Die Anode 5 kann eine Platte oder eine konforme Anode, wie gezeigt, sein, welche elektrisch mit der Stromquelle 4 verbunden ist. Drei unterschiedliche Anoden-Anordnungen können verwendet werden: Konforme Anoden, wie in 1 gezeigt, welche der Kontur des eingetauchten Abschnitts der Trommel 3 folgen, vertikale Anoden, welche an den Wänden des Tanks 1 positioniert sind, und horizontale Anoden, die am Boden des Tanks 1 positioniert sind. Im Falle einer Folie 16 aus metallischem Material, welches an der Trommel 3 elektro-abgeschieden wird, wird die Folie 16 von der Trommeloberfläche, welche aus dem Elektrolyt 2 auftaucht, gezogen, welche mit dem elektro-ausgeformten metallischen Material bedeckt ist. 1 shows schematically a plating tank or container 1 with an electrolyte 2 is filled, which contains the ions of the metallic material to be plated. The cathode is partially immersed in the electrolyte in the form of a rotating drum 3 which is electrical with a power source 4 connected is. The drum is rotated by an electric motor (not shown) via a belt drive and the speed of rotation is variable. The anode 5 can be a plate or conformal anode, as shown, which is electrically connected to the power source 4 connected is. Three different anode arrangements can be used: Compliant anodes as in 1 shown which the contour of the submerged portion of the drum 3 follow, vertical anodes, which are on the walls of the tank 1 positioned and horizontal anodes at the bottom of the tank 1 are positioned. In the case of a film 16 made of metallic material attached to the drum 3 the film is electrodeposited 16 from the drum surface, which consists of the electrolyte 2 surface, drawn, which is covered with the electro-formed metallic material.

2 zeigt schematisch ein zu plattierendes Werkstück 6, welches mit dem negativen Ausgang der Stromquelle 4 verbunden ist. Die Anode 5 umfasst einen Griff 7, mit einer leitenden Anodenbürste 8. Die Anode enthält Kanäle 9 zur Zufuhr der Elektrolytlösung 2 aus einem temperaturgesteuerten Tank (nicht gezeigt) zu dem Anodengeflecht (absorbierendes Abstandstück) 10. Der von dem absorbierenden Abstandstück 10 tropfende Elektrolyt wird optional in einer Schale 11 gesammelt und zum Tank zurückgeführt. Das absorbierende Abstandstück 10, welches den Elektrolyt 2 enthält, isoliert die Anodenbürste 8 auch elektrisch vom Werkstück 6 und stellt den Abstand zwischen Anode 5 und Kathode 6 ein. Der Anodenbürstengriff 4 kann über das Werkstück 6 manuell während des Plattiervorgangs bewegt werden, alternativ kann die Bewegung motorisiert sein, wie in 3 gezeigt. 2 shows schematically a workpiece to be plated 6 which with the negative output of the power source 4 connected is. The anode 5 includes a handle 7 , with a conductive anode brush 8th , The anode contains channels 9 to supply the electrolyte solution 2 from a temperature controlled tank (not shown) to the anode braid (absorbing spacer) 10 , The one from the absorbent spacer 10 dripping electrolyte is optional in a bowl 11 collected and returned to the tank. The absorbent spacer 10 which is the electrolyte 2 contains, insulates the anode brush 8th also electrically from the workpiece 6 and sets the distance between the anode 5 and cathode 6 on. The anode brush handle 4 can about the workpiece 6 can be moved manually during the plating process, alternatively the movement can be motorized, as in 3 shown.

3 zeigt schematisch ein Rad 12, welches durch einen Motor mit einstellbarer Geschwindigkeit (nicht gezeigt) angetrieben wird. Ein querbeweglicher Arm 13 kann drehbar (Drehachse A) an das drehende Rad 12 an verschiedenen Positionen x an einem Schlitz 14 angebracht sein mit einer Laufbuchse und einer Justierschraube (nicht gezeigt), um einen gewünschten Hub bzw. Strich zu erzeugen. 3 schematically shows a wheel 12 which is driven by an adjustable speed motor (not shown). A transverse arm 13 can be rotated (axis of rotation A) to the rotating wheel 12 at different positions x on a slot 14 be attached with a liner and an adjusting screw (not shown) to produce a desired stroke or line.

Die Hublänge kann eingestellt werden durch die Position x (Radius), bei welcher die Rotationsachse A des querbeweglichen Arms am Schlitz 14 befestigt ist. In 3 ist der querbewegliche Arm 13 so gezeigt, dass er in einer Nicht-Hub, neutralen Position mit der Rotationsachse A in der Mitte des Rades 12 ist. Der querbewegliche Arm 13 weist eine zweite Schwenkachse B auf, welche durch ein Lager (nicht gezeigt) definiert ist, die gleitend in einer Führungsbahn 15 angebracht ist. Wenn sich das Rad 12 dreht, veranlasst die Drehung des querbeweglichen Arms 13 um Achse A bei Position x den querbeweglichen Arm 13, sich in der Führungsbahn 15 hin und her zu bewegen und um Achse B zu schwenken. Eine Anode 5, welche die gleichen Merkmale wie in 2 gezeigt aufweist, ist an dem querbeweglichen Arm 13 angebracht, und bewegt sich über das Werkstück 6 in einer Bewegung, die von der Position x abhängt. Gewöhnlich hat die Bewegung die Form der Ziffer B. Die Anode 5 und das Werkstück 6 sind jeweils mit positiven und negativen Ausgängen der Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden. Das kinematische Verhältnis ist sehr ähnlich zu dem einer Dampfmaschine.The stroke length can be adjusted by the position x (radius) at which the axis of rotation A of the transverse arm at the slot 14 is attached. In 3 is the transverse arm 13 shown so that it is in a non-stroke, neutral position with the axis of rotation A in the center of the wheel 12 is. The transverse arm 13 has a second pivot axis B, which is defined by a bearing (not shown) sliding in a guideway 15 is appropriate. If the wheel 12 rotates, causes the transverse arm to rotate 13 around axis A at position x the transverse arm 13 , yourself in the guideway 15 move back and forth and pivot about axis B. An anode 5 which have the same features as in 2 is shown is on the transverse arm 13 attached, and moves over the workpiece 6 in a movement that depends on the position x. The movement is usually in the form of the number B. The anode 5 and the workpiece 6 are connected to positive and negative outputs of the current source (not shown), respectively. The kinematic ratio is very similar to that of a steam engine.

Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung nanokristalliner Beschichtungen, Folien und Mikrosystem-Komponenten durch Puls-Elektroablagerung. Optional sind feste Partikel in dem Elektrolyt gelöst und werden in die Ablagerung eingefügt.This invention relates to the production of nanocrystalline coatings, foils and microsystem components through pulse electro-deposition. Solid particles are optional in the Electrolyte dissolved and are inserted into the deposit.

Nanokristalline Beschichtungen für abnutzungsresistente Anwendungen sind heutzutage gerichtet auf Erhöhung von Abnutzungswiderstandsfähigkeit durch Erhöhung der Härte und Verringerung des Reibungskoeffizienten durch Korngrößenverringerung unter 100 nm. Es wurde nun gefunden, dass eine Einbringung eines ausreichenden Volumenanteils an harten Partikeln die Abnutzungswiderstandsfähigkeit von nanokristallinen Materialien weiter verbessern kann.Nanocrystalline coatings for wear-resistant Applications nowadays are aimed at increasing wear resistance by increasing the hardness and reducing the coefficient of friction by reducing the grain size below 100 nm. It has now been found that the introduction of a sufficient Volume fraction of hard particles the wear resistance of nanocrystalline materials can further improve.

Die Materialeigenschaften können auch durch z.B. die Beimengung von Schmiermitteln (so wie MoS2 und PTFE) verändert werden. Allgemein können die aus Partikeln bestehenden Stoffe aus der Gruppe von Metallpulvern, Metallle gierungspulvern und Metalloxidpulvern gewählt werden aus Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitride von Al, B und Si; C (Graphit und Diamant), Carbide von B, Bi, Si, W; MoS2 und organischen Materialien wie etwa PTFE und Polymerkugeln.The material properties can also be changed, for example by adding lubricants (such as MoS 2 and PTFE). In general, the substances consisting of particles can be selected from the group of metal powders, metal alloy powders and metal oxide powders from Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite and diamond), carbides of B, Bi, Si, W; MoS 2 and organic materials such as PTFE and polymer balls.

Beispiel 1example 1

Nanokristalline NiP-B4C-Nanokomposite wurden auf Ti und unlegierten Stahlkathoden abgeschieden, die in einem modifizierten Watts-Bad für Nickel eingetaucht sind, unter Verwendung einer löslichen Anode, die aus einer Nickelplatte hergestellt war, und einer Dynatronix-(Dynanet PDPR 20-30-100)-Pulsstromversorgung. Die folgenden Bedingungen wurden verwendet:
Anode/Anodenfläche: Lösliche Anode: Ni-Platte, 80cm2
Kathode/Kathodenfläche: Ti oder unlegierter Stahltafel/ca. 5cm2
Kathode: fest
Anode: fest
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: nicht zutreffend
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: 0.06A/cm2
tan/taus 2ms/6ms
Frequenz: 125 Hz
Arbeitszyklus: 25%
Ablagerungszeit: 1 Stunde
Ablagerungsrate: 0,09 mm/h
Elektrolyttemperatur: 60°C
Elektrolytumwälzrate: kräftiges Umrühren (mechanisches Zweirichtungs-Flügelrad)
Nanocrystalline NiP-B 4 C nanocomposites were deposited on Ti and unalloyed steel cathodes immersed in a modified Watts bath for nickel using a soluble anode made from a nickel plate and a Dynatronix (Dynanet PDPR 20- 30-100) -Pulsstromversorgung. The following conditions were used:
Anode / anode area: Soluble anode: Ni plate, 80cm 2
Cathode / cathode surface: Ti or unalloyed steel plate / approx. 5cm 2
Cathode: solid
Anode: solid
Linear speed anode against cathode: not applicable
Average cathodic current density: 0.06A / cm 2
t on / t off 2ms / 6ms
Frequency: 125 Hz
Duty cycle: 25%
Deposit time: 1 hour
Deposition rate: 0.09 mm / h
Electrolyte temperature: 60 ° C
Electrolyte circulation rate: vigorous stirring (mechanical bidirectional impeller)

Basis-Elektrolyt-Formulierung:
300g/l NiSO4x7H2O
45g/l NiCl2x6H2O
45g/l H3PO3
18 g/l H3PO4
0,5–3 ml/l Grenzflächen-aktiver Stoff zu einer Oberflächenspannung von < 30 Dyn/cm
0–2g/l Natriumsaccharinat
360 g/l Borcarbid, 5μm durchschnittlicher Partikeldurchmesser
pH 1,5–2,5.
Basic Electrolyte Formulation:
300g / l NiSO 4 x7H 2 O
45g / l NiCl 2 x6H 2 O
45g / l H 3 PO 3
18 g / l H 3 PO 4
0.5–3 ml / l interfacially active substance for a surface tension of <30 dynes / cm
0-2g / l sodium saccharinate
360 g / l boron carbide, 5μm average particle diameter
pH 1.5-2.5.

Die Härtewerte von Metallmatrix-Kompositen, welche eine nanokristalline Matrixstruktur besitzen, sind typischerweise doppelt so hoch wie herkömmliche grob gekörnte Metallmatrix-Komposite. Zusätzlich werden die Härte- und Abnutzungseigenschaften von nanokristallinen NiP-B4C-Kompositen, welche 5,9 Gew.% P und 45 Vol.% B4C enthalten, mit denen von reinem grobkörnigen Ni, reinen nanokristallinen Ni und elektro-abgelagertem Ni-P einer äquivalenten chemischen Zusammensetzung in der anliegenden Tabelle verglichen. Die Materialhärtung wird durch Hall-Petch-Korngrößenverstärkung gesteuert, während die Abriebs-Abnutzungswiderstandsfähigkeit gleichzeitig durch Beimengung von aus B4C-Partikeln bestehendem Stoff optimiert wird.The hardness values of metal matrix composites that have a nanocrystalline matrix structure are typically twice as high as conventional coarse-grained metal matrix composites. In addition, the hardness and wear properties of nanocrystalline NiP-B 4 C composites, which contain 5.9 wt.% P and 45 vol.% B 4 C, with those of pure coarse-grained Ni, pure nanocrystalline Ni and electrodeposited Ni -P an equivalent chemical composition compared in the attached table. The material hardening is controlled by Hall-Petch grain size reinforcement, while the abrasion wear resistance is optimized at the same time by adding material consisting of B 4 C particles.

Tabelle: NiP-B4C-Nanokomposit-Eigenschaften

Figure 00130001
Table: NiP-B 4 C nanocomposite properties
Figure 00130001

Beispielexample

Nanokristalline Co-basierte Nanokomposite wurden auf Ti- und unlegierten Stahlkathodeen abgelagert, die in einem modifizierten Watts-Bad für Kobalt ein getaucht waren, unter Verwendung einer löslichen Anode, die aus einer Kobaltplatte hergestellt war, und einer Dynatronics-(Dynanet PDPR 20-30-100)-Pulsstromversorgung. Die folgenden Bedingungen wurden verwendet:
Anode/Anodenfläche: lösliche Anode (Co-Platte)/ 80cm2
Kathode/Kathodenfläche: Ti-(oder unlegierter Stahl)-Tafel/ca. 6,5cm2
Kathode: fest
Anode: fest
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: nicht zutreffend
Kathodische Spitzenstromdichte: 0,100 A/cm2
Anodische Spitzenstromdichte: 0,300 A/cm2
Kathodische tan /taus/anodische tan (tanodisch): 16ms/0ms/2ms
Frequenz: 55,5 Hz
Kathodischer Arbeitszyklus: 89%
Anodischer Arbeitszyklus: 11 %
Ablagerungszeit: 1 h
Ablagerungsrate: 0,08 mm/h
Elektrolyttemperatur: 60° C
Elektrolytumwälzrate: 0,15 Liter/min/cm2 Kathodenfläche (kein Pumpenfluss; Umrühren)
Nanocrystalline Co-based nanocomposites were deposited on Ti and unalloyed steel cathodes immersed in a modified Watts bath for cobalt using a soluble anode made from a cobalt plate and a Dynatronics (Dynanet PDPR 20-30 -100) -Pulsstromversorgung. The following conditions were used:
Anode / anode area: soluble anode (co-plate) / 80cm 2
Cathode / cathode surface: Ti (or unalloyed steel) plate / approx. 6.5 cm 2
Cathode: solid
Anode: solid
Linear speed anode against cathode: not applicable
Peak cathodic current density: 0.100 A / cm 2
Anodic peak current density: 0.300 A / cm 2
Cathodic t on / t off / anodic t on (t anodic ): 16ms / 0ms / 2ms
Frequency: 55.5 Hz
Cathodic duty cycle: 89%
Anodic duty cycle: 11%
Deposit time: 1 h
Deposition rate: 0.08 mm / h
Electrolyte temperature: 60 ° C
Electrolyte circulation rate: 0.15 liter / min / cm 2 cathode area (no pump flow; stirring)

Elektrolyt-Formulierung: 300 g/l CoSO4x7H2O
45 g/l CoCl2x6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l C7H4NO3SNa Natriumsaccharinat
0,1 g/l C12H25O4SNa Natriumlaurylsulfat (SLS)
100 g/l SiC, < 1 μm durchschnittlicher Partikeldurchmesser
pH 2,5
Electrolyte formulation: 300 g / l CoSO 4 x7H 2 O
45 g / l CoCl 2 x6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l C 7 H 4 NO 3 SNa sodium saccharinate
0.1 g / l C 12 H 25 O 4 SNa sodium lauryl sulfate (SLS)
100 g / l SiC, <1 μm average particle diameter
pH 2.5

In der angefügten Tabelle werden die Härte und Abriebseigenschaften eines nanokristallinen Co-SiC-Komposits, welches 22 Vol.% SiC enthält, verglichen mit denen von reinem grobkörnigem Co und reinem nanokristallinen Co. Hall-Petch-Korngrößenverstärkung steuert eine Materialhärtung, während eine Abriebsabnutzungs-Widerstandsfähigkeit gleichzeitig optimiert wird durch die Beimengung von einem aus SiC-Partikeln bestehendem Stoff.The hardness and Abrasion properties of a nanocrystalline Co-SiC composite, which Contains 22 vol.% SiC, compared to those of pure coarse-grained Co and pure nanocrystalline Co. Hall-Petch grain size controls a material hardening, while optimized abrasion wear resistance at the same time is caused by the addition of an SiC particle Material.

Tabelle: Co-Nanokomposit-Eigenschaften

Figure 00150001
Table: Co-nanocomposite properties
Figure 00150001

Kontinuierliches Plattieren ist ausgeführt worden, um Folien herzustellen, z.B. unter Verwendung von Trommelplattieren nanokristalliner Folien, welche optional feste Partikel in Lösung enthalten, ausgewählt aus reinen Metallen oder Legierungen aus reinen Metallen oder Legierungen mit aus Partikeln bestehenden Stoffzusätzen, wie etwa Metallpulver, Metalllegierungspulver und Metalloxidpulver von Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V und Zn; Nitride von Al, B und Si; C (Graphit oder Diamant); Carbide von B, Bi, Si, W; und organische Materialien wie etwa PTFE und Polymerkugeln, um gewünschte Eigenschaften zu verleihen, einschließlich Härte, Abnutzungswiderstandsfähigkeit, Schmierung, magnetischen Eigenschaften und dergleichen. Nanokristalline Metallfolien wurden an einer rotierenden Ti-Trommel abgelagert, die teilweise in einem Plattierungselektrolyten eingetaucht war. Die nanokristalline Folie wurde auf der Trommel kathodisch elektro-ausgebildet, unter Verwendung einer löslichen Anode, die aus einem Titanbehälter hergestellt war, der mit einem Anodenmetall gefüllt war, und unter Verwendung einer Pulsstromversorgung. Für eine Legierungsfolien-Herstellung wurde ein Strom von zusätzlichen Kationen mit einer vorbestimmten Konzentration kontinuierlich der Elektrolytlösung zugesetzt, um eine Gleichgewichtszu standskonzentration der legierenden Kationen in Lösung zu etablieren. Zur Metall- und Legierungsfolien-Herstellung, Matrixkomposite enthaltend, wurde ein Strom des Komposit-Zusatzes dem Plattierungsbad mit einer vorbestimmten Rate zugefügt, um einen Gleichgewichtsinhalt des Zusatzes zu etablieren. Drei unterschiedliche Anodenanordnungen können verwendet werden: Konforme Anoden, welche der Kontur des untergetauchten Abschnitts der Trommel folgen, vertikale Anoden, die an den Wänden des Behälters positioniert sind, und horizontale Anoden, die am Boden des Behälters positioniert sind. Folien wurden bei durchschnittlichen kathodischen Stromdichten hergestellt, welche von 0,01 bis 5 A/cm2 und bevorzugt von 0,05 bis 0,5 A/cm2 reichten. Die Drehgeschwindigkeit wurde verwendet, um die Foliendicke einzustellen, und diese Geschwindigkeit reichte von 0,003 bis 0,15 Upm (oder 20 bis 1000 cm/h) und bevorzugt von 0,003 bis 0,05 Upm (oder 20 bis 330 cm/h).Continuous plating has been carried out to produce foils, for example using drum plating nanocrystalline foils, which optionally contain solid particles in solution, selected from pure metals or alloys from pure metals or alloys with particle additives, such as metal powder, metal alloy powder and metal oxide powder of Al, Co, Cu, In, Mg, Ni, Si, Sn, V and Zn; Nitrides of Al, B and Si; C (graphite or diamond); Carbides of B, Bi, Si, W; and organic materials such as PTFE and polymer balls to impart desired properties, including hardness, wear resistance, lubrication, magnetic properties and the like. Nanocrystalline metal foils were deposited on a rotating Ti drum, which was partially immersed in a plating electrolyte. The nanocrystalline film was cathodically electro-formed on the drum using a soluble anode made from a titanium container filled with an anode metal and using a pulse power supply. For alloy foil manufacture, a stream of additional cations of a predetermined concentration was continuously added to the electrolyte solution to establish an equilibrium state concentration of the alloy cations in solution. For metal and alloy foil manufacture, containing matrix composites, a stream of the composite additive was added to the plating bath at a predetermined rate to establish an equilibrium content of the additive. Three different anode arrangements can be used: conformal anodes that follow the contour of the submerged portion of the drum, vertical anodes that are positioned on the walls of the container, and horizontal anodes that are positioned on the bottom of the container. Films were produced at average cathodic current densities, which ranged from 0.01 to 5 A / cm 2 and preferably from 0.05 to 0.5 A / cm 2 . The speed of rotation was used to adjust the film thickness and this speed ranged from 0.003 to 0.15 rpm (or 20 to 1000 cm / h) and preferably from 0.003 to 0.05 rpm (or 20 to 330 cm / h).

Beispiel 3: Metallmatrix-Komposit-TrommelplattierenExample 3: Metal matrix composite drum plating

Nanokristalline Co-basierte Nanokomposite wurden auf einer drehenden Ti-Trommel abgelagert, wie in Beispiel 3 beschrieben, eingetaucht in ein modifiziertes Watts-Bad für Kobalt. Die nanokristalline Folie, 15 cm breit, wurde auf der Trommel kathodisch elektro-ausgebildet, unter Verwendung einer löslichen Kobaltanode, enthalten in einem Ti-Drahtkorb, und einer Dynatronix-(Dynanet PDPR 20-30-100)-Pulsstromversorgung. Die folgenden Bedingungen wurden verwendet:
Anode/Anodenfläche: konforme lösliche Anode (Co-Stücke in Ti-Korb)/nicht bestimmt
Kathode/Kathodenfläche: Ti 600cm2
Kathode: drehend
Anode: fest
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 0,018 Upm
Durchschnittsstromdichte: 0,075 A/cm2
Kathodische Spitzenstromdichte: 0,150 A/cm2
Anodische Spitzenstromdichte: nicht zutreffend
Kathodische tan/taus/anodische tan (tanodisch): 1 ms/1 ms/0 ms
Frequenz: 500 Hz
Kathodischer Arbeitszyklus: 50%
Anodischer Arbeitszyklus: 0%
Ablagerungszeit: 1 h
Ablagerungsrate: 0,05 mm/h
Elektrolyttemperatur: 65° C
Elektrolytumwälzrate: 0,15 Liter/min/cm2 Kathodenfläche (kein Pumpenfluss; Umrühren)
Nanocrystalline Co-based nanocomposites were deposited on a rotating Ti drum as described in Example 3, immersed in a modified Watts bath for cobalt. The 15 cm wide nanocrystalline film was cathodically electro-formed on the drum using a soluble cobalt anode contained in a Ti wire basket and a Dynatronix (Dynanet PDPR 20-30-100) pulse power supply. The following conditions were used:
Anode / anode surface: conformal soluble anode (co-pieces in Ti basket) / not determined
Cathode / cathode area: Ti 600cm 2
Cathode: rotating
Anode: solid
Linear speed anode against cathode: 0.018 rpm
Average current density: 0.075 A / cm 2
Cathodic peak current density: 0.150 A / cm 2
Anodic peak current density: not applicable
Cathodic t on / t off / anodic tan (t anodic ): 1 ms / 1 ms / 0 ms
Frequency: 500 Hz
Cathodic duty cycle: 50%
Anodic duty cycle: 0%
Deposit time: 1 h
Deposition rate: 0.05 mm / h
Electrolyte temperature: 65 ° C
Electrolyte circulation rate: 0.15 liter / min / cm 2 cathode area (no pump flow; stirring)

Elektrolyt-Formulierung:
300 g/l CoSO4×7H2O
45 g/l CoCl2×6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l C7H4NO3SNa Natriumsaccharinat
0,1 g/l C12H25O4SNa Natriumlaurylsulfat (SLS)
5 g/l phosphorige Säure
35 g/l SiC, < 1 μm mittlerer Partikeldurchmesser
.5 g/l Dispersionsmittel
pH 1,5
Electrolyte Formulation:
300 g / l CoSO 4 × 7H 2 O
45 g / l CoCl 2 × 6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l C 7 H 4 NO 3 SNa sodium saccharinate
0.1 g / l C 12 H 25 O 4 SNa sodium lauryl sulfate (SLS)
5 g / l phosphorous acid
35 g / l SiC, <1 μm average particle diameter
.5 g / l dispersant
pH 1.5

Die Co/P-SiC-Folie weist eine Korngröße von 12 nm, eine Härte von 690 VHN auf, enthaltend 1,5% P und 22 Vol.% SiC.The Co / P-SiC film has a grain size of 12 nm, a hardness from 690 VHN, containing 1.5% P and 22 vol.% SiC.

Beispiel 4Example 4

Nanokristalline Nickel-Eisen-Legierungsfolien wurden abgelagert auf einer drehenden Ti-Trommel, welche teilweise eingetaucht war in ein modifiziertes Watts-Bad für Nickel. Die nanokristalline Folie, 15 cm breit, wurde kathodisch auf der Trommel elektro-ausgebildet, unter Verwendung einer löslichen Anode, hergestellt aus einem Titandrahtkorb, gefüllt mit Ni-Rundmaterial und einer Dynatronics-(Dynanet PDPR 50-250-750)-Pulsstromversorgung. Die folgenden Bedingungen wurden verwendet:
Anode/Anodenfläche: konforme lösliche Anode (Ni-Rundstücke in einem Metallkäfig)/unbestimmt
Kathode/Kathodenfläche: untergetauchte Ti-Trommel/ungefähr 600cm2
Kathode: drehend mit 0,018 Upm (oder 120 cm/h)
Anode: fest
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 120 cm/h
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: 0,07 A/cm2
tan/taus: 2 ms/2 ms
Frequenz: 250 Hz
Arbeitszyklus: 50%
Herstellungslaufzeit: 1 Tag
Ablagerungsrate: 0,075 mm/h
Elektrolyttemperatur: 60° C
Elektrolytumwälzrate: 0,15 Liter/min/cm2 Kathodenfläche
Nanocrystalline nickel-iron alloy foils were deposited on a rotating Ti drum, which was partially immersed in a modified Watts bath for nickel. The nanocrystalline film, 15 cm wide, was electro-cathodically formed on the drum using a soluble anode made from a titanium wire basket filled with Ni round material and a Dynatronics (Dynanet PDPR 50-250-750) pulse power supply. The following conditions were used:
Anode / anode surface: conformal soluble anode (Ni round pieces in a metal cage) / undetermined
Cathode / cathode area: immersed Ti drum / approx. 600 cm 2
Cathode: rotating at 0.018 rpm (or 120 cm / h)
Anode: solid
Linear speed anode against cathode: 120 cm / h
Average cathodic current density: 0.07 A / cm 2
t on / t off : 2 ms / 2 ms
Frequency: 250 Hz
Duty cycle: 50%
Manufacturing time: 1 day
Deposition rate: 0.075 mm / h
Electrolyte temperature: 60 ° C
Electrolyte circulation rate: 0.15 liter / min / cm 2 cathode area

Elektrolyt-Formulierung:
260 g/l NiSO4×7H2O
45 g/l NiCl2×6H2O
12 g/l FeCl2×4H2O
45 g/l H3BO3;
46 g/l Natriumzitrat
2 g/l Natriumsaccharinat
2,2 ml/l NPA-91
pH 2,5
Electrolyte Formulation:
260 g / l NiSO 4 × 7H 2 O
45 g / l NiCl 2 × 6H 2 O
12 g / l FeCl 2 × 4H 2 O
45 g / l H 3 BO 3 ;
46 g / l sodium citrate
2 g / l sodium saccharinate
2.2 ml / l NPA-91
pH 2.5

Eisenspeisungs-Formulierung:
81 g/l FeSO4·7H2O
11 g/l FeCl2·4H2O
13 g/l H3BO3
9 g/l Natriumcitrat
4 g/L H2SO4
0,5 g/l Natriumsaccharinat
pH 2,2
Rate der Beimengung: 0,3 l/h
Zusammensetzung: 23–27 Gew.% Fe
Durchschnittliche Korngröße: 15 nm
Härte: 750 Vickers
Iron linefeed formulation:
81 g / l FeSO 4 .7H 2 O
11 g / l FeCl 2 .4H 2 O
13 g / l H 3 BO 3
9 g / l sodium citrate
4 g / LH 2 SO 4
0.5 g / l sodium saccharinate
pH 2.2
Rate of admixture: 0.3 l / h
Composition: 23-27% by weight of Fe
Average grain size: 15 nm
Hardness: 750 Vickers

Selektives oder Bürsten-Plattieren ist ein tragbares Verfahren zum selektiven Plattieren lokalisierter Flächen auf einem Werkstück, ohne den Artikel in einen Plattierungstank unterzutauchen. Es bestehen dabei deutliche Unterschiede zwischen selektivem Plattieren und Tank- und Fass-Plattierungs-Anwendungen. Im Fall selektiven Plattierens ist es schwierig, die Kathodenfläche genau zu bestimmen, und daher ist die kathodische Stromdichte und/oder Spitzenstromdichte veränderbar und im Allgemeinen unbekannt. Die anodische Stromdichte und/oder Spitzenstromdichte kann bestimmt werden, unter der Voraussetzung, dass die gleiche Anodenfläche während des Plattierbetriebs verwendet wird, z.B. im Fall von flachen Anoden. Im Fall ausgeformter Anoden kann die Anodenfläche nicht genau bestimmt werden, z.B. ändert sich im Fall einer ausgeformten Anode und einer ausgeformten Kathode die "effektive" Anodenfläche auch während des Plattiervorgangs. Selektives Plattieren wird durchgeführt durch Bewegung der Anode, welche mit einem absorbierenden Abstandstück-Geflecht umgeben ist und den Elektrolyten enthält, vor und zurück über das Werkstück, was typischerweise von einer Bedienungsperson durchgeführt wird, bis die gewünschte Gesamtfläche auf die erforderliche Dicke beschichtet ist.Selective or brush plating is a portable one Method for selectively plating localized areas a workpiece, without immersing the item in a plating tank. There are there are clear differences between selective plating and Tank and barrel plating applications. In the case of selective plating it is difficult the cathode surface to determine exactly, and therefore the cathodic current density and / or Peak current density changeable and generally unknown. The anodic current density and / or Peak current density can be determined provided that the same anode area while of the plating operation, e.g. in the case of flat anodes. In the case of shaped anodes, the anode area cannot be determined exactly, e.g. change in the case of a molded anode and a molded cathode the "effective" anode area too while of the plating process. Selective plating is carried out by Movement of the anode using an absorbent spacer braid is surrounded and contains the electrolyte, back and forth over the Workpiece, which is typically done by an operator until the desired one total area is coated to the required thickness.

Selektive Plattierungstechniken sind insbesondere geeignet zur Reparatur und zum Aufarbeiten von Artikeln, da die Bürstenplattierungsaufbauten transportabel sind, leicht zu betreiben, und keine Zerlegung des Systems erfordern, welches das zu plattierende Werkstück enthält. Bürstenplattieren erlaubt auch das Plattieren von Teilen, die zu groß zum Eintauchen in Plattierungstanks sind. Bürstenplattieren wird verwendet, um Beschichtungen vorzusehen für verbesserte Korrosionswiderstandsfähigkeit, verbesserte Abnutzung, verbesserte äußere Erscheinung (dekoratives Plattieren) und es kann verwendet werden, um abgenutzte oder fehlbearbeitete Teile zurückzugewinnen. Bürstenplattierungssysteme und Plattierungslösungen sind kommerziell verfügbar, z.B. von Sifco Selective Plating, Cleveland, Ohio, die auch mechanisierte und/oder automatisierte Werkzeugbestückung zur Verwendung für Produktionsarbeiten großen Umfangs anbietet. Die verwendeten Plattierungswerkzeuge umfassen die Anode (DSA oder löslich), umgeben von einem Absorbierungsmittel, ein elektrisch nicht leitfähiges Material und einen isolierten Griff. Im Fall von DSA-Anoden sind Anoden typischerweise hergestellt aus Graphit oder Pt-beschichtetem Titan und sie können Mittel enthalten zur Regulierung der Temperatur mittels eines Wärmetauschersystems. Beispielsweise kann das verwendete Elektrolyt geheizt oder gekühlt werden und durch die Anode geführt werden, um den gewünschten Temperaturbereich beizubehalten. Das absorbierende Abstandstück-Material enthält und verteilt die Elektrolytlösung zwischen der Anode und dem Werkstück (Kathode), verhindert Kurzschlüsse zwischen Anode und Kathode und bürstet gegen die Oberfläche der zu plattierenden Fläche. Diese mechanische Reibe- oder Bürstenbewegung, welche auf das Werkstück während des Plattiervorgangs aufgebracht wird, beeinflusst die Qualität und das Oberflächenfinish der Beschichtung und erlaubt schnelle Plattierungsraten. Selektiv-Plattierungs-Elektrolyte werden formuliert, um akzeptable Beschichtungen über einen weiten Temperaturbereich herzustellen, welcher von niedrigen, etwa –20° C bis 85° C reicht. Da das Werkstück häufig groß ist im Vergleich zu der Fläche, welche beschichtet wird, wird selektives Plattieren oft auf ein Werkstück bei Umgebungstemperatur angewendet, reichend von nied rigen, etwa –20° C bis etwa hohen 45° C. Anders als "typische" Elektroplattierungsvorgänge kann im Fall des selektiven Plattierens die Temperatur der Anode, der Kathode und des Elektrolyten wesentlich variieren. Aussalzen von Elektrolytbestandteilen kann bei niedrigen Temperaturen auftreten und der Elektrolyt kann periodisch oder kontinuierlich wieder aufgeheizt werden müssen, um alle ausgefällten Chemikalien aufzulösen.Selective plating techniques are especially suitable for the repair and refurbishment of articles, since the brush plating constructions are portable, easy to operate, and no system disassembly which contains the workpiece to be plated. Brush plating also allows plating parts that are too large to be immersed in plating tanks are. Bürstenplattieren is used to provide coatings for improved corrosion resistance, improved wear, improved external appearance (decorative Plating) and it can be used to make worn or mishandled Recover parts. Bürstenplattierungssysteme and plating solutions are commercially available e.g. from Sifco Selective Plating, Cleveland, Ohio, which also mechanized and / or automated tooling for use in production work huge Offers extensive. The plating tools used include the anode (DSA or soluble), surrounded by an absorbent, an electrically non-conductive material and an insulated handle. In the case of DSA anodes, anodes are typical Made of graphite or Pt coated titanium and they can be medium included to regulate the temperature by means of a heat exchanger system. For example, the electrolyte used can be heated or cooled and passed through the anode be the one you want Maintain temperature range. The absorbent spacer material contains and distributes the electrolyte solution between the anode and the workpiece (cathode), prevents short circuits between Anode and cathode and brushes against the surface the area to be plated. This mechanical rubbing or brushing movement, which on the workpiece while of the plating process affects the quality and that Surface finish of the Coating and allows fast plating rates. Selective plating electrolytes are formulated to provide acceptable coatings over a wide temperature range to produce, which ranges from low, about -20 ° C to 85 ° C. Since the workpiece is often large Comparison to the area which is coated, selective plating is often applied to a workpiece applied at ambient temperature, ranging from low, about –20 ° C to about high 45 ° C. Other than "typical" electroplating operations in the case of selective plating, the temperature of the anode, the Cathode and electrolyte vary significantly. Salting out of Electrolyte components can occur at low temperatures and the electrolyte can be reheated periodically or continuously Need to become, to all precipitated Dissolve chemicals.

Eine Sifco-Bürstenplattierungseinheit (Modell 3030 – 30 A max.) wurde aufgebaut. Die Graphit-Anodenspitze wurde in ein Baumwollbeutel-Abstandstück eingefügt und entweder an einen mechanisierten, querbeweglichen Arm angebracht, um die "Bürstenbewegung" zu erzeugen, oder bewegt durch eine Betriebsperson von Hand zurück und vor über das Werkstück, oder wie anders bezeichnet. Die Anodenanordnung wurde in der Plattierungslösung getränkt und die Beschichtung wurde durch Bürsten des Plattierungswerkzeugs gegen die kathodisch aufgeladene Arbeitsfläche abgelagert, die aus verschiedenen Substraten zusammengesetzt war. Eine peristaltische Pumpe wurde verwendet, um den Elektrolyten mit vorbestimmten Raten in das Bürstenplattierungswerkzeug zu speisen. Es wurde dem Elektrolyten ermöglicht, von dem Werkstück in eine Schale abzutropfen, die auch als ein "Plattierungslösungs-Reservoir" diente, wovon es in den Elektrolyttank zurückgeführt wurde. Die Anode wies Durchflusslöcher/Kanäle in der Bodenoberfläche auf, um gute Elektrolytverteilung und guten Elektrolyt/Werkstück-Kontakt sicherzustellen. Die Anode war an einem querbeweglichen Arm befestigt und die kreisförmige Bewegung wurde eingestellt, um gleichförmige Hübe der Anode gegenüber der Substratoberfläche zu ermöglichen. Die Drehgeschwindigkeit wurde eingestellt, um die relative Anoden-/Kathoden-Bewegungsgeschwindigkeit ebenso zu erhöhen oder zu erniedrigen, wie die Anode/Substrat-Kontaktzeit an irgendeinem einzelnen Ort. Bürstenplattieren wurde normalerweise ausgeführt bei einer Rate von ungefähr 35–175 Oszillationen pro Minute, mit einer Rate von 50–85 Oszillationen pro Minute, welche optimal ist. Elektrische Kontakte wurden am Bürstenhandgriff (Anode) und direkt am Werkstück (Kathode) hergestellt. Beschichtungen wurden abgelagert auf einer Anzahl von Substraten, einschließlich Kupfer, 1018 niedrig-kohlenstoffhaltigem Stahl, 4130 hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, 304 Edelstahl, einer 2,5 Inch Außendurchmesser-Stahlröhre und einer Schweißnaht-bedeckten I625-Röhre. Die Kathodengröße war 8 cm2 mit Ausnahme der 2,5 Inch Außendurchmesser-Stahlröhre, wo ein 3 cm breiter Streifen um den äußeren Durchmesser ausgesetzt war, und der Schweißnaht-bedeckten I625-Röhre, an welcher ein Schaden-Reparaturvorgang durchgeführt wurde.A Sifco brush plating unit (model 3030 - 30 A max.) Was set up. The graphite anode tip was inserted into a cotton bag spacer and either attached to a mechanized, transversely movable arm to produce the "brushing motion", or manually moved back and forth across the workpiece by an operator, or as otherwise indicated. The anode assembly was soaked in the plating solution and the coating was deposited by brushing the plating tool against the cathodically charged work surface, which was composed of various substrates. A peristaltic pump was used to feed the electrolyte into the brush plating tool at predetermined rates. The electrolyte was allowed to drip from the workpiece into a bowl which also served as a "plating solution reservoir" from which it was returned to the electrolyte tank. The anode had flow holes / channels in the bottom surface to ensure good electrolyte distribution and good electrolyte / workpiece contact. The anode was attached to a transverse arm and the circular motion was adjusted to allow uniform strokes of the anode against the substrate surface. The rotation speed was adjusted to increase or decrease the relative anode / cathode moving speed as well as the anode / substrate contact time at any one location. Brush plating was normally carried out at a rate of approximately 35-175 oscillations per minute, at a rate of 50-85 oscillations per minute is optimal. Electrical contacts were made on the brush handle (anode) and directly on the workpiece (cathode). Coatings were deposited on a number of substrates including copper, 1018 low carbon steel, 4130 high carbon steel, 304 stainless steel, a 2.5 inch outer diameter steel tube, and a weld-covered I625 tube. The cathode size was 8 cm 2 with the exception of the 2.5 inch outer diameter steel tube, where a 3 cm wide strip was exposed around the outer diameter, and the weld-covered I625 tube, on which a damage repair operation was performed.

Eine Dynatronics-programmierbare Pulsplattier-Stromversorgung (Dynanet PDPR 20-30-100) wurde eingesetzt.A Dynatronics programmable Pulse plating power supply (Dynanet PDPR 20-30-100) was used.

Von Sifco vorgesehene Standard-Substrat-Reinigungs- und Aktivierungsvorgänge wurden verwendet.Standard substrate cleaning provided by Sifco and activation processes were used.

Beispiel 5:Example 5:

Nanokristallines reines Nickel wurde auf einer 8 cm2 Flächenelektrode gelagert mit einer 35 cm2 Anode, unter Verwendung des beschriebenen Aufbaus. Gewöhnlich weist das Werkstück eine wesentlich größere Fläche als die Anode auf. In diesem Beispiel wurde ein Werkstück (Kathode) ausgewählt, wesentlich kleiner zu sein als die Anode, um sicherzustellen, dass die überdimensionierte Anode, obwohl dauernd in Bewegung gehalten, immer das gesamte Werkstück bedeckte, um die Bestimmung der Kathodenstromdichte zu ermöglichen. Da eine nichtverbrauchbare Anode verwendet wurde, wurde NiCO3 periodisch dem Plattierungsbad zugeführt, um die gewünschte Ni2+-Konzentration aufrecht zu erhalten. Die folgenden Bedingungen wurden verwendet:
Anode/Anodenfläche: Graphit/35 cm2
Kathode/Kathodenfläche: unlegierter Stahl/8 cm2
Kathode: stationär
Anode: mechanisch automatisiert mit 50 Schwingungen pro Minute oszillierend
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 125 cm/min
Durchnittliche kathodische Stromdichte: 0,2 A/cm2
tan/taus 8 ms/2 ms
Frequenz: 100 Hz
Arbeitszyklus: 80%
Ablagerungszeit: 1 h
Ablagerungsrate: 0,125 mm/h
Elektrolyt-Temperatur: 60° C
Elektrolyt-Umwälzrate: 10 ml Lösung pro Minute pro cm2 Anodenfläche oder 220 ml Lösung pro Minute pro Ampere durchgelassenem durchschnittlichem Strom
Elektrolyt-Formulierung:
300 g/l NiSO4x7H2O
45 g/l NiCl2x6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l Natriumsaccharinat
3 ml/l NPA-91
pH 2,5
Durchschnittliche Korngröße: 19 nm
Härte: 600 Vickers
Nanocrystalline pure nickel was stored on an 8 cm 2 surface electrode with a 35 cm 2 anode, using the described structure. Usually the workpiece has a much larger area than the anode. In this example, a workpiece (cathode) was chosen to be significantly smaller than the anode to ensure that the oversized anode, although kept in motion, always covered the entire workpiece to enable the cathode current density to be determined. Since a non-consumable anode was used, NiCO 3 was periodically added to the plating bath to maintain the desired Ni 2+ concentration. The following conditions were used:
Anode / anode area: graphite / 35 cm 2
Cathode / cathode area: unalloyed steel / 8 cm 2
Cathode: stationary
Anode: mechanically automated, oscillating at 50 vibrations per minute
Linear speed anode against cathode: 125 cm / min
Average cathodic current density: 0.2 A / cm 2
t on / t off 8 ms / 2 ms
Frequency: 100 Hz
Duty cycle: 80%
Deposit time: 1 h
Deposition rate: 0.125 mm / h
Electrolyte temperature: 60 ° C
Electrolyte circulation rate: 10 ml of solution per minute per cm 2 of anode area or 220 ml of solution per minute per ampere of average current passed
Electrolyte Formulation:
300 g / l NiSO 4 x7H 2 O
45 g / l NiCl 2 x6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l sodium saccharinate
3 ml / l NPA-91
pH 2.5
Average grain size: 19 nm
Hardness: 600 Vickers

Beispiel 6:Example 6:

Nanokristallines Co wurde unter Verwendung des gleichen beschriebenen Aufbaus unter den folgenden Bedingungen abgelagert:
Anode/Anodenfläche: Graphit/35 cm2
Kathode/Kathodenfläche: unlegierter Stahl/8 cm2
Kathode: stationär
Anode: mechanisch automatisiert mit 50 Schwingungen pro Minute oszillierend
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 125 cm/min
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: 0,10 A/cm2
tan/taus: 2 ms/6 ms
Frequenz: 125 Hz
Arbeitszyklus: 25%
Ablagerungszeit: 1 h
Ablagerungsrate: 0,05 mm/h
Elektrolyt-Temperatur: 65° C
Elektrolyt-Umwälzrate: 10 ml Lösung pro Minute pro cm2 Anodenfläche oder 440 ml Lösung pro Minute pro Ampere durchgelassenem durchschnittlichem Strom
Elektrolyt-Formulierung:
300 g/l NiSO4 7H2O
45 g/l NiCl2 6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l Natriumsaccharinat
0,1 g/l C7H4NO3Sna Natriumlaurylsulfat (SLS)
pH 2,5
Durchschnittliche Korngröße: 13 nm
Härte: 600 Vickers
Nanocrystalline Co was deposited using the same construction described under the following conditions:
Anode / anode area: graphite / 35 cm 2
Cathode / cathode area: unalloyed steel / 8 cm 2
Cathode: stationary
Anode: mechanically automated, oscillating at 50 vibrations per minute
Linear speed anode against cathode: 125 cm / min
Average cathodic current density: 0.10 A / cm 2
t on / t off : 2 ms / 6 ms
Frequency: 125 Hz
Duty cycle: 25%
Deposit time: 1 h
Deposition rate: 0.05 mm / h
Electrolyte temperature: 65 ° C
Electrolyte circulation rate: 10 ml of solution per minute per cm 2 of anode area or 440 ml of solution per minute per ampere of average current passed
Electrolyte Formulation:
300 g / l NiSO 4 7H 2 O
45 g / l NiCl 2 6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l sodium saccharinate
0.1 g / l C 7 H 4 NO 3 Sna sodium lauryl sulfate (SLS)
pH 2.5
Average grain size: 13 nm
Hardness: 600 Vickers

Beispiel 7:Example 7:

Nanokristallines Ni/20%Fe wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Aufbaus abgelagert. Ein 1,5 Inch breites Band wurde auf dem äußeren Durchmesser einer 2,5 Inch-Röhre plattiert durch Drehung der Röhre entlang ihrer Iongitudinalen Achse, während eine feste Anode unter den folgenden Bedingungen beibehalten wurde:
Anode/Anodenfläche/effektive Anodenfläche: Graphit/35 cm2/unbestimmt Kathode/Kathodenfläche: 2,5 Inch Außendurchmesser-Stahlröhre, hergestellt aus 2101 A1 Kohlenstoffstahl/unbestimmt
Kathode: rotierend mit 12 Upm
Anode: stationär
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 20 cm/min
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: unbestimmt
Durchgelassener Gesamtstrom: 3,5 A
tan/taus: 2 ms/6 ms
Frequenz: 125 Hz
Arbeitszyklus: 25%
Ablagerungszeit: 1 h
Ablagerungsrate: 0,05 mm/h
Elektrolyt-Temperatur: 55° C
Elektrolyt-Umwälzrate: 0,44 l Lösung pro Minute pro durchgelassenem Ampere
Elektrolyt-Formulierung:
260 g/l NiSO4x7HzO
45 g/l NiCl2x6H2O
7,8 g/l FeCl2x4H2O
45 g/l H3BO3
30 g/l Na3C6H5O7·2HZO Natriumzitrat
2 g/l Natriumsaccharinat
1 ml/l NPA-91
pH 3,0
Durchschnittliche Korngröße: 15 nm
Härte: 750 Vickers
Nanocrystalline Ni / 20% Fe was deposited using the structure previously described. A 1.5 inch wide tape was plated on the outer diameter of a 2.5 inch tube by rotating the tube along its longitudinal axis while maintaining a solid anode under the following conditions:
Anode / anode area / effective anode area: graphite / 35 cm 2 / undetermined Cathode / cathode area: 2.5 inch outer diameter steel tube made of 2101 A1 carbon steel / undefined
Cathode: rotating at 12 rpm
Anode: stationary
Linear speed anode against cathode: 20 cm / min
Average cathodic current density: indefinite
Total current let through: 3.5 A.
t on / t off : 2 ms / 6 ms
Frequency: 125 Hz
Duty cycle: 25%
Deposit time: 1 h
Deposition rate: 0.05 mm / h
Electrolyte temperature: 55 ° C
Electrolyte circulation rate: 0.44 l solution per minute per ampere passed
Electrolyte Formulation:
260 g / l NiSO 4 x7HzO
45 g / l NiCl 2 x6H 2 O
7.8 g / l FeCl 2 x4H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
30 g / l Na 3 C 6 H 5 O 7 .2H Z O sodium citrate
2 g / l sodium saccharinate
1 ml / l NPA-91
pH 3.0
Average grain size: 15 nm
Hardness: 750 Vickers

Beispiel 8:Example 8:

Ein Defekt (Kerbe) in einem Schweißnaht-belegten Röhrenabschnitt wurde mit nanokristallinem Ni gefüllt, unter Verwendung des gleichen Aufbaus wie in Beispiel 1. Die Kerbe war etwa 4,5 cm lang, 0,5 cm breit und hatte eine durchschnittliche Tiefe von ungefähr 0,175 mm, obwohl es das raue Finish des Defekts unmöglich machte, seine genaue Oberflächenfläche zu bestimmen. Die den Defekt umgebende Fläche wurde abgedeckt, und Nano Ni wurde auf die Defektfläche plattiert, bis ihre originale Dicke wieder hergestellt war.
Anode/Anodenfläche: Graphit/35 cm2
Kathode/Kathodenfläche: I625/unbestimmt
Kathode: stationär
Anode: mechanisch automatisiert mit 50 Schwingungen pro Minute oszillierend
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 125 cm/min
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: unbestimmt
tan/taus: 2 ms/6 ms
Frequenz: 125 Hz
Arbeitszyklus: 25%
Ablagerungszeit: 2 h
Ablagerungsrate: 0,087 mm/h
Elektrolyt-Temperatur: 55° C
Elektrolyt-Umwälzrate: 0,441 Lösung pro Minute pro Ampere durchgelassenem Durchschnittsstrom
Elektrolyt-Formulierung:
300 g/l NiSO4x7H2O
45 g/l NiC12x6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l Natriumsaccharinat
3 ml/l NPA-91
pH 3,0
Durchschnittliche Korngröße: 20 nm
Härte: 600 Vickers
A defect (notch) in a welded tube section was filled with nanocrystalline Ni using the same construction as in Example 1. The notch was approximately 4.5 cm long, 0.5 cm wide and had an average depth of approximately 0.175 mm, although the rough finish of the defect made it impossible to determine its exact surface area. The area surrounding the defect was covered and nano Ni was plated on the defect area until its original thickness was restored.
Anode / anode area: graphite / 35 cm 2
Cathode / cathode area: I625 / undetermined
Cathode: stationary
Anode: mechanically automated, oscillating at 50 vibrations per minute
Linear speed anode against cathode: 125 cm / min
Average cathodic current density: indefinite
t on / t off : 2 ms / 6 ms
Frequency: 125 Hz
Duty cycle: 25%
Deposit time: 2 h
Deposition rate: 0.087 mm / h
Electrolyte temperature: 55 ° C
Electrolyte circulation rate: 0.441 solution per minute per ampere passed average current
Electrolyte Formulation:
300 g / l NiSO 4 x7H 2 O
45 g / l NiC1 2 x6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l sodium saccharinate
3 ml / l NPA-91
pH 3.0
Average grain size: 20 nm
Hardness: 600 Vickers

Mikrokomponenten, welche Dimensionen bzw. Abmessungen über alles von unter 1000 μm (1 mm) aufweisen, gewinnen steigende Bedeutung zur Verwendung in elektronischen, biomedizinischen, Telekommunikations-, Automobil-, Weltraum und Verbraucher-Anwendungen. Metallische Makrosystemkomponenten mit einer maximalen Abmessung über alles von 1 cm bis über 1 m, welche Materialien herkömmlicher Korngröße (1–1000 μm) enthalten, zeigen ein Verhältnis zwischen maximaler Abmessung und Korngrößenbereichen von 10 bis 106. Diese Zahl spiegelt die Zahl der Körner über die maximale Teile-Abmessung wider. Wenn die maximale Größe der Komponente auf unter 1 mm reduziert wird, wobei Material herkömmlicher Korngröße verwendet wird, kann die Komponente potentiell nur aus einigen Körnern hergestellt sein, oder einem einzelnen Korn, und das Verhältnis zwischen der maximalen Abmessung der Mikrokomponente und der Korngrößenbereiche geht auf 1. Mit anderen Worten, ein einzelnes oder nur ein paar Körner erstrecken sich entlang des gesamten Teils, was nicht wünschenswert ist. Um die Bauteilzuverlässigkeit von Mikrokomponenten zu erhöhen, muss das Verhältnis zwischen maximaler Bauteilabmessung und Korngrößenbereichen auf über 10 erhöht werden, durch die Verwendung eines kleinkörnigeren Materials, da diese Materialklasse typischerweise Korngrößenwerte zeigt 10 bis 10000 mal kleiner als diejenigen herkömmlicher Materialien.Microcomponents, which have dimensions or dimensions over everything of less than 1000 μm (1 mm), are becoming increasingly important for use in electronic, biomedical, telecommunications, automotive, space and consumer applications. Metallic macro system components with a maximum dimension over everything from 1 cm to over 1 m, which contain materials of conventional grain size (1–1000 μm), show a ratio between maximum dimension and grain size ranges from 10 to 10 6 . This number reflects the number of grains over the maximum part dimension. If the maximum size of the component is reduced to less than 1 mm using conventional grain size material, the component can potentially be made from only a few grains, or a single grain, and the relationship between the maximum dimension of the microcomponent and the grain size ranges becomes apparent 1. In other words, a single or only a few grains extend along the entire part, which is not desirable. In order to increase the component reliability of microcomponents, the ratio between the maximum component dimension and grain size ranges must be increased to over 10 by using a smaller-grain material, since this material class typically shows grain size values 10 to 10,000 times smaller than those of conventional materials.

Für herkömmliche LIGA- und andere plattierte Mikrokomponenten beginnt Elektroablagerung anfangs mit einer feinen Korngröße an dem Substratmaterial. Mit steigender Ablagerungsdicke in der Wachstumsrichtung wird gewöhnlich der Übergang zu säulenartigen Körnern beobachtet. Die Dicke der säulenartigen Körner reicht typischerweise von einigen bis zu einigen zehn Mikrometern, wäh rend ihre Länge einige Hunderte von Mikrometern erreichen kann. Die Konsequenz solcher Strukturen ist die Entwicklung von anisotropen Eigenschaften mit zunehmender Ablagerungsdicke, und das Erreichen einer kritischen Dicke, bei welcher nur ein paar Körner den gesamten Querschnitt der Komponenten bedekken, mit Breiten unter 5 bis 10 μm. Ein weiterer Abfall in der Dicke einer Komponente führt zu einer Bambus-Struktur, welche zu einem signifikanten Verlust in Festigkeit führt. Daher ist die Mikrostruktur elektro-abgelagerter Mikrokomponenten, welche momentan in Gebrauch sind, völlig unangemessen bezüglich Eigenschaftsanforderungen sowohl über die Breite als auch die Dicke der Komponente auf Basis der Kornorm und durchschnittlichen Korngröße.For conventional LIGA and other clad microcomponents begin electrical deposition initially with a fine grain size on the Substrate material. With increasing deposit thickness in the growth direction becomes ordinary the transition to columnar grains observed. The thickness of the columnar Grains are enough typically from a few to a few tens of micrometers during their Length some Can reach hundreds of micrometers. The consequence of such Structures is the development of anisotropic properties with increasing deposit thickness, and reaching a critical Thickness at which only a few grains cover the entire cross section cover the components, with widths below 5 to 10 μm. Another drop leads in the thickness of a component to a bamboo structure, which leads to a significant loss leads to firmness. So the microstructure of electrodeposited microcomponents, which are currently in use, totally inadequate in terms of property requirements both about the width and the thickness of the component based on the grain size and average grain size.

Bisher waren Teile, hergestellt aus Materialien herkömmlicher Korngröße, welche bekannt waren, an gravierenden Zuverlässigkeitsproblemen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften wie dem Young-Modul, Umformfestigkeit, Grenzzugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Kriechverhalten zu leiden, bekannt, dass sie extrem empfindlich auf Verarbeitungsparameter sind, die mit dem Aufbau dieser Komponenten verbunden sind. Viele der auftretenden Probleme wurden bewirkt durch unangemessene Skalierung der Schlüsselmikrostruktur-Merkmale (d.h. Korngröße, Kornform, Kornorientierung) mit der äußeren Größe der Komponente, was zu ungewöhnlichen Eigenschaftsvariationen führte, die normalerweise bei makroskopischen Komponenten aus dem gleichen Material nicht beobachtet wurden.Until now, parts were made of Materials more conventional Grain size, which were known to have serious reliability problems mechanical properties such as the Young module, deformation resistance, Limit tensile strength, fatigue strength and suffering from creep behavior, known to be extremely sensitive on processing parameters that are related to the construction of these components are connected. Many of the problems that occurred were caused by inadequate scaling of key microstructure features (i.e. grain size, grain shape, Grain orientation) with the external size of the component, resulting in unusual Property variations led which are usually the same for macroscopic components Material were not observed.

Beispiel 9:Example 9:

Metall-Mikrofederfinger werden verwendet, um IC-Chips mit hoher Anschlussflächen-Anzahl und -Dichte zu kontaktieren, und Energie und Signale zu und von den Chips zu transportieren. Die Federn bieten hohe Werte einhaltende elektrische Kontakte für eine Vielfalt von Zwischenverbindungsstrukturen, einschließlich Chip-skalierten Halbleiterpaketen, hochdichten Zwischenschalterverbindern und Sensorkontakten. Die massiven parallelen Zwischenlagenstrukturen und – zusammenbauten ermöglichen Hochgeschwindigkeitstesten von getrennten inte grierten Schaltungsbauteilen, die auf einem nachgiebigen Träger fixiert sind, und erlauben Testelektroniken, in nächster Nähe zu den zu testenden integrierten Schaltkreisbauteilen lokalisiert zu sein.Metal micro spring fingers are used to IC chips with a high number and density of pads contact, and to transport energy and signals to and from the chips. The springs offer high-value electrical contacts for a variety interconnect structures, including chip-scaled semiconductor packages, high-density intermediate switch connectors and sensor contacts. The massive enable parallel interlayer structures and assemblies High speed testing of separate integrated circuit components, the on a compliant support are fixed, and allow test electronics in close proximity to the to be localized to be tested integrated circuit components.

Die Mikro-Federfinger erfordern hohe Umformfestigkeit und Dehnbarkeit. Eine 25 μm dicke Schicht aus nanokristallinem Ni wurde auf 500 μm langen goldbeschichteten CrMo-Fingern plattiert, unter Verwendung der folgenden Bedingungen:
Anode/Anodenfläche: Ni/4,5 × 10–3 cm2
Kathode/Kathodenfläche: goldplattiertes CrMo/ungefähr 1 cm2
Kathode: stationär
Anode: stationär
Lineare Geschwindigkeit Anode gegen Kathode: 0 cm/min
Durchschnittliche kathodische Stromdichte: 50 mA/cm2
tan/taus: 10 ms/20 ms
Frequenz: 33 Hz
Arbeitszyklus: 33%
Ablagerungszeit: 120 Minuten
Ablagerungsrate: 0,05 mm/h
Elektrolyt-Temperatur: 60° C
Elektrolyt-Umwälzungsrate: keine
Elektrolyt-Formulierung:
300 g/l NiSO4x7H2O
45 g/l NiCl2x6H2O
45 g/l H3BO3
2 g/l Natriumsaccharinat
3 ml/l NPA-91
pH 3,0
Durchschnittliche Korngröße: 15–20 nm
Härte: 600 Vickers
The micro spring fingers require high form strength and flexibility. A 25 μm thick layer of nanocrystalline Ni was plated on 500 μm long gold-coated CrMo fingers using of the following conditions:
Anode / anode area: Ni / 4.5 × 10 -3 cm 2
Cathode / cathode area: gold-plated CrMo / approximately 1 cm 2
Cathode: stationary
Anode: stationary
Linear speed anode against cathode: 0 cm / min
Average cathodic current density: 50 mA / cm 2
t on / t off : 10 ms / 20 ms
Frequency: 33 Hz
Duty cycle: 33%
Deposit time: 120 minutes
Deposition rate: 0.05 mm / h
Electrolyte temperature: 60 ° C
Electrolyte circulation rate: none
Electrolyte Formulation:
300 g / l NiSO 4 x7H 2 O
45 g / l NiCl 2 x6H 2 O
45 g / l H 3 BO 3
2 g / l sodium saccharinate
3 ml / l NPA-91
pH 3.0
Average grain size: 15–20 nm
Hardness: 600 Vickers

Die Nanofinger zeigten eine deutlich höhere Kontaktkraft verglichen mit Fingern "herkömmlicher Korngröße".The nanofingers clearly showed one higher Contact force compared to fingers "more conventional Grain size ".

Claims (26)

Verfahren zum kathodischen Elektroablagern eines ausgewählten metallischen Materials auf einem dauerhaften oder zeitweisen Substrat in nanokristalliner Form mit einer Durchschnittskorngröße von weniger als 100 nm, unter Verwendung von Puls-Elektroablagerung, mit einer Ablagerungsrate von wenigstens 0,05 mm/h, aufweisend: Vorsehen eines wässrigen Elektrolyts, welcher Ionen des metallischen Materials enthält, Halten des Elektrolyts bei einer Temperatur im Bereich zwischen 0 bis 85° C, Vorsehen einer Anode und einer Kathode in Kontakt mit dem Elektrolyt, Durchlassen von einzelnen oder mehrfachen Gleichstromkathodenstrompulsen zwischen der Anode und Kathode mit einer Kathodenstrom-Pulsfrequenz im Bereich von etwa 0 bis 1000 Hz, zu gepulsten Intervallen, während denen der Strom für eine Tan Zeitperiode im Bereich von etwa 0,1 bis 50 ms fließt und für eine Taus-Zeitperiode im Bereich von etwa 0 bis 500 ms nicht fließt, und Durchlassen einzelner oder mehrfacher Gleichspannungs-Anodenstrompulse zwischen der Kathode und der Anode zu Intervallen, während denen der Strom für eine Tanodisch-Zeitperiode im Bereich von 0 bis 50 ms fließt, wobei ein Arbeitszyklus im Bereich von 5 bis 100% ist und eine kathodische Ladung (Qkathodisch) pro Intervall immer größer ist als eine anodische Ladung (Qanodisch).A method of cathodically depositing a selected metallic material on a permanent or temporary substrate in nanocrystalline form with an average grain size of less than 100 nm, using pulse electrodeposition, with a deposition rate of at least 0.05 mm / h, comprising: providing an aqueous Electrolyte containing ions of the metallic material, maintaining the electrolyte at a temperature in the range between 0 to 85 ° C, providing an anode and a cathode in contact with the electrolyte, passing single or multiple DC cathode current pulses between the anode and cathode with a cathode current Pulse frequency in the range of approximately 0 to 1000 Hz, at pulsed intervals during which the current flows for a T on time period in the range of approximately 0.1 to 50 ms and for a T off time period in the range of approximately 0 to 500 ms does not flow, and passing single or multiple DC-A Node current pulses between the cathode and the anode at intervals during which the current flows for a T anodic time period in the range from 0 to 50 ms, with a duty cycle in the range from 5 to 100% and one cathodic charge (Q cathodic ) per interval is always larger than an anodic charge (Q anodic ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen oder mehrfachen Gleichspannungs-Kathodenstrompulse zwischen der Anode und der Kathode eine Spitzenstromdichte im Bereich von etwa 0,01 bis 20 A/cm2 aufweisen.A method according to claim 1, characterized in that the single or multiple DC cathode current pulses between the anode and the cathode have a peak current density in the range of about 0.01 to 20 A / cm 2 . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenstromdichte der Kathodenstrompulse im Bereich von etwa 0,1 bis 20 A/cm2, bevorzugt im Bereich von etwa 1 bis 10 A/cm2 liegt.A method according to claim 2, characterized in that the peak current density of the cathode current pulses in the range of about 0.1 to 20 A / cm 2 , preferably in the range of about 1 to 10 A / cm 2 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte metallische Material (a) ein reines Metall ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Au, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, Pb, Pd, Rt, Rh, Ru, Sn, V, W, Zn oder (b) eine Legierung, bestehend aus zumindest einem der Elemente der Gruppe (a) und legierenden Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C, P, S und Si.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the selected metallic material (a) is a pure metal selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, Pb, Pd, Rt, Rh, Ru, Sn, V, W, Zn or (b) an alloy consisting of at least one of the elements of group (a) and alloying elements selected from the group consisting of C, P, S and Si. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tan-Zeitperiode im Bereich von etwa 1 bis etwa 50 ms liegt, die Taus-Zeitperiode im Bereich von etwa 1 bis 100 ms liegt und die Tanodisch-Zeitperiode im Bereich von etwa 1 bis 10 ms liegt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the T on time period is in the range of about 1 to about 50 ms, the T off time period is in the range of about 1 to 100 ms and the T anodic time period in Range is from about 1 to 10 ms. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszyklus bevorzugt im Bereich von 10 bis 95% liegt, und bevorzugter im Bereich von 20 bis 80% liegt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the working cycle before is in the range of 10 to 95%, and more preferably is in the range of 20 to 80%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenstrom-Pulsfrequenz von 10 Hz bis 350 Hz reicht.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the cathode current pulse frequency ranges from 10 Hz to 350 Hz. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerungsrate bevorzugt zumindest 0,075 mm/h und bevorzugter zumindest 0,1 mm/h ist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the deposition rate is preferably at least 0.075 mm / h and more preferred is at least 0.1 mm / h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Umrühren des Elektrolyten bei einer Umrührrate im Bereich von 0 bis 750 ml/min/A, bevorzugt im Bereich von 0 bis 500 ml/min/A.Method according to one of claims 1 to 8, characterized by stirring of the electrolyte at a stirring rate in the range from 0 to 750 ml / min / A, preferably in the range from 0 to 500 ml / min / A. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Umrühren des Elektrolyten mittels Pumpen, Rührwerken oder Ultraschallanregung.A method according to claim 9, characterized by stirring the Electrolytes using pumps, agitators or ultrasonic excitation. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine relative Bewegung zwischen der Anode und Kathode.Method according to any one of claims 1 to 10, characterized by a relative movement between the anode and cathode. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen Anode und Kathode von 0 bis 600 m/min reicht, bevorzugt von 0,003 bis 10 m/min.A method according to claim 11, characterized in that the Speed of the relative movement between anode and cathode ranges from 0 to 600 m / min, preferably from 0.003 to 10 m / min. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung durch Drehung der Anode und der Kathode relativ zueinander erreicht wird.A method according to claim 11, characterized in that the relative movement by rotating the anode and the cathode relatively to each other is achieved. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Rotationsgeschwindigkeit der Rotation der Anode und der Kathode relativ zueinander, welche von 0,003 bis 0,15 Upm und bevorzugt von 0,003 bis 0,05 Upm reicht.A method according to claim 13, characterized by a rotational speed the rotation of the anode and the cathode relative to each other, which ranges from 0.003 to 0.15 rpm and preferably from 0.003 to 0.05 rpm. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung durch einen eine mechanisierte Bewegung erzeugenden Hub der Anode und der Kathode relativ zueinander erreicht wird.Method according to claim 11 or claim 12, characterized in that that the relative movement through a mechanized movement Generating stroke of the anode and the cathode achieved relative to each other becomes. Verfahren nach Anspruch 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode in ein absorbierendes Abstandstück gewickelt ist.A method according to claim 11 or 15, characterized in that the anode is wrapped in an absorbent spacer. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein spannungssenkendes Mittel oder ein Kornverfeinerungsmittel enthält, ausgewählt aus der Gruppe von Saccharin, Coumarin, Natriumlaurylsulfat und Thiourea.Method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that that the electrolyte is a stress reliever or a grain refiner contains selected from the group of saccharin, coumarin, sodium lauryl sulfate and Thiourea. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt aus Partikeln bestehende Zusätze in Lösung enthält, ausgewählt aus reinen Metallpulvern, Metalllegierungspulvern oder Metalloxidpulvern von Al, Co, Cu, In, Ng, Ni, Si, Sn, V und Zn, Nitriden von Al, B und Si, Kohlenstoff C (Graphit oder Diamant), Carbide von B, Bi, Si, W oder organische Materialien wie etwa PTFE und Polymerkugeln, wobei das elektro-abgeschiedene metallische Material zumindest 5% der aus Partikeln bestehenden Zusätze enthält.Method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that that the electrolyte contains additives consisting of particles in solution, selected from pure metal powders, Metal alloy powders or metal oxide powders from Al, Co, Cu, In, Ng, Ni, Si, Sn, V and Zn, nitrides of Al, B and Si, carbon C (Graphite or diamond), carbides of B, Bi, Si, W or organic Materials such as PTFE and polymer balls, the electrodeposited metallic material contains at least 5% of the additives consisting of particles. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroabgeschiedene metallische Material zumindest 10% der aus Partikeln bestehenden Zusätze enthält.A method according to claim 18, characterized in that the Electrodeposited metallic material made up of at least 10% Particles existing additives contains. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroabgeschiedene metallische Material zumindest 20% der aus Partikeln bestehenden Zusätze enthält.A method according to claim 18, characterized in that the Electrodeposited metallic material made up of at least 20% Particles existing additives contains. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroabgeschiedene metallische Material zumindest 30% der aus Partikeln bestehenden Zusätze enthält.A method according to claim 18, characterized in that the Electrodeposited metallic material made up of at least 30% Particles existing additives contains. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroabgeschiedene metallische Material zumindest 40% der aus Partikeln bestehenden Zusätze enthält.A method according to claim 18, characterized in that the Electrodeposited metallic material made up of at least 40% Particles existing additives contains. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Partikelgröße der aus Partikeln beste henden Zusätze unter 10 μm liegt, bevorzugt unter 1000 nm, bevorzugter unter 500 nm, und am bevorzugtesten unter 100 nm.Method according to any one of claims 18 to 22, characterized in that that the average particle size is that of particles additions less than 10 μm is preferably below 1000 nm, more preferably below 500 nm, and am most preferred below 100 nm. Mikrokomponente hergestellt durch ein Puls-Elektroablagerungsverfahren, insbesondere hergestellt durch ein Puls-Elektroablagerungsverfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 22 beansprucht, welche eine maximale Abmessung von 1 mm aufweist, eine Durchschnittskorngröße gleich oder kleiner als 1.000 nm, wobei das Verhältnis zwischen der maximalen Abmessung und der Durchschnittskorngröße größer als 10 ist.Microcomponent manufactured by a pulse electrodeposition process, in particular produced by a pulse electrodeposition process as in any of the claims 1 to 22, which has a maximum dimension of 1 mm, equal to an average grain size or less than 1,000 nm, the ratio between the maximum Dimension and the average grain size is greater than 10. Mikrokomponente nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der maximalen Abmessung der Mikrokomponente und der Durchschnittskorngröße größer als 100 ist.Microcomponent according to claim 24, characterized in that The relationship between the maximum dimension of the microcomponent and the average grain size greater than 100 is. Mikrokomponente nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet dadurch, dass sie eine gleichachsige Mikrostruktur aufweist.Microcomponent according to Claim 24 or 25, characterized in that that it has a coaxial microstructure.
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