[发明专利]具有高硬度的镍铬纳米层压涂层

说明书

本公开描述具有由镍和/或铬组成的高硬度的电沉积纳米层压材料。本文所述的纳米层压NiCr材料的均匀外观、化学耐性和高硬度使得它们适用于多种目的，包括用于在装饰以及需求物理、结构和化学环境两者中使用的耐磨损(磨耗)屏障涂层。

本申请是第201480013716.3号中国发明专利申请的分案申请。该中国发明专利申请基于国际申请PCT/US2014/030381，申请日为2014年3月17日，发明名称为“具有高硬度的镍铬纳米层压涂层”。

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请61/802,112的权益。

背景

电沉积被认为是用于在多种导电材料(包括金属、合金、导电聚合物等)上形成致密涂层的一种低成本方法。电沉积也已在各种工程应用中成功地用于将纳米层压涂层沉积在非导电材料如非导电聚合物上，所述沉积是通过将足够的材料结合至非导电聚合物中以使其是充分地导电的或通过处理表面以使其是导电的，例如通过无电沉积镍、铜、银、镉等。

电沉积还已被证明为一种用于产生层压涂层和纳米层压涂层、材料和物体的可行方式，其中单个层压层可在金属、陶瓷、有机-金属组合物的组成和/或微结构特征方面不同。层压涂层和材料(并且特别是纳米层压金属)由于其独特的韧性、抗疲劳性、热稳定性、耐磨损(磨耗性和化学特性而出于各种目的(包括结构抗性、耐热性和耐腐蚀应用)令人感兴趣。

概述

本公开涉及产生具有高硬度的NiCr纳米层压材料。该材料具有多种用途，包括但不限于，制备保护底层衬底并且还可增加其强度的涂层。在一个实施方案中，硬NiCr涂层和材料是耐磨损/磨耗性的并且在摩擦学应用中适用作耐磨损涂层。在另一个实施方案中，硬NiCr涂层防止对底层衬底的损坏。当NiCr材料作为比它所放置于其上的底层材料更贵的涂层施加时，它可充当耐腐蚀屏障涂层。

说明

1.1概述

本公开涉及产生层压材料和涂层的方法，该层压材料和涂层包括各自包含镍或镍和铬的多个层。通过电沉积制备的材料具有高达约750的维氏硬度值而无需添加其它元件或热处理。

在一个实施方案中，本公开涉及一种用于在衬底或心轴上形成含有镍和铬的多层涂层的电沉积方法，该方法包括：

(a)提供一种或多种包含镍盐和/或铬盐的电解质溶液；

(b)提供用于电沉积的导电衬底或心轴；

(c)使所述衬底或心轴的至少一部分与所述一种或多种电解质溶液中的一种接触；以及

(d)使第一电流通过该衬底或心轴以在表面上沉积包括镍或其合金的第一层；以及使第二电流通过该衬底以在表面上沉积包括镍-铬合金的第二层；

(e)重复步骤(d)两次或更多次，从而在该衬底或心轴的表面的至少一部分上产生具有镍或其合金的第一层和镍-铬合金的第二层的多层涂层。

该方法还可包括以下步骤：使所述衬底或心轴与涂层分离，其中该涂层形成由层压材料组成的物体。

通过该方法产生的高硬度涂层通常具有交替的第一层和第二层。第一层各自是约25nm至约75nm厚，并且包括约92％至约99％的镍，余量通常包括铬。第二层各自是约125nm至约175nm厚，并且通常包括约10重量％至约21重量％的铬，余量通常包括镍。

1.2定义

如本文所用的“层压”或“层压的”是指包括一系列层的材料，包括纳米层压材料。

如本文所用的“纳米层压”或“纳米层压的”是指包括一系列小于1微米的层的材料。

作为百分比给出的所有组合物是作为重量％给出，除非另外说明。