[go: up one dir, main page]

FI121815B - Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote - Google Patents

Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote Download PDF

Info

Publication number
FI121815B
FI121815B FI20070490A FI20070490A FI121815B FI 121815 B FI121815 B FI 121815B FI 20070490 A FI20070490 A FI 20070490A FI 20070490 A FI20070490 A FI 20070490A FI 121815 B FI121815 B FI 121815B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
coating
functional metal
metal
structural material
functional
Prior art date
Application number
FI20070490A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20070490A0 (fi
FI20070490L (fi
Inventor
Mari Lindgren
Pekka Taskinen
Olli Hyvaerinen
Original Assignee
Outotec Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Outotec Oyj filed Critical Outotec Oyj
Priority to FI20070490A priority Critical patent/FI121815B/fi
Publication of FI20070490A0 publication Critical patent/FI20070490A0/fi
Priority to JP2010512727A priority patent/JP2010530476A/ja
Priority to PCT/FI2008/050373 priority patent/WO2008155465A1/en
Priority to CN200880020998A priority patent/CN101688320A/zh
Priority to US12/665,707 priority patent/US20100183894A1/en
Priority to KR1020107001259A priority patent/KR101158700B1/ko
Priority to EP08775498A priority patent/EP2158342A4/en
Publication of FI20070490L publication Critical patent/FI20070490L/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI121815B publication Critical patent/FI121815B/fi

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02Electroplating of selected surface areas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/46Electroplating: Baths therefor from solutions of silver
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • C25D5/36Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48After-treatment of electroplated surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06Wires; Strips; Foils
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12479Porous [e.g., foamed, spongy, cracked, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Description

MENETELMÄ RAKENNEMATERIAALIN PINNOITTAMISEKSI FUNKTIONAALISELLA METALLILLA JA MENETELMÄLLÄ VALMISTETTU TUOTE
KEKSINNÖN ALA
5 Keksintö kohdistuu menetelmään rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistetun rakennemateriaalin pinnoittamiseksi selektiivisesti funktionaalisella metallilla, joka on antibakteerinen metalli. Pinnoitusmenetelmään kuuluu selektiivinen pinnoitus sähkökemiallisella saostusmenetelmällä. Menetelmälle on tyypillistä, että funktionaalinen metalli saostetaan olennai-10 sesti rautapohjaisen metalliseoksen raerajoille ja muihin pinnan syvennysten epäjatkuvuuskohtiin. Keksintö kohdistuu myös ruostumattomasta teräksestä tai hiiliteräksestä valmistettuun rakennemateriaalituotteeseen, joka on selektiivisesti pinnoitettu funktionaalisella metallilla.
15 KEKSINNÖN TAUSTA
Rakennemateriaalien, kuten ruostumattoman teräksen pinnalle pyritään nykyään yhä useammin saamaan lisäarvoa tuottavia ominaisuuksia, joita ovat esimerkiksi puhtaanapysyvyys, naarmutuksenkesto tai antibakteerisuus. Ruostumaton teräs tai muu rautapohjainen rakennemateriaali kuten hiiliteräs 20 ei itsessään ole antibakteerinen. Antibakteerisuus eli bakteereita ja mikrobeja tappava ja lisääntymistä estävä ominaisuus on kuitenkin kiinnostusta herättävä ominaisuus, sillä tiedossa ovat ruokamyrkytysepidemiat, ja uusien, antibiooteille resistenttien sairaalabakteerien ilmaantuminen. Antibakteerinen ominaisuus synnytetään ruostumattomaan teräkseen 25 funktionaalisen metallin avulla. Esimerkiksi hopea- ja kupari-ioneilla on bakteereja tappava vaikutus.
Kun käsitellään esimerkiksi ruostumatonta terästä, tärkeimpiä kysymyksiä käsittelyn suhteen ovat muun muassa korroosionkeston ja jatkojalostus-30 ominaisuuksien pysyvyys sekä teräksen arvostetun ulkonäön säilyminen.
2
Kun ruostumaton teräs tai muu rautapohjainen seos on käsitelty antibakteeriseksi, sille löytyy sovelluskohteita terveydenhuollosta, elintarviketeollisuudesta, rakennusteollisuudesta, julkisista tiloista ja kuluttajatuotteista. Sairaalaympäristössä antibakteerisia tuotteita löytyy 5 kalusteista ja varusteista, elintarviketeollisuudessa seinät ja tasot voivat olla antibakteerisia. Ilmastointiputket ja muut hankalasti puhdistettavat tuotteet ovat sopivia antibakteerisen materiaalin sovelluskohteita. Kuluttajatuotteissa antibakteerisia materiaalia löytyy enimmäkseen elintarvikkeiden kanssa tekemisissä olevista tuotteita kuten jääpalakoneista ja jääkaapeista.
10
Funktionaaliset metallit voidaan järjestää antibakteerisuuden voimakkuuden mukaan seuraavaan järjestykseen:
Hg > Ag > Cu > Ni > Zn > Fe jne 15 Elohopea on raskasmetalli ja vahva myrkky, minkä vuoksi sen käyttöä vältetään. Hopealla on erinomaiset antibakteeriset ominaisuudet ja tarvittava hopeapitoisuus on hyvin pieni. Lisäksi se ei ole ihmiskeholle vaarallista. Kupari on toinen metalli, jolla on hyvät antibakteeriset ominaisuudet ja lisäksi se on hinnaltaan huomattavasti hopeaa halvempi. Nikkeli on allergisoiva, 20 joten sen käyttö on varsin rajoitettua. Siten hopea ja kupari ovat kiinnostavimpia metalleja antibakteerisen pinnan muodostamiseksi.
Tunnetusti ruostumattoman teräksen saattaminen antibakteeriseksi on mahdollista toteuttaa kahdella periaatteella eli joko seostamalla teräkseen 25 funktionaalista metallia tai pinnoittamalla seos kyseisellä metallilla.
Teräksen seostaminen hopealla tai kuparilla on ennestään tunnettua esimerkiksi US-patenttijulkaisuista 6,391,253 ja 6,312,533. Kuparin seostaminen ruostumattomaan teräkseen ei kuitenkaan pelkästään riitä, 30 koska yleensä teräksen pinnassa on passiivikalvo, joka eristää kuparin bakteereista. Kupari on siten saatava rikastumaan passiivi kalvoon, mikä voidaan toteuttaa joko lämpökäsittelyllä tai sähkökemiallisella peittauksella.
3 Tällöin ongelmaksi muodostuu se, että kun kuparierkaumat aikaa myöten epäjalompina syöpyvät pois, passiivikalvosta tulee epäjatkuva, jolloin pistekorroosion riski kasvaa. Kun teräksen seosaineeksi laitetaan hopeaa, sitä tarvitaan seosaineena vähemmän, jolloin vastaavaa pistekorroosioriskiä 5 ei muodostu. Toisaalta seostuksessa hopea jakaantuu tasaisesti koko materiaalipaksuuteen eikä sitä rikastu erityisesti pinnan läheisyyteen, missä sitä tarvittaisiin. Tämä tarkoittaa sitä, että hopean käyttö ei ole tehokasta, mikä hopean hinnan huomioiden kohottaa myös lopputuotteen hinnan korkeaksi.
10
Eräässä toisessa tunnetussa ratkaisussa käytetään pinnoitetta ruostumattoman teräksen päällä. Tällaista on kuvattu mm. WO-hakemusjulkaisuissa 2006126823 ja 03/056924. Jälkimmäisen julkaisun mukaisessa tuotteessa hopeaionit ovat zeoliittimatriisissa, joka on 15 dispergoitu polymeeriin. Zeoliitin ideana on, että hopeaioneja vapautuu enemmän silloin, kun olosuhteet ovat edulliset bakteerien nopealle kasvulle, kuten esimerkiksi kosteissa olosuhteissa. Koska antibakteerinen vaikutus toimii vain tarvittaessa, tuotteen käyttöikä pitenee huomattavasti. Menetelmän ongelmana on, että tuote ei enää näytä ruostumattomalta 20 teräkseltä. Lisäksi pinnoite voi aiheuttaa ongelmia muokkauksessa tai hitsauksessa.
Elektroniikkateollisuuden tarpeisiin on 1990-luvulla kehitetty superfilling-pinnoitus kuparipiirilevyjen pinnan epätasaisuuksien tasoittamiseksi ja siten 25 sähkönjohtavuuden parantamiseksi. Piirilevyissä käytetään kuparista siemenlevykerrosta, jonka päälle superfilling-pinnoitus tehdään. Menetelmässä kupari saostuu voimakkaammin piirilevyn uriin täyttäen ne, kun taas otsapintaan saostuminen on vähäistä. Kuparin saostumista säädetään pinnoituskylvyssä käytettävien lisäaineiden avulla. Lisäaineiden 30 kombinaatiolla voidaan vaikuttaa pinnoitusnopeuden paikallisiin vaihteluihin. Pinnoitusmenetelmää on kuvattu mm. artikkelissa: Moffat, T. P. et ai: 4 ’’Superfilling and the Curvature Enhanced Accelerator Coverage Mechanism”, The Electrochemical Society Interface, Winter 2004, ss. 46-52.
KEKSINNÖN TARKOITUS
5 Tämän keksinnön mukaisesti on tarkoitus pinnoittaa rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistettu rakennemateriaali selektiivisesti funktionaalisella materiaalilla, jolloin tarvittavan funktionaalisen metallin määrä on tavanomaisessa seostuksessa tarvittavaa määrää pienempi ja samalla on tarkoitus säilyttää rakennemateriaalin kuten ruostumattoman ίο teräksen tyypillinen ulkonäkö.
KEKSINNÖN YHTEENVETO
Keksintö kohdistuu menetelmään rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistetun rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla, 15 joka on antibakteerinen metalli, jolloin funktionaalinen metalli saostetaan elektrolyyttisesti sähköä johtavan rakennemateriaalin pinnalle selektiivisesti siten, että saostuminen tapahtuu rakennemateriaalin raerajoille ja muihin epäjatkuvuuskohtiin.
20 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan rakennemateriaali on ruostumaton teräs. Erään toisen suoritusmuodon mukaan rakennemateriaali on hiiliteräs.
Funktionaalinen metalli on tyypillisesti hopea ja/tai kupari.
25
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan rautapohjaisesta metalliseoksesta muodostuvalle rakennemateriaalille tehdään peittaus ennen funktionaalisen metallin elektrolyyttistä saostusta.
30 Funktionaalisen metallin elektrolyyttisessä saostuksessa käytetään edullisesti lisäaineina ainakin yhtä joukosta tasoittaja, katalyytti, inhibiitti ja kompleksinmuodostaja.
5
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle muodostetaan ohut muovi/polymeeripinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen 5 kiinnipysyvyyden parantamiseksi. Polymeeripinnoite on edullisesti silaani.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan rakennemateriaalille, jonka pinnalle on saostettu funktionaalinen metalli, suoritetaan valssaus raerajojen sulkemiseksi ja halutun kovuuden ja laadun aikaansaamiseksi.
10
Rakennemateriaalin käsittely suoritetaan edullisesti kelalta-kelalle periaatteella, kun käsiteltävä rakennemateriaali on nauha- tai lankamuodossa. Nauhamaisen materiaalin pinnoitus suoritetaan joko yhdelle tai molemmille tasopinnoille. Kun käsiteltävä rakennemateriaali on valmiin 15 tuotteen muodossa, pinnoituskäsittely suoritetaan edullisesti vertikaalisessa asennossa.
Keksintö kohdistuu myös funktionaalisella metallilla pinnoitettuun, metalliseoksesta muodostuvaan rakennemateriaalituotteeseen, jolloin 20 funktionaalinen metalli on antibakteerinen metalli, joka on elektrolyyttisesti saostettu ruostumattomasta teräksestä tai hiiliteräksestä valmistetun rakennemateriaalin raerajoille ja muihin epäjatkuvuuskohtiin.
Keksinnön mukainen rakennemateriaali on nauha- tai lankamuodossa tai 25 valmiina tuotteena. Nauhamaisen materiaalin pinnoitus on suoritettu joko yhdelle tai molemmille tasopinnoille. Valmiin tuotteen pinnoitus on suoritettu ainakin yhdelle pinnalle.
Keksinnön mukaisen rakennemateriaalin pinnoitteena käytetty 30 funktionaalinen metalli on antibakteerinen metalli. Funktionaalinen metalli on tyypillisesti hopea ja/tai kupari.
6
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle on muodostettu ohut muovi/polymeeripinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi. Polymeeripinnoite on edullisesti silaani.
5
Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista. KUVALUETTELO
Kuva 1 esittää kuparipinnoitettua näytettä optisella mikroskoopilla ja ίο pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tarkasteltuna kuva 2 esittää EDS-analysaattorilla määritettyjä kemiallisia koostumuksia valituista kohdista, ja kuvat 3 - 5 esittävät hopeapinnoitettuja näytteitä optisella mikroskoopilla ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tarkasteltuna.
15
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS
Menetelmän mukaisesti toteutettavalla selektiivisellä pinnoitusmenetelmällä ja sen tuottamalla pinnoitteella rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistetulle rakennemateriaalille on tavoitteena jakaa ja kiinnittää 20 funktionaalinen metalli hallitusti ja makroskaalassa riittävän tasaisesti rakennemateriaalin kuten teräsnauhan pinnalle. Siten funktionaalista metallia samalla ’varastoidaan’ materiaalin rakenteeseen halutun funktionaalisen eli antibakteerisen ominaisuuden säilyttämiseksi olennaisesti koko tuotteen elinkaaren ajan.
25
Rautapohjaisesta metalliseoksesta muodostuvalla rakennemateriaalilla tarkoitetaan lähinnä ruostumatonta terästä sekä hiiliterästä. Funktionaalisella metallilla tarkoitetaan metallia, joka ehkäisee tai hidastaa bakteerien lisääntymistä tai biofilmien muodostumista rakennemateriaalin pinnalle. 30 Tyypillisiä funktionaalisia metalleja ovat hopea ja kupari. Selektiivisellä pinnoituksella tarkoitetaan sitä, että ainoastaan pieni osa rakennemateriaalin pinnasta peitetään funktionaalisella metallilla.
7
Keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on saostaa funktionaalinen metalli rakennemateriaalin pinnalle joko raerajoille tai materiaalin pinnassa oleviin tai tarkoitusta varten muodostettuihin epäjatkuvuuskohtiin. Raerajat 5 ovat materiaalissa epäjatkuvuuskohtia, joihin pinnoitteen ydintyminen on helpompaa kuin rakeiden keskelle. Epäjatkuvuuskohtia voidaan muodostaa esimerkiksi pintaa harjaamalla. Yksinkertaisuuden vuoksi tekstissä puhutaan tämän jälkeen vain raerajoista, mutta sillä tarkoitetaan myös rakenne-materiaalin muita epäjatkuvuuskohtia.
10
Funktionaalisen metallin saostaminen raerajoille antaa menetelmälle sekä menetelmällä valmistetulle tuotteelle monta etua. Ensinnäkin raerajat toimivat eräänlaisena varastona funktionaaliselle metallille siten, että pinnan huippukohtien kuluessa antibakteerisia ominaisuuksia ei vielä menetetä, 15 koska funktionaalinen metalli on lähinnä pinnan syvennyksissä. Toiseksi raerajojen suhteellinen osuus on pieni, jolloin funktionaalista metallia tarvitaan vähän. Kolmas etu on, että koska tarvittava funktionaalisen metallin määrä on pieni, se ei muuta ratkaisevasti tuotteen ulkonäköä tai jatkojalos-tusominaisuuksia. Tarkoitus on, että funktionaalinen metalli saatetaan 20 saostumaan vain yksittäisinä kiteinä rakennemateriaalin pinnalle eikä toistensa päälle kasvaneena umpinaisena rakenteena kuten superfilling-menetelmässä tapahtuu.
Rakennemateriaalin selektiivinen pinnoitusprosessi funktionaalisella 25 metallilla muodostuu useammasta osaprosessista. Tuotantolinja koostuu käytännössä toisiinsa kytkettävistä, perättäisistä vaiheista, jotka voidaan jakaa tutkimuksellisesti sekä tuotannollisesti osakokonaisuuksiin.
8
Ensin rakennemateriaalin pintaan muodostetaan haluttu pintatekstuuri, johon funktionaalinen metalli pääosin saatetaan kiinnittymään. Pintatekstuuri muodostetaan pinnoitettavaan materiaaliin ’’avaamalla” raerajat peilauksella tai muodostamalla tuotteeseen esimerkiksi harjauksella rakenteellisia 5 pintavirheitä. Peittaus voidaan tehdä erikseen pinnoituksen yhteydessä tai se voi olla osa esimerkiksi normaalia teräksen valmistusprosessia. Halutun pintatekstuurin avulla voidaan kontrolloida funktionaalisen metallin ydintymistä rakennemateriaalin pinnalle sähkökemiallisessa saostuksessa.
10 Pintatekstuurin lisäksi ydintymisen kontrolloimiseen käytetään pinnoitus-elektrolyyttiin lisättyjä, sinänsä tunnettuja pinta-aktiivisia lisäaineita. Käytetyt lisä-aineet ovat ainakin yksi joukosta: tasoittaja kuten BTA (bentsotriatsoli), katalyytti kuten SPS (bis-(3-sodiumsulfopropyl disulfide, Na2[S03(CH2)3S2]2), inhibiitti kuten PEG (polyetyleeniglykoli) tai kompleksinmuodostaja kuten 15 sitruunahappo, EDTA (etyleenidiamiinitetraetikkahappo) tai viinihappo. Pinnoituksen elektrolyytteinä voidaan käyttää tavanomaisia galvanoteknisen pinnoituselektrolyysin vesi-suola-liuoksia, kuten sulfaatti- ja nitraattipohjaisia liuoksia. Nitraattipohjaisessa liuoksessa voi olla lisäksi mukana jotain alkalia kuten ammoniakkia tai kaliumia, jolloin elektrolyytissä on esimerkiksi 20 hopeanitraatin lisäksi ammoniumnitraattla tai kaliumnitraattia ja ammoniakkia tai hopeanitraattia ja typpihappoa ja kompleksinmuodostajana viinihappoa.
Kun pinnoitettua materiaalia tarkastellaan optisella mikroskoopilla, materiaali vastaa pinnoittamatonta ja raerajoille ydintyneet pallomaiset partikkelit 25 saadaan näkyviin vasta pyyhkäisyelektronimikroskoopilla.
Sähkökemiallisissa mittauksissa on todettu, että lisäaineistuksesta riippumatta funktionaalinen metalli, erityisesti kupari, pyrkii saostumaan liuoksesta ensisijaisesti rakennemateriaalin kuten teräksen pintaan jo 30 saostuneen kuparin päälle eikä teräksen päälle. Tästä seuraa, että pinnoitus on suoritettava niin nopeasti, niin että kupariydinten kasvuvaihe eli niiden kasaantuminen päällekkäin ei vielä tapahdu. Tämä on myös menetelmän 9 etu, koska tällöin pinnoitus tapahtuu nopeasti. Kokeissa on myös todettu, että eräs ydintymiseen merkittävästi vaikuttava tekijä on virrantiheys. Tarpeeksi suurella virrantiheydellä ydintyminen pystytään kohdistamaan vain rakennemateriaalin reaktiivisiin kohtiin eli raerajoille. Valittu pinnoitusvirta on 5 niin pieni, että kupari ei pysty ydintymään virheettömään materiaaliin eli rakeiden keskelle vaan ainoastaan korkeaenergisiin virhekohtiin.
Rakennemateriaalin pinnoitus toteutetaan tavanomaisella sähkökemiallisella saostusmenetelmällä, jolloin nauhamainen tai lankamainen materiaali etenee 10 peittauskylvyn läpi tasomaisessa konfiguraatiossa. Pinnoitettava rakenne-materiaali toimii katodina siten, että valittu funktionaalinen metalli pelkistetään elektrolyyttisesti sopivasta suolaliuoksesta rakennemateriaalin pinnalle. Anodina käytetään tyypillisesti liukenematonta anodia. Pinnoitus suoritetaan tyypillisesti nauhamaisen rakennemateriaalin toiselle 15 tasopinnalle, mutta tarvittaessa pinnoitus voidaan tehdä nauhan molemmille puolille. Kun rakennemateriaali on lankamainen, on selvää, että pinnoitus suoritetaan langan ulkopinnalle. Pinnoitettava kohde voi myös olla valmis tuote, jolloin pinnoitus suoritetaan ainakin yhdelle sen pinnalle. Tarvittaessa muut pinnat voidaan käsitellä estämään funktionaalisen metallin tarttuminen 20 pintaan.
Keksinnön mukaiselle menetelmälle on edullista, että pinnoitettu materiaali vielä valssataan, jolloin käsittely sulkee raerajat ja samalla saadaan aikaan haluttu pinnan laatu ja kovuus. Valssaus voi myös edullisesti olla osa 25 rakennemateriaalin normaalia käsittelyprosessia. Kun pinnoitettava materiaali on nauhamainen tai lankamainen, menetelmälle on ominaista, että se voidaan toteuttaa edullisesti kelalta-kelalle-periaatteella (reel-to-reel). Menetelmä toimii kohtuullisella tuotantonopeudella, nauhan nopeus on luokkaa 1-10 m/min. Menetelmä koostuu sinänsä tunnettua tekniikkaa 30 olevista osaprosesseista/vaiheista, jolloin niiden toimintavarmuus on aikaisemmin testattu, mutta kuitenkin tapa yhdistellä osaprosesseja toisiinsa on uusi. Kun pinnoitus suoritetaan valmiille tuotteelle, tuote upotetaan 10 elektrolyysikylpyyn ja elektrolyyttinen saostus suoritetaan kappaleen ainakin yhteen pintaan. Tarvittaessa muut pinnat voidaan käsitellä siten, että niille ei saostu funktionaalista metallia.
5 Edellä kuvatun lisäksi voi pinnoitteeseen kuulua funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle halutulla, ohuella muovi/polymeeripinnoitteella tuotettu pohja- tai pintakerros funktionaalisen metallin ja siten näin tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi. Muovi/polymeerikerros on edullisesti huokoinen silaani, joka ei estä 10 funktionaalisen metallin toimintaa rakennemateriaalin pinnassa eikä vaikuta materiaalin ulkonäköön.
Eräs keksinnön mukainen sovellus on muodostaa antibakteerinen pinta rakennemateriaalille käyttämällä funktionaalisena metallina sekä kuparia että is hopeaa. Tällöin rakennemateriaalin pintaan saostetaan edellä kuvatulla tavalla ensin kupariytimiä ja näiden päälle hopeakerros. Kun kupari tulee alimmaksi kerrokseksi, sen päälle voidaan saostaa vain hyvin pieni hopeakerros, joka kuitenkin vielä parantaa rakennemateriaalin antibakteerisia ominaisuuksia.
20
Keksintö kohdistuu myös tuotteeseen, jossa rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistetun rakennemateriaalin pinnalle on muodostettu selektiivisesti funktionaalisen metallin kerros, joka on sitoutunut rakennemateriaaliin erityisesti sen raerajoille tai pinnan muihin epäjatkuvuus-25 kohtiin.
Keksinnön mukaisen tuotteen käyttö/sovelluskohteita ovat mm.: - antiseptistä luonnetta edellyttävät sovellukset, kuten elintarviketeollisuus ja sairaalat, joissa on suuri, jatkuva 30 puhdistustarve sekä korkean hygieenisen tason vaatimukset; tällöin funktionaalinen lisäaine on tyypillisesti hopea, 11 - liman esto (’biofouling’) prosessiteollisuudessa, tyypillisesti puunjalostusteollisuus, tai merivesiolosuhteet, joissa funktionaalinen lisäaine on tyypillisesti kupari.
5 ESIMERKIT
Esimerkki 1
Kuparin ydintymiseen ruostumattoman teräksen pinnalle vaikutti tietyllä lisäaineella tai lisäaineyhdistelmällä eniten pinnoituksessa käytetty ίο virrantiheys. Tarpeeksi suurella virrantiheydellä ydintyminen saadaan tapahtumaan pinnan reaktiivisimpiin kohtiin eli lähinnä raerajoille. Pinnoitusajalla pystyttiin säätelemään ydinten kasvua ja kuparipitoisuutta. Pinnoitusajat olivat hyvin lyhyitä (sekunteja), mikä mahdollistaa todellisessa tuotantoprosessissa lyhyen läpimenoajan. Laboratoriomittakaavassa halutun 15 kaltainen mikrorakenne pystyttiin valmistamaan toistettavasti selektiivisellä saostuksella. Kuvassa 1 on esimerkki pinnoituksella valmistetusta mikrorakenteesta, sekä pyyhkäisyelektronimikroskoopilla määritetyt alkuaine-pitoisuudet, jotka todentavat kuparin esiintyvän halutussa paikassa -raerajoilla. Myös AFM-mittaukset (AFM = Atomic Force Microscope) tukivat 20 sitä johtopäätöstä, että kupari on sijoittunut pääosin raerajoille.
EDS-analysaattorilla (EDS = Energy Dispersive Spectrometer) määritetyt kemialliset koostumukset valituista kohdista näkyvät kuvassa 2 sekä niiden analyysi:
Spektri O AI Si S Cr Mn Fe Ni Cu 1 0,4 0,7 0,3 18 2 69 8 3 2 0.4 0,5 0,1 9 30 3 58 3 2 0,2 0,4 18 2 66 8 4 4 0,7 0,4 0,4 19 2 69 7 2 _5__0,3 0,3_18 2 69 7 3
Esimerkki 2
Hopeapinnoituksessa testattiin hyvin monia erityyppisiä pinnoituskylpyjä ja lisäaineita. Lisäaineet vaikuttivat ratkaisevasti hopean ydintymistapaan, mikä 25 12 näkyy kuvista 3-5. Hopea ydintyi joko pallomaisena, ruotomaisena tai hyvin hienojakoisena raerajoille ja niiden tuntumaan riippuen kylvyssä käytetyn kompleksointiaineen vahvuudesta. Mitä vahvempi käytetty kompleksointiaine sitä suurempina hopeapartikkelit ydintyivät. Kuvista vasemmanpuoleiset 5 ovat optisella mikroskoopilla otettuja kuvia ja oikeanpuoleiset pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otettuja.
10

Claims (20)

1. Menetelmä metalliseoksesta muodostuvan rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla, tunnettu siitä, että 5 funktionaalinen metalli on antibakteerinen metalli, joka saostetaan elektrolyyttisesti rautapohjaisesta metalliseoksesta valmistetun rakennemateriaalin pinnalle selektiivisesti siten, että saostuminen tapahtuu rakennemateriaalin raerajoille ja muihin pinnan syvennysten muodostamiin epäjatkuvuuskohtiin. 10
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakennemateriaali on ruostumaton teräs.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 rakennemateriaali on hiiliteräs.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että funktionaalinen metalli on hopea ja/tai kupari.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköä johtavalle rakennemateriaalille tehdään peittaus ennen funktionaalisen metallin elektrolyyttistä saostusta.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 elektrolyyttisessä saostuksessa käytetään lisäaineina ainakin yhtä joukosta tasoittaja, katalyytti, inhibiitti ja kompleksinmuodostaja.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle muodostetaan 30 ohut muovi/polymeeripinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle muodostetaan huokoinen silaanipinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin 5 tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi.
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakennemateriaalille, jonka pinnalle on saostettu funktionaalinen ίο metalli, suoritetaan valssaus raerajojen sulkemiseksi ja halutun kovuuden ja laadun aikaansaamiseksi.
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakennemateriaalin pinnoitus suoritetaan kelalta-kelalle 15 periaatteella.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakennemateriaali on nauha- tai lankamuodossa.
12. Patenttivaatimuksen 1 ja 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nauhamaisen rakennemateriaalin pinnoitus suoritetaan joko nauhan yhdelle tai molemmille tasopinnalle.
13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 rakennemateriaalin pinnoitus suoritetaan valmiin tuotteen ainakin yhdelle pinnalle.
14. Funktionaalisella metallilla pinnoitettu, metalliseoksesta muodostuva rakennemateriaalituote, tunnettu siitä, että funktionaalinen metalli 30 on antibakteerinen metalli, joka on elektrolyyttisesti saostettu ruostumattomasta teräksestä tai hiiliteräksestä valmistetun rakennemateriaalin raerajoille ja muihin pinnan syvennysten muodostamiin epäjatkuvuuskohtiin.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuote, tunnettu siitä, että 5 funktionaalinen metalli on hopea ja/tai kupari.
16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuote, tunnettu siitä, että rakennemateriaali on nauha- tai lankamuodossa. ίο
17. Patenttivaatimuksen 14 ja 16 mukainen tuote, tunnettu siitä, että nauhamaisen rakennemateriaalin pinnoitus on tehty joko nauhan yhdelle tai molemmille tasopinnoille.
18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuote, tunnettu siitä, että 15 pinnoitus on tehty valmiin tuotteen ainakin yhdelle pinnalle.
19. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuote, tunnettu siitä, että funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle on muodostettu ohut muovi/polymeeripinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin 20 tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi.
20. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuote, tunnettu siitä, että funktionaalisen metallin lisäksi sen alle tai päälle on muodostettu 25 huokoinen silaanipinnoite funktionaalisen metallin ja siten näin tuotetun kemiallisesti aktiivisen pinnoitteen kiinnipysyvyyden parantamiseksi.
FI20070490A 2007-06-20 2007-06-20 Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote FI121815B (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070490A FI121815B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote
JP2010512727A JP2010530476A (ja) 2007-06-20 2008-06-18 建設材料に機能性金属をコーティングする方法およびその方法によって製造された製品
PCT/FI2008/050373 WO2008155465A1 (en) 2007-06-20 2008-06-18 Method for coating a construction material with a functional metal and the product manufactured by the method
CN200880020998A CN101688320A (zh) 2007-06-20 2008-06-18 用功能金属涂覆结构材料的方法和由此方法制造的产品
US12/665,707 US20100183894A1 (en) 2007-06-20 2008-06-18 Method for coating a construction material with a functional metal and the product manufactured by the method
KR1020107001259A KR101158700B1 (ko) 2007-06-20 2008-06-18 구조재에 기능성 금속을 코팅하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 생성물
EP08775498A EP2158342A4 (en) 2007-06-20 2008-06-18 METHOD FOR COATING A CONSTRUCTION MATERIAL WITH FUNCTIONAL METAL AND PRODUCT MANUFACTURED BY THE PROCESS

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070490A FI121815B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote
FI20070490 2007-06-20

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20070490A0 FI20070490A0 (fi) 2007-06-20
FI20070490L FI20070490L (fi) 2008-12-21
FI121815B true FI121815B (fi) 2011-04-29

Family

ID=38212346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20070490A FI121815B (fi) 2007-06-20 2007-06-20 Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100183894A1 (fi)
EP (1) EP2158342A4 (fi)
JP (1) JP2010530476A (fi)
KR (1) KR101158700B1 (fi)
CN (1) CN101688320A (fi)
FI (1) FI121815B (fi)
WO (1) WO2008155465A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10064273B2 (en) 2015-10-20 2018-08-28 MR Label Company Antimicrobial copper sheet overlays and related methods for making and using
CN110804888A (zh) * 2019-09-30 2020-02-18 江苏冠晟超导科技有限公司 一种加强复合镀镍钢丝及其生产工艺

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2133255A (en) * 1937-05-19 1938-10-11 Percy A E Armstrong Process of electroplating copper
US2510857A (en) * 1946-10-12 1950-06-06 Wheeling Steel Corp Making rubber-coated cold reduced steel products
US3507757A (en) * 1966-04-04 1970-04-21 Jacques Jean Caubet Treatment of metal surfaces
US4859289A (en) * 1986-05-26 1989-08-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Process for producing a metal wire useful as rubber product reinforcement
US5139886A (en) * 1990-06-21 1992-08-18 Royal Canadian Mint Coins coated with nickel, copper and nickel
CA2019568C (en) * 1990-06-21 1998-11-24 Hieu C. Truong Coins coated with nickel, copper and nickel and process for making such coins
US5151167A (en) * 1990-06-21 1992-09-29 Royal Canadian Mint Coins coated with nickel, copper and nickel and process for making such coins
GB9309521D0 (en) * 1993-05-08 1993-06-23 United Wire Ltd Improved method
FR2732364A1 (fr) * 1995-03-29 1996-10-04 Michelin & Cie Procede pour traiter un corps en acier inoxydable de facon a favoriser son adhesion a une composition de caoutchouc
JPH09310182A (ja) * 1996-05-20 1997-12-02 Nisshin Steel Co Ltd 抗菌性に優れたステンレス鋼またはその加工品の製造方法
US6251249B1 (en) * 1996-09-20 2001-06-26 Atofina Chemicals, Inc. Precious metal deposition composition and process
ES2178186T3 (es) * 1997-03-14 2002-12-16 Michelin & Cie Cable de acero hibrido para neumatico.
JP3844267B2 (ja) * 1997-05-21 2006-11-08 株式会社ブリヂストン 鋼線の製造方法
JPH11106987A (ja) * 1997-10-03 1999-04-20 Daido Steel Co Ltd 抗菌性を有する線材の製造方法
BR9806903A (pt) * 1997-11-14 2000-05-16 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Método para produção de um artigo metálico antibacteriano e um artigo metálico antibacteriano tal como este produzido por meio desse método
JP3165422B2 (ja) * 1999-04-30 2001-05-14 川崎製鉄株式会社 抗菌性に優れたステンレス鋼材およびその製造方法
GB0029954D0 (en) * 2000-12-08 2001-01-24 Caradon Mira Ltd Improvements in or relating to metal finishes
EP1412560A1 (en) * 2001-07-27 2004-04-28 PIRELLI PNEUMATICI Società per Azioni Electrolytic process for depositing a layer of copper on a steel wire
JP2005060786A (ja) * 2003-08-15 2005-03-10 Japan Science & Technology Agency 抗微生物腐食合金メッキ、及び抗微生物腐食合金メッキの製造方法
JP2005133190A (ja) * 2003-10-31 2005-05-26 Kanai Hiroaki 抗菌ワイヤとその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008155465A1 (en) 2008-12-24
US20100183894A1 (en) 2010-07-22
KR101158700B1 (ko) 2012-06-22
JP2010530476A (ja) 2010-09-09
FI20070490A0 (fi) 2007-06-20
FI20070490L (fi) 2008-12-21
KR20100027226A (ko) 2010-03-10
EP2158342A1 (en) 2010-03-03
EP2158342A4 (en) 2011-08-17
CN101688320A (zh) 2010-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108559979B (zh) 一种化学镀镍液及其制备方法
CN102597321B (zh) 涂覆物品及方法
KR0184889B1 (ko) 산성 팔라듐 스트라이크욕
Gu et al. High corrosion-resistant Ni–P/Ni/Ni–P multilayer coatings on steel
EP2644753B1 (en) Surface-treated copper foil
US20090283410A1 (en) Coated articles and related methods
KR102138387B1 (ko) 무전해 니켈 도금욕
EP1554414A2 (en) Aqueous alkaline zincate solutions and methods
US20120328904A1 (en) Printed circuit boards and related articles including electrodeposited coatings
KR101900793B1 (ko) 전기·전자, 자동차 부품용 동합금의 주석 도금 방법 및 이로부터 제조된 동합금의 주석 도금재
TWI548782B (zh) 無氰化物之酸性消光銀電鍍組成物及方法
WO2007040191A1 (ja) ウィスカ抑制表面処理方法
Haerifar et al. Effect of current density and electrolyte pH on microstructure of Mn–Cu electroplated coatings
EP3356579A1 (en) Electroplating bath for electrochemical deposition of a cu-sn-zn-pd alloy, method for electrochemical deposition of said alloy, substrate comprising said alloy and uses of the substrate
CN104080606B (zh) 涂覆制品、电沉积浴及相关系统
FI121815B (fi) Menetelmä rakennemateriaalin pinnoittamiseksi funktionaalisella metallilla ja menetelmällä valmistettu tuote
Balaraju et al. Influence of codeposition of copper on the structure and morphology of electroless Ni–W–P alloys from sulphate-and chloride-based baths
WO2009139866A2 (en) Coated articles and related methods
CN102936741A (zh) 一种铝或铝合金的预植电镀镍基合金的方法
Kamel et al. Brass Alloy Coatings Electrodeposited from an Environmentally Friendly Alkaline Lactate Bath Under Different Operating Conditions
Paul et al. Al-induced electroless Co/Sn bi-layered deposition and evaluation of corrosion resistance
KR102904199B1 (ko) 표면 처리 강판 및 그 제조 방법
US20090286103A1 (en) Coated articles and related methods
JP2006131971A (ja) リン酸塩処理性および塗装後の耐塩温水性に優れた冷延鋼板
WO2020079215A1 (en) A method for electrolytically passivating a surface of silver, silver alloy, gold, or gold alloy

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 121815

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed