[发明专利]用功能金属涂覆结构材料的方法和由此方法制造的产品

说明书

发明领域

本发明涉及用功能金属选择性涂覆由铁基金属合金制成的结构 材料的方法。所述涂覆方法包括用电化学沉积法选择性涂覆。该方法 的特点是所述功能金属基本沉积在所述铁基金属合金的晶界上。本发 明还涉及选择性涂覆了功能金属的铁基结构材料产品。

发明背景

当今，正试图使结构材料例如不锈钢的表面获得甚至更有价值的 特征，例如永久清洁、抗划伤性或抗菌性能。不锈钢或另一种铁基结 构材料，例如碳钢，本身不是抗菌的。可是，由于意识到食物中毒流 行和出现耐抗生素的新的医院细菌，对抗菌性能(即杀死细菌和微生 物并抑制它们的繁殖的性能)的兴趣不断提高。所述抗菌性能是通过 功能金属在不锈钢中产生的。例如，银铁和铜铁具有杀死细菌的作用。

例如，当处理不锈钢时，关于处理的更重要的问题包括耐腐蚀性 和该性质的恒久性，以制造并保持钢的外观。

当处理不锈钢或一些其它铁基合金使得其抗菌时，可以在卫生保 健、食品工业、建筑工业、公众建筑物和消费产品中找到它的应用。 医院环境中的抗菌产品包括家具和装置；在食品工业中器壁和表面可 以是抗菌的。很难清洁的空调管道和其它产品适合应用抗菌材料。至 于消费产品，主要在与食品相关的产品例如制冰机和冰箱中发现抗菌 材料。

功能金属按照它们抗菌性能的强度按以下顺序排列： Hg＞Ag＞Cu＞Ni＞Zn＞Fe等。

汞是重金属并且是强毒物，这是要避免使用它的原因。银具有极 好的抗菌性能并且需要的银含量非常低。此外，它对于人体无害。铜 是另一种具有良好的抗菌性能的金属，并且此外，认为它在价格上比 银廉价的多。镍是过敏性的，故它的应用相当有限。因此，对于形成 抗菌表面来说，银和铜是最感兴趣的金属。

众所周知，可以通过两种原理，即用功能金属掺杂钢或以正在讨 论的方式用金所述属涂敷所述合金，来使得不锈钢抗菌。

用银或铜掺杂钢是本领域中已知的，例如US专利6391253和 6312533。然而，铜本身不足以与不锈钢掺杂，因为通常所述钢的表面 上有钝性膜，该钝性膜将铜与细菌分隔开。因此，不得不使铜富集在 钝性膜上，这可以通过热处理或电化学酸洗来实施。在那种情况下的 问题在于，当作为不那么贵重的物质的铜沉淀随着时间被腐蚀时，所 述钝性膜变得不连续了，从而提高了点蚀的风险。当银用作钢的掺杂 元素时，它需要的较少，因此不发生相等的点蚀风险。另一方面，银 在掺杂时遍及材料的厚度均匀分布并且不特别地在表面附近富集，而 表面是需要它的地方。这意味着使用银效率低，当考虑到银的价格时， 还提高最终产品的价格。

现有技术中另一种已知的方案，在不锈钢的上面使用涂层。在例 如WO专利申请2006126823和03/056924中描述了这种方案。根据后 者的公开内容，产品中的银离子是分散在聚合物中的沸石基体。沸石 的概念是当条件有利于细菌快速地生长时，例如在潮湿条件下，银离 子释放地更多。因为抗菌效果只有在需要时起作用，产品的寿命被大 大延长。该方法的缺点是产品看起来不再像不锈钢。此外，所述涂层 可能导致在成型或焊接中产生问题。

在20世纪90年代，为了电子工业的需要开发了完美填充涂层 (superfilling coating)以弄平铜印刷的电路板的表面上的不规则 处，从而提高导电性。在电路板上使用铜晶种层，在所述铜晶种层上 面制成完美填充涂层。该方法中，铜更坚固地沉积在所述电路板的槽 中，填充它们，而很少沉积在表面区域上。通过在镀槽中使用的添加 剂调控铜沉积。添加剂与局部变量的组合可以影响涂覆速率。在例如 以下文章中描述了该涂覆方法：Moffat，T.P.等人，“Superfilling and the Curvature Enhanced Accelerator Coverage Mechanism”，the Electrochemical Society Interface Winter，2004，第46～52页。

发明目的

本发明的目的是用功能材料选择性涂覆由铁基金属合金制成的 结构材料，从而需要的功能金属的量比普通掺杂中需要的量小，并且 同时所述目的是保持所述结构材料例如不锈钢的典型外观。

发明概述