RS55660B1 - Postupak za proizvodnju metalne prevlake - Google Patents

Description

Oblast pronalaska

[0001]Ovaj pronalazak odnosi se na elektrohemijsko taloženje metala na supstratu, pri čemu se koristi neka jonska tečnost kao elektrolit.

Stanje tehnike

[0002]Elektrohemijsko taloženje metalnih slojeva iz jonskih tečnosti poznato je u ovoj oblasti. Dokument EP1322591 opisuje, na primer, taloženje hroma na čelik iz elektrolita sastava CrCI3.6H20-holin hlorid (2:1). Adhezija Cr sloja, kao što je navedeno u dokumentu EP132259, može biti nezadovoljavajuća.

[0003]Prethodna obrada supstrata pre nanošenja metalne prevlake elektrohemijskim taloženjem poznata je u ovoj oblasti. Prethodna obrada može se, na primer, izvesti nagrizanjem u nekoj kiselini, npr. razblaženoj sumpornoj kiselini, ili elektrohemijskim nagrizanjem u nekoj jonskoj tečnosti.

[0004]US2011/0000793 opisuje čišćenje površine supstrata elektrohemijskim nagrizanjem pre postupka taloženja. Čišćenje se izvodi radi uklanjanja mikroskopskih ispupčenja, kontaminacije i/ili slojeva oksida sa površine supstrata. Prema US2011/0000793, elektrohemijsko nagrizanje može se izvesti u istoj jonskoj tečnosti koja se koristi za prevlačenje. Ova prethodna obrada može se izvesti u zasebnoj kadi ili u istoj kadi u kojoj se odigrava taloženje metalnog sloja. Međutim, prema US2011/0000793, mora se izbeći kontaminacija kade, u kojoj se odigrava taloženje, supstancama uklonjenim sa supstrata.

Sažetak pronalaska

[0005]Ovaj pronalazak odnosi se na postupak kao što je opisano u pridodatim patentnim zahtevima, koji obezbeđuje elektrohemijski istaložene slojeve iz jonskih tečnosti, i na metalni supstrat obezbeđen sa metalnom prevlakom, proizvedenom postupkom prema najmanje jednom od patentnih zahteva.

[0006]Određenije, ovaj pronalazak odnosi se na postupak za elektrohemijsko taloženje metalne prevlake na metalni supstrat, korišćenjem neke jonske tečnosti kao elektrolita, koji obuhvata faze: prethodne obrade površine supstrata podvrgavanjem supstrata nagrizanju u kadi (1) sa

odgovarajućom nagrizajućom tečnošću,

taloženja pomenute prevlake elektrohemijskim taloženjem u kadi sa pomenutom jonskom tečnošću.

[0007]Cilj ovog pronalaska je da obezbedi postupak za proizvodnju metalne prevlake.

[0008]Kada se koristi postupak prema patentnom zahtevu 1, uopšteno se dobija dobra adhezija prevlake za supstrat. Vrlo je verovatno da je dobra adhezija prevlake za supstrat stečena postupkom prema ovom pronalasku zbog prisustva prelaznog sloja koji se formira između supstrata i metalne prevlake. Ovaj prelazni sloj je koistaložen sloj. Prelazni sloj obuhvata hemijske elemente koji potiču od supstratnog materijala (određenije prvi metalni element, Fe) kao i elemente materijala za prevlačenje (određenije drugi metalni element, Cr). Formiranje prelaznog sloja veruje se da je najpre zbog metalnih jona prvog metalnog elementa supstrata koji se oslobađaju u jonsku tečnost u kojoj se odigrava prethodna obrada nagrizanjem tokom ove prethodne obrade nagrizanjem mešavinom koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3- 6H20. U skladu sa pronalaskom, metalni joni prvog metalnog elementa ostaju u ovoj jonskoj tečnosti, poželjno blizu supstrata, nakon faze prethodne obrade nagrizanjem. Zatim započinje taloženje prelaznog sloja (npr. pramenom električne struje), tako što metalni joni prvog metalnog elementa bivaju ugrađeni u prelazni sloj, zajedno sa metalnim jonima drugog elementa koji potiču od jonske tečnosti.

[0009]Tako, naprotiv mišljenju iz stanja tehnike, u postupku prema ovom pronalasku metalni joni prvog metalnog elementa koji su uklonjeni sa supstrata tokom prethodne obrade nagrizanjem nisu kontaminirajući za jonsku tečnost u kojoj se odigrava prethodna obrada nagrizanjem, već čine koristan deo nje kada se ova jonska tečnost koristi za taloženje prelaznog sloja.

[0010]U poznatim postupcima često se preduzimaju mere da bi se otklonili metalni joni koji se uklanjaju sa supstrata tokom prethodne obrade dalje od supstrata pre nego što počne elektrohemijsko taloženje bilo kog sloja. Takve mere su, na primer: izvođenje elektrohemijskog taloženja takvog sloja u različitoj kadi sa jonskom tečnošću nego za prethodnu obradu, ispiranjem supstrata nakon prethodne obrade nagrizanjem, generisanjem snažnog protoka u jonskoj tečnosti preko površine supstrata nakon prethodne obrade nagrizanjem i/ili stvaranjem turbulencije u jonskoj tečnosti nakon prethodne obrade nagrizanjem. U postupku prema ovom pronalasku, međutim, metalni joni prvog metalnog elementa koji se uklanjaju sa supstrata tokom prethodne obrade nagrizanjem ostaju u jonskoj tečnosti koja se koristi za prethodnu obradu nagrizanjem i za naredno taloženje prelaznog sloja, poželjno u blizini supstrata, tako da se ovi metalni joni prvog metalnog elementa ugrađuju u prelazni sloj koji se taloži pre nego što se istaloži prava prevlaka koja se obrazuje od materijala za prevlačenje.

[0011]Tako, u postupku prema ovom pronalasku, prisutna je faza postupka između prethodne obrade, u kojoj se metalni joni prvog metalnog elementa sa površine supstrata uklanjaju nagrizanjem, i elektrohemijskog taloženja prave prevlake, a ta prevlaka se uglavnom sastoji od materijala za prevlačenje koji obuhvata drugi metalni element. Ova faza predstavlja taloženje prelaznog sloja koji sadrži i prvi metalni element i drugi metalni element.

[0012]Opciono, drugi metalni element je glavna komponenta materijala za prevlačenje, što znači da drugi metalni element čini najmanje 40mas.% materijala za prevlačenje.

[0013]U skladu sa pronalaskom, prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja odigravaju se u istoj jonskoj tečnosti, odnosno, u jonskoj tečnosti koja dobija metalne jone prvog metalnog elementa koji se uklanjaju sa supstrata tokom prethodne obrade nagrizanjem i iz koje se ovi metalni joni prvog metalnog elementa koriste u taloženju prelaznog sloja. Prednost je ako najmanje izvestan broj ovih metalnih jona prvog elementa ostane u blizini supstrata nakon što se uklone sa supstrata tokom prethodne obrade nagrizanjem, zato što ovo čini da se formira prelazni sloj (koji sadrži najmanje i prvi i drugi metalni element) na pouzdan način i da je dobrog kvaliteta.

[0014]Verovatno najlakši način da se osigura da metalni joni prvog metalnog elementa ostanu u blizini supstrata, je da se prilagodi jonska tečnost u kadi i da se izvede i prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja u ovoj kadi sa jonskom tečnošću. Jonska tečnost poželjno se ne uklanja iz ove kade između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja. Poželjno, supstrat se drži u ovoj kadi sa jonskom tečnošću između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja. Alternativno, ako se supstrat ukloni iz kade sa jonskom tečnošću između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja, poželjno je da se supstrat ne ispira između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja.

[0015]Opciono, supstrat zadržava isti položaj unutar kade sa jonskom tečnošću između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja.

[0016]Postoji mali protok jonske tečnosti preko površine supstrata tokom taloženja prelaznog sloja i tokom taloženja prevlake. Brzina protoka jonske tečnosti preko površine supstrata odabira se tako da je dovoljno mala da spreči ispiranje jona prvog metalnog elementa sa površine supstrata, čime se osigurava da dovoljna količina jona prvog metalnog elementa ostane prisutna u blizini površine supstrata radi njihove ugradnje u prelazni sloj. Međutim, brzina protoka je dovoljno velika da spreći neželjeni nivo zagrevanja supstrata i dovoljno je velika da osigura da se dovoljna količina jona drugog metalnog elementa obezbedi na površini supstrata radi njihove ugradnje u prelazni sloj ili prevlaku. Ovo znači da će uopšteno brzina protoka biti izabrana iz najnižeg dela opsega brzina protoka koje se obično koriste u elektrohemijskom taloženju iz jonskih tečnosti, ili će čak te vrednosti biti izabrane od onih ispod najnižeg dela opsega brzina protoka koje se obično koriste u elektrohemijskom taloženju iz jonskih tečnosti. Brzina protoka u odnosu na površinu supstrata biće manja od 1 m/s.

[0017]Prethodna obrada nagrizanjem odigrava se elektrohemijskim nagrizanjem, gde je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode. U jednom ostvarenju koje nije deo ovog pronalaska, prethodna obrada nagrizanjem izvodi se hemijskim nagrizanjem. U tom slučaju, na primer sama jonska tečnost funkcioniše kao hemijsko sredstvo za nagrizanje, ili se u jonsku tečnost dodaju aditivi koji izazivaju hemijsko nagrizanje.

[0018]Opciono, supstrat se odmasti i/ili očisti pre prethodne obrade nagrizanjem.

[0019]Nakon taloženja prelaznog sloja, prevlaka se taloži na prelazni sloj elektrohemijskim taloženjem. Taloženje prevlake odigrava se u kadi sa jonskom tečnošću, gde jonska tečnost sadrži metalne jone drugog metalnog elementa.

[0020]Taloženje sloja prevlake može se odigrati u istoj kadi sa jonskom tečnošću kao prethodna obrada i taloženje prelaznog sloja, mešavina koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20, ili u različitoj kadi.

[0021]Kada se taloženje prevlake odigrava u različitoj kadi sa jonskom tečnošću, poželjno isti tip jonske tečnosti se koristi za taloženje prevlake kao za prethodnu obradu nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja. Čak se podrazumeva da se jonska tečnost koja se koristi u prethodnoj obradi nagrizanjem i taloženju prelaznog sloja prenosi u kadu u kojoj se odigrava taloženje prevlake. Ovaj transfer najverovatnije uvodi neki protok i/ili turbulenciju u jonsku tečnost, koji čine da se neki joni koji nisu oni od materijala za prevlačenje ravnomerno raspodele u jonskoj tečnosti, čime se smanjuje njihova koncentracija blizu supstrata, a sa tim se i minimizira dejstvo takvih jona na sastav prevlake.

[0022]Kada se taloženje prevlake odigrava u istoj kadi u kojoj se odigravaju prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja, jonska tečnost koja je korišćena za prethodnu obradu nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja može da se ukloni iz kade i zameni svežom jonskom tečnošću pre taloženja prevlake. Sveža jonska tečnost može biti istog tipa kao jonska tečnost korišćena u prethodnoj obradi nagrizanjem i taloženju prelaznog sloja ili različitog tipa. Međutim, u slučaju kada se koristi različiti tip jonske tečnosti, uočeno je da i jonska tečnost koja se koristi za prethodnu obradu nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja i jonska tečnost koja se koristi za taloženje prevlake sadrže metalne jone drugog metalnog elementa.

[0023]Kada se taloženje prevlake odigrava u istoj kadi u kojoj se odigravaju prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja, jonska tečnost koja se koristi za prethodnu obradu nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja može takođe da se koristi za taloženje prevlake. Opciono, brzina protoka jonske tečnosti preko površine supstrata smanjuje se nakon taloženja prelaznog sloja, čineći da se tokom taloženja prevlake bilo koji joni osim onih od materijala za prevlačenje ravnomerno raspodele u jonskoj tečnosti, čime se smanjuje njihova koncentracija u blizini supstrata. Ovo minimizira dejstvo tih jona na sastav prevlake.

[0024]Eksperimenti su pokazali da je postupak prema ovom pronalasku odgovarajući za obezbeđivanje čeličnog supstrata, kod koga je Fe prvi metalni element, sa prevlakom sa hromom i/ili legurom hroma i/ili hromom u kombinaciji sa dodatnim elementom (npr. silika ili grafit) na primer u obliku čestica kao materijala za prevlačenje, pri čemu materijal za prevlačenje ima hrom (Cr) kao drugi metalni element. Opciono, prevlaka se taloži iz neke jonske tečnosti koja sadrži jone hroma(lll). Opciono, prevlaka obuhvata najmanje 40 mas.% hroma (Cr).

[0025]Opciono, jonska tečnost iz koje se taloži prevlaka ne sadrži samo metalne jone drugog metalnog elementa, već i jedan ili više dodatnih elemenata. Dodatni element može biti, na primer, prisutan u obliku čestica ili u obliku jona. Primeri dodatnih elemenata su silika, npr. amorfna silika, grafit ili na primer neki treći metalni element. Takav treći metalni element opciono je različiti element od prvog metalnog elementa. Opciono, jedan ili više dodatnih elemenata ugrađuje se u prevlaku. Na primer, treći metalni element je deo sastava legure koja je materijal za prevlačenje. Ili, u drugom primeru, čestice dodatnog elementa ugrađuju se u prevlaku (npr. čestice silike u hromnu prevlaku ili čestice grafita u hromnu prevlaku).

[0026]Efekat poboljšane adhezije prevlake je najistaknutiji kada prelazni sloj ima neku debljinu. Na primer, u situaciji da je supstrat izrađen od čelika i da materijal za prevlačenje jeste ili da obuhvata hrom ili neku leguru hroma ili hrom sa dodatnim elementom, debljina prelaznog sloja je poželjno najmanje oko 0,15 nm. Uopšteno, poželjno, debljina prelaznog sloja je između oko 0,15 um i 5 um, a poželjnije debljina prelaznog sloja je oko 0,3 nm do oko 2,5 u.m. Takođe su mogući deblji prelazni slojevi. Prelazni slojevi takvih debljina pokazuju dobre rezultate u odnosu na prianjanje prevlake za supstrat.

[0027]Postupkom prema ovom pronalasku može se dobiti prelazni sloj koji ima sastav koji se menja, poželjno postupno menja po njegovoj debljini. U tom slučaju, do supstrata, procentni udeo prvog metalnog elementa u sastavu prelaznog sloja može biti prilično visok, dok je procentni udeo drugog metalnog elementa u sastavu prelaznog sloja prilično nizak. Na primer, do supstrata prvi element može biti oko 80% a drugi element može biti oko 20% sastava. Na spoljašnjoj strani prelaznog sloja, gde će prava prevlaka biti prisutna nakon njenog taloženja, to može biti obrnuto: procentni udeo prvog metalnog elementa u sastavu prelaznog sloja može biti izrazito nizak, dok je procentni udeo drugog metalnog elementa u sastavu prelaznog sloja izrazito visok. Na primer, prvi element može biti oko 20% a drugi element može biti oko 80% sastava. Odnos između procentnog udela prvog metalnog elementa i drugog metalnog elementa poželjno se postepeno menja po debljini prelaznog sloja.

[0028]Otkriveno je kod elektrohemijskog nagrizanja, u kojem je razlika napona prisutna između supstrata i kontra elektrode, da najmanje dva procesna parametra prethodne obrade utiču na debljinu prelaznog sloja. Ova dva parametra su vreme nagrizanja i gustina struje koja se primenjuje tokom ove vrste prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem. Pored ova dva, vreme taloženja prelaznog sloja i/ili prelaznog sloja i sloja prevlake zajedno može da utiče na rezultate koji se dobijaju u postupku prema ovom pronalasku. Vreme nagrizanja je trajanje prethodne obrade nagrizanjem. Vreme taloženja za prelazni sloj je trajanje faze elektrohemijskog taloženja prelaznog sloja. Vreme taloženja za prelazni sloj i sloj prevlake zajedno je trajanje faza postupka elektrohemijskog taloženja prelaznog sloja i elektrohemijskog taloženja prevlake zajedno.

[0029]Uopšteno, otkriveno je da raste debljina prelaznog sloja kada raste vreme nagrizanja. Što je duže vreme nagrizanja, to će se više metalnih jona prvog metalnog elementa osloboditi sa supstrata, čineći dostupnim više ovih jona za ugradnju u prelazni sloj.

[0030]Eksperimenti su pokazali da vremena nagrizanja od 5 do 240 sekundi rezultiraju obezbeđivanjem dobrog prianjanja prevlake za prelazni sloj.

[0031]Uopšteno, inicijalno debljina prelaznog sloja raste kada raste nivo gustine struje koja se primenjuje tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem. Međutim, nakon prekoračenja određene vrednosti gustine struje nagrizanja, izgleda da se smanjuje debljina prelaznog sloja ponovo.

[0032]Uopšteno, debljina prelaznog sloja takođe raste sa vremenom taloženja, iako će u praksi postojati maksimum, na primer u zavisnosti od količine metalnih jona prvog metalnog elementa koji su dostupni za ugradnju u prelazni sloj.

[0033]Uopšteno, kombinovana debljina prelaznog sloja i prevlake raste kada raste vreme taloženja za prelazni sloj i sloj prevlake zajedno. Debljina prevlake može se povećati porastom vremena taloženja za prevlaku.

[0034]Procesni parametri prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja mogu da utiču na kvalitet prevlake koja se dobija. Procesni parametri prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja mogu, na primer, da utiču na količinu poroznosti (na veličinu i broj pora u površini prevlake) prevlake.

[0035]Eksperimenti su ukazali da izgleda da postoji optimum za procesne parametre elektrohemijske prethodne obrade, u kojoj je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode, i taloženja prelaznog sloja, određenije za procesne parametre vreme nagrizanja i gustinu struje nagrizanja. Vreme nagrizanja i gustina struje trebalo bi da su dovoljno visoki da bi se osiguralo da se oslobodi dovoljno metalnih jona prvog metalnog elementa sa površine supstrata u jonsku tečnost radi dobijanja prelaznog sloja dovoljne debljine, i da bi se osiguralo da se sloj bilo kog metalnog oksida na površini supstrata ukloni u dovoljnoj meri (suviše metalnog oksida koji zaostaje na površini supstrata, preko cele površine ili lokalno, može da spreči dobru adheziju prevlake). S druge strane, vreme nagrizanja i gustina struje nagrizanja ne bi trebalo da su previsoki da se ne bi poroznost prevlake javila izvan prihvatljivog nivoa, npr. zbog lokalno povećanog nagrizanja površine supstrata.

[0036]Na primer, uočeno je da gde vremena nagrizanja od 5 do 240 sekundi uopšteno dovode do

dobrog prianjanja za sloj prevlake, poroznost površine prevlake već počinje da se javlja kada su vremena nagrizanja od 60 sekundi ili više korišćena u prethodnoj obradi supstrata elektrohemijskim nagrizanjem. U nekom vremenu nagrizanja od 60 sekundi do najmanje 90 sekundi, poroznost je međutim bila još uvek na prihvatljivom nivou.

[0037]Vreme nagrizanja i gustina struje tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem, u kojoj je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode, zajedno utiču na intenzitet nagrizanja. Što je duže vreme nagrizanja, to je intenzivniji proces nagrizanja. Takođe, što je veća gustina struje tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem, to je intenzivniji proces nagrizanja. Eksperimenti su pokazali da se poroznost prevlake može javiti kada je prethodna obrada elektrohemijskim nagrizanjem suviše intenzivna. Tako, radi sprečavanja pojave poroznosti prevlake, potrebno je da bude ograničeno ili vreme nagrizanja ili gustina struje tokom prethodne obrade nagrizanjem.

[0038]Tabela dole označava vezu između vremena nagrizanja i odgovarajućeg opsega za gustinu struje, u ostvarenju ovog pronalaska, kao što je pronađeno tokom eksperimenata:

[0039]U mogućem ostvarenju ovog pronalaska, gustina struje nagrizanja prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem je između 5 A/dm<2>i 22 A/dm<2>, a vreme nagrizanja prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem je između 20 sekundi i 80 sekundi, poželjno između 40-60 sekundi. U jednom eksperimentu, ovo ostvarenje izvedeno je sa vremenom taloženja za elektrohemijsko taloženje prelaznog sloja i prevlake zajedno između 8 i 12 minuta, opciono 10 minuta. Ovo vreme taloženja međutim zavisi od debljine prevlake koja je poželjna.

[0040]Prema ovom pronalasku, faza prethodne obrade je elektrohemijsko nagrizanje, u kom je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode, a nagrizajuća tečnost je neka jonska tečnost, mešavina koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20.

[0041]U nekom ostvarenju ovog pronalaska, jonska tečnost koja se koristi za prethodnu obradu nagrizanjem može biti istog tipa kao jonska tečnost korišćena za taloženje prevlake. U kasnijem slučaju, pomenuta prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prevlake može se izvesti u istoj kadi sa pomenutom jonskom tečnošću, sa supstratom koji se ne uklanja iz pomenute kade između prethodne obrade nagrizanjem i taloženja prevlake. Prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja odigrava se u istoj jonskoj tečnosti.

[0042]Prema drugom ostvarenju, prethodna obrada nagrizanjem izvodi se u drugoj kadi sa jonskom tečnošću u odnosu na taloženje prevlake.

[0043]U nekom ostvarenju ovog pronalaska, gustina struje nagrizanja primenjena tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem je između 5 A/dm<2>i 150 A/dm<2>, a vreme nagrizanja je između 5 sekundi i 500 sekundi u slučaju kada je elektrohemijsko nagrizanje tipa kod koga je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode.

[0044]Prema određenijem ostvarenju, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i 100 A/dm<2>i/ili vreme nagrizanja je između 5 sekundi i 400 sekundi. Prema daljem ostvarenju, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i 50 A/dm<2>i/ili vreme nagrizanja je između 5 sekundi i 250 sekundi. Prema nekom daljem ostvarenju, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i 40 A/dm<2>, opciono između 5 A/dm<2>i 35 A/dm<2>.

[0045]Prema nekom ostvarenju, najmanje u delu opsega za vreme nagrizanja, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i vrednosti koja opada, opciono linearno opada, kao funkcija porasta vremena nagrizanja.

[0046]Prema nekom ostvarenju, supstrat se ne ispira između faze nagrizanja i faze taloženja.

[0047]Prema ovom pronalasku, metalna prevlaka primenjena u postupku ovog pronalaska je hromna prevlaka ili prevlaka legure hroma ili prevlaka koja obuhvata hrom i najmanje jedan dodatni element. Određenije, materijal za prevlačenje može da se taloži iz jonske tečnosti koja sadrži jone hroma(lll). U nekom ostvarenju, pomenuta jonska tečnost koja se koristi je mešavina koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20, a ta jonska tečnost može da se koristi za nagrizanje i za taloženje prevlake. Opciono, takva jonska tečnost dalje sadrži aditive.

[0048]Alternativno, jonska tečnost kao što je opisano u VVO2007/093574 ili u WO2009/016189 može se koristiti u ostvarenjima ovog pronalaska, na primer, jonska tečnost u obliku mešavine holin hlorida i holin saharinata.

[0049]U postupku ovog pronalaska, supstrat na koji se nanosi prevlaka je čelični supstrat.

[0050]Takođe je opisan metalni supstrat obezbeđen sa metalnom prevlakom, proizvedeno postupkom prema ovom pronalasku, pri čemu supstrat obuhvata prvi metalni element koji je glavna komponenta pomenutog supstrata, a prevlaka obuhvata drugi metalni element, gde je pomenuti drugi metalni element poželjno glavna komponenta prevlake, pri čemu je prelazni sloj prisutan između supstrata i prevlake, gde je prelazni sloj neke debljine, a kod kojeg se koncentracija prvog metalnog elementa menja od visoke vrednosti do niske vrednosti, poželjno prema profilu postepenog smanjenja, od supstrata ka prevlaci, i kod kojeg se koncentracija drugog metalnog elementa menja od visoke vrednosti do niske vrednosti, poželjno prema profilu postepenog smanjenja, od prevlake ka supstratu.

Kratak opis slika

[0051]

FIG. 1 je šematski prikaz alata potrebnih u postupku ovog pronalaska.

FIG. 2 je SEM (skenirajući elektronski mikroskop) slika koja pokazuje kombinaciju formiranog prelaznog sloja, zajedno sa EDX (energetska disperzivna spektroskopija X-zračenja) profilom, koja pokazuje kvantitativnu analizu nekoliko elemenata (kao Fe, Cr, 0, itd.), u postupku ovog pronalaska primenjenog za taloženje hromne prevlake. FIG. 3 je grafički prikaz debljine prelaznog sloja kao funkcije vremena nagrizanja, za razne gustine struje nagrizanja, u postupku ovog pronalaska primenjenog za taloženje hromne prevlake. FIG. 4 je grafički prikaz debljine prelaznog sloja kao funkcije gustine struje nagrizanja za razne vrednosti vremena nagrizanja, u postupku ovog pronalaska primenjenog za taloženje hromne prevlake. FIG. 5 prikazuje odgovarajuću kombinaciju parametara u pogledu vremena nagrizanja i gustine struje nagrizanja, u kom je dobra adhezija kombinovana sa dobrim kvalitetom površine Cr prevlake dobijene postupkom ovog pronalaska.

Detaljan opis pronalaska

[0052]Prema ovom pronalasku, faza nagrizanja izvodi se kao prethodna obrada na čeličnom supstratu

koji se prevlači, pre taloženja metalne prevlake na pomenuti supstrat. Najmanje faza taloženja obavlja se potapanjem supstrata u kadu sa nekom jonskom tečnošću, pri čemu je pomenuta jonska tečnost izvor ili najmanje jedan od izvora metala koji obrazuje prevlaku. Faza nagrizanja izvodi se potapanjem supstrata u neku jonsku tečnost, mešavina koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20, kako bi se rastvorio deo najmanje jednog metalnog elementa, Fe, sadržanog u supstratu. Tečnost je neka elektrolitička tečnost, a nagrizanje je elektrohemijsko nagrizanje. Elektrohemijsko nagrizanje odigrava se primenom razlike napona između supstrata i kontra elektrode koja je potopljena zajedno sa supstratom u kadi sa elektrolitom.

[0053]Za elektrohemijsko taloženje, supstrat se potapa zajedno sa kontra elektrodom u pomenutu jonsku tečnost i primenjuje se spoljašnji napon između supstrata i kontra elektrode, što dovodi do elektrohemijskog taloženja metalne prevlake, pri čemu glavni sastavni element i/ili neki drugi element pomenute prevlake potiče od metalnih jona prisutnih u jonskoj tečnosti (ili moguće, alternativno ili dodatno jonskoj tečnosti, od rastvorljive kontra elektrode).

[0054]Prema poželjnom ostvarenju, prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja u jednu ruku, i taloženje prevlake u drugu ruku odigrava se u istom tipu jonske tečnosti. Ovo znači, na primer, jednu od sledećih opcija : prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja kao i taloženje prevlake izvode se u istoj kadi sa jonskom tečnošću, bez uklanjanja supstrata iz kade između nagrizanja i taloženja prelaznog sloja i takođe između taloženja prelaznog sloja i taloženja prevlake,

prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja izvode se u različitoj kadi sa jonskom

tečnošću nego taloženje prevlake, pri čemu će jonska tečnost u prvoj i drugoj kadi biti ista,

prethodna obrada nagrizanjem i taloženje prelaznog sloja izvode se u različitoj kadi sa jonskom tečnošću nego taloženje prevlake, pri čemu će glavne komponente (tj. komponente prisutne iznad nivoa nečistoća) jonske tečnosti u prvoj i drugoj kadi biti iste, ali će koncentracija pomenutih glavnih komponenata biti različita.

[0055]Jonska tečnost sastoji se od ili obuhvata mešavinu holin hlorida i CrCI3.6H20, a čelični supstrat može biti čelična tabla ili traka, ili bilo koji drugi supstrat, kao što je čelični kotur. Cilj je zatim da se formira hromna prevlaka na čeličnom supstratu, elektrohemijskim taloženjem iz kade sa pomenutom mešavinom. U ovom opisu, izraz 'hromna prevlaka' podrazumeva prevlaku koja obuhvata Cr, opciono kao glavnu komponentu, što uključuje čiste Cr prevlake kao i prevlake sa Cr legurom i prevlake koje obuhvataju Cr u kombinaciji sa dugim elementom, npr. koje obuhvataju Cr i siliku i/ili Cr i grafit.

[0056]FIG. 1 prikazuje šematski izgled potrebnih elemenata za izvođenje elektrohemijskog nagrizanja i taloženja prema ovom pronalasku. Obezbeđena je kada 1 ispunjena sa jonskom tečnošću 2. Supstrat 3 koji se prevlači umeće se u kadu sa tečnošću, i kontra elektroda 4 se jednako umeće u kadu. U slučaju Cr-taloženja na čelik, kontra elektroda može biti hromna ili elektroda legure hroma ili neka inertna anoda, kao što je takozvana dimenziono stabilna anoda (DSA) koja je poznata u ovoj oblasti ili kombinacija obe. Izvor 5 napajanja povezan je za supstrat i za kontra elektrodu, i izveden je tako da može da stvori pozitivnu ili negativnu razliku napona između njih. Za taloženje prevlake na metalni supstrat, supstrat je povezan za negativni kraj izvora napajanja, a kontra elektroda je povezana za pozitivan kraj. Za nagrizanje čelika, tj. uklanjanje Fe i/ili oksida sa površine čeličnog supstrata, spojevi su obrnuti. Elektrohemijske reakcije koje su osnova ovih fenomena poznate su svakom stručnjaku u ovoj oblasti, i neće biti detaljno opisane ovde. I faze nagrizanja i taloženja poželjno se odvijaju u istom tipu jonske tečnosti, opciono u istoj kadi, i poželjno bez uklanjanja supstrata iz kade između faza postupka. Kada se supstrat ukloni između faza, poželjno je da se ne ispira između pomenutih faza. Otkriveno je da je sa postupkom prema ovom pronalasku moguće da se dobije dobra adhezija prevlake.

[0057]Gustina struje i vreme nagrizanja su relevantni parametri u prethodnoj obradi elektrohemijskim nagrizanjem tipa u kom je prisutna razlika napona između supstrata i kontra elektrode. Gustina struje nagrizanja je poželjno između 5 i 150 A/dm<2>. Prema drugom ostvarenju, gustina struje je između 5 i 100 A/dm<2.>Prema daljim ostvarenjima, gustina struje je između 5 i 50 A/dm<2>, između 5 i 40 A/dm<2>, opciono između 5 i 35 A/dm<2>. Vreme nagrizanja je poželjno između 5 sekundi i 500 sekundi, ili prema daljim ostvarenjima: između 5 sekundi i 400 sekundi ili između 5 sekundi i 250 sekundi.

[0058]Postupkom ovog pronalaska, uopšteno se dobijaju metalne prevlake sa dobrom adhezijom, kao što se može demonstrirati testovima u kojima prevlaka ostaje adherentna na supstratu ili ne kada se supstrat u obliku trake podvrgne ispitivanju savijanjem (detaljnije opisanom dalje u ovom opisu). Stručnjaku u ovoj oblasti jasno je da se gore opisani opsezi za gustinu struje takođe mogu izraziti na ekvivalentan način kao opsezi za razliku napona između supstrata i kontra elektrode. Takođe je jasno da se poželjni uslovi u pogledu gustine struje mogu primeniti potenciostatskim podešavanjem (konstantna razlika napona) kao i galvanostatskim podešavanjem (konstantna struja). U prvom slučaju, konstantni potencijal održava se tako da gustina struje može da se menja tokom nagrizanja ili taloženja. Može se lako utvrditi, međutim, da li ili ne gustina struje, dok ne ostane konstantna, ostaje bez granica datih gore.

[0059]Verovatno je da je poboljšana adhezija zbog prisustva prelaznog sloja, koji je koistaložen sloj koji se formira između supstrata i metalne prevlake. Prelazni sloj obuhvata hemijske elemente koji potiču od supstratnog materijala (prvi metalni element) kao i elemente materijala za prevlačenje (drugi metalni element), kao što se može videti na SEM slici na FIG. 2 u slučaju Cr-prevlake istaložene na čeličnom supstratu : Fe signal polako pada od supstrata u Cr sloj, dok Cr signal raste. Na FIG. 2, Cr sloj je prevlaka koja se istaloži nakon taloženja prelaznog sloja. Kao što je ispitano od strane pronalazača u slučaju Cr-taloženja na čelični supstrat elektrojemijskim taloženjem iz mešavine koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20 : kada se supstrat izvadi iz kade i potpuno ispere nakon prethodne obrade a pre izvođenja taloženja u drugoj kadi sa jonskom tečnošću, ne formira se prelazni sloj. Kada se supstrat ne ispira nakon nagrizanja i taloženje se ponovo izvede u drugoj tečnosti, prelazni sloj se formira. Veruje se da do formiranja prelaznog sloja dolazi pre svega jer metalni joni supstrata ostaju u jonskoj tečnosti u kojoj se odvija prethodna obrada nagrizanjem, određenije u blizini supstrata nakon prethodne obrade nagrizanjem. Stoga, poželjno je da se ne ispira supstrat između faza nagrizanja i taloženja, kada se supstrat izvadi iz kade u kojoj se izvodi nagrizanje i ponovo uvede u istu ili drugu kadu za fazu taloženja.

[0060]Pronađeno je da debljina prelaznog sloja zavisi od vremena nagrizanja i od gustine struje nagrizanja prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem. Kao funkcija gustine struje nagrizanja, a za fiksno vreme nagrizanja, debljina prelaznog sloja dostiže maksimalnu vrednost iznad koje se kvalitet metalne prevlake može pogoršati formiranjem pora u površini. Stoga, unutar većih granica za vreme nagrizanja i gustinu struje kao što je definisano gore, mogu postojati poželjni opsezi za ove parametre koji osiguravaju dobru adheziju kao i dobar kvalitet površine prevlake.

[0061]Gore navedeni nalazi ilustrovani su u daljem tekstu za slučaj hromne prevlake istaložene na čeličnom supstratu iz mešavine koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20 (u molarnom odnosu 2:1). Vreme taloženja prelaznog sloja i prevlake zajedno bio je 10 minuta ili 5 minuta. Temperatura tokom prethodne obrade bila je 40°C (uopšteno pomenuta temperatura poželjno je između 30 i 60°C). Kontra elektroda bila je hromna elektroda. U prvom eksperimentu, vreme nagrizanja je variralo, za brojne fiksne vrednosti gustine struje tokom nagrizanja. Između faze nagrizanja i taloženja, supstrat ostaje u kadi sa jonskom tečnošću. Adhezija dobijenog sloja ispitivana je savijanjem prevučenog uzorka sve do 180°, prema poznatom ispitivanju 0T savijanjem (prema standardu NBN EN 13523-7). Nakon savijanja, površina na vrhu prevoja ispitivana je da bi se videlo da li je prevlaka i dalje prisutna i da li dobro prianja. Takođe je ocenjen izgled površine prevlake.

[0062]Kao što se može videti na FIG. 3, debljina prelaznog sloja raste kao funkcija vremena nagrizanja. Bez prethodne obrade, ispitivanje savijanjem ne prolazi sa uspešnom ocenom, jer se prevlaka odvaja od supstrata na prevoju, čak i pri uglu savijanja od 90°. Tako, prevlaka nije adherentna. Za vremena nagrizanja između oko 5 sekundi i oko 240 sekundi, prevlaka prianja dobro na supstrat, međutim iznad 60 sekundi kvalitet prevlake počinje da se pogoršava, sa formiranjem pora u površini prevlake. Veličina i/ili količina pora raste sa vremenom nagrizanja. Pore nisu formirane tokom savijanja uzorka nego su već bile prisutne na celoj prevučenoj površini nakon postupka prevlačenja. Adhezija prevlake ostaje dobra za vreme nagrizanja iznad 60 sekundi u prethodnoj obradi nagrizanjem.

[0063]Sproveden je sledeći eksperiment, u kom je gustina struje nagrizanja varirana u prethodnoj obradi elektrohemijskim nagrizanjem, za brojna konstantna vremena nagrizanja. Rezultati su sumirani na FIG. 4.

[0064]U ovom eksperimentu, debljina prelaznog sloja dostiže maksimum u nekoj vrednosti gustine struje koja zavisi od vremene nagrizanja i vremena taloženja: za vreme nagrizanja od 60 sekundi i vreme taloženja od 10 minuta za prelazni sloj i prevlaku zajedno, pri čemu maksimalna gustina struje je oko 22A/dm<2>, i ovaj maksimum pomera se do viših vrednosti gustine struje za kraća vremena nagrizanja i kraća vremena taloženja (što se vidi iz krive koja odgovara vremenu taloženja od 5 minuta, za prelazni sloj i prevlaku zajedno). Koje će vreme taloženja za prevlaku biti izabrano kada se koristi postupak prema ovom pronalasku zavisiće, međutim, u praksi od poželjne debljine sloja prevlake. Poželjna debljina prevlake zavisiće od tipa dela koji će biti obezbeđen prevlakom i od predviđene upotrebe tog dela. Za neke delove, debljina prevlake od nekoliko mikrometara biće dovoljna, dok za neke druge delove, na primer, željena debljina prevlake biće od oko 30 um ili oko 50 um. Uopšteno, što je duže vreme taloženja za prevlaku, deblja će biti prevlaka.

[0065]FIG. 5 je grafikon koji sumira podatke za kvalitet prevlake za Cr-prevučene uzorke eksperimenata pomenutih gore, pri čemu je vreme taloženja bilo 10 minuta za prelazni sloj i prevlaku zajedno. Ocenjen je kvalitet prevlake vizuelnim i mikroskopskim pregledom. Brojne primećene pore izbrojane su i izmerena je njihova prosečna veličina. Proizvod ova dva faktora prikazan je kao veličina mehura na FIG. 5, tj. što je veći mehur, lošiji je kvalitet. Uzorci kod kojih nisu primećene pore ili prskotine dobili su malu vrednost u ovom grafikonu takođe, jer u suprotnom bili bi nevidljivi. Ove vrednosti označene su kao puni sivi krugovi (sa legendom "Prevlaka OK"). U ovom grafikonu kvalitet savijene prevlake prikazan je kao funkcija primenjenog vremena nagrizanja i gustine struje nagrizanja.

[0066]Može se videti na FIG. 5 da za ove eksperimente procesni prozor postoji tamo gde je postignut kvalitet. Prema ovom prozoru, vreme nagrizanja mora biti kraće od oko 80 do 90 sekundi, a maksimum vremena nagrizanja postaje manji sa porastom gustina struje. Ako su vreme nagrizanja i gustina struje nagrizanja suviše mali, površina možda nije dovoljno dobro prethodno obrađena (npr. nisu svi oksidi uklonjeni) i/ili nije dovoljno jona prvog metalnog elementa oslobođeno u jonsku tečnost, što dovodi do pojave mesta sa manjom adhezijom (što se može primetiti, na primer, kao pore ili male prskotine) i/ili je prelazni sloj suviše tanak. Za veća vremena nagrizanja i/ili gustine struje nagrizanja (tj. van dozvoljene oblasti), supstrat je lokalno nagrizen, što dovodi do formiranja pora, dok adhezija i dalje ostaje prihvatljiva.

[0067]Brojčano, dozvoljena oblast može se opisati kao što sledi: svako vreme nagrizanja ima minimum i maksimum gustine struje. Za vremena nagrizanja između 5 sekundi i 20 sekundi, minimum gustine struje je 7 A/dm<2>, a maksimum gustine struje je 40A/dm<2.>Za 40 sekundi, minimum gustine struje je 7 A/dm<2>i maksimum gustine struje je 30A/dm<2>. Za vremena nagrizanja između 20 sekundi i 40 sekundi, maksimum gustine struje opada od 40 do 30 A/dm<2>. Za vremena nagrizanja preko 40 sekundi sve do oko 90 sekundi, minimum gustine struje postaje oko 5 A/dm<2>. Za vreme nagrizanja od 45 sekundi, maksimum gustine struje je oko 27A/dm<2>; za vreme nagrizanja od 60 sekundi, maksimum gustine struje je oko 22A/dm<2>, a za 75 sekundi, maksimum gustine struje je oko 15 A/dm<2.>Za vremena nagrizanja između 40 sekundi i oko 80 do 90 sekundi, vrednost za maksimum gustine struje može se proceniti linearnom interpolacijom između gore navedenih vrednosti.

[0068]Sprovedeno je nekoliko eksperimenata radi demonstriranja efekata ovog pronalaska. Dva od ovih eksperimenata i njihovi rezultati opisani su dole:

Eksperiment 1

[0069]U ovom eksperimentu, ispitivan je uticaj vremena nagrizanja tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem.

[0070]Čelični supstrat podvrgnut je postupku prema ovom pronalasku, pri čemu je prvi metalni element bio Fe (železo). Hromna prevlaka istaložena je na čelični supstrat od Cr(lll)-jona, tako da je Cr bio drugi metalni element.

[0071]Ista jonska tečnost korišćena je za prethodnu obradu elektrohemijskim nagrizanjem, za taloženje prelaznog sloja i za taloženje prevlake. Jonska tečnost bila je mešavina koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20. Supstrat nije uklonjen iz kade između prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja, i takođe između taloženja prelaznog sloja i taloženja prevlake. Supstrat nije ispiran između bilo kojih faza postupka prema ovom pronalasku.

[0072]Nakon taloženja prevlake, supstrat je podvrgnut ispitivanju OT-savijanjem (prema standardu NBN EN 13523-7), u kom je supstrat savijen sve do 180°. Prevlaka i njeno prianjanje za supstrat ispitani su nakon ovog savijanja.

[0073]U ovom eksperimentu, korišćene su sledeće vrednosti za procesne parametre:

• Vreme nagrizanja: varirano je između 0 sekundi (nema nagrizanja) do 240 sekundi

• Gustina struje nagrizanja: 11 A/dm<2>

• Gustina struje tokom taloženja prelaznog sloja i prevlake: 20 A/dm<2>

• Vreme taloženja prelaznog sloj i prevlake zajedno: 5 minuta.

[0074]Dobijeni su sledeći rezultati:

Eksperiment 2:

[0075]U ovom eksperimentu, ispitivan je uticaj vremena nagrizanja tokom prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem.

[0076]Čelični supstrat podvrgnut je postupku prema ovom pronalasku, pri čemu je prvi metalni element bio Fe (železo). Hromna prevlaka istaložena je na čelični supstrat od Cr(lll)-jona, tako da je Cr bio drugi metalni element.

[0077]Ista jonska tečnost korišćena je za prethodnu obradu elektrohemijskim nagrizanjem, za taloženje prelaznog sloja i za taloženje prevlake. Jonska tečnost bila je mešavina koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20. Supstrat nije uklonjen iz kade između prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem i taloženja prelaznog sloja, i takođe između taloženja prelaznog sloja i taloženja prevlake. Supstrat nije ispiran između bilo kojih faza postupka prema ovom pronalasku.

[0078]Nakon taloženja prevlake, supstrat je podvrgnut ispitivanju OT-savijanjem (prema standardu NBN EN 13523-7), u kom je supstrat savijen sve do 180°. Prevlaka i njeno prianjanje za supstrat ispitani su nakon ovog savijanja.

[0079]U ovom eksperimentu, korišćene su sledeće vrednosti za procesne parametre:

• Vreme nagrizanja: 60 sekundi

• Gustina struje nagrizanja: varirana je između 0 A/dm<2>(nema nagrizanja) i 33 A/dm<2>

• Gustina struje tokom taloženja prelaznog sloja i prevlake: 20 A/dm<2>

• Vreme taloženja prelaznog sloja i prevlake zajedno: 5 minuta.

[0080]Dobijeni su sledeći rezultati:

[0081]Takođe su opisani postupak i metalni supstrat kao što je definisano sledećim klauzulama:

Klauzule:

[0082]1. Postupak za elektrohemijsko taloženje metalne prevlake na metalni supstrat (3), korišćenjem jonske tečnosti (2) kao elektrolit, koji obuhvata faze: - prethodne obrade površine supstrata podvrgavanjem supstrata nagrizanju u kadi (1) sa odgovarajućom nagrizajućom tečnošću, - taloženje pomenute prevlake elektrohemijskim taloženjem u kadi sa pomenutom jonskom tečnošću. 2. Postupak prema klauzuli 1, u kom pomenuta faza nagrizanja predstavlja fazu elektrohemijskog nagrizanja i gde je nagrizajuća tečnost neka jonska tečnost. 3. Postupak prema klauzuli 2, u kom je nagrizajuća tečnost neka jonska tečnost istog tipa kao i jonska tečnost korišćena u fazi taloženja. 4. Postupak prema klauzuli 3, u kom se faze pomenutog nagrizanja i pomenutog taloženja izvode u istoj kadi sa pomenutom jonskom tečnošću i gde se supstrat ne uklanja iz pomenute kade između faze nagrizanja i faze taloženja. 5. Postupak prema klauzuli 2 ili 3, u kom se faza nagrizanja izvodi u drugoj kadi sa jonskom tečnošću nego faza taloženja. 6. Postupak prema bilo kojoj od klauzula 2 do 5, u kom je gustina struje nagrizanja primenjena tokom pomenute faze prethodne obrade između 5 A/dm<2>i 150 A/dm<2>, a vreme nagrizanja je između 5s i 500s. 7. Postupak prema klauzuli 6, u kom je gustina struje nagrizanja između 5 A/dm<2>i 100 A/dm<2>i/ili vreme nagrizanja je između 5s i 400s. 8. Postupak prema klauzuli 6, u kom je gustina struje nagrizanja između 5 A/dm<2>i 50 A/dm<2>i/ili vreme nagrizanja je između 5s i 250s.

9. Postupak prema klauzuli 8, u kom je gustina struje nagrizanja između 5 A/dm<2>i 35 A/dm<2>.

10. Postupak prema bilo kojoj od klauzula 6 do 9, u kom najmanje u delu opsega za vreme nagrizanja, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i vrednosti koja linearno opada kao funkcija rasta vremena nagrizanja. 11. Postupak prema bilo kojoj od prethodnih klauzula, u kom se supstrat ne ispira između faze nagrizanja i faze taloženja. 12. Postupak prema bilo kojoj od klauzula 1 do 11, u kom je pomenuta metalna prevlaka hromna prevlaka ili prevlaka legure hroma. 13. Postupak prema klauzuli 12, u kom se ista jonska tečnost koristi za nagrizanje i za taloženje, pri čemu pomenuta jonska tečnost predstavlja mešavinu koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20.

14. Postupak prema bilo kojoj od prethodnih klauzula, u kom supstrat predstavlja čelični supstrat.

15. Metalni supstrat sa obezbeđenom metalnom prevlakom, proizvedenom postupkom prema bilo kojoj od prethodnih klauzula, pri čemu supstrat obuhvata prvi metalni element koji je glavna komponenta pomenutog supstrata, a prevlaka obuhvata drugi metalni element koji je glavna komponenta prevlake, a između supstrata i prevlake nalazi se prelazni sloj, i pomenuti prelazni sloj je neke debljine, i pri čemu se koncentracija prvog metalnog elementa menja od visoke vrednosti do niske vrednosti prema profilu postepenog smanjenja od supstrata ka prevlaci, i gde se koncentracija drugog metalnog elementa menja od visoke vrednosti do niske vrednosti prema profilu postepenog smanjenja od prevlake ka supstratu.

Claims (14)

1.Postupak za elektrohemijsko taloženje metalne prevlake na metalnom supstratu (3) korišćenjem neke jonske tečnosti (2) kao elektrolita, u kom supstrat obuhvata prvi metalni element koji je glavna komponenta pomenutog supstrata, a pomenuta prevlaka uglavnom se sastoji od materijala za prevlačenje, gde materijal za prevlačenje obuhvata drugi metalni element, pri čemu pomenuti supstrat predstavlja čelični supstrat, a prvi metalni element je železo (Fe), i gde drugi metalni element predstavlja hrom (Cr), pri čemu taj postupak obuhvata faze: - prethodne obrade površine supstrata podvrgavanjem supstrata elektrohemijskom nagrizanju u nekoj jonskoj tečnosti, a ta jonska tečnost sadrži metalne jone drugog metalnog elementa, pri čemu ona tokom pomenutog nagrizanja uklanja metalne jone prvog metalnog elementa sa supstrata, a te metalne jone prvog metalnog elementa prihvata jonska tečnost, gde jonska tečnost predstavlja mešavinu koja se sastoji od ili koja obuhvata holin hlorid i CrCI3.6H20, pri čemu se elektrohemijsko nagrizanje odigrava primenom razlike napona između supstrata i kontra elektrode, koja je potopljena zajedno sa supstratom u kadi sa elektrolitom, - taloženja prelaznog sloja na supstrat elektrohemijskim taloženjem iz pomenute jonske tečnosti, a ta jonska tečnost sadrži metalne jone prvog metalnog elementa koji su uklonjeni sa supstrata tokom faze nagrizanja i metalne jone drugog metalnog elementa, gde se i metalni joni prvog metalnog elementa i metalni joni drugog metalnog elementa ugrađuju u prelazni sloj koji se taloži na supstratu, pri čemu je supstrat potopljen zajedno sa kontra elektrodom u pomenutoj jonskoj tečnosti, a spoljašnji napon je primenjen između supstrata i kontra elektrode, što rezultira elektrohemijskim taloženjem metalne prevlake, - taloženja prevlake na prelazni sloj elektrohemijskim taloženjem iz jonske tečnosti koja sadrži jone drugog metalnog elementa, pri čemu je supstrat potopljen zajedno sa kontra elektrodom u pomenutoj jonskoj tečnosti, a spoljašnji napon se primenjuje između supstrata i kontra elektrode, što rezultira elektrohemijskim taloženjem metalne prevlake, pri čemu je protok jonske tečnosti obezbeđen preko površine supstrata tokom taloženja prelaznog sloja i tokom taloženja prevlake, pri čemu je brzina protoka u odnosu na površinu supstrata manja od 1 m/s.

2.Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu se jonska tečnost koja se koristi za prethodnu obradu i za taloženje prelaznog sloja nalazi u kadi (1), i pri čemu se faza prethodne obrade i faza taloženja prelaznog sloja izvode u pomenutoj kadi sa jonskom tečnošću.

3. Postupak prema zahtevu 2, u kom supstrat ostaje u pomenutoj kadi (1) između prethodne obrade i faze taloženja prelaznog sloja.

4.Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom se supstrat ne ispira između faze prethodne obrade i faze taloženja prelaznog sloja.

5. Postupak prema zahtevu 2, u kom se faza taloženja prevlake odvija u različitoj kadi sa jonskom tečnošću od kade u kojoj se izvode prethodna obrada i taloženje prelaznog sloja.

6. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom se faza taloženja prevlake odvija u istoj jonskoj tečnosti u kojoj se izvode prethodna obrada i taloženje prelaznog sloja.

7. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom je pomenuti drugi metalni element prisutan u jonskoj tečnosti u obliku hroma(lll) (Cr(lll)).

8. Postupak prema zahtevu 7, u kom jonska tečnost obuhvata aditive.

9. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu istaloženi prelazni sloj ima debljinu između oko 0,15 u.m i oko 5 (im, poželjno između oko 0,3 (im i 2,5 (im.

10.Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom je procesni parametar prethodne obrade nagrizanjem vreme nagrizanja, a to vreme nagrizanja je između 5 sekundi i 240 sekundi.

11. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom procesni parametar prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem predstavlja gustinu struje nagrizanja, a ta gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i 22 A/dm<2>, i u kom drugi procesni parametar prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem predstavlja vreme nagrizanja, a to vreme nagrizanja je između 20 sekundi i 80 sekundi, poželjno između 40 sekundi i 60 sekundi.

12. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom je gustina struje nagrizanja prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem između 5 A/dm<2>i 40 A/dm<2>, opciono između 5 A/dm<2>i 35 A/dm<2>.

13. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom najmanje u delu opsega za vreme nagrizanja prethodne obrade elektrohemijskim nagrizanjem, gustina struje nagrizanja je između 5 A/dm<2>i vrednosti koja opada, opciono linearno opada, kao funkcija rasta vremena nagrizanja.

14. Postupak prema zahtevu 1, u kom gustina struje nagrizanja ima vrednost unutar opsega između minimuma gustine struje i maksimuma gustina struje, i gde je, za vremena nagrizanja preko 40 sekundi i sve do oko 90 sekundi, minimum gustine struje oko 5 A/dm<2>, gde je, za vremena nagrizanja između oko 5 sekundi i sve do 40 sekundi, minimum gustine struje oko 7 A/dm<2>, i gde je, za vremena nagrizanja između oko 5 sekundi i oko 20 sekundi, maksimum gustine struje oko 40 A/dm<2>, gde je, za vreme nagrizanja od oko 40 sekundi, maksimum gustine struje oko 30 A/dm<2>, gde je, za vreme nagrizanja od oko 45 sekundi, maksimum gustine struje oko 27 A/dm<2>, gde je, za vreme nagrizanja od oko 60 sekundi, maksimum gustine struje oko 22 A/dm<2>, gde je, za vreme nagrizanja od oko 75 sekundi, maksimum gustine struje oko 15 A/dm<2>.