RS56730B1 - Metalni materijali sa ugrađenim svetlećim česticama - Google Patents

Description

Oblast pronalaska

Predmetni pronalazak odnosi se na metalne materijale, a posebno na svetleće/luminiscentne elemente ugrađene u metalne predmete, uključujući kovanice.

Stanje tehnike

Metalni delovi, kao što su automobilski delovi, delovi medicinskih uređaja, kovane novčanice, itd., se regularno krivotvore. Ova nelegalna praksa je široko rasprostranjena i ima negativan ekonomski uticaj na proizvođače originalnih delova i što je najvažnije, na potrošače. Dodavanjem elementa za obezbeđivanje u metalne delove putem dodavanja primesa u metal obično je ograničeno na dodavanje drugih metalnih elemenata koji mogu da izdrže proces livenja i drugi procesa na visokim temepraturama. Brojni metali i legure korišćeni u delovima velike vrednosti, kao što su avionski delovi ili kovanice, ograničene su po svom dostupnom sastavu, zbog striktne specifikacije sastava kako bi se postigle druge potrebne osobine, kao što su jačina i otpronost na habanje.Dostupne alternativne tehnologije za metalne delove, kao što su boje i premazi, gravirani barkodovi ili drugi spoljašnji sigurnosti elementi se jednostavno uklanjaju ili brišu.

Neki metalni delovi (npr., avionski delovi) prozvedeni su sa veoma malim tolerancijama i podvrgnuti elektroprevljačenju (galvanizaciji) kako bi se osigurala glatka površina tokom produženog srednjeg vremena između grešaka. Neorganske čestice (npr., silicijum karbidne čestice, bor nitridne čestice, dijamantske čestice itd.) mogu se zajedno naneti tokom procesa elektroprevljačenja u cilju povećanja otpornosti na habanje nataloženog sloja. Dodatno, čestice koje imaju karakteristike maziva, kao što je grafit ili Teflon, mogu se dodati u sloj nanet elektroprevlačenjem u cilju produženja veka trajanja metalnog dela.

US 5834065 opisuje predmete obložene kompozitnim materijalom sa svojstvima emitovanja svetlosti.

Opis

Postupak obezbeđivanja metalnog dela koji nije bio korišćen za potrebe provere autentičnosti, nanošenjem metalnog sloja. Slojevi nanetog metala su obično velike optičke gustine, pa kao takvi nisu pogodni za nošenje optičkih sigurnosnih materijala (materijali koji se mogu optički detektovati pod određenim uslovima). Procesi elektroprevlačenja metala nisu konduktivni za istovremeno nanošenje različitih materijala, kao što je optički bezbednostnog materijala. Realizacije predmetnog pronalaska opisuju procese za inkorporaciju optičkih sigurnosnih elemenata koji obezbeđuju bezbednost, protiv krivotvorenja, i/ili zaštitu žiga za predmete koji su podvrgnuti ovoj vrsti završe obrade. Upotreba metalnog matriksa za oblaganje svetećih čestica omogućava bolju adheziju na podpovršinski sloj, što produžava trajanje optičkih karakteristika u odnosu na na boju, premaz ili lak. Dalje, budući da se sigurnosni materijali mogu inkorporirati u celokupni postojeći proces proizvodnje, možda neće biti potreban dodatni proceduralni korak primene sigurnosnog materijala u lak, itd.

Postupak je podeljen na deponovanje metalnog sloja sa ugrađenim/ umetnutim svetlećim česticama na metalni supstrat, a koji obuhvata mešanje svetlećih čestica sa metalnim materijalom za dobijanje rastvora za prevlačenje/oblaganje (elektroprevljačenje/galvanizaciju); uranjanje metalnog supstrata u rastvor za elektroprevljačenje; i izvođenje procesa elektroprevlačenja radi oblaganja metalnog susptrata metalnim slojem, pri čemu metalni sloj sadrži ugrađene svetleće čestice, pri čemu postupak galvanizacije je elektroprevlačenje pri čemu postupak elektroprevlačenja obuhvata rotirajući bubanj u kojem se nalazi metalni supstrat kada se uroni u rastvor za eletroprevlačenje; pri čemu svetleće čestice dispergovane u rastvoru za prevlačenje postaju fizički distribuirane u celokupnom metalnom matriksu po formiranju prevučenog sloja.

Takođe je dat i metalni supstrat koji obuhvata metalni sloj nanet galvanizacijom na metalni supstrat, a ovaj metalni sloj koji je nanet elektroprevlačenjem sadrži umetnute svetleće čestice, nanet je na metalni supstrat prema prethodno opisanom postupku, pri čemu metalni sloj koji je nanet elektroprevlačenje ima takav sastav da su umetnute svvetleće čestice distribuirane kroz ceo metalni sloj koji je nanet elektroprevljačenjem.

Odlika realizacija predmetnog pronalaska je inkorporiranje neorganskih elemenata unutar metalnog matriksa. Sledeća odlika realizacija predmetnog pronalaska je mogućnost promene sigurnosnih elemenata u različitim fazama elektrodepozicije, čime se obezbeđuje mogućnost detekcije različitih sigurnosnih elemenata u različitm fazama habanja određenog dela. Sledeća karkateristika realizacije predmetnog pronalaska je kontrolisanje bubnja za galvanizaciju sa nazimeničnim zaustavljanjima u različitim vremenskim intervalima kako bi se poboljšala ugradnja čestica, budući da se prevrtanjem u bubnju mogu sa metalnog sloja lako istisnuti nanete čestice.

Nedostatak inkorporiranja elementa za autentičnost na površine metala pomoću boja, mastila ili sličnih topikalnih tretmana površine je u tome što omogućavaju lako uklanjanje sigurnosnih karakteristika kada se može zahtevati postojanost karakteristike. Prednost realizacija predmetnog pronalaska omogućava ovim elementima za autentičnost da budu ugrađeni sa metalnim slojem i ostaju intaktne dokle god je vidljiv nanet kompozitni metalni sloj, što u većini slučajeva može činiti vek trajanja dela/komada.

Realizacije predmentnog pronalaska takođe omogućavaju metalni deo da bude otporniji na vodu zbog prisustva kompozitnog sloja, budući da su keramičke čestice znatno tvrđe od metalnog matraiksa koji se zajedno nanosi tokom elektrolize.

Kratak opis crteža

Slika 1 prikazuje emisione spektre metalnih supstrata (npr., ispranja metala) nakon galvanizacije.

Slika 2 prikazuje emisione spektre metalnih supstrata pre galvanizacije.

Slika 3 prikazuje SEM sliku galvanizovanog metalnog supstrate sa umetnutim česticama fosfora, gde fosforni materijal prestavlja svetlo obojene tačkice. Slika 4 prikazuje supstrat kovanice pre i posle galvanizacije.

Slika 5 prikazuje fluorescentni emisioni spektar metalnih supstrata u Eksperimentu 3.

Slika 6 ilustruje realizacije predmetnog pronalaska.

Slika 7 ilustruje realizacije predmetnog pronalaska.

Slika 8 ilustruje sistem za galvanizaciju u bubnju prema realizacijama predmetnog pronalaska.

Slika 9 illustruje sistem prevlačenje metalnih predmeta uranjanjem

Slika 10 ilustruje sistem bestrujnog prevlačenja.

Slika 11 ilustruje proces utvrđivanja autentičnosti prema realizacijama predmetnog pronalaska.

Slika 12A ilustruje primer supstrata sa prevučenim metalnim slojem koji sadrži raspoređene svetleće čestice ugrađene duboko u donji sloj prevučenog metalnog sloja.

Slika 12B ilustruje primer supstrata sa prevučenim metalnim slojem koji sadrži raspodeljene svetleće čestice ugrađene na ili blizu špovršine prevučenog metalnog sloja.

Slika 12C ilustruje primer supstrata sa prevučenim metalnim slojem koji sadrži raspodeljene svetleće čestice duž prevučenog sloja.

Detaljan opis pronalaska

U procesu elektroprevlačenja (takođe označen i kao elektronanošenje), metalna anoda (metal koji se nanosi) i katoda su povezane za spoljašnji izvor direktne struje, najčešće, ispravljač. Pozitivan kraj izvora povezan je sa anodom, a negativni kraj je povezan sa katodom (tj., supstrat na koji se nanosi prevlaka). I anoda i katoda postavljene su u kupatilo za galvanizaciju koje sadrži rastvor željene metalne soli za nanošenje. Kada se uključi spoljašnj izvor sruje, metalni katjoni iz rastvora podležu redukciji elektrona (do svog nultong valentnog stanja) na površini katode za formiranje nanetog metalnog sloja (npr., Ni+2-->Ni+0). Stoga, metal nulte valentnosti, koji sadrži anodu, podleže elektronskoj oksidaciji pri čemu se obrazuju metalni joni, koji služi za obnovu kupatila za elektroprevlačenje (npr., Ni+0-->Ni+2). Prema tome, dodatni joni metala iz rastvora za prevlačenje dopunjavaju mesto metala koji je tek što je prevučen prema istom mehanizmu.

Kako se postupak elektroprevlačenja odvija na površini metalnih predmeta, jon metala je inkorporiran na površinu supstrata metalnim vezivanjem, koje je značajno jače od obloge nanete kao boja ili lak na metalni supstrat. Ove obloge ne stvaraju metane veze između atoma materijala na koji prainjaju i atoma metalnog supstrata koji se nanosi. Tako, u realizacijama ovde opisanog predmetnog pronalaska, metalni sloj nanet elektroprevlačenjem na metalni supstrata stvara predmet koji je stukturno različit od obloge koja prianja na metalni supstrat kao lak, boja ili tinta ili bilo kog drugog slično sastava. Tako, metalni sloj nanet elektroprevlačenjem na metalni supstrat definiše strukturu koja se razlikuje od strukture metalnog supstrata sa lakom, bojim ili tintom ili bilo kojom drugom kompozicijom koja je naneta na isti.

Realizacije predmetnog pronalaska koje su ovde date opisuju formiranje elementa autentičnosti nanošenjem na supstrat jedan ili više slojeva sa ugrašenim česticama, kao što su neorganske čestice, pri čemu su ugrađene čestice nameštene tako da pretvaraju primljenu upadnu eneriju (energiju ekscitace) jedne talasne dužine u drugu, kao što je prva talasna dužina u drugu talasnu dužinu, ultraljubičasta talasna dužina u vidljivu oblast talasne dužine, infracrvenu talasnu dužinu u vidljivu oblast talasne dužine, prvu infracrvenu talasnu dužinu u drugu infracrvenu talasnu dužinu, itd. (mada čestice mogu da budu podesiti tako da emituju istu energiju talasne dužine kao što je energija ekscitacije). Na primer, metalni sloj može da sadrži ugrađene distribuirane neorganske kristalne čestice koje se sastoje od lantanid oksidnog fosfora dopiranog retkom zemljom, koji konvertuje energiju jedne talasne dužinu u drugu talasnu dužinu, pri čemu su neorganske kristalne čestice dovedene u ekscitovano stanje primanjem određenog nivoa energije koji stvara energetski prelaz gde dolazi do otpuštanja fotona određene talasne dužine kao posredni proizvod procesa konverzije energije. Ova katergorija materijala obuhvata uobičajeni pretvarač sa nižih frekvencija na više i pretvarače sa viših frekvencija na niže, kao što su oksidi retkih zemalja, oksisulfidi, fluoridi, itd. Prosečan stručnjak iz oblasti keramičkih kompozitnih materijala shvata kako funkcionišu ove čvrste čestice kao uređaji za pretvaranje energije.

Kao primer primene realizacije predmetnog pronalaska, odgovornost proizvođača može biti dovedena u pitanje usled neuspeha zaštite metalne komponente od krivotvorenja, izrade ili neadekvatne kontrole kvaliteta.

Mehanizam identifikacije u skladu sa realizacijama predmetnog pronalaska omogućava detekciju i određivanje autentičnosti metalne komponente, čime može da oslobodi sumnji proizvođača i ukazati mu poverenje. Trenutno, brojnim proizvođačima je ukazano povećano poverenje zbog ogromne količine krivotvorenih delova koji su uobičajeni na današnjem tržištu.

Dalje, integrisanjem svetlećih čestica unutra metalnog sloja koji je galvanizacijom nanet na kovanice, omogućava se brzo određivanje autentičnosti velikog broja valuta u obliku kovanica čime bi se umanjila potreba za sve većim brojem svetskih kovanica koje se ne mogu krivotvoriti. Mehanizam identifikacije u skladu sa realizacijama predmetnog pronalaska može se primeniti na kovanica, kao što su one koje se koriste u kasinima u automatima za kockanje, u industrijama za servisne i rekreativne automate, za komemorativne kovanice, medalje za takmičenja i u industriji za pločice sklopova i mikročipove, da navedemo nekoliko.

Pretvarači s nižih frekvencija na više, pretvarači sa viših frekvencija na niže i fosforescentni fosfori mogu se svi detektovati i meriti odgovarajućom analitičkom opremom sa pravilno nanetim u sloju za prevlačenje kao šot je ovde opisano. Slika 11 ilustruje primer sistema za određivanje autentičnosti i proces 1100 u skladu sa realizacijama predmetnog pronalaska. Izvor svetlosti/iluminacije 1101 emituje talasnu dužinu (talasne dužine) određene energije (npr., svetlo) 1110 na metalni supstrat 1102 sa jednim ili više slojeva sa prethodno navedenim česticama (ili drugim luminescentnim česticama koje su ovde opisane ili njihovim ekvivalentima), koje zatim emituju energiju na talasnim dužinama kao što je detektovano optičkim detektorom 1103. Čestice mogu da budu konfigurisane tako da emituju energiju jedne ili više talasnih dužina, koje mogu biti na različitim talasnim dužinama kao energija ekscitacije. Signalni procesor 1104, i dispej 1105 po izboru, mogu se koristiti za analizu detektovanih signala i za određivanje autentičnosti.

Postoje određene tehnike prevlačenja, kao što je prevlačenje uranjanjem (videti Sliku 9), galvanizacija na nosačima, elektroprevlačenje u bubnju (videti Sliku 8), i bestrujno prevlačenje (videti Sliku 10), koje su ovde opisane. Bez obzira na to koji je postupak prevlačenja korišćen, uspešna upotreba optičkih materijala, kao metoda za potvrđivanje autentičnosti, u prevlačenju slojeva podrazumeva pažljiv odabir veličine čestica, hemiju prevlačenja i uslove prevlačenja kako bi se dobio homogen prevučen sloj koji sadrži optičke materijale. Kao što je dalje dato, uslovi koji izazivaju da se fosforni materijalei suviše brzo nanesu, mogu dovesti do ugrađenih fosfornih materijala pod optički neprovidnim nanetim slojem, čime se blokira potreban optički signal neophodan za potvrdu autentičnosti. Suprotno tome, nanošenje slojeva sa površinskim slojevim obogaćenim fosforom mogu da dovedu do optički dobrih karakteristika, ali bi bili ugrožene usled habanja i pokušaja uklanjanja površinske obloge zbog slabljenja elementa autentičnosti. Uslovi prevlačenj koji bi doveli do spore inkorporacije fosfornih materijala mogli bi da dovedu do inkorporacije neadekvatnih količina fosfora, ponovo sa neadekvatnom jačinom optičkog signala za odgovarajuću potvrdu autentičnosti. Ovde su opisane karakteristike koje rezultuju u optimalnoj brzini inkorporiranja čestica odgovarajuće veličine za utvrđivanje autentičnosti ovih supstrata.

U realizacijama predmetnog pronalaska, metalni slojevi se mogu naneti na supstrat tako da poseduju uniformnu distribuciju svetlećih čestica u matriksu za galvanizaciju metala (ovde takođe označeno i kao sloj metala ili prevučeni metalni sloj). Prednost ove uniformne distribucije čestica je u tome što omogućava detekciju emisija, a time i autentičnost proizvoda, od luminiscentnih fosfora tokom trajanja prevučenog/obloženog proizvoda. Slika 12A ilustruje primer obloženog supstrata 1201 sa nanetim metalnim slojem 1203 koji sadrži distribuirane svetleće čestice1202 gde gde je znatna većina ili su sve čestice 1202 duboko ugrađene u donji deo prevučenog metalnog sloja 1203, i kao tako svetlo 1110 iz izvora 1101 neće moći da prodre u metalni matriks 1203 da interaguje sa (ekscituje) svetleće čestice 1202, što na kraju sprečava detekciju 1103 emitovane energije sa čestica 1202 koje su prisutne na donjem delu sloja 1203. Slika 12B ilustruje primer prevučenog supstrata 1201 sa nanetim metalnim slojem 1203 koji sadrži distribuirane svetleće čestice 1202 gde veći deo čestica ili su sve čestice 1202 ubrađene na ili blizu površine obloženog metalnog sloja 1203. Ovo omogućava detekciju 1103 emitovane energije sa čestica 1202; međutim, nakon habanja obloženog dela tokom vremena, čestice 1202 će se izlizati zajedno sa prevučenim metalnim slojem 1203, što će onemogućiti utvrđivanje autentičnosti proizvoda. Slika 12C ilustruje primer obloženog supstrata 1201 sa prevučenim metalnim slojem 1203 koji sadrži distribuirane svetleće čestice 1202 suštinski ili efektivno u celom sloju koji pokrivaju 1203. Kao rezultat, tokom trajanja prevučenog proizvoda, uključujući i to da dolazi do habanja nanetog metalnog sloja 1203, čestice 1202 raspoređene u nanetom metalnom sloju 1203 bliže supstratu 1201 biće izložene kao površinski metalni sloj kako se sve više izliže površinski metalni sloj 1203, omogućavajući tako utvrđivanje autentičnosti proizvoda dokle god je prisutan jedan on prevučenih slojeva 1203. Ovde opisane metode prevlačenja proizvode željenu distribuciju svetlećih čestica kao što je dato na Slici 12C, kao što je potvrđeno u reprezntativnom preseku SEM slike datoj na Slici 3, koja pokazuje da prevućeni metalni susptrat sa ugrađenim fosfornim česticama, gde su svetlo obojene tačkice, fosforni materijal.

U realizacijama predmetnog pronalaska u kojima svetleće čestice dispergovane u rastvoru za prevlačenje spostaju fizički distribuirane kroz celi metalni matriks kako se formira sloj za elektroprevlačenje, ove čestice moraju da dođu na površinu katode da bi se ugradile u obloženi metalni sloj i prema tome, prvo se moraju transportovati iz rastvora na površinu katode. Dalje, što je duže čestica u kontaktu sa katodnom površinom, veća je verovatnoća da će biti inkorporirana u obloženi metalni matriks, što na kraju dovodi do veće brzine nanošenja čestica u metalnom sloju.

Osobine svetlećih čestica upotrebljenih za obezbeđivanje primena razlikuju se onih koje su prethodno pomenute za upotrebu za otpornost na habanje ili lubrikaciju. Na primer, gustine silcijum karbidam bor nitrida i dijamanta su oko 3.2 g/cm<3>, 2.1 g/cm<3>i 3.5 g/cm<3>. Slično, gustine Teflona i grafita su oko 2.2 g/cm<3>. Ovi materijali su značajno manje gustine od standardnih svetlećih sigurnosnih čestica. Na primer, itrijum oksidni fosfori dopirani retkom zemljom imaju gustine veće od 5.0 g/cm<3>, igadolinijum oksidni fosfori dopirani retkom zemljom imaju gustine veće od 7.4 g/cm<3>. Delom, usled razlika u gustinama između bezbednosnih čestica i otpornosti na habanje i čestice za lubrikaciju, prethodno utvrđene metode za inkorporaciju ovih manje materijala manje gustine u metalni sloj u velikoj meri su neefikasni za bezbednosne materijale ovog tipa.

Budući da je gustina čestica veća od gustine čestica u rastvoru, tokom kratkog vremenskog intervala, čestice će pasti na dno suda za prevlačenje, te neće biti dostupne na površini katode za inkorporporiranje. Jedan pristup za prevazilaženje ovog problema je mešanje rastvora pomoću mehaničke mešalice ili na druge načine. Međutim, suviše brzo mešanje dovodi do smanjenja koprecipitacije, zato što su male čestice uklonjene sa površine katode pre nego što su ugrađene. Dalje, budući da su svetleće čestice korišćene u realizacijama predmetnog pronalaska znatno gušće od uobičajenih materijala koji se koriste u postupcima electroprevlačenja (galvanizacije) (videti prethodnu diskusiju o gustinama ovih čestica), zahtevaju značajno veću agitaciju kako bi ostale u suspenziji u kupatilu sa prevlačenje. Povećanje brzine mešanja, znači da će čestice posedovati veću brzinu u rastvoru i shodno tome skrate sredne vreme koje provode na površini katode. Ovo dovodi do manje verovatnoće nalaženja čestica na povrišini katode dovoljno dugo da budu inkroporirane u metalni matriks, i na kraju do smanjenog sadržaja čestica u metalnom sloju.

Ovo predstavlja problem posebno za metalne delove koji se nanose metodom electroprevlačenja u bubnju, kao što je dato na Slici 8 i opisano u daljem tekstu. Za elektroprevlačenje u bubnju, predmeti koji se prevlače (npr., bazni novičići), stavljeni su u kućište u obliku bubnja, koji se konstantno okreće kako bi se omogućilo ravnomerno prevlačenje na svim površinama predmeta. Kada su načinjeni pokušaji inkorporiranja svetlećih sigurnosnih elemenata

1

primenom klasičnih tehnika/metoda prevlačenja, dostignut je niži nivo inkorporacije luminiscentnih čestica u metalni sloj od očekivanog i to kao rezultat konstantnog obrtanja bubnja, a time i konstanog kretanja obloženih predmeta. Ovo konstantno kretanje delova koji se oblažu u u kombinaciji sa brzinom čestica u suspenziji služi da drastično smanji srednje vreme zadržavanja čestica na površini katode. Budući da nije poželjno redukovati mehaničko mešanje rastvora za prevlačenje, a uzimajući u obzir veliku gustinu svetlećih čestica, otkriveno je da povremenim pauziranjem rotacije bubnja za elektroprevlačenje, postiže se duže vreme zadržavanja čestica u okolini katode, što dovodi do bržeg koncentrovanja čestica u galvanizovanom sloju. Dodatno, brzina nanošenja metalnog sloja može se kontrolisati do željenog nivoa promenom vremena koje bubanj provodi u mirovanju (videti eksperimentlanu diskusiju i rezultate u Tabeli 1). Na primer, kao što je ovde dalje diskutovano, pauziranje rotacije bubnja od 4 sekunde može da dovede do slabijeg nanošenja čestica u metalni sloj nego kada pauziranje rotacije bubnja traje 16 sekundi.

Takođe je moguće kontrolisati efekat promenom brzine pri kojoj se bubanj rotira, na primer, rotiranje bubnja pri konstantnoj brzini od 30 ili 40 okretaja u minuti (rpm) daće manje nanošenje čestica u metalni sloj u odnosu na to kada se bubanj okreće pri konstantnoj brzini koja je manja od navedenih. Dodatno, ovi koncepti naizmeničnog pauziranja rotacije bubnja i promena brzine rotiranja bubnja može se kombinovati tako da se postigne željena brzina nanošenja luminiscentnih čestica velike gustine tokom elektroprevlačenja metalnog sloja. Kao rezultat, realizacije predmetnog pronalaska mogu da inkorporiraju ove promenljive da bi se postigli željeni efekti nanošenja.

Slika 8 ilustruje sistem i postupak 800 elektrorpevlačenja metalnog sloja ugrađenim luminescentnim česticama (npr., nadkonverzija fosfora ili drugih takvih ovde opisanih čestica ili njihovih ekvivalenata) na metane predmete 807 (npr., metalni delovi, metalne podloške kovanice, itd.). U prvom primeru (ovde označenom kao "Primer 1 "), nadkonvertovane fosforne čestice (npr., približno 90 g) dodate su u elektrolitički rastvor bakar cijanida (npr., oko 9 L), kao što je komercijalno dostupno od Technic, Inc. Dobijeni rastvor 801 za prevlačenje može se zagrevati (npr., priblićno na 150°F). Rastvor 801 za prevlačenje može se mešati mehaničkom mešalicom (nije prikazano) ili štapićem za mešnje ili pumpom 804 za recirkulaciju, za održavanje fosfornih čestica u boljoj suspenziji u rastvoru za prevlačenje 801. Bakarne anode 802 uronjene u rastvor za prevlačenje 801 mogu se spregnuti sa pozitivim izvorom 803 napajanja. Metalni predmeti 807 (npr, nelegirani čelik, nerđajući čelik bakar, mesing, titanijum ili bronza) mogu se očistiti i posatviti u bubanj 806za elektroprevlačenje, koji se može povezati sa izvorom 803 napajanja.

Dimenzije predmeta 807 se mogu zabeležiti kako bi se odredila tačna površina metala koja se oblaže. Na primer, površina bakarne podloške 807 može da bude 1.25 in<2>. Za prevlačenje 10 bakarnih podloški 807 na 25 a.s.f. (amps/foot<2>) (odnosno 269.098 A/m<2>), izvor 803 napajanja se može podesiti tako da isporučuje 2.2 ampera struje. Onog pmomenta kada je rastvor 804 pod naponom, počinje proces prevlačenja. Dodatno, bubanj 806 za prevlačenje, koji obično može da rotira brzinom od 30 rpm, može se modifikovati tako da rotira različitim brzinama i/ili sa prekidima kontrolom motora 805. Na primer, bubanj 806 može da rotira 4 sekunde i da bude zaustavljen 16 sekundi (može se primeniti i druga alternativa ciklusa sa prekidima, kao što je rotacija u trajanju 16 s i pauza rotacije od 64 s). Ovaj proces modifikacije omogućava da čestice fosfora bolje prianjaju na površinu metalnog supstrata 807 prilikom nanošenja naslaga bakra oko čestica elektroprevljačenjem. Ako se bubanj 806 za eletroprevlačenje konstantno rotira (tj., bez povremenog zaustavljanja), najveći deo fosfornih čestica će biti uklonjeno sa predmeta 807 i ukupan sadržaj čestica fosfora koji je nanet na povrišine može da bude sveden na minimum, ako ne i potpuno eliminisan. Nakon određenog vremena (npr., 60 minuta) pod ovim uslovima, proces može biti završen. Emisioni spektri predmeta 807 uzoraka pre i posle elektroprevlačenja su sakupljeni u različite svrhe, pri čemu su nerđajući čelik, bronza, čelik, bakar, titanijum i mesing odvojeno obloženi fosfornim česticama. Emisioni spektri su snimljeni (kao što je sistem 1100) na Horiba FluoroLog-3 spektrofluorometru. Slika 2 prikazuje grafik ovih emisionih spekatara pre galvanizacije jasno pokazujući da detektorom 1103 nije detektovan signal kao odgovor na ekscitaciju energijom 1110 izvorom 1101 svetlosti. Slika 1 pokazuje grafike (koji mogu da budu prikazani na ekranu 1103) ovih emisionih spektara nakon svakog procesa galvanizacije, što jasno ukazuje na uspešna prevlačenja svakog od metalnih slojeva ugrađenim fosfornim česticama, budući da svaki ispoljava emisionu energiju detektovanu detektorom 1103 u odgovoru na iluminaciju 1110 izvorom 1101.

Pozivajući se ponovo na Sliku 8, u sledećem primeru, oko 90 grama UV-crvenog fosfora (komercijalno dostupni od Nemoto & Co., LTD) može se dodati u približno 9 litara bakar/cink cijanid elektrolitičkog rastvora komercijalno dostupnog od Technic, Inc. Temperatura dobijenog rastvora 801 može se zagrejati na oko 165°F. Rastvor 801 može se mešati mehaničkom mešalicom sa lopaticama ili štapićem ili pumpom 804 radi održavanja konverzije fosfornih čestica u odgovarajućoj suspenziji. Mesingane anode 802 uronjenje u rastvor 801 za glavanizaciju mogu se spregnuti sa pozitivnom olovnom elektrodom izvora 803 napajanja. Bronzane podloške 807 mogu se očistiti i postaviti u bubanj 806 za prevlačenje. Zabeležene su dimenzije podloški da bi se odredila tačna površina metala koji se oblaže. U ovom primeru, površina bronzane podloške 807 iznosi 1.25 in<2>. Za prevlačenje deset bronzanih podloški 807 na 25 a.s.f., izvor 803 napona je podešen tako da isporučuje 2.2 amp struje. Jednom kad se kroz rastvor 801 propusti struja, počinje proces galvanizacije. U ovom primeru, bubanj 806 može da rotira 4 sekunde i zatim miruje 16 sekundi (mogu se primeniti i drugi ciklusi sa prekidima, kao što je rotacija u trajanju od 16 s i pauza rotacije u trajanju od 64 s). Ovaj proces modifikacije omogućava fosfornim česticama da bolje prionu na površinu metalnog supstrata tako kako se mesing koji se nanosi putem elektropevlačenja gomila oko čestica. Nakon približno 60 minuta pod ovim uslovima, elektroprevlačenje je zaustavljeno. Za analizu obloženih podloški 807, snimljeni su fluorescenti spektri sa neobložene podloške pre prevlačenja i podloške nakon prevlačenja. Fluorescenti spektri dobijeni su (kao što je sistem 1100) na spektrometru Ocean Optics USB4000 (1103, 1104), sa svetlošću 1110 koja je dobijena od UV lampe 1101 kratkih talasnih dužina (komercijalno dostupno od Entela MineralLight, Lamp Model No.

UVGL-58). Kao što je prikazano na Slici5, spektri 1105 snimljeni za obložene podloške su konzistentni sa onim dobijenim za sirov fosfor, dok neobložena podloška pokazuje nemerljivu fluorescenciju.

1

Serija eksperimenata izvedena je da bi se odredili optimani parameri za realizacije procedura elektrolitičkog prevlačenja koje su ovde opisane.

Pozivajućise na Sliku 8, rastvor 801 bakar cijanida za elektroprevlačenje pripremljen ja prema Primeru 1 inicijalno bez sigurnosnog fosfora. Kovanice 807od petedeset centi (npr., prečnika 17 milimetra (mm), debljine 2 mm) su prevučene u svakom eksperimentu. Testirane varijabile (parametri) su: (1) količina fosfor lili koncentracija u rastvoru 801 za galvanizaciju (5, 10 i 15 g/L); (2) brzina okretanja bubnja 806 i bilo prekidanje ili pauziranje okretanja (30 rpm konstantno okretanje bez pauziranja, 4 sekunde okretanja (pri 30 rpm)/16 sekundi pauza, i 16 sekundi okretanja (pri 30 rpm)/ 64 sekunde pauziranja od okretanja); i (3) gustina struje (10, 20 i 30 a.s.f.; 107,639, 215,278 i 322,917 A/m<2>) odnosno iz napajanja 803. Za sve primere, proces 800 izvođen je tako da je dobijene debljina prevučenog sloja na kovanici 807 između 30 µm i 50 µm. Za ove eksperimente, IR pretvarač (na više frekvencij) za Green korišćen je oksisulfidni fosfor retkih zemalja, dobili bi se slični rezultati za druge svetleće čestice koje su ovde date i njihove ekvivalente. Emisioni spektri su snimljeni i i integrisani (poput uređaja 1103, 1104) pod sličnim uslovima kao u prvom primeru. Prosečan intentenzitet signala (detektovana energija 1103 kao što je reflektuju ugrađene čestice u odgovoru na osvetljavanje ili ekscitaciju 1110 iz izvora 1101) za seriju od 10 kovanica 807 za svaki eksperiment (obe strane, npr., kao što je prikazano na Slici 6, metalni slojevi 602, 604 sa ugrađenim luminescentnim česticama 603, 605 mogu da budu naneti na sve strane supstrata 601) prikazan je u Tabeli 1.

Tabela 1

Ovi eksperimenti ukazuju na to da uprkos tome što koncentracija fosfor u rastvoru za galvanizaciju i gustina napona utiču na intenzitet signala, veći efekat nastaje zbog primene procesa okretanja sa prekadima. U svim eksperimentima uniformnost i sjaj metalne obrade na kovancama prevazilazi prihvatljive kriterijume. Ovo nije očekivan rezultat, budući da bi konstantan proces okretanja obično doveo do boljeg prevlačenja predmeta.

Za poređenje, Slika 9 ilustruje postupak galvanizacije uranjanjem ili na nosačima i sistem 900, sličan procesu i sistemu 800, sa elementima obeleženim kao 901-904 i 907 konfigurisan i korišćen slično elementima označenim kao 801-804 i 807, mada bez upotrebe rotacionog bubnja 806.

U cilju poređenja, Slika 10 ilustruje sistem o proces 1000 za bestrujno prevlačenje metalnog sloja sa ugrađenim luminescentnim česticama (npr., konverzija fosfora ili bilo kojih drugih ovde opisanih ili njihovih ekvivalenta) na predmete 1002. Kao neograničavajući primer, nikl(II) sulfat (10.5 grama (g)), natrijum hipofosfit (12 g), mlečna kiselina (10 mililitri (mL)), propionska kiselina (1.5 mL), olovo (II) acetat (3 milionitih delova (ppm)) i fosforne čestice (npr., IR-Blue) (2 g) za konverziju ka višim frekencijam, mogu se dodati u oko 500 mL destilovane vode za dobijanje rastvora za galvanizaciju 1001. Umesto ovih mogu se koristiti drugi ekvivalentni materijali. Rastvor 1001 za

1

galvanizaciju može se mešati magnetnom mešalicom 1004 i magnetnim štapićem 1003 (npr., na oko 170 obrataja u minuti (rpm)) za održavanje zadovoljavajuće suspenzije fosfornih čestica u rastvoru 1001. Magnetna mešalica može da uključi i grejno telo 1004 za zagrevanje rastvora 1001. U rastvor 1001 mogu se dodati metalni predmeti 1002 za prevlačenje (npr., niklom prevučene čelične kovancie (supstrati)); nakon uranjanja u rastvor 1001 (npr., oko 2 h), predmetni 1002 su uklonjeni i mogu se isprati destilovanom vodom. Za dati primer, urađena je analiza (kao što je sa sistemom1100) na Horiba FluoroLog-3 spektrofluorometrom, Slika 4 prikazuje emisione spektre supstrata 1002 kovanice, pre i posle prevlačenja. Pre procesa prevlačenja supstrata kovanica 1002 ne emituje energiju u odgovoru na energiju ekscitacije (osvetljavanja) iz izvora 1101, dok značajan energetski odgovor je prikazan na grafiku, koji emituju fosforne čestice za konverziju ka višim frekvencijama, a koje su ugrađene u nananeti metalni sloj na supstrat kovanicu 1002, ukazujući na uspešan proces ugrađivanja fosfornih čestica.

U nekim realizacijama predmetnog pronalaska primenjuju se brojni metalni slojevi naneti galvanizacijom na metalni supstrat gde svaki sloj sadrži čestice koje emituju različite talasne dužine od čestica u drugim slojevima, čime se omogućava određivanje stepena habanja prema talasnoj dužini svetla koja se detektuje. Bilo koji od ovde opisanih postupaka može se primeniti za nanošenje više slojeva.

Na primer, pozivajući se na Sliku 7, metalni deo (supstrat) 701 može da sadrži jedan ili dva odvojena metala (npr., nikl) slojevi 702, 704 (npr., svaki debljine 10 µm) sa ugrađenim neorganskim (npr., fosfornim) česticama 703, 705 koje emituju energije sa dve ili više različitih talasnih dužina kada se izložene ekscitaciji. Poslednji površinski sloj 702 može da sadrži čestice 703 koje emituju energiju prve talasne dužine (npr., 480 nm). Drugi sloj 704 može da sadrži čestice 705 koje emituju energiju druge talasne dužine (npr., 545 nm). U početku, poslednji površinski sloj 702 emitovao bi svoju energiju na 480 nm sve dok se prvih 10 µm površinskog sloja 702 dovoljno ne pohaba, čime omogućava drugi sloj 704 od 10 µm emituje energiju na 545 nm kada se izloži ekscitaciji. Kada ovaj sloj 704 bude dovoljno pohaban, otkriće supstrate

1

701 (ili alternativno, druge metalne slojeve sa dodatnim ugrađenim česticama). Prethodno izneto moće da ukaže korisniku da metalni deo treba da bude zamenjene ili ponovo obložen. Na primer, korisnik može da poželi da zameni ili ponovo obloži deo kada se podvrgne ekscitaciji energijom koja uzrokuje da se detektuje energija na talasnoj dužini 545 nm. Ove realizacije predmetnog pronalaska nisu ograničene na debljine ovih slojeva, talasne dužine i/ili broj slojeva.

Opisano je nekoliko realizacija predmetnog pronalaska. Međutim, jasno je da su moguće različite modifikacije bez odstupanja od obima pronalaska kao što je definisano zahtevima. Na primer, periodi rotacije bubnja obuhvataju različite vremenske intervale kada bubanj rotira i kada miruje i ovi periodi rotacije i pauziranja mogu da budu rotacije bubnja pri međusobno različitim brzinama. Na primer, pauziranje totacije može da bude zamenjeno sporijom rotacijom, uključujući veoma male brzine rotacije, kako bi se postigle različito nanošenje slojeva. Shodno ovom, druge realizacije su obuhvaćene obimom zahteva koji slede.

1

Claims (12)

Patentni zahtevi

1. Postupak za nanošenje metalnog sloja sa umetnutim luminscentnim česticama na metalni supstrat, koji obuhvata:

mešanje svetlećih čestica sa metalnim materijalom priu čemu se dobija rastvor za prevlačenje;

ubacivanje metalnog supstrata u rastvor za prevlačenje, i izvođenje procesa prevlačenja za oblaganje metalnog supstrata slojem metala, pri čemu sloj metala sadrži umetnute svetleće čestice, pri čemu postupak postupak prevlačenja je postupak eletroprevljačenja i okarakterisan je time, što obuhvata rotacioni bubanj u kojem se nalazi metalni supstrat kada se uroni u rastvor za prevlačenje;

pri čemu svetleće čestice dispergovane u rastvoru za prevlačenje postaju fizički raspoređene kroz celi metalni matriks pri formrianju sloja nanetog elektroprevlačenjem.

2. Postupak prema zahtevu 1, gde proces elektroprevlačenja obuhvata rotaciju bubnja sa povremenim prekidima, dok je metalni sloj nanet elektroprevlačenjem na metalni supstrat.

3. Postupak prema zahtevu 2, pri čemu povremeni prekidi obuhvataju rotacije bubnja tokom jednog ili više vremenskih intervala koji su kraći od vremenskih perioda bez rotacije bubanja.

4. Postupak prema zahtevu 3, pri čemu jedan ili više vremenskih intervala čini oko 25% svakog od intervala bez rotacije bubanja.

5. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu svetleće čestice su odabrane od itrijum oksidnog fosfora dopiranog retkom zemljom gustine veće od 5.0 g/cm<3>i gadolinijum oksidnog fosfora dopiranog retkom zemljom gustine veće od 7.4g/cm<3>.

6. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu su ugrađene svetleće čestice nanete po svim stranama metalnog supstrata.

7. Metalni supstrat koji sadrži sloj metala koji je nanet elektroprevlačenjem na metalni supstrat, elektroprevučeni metalni sloj sadrži ugrađene svetleće čestice, elektroprevučeni metalni sloj sadrži ugrađene svetleće čestice koje su nanete na metalni supstrat prema zahtevu 1, okarakterisan time, što je elektroprevučeni metalni sloj takvog sastava da su ugrađene svetleće čestice raspoređene kroz ceo metalni sloj koji nanet elektroprevlačenjem.

8. Metalni supstrat iz zahteva 7, gde ugrađene svetleće čestice imaju sastav konfigurisan tako da emituju energiju koju čine druga talasna dužina kada je ekscitovana energijom prve talasne dužine.

9. Metalni supstrat iz zahteva 8, gde metalni sloj nanet elektroprevlačenjem je odabran iz grupe koju čine nikl, nikl-fosfor, bakar, mesing, zlati, srebro i platina.

10. Metalni supstrat iz zahteva 9, gde metalni suptrat je odabran iz grupe koju čine bakar, mesing, bronza, nelegirani čelik, nerđajući čelik i titanijum.

11. Metalni supstrat iz zahteva 9, gde metalni supstrat je kovanica koja se može unovčiti.

12. Metalni supstrat iz zahteva 7, koji sadrži drugi metalni sloj nanet elektroprevlačenjem koji sadrži ugrađene svetleće čestice različitog sastava od prethodno ugrađenih svetlećih čestica.

1