本申請要求于2014年9月23日提交的名稱為“ELECTRODEPOSITION MEDIUMS FOR FORMATION OF PROTECTIVE COATINGS ELECTROCHEMICALLY DEPOSITED ON METAL SUBSTRATES”的美國臨時申請序列No.62/054,223的優(yōu)先權(quán)，并且在此通過引用將該申請以其整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容總體上涉及由被電化學(xué)沉積到金屬基底上的電沉積介質(zhì)形成的保護性涂層及其方法。

背景技術(shù)：

未處理的金屬基底可遭受限制其在某些應(yīng)用中使用的多種不期望的屬性。例如，未處理的金屬基底可具有對于來自周圍環(huán)境的氧化和腐蝕損害敏感的軟的、可容易損害的表面。盡管使用陽極化工藝來提供保護層是已知的，但是通過陽極化工藝形成的保護層相對薄，不能提供某些期望的屬性，并且對于化學(xué)腐蝕、熱開裂和物理不可彎曲性可為敏感的。結(jié)果，將期望提供這樣的電化學(xué)沉積工藝：其向金屬基底提供賦予包括熱穩(wěn)定性、物理撓性和優(yōu)異的傳熱性的期望優(yōu)點的有效的保護性涂層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個實例，制品包括導(dǎo)電性金屬基底和保護性涂層。所述保護性涂層電化學(xué)沉積自電沉積介質(zhì)。該電沉積介質(zhì)包括硅的烷氧化物(烷氧化硅，silicon alkoxide)、一種或多種季銨化合物或季化合物、和水。

根據(jù)另一個實例，提供在金屬的導(dǎo)電性表面上電沉積保護性涂層的方法。該方法包括：提供電沉積介質(zhì)，提供具有導(dǎo)電性表面的金屬基底，提供陰極，使所述金屬基底的導(dǎo)電性表面的至少一部分與所述電沉積介質(zhì)接觸，使電流從所述導(dǎo)電性表面的至少一部分傳導(dǎo)到所述陰極，和在所述金屬基底上形成保護性涂層。所述電沉積介質(zhì)包含硅的烷氧化物、一種或多種季銨化合物或季化合物、和水。

根據(jù)又一個實例，制品包括導(dǎo)電性金屬基底和保護性涂層。所述保護性涂層電化學(xué)沉積自電沉積介質(zhì)。所述電沉積介質(zhì)包含一種或多種金屬碳酸鹽、水、和任選地包括添加劑。該添加劑包括一種或多種磷酸鹽化合物、氟化物化合物、和其共軛酸。

附圖說明

圖1示出根據(jù)某些實施方式的導(dǎo)體的橫截面圖。

圖2示出根據(jù)某些實施方式的導(dǎo)體的橫截面圖。

圖3示出根據(jù)某些實施方式的導(dǎo)體的橫截面圖。

圖4示出根據(jù)某些實施方式的導(dǎo)體的橫截面圖。

圖5示出用于評價形成有保護性涂層的導(dǎo)電線的工作溫度的下降的測試裝置的示意圖。

具體實施方式

電化學(xué)沉積工藝可用來向金屬基底提供保護性涂層。沉積到金屬基底上的這樣的保護性涂層可賦予所述金屬基底很多有益的性質(zhì)，其包括提供優(yōu)異的傳熱性、物理撓性,以及對于來自周圍環(huán)境的損害和腐蝕的抵抗性。所述保護性涂層可由電沉積介質(zhì)沉積到金屬基底上。如可領(lǐng)會的，這樣的來自所述介質(zhì)的電沉積可與由基底材料形成保護性涂層的陽極化工藝不同。例如，在某些實施方式中，所述保護性涂層的約5％或更多可來自所述電沉積介質(zhì)。另外，所述保護性涂層可由與下伏的金屬基底不同的化學(xué)物種形成。

電化學(xué)沉積工藝在將保護性涂層沉積到金屬基底或其它表面中可包括若干個步驟。例如，這樣的步驟可包括：提供電沉積介質(zhì)，使金屬基底的至少一部分暴露于所述電沉積介質(zhì)，和使電流傳導(dǎo)通過所述金屬基底以在所述金屬基底上電化學(xué)沉積保護層。如將領(lǐng)會的，某些步驟的順序可變化或與其它步驟組合。例如，在某些實施方式中，可圍繞現(xiàn)有的金屬基底例如導(dǎo)電線沉積電沉積介質(zhì)。

可在所述電化學(xué)沉積工藝中使用多種合適的電沉積介質(zhì)以形成提供本文所述的優(yōu)點的保護性涂層。在一個實施方式中，電沉積介質(zhì)可包括一種或多種金屬組分(例如原金屬或類金屬化合物)、一種或多種季銨化合物、和水。如可領(lǐng)會的，這樣的電沉積介質(zhì)可不含有機溶劑并且可為水溶液。所使用的水可為不干擾其它組分的任何合適的水，例如蒸餾水、去離子水或去礦物質(zhì)水。

在某些實施方式中，所述金屬組分可選自金屬氧化物、金屬氫氧化物、有機金屬化合物、金屬烷氧化物化合物、與酮或二酮的金屬絡(luò)合物、及其組合。各金屬組分可具有選自如下的元素：鋯(Zr)；鉿(Hf)；釔(Y)；鋅(Z)；硅(Si)；或鑭系和錒系金屬的任意者。合適的金屬組分的說明性實例可包括異丙醇鋯、丁醇鋯、乙醇鋯、與合適配體的鋯絡(luò)合物、及其組合。

在某些實施方式中，所述金屬組分的一種或多種可為具有通式Si(OR)₄的硅的烷氧化物，其中R為烷基。這樣的金屬組分也稱為正硅酸烷基酯。合適的正硅酸烷基酯的實例可包括正硅酸四乙酯(“TEOS”)、正硅酸四甲酯、正硅酸四丙酯、和正硅酸四丁酯。可使用包含TEOS的電沉積介質(zhì)在金屬基底上制造硅氧化物保護性涂層、例如二氧化硅保護性涂層。在某些實施方式中，電沉積介質(zhì)中硅的烷氧化物的濃度可為約1g/L-約10g/L。

在某些實施方式中，一種或多種金屬組分可為鋯的無機金屬絡(luò)合物，其包括例如，碳酸銨鋯(“AZC”)、碳酸鉀鋯、和碳酸鈉鋯。在某些實施方式中，這樣的無機金屬絡(luò)合物在電沉積介質(zhì)的濃度可為約3g/L-約13g/L。

在某些實施方式中，所述金屬組分的一種或更多種可為酸性金屬或酸性類金屬物種，其包括例如，酸性金屬例如鉬酸和硼酸，或者酸性類金屬物種例如五氧化二釩。這樣的實例中的金屬或類金屬可選自鉬、釩、硼、硅、磷、鎢、鉭、砷、鍺、碲、釙、或鈮。在某些實施方式中，所述酸性金屬或酸性類金屬物種在所述電沉積介質(zhì)中的濃度可為約0.5g/L-約3.5g/L。

在某些實施方式中，所述金屬組分可為異丙醇鋁，并且異丙醇鋁在所述電沉積介質(zhì)中的濃度可為約2g/L-約6g/L。

在某些實施方式中，可向包含所述一種或多種金屬組分的電沉積介質(zhì)中加入一種或多種季銨化合物或季化合物。合適的季銨化合物可包括三甲基羥乙基氫氧化銨(“膽堿”)、四丁基氫氧化銨、芐基三乙基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四甲基氫氧化銨、和芐基三甲基氫氧化銨。某些電沉積介質(zhì)中的合適的季化合物可包括四丁基氫氧化芐基三乙基氫氧化四乙基氫氧化四甲基氫氧化芐基三甲基氫氧化和三甲基羥乙基氫氧化

所述一種或多種金屬組分和所述一種或多種季銨化合物之間的合適的化學(xué)計量比可從約1:0.3的摩爾比到約1:3的摩爾比變化。例如，包含約1摩爾五氧化二釩的電沉積介質(zhì)可包括約4摩爾三甲基羥乙基氫氧化銨。在某些實施方式中，所述一種或多種季銨化合物在所述電沉積介質(zhì)中具有約0.5g/L-約10g/L的濃度；和在某些實施方式中，約1g/L約5g/L。

在另一些實施方式中，可采用另外的電沉積介質(zhì)，其包括基本不含所述一種或多種金屬組分和所述一種或多種季銨化合物或季化合物的電沉積介質(zhì)。例如，電沉積介質(zhì)可包括一種或多種金屬鹽并且可基本不含一種或多種季銨化合物或季化合物。合適的金屬鹽可包括金屬碳酸鹽或金屬硅酸鹽。

金屬碳酸鹽可包括鈉、鉀、鋰、銣、和銫與碳酸根官能團的鹽。合適的金屬碳酸鹽可包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鋰、碳酸氫鋰、碳酸銣、碳酸氫銣、碳酸銫、和碳酸氫銫。在某些實施方式中，金屬碳酸鹽可以約0.1g/L-約10g/L的濃度包含于電沉積介質(zhì)中。

金屬硅酸鹽可包括水溶性一價金屬陽離子的鹽。合適的金屬硅酸鹽可包括硅酸鋰、硅酸鈉、偏硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸銣、和硅酸銫。在某些實施方式中，金屬硅酸鹽可以約4g/L的濃度包含于電沉積介質(zhì)中。

某些電沉積介質(zhì)，包括例如具有季銨化合物或季化合物的水性電沉積介質(zhì)，可進一步包含另外的組分。例如，在某些實施方式中，可將共反應(yīng)物改性劑或添加劑包含于電沉積介質(zhì)中以改善電化學(xué)沉積的保護性涂層對于金屬基底的粘附和防止保護性涂層的粉化。這樣的共反應(yīng)物改性劑或添加劑可為磷酸鹽或氟化物化學(xué)物種、或其共軛酸，例如磷酸、磷酸銨物種、磷酸鈉物種、氟化銨、氟氫化銨、或其組合。在某些實施方式中，共反應(yīng)物改性劑或添加劑可以約1g/L-約2g/L的濃度包含于電沉積介質(zhì)中。

此外或者替代性地，可將其它組分加入到(或分散到)電沉積介質(zhì)中，所述其它組分包括納米填料/納米粉末和顏料。加入到電沉積介質(zhì)中的合適的納米填料/納米粉末可在所述電化學(xué)沉積工藝期間產(chǎn)生混雜的(hybrid)保護性涂層。這樣的混雜的涂層除了電化學(xué)沉積的保護性涂層中的原始組分之外還可包含納米粒子。這些混雜的涂層可容許具有較粗糙表面的保護性涂層或具有改善的耐久性或厚度的保護性涂層的形成。

可分散于電沉積介質(zhì)中的合適的納米填料/納米粉末可包括氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、硫化物、硅化物、納米粘土、納米滑石、納米碳酸鈣、和其它納米級填料。這樣的氧化物的實例可包括氧化鋁、氧化鋯、氧化銫、氧化鉻、氧化鎂、氧化硅、氧化鐵、氧化釔、復(fù)合氧化物、尖晶石、和其組合。同樣地，可用作納米填料/納米粉末的硼化物的合適的實例可包括硼化鋯、硼化鉻、硼化鑭、和其組合。氮化物的合適的實例可包括氮化硅、氮化鋁、氮化硼、和其組合。碳化物的實例可包括碳化硼、碳化硅、碳化鉻、碳化鋯、碳化鉭、碳化釩、碳化鎢、和其組合。硫化物納米填料/納米粉末可包括硫化鉬、硫化鎢、硫化鋅、硫化鈷、和其組合。合適的硅化物可包括硅化鎢、和硅化鉬。如將領(lǐng)會的，在電沉積介質(zhì)中也可使用一種或多種納米填料/納米粉末的組合。

在某些實施方式中，可用于包括在電沉積介質(zhì)中的合適的顏料可包括IR顏料、有機顏料、和無機顏料。如將領(lǐng)會的，顏料可在尺寸方面變化，并且在某些實施方式中可為納米填料級的顏料。某些合適的顏料的實例公開于美國專利No.7,174,079中，其特此通過引用并入。IR顏料可通過增大入射的紅外輻射的反射而改善保護性涂層的導(dǎo)熱性。

合適的電沉積介質(zhì)可通常具有大于7的pH。例如，電沉積介質(zhì)可具有在某些實施方式中約8-約14、在某些實施方式中約8-約11、或者在某些實施方式中約10-約11的pH。

在所述電化學(xué)沉積工藝期間，電沉積介質(zhì)基本上保持為液態(tài)水溶液并且將其放置成與金屬基底的至少一部分接觸。所述電沉積介質(zhì)在該工藝期間可以約0℃-約90℃范圍內(nèi)的溫度保持在合適的容器(例如槽(bath)或罐)中。

至少部分地暴露并且放置成與電沉積介質(zhì)接觸的金屬基底可具有多種不同構(gòu)造、形狀和/或期望的應(yīng)用。例如，合適的金屬基底可具有多種形狀，例如平的、彎曲的、多曲面的(多起伏的，multi-contoured)、線狀的、或可包括較大的制品表面的全部或僅一部分的其它期望形狀。作為非限制的說明性實例，所述金屬基底根據(jù)某些實施方式可為電部件例如電子線圈、電路、變壓器、馬達、轉(zhuǎn)子、印刷電路板、互連線、或用于高真空設(shè)備中的線圈的線。這樣的電部件的其它說明性實例可包括暴露于高溫的金屬基底，例如渦輪機的部件或線。由所述電沉積工藝形成的保護性涂層在某些實施方式中可為這樣的金屬基底提供電絕緣、高溫穩(wěn)定性、和撓性。然而，如可領(lǐng)會的，在其它某些實施方式中，所述保護性涂層可替代性地為半導(dǎo)電的或?qū)щ姷摹?/p>

根據(jù)某些實施方式，任何導(dǎo)電的金屬基底可用保護性涂層進行保護。合適的金屬基底的實例可包括由鋁、銅、鋼、和鎂的一種或多種形成的基底。

另外，可將涂層施加到高架的傳輸線路配件。例如，變電站可包括可受益于本文所述的保護性涂層的多個配件，其包括斷路器和變壓器例如電流耦合變壓器。也可受益于這樣的保護性涂層的傳輸線路配件的另外實例可包括空端(deadend)/終端(termination)產(chǎn)品、接片/接頭、懸掛和支撐產(chǎn)品、運動控制/振動產(chǎn)品(有時稱為阻尼器)、拉線產(chǎn)品(guying product)、野生動物保護和嚇阻產(chǎn)品、導(dǎo)體和壓接修復(fù)零件(部分，part)、變電站產(chǎn)品、夾具、電暈環(huán)、連接器、匯流條(母線)和用在傳輸線上或附近的任何其它金屬物件。

在其它某些實施方式中，金屬基底可為航空航天部件，例如發(fā)動機部件。所述保護性涂層改善的耐腐蝕和磨損性在某些這樣的航空航天實例中可代替用于航空航天部件和鍍鋁的復(fù)合材料的其它底漆和預(yù)處理。如將領(lǐng)會的，底漆或預(yù)處理的除去可減少制造時間和成本。

在某些實施方式中，金屬基底可包括用于建筑結(jié)構(gòu)體例如窗框、門框、門、窗臺(門檻、梁，sill)、屋頂瓦、金屬煙囪、和在建筑結(jié)構(gòu)體例如柵欄、游泳池配件等中或附近發(fā)現(xiàn)的任何其它金屬部件的外部部件。另外，所述金屬基底可為在甲板、室外家具、或草坪和庭院設(shè)施上發(fā)現(xiàn)的金屬部件。這樣的實例中的保護性涂層可向所述金屬基底提供優(yōu)異的耐腐蝕性和耐久性。如可領(lǐng)會的，，這樣的耐腐蝕性可對于在某些環(huán)境例如干旱的沙漠或鹽堿海洋附近的不動產(chǎn)(固定設(shè)備，real estate)是特別有益的。

金屬基底在某些實施方式中也可為汽車發(fā)動機的部件。如將領(lǐng)會的，汽車發(fā)動機可在包括低溫短期使用以及延長的高速高溫使用的寬范圍的極端條件下運行。電化學(xué)沉積的保護性涂層可向汽車發(fā)動機和其它汽車部件提供對于在這樣的極端條件范圍下運行所必要的耐磨性、耐腐蝕性和降低的摩擦。摩擦的降低還可改善該零件的效率和壽命。其它合適的汽車部件的實例可包括活塞、進氣歧管、制動器(剎車)部件、鋁結(jié)構(gòu)部件、鋼結(jié)構(gòu)部件、水泵、氣缸蓋、和襯里。

在其它某些實施方式中，金屬基底可替代性地為廚房設(shè)施的部件。作為非限制性實例，所述金屬基底可為鍋、平底鍋，或者可為例如立式攪拌機(stand mixer)、共混機(blender)或食物加工機(food processor)的廚房設(shè)施的組件。這樣的金屬基底可受益于電化學(xué)沉積的保護性涂層的改善的耐久性和防熱。

如還將進一步領(lǐng)會的，電化學(xué)沉積的保護性涂層還可用于暴露于在鹽沼(saltwater)或沿海地區(qū)附近發(fā)現(xiàn)的鹽堿環(huán)境的金屬基底。如將領(lǐng)會的，保護層的耐腐蝕性可改善這樣的金屬基底的耐久性和壽命。這樣的金屬基底的實例可包括緊固件、航空發(fā)動機、汽車零件、船和在鹽堿環(huán)境中或附近常見的其它船舶部件。船舶部件的實例可包括輕金屬船舶發(fā)動機零件、舷外機(outboard)、和船尾驅(qū)動器。

另外，金屬基底可為加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(“HVAC”)系統(tǒng)的部件。這樣的系統(tǒng)中的保護性涂層可向部件提供較長的壽命和改善的性能。

如現(xiàn)在可領(lǐng)會的，所述電化學(xué)沉積工藝可用于多種產(chǎn)品和工業(yè)以向金屬基底提供均勻的、耐久的和有吸引力的表面。

電化學(xué)沉積方法可以間歇工藝、半間歇工藝或連續(xù)工藝在制品的導(dǎo)電性金屬基底上提供保護性涂層。在某些實施方式中，為了賦予電沉積工藝額外的靈活性，間歇工藝可為優(yōu)選的。通常，在間歇過程中，可將制品的導(dǎo)電性金屬基底浸沒或暴露于電沉積介質(zhì)和電壓以接收保護性涂層。然而，這樣的間歇工藝的很多變型是可行的。例如，在某些間歇工藝中，可通過如下而遞增地涂覆導(dǎo)電性金屬基底：將所述金屬基底的僅一小部分暴露于所述電沉積介質(zhì)、在該金屬基底的所述一小部分上形成保護性涂層、和然后遞增地將所述金屬基底的更多部分暴露于所述電沉積介質(zhì)。這樣的遞增間歇涂覆工藝可容許減少所使用的電流量，或者可容許涂覆不規(guī)則幾何形狀的制品。遞增涂覆也可容許使用較小的電沉積槽。如可進一步領(lǐng)會的，其它變型也是可行的。例如，可用防水涂層、膠帶等使所述導(dǎo)電性金屬基底的一個或多個部分免受所述電沉積介質(zhì)，以防止在這樣的遮蓋部分處電沉積保護性涂層。如可領(lǐng)會的，這樣的步驟可容許制品具有未被保護性涂層保護的金屬基底部分。這樣的未保護部分可為有用的，例如容許電連接到或機械附著到所述制品。

替代地，在某些實施方式中，金屬基底可為線(例如導(dǎo)電線)或多股絞合線的表面。例如，可將絞合線的各單獨股線通過電化學(xué)沉積的保護層保護，然后絞合在一起以形成最終的絞合導(dǎo)體。替代地，可將這樣的絞合導(dǎo)體中的僅某些股線例如最外面的股線用電化學(xué)沉積的保護性涂層進行涂覆。在這樣的絞合導(dǎo)體中，可將最外面的股線用電化學(xué)沉積的保護性涂層進行保護，然后將它們與裸股線絞合在一起以形成絞合導(dǎo)體。該構(gòu)造提供這樣的絞合電纜(纜線)：其呈現(xiàn)電化學(xué)沉積的保護性涂層的優(yōu)點，但是成本減少。

在某些實施方式中，電化學(xué)沉積還可在所述導(dǎo)體的絞合之后發(fā)生。在這樣的實施方式中，可將預(yù)先絞合的導(dǎo)體浸沒或暴露于電化學(xué)沉積介質(zhì)并用電化學(xué)沉積的保護性涂層涂覆。如將領(lǐng)會的，這樣的方法可提供向多股絞合導(dǎo)體提供保護性涂層的低成本方法。

電化學(xué)沉積方法可通過間歇工藝、半間歇工藝、連續(xù)工藝、或這樣的工藝的組合在線的導(dǎo)電性表面上提供保護性涂層。在連續(xù)工藝中，可使股線或多股絞合導(dǎo)體連續(xù)地前進通過電化學(xué)沉積介質(zhì)與電壓以接收保護性涂層。作為對比，在間歇工藝或半間歇工藝中，將裸的單獨的股線或多股絞合導(dǎo)體纏繞到卷線軸上，然后浸沒到電化學(xué)沉積介質(zhì)中以電化學(xué)沉積保護性涂層。

在某些實施方式中，線可為高架導(dǎo)體。如可領(lǐng)會的，高架導(dǎo)體和電纜可以多種構(gòu)造形成，所述構(gòu)造包括鋁導(dǎo)體鋼增強的(“ACSR”)電纜、鋁導(dǎo)體鋼支撐的(“ACSS”)電纜、鋁導(dǎo)體復(fù)合芯(“ACCC”)電纜和全鋁合金導(dǎo)體(“AAAC”)電纜。ACSR電纜是高強度的絞合導(dǎo)體，并且包括外部導(dǎo)電股線和支撐性中央股線。外部導(dǎo)電股線可由具有高導(dǎo)電性和低重量的的高純鋁合金形成。所述中央支撐性股線可為鋼，并且可具有用于支撐更具延展性的外部導(dǎo)電股線所需的強度。ACSR電纜可具有整體上高的抗張強度。ACSS電纜為同心扭絞電纜，并且包括：中央鋼芯，圍繞其絞合一層、或者多層鋁或鋁合金線。作為對比，ACCC電纜是通過由碳、玻璃纖維或聚合物材料的一種或多種形成的中央芯增強的。復(fù)合芯相對于全鋁或鋼增強的常規(guī)電纜可提供多種優(yōu)勢，因為復(fù)合芯的高的抗張強度和低的熱下垂的組合使得實現(xiàn)較長的跨距(跨度，span)。ACCC電纜可使得能夠用較少的支撐結(jié)構(gòu)體建造新的線路。AAAC電纜用鋁或鋁合金線制成。AAAC電纜由于它們大部分地或完全地是鋁的事實而可具有較好的耐腐蝕性。ACSR、ACSS、ACCC和AAAC電纜可用作用于高架配送和傳輸線路的高架電纜。

圖1、2、3和4說明了多種根據(jù)某些實施方式的裸高架導(dǎo)體。圖1-4中描繪的各高架導(dǎo)體可包括所述涂覆組合物。另外，圖1和3可在某些實施方式中通過選擇鋼用于芯和鋁用于導(dǎo)線而形成為ACSR電纜。同樣地，圖2和4可在某些實施方式中通過適當?shù)剡x擇鋁或鋁合金用于導(dǎo)電線而形成為AAAC電纜。

如圖1中所示，某些裸高架導(dǎo)體100通?？砂ㄓ梢桓蚨喔€制成的芯110、位于芯110周圍的多根圓形橫截面的導(dǎo)線120、和保護層130。保護層130可電化學(xué)沉積到導(dǎo)線120上，或者可僅電化學(xué)沉積到電纜100的暴露的外部部分上。芯110可為鋼、因瓦鋼、碳纖維復(fù)合材料、或可賦予所述導(dǎo)體以強度的任何其它材料。導(dǎo)線120可由任何合適的導(dǎo)電性材料制成，所述導(dǎo)電性材料包括銅、銅合金、鋁、鋁合金(包括1350型鋁、6000系列合金鋁、鋁-鋯合金)、或任何其它導(dǎo)電性金屬。

如圖2中所示，某些裸高架導(dǎo)體200通?？砂▓A形導(dǎo)線210和保護層220。導(dǎo)線210可由銅、銅合金、鋁、鋁合金(包括1350型鋁、6000系列合金鋁、鋁-鋯合金)、或任何其它導(dǎo)電性金屬制成。保護層220可電化學(xué)沉積到導(dǎo)線210上，或者可僅電化學(xué)沉積到電纜200的暴露的外部部分上。

如圖3中看到的，某些裸高架導(dǎo)體300通常可包括一根或多根線的芯310、圍繞芯310的多根梯形導(dǎo)線320、和保護層330。保護層330可電化學(xué)沉積到導(dǎo)線320上，或者可僅電化學(xué)沉積到電纜300的暴露的外部部分上。芯310可為鋼、因瓦鋼、碳纖維復(fù)合材料、或賦予所述導(dǎo)體以強度的任何其它材料。導(dǎo)線320可為銅、銅合金、鋁、鋁合金(包括1350型鋁、6000系列合金鋁、鋁-鋯合金)、或任何其它導(dǎo)電性金屬。

如圖4中所示，某些裸高架導(dǎo)體400通?？砂ㄌ菪螌?dǎo)線410和保護層420。導(dǎo)線410可由銅、銅合金、鋁、鋁合金(包括1350型鋁、6000系列合金鋁、鋁-鋯合金)、或任何其它導(dǎo)電性金屬形成。保護層420可電化學(xué)沉積到導(dǎo)線410上，或者可僅電化學(xué)沉積到電纜400的暴露的外部部分上。

此外或者替代地，可將保護性涂層用于復(fù)合芯導(dǎo)體設(shè)計中。復(fù)合芯導(dǎo)體由于其在較高的工作溫度下的較低下垂和其較高的強度對重量比而是有用的。由于保護性涂層而引起的導(dǎo)體工作溫度的進一步降低可進一步減小某些復(fù)合芯導(dǎo)體的下垂并且可降低所述復(fù)合物中的某些聚合物樹脂的劣化(降解)。復(fù)合芯的非限制性實例可參見美國專利No.7,015,395、美國專利No.7,438,971、美國專利No.7,752,754、美國專利申請No.2012/0186851、美國專利No.8371028、美國專利No.7,683,262和美國專利申請No.2012/0261158，其各自通過引用并入本文。

在某些實施方式中，高架導(dǎo)體中的線的一根或多根除了用所述電化學(xué)沉積的保護性涂層之外還可用第二涂層另外進行保護。這樣的第二涂層的合適實例可包括聚四氟乙烯、氟乙烯乙烯基醚共聚物、油漆、或其組合。如可領(lǐng)會的，第二涂層可施加到高架導(dǎo)體中的各個線，或者可僅施加到高架導(dǎo)體的暴露的外部部分。

金屬基底通常可由包括例如如下的各種各樣的合適金屬形成：鋁、銅、鋼、鋅、鎂、或其任何合金。在某些實施方式中，可對所述金屬基底進行鍍鋅(galvanize)?？慑冧\的金屬基底的非限制性實例包括鋁和鋼金屬基底。在某些實施方式中，所述金屬基底可由與所述電沉積介質(zhì)中的金屬組分不同的金屬形成。例如，如果所述金屬基底由鋁或鋁合金形成，則所述保護性涂層可為由包含例如TEOS的電沉積介質(zhì)形成的二氧化硅。

如將領(lǐng)會的，在某些實施方式中，還可使用技術(shù)例如電鍍、鍍鋅、溶膠凝膠沉積、無電沉積、和其它已知的金屬形成方法在制品上形成合適的金屬基底。這樣的技術(shù)可獨立地或者以多部分的(multi-part)工藝使用，以向某些制品提供適合于施加電化學(xué)沉積的保護性涂層的金屬基底。

在一個實施方式中，電流的傳導(dǎo)可通過等離子體電解沉積工藝將保護性涂層電化學(xué)沉積到金屬基底上。所述基底可有效地充當與電沉積介質(zhì)和提供的陰極結(jié)合的電化學(xué)池中的陽極。所述陰極可由任何合適的金屬形成，并且在某些實施方式中可與所述電沉積介質(zhì)中的金屬組分的金屬離子匹配。替代地，在某些實施方式中，可使用鈦陰極。然而，所述電化學(xué)沉積介質(zhì)不限于等離子體電解沉積，并且在某些實施方式中可用在采用對于等離子體形成而言太低的電壓的電化學(xué)沉積工藝中。

所述電流可為直流電、脈沖直流電或交流電。電流密度在某些實施方式中可適宜地從約1amp/ft²至約30amps/ft²變化，并且在某些實施方式中可適宜地從約5amps/ft²至約15amps/ft²變化。平均電壓電位可從約0.1伏特至約600伏特變化。在某些實施方式中，平均電壓電位可從約0.1伏特至約200伏特、在某些實施方式中從約5伏特至約100伏特、和在某些實施方式中從約10伏特至約50伏特變化。在其它某些實施方式例如等離子體電解沉積實施方式中，平均電壓電位可從約250伏特至約600伏特、在某些實施方式中從約350伏特至約600伏特和在某些實施方式中從約450伏特至約550伏特變化。

所述電流可為直流電或交流電，并且可具有任何合適的波形，例如反相正弦波、矩形、三角形和正方形波形。這樣的波形的頻率可從約1Hz至約4,000Hz變化。在某些實施方式中，所述電流可為脈沖的。

在所述電化學(xué)沉積工藝期間，所述電流可以施加受限的時間段。例如，電流可在某些實施方式中傳導(dǎo)約5秒-約5分鐘，在某些實施方式中傳導(dǎo)約15秒-約3分鐘，和在某些實施方式中傳導(dǎo)約30秒-約1分鐘。如可領(lǐng)會的，這樣的持續(xù)時間可顯著短于對于陽極化工藝所必需的持續(xù)時間。

如可領(lǐng)會的，電化學(xué)沉積工藝還可包括另外的步驟。例如，電化學(xué)沉積工藝可包括：預(yù)處理金屬基底以在將所述金屬基底暴露于所述電沉積介質(zhì)之前清潔和準備所述金屬基底的表面。合適的預(yù)處理步驟可包括熱水清潔、超聲清潔、壓縮空氣清潔、蒸汽清潔、刷清潔、熱處理、溶劑擦拭、等離子體處理、除眩(deglaring)、除垢、噴砂、酸性或堿性蝕刻、鈍化、和其組合。這樣的工藝可在所述電化學(xué)沉積工藝開始之前除去污垢、灰塵、油和來自所述金屬基底的氧化或腐蝕損害。另外，某些處理，如鈍化，可增加電化學(xué)沉積的保護性涂層的重量和厚度。這樣的處理允許在將期望的保護性涂層沉積到特定的金屬基底以賦予最終制品潛在的機械或電學(xué)優(yōu)點方面的另外的靈活性。

另外，某些電化學(xué)沉積工藝還可包括在所述金屬基底與電沉積介質(zhì)接觸之后干燥所述金屬基底。取決于各種情況(包括所述金屬基底的尺寸和構(gòu)造)，干燥可通過多種方法例如通過空氣干燥或使用烘箱進行。例如，當將保護層連續(xù)地電化學(xué)沉積到線上時，在將所述線重新纏繞到卷繞軸之前干燥所述線可為有利的。

根據(jù)某些實施方式，電化學(xué)沉積的保護性涂層可具有很多期望的特電，包括有益的傳熱性、厚度、撓性、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性。如可領(lǐng)會的，這樣的有益的性質(zhì)可改善所述保護性涂層沉積于其上的下伏的金屬基底的多種品質(zhì)。例如，改善的耐腐蝕性可改善線導(dǎo)體的壽命。接著說，所述保護性涂層可通過降低所述線的工作溫度而改善這樣的線的載流容量和安培容量。作為另外的實例，高架導(dǎo)體可由于所述保護性涂層的改善的傳熱、平滑度和電絕緣性而具有減少的冰和灰塵積聚和改善的耐電暈性。

根據(jù)某些實施方式，電化學(xué)沉積的保護性涂層可具有有益的傳熱性，其可通過比單獨的未處理的金屬基底快地散熱而有助于降低金屬基底的溫度。例如，在其中金屬基底為線表面的實施方式中，具有電化學(xué)沉積的保護性涂層的導(dǎo)體(例如導(dǎo)電線)與不具有電化學(xué)沉積的保護性涂層的對比性導(dǎo)體相比，在兩種線均在類似的工作條件下(例如在測得為約100℃或更高的工作溫度下)工作時，可冷約5℃或更高地工作。

電化學(xué)沉積的保護性涂層根據(jù)某些實施方式可具有期望的厚度。例如，電化學(xué)沉積的保護性涂層可具有在某些實施方式中約1微米-約100微米、在某些實施方式中約5微米-約60微米和在某些實施方式中約10微米-約35微米的厚度。金屬基底的不同點處的厚度的變化性可為最小的。例如，在某些實施方式中，電化學(xué)沉積的保護層的厚度可變化約3微米或更小，在某些實施方式中2微米或更小，和在某些實施方式中約1微米或更小。

在某些實施方式中，具有電化學(xué)沉積的保護性涂層的制品還可展現(xiàn)出良好的撓性和熱穩(wěn)定性。例如，制品當在具有0.5英寸直徑的心軸上彎曲時可不顯示出可視的裂紋。在某些實施方式中，撓性涂層當在范圍為0.5英寸-5英寸的心軸直徑上彎曲時可不顯示出可視的裂紋。另外，制品還可呈現(xiàn)對于壓縮力的良好的抵抗性。例如，具有本文所述的保護性涂層的電連接器可跟隨由使所述連接器卷曲所導(dǎo)致的應(yīng)力而保持完整性(例如所述保護性涂層可保持粘附至所述連接器而沒有開裂或磨蝕(abrading))。

另外，在某些實施方式中，具有電化學(xué)沉積的保護性涂層制品在包括水老化測試和鹽水老化測試的多種水淹沒測試之后可保持穩(wěn)定。

根據(jù)某些實施方式，涂覆有電化學(xué)沉積的保護性涂層的金屬基底可通過測量金屬對于腐蝕的敏感性的ASTM B 117鹽霧測試。來自表1的實施例2的13cm長、1.2cm寬和0.1cm高的涂覆的鋁樣品帶通過約1,100小時而沒有腐蝕或者在重量或外觀方面的任何變化。

根據(jù)某些實施方式，具有電化學(xué)沉積的保護性涂層的制品在暴露于酸性pH或堿性pH溶液之后也可保持穩(wěn)定。

在某些實施方式中，電化學(xué)沉積的保護性涂層可為導(dǎo)電的、半導(dǎo)電的或電絕緣的。所述保護性涂層的導(dǎo)電性可取決于在所述涂層中電化學(xué)沉積的各化學(xué)物種的量和厚度而變化。如可領(lǐng)會的，金屬氧化物例如二氧化硅不是導(dǎo)電的，并且所述保護性涂層中這樣的氧化物的量和厚度可影響電性質(zhì)。因此，可領(lǐng)會，可使某些保護性涂層，例如相對薄的保護性涂層或引入某些另外填料的涂層，適合導(dǎo)電性的要求。如本文所使用的，“不導(dǎo)電的”可意味著約10⁴歐姆或更大的表面電阻率。具有電化學(xué)沉積的保護性涂層的制品在某些實施方式中可具有范圍為約10⁵歐姆-約10¹²Ω的表面電阻率。

如可領(lǐng)會的，有時可期望從金屬基底除去保護性涂層。根據(jù)某些實施方式，可通過機械力或化學(xué)手段將如本文所述的保護性涂層從金屬基底除去。例如，所施加的足夠的機械力可磨蝕所述涂層并最終導(dǎo)致所述保護性涂層的除去。作為具體的實例，可使用鋼絲刷從電線除去保護性涂層。

替代地，在某些實施方式中，可使用溶劑除去如本文所述的保護性涂層。通常，可使用可溶解所述保護性涂層的任何合適的溶劑除去保護性涂層的全部或一部分。盡管可使用很多慣用的溶劑，但是在某些實施方式中使用在本文所述的電沉積介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的溶劑也可為有利的。例如，在某些實施方式中，可使用季銨成分例如膽堿溶解保護性涂層。

實驗

測試方法

1.溫度下降量：通過施加電流經(jīng)過涂覆有由本發(fā)明的電化學(xué)沉積工藝沉積的保護性涂層的線樣品和未涂覆的對比性線樣品而測量測試樣品的熱數(shù)據(jù)。未涂覆的線樣品選自類似的鋁或鋁合金基底，但是不具有保護層。各樣品線各自具有約0.1075英寸的直徑和約6.0英寸的長度。各樣品用圖5中所示的設(shè)備進行測試。

如圖5中所示，測試設(shè)備包括60Hz AC電源、真RMS鉗形電流計(true RMS clamp-on current meter)、溫度數(shù)據(jù)記錄裝置和計時器。測試在68英寸寬×33英寸深的開窗的安全外殼(防護罩，enclosure)內(nèi)進行以控制所述樣品周圍的空氣運動。排氣罩位于測試設(shè)備上方64英寸處用于通風(fēng)。

通過由計時器控制的繼電器觸點將待測試的樣品與AC電源串聯(lián)連接。使用所述計時器控制測試的持續(xù)時間。通過真RMS鉗形電流計監(jiān)測流動通過所述樣品的60Hz AC電流。使用熱電偶測量所述樣品的表面溫度。使用彈簧夾具，將熱電偶的尖端保持與所述樣品的中心表面緊密地接觸。通過溫度數(shù)據(jù)記錄裝置監(jiān)測所述熱電偶以提供溫度的連續(xù)記錄。

在該實驗裝置上在相同條件下測試未涂覆的基底樣品和涂覆的基底樣品兩者的溫度升高。電流設(shè)定在期望水平并且在測試期間進行監(jiān)測以保證恒定電流流動通過所述樣品。計時器設(shè)定在期望值；并且溫度數(shù)據(jù)記錄裝置設(shè)定為以每秒一個讀數(shù)的記錄間隔記錄溫度。

對于各測試，將計時器與電源同時開動以開始測試。一旦電流流動通過所述樣品，溫度就立即開始升高。該表面溫度變化通過溫度數(shù)據(jù)記錄裝置自動地記錄。一旦完成測試時間段，計時器就自動地關(guān)掉電源，從而終止測試。

一旦未涂覆的樣品被測試過，將其從所述裝置除去，并且由具有保護性涂層的本發(fā)明樣品代替。將本發(fā)明性品以和對比性的未涂覆的樣品相同的方式進行測試。

然后從溫度數(shù)據(jù)記錄裝置獲取溫度測試數(shù)據(jù)，并使用通用計算機進行分析。

2.撓性彎曲測試：使用心軸彎曲測試在熱老化之前和之后兩者測試涂層的撓性。在心軸彎曲測試中，將樣品在尺寸漸減的圓柱形心軸上彎曲并且在各心軸尺寸下觀察涂層中的任何可視的裂紋。可視裂紋的存在表明樣品的失敗。如可領(lǐng)會的，心軸直徑的減小增加了測試的困難。還對樣品進行熱老化以測試保護性涂層的熱穩(wěn)定性。通過將樣品在250℃溫度下的空氣循環(huán)烘箱中放置7日并然后在室溫下放置24小時的時間段而對樣品進行熱老化。如果如下的話，則認為樣品已經(jīng)通過心軸彎曲測試：它們在熱老化之前和之后在具有小至0.5英寸的直徑的心軸上彎曲時均不具有可視的裂紋。對于所述心軸彎曲測試，使用具有0.1075英寸的直徑和6.0英寸的長度的線樣品。盡管心軸彎曲測試在線樣品上進行，但是心軸彎曲測試對于其它金屬基底也可為可用的，或者可開發(fā)或使用與其它金屬基底結(jié)合的其它撓性彎曲測試。

3.水老化：將樣品在天平稱重并且然后在水中在90℃進行水老化7日。隨后，將樣品在天平上再次稱重以測定重量變化。對于水老化，使用具有0.1075英寸的直徑和6.0英寸的長度的線樣品。

4.鹽溶液老化：將樣品在天平上稱重并且然后將其在3％氯化鈉水溶液中淹沒7日。隨后將樣品在天平上再次稱重以測定重量變化。對于水老化，使用具有0.1075英寸的直徑和6.0英寸的長度的線樣品。

5.酸性或堿性pH老化：酸性pH溶液是由在水中稀釋濃硫酸以形成具有約3-約4的pH的溶液而制備的。類似地，堿性溶液是由在水中稀釋氫氧化鈉以形成具有約10-約11的pH的溶液而制備的。對于酸性或堿性pH老化，使用具有0.1075英寸的直徑和6.0英寸的長度的線樣品。

6.鹽霧測試：鹽霧測試依據(jù)ASTM B 117進行。在ASTM B 117測試中，使用鋒利的刀片切割出穿過保護性涂層的十字標記以使裸金屬表面暴露。然后，依據(jù)ASTM B 117用鹽浴噴霧對樣品進行噴霧并然后進行觀察，以注意在所述十字標記處的任何腐蝕、涂層在顏色或平滑度方面的變化、或樣品的任何重量變化。測試樣品為13cm長、1.2cm寬和0.1cm高。

以電沉積介質(zhì)的制備和測試樣品的制備為起點，使用標準化測試程序?qū)Τ练e到金屬基底上的電化學(xué)沉積的保護性涂層進行評價。使用實驗室級的試劑用表1中所公開的組分制備各電沉積介質(zhì)。將組分順序地加入到100mL去礦物質(zhì)水溶液，其中各組分以相對于第一種加入的組分計算的化學(xué)計量量加入。如果加入多種組分，則最后加入金屬組分(例如原金屬或類金屬化合物)。將各電沉積介質(zhì)連續(xù)地攪拌直至金屬組分完全被溶解。然后加入另外的去礦物質(zhì)水以形成1升用于電沉積介質(zhì)的溶液。

測試樣品是使用鋁測試帶或線制備的，如測試方法部分中所指出的。測試帶由International Alloy Designation System鋁合金1350形成。將各樣品通過如下進行表面處理：用丙酮除油污，在氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液中進行蝕刻(50g/L，1分鐘)，在去礦物質(zhì)水中沖洗，在20％硝酸中除垢1分鐘，在去礦物質(zhì)水中重新沖洗，和然后用干凈的布擦干。為了記錄重量增加，將各測試樣品在所述電化學(xué)沉積工藝之前在天平上稱重。

除非另外指出，否則通過如下用保護性涂層電化學(xué)測試樣品：將測試樣品淹沒在電沉積介質(zhì)中和將測試樣品作為陽極連接。還將鈦陰極淹沒在該水溶液中。將所述兩電極之間的電壓平穩(wěn)地升高至約400伏特并且最高至約550伏特并且保持1分鐘。在電化學(xué)沉積工藝期間觀察等離子體。在電化學(xué)沉積工藝完成之后，將測試樣品移出，用去礦物質(zhì)水進行洗滌，并且然后進行干燥和稱重。

表1

表1示出用于制備測試樣品的電沉積介質(zhì)各自的化學(xué)組成，包括相應(yīng)組分的每一種之間的摩爾比和重量。表1還示出用于將保護性涂層電化學(xué)沉積到各相應(yīng)的測試樣品上的電壓、在涂覆相應(yīng)的測試樣品中的電化學(xué)沉積工藝的持續(xù)時間。表1進一步示出這樣的電化學(xué)沉積方法的結(jié)果并且顯示了與各電沉積化學(xué)相關(guān)的重量增加和涂層厚度。

表2

表2示出對由表1中所述的電沉積介質(zhì)和方法形成的實施例進行的測試的結(jié)果。各實施例樣品的工作溫度下降量、心軸彎曲測試、水老化和表面電阻率也在表2中報告。

表3

表3示出對比例1-2的心軸彎曲測試的結(jié)果。所述對比例包括通過刷涂以及陽極化而施加至12.0英寸(L)乘0.50英寸(W)乘0.028英寸(T)的鋁1350級樣品的保護性涂層。對比例1中的涂層厚度為約8-10微米，和對比例2中為約20微米。所述對比例不能通過心軸彎曲測試，因為保護性涂層在所述心軸上開裂。作為對比，本發(fā)明實施例1-10因在具有小至0.5英寸的直徑的心軸上不開裂而均通過心軸彎曲測試。

表4示出由表1和2中所述的實施例1(TEOS和膽堿)和實施例2(碳酸鈉)形成的保護性涂層的元素組成。各實施例的元素組成通過如下測定：形成保護性涂層的樣品和在掃描電子顯微鏡(使用鎢燈絲的提供50x-100,000x放大倍率的TopCon SM 300電子顯微鏡)上檢查所述樣品。在鑒別所述保護性涂層之后，使用附屬的硅漂移能量-色散x-射線光譜法檢測器(IXRF IridiumUltra)測量元素組成。

表4

本文公開的維度(尺度)和值不應(yīng)理解成嚴格限制于所敘述的準確的數(shù)值。相反，除非另外規(guī)定，各這樣的維度意圖表示所述值和在該值附近的功能等同的值。

應(yīng)理解，在整個該說明書中給出的每個最大數(shù)值極限包括每個較低的數(shù)值極限，好像這樣的較小的數(shù)值極限明確地寫入本文中一樣。在整個該說明書中給出的每個最小數(shù)值極限將包括每個較高的數(shù)值極限，好像這樣的較高的數(shù)值極限明確地寫入本文中一樣。在整個該說明書中給出的每個數(shù)值范圍包括落在這樣的較寬的數(shù)值范圍內(nèi)的每個較窄的數(shù)值范圍，好像這樣的較窄的數(shù)值范圍均明確地寫入本文中一樣。

本文所引用的每篇文獻，包括任何交叉參考的或相關(guān)的專利或申請，在此完全并入本文作為參考，除非明確地排除或另有限制。任何文獻的引用并非承認，其相對于在本文所公開或要求保護的任何發(fā)明而言是現(xiàn)有技術(shù)，或者其單獨地、或以與任何其它參考文獻(一篇或多篇)的任何組合地教導(dǎo)、暗示或公開任何這樣的發(fā)明。此外，就本文件中的術(shù)語的任何含義或定義與通過參考并入的文獻中的相同術(shù)語的任何含義或定義相沖突的情況下，以本文件中賦予該術(shù)語的含義或定義為準。

已經(jīng)出于描述目的而呈現(xiàn)實施方式和實施例的前述描述。不意圖是窮盡性的或者限于所描述的形式。按照以上教導(dǎo)，很多改動是可行的。已經(jīng)討論了那些改動的一些，并且其它將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。為了說明各種實施方式而選擇和描述所述實施方式。當然，范圍不限于本文所闡述的實施例或?qū)嵤┓绞?，而是可被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員用于許多應(yīng)用和等同制品。相反，在此意圖是，范圍由所附的權(quán)利要求限定。