Name: localized bathless metal-composite plating via electrostamping
Uploaded: 2020-09-22T12:30:00
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Diese Arbeit wurde durch das Aircraft Equipment Reliability and Maintainability Improvement Program und die Patuxent Partnership unterstützt. Townsend wurde von einem ONR Faculty Research Fellowship unterstützt. Die Autoren würdigen auch die allgemeine Unterstützung der Fakultät für Chemie und Biochemie des SMCM und der Studenten, einschließlich der Unterstützung durch das SMCM-Fußballteam.

1. Herstellung von Beschichtungssalzen
VORSICHT: Nickelsalze und Borsäure sind giftig und sollten mit der richtigen persönlichen Schutzausrüstung wie Nitrilhandschuhen, Einer Brille und einem Labormantel behandelt werden. Starke Säuren und Basen sollten in der Dunstabzugshaube behandelt werden, und alle Abfallchemikalien sollten als sonderstoffbehandelt werden.
<ol><li>Wiegen Sie bei einer Waage die folgenden Pulver in diesen Verhältnissen ab: 10.000 g NiSO4,6H2O, ...

<ol>
	<li>Hunt, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Comprehensive Composite Materials. , (2000).</li><li>Hovestad, A., Janssen, L. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+codeposition+of+inert+particles+in+a+metallic+matrix.">Electrochemical codeposition of inert particles in a metallic matrix.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 25 (6), 519-527 (1995).</li><li>Zimmerman, A. F., Clark, D. G., Aust, K. T., Erb, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulse+electrodeposition+of+Ni-SiC+nanocomposite.">Pulse electrodeposition of Ni-SiC nanocomposite.</a> Materials Letters. 52 (1), 85-90 (2002).</li><li>Devaneyan, S. P., Senthilvelan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro+Co-deposition+and+Characterization+of+SiC+in+Nickel+Metal+Matrix+Composite+Coatings+on+Aluminium+7075.">Electro Co-deposition and Characterization of SiC in Nickel Metal Matrix Composite Coatings on Aluminium 7075.</a> Procedia Engineering. 97, 1496-1505 (2014).</li><li>Lekka, M., Kouloumbi, N., Gajo, M., Bonora, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corrosion+and+wear+resistant+electrodeposited+composite+coatings.">Corrosion and wear resistant electrodeposited composite coatings.</a> Electrochimica Acta. 50 (23), 4551-4556 (2005).</li><li>Balaraju, J. N., Sankara Narayanan, T. S. N., Seshadri, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroless+Ni-P+composite+coatings.">Electroless Ni-P composite coatings.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 33 (9), 807-816 (2003).</li><li>Jugovi&#263;, B., Stevanovi&#263;, J., Maksimovi&#263;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemically+deposited+Ni+++WC+composite+coatings+obtained+under+constant+and+pulsating+current+regimes.">Electrochemically deposited Ni + WC composite coatings obtained under constant and pulsating current regimes.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 34 (2), 175-179 (2004).</li><li>Hilla, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+self-lubricating+cobalt+coatings+on+metal+surfaces.">Fabrication of self-lubricating cobalt coatings on metal surfaces.</a> Nanotechnology. 18 (11), 115703 (2007).</li><li>Abi-Akar, H., Riley, C., Maybee, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocodeposition+of+Nickel-Diamond+and+Cobalt-Chromium+Carbide+in+Low+Gravity.">Electrocodeposition of Nickel-Diamond and Cobalt-Chromium Carbide in Low Gravity.</a> Chemistry of Materials. 8 (11), 2601-2610 (1996).</li><li>Zhang, X., Chi, Z., Zhang, Y., Liu, S., Xu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Mechanochromic+Luminescent+Metal+Complexes.">Recent Advances in Mechanochromic Luminescent Metal Complexes.</a> Journal of Materials Chemistry C. 1, 3376-3390 (2013).</li><li>Lancsek, T., Feldstein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+electroless+plating.">Composite electroless plating.</a> US Patent. , (2006).</li><li>Walsh, F. 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P., Fransaer, J., Buelens, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+composite+plating+for+advanced+materials.">The development of composite plating for advanced materials.</a> Journal of The Minerals, Metals and Materials Society. 42 (11), 60-63 (1990).</li><li>Guglielmi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+the+Deposition+of+Inert+Particles+from+Electrolytic+Baths.">Kinetics of the Deposition of Inert Particles from Electrolytic Baths.</a> Journal of The Electrochemical Society. 119 (8), 1009-1012 (1971).</li><li>Celis, J. P., R, J. R., Buelens, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Mathematical+Model+for+the+Electrolytic+Codeposition+of+Particles+with+a+Metallic+Matrix.">A Mathematical Model for the Electrolytic Codeposition of Particles with a Metallic Matrix.</a> Journal of The Electrochemical Society. 134 (6), 1402-1408 (1987).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+monitoring+of+coating+health+by+in+situ+luminescent+layers.">The monitoring of coating health by in situ luminescent layers.</a> RSC Advances. 5 (53), 42965-42970 (2015).</li><li>Ganapathi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+luminescent+composite+metal+coatings+containing+rare-earth+phosphor+particles.">Electrodeposition of luminescent composite metal coatings containing rare-earth phosphor particles.</a> Journal of Materials Chemistry. 22 (12), 5514-5522 (2012).</li><li>Monnens, W., Deferm, C., Sniekers, J., Fransaer, J., Binnemans, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+indium+from+non-aqueous+electrolytes.">Electrodeposition of indium from non-aqueous electrolytes.</a> Chemical Communications. 55 (33), 4789-4792 (2019).</li><li>Low, C. T. J., Wills, R. G. A., Walsh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+composite+coatings+containing+nanoparticles+in+a+metal+deposit.">Electrodeposition of composite coatings containing nanoparticles in a metal deposit.</a> Surface and Coatings Technology. 201 (1), 371-383 (2006).</li><li>Gerwitz, C. N., David, H. M., Yan, Y., Shaw, J. P., Townsend, T. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coatings+with+identification+and+authentication+properties.">Coatings with identification and authentication properties.</a> US Patent. , (2012).</li><li>Rose, I., Whittingham, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nickel Plating Handbook. , (2014).</li><li>Anderson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electroplating Engineering Handbook. , (1996).</li><li>Helle, K., Walsh, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+Composite+Layers+Consisting+of+Inert+Inclusions+in+a+Metal+Matrix.">Electrodeposition of Composite Layers Consisting of Inert Inclusions in a Metal Matrix.</a> Transactions of the Institute of Metal Finishing. 75 (2), 53-58 (1997).</li><li>Kerr, C., Barker, D., Walsh, F., Archer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Electrodeposition+of+Composite+Coatings+based+on+Metal+Matrix-Included+Particle+Deposits.">The Electrodeposition of Composite Coatings based on Metal Matrix-Included Particle Deposits.</a> Transactions of the Institute of Metal Finishing. 78 (5), 171-178 (2000).</li><li>Walsh, F. C., Wang, S., Zhou, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+electrodeposition+of+composite+coatings:+Diversity,+applications+and+challenges.">The electrodeposition of composite coatings: Diversity, applications and challenges.</a> Current Opinion in Electrochemistry. 20, 8-19 (2020).</li><li>Feldstein, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+coatings+comprising+light+emitting+particles.">Functional coatings comprising light emitting particles.</a> US Patent. , (1996).</li><li>Feldstein, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+plated+articles+having+light-emitting+properties.">Composite plated articles having light-emitting properties.</a> US Patent. , (1998).</li><li>Zimmerman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+Jet+Plating.">Method of Jet Plating.</a> US Patent. , (1957).</li><li>Schwartz, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+Electroplating.">Method of Electroplating.</a> United States Patent. , (1961).</li></ol>

Kritische Schritte des Elektrostempelns. Bathless Elektrostamping teilt viele der gleichen kritischen Schritte mit traditionellen Bad Galvanik. Dazu gehören eine ordnungsgemäße Reinigung der Elektroden, das Mischen von Metallionen in den Elektrolyten und das Auftragen und das externe oder chemische (elektrolose Beschichtungs) Potenzial, um eine Reduktion des Metalls auf die Kathode zu bewirken. Darüber hinaus sollte die Oxidation der Anode und Kathode nach der Säureaktivierung vermieden werden, inde...

Traditionelle Galvanik ist weit verbreitet verwendet, um dünne Schichten einer Vielzahl von Metallen, Legierungen und Metall-Verbundwerkstoffe auf leitfähige Oberflächen zu legen, um sie für die beabsichtigte Anwendungzufunktionalisieren 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Diese Methode fügt Teilen, die in der Herstellung von Luft- und Raumfahrt, Automobil,- militär,medizinischer und elektronischer Ausrüstung verwendet werden, eine Metalloberfläche hinzu. Das zu vergoldete Objekt, die Kathode, wird in ein wässriges Bad mit Metallsalzvorläufern getaucht, die durch die Anwendung eines chemischen oder elektrischen Potentials an der Oberfläche des Objekts auf Metall reduziert werden. Nicht geladene Verbundpartikel können in die Metallfolie eingebaut werden, indem diese während der Beschichtung in das Bad eingebracht werden, um die Folieneigenschaften für erhöhte Härte bei Metalloxiden und Karbiden, Glätte mit Polymeren oder Schmierung mit flüssigen Ölen12,13zu verbessern. Da diese Partikel jedoch keine inhärente Anziehungskraft auf die Kathode haben, bleibt das Verhältnis von Verbundwerkstoffen, das in das Metall eingebaut ist, für die Badbeschichtung13,14,15niedrig. Dies ist besonders problematisch für große Teilchen, die nicht lange genug an die Kathode adsorbieren, um von der wachsenden Metallfolie eingebettet zu werden. Darüber hinaus wirken hygroskopische Partikel in wässrigen Lösungen und deren Hydratationshülle als physische Barriere, die den Kontakt mit der Kathode16behindert.
Einige vielversprechende Methoden haben gezeigt, um diesen Effekt zu mildern, indem trockene unpolare Lösungsmittel verwendet werden, um die Hydratationsbarriere vollständig zu entfernen17, oder indem die zusammengesetzten Partikel mit geladenen Tensidmolekülen16 dekoriert werden, die die Hydratationshülle stören, um den Kontakt zwischen dem Teilchen und der Kathode zu ermöglichen. Da es sich bei diesen Methoden jedoch um organische Materialien handelt, ist eine Kohlenstoffkontamination im Film möglich und der Abbau dieser organischen Materialien könnte an den Elektroden auftreten. Beispielsweise werden die verwendeten organischen Lösungsmittel (DMSO2 und Acetamide) in einer inerten Atmosphäre zur luftfreien Beschichtung auf 130 °C erhitzt; Wir stellten jedoch fest, dass sie während der Beschichtung in der Luft instabil waren. Durch die widerstandsbeständige Erwärmung an den Elektroden können Redoxreaktionen mit organischen Materialien zu Verunreinigungen oder Stellen für heterogene Keimbildung und Wachstum von Metall-Nanopartikeln führen18. Daher ist eine organisch-freie wässrige Galvanikmethode erforderlich, die die seit langem bestehende Herausforderung der Partikel-Kathodenadsorption bewältigen. Bisher hat sich gezeigt, dass die Metall-Verbund-Badebeschichtung Partikel bis zu wenigen Mikrometern Durchmesser19 und bis zu 15 % Belastung16,17einbettet.
Als Reaktion darauf beschreiben wir eine anorganische badelose Elektroprägungsmethode, die verbundstoffliche Partikel zwingt, trotz ihrer großen Größe und hygroskopischen Natur20bei hohen Oberflächenabdeckungen in den Film eingebettet zu werden. Durch das Entfernen des Bades umfasst das Verfahren keine Behälter mit gefährlichen Beschichtungsflüssigkeiten und das zu verschichtende Objekt muss nicht untergetaucht werden. Daher können große, umständliche oder anderweitig korrosions- oder wasserempfindliche Objekte in ausgewählten Bereichen mit dem Verbundwerkstoff plattiert oder "gestempelt" werden. Darüber hinaus erfordert die Entfernung von überschüssigem Wasser weniger Reinigung von flüssigen gefährlichen Abfällen.
Hier zeigen wir diese Methode zur Herstellung heller fluoreszierender Metallfolien durch Co-Ablagerung von ungiftigem und luftstabilem Europium und dysprosium dotiertem Strontium-Aluminat (87 ± 30 m) mit Nickel bei hohen Belastungen (bis zu 80 %). Dies steht im Gegensatz zu früheren Beispielen, die in einem Bad plattiert wurden und daher auf kleine (Nanometer auf wenige Mikrometer) Phosphore12beschränkt waren. Darüber hinaus fluoreszieren zuvor elektrodepositierte Filme nur unter kurzwelligem UV-Licht, mit Ausnahme eines aktuellen Berichts, der in einem Aluminiumoxidfilm mit Plasmaelektrolytoxidation 21 – 5 m lumineszierende Strontium-Aluminatkristalle in einem Aluminiumoxidfilm mit Plasmaelektrolytoxidationwuchs. Fluoreszierende Metallfolien könnten weitreichende Anwendungen in vielen Branchen haben, einschließlich Dim-Light-Umgebungen, einschließlich Straßenschildbeleuchtung21, Standort der Flugzeugwartung und Identifikation20, Automobil- und Spielzeugdekorationen, unsichtbare Botschaften, Produktauthentifizierung22, Sicherheitsbeleuchtung, mechanochromische Stressidentifikation10 und tribologische Verschleiß visuelle Inspektion12,16. Trotz dieser möglichen Verwendungen für glühende Metalloberflächen könnte dieses Verfahren auch um zusätzliche große und/oder hygroskopische Verbundpartikel erweitert werden, um eine neue Vielfalt von Metall-Verbund-Funktionsbeschichtungen zu erzeugen, die bisher durch Galvanik nicht möglich waren.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>37% M Hydrochloric Acid (aq)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>320331-500ML</td>
			<td>corrosive - handle in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% Nitric Acid (aq)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>438073-500ML</td>
			<td>corrosive - handle in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barium magnesium aluminate, europium doped (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>756512-25G</td>
			<td>fine powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric Acid (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>B6768-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Swab</td>
			<td>Q-tips</td>
			<td>Q-tips Cotton Swabs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>IJ 1.46r</td>
			<td>free software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel (II) chloride hexahydrate (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>223387-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel (II) sulfate hexahydrate (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>227676-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel foil (s)</td>
			<td>AliExpress</td>
			<td>Ni99.999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrile gloves</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>19-149-863B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nylon membrane (s)</td>
			<td>Tisch Scientific</td>
			<td>RS10133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Microscope equipped with FTIC filter (470 &#177; 20 nm)</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse 80i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Wrap</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-305654</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain Mortar</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB961A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain Pestle</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB961K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Hydroxide (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>221473-25G</td>
			<td>corrosive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat with platinum wire</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td>1000E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scoopula</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-357Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrofluorometer</td>
			<td>Photon Technology International</td>
			<td>QM-40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strontium aluminate, europium and dysprosium doped (s)</td>
			<td>GloNation</td>
			<td>756539-25G</td>
			<td>powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable linear DC power supply</td>
			<td>Tekpower</td>
			<td>TP3005T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yttrium oxide, europium doped (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>756490-25G</td>
			<td>fine powder</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

localized bathless metal-composite plating via electrostamping

Die Verbundbeschichtung mit Partikeln, die in die Metallmatrix eingebettet sind, kann die Eigenschaften der Metallbeschichtung verbessern, um sie mehr oder weniger leitfähig, hart, langlebig, geschmiert oder fluoreszierend zu machen. Es kann jedoch schwieriger sein als die Metallbeschichtung, da die Zusammengesetzten Partikel entweder 1) nicht geladen sind, so dass sie keine starke elektrostatische Anziehungskraft auf die Kathode haben, 2) hygroskopisch sind und durch eine Hydratationshülle blockiert sind, oder 3) zu groß, um beim Rühren an der Kathode zu stagnieren. Hier beschreiben wir die Details einer badelosen Beschichtungsmethode, bei der Anoden- und Kathodennickelplatten eine wässrige konzentrierte Elektrolytpaste mit großen hygroskopischen Phosphorpartikeln und einer hydrophilen Membran enthalten. Nach dem Auftragen eines Potentials wird das Nickelmetall um die stagnierenden Phosphorpartikel abgelagert und in der Folie eingeschlossen. Die Verbundbeschichtungen zeichnen sich durch optische Mikroskopie für Folienrauheit, Dicke und Verbundflächenbelastung aus. Darüber hinaus kann die Fluoreszenzspektroskopie verwendet werden, um die Beleuchtungshelligkeit dieser Filme zu quantifizieren, um die Auswirkungen verschiedener Stromdichten, Beschichtungsdauer und Phosphorbelastung zu bewerten.

Nach Befolgen dieses Protokolls sollte eine dünne Beschichtung aus Metall auf die Kathodenoberfläche eingegoldet werden und die Verbundpartikel enthalten, die der Beschichtungspaste zugesetzt wurden. Die Fluoreszenz- oder Farbpartikelinarbeit kann durch visuelle Inspektion als Folge einer Veränderung des Erscheinungsbildes im Vergleich zur unbeschichteten Oberfläche beobachtet werden (Abbildung 1A1-A3). Zur Untersuchung der prozentualen Oberflächenabdeckung der Verbundp...

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Localized Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping

Hier wird ein Protokoll der badelosen Galvanik vorgestellt, bei dem eine stagnierende Metallsalzpaste mit Verbundpartikeln zu Metallverbundwerkstoffen bei hoher Belastung reduziert wird. Diese Methode befasst sich mit den Herausforderungen anderer gängiger Formen der Galvanik (Jet, Pinsel, Bad) der Einbettung von Verbundpartikeln in die Metallmatrix.

Lokalisierte Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping

Composite plating with particles embedded into the metal matrix can enhance the properties of the metal coating to make it more or less conductive, hard, ...

Elektroprägung funktioniert durch Einfangen von Verbundpartikeln in den Elektrolyt, zwingt sie mit dem Metall zu platten. Mit dieser neuen Technik sind auch bei wasserempfindlichen Objekten hohe Kompositpartikelbelastungen möglich. Im Gegensatz zur typischen Galvanik erfordert diese Technik kein Untertauchen des Objekts in ein Flüssigkeitsbad.Jedes leitfähige Objekt, unabhängig von seiner Größe oder Form. Kann mit funktionalen Materialien beschichtet werden. Fluoreszierende Metallverbundbeschichtungen haben weit reichende Anwendungen für die Lage von Lichtumgebungen, einschließlich der Lage der Flugzeugwartungsausrüstung, der Beleuchtung von Verkehrszeichen und der logischen Markierungen in mechanisch maschinenteilen.Um zu beginnen, Nickelsulfat, Nickelchlorid-Hexahydrat und Borsäure wie im Textmanuskript erwähnt zu wiegen und in einer Durchstechflasche miteinander zu kombinieren. Diese Salzmischung gründlich zu einem feinen Pulver mahlen. Achten Sie auf die richtige Schutzausrüstung, Dunstabzugshauben und ein Entsorgungssystem für gefährliche Abfälle.Als nächstes wiegen 1,8 Gramm Europium dysprosium dotiert Strontium-Aluminat, Europium dotiertyttriumoxid oder Europium dotiertbar, Magnesium-Aluminat und mahlen es zu einem feinen Pulver mit einem Porzellanmörtel und Stößel für etwa 10 Minuten. Kombinieren Sie das gemahlene Verbundpulver mit dem Salzgemisch in einem Behälter zur Lagerung. Wiegen Sie 0,188 Gramm dieser Mischung pro Quadratzentimeter der Beschichtungsfläche und fügen Sie es in einen offenen Behälter hinzufügen 40 Mikroliter Wasser pro Quadratzentimeter Beschichtungsfläche zu dieser Mischung und rühren, um das Salz aufzulösen und eine dicke Paste bilden.Schneiden Sie die Anode mit einer Schere auf eine Größe und Form, die dem zu verblechenden Objekt entspricht, um organisches Material von der Oberfläche der Anodenfolie zu entfernen und die Kathode mit 10 Mueller Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid mit einem Wattestäbchen oder Tuch zu reinigen. Spülen Sie die Oberfläche mit Wasser, um die überschüssige Basis zu entfernen, dann aktivieren Sie die Metalloberfläche, um die Beschichtung zu erhalten, indem Sie sie mit einer selektiven konzentrierten Säure mit einem Wattestäbchen oder Tuch abwischen, und folgen Sie den Empfehlungen zur Aktivierung bestimmter Metalloberflächen und Legierungen. führen Sie dies in der Dunstabzugshaube durch, um eine Exposition gegenüber Chlorwasserstoffdämpfen zu vermeiden, die vorbereitete Beschichtungspaste schnell auf das Kathodenobjekt ablagern, den gesamten Bereich abdecken und sicherstellen, dass Lücken vermieden werden.Aktivieren Sie die Anodenoberfläche, indem Sie sie mit konzentrierter Säure mit einem Wattestäbchen oder Tuch abwischen. Wenn die Berechnung der aktuellen Effizienz erforderlich ist, erfassen Sie die Masse der Anode und Kathode mit einem analytischen Gleichgewicht. eine Stromversorgung auf den gewünschten Strom- oder Spannungsmodus voreinstellen.Schneiden Sie ein Stück einer hydrophilen Membran wie eine Nylonfolie und legen Sie es auf die Anodenbeschichtungspaste, um direkten Kontakt mit der Kathode zu vermeiden. Eine kleine Menge Paste oder Trockensalzmischung auf das Blech geben. Als nächstes fügen Sie zwei Tropfen Wasser hinzu, um das Salz teilweise aufzulösen.Dieses Verfahren macht das Nylonblech leitfähig, um den Massentransport von Ionen durch den Elektrolyten zu ermöglichen, der notwendig ist, um die Ladung in der Beschichtungsreaktion auszugleichen. Dies kann auch durch Eintauchen der Nylonmembran in ein wässriges Nickelsalzgemisch erreicht werden. Platzieren Sie die aktivierte Anode oben und befestigen Sie sowohl die negativen als auch die positiven Leitungen an das Kathodenobjekt.Bedecken Sie das gesamte System mit Kunststoff, um Wasser zu halten und mäßigen Druck auszuüben. Schalten Sie das Netzteil ein und setzen Sie die Beschichtung für eine gewünschte Dauer fort. Schalten Sie das Netzteil aus, und schalten Sie das System aus.Trennen Sie die Leitungen und spülen Sie das Kathodenobjekt mit Wasser, waschen Sie die anderen Komponenten des Systems, indem Sie sie in Wasser einweichen, und entsorgen Sie diese wässrige Lösung dann im ordnungsgemäß gekennzeichneten Gefahrgutbehälter. Um unbeschichtete Verbundpartikel zu entfernen, rieben Sie das Kathodenobjekt vorsichtig mit Handschuhen von Hand. Zeichnen Sie die Masse der Anode und Kathode mit einem analytischen Gleichgewicht auf und berechnen Sie die Differenz mit ihrer ursprünglichen Masse.Beobachten Sie fluoreszierende Beschichtungen mit einer UV-Lampe, um die Helligkeit und Konsistenz des Metallverbunds zu überprüfen. Verwenden Sie die Chronopotentiometrie, um Spannungsänderungen unter konstantem Strom und Chronoampemetrie zu überwachen, um Stromänderungen unter konstanter Spannung zu überwachen. Schalten Sie den potentiellen Bolzen ein und geben Sie die Dauer und den angelegten Strom oder die Spannung an.die Beschichtung wie zuvor beschrieben vorzubereiten. Normalisieren Sie die Spannung auf einen Referenzstandard mit einem kalibrierten Drei-Elektroden-System. Legen Sie einen Platindraht als Pseudo-Referenzelektrode zwischen der Anode und der Nylonfolie.Und es mit einer separaten Nylonfolie zu bedecken, um Kontakt zu vermeiden. Legen Sie ein paar Tropfen Wasser und eine kleine Menge Beschichtungspaste auf die Anode. Schließlich verbinden Sie die Leitungen an die Elektroden dann versiegeln drücken und beginnen Beschichtung, wie im Textmanuskript beschrieben.Überwachen Sie die Änderungen der Spannung oder des Stroms. Die Fluoreszenz- oder Farbpartikelinarbeit kann aufgrund einer Veränderung des Erscheinungsbildes im Vergleich zur unbeschichteten Oberfläche beobachtet werden. Die optische Mikroskopie wurde verwendet, um die Oberflächenabdeckung zu untersuchen und die Oberflächenmorphologie der Beschichtung zu beobachten.Die Proben wurden von oben nach unten oder geschnitten beobachtet, um den Querschnitt der prozentualen zusammengesetzten Partikeloberflächenabdeckung als Funktion der Zeit für die Chronoampemetrie und als Funktion der Stromdichte für die Chronopotentiometrie während der Beschichtung zu zeigen. Die Oberflächenabdeckung ist auch mit der Dicke korreliert. Beschichtungsparameter können unter konstanter Spannung mittels Chronoampemetrie und unter konstanter Strömung mittels Chronopotentiometrie überwacht werden Die Helligkeit der Metallverbundbeschichtungen wurde mit fluoreszierender Spektroskopie quantifiziert und die Berechnung der Lumineszenzquantenausbeute erfolgte anhand der Verhältnisse der Spitzenbereiche.Beim Versuch dieses Protokolls ist es wichtig, die Elektroden vor der Beschichtung richtig zu reinigen und zu aktivieren. Darüber hinaus wird das gründliche Schleifen der Vorläufer-Elektrolytmischung zu einer glatten gleichmäßigen Beschichtung führen. Die Vorläufer-Verbundelektrolytpaste kann auch durch Sprüh- oder Pulverbeschichtung abgelagert werden, um Zeit und Materialien zu sparen.Auf diese Weise können Objekte in größerem Maßstab beschichtet werden. Diese neue Technik kann die wissenschaftliche Erforschung anregen, um andere große oder hygroskopische Verbundpartikel zu integrieren, die zuvor mit der Bad-, Strahl- oder Bürstenbeschichtung nicht kompatibel waren.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Forschung

Chemie

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