導電表面的電改性的制作方法

本公開內容一般地涉及用于導電表面的電改性(electromodification)的系統，并且更具體地涉及用于導電表面的無浴電改性(bathlesselectromodification)的系統。

背景技術：

在部件的導電表面上電蝕刻或電沉積標志可以包含將掩模部件和犧牲金屬浸入電解質浴中，和在部件和犧牲金屬之間施加電力極性。然而，當在大的或已安裝的部件上施加標志時，可能具有挑戰性的是提供足夠大的電解質浴和/或將部件浸沒到浴中。

技術實現要素：

根據本公開內容的一個方面，公開了用于部件的導電表面的電改性的設備。該設備可以包括具有掩模圖案的模板(stencil)、連接至模板并且配置為捕獲電解質的保持器、和連接至模板和保持器以便形成集成組件的犧牲金屬。模板可以被放置在組件中以接觸部件的導電表面，并且當具有預定極性的電力被施加在犧牲金屬和導電表面之間時通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸。

根據本公開內容的另一個方面，公開了用于部件的導電表面的電改性的方法。方法可以包括提供電改性設備，該電改性設備包括具有掩模圖案的模板、支持電解質的保持器、犧牲金屬和將模板、保持器和犧牲金屬保持在一起作為集成組件的框架。該方法可以進一步包括放置設備的模板以與導電表面接觸和在犧牲金屬和導電表面之間施加具有預定極性的電力。模板可以通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸。該方法可以進一步包括通過電蝕刻導電表面和在導電表面上電沉積金屬的一個使得電改性導電表面。

根據本公開內容的另一個方面，公開了用于電改性導電表面的無浴電改性系統。無浴電改性系統可以包括具有導電表面的部件和電改性設備。電改性設備可以包括與部件的導電表面接觸并且具有掩模圖案的模板、捕獲電解質的保持器、犧牲金屬和將模板、保持器和犧牲金屬保持在一起作為集成組件的非導電框架。無浴電改性系統可以進一步包括電源以在犧牲金屬和導電表面之間施加具有預定極性的電力以使得電改性導電表面。模板可以通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸。

已經討論的特征、功能和優勢可以在各個實施方式中單獨實現或者可以在又其他的實施方式中組合，參考以下描述和附圖可以看出其進一步的細節。

附圖說明

圖1是根據本公開內容構造的用于導電表面的電改性的無浴系統的示意圖，該系統具有以橫截面顯示的電改性設備。

圖2是根據本公開內容構造的圖1的無浴電改性系統的示意圖，該系統具有預定極性的反向電力。

圖3是根據本公開內容構造的單獨的電改性設備的頂視圖。

圖4是根據本公開內容構造的電改性設備的底視圖。

圖5是根據本公開內容構造的類似于圖1但是在電改性設備的框架上具有背襯的無浴電改性系統的示意圖。

圖6是根據本公開內容構造的類似于圖5但是在電改性設備中的不同位置中具有犧牲金屬的無浴電改性系統的示意圖。

圖7是圖解根據本公開內容的方法的樣本步驟順序的流程圖，該步驟可以包含在使用電改性設備電改性導電表面中。

具體實施方式

現在參考附圖，并且具體地參考圖1，顯示了用于電改性部件14的導電表面12的無浴電改性系統10。如本文所使用，“電改性”是指通過從導電表面位點選擇性去除金屬來電蝕刻導電表面以在表面上產生標志，或者在導電表面上位點選擇性電沉積金屬以在表面上產生標志。此外，如本文所使用，“無浴”意思是能夠操作而不需要將待電改性的部件浸入容納電解質溶液浴的容器中。

一般地，電改性系統10可以包括部件14、被放置以與待電改性的部件14的導電表面12接觸的電改性設備16、和電源18——諸如電池，其具有負端子20和正端子22。電源18可以在導電表面12和設備16中的犧牲金屬24之間施加具有預定極性的電力。當被施加至導電表面時電源18的預定極性可以是負的以使得在導電表面12處金屬電沉積，或者當被施加至犧牲金屬24時它可以是負的以使得從導電表面12去除金屬(電蝕刻)(見以下進一步的細節)。

因為系統10是無浴的，它可以促進大的和/或已安裝的部件的電改性。具體地，設備16可以被放置以與導電表面12接觸同時部件14被安裝或裝配在適當的位置以在表面上施加標志而不需要將部件14浸沒在電解質浴中。此外，當期望尺寸的標志不受阻時，設備16可以是便攜式的以促進通過電改性重復施加標志至多種不同的部件表面。

部件14的導電表面12可以是響應于電改性的任何類型的導電表面。作為非限制性的可能性，導電表面12可以是金屬表面、金屬包層復合表面、復合部件的部分金屬表面、復合部件的導電表面、或在部件上的金屬涂層或金屬鍍層。雖然不是必需的，但是導電表面12中金屬的同一性匹配犧牲金屬24中金屬的同一性，或者它可以以另外的方式含有與犧牲金屬24中的金屬形成相容性氧化/還原對的金屬。作為非限制性的可能性，導電表面12中的金屬可以包括鋼、鐵、鋁、銅、鈷、鎳、鈦、鋅或上述元素的合金。

電改性設備16可以包括具有掩模圖案28的模板26或期望標志形狀的花樣(cut-out)樣板(也見圖4)、配置為捕獲或保持電解質溶液的保持器30和犧牲金屬24。模板26、保持器30和犧牲金屬24可以機械地連接在一起作為單個集成組件，其可以促進便攜性和/或設備16在不同部件上的重復使用。作為一種可能性，框架32可用于將模板26、保持器30和犧牲金屬24機械地結合在一起作為集成組件(也見圖3-4)。

設備16的模板26和犧牲金屬24可以被放置以與待電改性的導電表面12接觸，如圖1中所示。使用接線34或其他合適的連接，攜帶電解質溶液的保持器30可以被連接至電源18的正端子22，并且犧牲金屬24可以被連接至電源18的負端子20。因為導電表面12可以通過模板26中掩模圖案28的孔與保持器30中的電解質溶液電接觸，電解質溶液可以完成犧牲金屬24和導電表面12之間的電路。因而，在圖1的布置中，當被施加至犧牲金屬24時預定的電力極性是負的，并且當被施加至導電表面12時是正的，使得金屬被從由掩模圖案28暴露的導電表面12去除以在導電表面12上產生標志。

圖2顯示了當關于圖1使預定極性反向以使得在導電表面12上電沉積金屬時的電改性系統10。在這種情況下，犧牲金屬24被連接至電源18的正端子22，并且攜帶電解質溶液的保持器30被連接至電源18的負端子20。因為導電表面12通過掩模圖案28與保持器30中的電解質溶液電接觸，當被施加至導電表面12時極性是負的并且當被施加至犧牲金屬24時是正的。因此，金屬可以從犧牲金屬去除并且在由掩模圖案28暴露的導電表面12處沉積以產生標志。

現在將描述電改性設備16的零件的另外的細節。模板26可以由不能滲透電解質溶液并且對于導電表面12和保持器30穩定的一種或多種材料形成。例如，模板26可以由塑料材料諸如乙烯基聚合物形成，但是當然可以使用其他材料。任選地，接觸導電表面12的模板26的表面36可以具有施加至其的臨時粘合劑使得設備16在電改性期間可以不需要手動保持就位。通過防止設備16在電改性期間移動粘合劑也可以改善標志的分辨率。可選地，或者與模板26上的粘合劑組合，粘合劑可以存在于接觸導電表面12的框架32的底表面38上。

保持器30可以是通過吸收或其他化學現象——諸如非共價結合——化學地或機械地保持電解質溶液的一種或多種物質。例如，保持器30可以包括吸收電解質溶液的吸收性織物或材料。用于此目的的合適的吸收性材料可以包括，但不限于棉花、毛氈、羊毛、亞麻布、大麻或竹纖維(bamboofabric)、紙、或合適的合成的親水性材料。在一個實施例中，保持器30可以是用氯化鈉溶液浸泡或潤濕的棉襯墊。電解質溶液的化學吸收劑可以包括，但不限于沸石、硅膠、分子篩、聚合物樹脂，或能夠在小孔中和/或通過非共價相互作用諸如氫鍵保持電解質溶液的其他材料。電解質可以包括與導電表面12和犧牲金屬24中具有相同類型金屬的金屬鹽，但是也可以使用其他的電解質，諸如氯化鈉。電解質可以溶解在水溶液或非水溶液中。

框架32可以由防止在電改性期間形成短路(非預期的電流路徑)的非導電材料形成。在這方面，用于框架的合適的非導電材料可以是非導電塑料、玻璃、陶瓷和橡膠，但是可以使用其它材料。如圖3-4中所示，框架32可以圍繞設備16的周邊延伸以將設備16的組件保持在一起。作為一種可能性，框架32可以圍繞保持器30和模板26的周邊延伸，并且犧牲金屬24可以部分地嵌入框架32中。一部分犧牲金屬24可以從框架32的底表面38暴露以使得與導電表面12接觸(見圖4)。雖然在圖4中暴露的犧牲金屬24顯示為圍繞設備16的周邊延伸的連續的金屬帶，但是犧牲金屬24可以被替代地放置在框架32的底表面38的限定位置，或者多種犧牲金屬24可以被布置在底表面38的各個位置。如以上所解釋，犧牲金屬24可以包括匹配導電表面12中的金屬的金屬，或者它可以以另外的方式包括與導電表面12形成相容性氧化/還原對的金屬。

在設備16的可選的布置中，框架32可以包括覆蓋保持器30的背面42的至少一部分的背襯40(見圖5)。如果保持器30被框架32完全阻擋，端口44可以任選地被包括在框架32中以允許保持器30和電源18之間的接線34。應當理解，在圖5的布置中，當被施加至犧牲金屬24時預定的電力極性可以是負的并且當被施加至導電表面12時是正的(如顯示)以使得電蝕刻導電表面12，或者當被施加至導電表面12時它可以是負的并且當被施加至犧牲金屬24是正的以使得在導電表面12上金屬電沉積。

圖6顯示了設備16的另一個可選的布置，其中犧牲金屬24被放置在保持器30和框架32的背襯40之間。當被施加至犧牲金屬24(如顯示)或導電表面12時預定的電力極性可以是負的，同時保持器30中的電解質通過模板26中的掩模圖案28完成犧牲金屬24和導電表面12之間的電路。如以上，如果當被施加至犧牲金屬24時極性是負的并且當被施加至導電表面12時是正的，金屬可以從由掩模圖案28暴露的導電表面12去除以提供標志。如果當被施加至導電表面12時極性是負的并且當被施加至犧牲金屬24時是正的，來自犧牲金屬24的金屬可以被沉積在由掩模圖案28暴露的導電表面12處以提供標志。

圖7中顯示了可以包含在使用設備16電改性導電表面12中的一系列步驟。電改性設備16可以是預裝配的或者，如果不是，它可以根據任選的方框50在使用之前被裝配。方框50可以包含在框架32中插入保持器30、模板26和犧牲金屬24，犧牲金屬24被部分地嵌入框架32中(如圖1-5中)或者被放置在框架32和保持器30之間(如圖6中)。根據下一個方框52，裝配的設備16的模板26可以被放置以與待改性的導電表面12接觸。如圖1-5中所示，如果犧牲金屬24從框架32暴露，則它也可以被放置以與導電表面12接觸。

根據下一個方框54，具有預定極性的電力可以被施加在犧牲金屬24和導電表面12之間。方框54可以包含將保持器30(如圖1-5中)或部件14(如圖6中)與電源18的端子20或22的一個連接，并且將犧牲金屬24與電源18的另一個端子連接。如果電蝕刻導電表面12是期望的，保持器30(或部件14)可以被連接至正端子22并且犧牲金屬24可以被連接至負端子20，使得當被施加至導電表面12時電力極性是正的并且當被施加至犧牲金屬24時是負的(方框55)。因此，金屬可以從導電表面12去除(電蝕刻)以產生標志(方框56)。可選地，如果在導電表面12上電沉積是期望的，犧牲金屬24可以被連接至正端子22并且保持器30(或部件14)可以被連接至負端子20使得當被施加至犧牲金屬24時電力極性是正的并且當被施加至導電表面12時是負的(方框57)。在后面的布置中，來自犧牲金屬24的金屬可以被轉移至導電表面12并且在導電表面12上沉積以產生標志(方框58)。

進一步地，公開內容包括根據以下條款的實施方式：

條款1.一種用于電改性部件的導電表面的設備，其包括：

具有掩模圖案的模板；

配置為捕獲電解質的保持器，保持器被連接至模板；和

連接至模板和保持器以形成集成組件的犧牲金屬，模板被放置在組件中以(a)接觸部件的導電表面，并且(b)當具有預定極性的電力被施加在犧牲金屬和導電表面之間時通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸。

條款2.條款1所述的設備，其中導電表面是金屬表面。

條款3.條款1所述的設備，其中導電表面是金屬包層復合表面。

條款4.條款1所述的設備，其中導電表面是復合部件的部分金屬的表面。

條款5.條款1所述的設備，其中導電表面是復合部件的導電表面。

條款6.條款1所述的設備，其中當被施加至犧牲金屬時預定極性是負的。

條款7.條款1所述的設備，其中當被施加至導電表面時預定極性是負的。

條款8.條款1所述的設備，其中保持器是一種或多種吸收劑和吸收性材料。

條款9.條款8所述的設備，其中吸收性材料是棉花。

條款10.條款1所述的設備，其中模板、保持器和犧牲金屬通過非導電框架機械地連接，犧牲金屬被部分地嵌入非導電框架中，一部分犧牲金屬被暴露并且被放置以接觸部件的導電表面。

條款11.一種用于電改性部件的導電表面的方法，其包括：

提供電改性設備，其包括具有掩模圖案的模板、支持電解質的保持器、犧牲金屬和將模板、保持器和犧牲金屬保持在一起作為集成組件的框架；

放置設備的模板以與導電表面接觸；

在犧牲金屬和導電表面之間施加具有預定極性的電力，模板通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸；和

通過電蝕刻導電表面和在導電表面上電沉積金屬的一種使得電改性導電表面。

條款12.一種用于電改性導電表面的無浴電改性系統，包括：

具有導電表面的部件；

電改性設備，其包括

具有掩模圖案的模板，模板與部件的導電表面接觸，

捕獲電解質的保持器，

犧牲金屬，和

將模板、保持器和犧牲金屬保持在一起作為集成組件的非導電框架；和

在犧牲金屬和導電表面之間施加具有預定極性的電力以使得電改性導電表面的電源，模板通過掩模圖案在電解質和導電表面之間建立電接觸。

條款13.條款12所述的無浴電改性系統，其中當被施加至犧牲金屬時預定極性是負的。

條款14.條款12所述的無浴電改性系統，其中當被施加至導電表面時預定極性是負的。

條款15.條款12所述的無浴電改性系統，其中保持器是一種或多種吸收劑和吸收性材料。

條款16.條款12所述的無浴電改性系統，其中導電表面是金屬表面、金屬包層復合表面、復合部件的部分金屬表面和復合部件的導電表面中的一種或多種。

條款17.條款12所述的無浴電改性系統，其中部件是已安裝的。

條款18.條款12所述的無浴電改性系統，其中犧牲金屬部分地嵌入在非導電框架中，一部分犧牲金屬被暴露并且接觸接觸導電表面。

條款19.條款12所述的無浴電改性系統，其中非導電框架包括覆蓋保持器的背襯。

條款20.條款19所述的無浴電改性系統，其中犧牲金屬被放置在非導電框架的背襯和保持器之間。

工業適用性

一般地，因此可以看出，本文公開的技術在各種設置中具有工業適用性，其包括但不限于可以從具有導電表面的部件的無浴電改性受益的行業。本文公開的電改性設備允許無浴、雙向電改性部件的導電表面，其中導電表面的選擇位置可以被電蝕刻或者可以具有在其上沉積的金屬以在表面上產生標志。具體地，設備包括犧牲金屬和通過吸收或吸附能夠機械地和/或化學地保持電解質溶液的保持器。當設備被放置以與導電表面接觸時，保持器中的電解質溶液通過模板的掩模圖案與導電表面電接觸以允許根據施加的預定電力極性從金屬去除金屬(電蝕刻)或者在導電表面上金屬沉積(電沉積)。雖然不限于與大的或已安裝的部件一起使用，但是本文公開的電改性設備可以極大地促進將標志施加至大的、已安裝的或者以另外的方式難以浸入電解質浴中部件的導電表面。可以預期的是，本文公開的技術在廣泛范圍的領域中可以發現廣泛的工業適用性，其中導電表面通過電改性被標志，諸如，但不限于航空航天、汽車、運動、建筑和電子行業。