导电表面的电改性的制作方法

本公开内容一般地涉及用于导电表面的电改性(electromodification)的系统，并且更具体地涉及用于导电表面的无浴电改性(bathlesselectromodification)的系统。

背景技术：

在部件的导电表面上电蚀刻或电沉积标志可以包含将掩模部件和牺牲金属浸入电解质浴中，和在部件和牺牲金属之间施加电力极性。然而，当在大的或已安装的部件上施加标志时，可能具有挑战性的是提供足够大的电解质浴和/或将部件浸没到浴中。

技术实现要素：

根据本公开内容的一个方面，公开了用于部件的导电表面的电改性的设备。该设备可以包括具有掩模图案的模板(stencil)、连接至模板并且配置为捕获电解质的保持器、和连接至模板和保持器以便形成集成组件的牺牲金属。模板可以被放置在组件中以接触部件的导电表面，并且当具有预定极性的电力被施加在牺牲金属和导电表面之间时通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触。

根据本公开内容的另一个方面，公开了用于部件的导电表面的电改性的方法。方法可以包括提供电改性设备，该电改性设备包括具有掩模图案的模板、支持电解质的保持器、牺牲金属和将模板、保持器和牺牲金属保持在一起作为集成组件的框架。该方法可以进一步包括放置设备的模板以与导电表面接触和在牺牲金属和导电表面之间施加具有预定极性的电力。模板可以通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触。该方法可以进一步包括通过电蚀刻导电表面和在导电表面上电沉积金属的一个使得电改性导电表面。

根据本公开内容的另一个方面，公开了用于电改性导电表面的无浴电改性系统。无浴电改性系统可以包括具有导电表面的部件和电改性设备。电改性设备可以包括与部件的导电表面接触并且具有掩模图案的模板、捕获电解质的保持器、牺牲金属和将模板、保持器和牺牲金属保持在一起作为集成组件的非导电框架。无浴电改性系统可以进一步包括电源以在牺牲金属和导电表面之间施加具有预定极性的电力以使得电改性导电表面。模板可以通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触。

已经讨论的特征、功能和优势可以在各个实施方式中单独实现或者可以在又其他的实施方式中组合，参考以下描述和附图可以看出其进一步的细节。

附图说明

图1是根据本公开内容构造的用于导电表面的电改性的无浴系统的示意图，该系统具有以横截面显示的电改性设备。

图2是根据本公开内容构造的图1的无浴电改性系统的示意图，该系统具有预定极性的反向电力。

图3是根据本公开内容构造的单独的电改性设备的顶视图。

图4是根据本公开内容构造的电改性设备的底视图。

图5是根据本公开内容构造的类似于图1但是在电改性设备的框架上具有背衬的无浴电改性系统的示意图。

图6是根据本公开内容构造的类似于图5但是在电改性设备中的不同位置中具有牺牲金属的无浴电改性系统的示意图。

图7是图解根据本公开内容的方法的样本步骤顺序的流程图，该步骤可以包含在使用电改性设备电改性导电表面中。

具体实施方式

现在参考附图，并且具体地参考图1，显示了用于电改性部件14的导电表面12的无浴电改性系统10。如本文所使用，“电改性”是指通过从导电表面位点选择性去除金属来电蚀刻导电表面以在表面上产生标志，或者在导电表面上位点选择性电沉积金属以在表面上产生标志。此外，如本文所使用，“无浴”意思是能够操作而不需要将待电改性的部件浸入容纳电解质溶液浴的容器中。

一般地，电改性系统10可以包括部件14、被放置以与待电改性的部件14的导电表面12接触的电改性设备16、和电源18——诸如电池，其具有负端子20和正端子22。电源18可以在导电表面12和设备16中的牺牲金属24之间施加具有预定极性的电力。当被施加至导电表面时电源18的预定极性可以是负的以使得在导电表面12处金属电沉积，或者当被施加至牺牲金属24时它可以是负的以使得从导电表面12去除金属(电蚀刻)(见以下进一步的细节)。

因为系统10是无浴的，它可以促进大的和/或已安装的部件的电改性。具体地，设备16可以被放置以与导电表面12接触同时部件14被安装或装配在适当的位置以在表面上施加标志而不需要将部件14浸没在电解质浴中。此外，当期望尺寸的标志不受阻时，设备16可以是便携式的以促进通过电改性重复施加标志至多种不同的部件表面。

部件14的导电表面12可以是响应于电改性的任何类型的导电表面。作为非限制性的可能性，导电表面12可以是金属表面、金属包层复合表面、复合部件的部分金属表面、复合部件的导电表面、或在部件上的金属涂层或金属镀层。虽然不是必需的，但是导电表面12中金属的同一性匹配牺牲金属24中金属的同一性，或者它可以以另外的方式含有与牺牲金属24中的金属形成相容性氧化/还原对的金属。作为非限制性的可能性，导电表面12中的金属可以包括钢、铁、铝、铜、钴、镍、钛、锌或上述元素的合金。

电改性设备16可以包括具有掩模图案28的模板26或期望标志形状的花样(cut-out)样板(也见图4)、配置为捕获或保持电解质溶液的保持器30和牺牲金属24。模板26、保持器30和牺牲金属24可以机械地连接在一起作为单个集成组件，其可以促进便携性和/或设备16在不同部件上的重复使用。作为一种可能性，框架32可用于将模板26、保持器30和牺牲金属24机械地结合在一起作为集成组件(也见图3-4)。

设备16的模板26和牺牲金属24可以被放置以与待电改性的导电表面12接触，如图1中所示。使用接线34或其他合适的连接，携带电解质溶液的保持器30可以被连接至电源18的正端子22，并且牺牲金属24可以被连接至电源18的负端子20。因为导电表面12可以通过模板26中掩模图案28的孔与保持器30中的电解质溶液电接触，电解质溶液可以完成牺牲金属24和导电表面12之间的电路。因而，在图1的布置中，当被施加至牺牲金属24时预定的电力极性是负的，并且当被施加至导电表面12时是正的，使得金属被从由掩模图案28暴露的导电表面12去除以在导电表面12上产生标志。

图2显示了当关于图1使预定极性反向以使得在导电表面12上电沉积金属时的电改性系统10。在这种情况下，牺牲金属24被连接至电源18的正端子22，并且携带电解质溶液的保持器30被连接至电源18的负端子20。因为导电表面12通过掩模图案28与保持器30中的电解质溶液电接触，当被施加至导电表面12时极性是负的并且当被施加至牺牲金属24时是正的。因此，金属可以从牺牲金属去除并且在由掩模图案28暴露的导电表面12处沉积以产生标志。

现在将描述电改性设备16的零件的另外的细节。模板26可以由不能渗透电解质溶液并且对于导电表面12和保持器30稳定的一种或多种材料形成。例如，模板26可以由塑料材料诸如乙烯基聚合物形成，但是当然可以使用其他材料。任选地，接触导电表面12的模板26的表面36可以具有施加至其的临时粘合剂使得设备16在电改性期间可以不需要手动保持就位。通过防止设备16在电改性期间移动粘合剂也可以改善标志的分辨率。可选地，或者与模板26上的粘合剂组合，粘合剂可以存在于接触导电表面12的框架32的底表面38上。

保持器30可以是通过吸收或其他化学现象——诸如非共价结合——化学地或机械地保持电解质溶液的一种或多种物质。例如，保持器30可以包括吸收电解质溶液的吸收性织物或材料。用于此目的的合适的吸收性材料可以包括，但不限于棉花、毛毡、羊毛、亚麻布、大麻或竹纤维(bamboofabric)、纸、或合适的合成的亲水性材料。在一个实施例中，保持器30可以是用氯化钠溶液浸泡或润湿的棉衬垫。电解质溶液的化学吸收剂可以包括，但不限于沸石、硅胶、分子筛、聚合物树脂，或能够在小孔中和/或通过非共价相互作用诸如氢键保持电解质溶液的其他材料。电解质可以包括与导电表面12和牺牲金属24中具有相同类型金属的金属盐，但是也可以使用其他的电解质，诸如氯化钠。电解质可以溶解在水溶液或非水溶液中。

框架32可以由防止在电改性期间形成短路(非预期的电流路径)的非导电材料形成。在这方面，用于框架的合适的非导电材料可以是非导电塑料、玻璃、陶瓷和橡胶，但是可以使用其它材料。如图3-4中所示，框架32可以围绕设备16的周边延伸以将设备16的组件保持在一起。作为一种可能性，框架32可以围绕保持器30和模板26的周边延伸，并且牺牲金属24可以部分地嵌入框架32中。一部分牺牲金属24可以从框架32的底表面38暴露以使得与导电表面12接触(见图4)。虽然在图4中暴露的牺牲金属24显示为围绕设备16的周边延伸的连续的金属带，但是牺牲金属24可以被替代地放置在框架32的底表面38的限定位置，或者多种牺牲金属24可以被布置在底表面38的各个位置。如以上所解释，牺牲金属24可以包括匹配导电表面12中的金属的金属，或者它可以以另外的方式包括与导电表面12形成相容性氧化/还原对的金属。

在设备16的可选的布置中，框架32可以包括覆盖保持器30的背面42的至少一部分的背衬40(见图5)。如果保持器30被框架32完全阻挡，端口44可以任选地被包括在框架32中以允许保持器30和电源18之间的接线34。应当理解，在图5的布置中，当被施加至牺牲金属24时预定的电力极性可以是负的并且当被施加至导电表面12时是正的(如显示)以使得电蚀刻导电表面12，或者当被施加至导电表面12时它可以是负的并且当被施加至牺牲金属24是正的以使得在导电表面12上金属电沉积。

图6显示了设备16的另一个可选的布置，其中牺牲金属24被放置在保持器30和框架32的背衬40之间。当被施加至牺牲金属24(如显示)或导电表面12时预定的电力极性可以是负的，同时保持器30中的电解质通过模板26中的掩模图案28完成牺牲金属24和导电表面12之间的电路。如以上，如果当被施加至牺牲金属24时极性是负的并且当被施加至导电表面12时是正的，金属可以从由掩模图案28暴露的导电表面12去除以提供标志。如果当被施加至导电表面12时极性是负的并且当被施加至牺牲金属24时是正的，来自牺牲金属24的金属可以被沉积在由掩模图案28暴露的导电表面12处以提供标志。

图7中显示了可以包含在使用设备16电改性导电表面12中的一系列步骤。电改性设备16可以是预装配的或者，如果不是，它可以根据任选的方框50在使用之前被装配。方框50可以包含在框架32中插入保持器30、模板26和牺牲金属24，牺牲金属24被部分地嵌入框架32中(如图1-5中)或者被放置在框架32和保持器30之间(如图6中)。根据下一个方框52，装配的设备16的模板26可以被放置以与待改性的导电表面12接触。如图1-5中所示，如果牺牲金属24从框架32暴露，则它也可以被放置以与导电表面12接触。

根据下一个方框54，具有预定极性的电力可以被施加在牺牲金属24和导电表面12之间。方框54可以包含将保持器30(如图1-5中)或部件14(如图6中)与电源18的端子20或22的一个连接，并且将牺牲金属24与电源18的另一个端子连接。如果电蚀刻导电表面12是期望的，保持器30(或部件14)可以被连接至正端子22并且牺牲金属24可以被连接至负端子20，使得当被施加至导电表面12时电力极性是正的并且当被施加至牺牲金属24时是负的(方框55)。因此，金属可以从导电表面12去除(电蚀刻)以产生标志(方框56)。可选地，如果在导电表面12上电沉积是期望的，牺牲金属24可以被连接至正端子22并且保持器30(或部件14)可以被连接至负端子20使得当被施加至牺牲金属24时电力极性是正的并且当被施加至导电表面12时是负的(方框57)。在后面的布置中，来自牺牲金属24的金属可以被转移至导电表面12并且在导电表面12上沉积以产生标志(方框58)。

进一步地，公开内容包括根据以下条款的实施方式：

条款1.一种用于电改性部件的导电表面的设备，其包括：

具有掩模图案的模板；

配置为捕获电解质的保持器，保持器被连接至模板；和

连接至模板和保持器以形成集成组件的牺牲金属，模板被放置在组件中以(a)接触部件的导电表面，并且(b)当具有预定极性的电力被施加在牺牲金属和导电表面之间时通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触。

条款2.条款1所述的设备，其中导电表面是金属表面。

条款3.条款1所述的设备，其中导电表面是金属包层复合表面。

条款4.条款1所述的设备，其中导电表面是复合部件的部分金属的表面。

条款5.条款1所述的设备，其中导电表面是复合部件的导电表面。

条款6.条款1所述的设备，其中当被施加至牺牲金属时预定极性是负的。

条款7.条款1所述的设备，其中当被施加至导电表面时预定极性是负的。

条款8.条款1所述的设备，其中保持器是一种或多种吸收剂和吸收性材料。

条款9.条款8所述的设备，其中吸收性材料是棉花。

条款10.条款1所述的设备，其中模板、保持器和牺牲金属通过非导电框架机械地连接，牺牲金属被部分地嵌入非导电框架中，一部分牺牲金属被暴露并且被放置以接触部件的导电表面。

条款11.一种用于电改性部件的导电表面的方法，其包括：

提供电改性设备，其包括具有掩模图案的模板、支持电解质的保持器、牺牲金属和将模板、保持器和牺牲金属保持在一起作为集成组件的框架；

放置设备的模板以与导电表面接触；

在牺牲金属和导电表面之间施加具有预定极性的电力，模板通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触；和

通过电蚀刻导电表面和在导电表面上电沉积金属的一种使得电改性导电表面。

条款12.一种用于电改性导电表面的无浴电改性系统，包括：

具有导电表面的部件；

电改性设备，其包括

具有掩模图案的模板，模板与部件的导电表面接触，

捕获电解质的保持器，

牺牲金属，和

将模板、保持器和牺牲金属保持在一起作为集成组件的非导电框架；和

在牺牲金属和导电表面之间施加具有预定极性的电力以使得电改性导电表面的电源，模板通过掩模图案在电解质和导电表面之间建立电接触。

条款13.条款12所述的无浴电改性系统，其中当被施加至牺牲金属时预定极性是负的。

条款14.条款12所述的无浴电改性系统，其中当被施加至导电表面时预定极性是负的。

条款15.条款12所述的无浴电改性系统，其中保持器是一种或多种吸收剂和吸收性材料。

条款16.条款12所述的无浴电改性系统，其中导电表面是金属表面、金属包层复合表面、复合部件的部分金属表面和复合部件的导电表面中的一种或多种。

条款17.条款12所述的无浴电改性系统，其中部件是已安装的。

条款18.条款12所述的无浴电改性系统，其中牺牲金属部分地嵌入在非导电框架中，一部分牺牲金属被暴露并且接触接触导电表面。

条款19.条款12所述的无浴电改性系统，其中非导电框架包括覆盖保持器的背衬。

条款20.条款19所述的无浴电改性系统，其中牺牲金属被放置在非导电框架的背衬和保持器之间。

工业适用性

一般地，因此可以看出，本文公开的技术在各种设置中具有工业适用性，其包括但不限于可以从具有导电表面的部件的无浴电改性受益的行业。本文公开的电改性设备允许无浴、双向电改性部件的导电表面，其中导电表面的选择位置可以被电蚀刻或者可以具有在其上沉积的金属以在表面上产生标志。具体地，设备包括牺牲金属和通过吸收或吸附能够机械地和/或化学地保持电解质溶液的保持器。当设备被放置以与导电表面接触时，保持器中的电解质溶液通过模板的掩模图案与导电表面电接触以允许根据施加的预定电力极性从金属去除金属(电蚀刻)或者在导电表面上金属沉积(电沉积)。虽然不限于与大的或已安装的部件一起使用，但是本文公开的电改性设备可以极大地促进将标志施加至大的、已安装的或者以另外的方式难以浸入电解质浴中部件的导电表面。可以预期的是，本文公开的技术在广泛范围的领域中可以发现广泛的工业适用性，其中导电表面通过电改性被标志，诸如，但不限于航空航天、汽车、运动、建筑和电子行业。