专利名称：探查物体涂布表面的方法
技术领域：
本发明涉及一种探查物体涂布表面的方法，以确定涂布表面是否致密， 具体地为了确定涂布表面是否包含小孔。更具体地，本发明涉及一种容易并 且可视的确定物体涂布表面是否存在小孔的方法。本发明的方法特别适用于 探查具有钽或钽合金涂层的物体。
背景技术：
对于某些应用，向物体提供耐腐蚀涂层是合乎需要的，该物体预定用于 相对有害和/或腐蚀环境。即，例如物体用作植入物的情况。为此目的，耐熔 金属例如铌或钽的涂层经常用于由钢或其它金属或合金制成的物体上。因为 如上所述涂层通常具有高于涂层下面基底材料的腐蚀电位，所以如果涂层是 致密的，涂层将单独消除腐蚀。如果情况不是这样的，例如因为涂层包含小 孔，则存在点蚀的风险。因此，为了利用该涂层获得所需耐腐蚀性能，必须 保证得到的涂层是至少基本上致密的，即它不包含任何小孔。在这方面的一 个问题是小孔通常非常小，因此很难或甚至不可能目视检测它们。
之前，已经研究涂布表面，以通过将物体插入包含电源和安培表的电^各 中检测可能的小孔。如果可以在安培表上获得读数，则涂布表面是导电的， 因此是不致密的。该方法相对费时又费钱，因为每次希望探查物体涂层是否 致密都需要使用电源和安培表。
JP 57132045公开了一种探查涂布表面的方法，以目视检测可能存在的 小孔。JP 57132045公开的方法中，将作为相对于阳极的阴极的金属材料的 涂布表面放置在包含溶液型电致变色材料例如紫罗碱染料的电解质中。施加 电压至阴极，因此，导致紫罗碱染料从无色二价阳离子I电解还原为不溶的 一价阳离子基团II。该不溶的一价阳离子II以红色或红紫色沉积在小孔部分 中。用电流表检测是否存在小孑L。同时，包含小孔的位置呈现红色或红紫色， 因此其位置明显可知。该颜色即使在除去电压后也保持一段时间，并且当检 查后施加反向电压时，可以恢复至初始状态。
因而，JP 57132045公开的方法中，由于溶解在电解质中的染料沉积于 小孔中，使可能的小孔获得颜色。因此，产生的颜色改变将仅对小孔的实际 区域起作用。因为小孔本来非常小，所以即使通过染料的沉积使它们的目视 性增强，也难以仅通过目视4企测它们。此外，仍然需要利用电流表测量，以 检测存在小孔，目视检查仅使得容易确定目前采用的电流表测量已知的小孔 位置。因此JP 57132045的方法中没有避免上述方法的缺陷。此外，因为颜 色改变是通过染料在小孔中的沉积获得的，所以存在某些小孔不会被染料标 记的风险，因此产生随后的目视检查中这些小孔未被发现的风险。这是非常 不合乎需要的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种以可靠的方式目视检测物体的涂布表面 中可能的小孔的方法。
本发明的另一个目的是提供一种探查物体的涂布表面的方法，该方法中 可以以纟见觉方式可靠地^r测可能的小孔。
本发明的又一个目的是提供一种探查涂布表面的方法，其中如果涂层是 致密或不致密的，提供明显的视觉效果。
本发明的再一个目的是提供一种涂布物体，其允许最终用户立即确定涂 层是否为至少基本上致密的。
根据本发明，通过提供一种探查物体的涂布表面的方法实现上述和其它 目的，涂层材料包含金属或合金，该方法包括下列步骤
-向物体施加增加的电位，直至获得所需电流值，或直至已经达到最高 电位，
-目祸j全查物体，
-在涂层颜色在至少物体大部分上已改变的情况下，确定该涂层是至少 基本上致密的，和
致密的。
因为如果涂层是至少基本上致密的，至少物体大部分上的涂层颜色改 变，所以获得相对明显的视觉效果。因此通过目视检查非常容易立即确定涂 层是否致密。这甚至对于物体的最终用户是可行的。此外，明显的效果提供
非常可靠的检查涂层是否致密。最后，小孔的检查完全是可视的，因此不需 附加设备。
所得到的物体可以有利地用于致密涂层具有重要性的应用中。如上所 述，即，例如在物体要用于腐蚀性很强的环境中的情况。该物体的实例是植 入物。
以下列方式提供颜色改变或颜色未改变。当向物体施加增加的电位时， 将试图获得所需的电流值。如果涂层是至少基本上致密的，因为致密涂层是 非导电的，所以不可能传导足够电流值的电流。
因此，施加的电位将持续增加，直至达到最高电位。由此向物体施加的 相对高电位将导致颜色改变，由此表明涂层是至少基本上致密的。另一方面， 如果涂层是不致密的，例如如果涂层包含一个或多个小孔，则施加的电位将 导致小孔(一个或多个)的区域(一个或多个)中产生局部腐蚀。因此，可以传 导预定电流值的电流。当其发生时，电位增加将停止，向物体施加的电位因 此不足以导致颜色改变。
所需电流值将取决于物体的总表面积。然而，所需电流的电流密度优选
为0.0001毫安/平方厘米(mA/cm"至0.1毫安/平方厘米，优选为0.001毫安/
平方厘米至0.01毫安/平方厘米。
最高电位优选为10V至30V,例如15V至25V,例如16V或24V。 优选在将物体放置在液体介质中的同时进行施加增加的电位的步骤。液
体介质可以是任何这样的介质，在其中涂层材料耐腐蚀(即腐蚀速率小于50
mpy(密耳/年)，优选小于2mpy),并且其电导率为至少10Sxm2,优选为至
少100S.cm2。
一个实验中，在室温下，将总表面积800平方厘米的钽涂布的物体放置 在1%硫酸测试溶液中。该物体连接到能够提供最高电位16V或24V的电源。 施加的电位从OV增加以让电压在0.005毫安/平方厘米的固定电流密度，相 应于电流值4毫安下稳定。如果这是不可能的，则使施加的电位增加到最大 值，即16V或24V。观察到下列现象。对于致密涂层和16V最高电位，5分 钟后物体变为褐色。对于致密涂层和24V最高电位，5分钟后物体变为蓝色。 对于包含一个小孔或三个小孔的非致密涂层，30分钟后观察到颜色没有改
变
优选在0。C至120。C温度内，例如为1(TC至90。C,优选在室温，即大约 2crc下进行该方法。
可以这样的方式进行向物体施加增加的电位的步骤，即如果涂层是至少 基本上致密的，由于高的最高电位，涂层至少部分极化，因此导致涂层颜色 改变。如上所述，当发生极化时，施加的最高电位应该足以产生预定的颜色 改变。然而，在涂层中存在一个或多个小孔的情况下，下面的基底材料将发 生选择性腐蚀，导致涂层变得导电。因此，不可能获得足够超电压/电位，以 获得颜色改变，因而物体的颜色将保持物体的初始颜色，即涂层材料的自然 色。因此，施加增加的电位时，所得到的物体颜色成为涂层是否致密的标志。
作为选^t奪或另外地，向物体施加增加的电位的步骤可以导致涂层上自然
存在的金属氧化物层厚度增加，如果涂层是至少基本上致密的，所述厚度增 加依次使涂层颜色改变。 一个实施方式中，可以由如上所述涂层的极化导致 厚度增加。作为选择，由于温度作用或由于物体放置在氧化介质中，可以导 致厚度增加。此外，在最后涂层穿孔的情况下，金属氧化物层的厚度增加是 有利的，因为该氧化层具有绝缘效果并且防止涂布表面上的电化学半反应。 因此，基底材料的电流(加速的)腐蚀是不可能的。因此，如果如上所述用电 化学方法已经获得颜色改变，则即使涂层不再是完全致密的，与未涂布的物 体的腐蚀速率相比，其腐蚀速率也将降低。这是巨大的优点。此外，厚度增
加的氧化层可以为物体提供改善的耐磨性和/或改善的润滑(tribilogical)性能。
涂层材料可以是或包含耐熔金属或耐熔金属的合金，例如钽或钽的合 金。作为选择，涂层材料可以是或包含任何其它合适的耐熔金属，例如铌、 钼、锆、鴒或者一种或多种这些金属的合金。作为选择，涂层材料可以是或 包含任何其它合适的金属或合金，例如钛，只要涂层是导电的，并且只要可 以通过向物体施加增加的电位来改变涂层材料的颜色。在涂层材料是或包含 钽或钽的合金的情况下，如果涂层是至少基本上致密的，在大多数情况下颜 色改变将是这样的，即所得到的物体获得显著的蓝色。
可以利用恒电流仪进行向物体施加增加的电位的步骤。因为恒电流仪适 用于特定电流(与特定电压相对)，所以在如上所述需要预定值的电流的情况 下，这是非常合适的。
优选地，在涂层是至少基本上致密的情况下，颜色改变以至少基本上永 久方式进行。在本文中，术语'至少基本上永久'应该理解为效果保持相对 长时间，优选直至外层物理脱落。基本上永久的效果是例如当由于涂层材料 的极化而使颜色改变时得到的。当改变的颜色至少基本上永久地保持时，最 终用户可以立即确定涂层是否为至少基本上致密的。至于边界效应，当颜色 变成至少基本上永久的时候，导致颜色改变的涂层改变可能也将是至少基本 上永久的。该改变将通常对由此改善的物体的腐蚀性能具有有益效果。
本发明进一步涉及具有涂层的物体，利用上述方法提供涂层的颜色。因 为该物体颜色揭示了涂层是否致密，最终用户将能立即看到，由此确定所述
物体是否具有所需的耐腐蚀性能。此外，如上所述，在最后涂层穿孔的情况 下，物体可以进一步至少部分免于腐蚀。
现在将进一步参考附图描述本发明，其中
图1为向物体施加增加的电位之前，放置在电解质中的物体的示意图，
和
图2是已经向物体施加增加的电位之后，图1的物体的示意图。 附图详细说明
图1是放置在电解质2中的物体1的示意图。用包含金属或合金的涂层 材料涂布物体l，根据本发明，需要探查涂层是否致密。物体l串联至恒电 流仪形式的电源3，其依次串联至盛有电解质的容器的壁4。当电源3接通 时，向物体1施加增加的电位以试图获得所需电流值。如果涂层是至少基本 上致密的，涂层不会导电，因此不可能获得所需电流值。电位因此将继续增 加，直至达到最高电位。该高电位导致涂层极化，因而涂层的颜色将改变。
图2是图l的物体l的示意图。然而，在电源3预先接通的情况下，因 为物体1的涂层是至少基本上致密的，所以如上所述，涂层的颜色改变。另 一方面，如果物体1的涂层不是至少基本上致密的，如前面所说明的，涂层 是导电的，因此可以所需电流值传导电流。当其发生时，电位增加将停止， 向物体1施加的电位因此不足以导致颜色改变。
在物体1的涂层包含钽或钽合金的情况下，涂层的颜色从灰色变至蓝 色。从而，物体1的最终用户非常容易确定涂层是否为至少基本上致密的。 如果物体l呈现蓝色，则涂层是至少基本上致密的；并且如果物体l呈现灰 色，则涂层是不致密的。
权利要求
1.一种探查物体的涂布表面的方法，该涂层材料包含金属或合金，该方法包含下列步骤-向物体施加增加的电位，直至获得所需的电流值，或者直至已经达到最高电位，-目视检查物体，-在涂层颜色在物体的至少大部分上已改变的情况下，确定该涂层是至少基本上致密的，和-在涂层颜色在物体的至少大部分上没有改变的情况下，确定该涂层是不致密的。
2. 权利要求1的方法，其中向该物体施加增加的电位的步骤以这样的 方式进行，即如果涂层是至少基本上致密的，则涂层至少部分极化，从而导 致涂层颜色改变。
3. 权利要求1或2的方法，其中向该物体施加增加的电位的步骤导致 涂层上自然存在的金属氧化物层的厚度增加，如果涂层是至少基本上致密 的，所述厚度增加依次使涂层颜色改变。
4. 前述权利要求中任一项的方法，其中该涂层材料包含耐熔金属或耐 熔金属的合金。
5. 权利要求4的方法，其中该涂层材料包含钽或钽的合金。
6. 前述权利要求中任一项的方法，其中向该物体施加增加的电位的步 骤利用恒电流仪进行。
7. 前述权利要求中任一项的方法，其中，在涂层是至少基本上致密的 情况下，颜色改变以至少基本上永久的方式实现。
8. —种具有涂层的物体，利用权利要求1至7中任一项的方法提供涂 层的颜色。
全文摘要
一种目视探查物体的涂布表面的方法，以确定涂层是否致密，其中涂层包含金属或合金。向物体施加增加的电位，直至获得需要电流值，或者直至已经达到最高电位。在涂层致密的情况下，这会导致涂层颜色改变。这可能是由于涂层材料的极化和/或由于自然存在的金属氧化物层厚度增加。在涂层致密的情况下，不能获得所需电流值，电位增加到最高值，导致颜色改变。在存在小孔的情况下，可以获得所需的电流值，在电位高到足以导致颜色改变之前，电位的增加停止。提供显著视觉效果，使得可以立即确定是否存在小孔。不需要附加设备来确定是否存在小孔。在涂层材料是或包含钽或钽合金的情况下，颜色变成明显的蓝色。
文档编号G01N17/02GK101175985SQ200680016996
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月20日
发明者博·吉勒斯伯格 申请人:丹佛斯公司