JP2006516681A - 電気的腐蝕抵抗性を高めるための予備めっき表面処理 - Google Patents

Abstract

（ａ）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去し、（ｂ）金属グラファイト複合材料の表面を化学的清浄化またはプラズマエッチングし、（ｃ）化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装し、これにより中間層を形成し、（ｄ）中間層に金属被膜を塗装し、これにより複合材料を形成することからなる方法に関する。本発明は更に、（ａ）実質的にグラファイトを含まない少なくとも１つの表面を有する金属グラファイト複合体基板、（ｂ）前記基板の表面に配置された金属含有中間層および（ｃ）前記中間層上の金属被膜からなる複合材料に関する。

Description

背景
金属被覆された金属（または金属合金）グラファイト複合材料は熱による被覆に使用される。不幸にも、この金属グラファイト複合材料を被覆する従来の方法は欠点を有する。例えば従来被覆された金属グラファイト複合材料を使用する場合に、グラファイトが内部に伸張し、しばしば金属被膜を突出し、これにより被膜が破損することが生じる。金属被膜を突出するこの繊維は湿分を伝達する通路を形成し、腐蝕を生じる。被膜を突出する繊維は更に複合材料を通過するガス浸透用の通路を生じる。

従来の金属グラファイト複合材料の他の問題は、複合材料内の表面グラファイトと被膜の間の熱膨脹係数の差が脆い金属被膜に亀裂を生じることである。これらの欠陥が金属グラファイト複合材料の性能を損なう。

前記の理由のために、気密に封止された金属被覆された金属グラファイト複合材料を開発することが有利である。

前記の理由のために、化学薬品に抵抗性である金属被覆された金属グラファイト複合材料を開発することが有利である。

前記の理由のために、耐腐蝕性である金属被覆されたグラファイト材料を開発することが有利である。

前記の理由のために、耐腐食性である金属被覆された金属グラファイト複合材料を製造する方法を開発することが必要である。

前記の理由のために、気密封止された金属被覆された金属グラファイト複合材料を製造する方法を開発することが必要である。

要約
本発明は、（ａ）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去し、（ｂ）グラファイト複合材料の表面を化学的清浄化またはプラズマエッチングし、（ｃ）化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装し、これにより中間層を形成し、（ｄ）中間層に金属被膜を塗装し、これにより金属被覆された金属グラファイト複合材料を形成することからなる方法に関する。本発明は更に、（ａ）実質的にグラファイトを含まない少なくとも１つの表面を有する金属グラファイト複合体基板、（ｂ）前記基板の表面に配置された金属含有中間層および（ｃ）前記中間層上の金属被膜からなる複合材料に関する。

図面の説明
本発明のこれらのおよび他の特徴、構成および利点は以下の説明および請求の範囲により良好に理解され、図１は本発明により製造されるアルミニウムグラファイト複合材料の図であり、図２は繊維がニッケル被膜に突出する補足的表面変性（本発明によらない）なしに製造されるアルミニウムグラファイト複合材料の図である。

発明の説明
本発明は、（ａ）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去し、（ｂ）グラファイト複合材料の表面を化学的清浄化またはプラズマエッチングし、（ｃ）化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装し、これにより中間層を形成し、（ｄ）中間層に金属被膜を塗装し、これにより金属被覆された金属グラファイト複合材料を形成することからなる方法に関する。有利に前記方法の工程（ｄ）で形成される複合材料は、気密に封止されているかまたは耐腐食性であり、または気密に封止されかつ耐腐食性である表面を有する。本発明は更に、（ａ）実質的にグラファイトを含まない少なくとも１つの表面を有する金属グラファイト複合体基板、（ｂ）前記基板の表面に配置された金属含有中間層および（ｃ）前記中間層上の金属被膜からなる金属被覆された複合材料に関する。

表面からグラファイトが除去される金属グラファイト複合材料は、本発明により使用される場合に、本発明の金属被覆された金属グラファイト複合材料の製造を可能にする任意の金属グラファイト複合材料であってもよい。一般に金属グラファイト複合材料はアルミニウムグラファイト複合材料、銅グラファイト複合材料、マグネシウムグラファイト材料、またはこれらの材料の組み合わせであってもよい。アルミニウム合金グラファイト複合材料、銅合金グラファイト複合材料、マグネシウム合金複合材料、および前記の材料の組み合わせも使用することができる。

金属グラファイト複合材料は有利にランダムな、平面内に不連続な繊維を含む金属マトリックス複合体である。ランダムな、平面内に不連続の繊維の使用は金属マトリックス複合体中の高い繊維容積割合を可能にする（ここで使用される“平面内に”はＸ−Ｙ平面、例えばヒートシンクの結合した表面に平行な平面として理解される）。更に平面内配向された繊維を使用することにより、実質的にすべての繊維がＸ−Ｙ平面内の熱膨張係数の調節に貢献できる。Ｚ方向の熱膨張係数は平面内繊維により調節されないが、この調節は一般にヒートシンクの用途には一般に不要であり、それというのも集積回路または他の物体がヒートシンクのＸ−Ｙ配向表面に結合するからである。

有利にこれらの平面内に配向された繊維の使用は広い範囲の値にわたる熱膨張係数の選択を可能にする。平面内配向された繊維の所望の容積割合を選択して所望の熱膨張係数を得る。実質的にすべての繊維をＸ−Ｙ平面に配向することにより、きわめて高い容積割合を得ることができる。これは広い範囲にわたる容積割合の選択を可能にし、および熱膨張値の広い範囲の係数を選択することを相当して可能にする。

１つの実施態様において、金属グラファイト複合材料は約０.１５〜０.６の範囲にわたるランダムな、平面内に不連続な繊維の容積割合を有する。他の実施態様において、小数のランダムな、平面内に不連続な繊維を約１０°より大きい角度だけ平面の外部に配向する。１つの有利な実施態様において、ランダムな平面内に不連続な繊維を金属マトリックス複合体の内部に均一に分配する。有利に金属マトリックス複合材料はアルミニウムグラファイト複合材料である。

金属グラファイト複合材料は一般に前記材料を本発明により使用することができるほど十分である炭素繊維含量を有する。１つの実施態様において、複合材料は少なくとも約３０質量％、または少なくとも約４０質量％である炭素繊維含量を有する。１つの実施態様において、金属グラファイト複合材料は約３０質量％〜約４０質量％の範囲にわたる炭素繊維を有する。金属グラファイト複合材料は種々の量の炭素繊維含量を有してもよい。１つの実施態様において、炭素含量は少なくとも約１５％である。他の実施態様において、炭素含量は約１５％〜約６０％の範囲にわたる。適当な金属グラファイト複合材料の例はＵＳＳＮ０９／８５５４６６号に見出すことができ、引用により全部本発明に含まれる。

金属グラファイト複合材料から、本発明の複合材料を製造できる複合材料からグラファイトを除去することを可能にする任意の技術によりグラファイトを除去することができる。例えばグラファイトを酸化技術、振動仕上げ技術、プラズマストリッピング技術、グロー放電技術、機械的噴射技術、ラッピング技術、およびこれらの組み合わせのような技術から選択される技術により除去することができる。振動仕上げ技術は一般に互いの表面に対して移動する成分と接着剤の使用を含む。プラズマストリッピング技術は一般に同じ数の正電荷および負電荷を有する部分的にイオン化されたガス（例えばＡｒ）および成分の表面に衝突する一部の他の数のイオン化されないガス粒子を含む。グロー放電技術は一般に全体的に中性の領域および成分の表面に衝突する純粋な正電荷および負電荷の粒子を有する領域の使用を含む。大抵の薄膜法はプラズマとグロー放電を交換可能に使用する。機械的噴射技術は一般にガラスビーズ、アルミナ粉末のような研磨剤の使用を含み、成分の表面で圧力下に作用する。ラッピング技術は一般に成分の間に注入される液体の研磨剤および成分の片面または両面の回転プレートの使用を含む。これらの技術は当業者に知られている。

グラファイトを除去する技術として酸化を選択する場合は、金属グラファイト複合材料を、金属グラファイト複合材料の表面からグラファイトの少なくとも一部の除去を可能にする任意の技術により酸化することができる。有利に金属グラファイト複合材料を、複合材料が酸化し、複合材料からグラファイトを除去するほど十分に高い温度に加熱することにより、金属グラファイト複合材料を酸化する。一般に金属グラファイト複合材料が酸化する最高温度は金属グラファイト複合材料の溶融温度より低い。１つの実施態様において、金属グラファイト複合材料が酸化する温度は少なくとも約２５０℃である。

金属グラファイト複合材料の表面から除去されるグラファイトの量は本発明の方法により金属グラファイト複合材料の製造を可能にするほど十分である。１つの実施態様において、金属グラファイト複合材料の表面上にまたは下に少なくとも１０％の残りのグラファイトが残留する。他の実施態様において、金属グラファイト複合材料の表面上にまたは下に１０％より少ない残りのグラファイトが残留する。他の実施態様において、表面から実質的にすべてのグラファイトが除去される。他の実施態様において、１００％のグラファイトは表面から除去される。

金属グラファイト複合材料は本発明により金属グラファイト複合材料の製造を可能にする任意の技術により化学的に清浄にすることができる。金属グラファイト複合材料の表面を清浄にする適当な化学薬品の例は高いｐＨのアルカリ化学清浄化技術に使用される化学薬品を含む。金属グラファイト複合材料は一般に浸漬およびすすぎ作業により清浄にする。１つの実施態様において、金属複合材料を化学的清浄化処理の代わりにプラズマエッチング処理する。

化学的に清浄化したまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に塗装される金属含有中間層、例えばフィルムは、本発明の金属被覆された金属グラファイト複合材料の製造を可能にする金属を含有することができる。適当な金属材料の例は亜鉛、金およびこれらの組合せを含む。有利に塗装される金属含有中間層は亜鉛含有材料である。より有利に亜鉛含有材料は亜鉛酸塩である。

化学的に清浄化したまたはプラズマエッチングしたグラファイト複合材料の表面に塗装される金属含有材料は一般に種々の層厚を有することができる中間層を形成する。１つの実施態様において、中間層は約１ミクロンより小さい厚さを有する。他の実施態様において、中間層は約１ｎｍ〜約１ミクロンの範囲にわたる厚さを有する。

金属含有中間層は化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に、本発明の方法により金属グラファイト複合材料の処理を可能にする適当な任意の技術により塗装することができ、有利に気密に封止され、または耐腐食性であり、または気密に封止され、かつ耐腐食性である表面を有する複合材料を形成する。化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装する適当な技術の例はめっき技術（例えば浸漬被覆技術、電気めっき技術）、物理的真空蒸着技術、化学的真空蒸着技術、イオン真空蒸着技術、およびこれらの組合せを含む。これらの技術は周知であり、当業者に知られている。有利に金属含有材料を電気めっき技術により金属グラファイト複合材料の表面に添加する。

中間層に塗装される金属被覆は本発明を実施できる任意の金属から形成することができる。被覆の金属は一般にアルミニウム、銅、ニッケル、金、銀、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金、金合金、銀合金、ロジウム合金、ルテニウム合金、および前記物質の組合せから選択される。１つの実施態様において、中間層に被覆される金属被覆は多層被膜、例えばＮｉおよびＡｕ層から形成される被膜を含む。

金属被覆は金属含有材料により覆われる基板に適当な金属を被覆できる任意の技術により被覆する。金属被覆はめっき技術、例えば電気めっき技術、物理的真空蒸着技術、化学的真空蒸着技術、イオン真空蒸着技術、およびこれらの組合せから選択される技術により塗装する。すでに説明したように、これらの技術は周知であり、当業者に知られている。

中間層に塗装される金属被覆は一般に約１００ミクロンより小さい厚さを有する。有利に金属被覆は少なくとも約１ミクロン、または約１ミクロン〜約７５ミクロンである。有利に被覆は電気的に耐腐食性であり、気密に封止された被膜である。

使用する際に処理のために適当な金属グラファイト複合材料を選択する。金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去する。有利に表面より上に延びる繊維および金属表面の上／中の他のものを制御されたやり方で除去する。少なくとも１つの表面に存在するグラファイトは一般に全表面積の約６０％より少なく存在する。１つの実施態様において、金属グラファイト複合材料を化学的に清浄化するかまたはエッチングする前に、例えば表面からグラファイトを除去する前または後に、および複合材料を化学的に清浄化するかまたはプラズマエッチングする前に、金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面を平滑にする。表面はラッピング技術、イオン真空蒸着技術、ピーニング技術およびこれらの組合せから選択される技術により平滑にすることができる。

金属グラファイト複合材料の表面からグラファイトを除去した後に、金属グラファイト複合材料を適当な技術を使用して化学的に清浄化するかまたはプラズマエッチングする。その後化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装することにより中間層を形成する。最後に中間層に金属被膜を塗装し、金属被覆された金属グラファイト複合材料を形成する。本発明の方法により形成される複合材料は気密に封止されているかまたは耐腐食性であり、または気密に封止されかつ耐腐食性である表面を有する。従って本発明の複合材料は有利に化学薬品に抵抗性である。有利に本発明の金属被覆された金属グラファイト複合材料は耐腐食性でありおよび／または種々の作業条件下で気密に封止されている。被覆された複合材料の腐食特性を試験するために、本発明の被覆された複合材料を米軍規格またはＡＳＴＭ規格により塩水噴霧することができる。気密性の試験のために、本発明の複合材料をガス（例えばＨｅ）で加圧された密閉された室に入れ、その漏出率を検査することができる。

本発明をその有利な構成により詳細に説明したが、他の変形が可能である。従って請求の範囲の思想および範囲はこれに含まれる構成の説明に限定されない。

本発明により製造されるアルミニウムグラファイト複合材料の図である。 繊維がニッケル被膜に突出する補足的表面変性（本発明によらない）なしに製造されるアルミニウムグラファイト複合材料の図である。

Claims (29)

1. （ａ）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去し、（ｂ）金属グラファイト複合材料の表面を化学的清浄化またはプラズマエッチングし、（ｃ）化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装し、これにより中間層を形成し、（ｄ）中間層に金属被膜を塗装し、これにより金属被覆された金属グラファイト複合材料を形成することからなる方法。
2. 酸化技術、振動仕上げ技術、プラズマストリッピング技術、グロー放電技術、機械的噴射技術、ラッピング技術およびこれらの組合せからなる群から選択される技術によりグラファイトを除去する請求項１記載の方法。
3. 工程（ｄ）で形成される複合材料が気密に封止されているかまたは耐腐食性であり、または気密に封止されかつ耐腐食性である表面を有する請求項１記載の方法。
4. 工程（ｃ）において、塗装される金属含有材料が亜鉛含有材料である請求項１記載の方法。
5. 亜鉛含有材料が亜鉛酸塩である請求項４記載の方法。
6. 工程（ｄ）での金属被膜がアルミニウム、銅、ニッケル、金、銀、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金、金合金、銀合金、ロジウム合金、ルテニウム合金および前記物質の組合せからなる群から選択される請求項１記載の方法。
7. 金属グラファイト複合材料が約３０質量％〜約４０質量％の範囲にわたる炭素繊維含量を有する請求項１記載の方法。
8. 金属グラファイト複合材料がアルミニウムグラファイト複合材料、銅グラファイト複合材料、マグネシウムグラファイト複合材料、アルミニウム合金グラファイト複合材料、銅合金グラファイト複合材料、マグネシウム合金グラファイト複合材料、およびこれらの組合せからなる群から選択される請求項１記載の方法。
9. 工程（ａ）において、金属グラファイト複合材料を、複合材料が酸化し、複合材料からグラファイトを除去するために十分に高い温度に加熱して金属グラファイト複合材料を酸化することによりグラファイトを除去する請求項１記載の方法。
10. 温度が少なくとも約２５０℃である請求項９記載の方法。
11. 最高温度が金属グラファイト複合材料の金属の溶融温度より低い請求項９記載の方法。
12. 工程（ｃ）で塗装される金属含有材料が約１ミクロンより小さい厚さを有する亜鉛含有材料の薄膜を形成する請求項１記載の方法。
13. 工程（ｃ）で塗装される金属含有材料が約１ｎｍ〜約１ミクロンの範囲にわたる厚さを有する亜鉛酸塩の薄膜を形成する請求項１記載の方法。
14. めっき技術、浸漬被覆技術、物理的真空蒸着技術、化学的真空蒸着技術、イオン真空蒸着技術、およびこれらの組合せからなる群から選択される技術により金属被膜を塗装する請求項１記載の方法。
15. 金属被膜を亜鉛含有中間層に塗装し、金属被膜が約１００ミクロンより小さい厚さを有する請求項１記載の方法。
16. 金属被膜を亜鉛含有フィルムに塗装し、金属被膜が少なくとも約１ミクロン、または約１ミクロン〜約７５ミクロンである請求項１記載の方法。
17. 更に金属グラファイト複合材料を化学的に清浄化またはエッチングする前に金属グラファイト複合材料の表面を平滑にすることを含む請求項１記載の方法。
18. ラッピング技術、ピーニング技術およびこれらの組合せからなる群から選択される技術により表面を平滑にする請求項１７記載の方法。
19. （ａ）実質的にグラファイトを含まない少なくとも１つの表面を有する金属グラファイト複合体基板、
    （ｂ）前記基板の表面に配置された金属含有中間層および
    （ｃ）前記中間層上の金属被膜からなる金属被覆された複合材料。
20. 複合材料の少なくとも１つの表面が気密に封止されている請求項１９記載の複合材料。
21. 複合材料の少なくとも１つの表面が耐腐食性である請求項１９記載の複合材料。
22. 複合材料の少なくとも１つの表面が気密に封止されかつ耐腐食性である請求項１９記載の複合材料。
23. 少なくとも１つの表面にグラファイトが全表面積の約６０％未満の量で存在する請求項１９記載の複合材料。
24. 複合材料が、アルミニウムグラファイト複合材料、アルミニウム合金グラファイト複合材料、およびこれらの組合せからなる群から選択される請求項１９記載の複合材料。
25. 複合材料が約１５％〜約６０％の範囲にわたる炭素繊維含量を有する請求項１９記載の複合材料。
26. 金属含有中間層が亜鉛含有材料からなる請求項１９記載の複合材料。
27. 金属含有中間層が亜鉛酸塩からなる請求項１９記載の複合材料。
28. （ａ）実質的にグラファイトを含まない少なくとも１つの表面を有する金属グラファイト複合体基板、
    （ｂ）前記基板の表面に配置された金属含有中間層および
    （ｃ）前記中間層上の金属被膜からなる金属被覆された金属グラファイト複合材料であり、前記複合材料が、
    （１）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面からグラファイトを除去し、
    （２）金属グラファイト複合材料の少なくとも１つの表面を化学的清浄化またはプラズマエッチングし、
    （３）化学的に清浄にしたまたはプラズマエッチングした金属グラファイト複合材料の表面に金属含有材料を塗装し、これにより中間層を形成し、
    （４）中間層に金属被膜を塗装し、これにより金属被覆された金属グラファイト複合材料を形成することからなる方法により製造されることを特徴とする、金属被覆された金属グラファイト複合材料。
29. 工程（４）で形成される金属被覆された金属グラファイト複合材料が気密に封止されているかまたは耐腐食性であり、または気密に封止されかつ耐腐食性である表面を有する請求項２８記載の複合材料。

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