[發明專利]用于可靠、高通量、復雜電場生成的系統以及由其生產涂層的方法

有效

• 申請號: 201780070401.6
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN109963966B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 萊斯利·安·柯林森;約翰·托馬斯·考克斯;薩穆斯·F·帕特里
• 申請（專利權）人: 莫杜美拓有限公司
• 主分類號: C25D5/18
• 分類號: C25D5/18;C25D21/12
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 方挺;侯曉艷

本公開的實施方案包括用于沉積層狀納米層壓合金的系統，所述系統包括用于電沉積方法的控制器，所述控制器包括波形合成器電路，所述波形合成器電路被配置為生成對應于要從電沉積電源輸出的期望電沉積波形的復雜波形信號。控制器還包括合成器控制電路，所述合成器控制電路被配置為控制波形合成器電路。至少部分地基于具有與電沉積方法相關的信息的配方，合成器控制電路通過實時調制復雜波形信號的波形形狀、頻率、振幅、偏移、回轉、波長、相位、速度和導數中的至少一個來控制復雜波形信號的生成。控制器還包括控制器輸出電路，所述控制器輸出電路被配置為將復雜波形信號傳輸到電沉積電源的輸入端。

背景

技術領域

通過電化學制造方法在工件上以相對高的速率或產量沉積多層納米層壓涂層需要穩定和精確的電場發生器(例如波形發生器)。此外，改變沉積涂層的組成和微結構(例如沉積種類和/或微結構)需要同時對提供給一個或多個電極組的波形(例如電流和/或電壓波形)進行精確控制。此外，基于涂層各層之間和/或涂層與工件之間期望的原電池反應，電沉積可能需要波形中的復雜特征和/或波形可能必須基于工藝步驟和/或過程反饋進行實時修改，以實現特性的特定組合。

相關技術的描述

傳統的電沉積系統通常使用基于突變電壓或電流轉換的電流脈沖，這限制了可應用于電沉積方法的精度。盡管在一些相關的電鍍系統中，例如半導體工業或涂料工業中的電鍍系統，電源可以包括模擬電路和能夠生成一系列波形的微控制器。然而，這些電鍍系統中的波形范圍受限于可用波形的數量和可生成的波形類型。此外，可以創建的波形類型進一步受限于預加載的全長波形和/或受限于標準波形輪廓模式。即波形不能實時修改。此外，傳統系統中的電源和控制器通常只控制一對電極(即陽極和陰極)的電壓或電流。

雖然一些傳統系統通過包括現場可編程門陣列來提供控制器的靈活性，但是在已知的電源系統中，控制器需要連接到特定的一個或多個大容量電源。即每個控制器被配置為與例如特定型號或有限型號范圍的電源、來自特定制造商的電源和/或具有特定輸出范圍的電源一起使用。這意味著用戶需要為每個電源購買并學習不同的軟件。此外，已知系統具有不同程度的不穩定性，這可能對涂覆過程生成不利影響。已知的系統不能校準和/或修改輸出波形以解決過程的不穩定性。因此，需要改進功率控制系統和方法。本公開提供了這一改進和相關優點。

概述

在本技術的實施方案中，包括控制器和電源的電源系統通過實時調制或改變波形形狀、頻率、振幅、偏移、回轉、波長、相位、速度、導數和/或一些其它波形參數來動態生成具有任意期望的波形輪廓(waveform profile)的電沉積波形(例如生成復雜波形)。期望的波形輪廓可以應用于電沉積波形的電壓和/或電流特征。然后，電沉積波形輸出到電化學槽中的一組電極以執行電沉積方法。

在實施方案中，本公開提供了系統，包括：電化學處理槽；一組被配置為用于在工件上沉積多層納米層壓涂層的電極；連接到該組電極的電沉積電源，所述電沉積電源包括被配置為接收復雜波形信號的輸入連接，所述電沉積電源被配置為放大復雜波形信號以生成期望的電沉積波形，所述期望的電沉積波形被配置為在工件上沉積至少一層多層納米層壓涂層；以及所述基于處理器的控制器，包括：波形合成器電路，其被配置為生成復雜波形信號；合成器控制電路，其被配置為至少部分地基于配方來控制波形合成器電路，所述配方具有與沉積至少一層多層納米層壓涂層相關的參數，合成器控制電路被配置為控制復雜波形信號，所述復雜波形信號通過實時調制復雜波形信號的波形形狀、頻率、振幅、偏移、回轉、波長、相位、速度、導數或其組合而生成；以及連接到電沉積電源的輸入端的控制器輸出電路，所述控制器輸出電路被配置為將復雜波形信號傳輸到輸入端。