CN110770372B - 具有电沉积涂层的管状制品及其生产系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了包括电沉积纳米或微米层压涂层所述的管状制品，其具有改进的抗热性、耐磨性和抗腐蚀性。本公开还提供了用于通过固定或动态电接触点在管状工件上电沉积该涂层的装置、系统和方法。

Description

具有电沉积涂层的管状制品及其生产系统和方法

背景技术

技术领域

本公开大体上涉及管状制品，所述管状制品包括管状工件上的电沉积涂层，更具体地，涉及成分调节的(例如，合金中金属的浓度等)或结构调节的(例如，层厚度、层密度等)管状工件上的纳米或微层压涂层，以及用于电沉该涂层的设备、系统和方法。

背景

在过去的几十年中，材料上的纳米层压涂料在实验室中和实验室规模中因其具有提供理想性能特性的潜力而得到了更广泛的研究。

虽然已经尝试了在材料上纳米层压涂层在许多领域的潜在应用，包括民用基础设施、汽车、航空航天和电子，但是期望的涂层通常不能在具有复杂几何形状或能够以商业上可行的速率生产的大规模基底上获得。由于缺乏生产方法和系统，在管状基底上电沉积多层纳米层压涂层还没有完全实现。相反，聚合物衬里通常用于暂时提高抗热性、耐磨性和抗腐蚀性。然而，这种聚合物衬里具有温度限制和有限的磨损性能，因此仅对下面的管状基底提供有限的保护。

此外，典型的支架加工技术要求将工件安装在夹具上，然后将夹具放入电镀液中并连接到电源。电沉积技术通常要求电源和工件之间有大的接触面积。因此，电沉积支架必须能够固定工件，并提供与工件良好电接触的低阻抗电流路径。有时，引脚、电线、杆、鳄鱼夹、螺钉或夹子用于提供必要的电接触。然而，这些接触区域通常在电沉积过程中是固定的，并且最小化或消除了电接触下电解质的可用性或循环。因此，当被移除时，这种接触留下涂覆工件的标记区域(即，制品上没有涂层或基本上没有涂层的位置)。标记区域，特别是在与腐蚀性物质接触的表面上或在高磨损环境中使用的表面上，可能会损害涂层的整体完整性，并会显著降低涂层制品的抗热性、耐磨性或抗腐蚀性。

在所述领域已经努力改进管状基底的抗热、耐磨和抗腐蚀涂层。虽然已经取得了一些进展，但是仍然需要用于管状基底的改进的纳米层压涂层，以及制造和使用所述涂层的方法，这些方法提供了这种改进。本公开解决了这些问题，并且提供了具有显著优点的相关改进。

发明内容

在各个方面，本公开提供了一种管状制品，其包括：管状工件和纳米层压涂层；所述管状工件具有内表面、外表面和至少一米(m)的长度；所述纳米层压涂层包括：内表面上的第一纳米层压涂层以及在外表面上的第二纳米层压涂层；第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层分别基本上覆盖内表面和外表面的100％。

在其它方面，本公开提供了一种管状制品，其包括：具有内表面和外表面的管状工件和纳米层压涂层；所述纳米层压涂层包括：内表面上的第一纳米层压涂层和在外表面上的第二纳米层压涂层；第二纳米层压涂层的厚度小于第一纳米层压涂层的厚度。

在一些实施例中，管状制品还包括管状工件的第一螺纹部；以及在第一螺纹部上的第三纳米层压涂层，第三纳米层压涂层的厚度小于第一纳米层压涂层的厚度。

在另一方面，本公开提供了一种管状制品，其包括：具有内表面和外表面的管状工件，所述管状工件包括第一螺纹部和纳米层压涂层，所述纳米层压涂层包括：内表面上的第一纳米层压涂层，外表面上的第二纳米层压涂层，以及在第一螺纹部上的第三纳米层压涂层；第三纳米层压涂层的厚度小于第一纳米层压涂层的厚度和第二纳米层压涂层的厚度。

在实施例中，第一纳米层压涂层的厚度和第二纳米层压涂层的厚度基本相同。在其它实施例中，第一纳米层压涂层的厚度大于第二纳米层压涂层的厚度。在进一步的实施例中，内表面和外表面基本上100％被纳米层压涂层覆盖。

在实施例中，管状工件是用于连接两个石油专用管材(OCTG)、OCTG或管线的连接器。在一些实施例中，当根据NACE TM0175或ASTM E399进行测试时，管状制品在H2S分压大于0.05psi(0.3kPa)的酸性使用环境下抗H2S诱导的硫化物应力开裂。在一些实施例中，根据美国腐蚀工程师协会(NACE)TM0177标准测试，在pH约3至约7的使用环境中，当在硫化物应力开裂环境中承受管状制品屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时时，管状制品抗开裂；当在75摄氏度下用15％HCl进行NACE TM0193-2016标准测试6小时时，纳米层压涂层的质量损失不超过25％；根据NACE TM0175标准或美国测试与材料学会(ASTM)E399高酸性气体条件标准测试，当暴露于高压釜环境时，管状制品抗纳米层压涂层开裂；管状制品抗点蚀，其中当根据ASTM G48测试标准进行测试时，各个点蚀坑深度不超过纳米层压涂层的10％；或者管状工件在pH约3至约7的工作环境中抵抗硫化氢引起的应力开裂或抗点蚀，所述点蚀超过第一或第二纳米层压涂层厚度的10％。

在实施例中，第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层各自包括一系列交替层。在一些实施例中，第三纳米层压涂层包括一系列交替层。在实施例中，所述系列交替层包括第一层和第二层；第一层包括独立选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质；第二层包括选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种独立可电沉积物质。在一些实施例中，第一层包括至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质，每种可电沉积物质的浓度至少为0.01％(w/w)；并且第二层包括至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质，每种可电沉积物质的浓度至少为0.01％(w/w)。

本公开的方面包括一种设备，所述设备包括：支架，所述支架包括：至少一个支撑结构，所述支撑结构被配置为支撑管状工件，所述管状工件具有基本圆柱状的形状和由具有第一表面区域的内表面限定的空腔、具有第二表面区域的外表面和纵向轴线；以及接触点组件，其被配置为旋转管状工件或者能够与管状工件电接触；以及由支架支撑的内部阳极，所述内部阳极具有外表面，所述内部阳极被配置为在管状工件的空腔内基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位，使得内部阳极的外表面被定位成距管状工件的内表面预定距离。

在一些实施例中，设备还包括由支架支撑的导电母线，所述导电母线被配置为经由接触点组件与管状工件电接触，使得管状工件自由旋转，同时保持与导电母线的电接触。在一些实施例中，接触点组件包括齿轮，齿轮包括螺纹部，并且导电母线被配置为经由齿轮与管状工件电接触。

在进一步的方面，本公开提供了一种设备，其包括：被配置为支撑管状工件的支架，其中管状工件基本上是圆柱形的，并且包括：纵向轴线；由具有第一表面积的内表面限定的空腔；和具有第二表面积的外表面，所述支架包括：导电母线；电连接到导电母线的动态接触点组件，使得管状工件和导电母线在管状工件旋转期间经由动态接触点组件电接触；基本上为圆柱形的驱动辊，所述驱动辊被配置为保持与管状工件物理接触；和从动辊，所述从动辊基本上为圆柱形，所述从动辊被配置为保持与管状工件物理接触。

在实施例中，动态接触点组件包括导电辊组件，所述导电辊组件包括被配置为与管状工件电接触的导电辊。在进一步的实施例中，导电母线被配置为保持与管状工件的外表面电接触。

在一些实施例中，设备还包括具有外表面的内部阳极，所述内部阳极被配置为沿着管状工件的纵向轴线或基本平行于纵向轴线定位在管状工件的空腔内，使得内部阳极的外表面被定位成距管状工件的内表面预定距离。在又一实施例中，内部阳极是柱状或管状的，内部阳极的直径小于管状工件的内径。在一些实施例中，内部阳极的外表面是波纹状的。在一些实施例中，内部阳极具有空腔。在一些实施例中，内部阳极具有多个横向延伸穿过内部阳极的孔。

在一些实施例中，设备还包括外部阳极，所述外部阳极的长度小于或等于管状工件的长度，所述外部阳极在距管状工件的外表面第二预定距离处邻近管状工件。在另外的实施例中，设备还包括邻近管状工件定位的屏蔽件(shielding)或辅助阴极(thieving)。在一些这样的实施例中，管状工件具有第一螺纹部；屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于管状工件和内部阳极或外部阳极之间的第一螺纹部附近。

本公开的方面还包括一种电镀系统，所述电镀系统包括：具有基本上圆柱状的管状工件、所述管状工件具有由管状工件的内表面限定的空腔和纵向轴线；和在此描述的设备。

在一些实施例中，电镀系统还包括电解质浴。在进一步的实施例中，电镀系统还包括处理槽，在操作中，所述处理槽容纳支架和电解质浴。在又一实施例中，电镀系统还包括位于管状工件的空腔内邻近内部阳极的电解质分配管。

在实施例中，电镀系统还包括电连接到内部阳极的电源；以及电源控制器，其在操作中控制涂覆到管状工件的电流和电压中的至少一个。在一些实施例中，电源控制器在操作中控制涂覆到管状工件的电流密度，其中电流密度随时间变化。

在其它方面，本公开提供了一种在管状工件上生产纳米层压涂层的方法，包括：将基本上为圆柱形的管状工件引入到系统中，所述管状工件具有纵向轴线，具有由内表面限定的空腔和外表面，所述系统包括：在操作中支撑管状工件的支架；内部阳极；和包括具有可电沉积物质的电解质溶液的电解质浴；以旋转速度旋转支架中的管状工件；以及将可电沉积物质电沉积到管状工件上，作为第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层，第一纳米层压涂层位于外表面的至少一部分上，第一纳米层压涂层具有第一厚度；并且第二纳米层压涂层位于内表面的至少一部分上，第二纳米层压涂层具有第二厚度。

在实施例中，电沉积包括向管状工件或与管状工件接触的导电制品施加电压或电流。在一些实施例中，电压或电流随时间变化。在进一步的实施例中，旋转管状工件包括随时间改变旋转速度，使得第一纳米层压涂层或第二纳米层压涂层的组成改变。

在多种实施例中，管状工件由从动辊旋转，所述从动辊基本上为圆柱形，并且与管状工件物理接触。在一些实施例中，管状工件由与管状工件物理接触的齿轮或与管状工件物理接触的联结器旋转。

在一些实施例中，将管状工件引入系统包括将内部阳极沿着管状工件的纵向轴线或基本平行于所述纵向轴线定位在管状工件的空腔内，使得内部阳极的外表面定位在距管状工件的内表面预定距离处。

在进一步的实施例中，电沉积可电沉积物质包括经由内部阳极的空腔或横向延伸穿过内部阳极的多个孔将一部分电解质溶液分配到管状工件的空腔中。在另外的实施例中，电沉积可电沉积物质包括通过位于管状工件的空腔中的电解质分配管将一部分电解质溶液分配到空腔中。在另外的实施例中，电沉积可电沉积物质包括通过位于管状工件的空腔中的电解质分配管中的多个孔将一部分电解质溶液分配到空腔中。在一些实施例中，电沉积可电沉积物质包括将外部阳极定位在管状工件附近。

本公开的其它方面包括通过在此描述的方法生产的管状制品。本公开的其它方面包括通过在此描述的方法生产的石油专用管材(OCTG)。

在一些方面，本公开提供了一种阳极，所述阳极包括基本上圆柱形的金属构件，所述金属构件具有外表面，所述外表面具有增加阳极表面积的表面积特征，所述金属构件在使用中与管状工件电接触。

在实施例中，阳极是管状的，使得空腔由阳极的内表面限定。在一些实施例中，表面积特征是一系列连续交替的凸部和凹部，使得外表面是波纹状的。在进一步的实施例中，外表面被配置为多边形或锯齿管配置，所述外表面包括多个互连侧面。

在一些实施例中，阳极基本上是实心的。在其它实施例中，阳极是多孔的，并且其中阳极具有范围从约45％到约50％、从约50％到约55％、从约55％到约60％、从约60％到约65％、从约65％到约70％、从约70％到约75％、从约75％到约80％、从约80％到约85％、从约85％到约90％、从约90％到约95％或从约95％到约95％的百分比开口面积。

本公开的其它方面包括一种配置阳极的方法，所述阳极用于电沉积方法中在管状工件上沉积纳米层压涂层，所述方法包括：基于以下因素确定阳极的表面积：对应于管状工件的内表面的表面积与对应于管状工件的外表面的第二表面积的比；以及所述管状工件的内径与所述管状工件的外表面与所述阳极外部表面之间的距离的比，其中，所述阳极的表面积在所述管状工件上提供涂层，使得内表面上纳米层压涂层的第一厚度与外表面上纳米层压涂层的第二厚度之比大约为1。

附图简要说明

具体实施方式参考附图描述。在附图中，附图标记的最左边的数字(一个或多个)标识了所述附图标记所出现的附图。不同附图中相同的最右边数字表示相似或相同的组件或特征。

附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，未按比例绘制多种元件的形状和角度，并且其中一些元件被任意放大和放置以提高图形的易读性。此外，所绘制的元件的特定形状并不旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，仅仅是为了便于在附图中识别而选择的。

图1A和1B是涂有纳米层压涂层的管状工件的内壁和外壁的说明性实施例。

图2示出了用于管状工件的电沉积设备的说明性实施例，所述管状工件具有固定的电触点组件。

图3A-图3C示出了本公开阳极的说明性实施例。

图4示出了用于在管状工件上沉积纳米层压涂层的电沉积系统的说明性实施例。

图5示出了具有动态接触点组件的电沉积系统的配置的说明性实施例。

图6是电沉积系统中使用的辊的说明性实施例的横截面。

图7是布置在电沉积系统中的辊的说明性实施例的横截面。

图8提供滚针轴承的说明性实施例。

图9A-图9D示出了本公开电沉积系统中使用的屏蔽件的说明性实施例。

图10A-图10C提供了本公开系统的说明性实施例的几个视图。图10A示出了沿着管状衬底的纵向轴线的系统的横截面；图10B示出了从上方观察的视图；以及图10C示出了沿基本垂直于纵向轴线的方向在管状工件中点截取的横截面。

图11A-图11D示出了本公开系统的另一说明性实施例，其包括与管状工件的一部分相邻的屏蔽件。

图12提供了本公开系统的电机和齿轮箱的配置的实施例。

图13是通过本公开的设备生产纳米层压制品的说明性方法。

具体实施方式

本公开大体上涉及管状基底上的电沉积纳米层压涂层及其制造和使用方法，所述涂层具有改进的抗热性、耐磨性和抗腐蚀性。

在更详细地阐述本公开之前，提供在此使用的某些术语的定义可能有助于理解本公开。在本公开中还阐述了其它定义。

“电沉积”指使用电解在工件上沉积涂层的方法或所得产品。换言之，当电流通过工件和电解质溶液时，工件与包括一种或多种离子(例如，金属、陶瓷等)的电解质溶液接触(例如，部分浸入或完全浸入)导致薄涂层沉积在工件表面上。这种包括两层或更多层的电沉积涂层可以称为“层压”涂层。

出于本公开的目的，“涂层”包括电沉积到工件表面上的任何薄层。因此，如本文所用，“涂层”包括由心轴表面上的一系列薄电沉积层制成的包层，心轴在电沉积层形成后被移除。包层通常在形成后固定在另一个制品上作为保护层。

“纳米层压涂层”是指包括至少一层厚度小于10,000nm(即10微米)的电沉积涂层。在实施例中，纳米层压涂层包括两层或更多层，其中各个层的厚度小于10,000nm。尽管在此描述的方法特别适合于提供纳米层压涂层，但是相同或相似的方法也可以用于制造其中单个层厚于10微米的相似制品。这种涂层可以称为“微层压涂层”。

术语“工件”包括在其表面使涂层电沉积的任何物品。工件包括基底和心轴，基底是在其上施加涂层的物体，心轴是在形成后从其上去除涂层的基底。通常，为了本公开的目的，使用管状工件。

“管状”工件具有基本上圆柱形的形状和由管状工件的内表面限定的空腔。管状工件的空腔的形状通常基本上是圆柱形的，并且沿着纵向轴线对齐，所述纵向轴线基本上从圆柱形的一个基部的中心延伸到另一个基部的中心。另外，空腔的基部基本上位于管状工件基部的中心。相反，“柱状”形状基本上是圆柱形的，但没有空腔。

“制品”描述了通过本文所述方法涂覆的工件成品。因此，制品是具有纳米层压或微层压涂层的工件。

如本文中关于材料组成所使用的，“余量(balance)”或“成分的余量”指的是成分中没有明确数量或范围的部分，或换言之，成分的其余部分。

除非另有说明，所有以百分比给出的成分都以重量百分比给出。

术语“约”具有本领域普通技术人员在结合所述数值或范围使用时合理赋予它的含义，即表示略大于或略小于所述数值或范围，在所述数值的±20％的范围内；在所述数值的±19％的范围内；在所述数值的±18％的范围内；在所述数值的±17％的范围内；在所述数值的±16％的范围内；在所述数值的±15％的范围内；在所述数值的±14％的范围内；在所述数值的±13％的范围内；在所述数值的±12％的范围内；在所述数值的±11％的范围内；在所述数值的±10％的范围内；在所述数值的±9％的范围内；在所述数值的±8％的范围内；在所述数值的±7％的范围内；在所述数值的±6％的范围内；在所述数值的±5％的范围内；在所述数值的±4％的范围内；在所述数值的±3％的范围内；在所述数值的±2％的范围内；在所述数值的±1％范围内。

术语“基本上”具有本领域普通技术人员在用于描述物品的物理特征时合理赋予它的含义，即，指物品在很大程度上具有参考特性，例如，在参考特性的±20％的范围内；在参考特性的±19％的范围内；在参考特性的±18％的范围内；在参考特性的±17％的范围内；在参考特性的±16％的范围内；在参考特性的±15％的范围内；在参考特性的±14％的范围内；在参考特性的±13％的范围内；在参考特性的±12％的范围内；在参考特性的±11％的范围内；在参考特性的±10％的范围内；在参考特性的±9％的范围内；在参考特性的±8％的范围内；在参考特性的±7％的范围内；在参考特性的±6％的范围内；在参考特性的±5％的范围内；在参考特性的±4％的范围内；在参考特性的±3％的范围内；在参考特性的±2％的范围内；或在参考特性的±1％范围内。例如，如果物品直径的任意两个测量值彼此在20％；19％；18％；17％；16％；15％；14％；13％；12％；11％；10％；9％；8％；7％；6％；5％；4％；3％；2％；或1％的范围内，则所述物品可以被认为是基本上圆形的。当与比较结合使用时(例如，第一涂层基本上比第二涂层厚)，基本上用于表示差异至少在参考特性的±20％的范围内；在参考特性的±19％的范围内；在参考特性的±18％的范围内；在参考特性的±17％的范围内；在参考特性的±16％的范围内；在参考特性的±15％的范围内；在参考特性的±14％的范围内；在参考特性的±13％的范围内；在参考特性的±12％的范围内；在参考特性的±11％的范围内；在参考特性的±10％的范围内；在参考特性的±9％的范围内；在参考特性的±8％的范围内；在参考特性的±7％的范围内；在参考特性的±6％的范围内；在参考特性的±5％的范围内；在参考特性的±4％的范围内；在参考特性的±3％的范围内；在参考特性的±2％的范围内；或在参考特性的±1％的范围内。

除非另有说明或与上下文明显矛盾，在描述本公开上下文中使用的术语“a”、“an”、“the”以及类似的冠词或术语(特别是在以下权利要求的上下文中)应被解释为涵盖单数和复数(即，“一个或多个”)。本文所述的值的范围用于作为单独引用所述范围内的每个单独值的简写方法。在本说明书中，除非另有说明，否则任何浓度范围、百分比范围、比率范围或整数范围应理解为包括所述范围内的任何整数的值，并且在适当时，包括其分数(例如，整数的十分之一和百分之一)。此外，除非另有说明，否则本文所述的与任何物理特征(例如尺寸或厚度)有关的任何数值范围应理解为包括所述范围内的任何整数。除非本文另有说明，否则每个单独的值被并入说明书中，如同其在本文中单独引用一样。

备选方案(例如“或”)的使用应理解为是指备选方案中的一种、两种或其任意种的组合。可以组合上述各种实施例以提供其它的实施例。在此描述的替代要素或本公开的实施例的组群不应被解释为限制。组中的每个成员或者与所述组中的其它成员或本文中找到的其它要素的任何组合被引用和单独要求保护。

本文公开的每个实施例可以包括、基本上由或由特定的所述元素、步骤、成分或成分组成。术语“包括(comprise)”或“包括(comprises)”是指“包括但不限于”，并允许包括未指明的元素、步骤、成分或成分，即使是主要含量。短语“包括”不包括任意未指定的元素、步骤、成分或组成。短语“基本上由…组成”将实施例的范围限制为特定的元素、步骤、成分或成分，以及那些实质上不影响所要求保护的公开的基本特征和新颖特征的元素、步骤、成分或组成。

管状制品

如上所述，本公开提供了管状制品。本公开的管状制品包括管状工件，所述管状工件具有内表面、外表面、内表面上的内纳米层压涂层和外表面上的外纳米层压涂层。在实施例中，管状工件基本上100％被两个或多个纳米层压涂层覆盖。

因此，本公开的实施例包括管状制品，其包括具有内表面、外表面、至少一米(m)长度的管状工件；纳米层压涂层包括：内表面上的第一纳米层压涂层；以及在外表面上的第二纳米层压涂层，两个或更多纳米层压涂层基本上覆盖100％的内表面和外表面。

在一些实施例中，管状工件是单壁的。在其它实施例中，管状工件具有两个壁，内壁和外壁。

在实施例中，如图1A所示，内纳米层压涂层比外纳米层压涂层厚。在图1A的实施例中，工件的外表面101涂覆有纳米层压涂层，所述涂层基本上比内表面103上的纳米层压涂层薄。

因此，本公开的实施例包括管状制品，所述管状制品包括：具有内表面和外表面的管状工件；内表面上的纳米层压涂层；和在外表面上的纳米层压涂层，所述外纳米层压涂层的厚度小于内纳米层压涂层的厚度。

在其它实施例中，外纳米层压涂层的厚度大于内纳米层压涂层的厚度。

在其它实施例中，内纳米层压涂层和外纳米层压涂层的厚度基本相同。图1B是具有多层涂层100B的管状制品的壁的横截面的说明性实施例。在图1B的实施例中，工件的外表面101B和内表面103B涂有厚度基本相同的纳米层压涂层。

在实施例中，管状工件在一端或两端包括螺纹部。螺纹部可以在管状工件的内部或者在管状工件的外部。管状工件也可以在两端之间的某个位置包括螺纹部。

在管状工件包括螺纹部的一些实施例中，纳米层压螺纹涂层覆盖螺纹部。在一些实施例中，纳米层压螺纹涂层比内纳米层压涂层薄。因此，本公开的实施例包括一种管状制品，其包括：具有内表面和外表面的管状工件，管状基底包括内螺纹部；内表面上的内纳米层压涂层；外表面上的外纳米层压涂层；以及螺纹部上的纳米层压螺纹涂层，纳米层压螺纹涂层的厚度小于内纳米层压涂层的厚度和外纳米层压涂层的厚度。在管状工件具有多于一个螺纹部的一些实施例中，纳米层压螺纹涂层位于每个螺纹部上。

在螺纹部位于管状工件内部的某些实施例中，涂覆到管状工件外部相应部分的纳米层压涂层的厚度不同于内纳米层压涂层的厚度、外纳米层压涂层的厚度或纳米层压螺纹涂层的厚度。类似地，在螺纹部位于管状工件外部的一些实施例中，涂覆到管状工件内部相应部分的纳米层压涂层的厚度不同于内纳米层压涂层的厚度、外纳米层压涂层的厚度或纳米层压螺纹涂层的厚度。

本公开的纳米层压涂层包括以一个模式重复的多个层。在一些实施例中，多个层由交替的两层组成。在另外的实施例中，纳米层压涂层包括多个交替的第一和第二层。或者，在任何第一和第二层之间的涂层中可以存在一个或多个附加层。在其它实施例中，多个层由以任何合适的模式重复的两个以上的层组成(例如，A-B-C-A-B-C-A-B-C或A-B-C-B-A-B-C)。此外，多个层中的每层的厚度可以以任何合适的模式重复。

纳米层压涂层的每层可以包括金属、金属合金或陶瓷。在实施例中，纳米层压涂层的每层包括至少一种可电沉积物质，其独立地选自银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、硼(B)、铍(Be)、碳(C)、钴(Co)、铬r(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、汞(Hg)、铟(In)、铱(Ir)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、Ni(Ni)、磷(P)、钯(Pd)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、锑(Sb)、硅(Si)、锡(Sn)、铅(Pb)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、钒(V)、锌(Zn)和锆(Zr)。在一些实施例中，纳米层压涂层的每层包括至少0.01％(w/w)的Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In,Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn或Zr。每种可电沉积物质可以以至少约10％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层中。在实施例中，每个可电沉积物质可以以至少约5％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每个可电沉积物质可以以至少约1％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每种可电沉积物质可以以至少约0.1％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每种可电沉积物质可以以至少约0.05％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每种可电沉积物质可以以至少约0.01％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每种可电沉积物质可以以至少约0.005％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。在实施例中，每个可电沉积物质可以以至少0.001％(w/w)的浓度存在于纳米层压涂层的层中。

在某些实施例中，纳米层压涂层的某层包括单晶Co。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括Al。在另外的实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni或Cr。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni、Fe和Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni、Fe、Cr和Mo。

在一些实施例中，纳米层压涂层的每层包括两种或多种、三种或多种、四种或多种或五种或多种不同的可电沉积物质。在一些实施例中，每层包括至少两种金属的合金。在一些实施例中，每层包括至少三种金属的合金。

在实施例中，纳米层压涂层的第一层和第二层分别包括第一合金和第二合金，它们包括相同的第一和第二金属。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差按重量计小于约10％、约20％、约30％、或约50％。在另外的实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差按重量计大于约1％、约2％、约5％、或约10％。

可用于纳米层压涂层的示例性合金包括Zn和Fe；Zn和Ni；Co和Ni；Ni、Co和Mo；Ni和Fe；Ni和Cr；Cu和Zn；Cu和Sn；Ni、Co和P；Ni、Co、W和P；Ni、Co和W；Ni和W；Ni、W和P；Ni、Co和B；Ni、Co、W和B；或者Ni、W和B。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层中使用的合金包括Ni和Fe；或者Ni和Co。在另外的实施例中，纳米层压涂层的层包括三个或更多、四个或更多、或者五个或更多的Co、Cr、Mo、W、Fe、Si、Mn和Ni。

在实施例中，每层包括Ni和W。在实施例中，每层包括Ni和Mo。在实施例中，每层包括Ni、Mo和W。在实施例中，每层包括Ni和Cr。

在实施例中，每个层包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCrP、CoFeP、CoCrAl、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi、orFeCrB。在一些实施例中，每层包括NiCr、NiCo、NiW或NiCoP。

在一些实施例中，纳米层压涂层的某层(例如，第一层和/或第二层)包括浓度大于约50％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约55％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约60％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约65％(w/w)的Ni，在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约70％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约98％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约97％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约96％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约70％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、或约95％(w/w)的Ni。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围从约50％(w/w)到约99％(w/w)的Ni。

在某些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。在另外的实施例中，第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

在实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)，或约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)，或约99％(w/w)的Cr。

在实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Cr，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约90％(w/w)的Ni，或两者均有。在另外的实施例中，纳米层压涂层包括浓度范围为约20％(w/w)至约50％(w/w)的Ni、浓度范围为约20％(w/w)至约35％(w/w)的Cr和浓度大于约1.5％(w/w)的Mo。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约7％(w/w)的Cr、浓度为约5％(w/w)至约30％(w/w)的Mo、浓度小于约3％(w/w)的W、浓度为约1.5％(w/w)至约15％(w/w)的Fe、浓度小于1％(w/w)的Si、浓度小于3％(w/w)的Mn，余量为Ni。

在实施例中，涂层包括浓度为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约20％(w/w)至约60％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层还可以包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层包括浓度为约50％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层还可以包括浓度高达约30％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层包括浓度至少约为50％(w/w)的Ni，以及浓度高达约50％(w/w)的W和Mo。在实施例中，涂层包括浓度至少约为60％(w/w)的Ni和浓度高达约40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层包括浓度约为60％(w/w)的Ni，以及浓度约为40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层包括浓度约为60％(w/w)的Ni和浓度约为40％(w/w)的W。

每层的厚度独立地选自约5nm至约250nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约5nm至约100nm、约50nm至约150nm、约100nm至约200nm、或约150nm至约250nm的范围。在另外的实施例中，每层的厚度独立地选自约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约225nm、约200nm至约250nm、约220nm至约250nm、或约150nm至约250nm。

在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约750nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约500nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约250nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约200nm的范围。

各个层之间的界面可以是离散的或扩散的。如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于两层中较薄层厚度的约20％，相邻层之间的界面被认为是“离散的”。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约15％，相邻层之间的界面被认为是离散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约10％，相邻层之间的界面被认为是离散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约8％，相邻层之间的界面被认为是离散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约5％，相邻层之间的界面被认为是离散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约4％，相邻层之间的界面被认为是离散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离小于层中较薄层厚度的约2％，相邻层之间的界面被认为是离散的。

在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动超过两层中较薄层厚度的约20％，则界面是“扩散的”。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于薄层厚度的约15％，相邻层之间的界面被认为是扩散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于薄层厚度的约10％，相邻层之间的界面被认为是扩散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于较薄层厚度的约8％，则相邻层之间的界面被认为是扩散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于薄层厚度的约5％，则相邻层之间的界面被认为是扩散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于薄层厚度的约4％，则相邻层之间的界面被认为是扩散的。在实施例中，如果成分在第一层和第二层之间移动的距离大于、或约为薄层厚度的2％，相邻层之间的界面被认为是扩散的。

在实施例中，扩散界面在第一层和第二层之间的约0.5nm至约5nm的厚度范围内具有成分移动。在一些实施例中，扩散界面的厚度在约0.5nm至约3nm、约1nm至约4nm、或约2nm至约5nm的范围。在另外的实施例中，扩散界面的厚度在约0.5nm至约1nm、约1nm至约2nm、约2nm至3nm、约3nm至约4nm、或约4nm至约5nm的范围。

存在于管状工件不同部分上的每个纳米层压涂层(例如，内纳米层压涂层、外纳米层压涂层和纳米层压螺纹涂层)的总厚度可以根据涂层的应用而有很大变化。在实施例中，涂层在整个管状工件上基本上是连续的。在实施例中，涂层在整个管状工件上是连续的。在一些实施例中，管状工件的特定部分上存在的涂层厚度均匀或基本均匀。在实施例中，纳米层压涂层(例如，内纳米层压涂层、外纳米层压涂层等)在两个或多个位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在三个或更多位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在四个或更多位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在五个或更多位置具有基本相同的厚度。在某些实施例中，涂层在管状工件的一部分的长度上具有两个或多个厚度。

在实施例中，涂层的厚度范围为约5nm至约5cm。在一些实施例中，每个涂层的厚度独立地选自约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm，约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约250nm、约1μm至约5厘米(cm)、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm、约800μm至约1.2毫米(mm)、从约500μm到约1mm、从约1mm到约1.5mm、从约1.2mm到约2mm、从约1.8mm到约2.5mm、从约2mm到约3mm、从约2.5mm到约5mm、从约1mm到约5mm、从约5mm到约1cm、从约1cm到约2cm、或从约2cm到约5cm的范围。

在特定实施例中，每个涂层独立地具有约5μm至约3,500μm的厚度。在另外的实施例中，涂层具有独立地选自约25μm至约2,250μm、约125μm至约2,050μm、约125μm至约1,750μm、约200μm至约1,500μm、约250μm至约1,250μm、约250μm至约1,000μm的厚度、约250μm至约750μm、约500μm至约1000μm范围的厚度。在其它实施例中，涂层的具有独立地选自约25μm至约125μm、约50μm至约150μm、约125μm至约250μm、约250μm至约375μm、约375μm至约500μm、约500μm至约750μm、约750μm至约1,000μm、约1,000μm至约1,250μm、约1,250μm至约1,500μm、约1,500μm至约1,750μm、约1,750μm至约2,000μm、约2,000μm至约2,250μm、约2,250μm至约2,500μm、约2,500μm至约2,750μm、以及约2,750μm至约3,000μm范围的厚度。

在实施例中，纳米层压螺纹涂层的厚度不会阻止螺纹与具有相应螺纹的第二物品联接。在另外的实施例中，纳米层压螺纹涂层不会因管状制品的螺纹部与第二物品的相应螺纹联接而受损。在某些实施例中，纳米层压螺纹涂层的厚度在约50μm至约150μm的范围内。

本文所述的纳米层压涂层可以包括大量层。涂层可以包括至少两层、至少三层、至少四层、至少六层、至少八层、至少十层、至少20层、至少30层、至少50层、至少100层、至少200层、至少500层、至少1,000层、至少1,500层、至少2,000层、至少2,500层、至少3,000层、至少3,500层、至少4,000层、至少5,000层、至少6,000层、至少7,000层、或至少8,000层。在实施例中，涂层中的层数在约50层至约8,000层的范围内。在一些实施例中，涂层中的层数在约100层至约8,000层的范围内。在另外的实施例中，涂层中的层数在约50层至约100层、约100层至约1,000层、约1,000层至约2,000层、约2,000层至约4,000层、约4,000层至约8,000层或大于约8,000层的范围内。管状工件的不同部分上存在的每个纳米层压涂层可以具有不同数量的涂层。在其它实施例中，存在于管状工件不同部分上的每个纳米层压涂层具有相同数量的涂层。

本公开实施例中采用的管状工件可以是任何合适的管状工件。在实施例中，管状工件由金属或金属合金制成。在一些实施例中，管状工件由合金钢制成。在某些实施例中，钢合金包括：C和Fe；C、Fe和Mo；或C、Fe、Mo和Co。

在其它实施例中，管状工件由塑料或聚合材料制成。在一些实施例中，塑料或聚合材料包括芳基酰胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、聚苯醚(PPO)和聚苯乙烯(PS)共聚物、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固性塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯、或其任意组合。

在多种实施例中，塑料或聚合材料包括添加剂，例如炭黑(例如，约1％至约5％(w/w))、石墨烯(例如，PLA-石墨烯印刷丝)、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨纤维。另外，在一些实施例中，本公开的塑料或聚合材料还包括金属添加物(例如，Ag、Al、Au、B、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Sn、Pb、Pd、Ti、W、V、Zn、Zr或其合金)。在另外的实施例中，金属添加物的浓度范围为约1％至约50％(w/w)。

通常，为了在由塑料或聚合材料制成的管状工件上施加纳米层压涂层，首先在管状工件的塑料或聚合材料上涂覆冲击层。冲击层是使用高电流密度和低离子浓度的电解质溶液沉积在管状工件上的非常薄的导电层。在实施例中，用于冲击层的导电材料包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Pd、Ti、W、V、Zn、Zr或其合金。在一些实施例中，冲击层包括Ni、Cu、或两者均含。

在本公开的方法中使用的管状工件可以具有从约0.1米(m)到15m的长度范围。在另外的实施例中，管状工件具有从约0.10m到约0.15m的长度范围；从约0.10m到约0.5m；从约0.10m到约1.0m；从约0.10m到约0.4m；从约0.10m到约1.51m；从约0.10m到约10.7m；从约0.10m到约13.8m；从约0.15m到约0.4m；从约0.15m到约1.51m；从约0.15m到约10.7m；从约0.15m到约13.8m；从约0.3m到约0.7m；从约0.6m到约1.51m；从约1m到约2m；从约1m到约5m；从约1m到约14.5m；从约1.5m到约3.1m；从约1.5m到约6.1m；从约2m到约3m；从约3m到约4m；从约3m到约4.6m；从约4m到约5m；从约4.5m到约6.1m；从约5m到约6m；从约5m到约10m；从约5m到约14.5m；从约6m到约7m；从约6m到约7.7m；从约6m到约11m；从约7m到约8m；从约7.6m到约9.2m；从约8m到约9m；从约9m到约10m；从约9.1m到约10.7m；从约10m到约11m；从约10m到约14.5m；从约10.6m到约12.2m；从约10.6m到约13.8m；从约11m到约12m；从约12m到约13m；从约12.1m到约13.8m；从约13m到约13.5m；从约13.5m到约14m；或从约14m到约14.5m。在一些实施例中，管状工件具有从约0.10m到约0.15m的长度范围。

由本公开的纳米层压涂层赋予的特定性能为管状制品提供了改进的抗腐蚀、耐磨损和抗热性能。因此，在实施例中，选择管状工件涂覆，以在高腐蚀性的工作环境中使用。在实施例中，管状制品是石油专用管材(OCTG)、管线或用于连接两个油井管的连接器。在特定实施例中，管状制品是井下管。在一些实施例中，井下管是可膨胀管。在特定实施例中，管状制品是连接器。

在一些实施例中，管状制品在H2S分压大于0.05psi(0.3kPa)的酸性使用环境下抵抗H2S诱导的硫化物应力开裂。在另外的实施例中，当在75摄氏度下用15％HCl进行6小时的全国腐蚀工程师协会(NACE)TM0193-2016标准化测试时，纳米层压涂层的质量损失不超过25％。在另外的实施例中，根据NACE标准TM0175或美国测试和材料学会(ASTM)E399标准化的高酸性气体条件，暴露于高压环境中测试，管状制品抗纳米层压涂层开裂。在另外的实施例中，管状制品抗点蚀，其中当根据ASTM G48测试标准进行测试时，单个点蚀坑深度不超过纳米层压涂层的10％。在其它实施例中，管状制品抗点蚀，其中在pH约3至约7的使用环境中，单个点蚀坑深度不超过纳米层压涂层的10％。在另外的实施例中，管状制品抗点蚀，其中在使用环境中，单个点蚀坑深度不超过纳米层压涂层的10％，所述使用环境的pH范围为约7至约6.5、约6.5至约6、约6至约5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5、或约3.5至约3。

在实施例中，根据NACE TM0177标准测试，在pH约3至约7的使用环境中，当在硫化物应力开裂环境中承受管状制品屈服强度的80％的拉伸载荷720小时时，管状制品抗开裂。在某些实施例中，根据NACE TM0177标准测试，在pH约7至约6.5、约6.5至约6、约6至约5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5、或约3.5至约3的使用环境中，管状制品在硫化物应力开裂环境中承受管状制品屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时时抗开裂。本公开的管状制品包括通过在此描述的任何方法生产的管状制品。此外，本公开的管状制品包括通过在此描述的任何方法生产的石油专用管材(OCTG)。

用于电沉积纳米层压涂层的固定接触点组件设备

本公开的管状制品可以使用专门的设备来生产。为了描述本公开的设备和系统的特定实施例，参考附图。所述讨论不应被解释为限制，因为在此描述的实施例的具体细节是通过示例的方式，并且是为了说明性地讨论本公开的实施例。

本公开的设备包括支架(rack)，支架被设计成在电沉积过程中支撑一个或多个管状工件，图2中示出了其示例。本公开的支架包括两个或多个支撑结构204A和204B。

在实施例中，支撑结构204A和204B没有物理地连接在一起，因此可配置为支撑不同长度的管状工件202。在一些实施例中，支撑结构204A和204B支撑长度范围从约0.1米(m)到15m的管状工件202。在另外的实施例中，支撑结构204A和204B支撑从约0.10m到约0.15m；从约0.10m到约0.5m；从约0.10m到约1.0m；从约0.10m到约0.4m；从约0.10m到约1.51m；从约0.10m到约10.7m；从约0.10m到约13.8m；从约0.15m到约0.4m；从约0.15m到约1.51m；从约0.15m到约10.7m；从约0.15m到约13.8m；从约0.3m到约0.7m；从约0.6m到约1.51m；从约1m到约2m；从约1m到约5m；从约1m到约14.5m；从约1.5m到约3.1m；从约1.5m到约6.1m；从约2m到约3m；从约3m到约4m；从约3m到约4.6m；从约4m到约5m；从约4.5m到约6.1m；从约5m到约6m；从约5m到约10m；从约5m到约14.5m；从约6m到约7m；从约6m到约7.7m；从约6m到约11m；从约7m到约8m；从约7.6m到约9.2m；从约8m到约9m；从约9m到约10m；从约9.1m到约10.7m；从约10m到约11m；从约10m到约14.5m；从约10.6m到约12.2m；从约10.6m到约13.8m；从约11m到约12m；从约12m到约13m；从约12.1m到约13.8m；从约13m到约13.5m；从约13.5m到约14m；或从约14m到约14.5m长度范围的管状工件202。

在支架被设计成支撑多个管状工件的实施例中，每个管状工件可以具有基本相同的长度、基本相同的外径、基本相同的内径、或其组合。

在其它实施例中，支架的支撑结构204A和204B被设置为间隔固定距离。在一些实施例中，支架的支撑结构204A和204B配合于长度范围从约0.1m到15m的管状工件202。在实施例中，支撑结构204A和204B支撑长度为约0.15m、约0.3m、约0.4m、约0.6m、约0.7m、约1m、约1.5m、约2m、约3m、约4m、约5m、约6m、约7m、约8m、约9m、约10m、约11m、约12m、约13m、约14m、或约15m的管状工件202。

在一些实施例中，额外的支撑结构被添加到支架上，以便为管状工件提供额外的支撑。在另外的实施例中，通常在管状工件的中点处或中点附近添加额外的支撑结构。

本公开的支架可以保持管状工件202，使得管状工件202的纵向轴线基本上是水平的。在其它实施例中，支架保持管状工件202，使得纵向轴线相对于水平方向处于从约0.5度到约2.5度的范围内。在一些实施例中，支架保持管状工件202以使纵向轴线在从约0.5度到约1度；从约1度到约1.5度；从约1.5度到约2度；或从约2度到约2.5度的范围倾斜。

在支架支撑多于一个管状工件的一些实施例中，管状工件基本互相平行地布置。

在一些实施例中，支架支撑多个管状工件，其中至少一部分以平面结构布置。换言之，两个或多个管状工件在一条直线上彼此相邻布置，使得管状工件的第一端对齐，管状工件的第二端对齐，并且管状工件的中点对齐。在一些实施例中，多个管状工件布置成多边形结构。换言之，当在平行于纵向轴线的方向上观察时，连接多个管状制品中的每一个的纵向轴线的线将形成多边形。在一些实施例中，形成的多边形具有三条边。在一些实施例中，形成的多边形具有四条边。在一些实施例中，形成的多边形具有五条边。在一些实施例中，形成的多边形具有六条边。在实施例中，多个管状工件间隔开，使得各个管状工件不进行物理接触。在实施例中，多个管状工件间隔开，使得各个管状工件之间的距离至少约等于管状工件的外径。

在一些实施例中，多个管状工件的至少一部分串联布置。在这样的实施例中，第一管状工件的第一端连接到第二管状工件的第一端，第二管状工件的第二端连接到第三管状工件的第一端，等等。在一些这样的实施例中，至少三个管状工件可以串联连接。在一些实施例中，至少四个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少五个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少10个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少15个管状工件串联连接。在多种实施例中，各个管状工件的端部通过一个或多个联结器连接。在实施例中，联结器通常是圆柱形(例如管状)结构，其包括对应于管状工件的螺纹部的第一螺纹部和第二螺纹部，使得联结器的螺纹部可以连接到管状工件的螺纹部。在其它实施例中，联结器以不同于相应螺纹的方式连接到管状工件。例如，联结器可以焊接、粘结或紧固到管状工件上。在多种实施例中，联结器可以由导电或非导电材料制成，具有或不具有导电或非导电涂层。在一些实施例中，串联连接的管状工件具有从约0.1m到约1m的长度。在特定实施例中，串联连接的管状工件具有从约0.1m到约0.5m的长度。

支撑结构204A和204B可以由非导电材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(例如高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)或其任意组合)，或者由导电或非导电材料制成的支撑结构可以涂覆有非导电涂层，例如PVC、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、合成橡胶、丙烯酸或其任意组合。

此外，支撑结构204A和204B可以具有附接件，所述附接件允许支撑结构连接到(例如悬挂在)高架龙门或龙门系统，所述高架龙门或龙门系统允许管状工件在多个处理槽之间运输。可选地，支撑结构204A和204B可以具有附接件，所述附接件允许支撑结构连接到例如手推车或拖拉机的车辆(例如，由其支撑)，以便于运输。在一些实施例中，龙门系统或车辆是自动化的。在一些实施例中，龙门起重机或车辆在电沉积过程中连接到支架。在其它实施例中，龙门起重机或车辆在电沉积过程中释放支架。在另外的实施例中，相同的龙门起重机或车辆在完成后与支架重新连接。在其它实施例中，不同的龙门起重机或车辆可以在完成后与支架连接。

在一些实施例中，支撑结构可以包括杆，所述杆在管状工件的空腔内基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位。在这样的实施例中，管状工件的内表面通常在与外表面分开的时间涂覆(即，之前或之后)。在一些这样的实施例中，杆具有与管状工件的内径基本相同的直径。

支架还包括接触点组件，所述接触点组件基本上围绕管状工件的纵向轴线旋转管状工件，能够与管状工件电接触，或者两者均有。在支架支撑多个管状工件的多种实施例中，接触点组件旋转多个管状工件，使得能够与多个管状工件电接触，或者两者都接触。在这样的实施例中，每个管状工件基本上围绕管状工件的相应纵向轴线旋转。

在管状工件具有一个或多个螺纹部的一些实施例中，本公开的设备包括固定接触点组件。在实施例中，固定接触点组件包括齿轮206。

齿轮206可以包括螺纹部。螺纹部可以是内螺纹或外螺纹。在一些实施例中，齿轮206的螺纹部对应于管状工件202的螺纹部，使得齿轮206的螺纹部和管状工件202的螺纹部可以连接在一起。

在其它实施例中，齿轮206以不同于相应螺纹的方式连接到管状工件202。例如，齿轮206可以焊接、粘结或紧固到管状工件202上。

在一些实施例中，第二齿轮连接到管状工件202的相对端。第一和第二齿轮可以使用相同的方式(例如，相应的螺纹连接、焊接、粘结、紧固等方式)或不同的方式连接到管状工件202。

本公开的齿轮206可以由电机联接，以旋转管状工件202。管状工件202可以以从约0.5转/分(rpm)到约10rpm的旋转速度旋转(例如通过电机)。在实施例中，管状工件202以约0.5rpm至约3rpm、约1rpm至约4rpm、约2rpm至约5rpm、约3rpm至约6rpm、约4rpm至约7rpm、约5rpm至约8rpm、约6rpm至约9rpm、或约7rpm至约10rpm的旋转速度旋转(例如通过电机)。在一些实施例中，管状工件202以约0.5rpm至约1rpm、约1rpm至约2rpm、约2rpm至约3rpm、约3rpm至约4rpm、约4rpm至约5rpm、约5rpm至约6rpm、约6rpm至约7rpm、7rpm至约8rpm、约8rpm至约9rpm、或约9rpm至约10rpm的旋转速度旋转。

在支架支撑多个管状工件的多种实施例中，固定接触点组件包括分别连接到多个管状工件的多个齿轮。在这样的实施例中，多个齿轮可以由单个电机联接，以旋转管状工件。在其它实施例中，多个齿轮可以由两个或多个电机联接，以旋转管状工件。在一些实施例中，多个管状工件以相同的速度旋转。在其它实施例中，多个管状工件中的单个管状工件以两种或更多种速度旋转。

电机可以放在合适的外壳中。在一些实施例中，壳体由密封(即防水)的聚合材料(例如，复合材料、热塑性材料或热固性材料)制成。

电机控制器可用于控制电机。在一些实施例中，电机控制器用于启动或停止电机，或者根据需要改变速度。在一些实施例中，电机或电机控制器是本公开的设备的一部分。在其它实施例中，电机或电机控制器与本公开的设备分离。

在此描述的设备还可以包括齿轮箱。所述齿轮箱可以与电机在同一壳体中，或者在第二壳体中。本公开的电机可以连接到齿轮箱的第一端。在实施例中，齿轮箱是直角(或90度)齿轮驱动器，其将线性电机的线性运动转换成旋转运动。齿轮箱的第二端可以连接到齿轮206。

本公开的设备还可以包括联结器208A。所述联结器208A通常是圆柱形(例如管状)结构，其包括第一螺纹部和第二螺纹部。在实施例中，第一螺纹部对应于齿轮206的螺纹部，使得齿轮206的螺纹部和联结器208A的第一螺纹部可以连接在一起，第二螺纹部对应于管状工件202的螺纹部，使得管状工件202的螺纹部和联结器208A的第二螺纹部可以连接在一起。

在其它实施例中，联结器208A以不同于相应螺纹的方式连接到管状工件202或齿轮206。例如，联结器可以焊接、粘结或紧固到管状工件或齿轮上。

联结器208A可以由导电或非导电材料制成，具有或不具有导电或非导电涂层。

在实施例中，联结器208A在电沉积过程中经历磨损，因此是牺牲性的。

在一些实施例中，本公开的设备可以包括两个或多个联结器208A、208B。

此外，本公开的设备还可以包括一个或多个轴承，其与管状工件202一起旋转。所述轴承可以在任何合适的位置支撑管状工件202，例如在联结器208A处。

本公开的设备还可以包括内部阳极210。本公开的阳极基本上是圆柱形的，并且通常由金属制成。如果阳极至少部分位于管状结构202的空腔内，则阳极是“内部”阳极。内部阳极210通常定位成基本平行于管状结构202的纵向轴线，使得内部阳极210的外表面定位成距管状工件202的内表面预定距离。

内部阳极210的外表面和管状工件202的内表面之间的距离基本上均匀。本公开的装置可以包括一个或多个导向器212A和212B，导向器212A和212B连接到支架，支架在使用时将内部阳极210保持在适当位置。导向装置可以由任何合适的非导电材料制成，例如非导电热塑性材料(例如氯化聚氯乙烯(CPVC))。

在一些实施例中，内部阳极是柱状或管状的。在实施例中，内部阳极210的直径小于管状工件102的内径。参考图3A，内部阳极310的外表面可以是例如基本上圆柱形350，或者可以具有增加阳极表面积的表面积特征。在一些实施例中，表面积特征是波纹352。如本文所用，“波纹”或“波纹的”是指具有规则交替的脊和凹槽(即，一系列连续交替的凸和凹部分)的表面。在内部阳极310是管状的一些实施例中，如图3B所示，内部阳极也具有以纵向轴线354为中心的空腔，纵向轴线354是圆形356或者具有波纹形状358。在另外的实施例中，表面积特征是多边形或锯齿管结构，使得外表面包括多个互连侧面。在实施例中，内部阳极具有三个、四个、五个、六个或更多个互联侧面。在另外的实施例中，多个互联侧面在内部阳极的长度上变化。

因此，本公开的实施例包括阳极，所述阳极包括基本上圆柱形的金属构件，所述金属构件具有外表面，所述外表面具有增加阳极表面积的表面积特征，所述金属构件在使用中与管状工件电接触。

内部阳极的表面积可以基于管状工件的内表面积以及管状工件的外表面和内表面之间的长度与管状工件的外表面和外部阳极之间的长度之比。

因此，本公开的实施例包括配置用于电沉积方法以在管状工件上沉积纳米层压涂层的阳极的方法，包括：基于：对应于管状工件内表面的第一表面积与对应于管状工件外表面的第二表面积的比率来确定阳极的表面积；以及管状工件的内径与管状工件的外表面与阳极外表面之间的距离之比，其中阳极的表面积在管状工件上提供涂层，使得内表面上纳米层压涂层的第一厚度与外表面上纳米层压涂层的第二厚度之比约为1。

在实施例中，内部阳极310具有多个孔360，这些孔横向延伸穿过内部阳极的至少一个壁，如图3C所示。在一些实施例中，多个孔360中的一个延伸穿过内部阳极310。在内部阳极310具有空腔的一些实施例中，孔延伸穿过内部阳极的壁，但是不与相对壁中的相应孔对齐。如图3C所示，多个孔360的子集的浓度可以在内部阳极310的长度上不同。换言之，在内部阳极310的预定区域中发现的孔的数量可以沿着内部阳极的长度变化。类似地，也如图3C所示，多个孔360的子集的直径可以在内部阳极310的长度上不同。因此，在内部阳极310的预定区域中发现的孔的尺寸可以沿着内部阳极的长度变化。

管状工件中的多个孔可以是任何合适的形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形、菱形、六边形等。在一些实施例中，多个孔是一种形状。在另外的实施例中，管状工件中的多个孔包括多于一种形状的孔。

内部阳极可以由任何合适的材料制成，例如金属或合金，例如Zn、Ni、Sn、贵金属(例如金、银、铂、钯等)，或其任何合金。在某些实施例中，内部阳极由Zn-Sn合金或Ni-Co合金制成。在实施例中，内部阳极是牺牲性的，因此在电沉积过程期间或之后被替换。

在实施例中，内部阳极被屏蔽件包围或部分被屏蔽件包围。“屏蔽件(shielding或shields)”是指被放置以降低到达管状工件某些区域的电流密度的塑料(例如丙烯酸树脂)或聚合材料的成形件。通过改变厚度或创建切口(如孔)，可以定制屏蔽件，以便根据需要分配电流密度。屏蔽件可以以任何合适的形式成形，例如基本圆形、半圆形、矩形、圆柱形、半圆柱形、立方形、球形、圆锥形、金字塔形等。屏蔽件可以由任何合适的材料制成，例如丙烯酸树脂。在一些实施例中，屏蔽件是通过3D打印方法使用适合于这种方法的材料制成的。在某些实施例中，屏蔽件由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。当使用本公开的设备时，屏蔽件可以是静态的(即，在固定位置)或动态的(即，在运动中)。

在实施例中，内部阳极具有范围从约0.25mm至约0.60mm、从约0.50mm至约0.80mm、从约0.75mm至约1.1mm、从约1.0mm至约1.3mm、从约1.2mm至约1.6mm、从约1.5mm至约1.8mm、从约1.7mm至约2.1mm、从约2.0mm至约2.3mm、从约2.2mm到约2.6mm、从约2.5mm到约3.9mm、从约3.8mm到约5.1mm，或从约5.0mm到约6.4mm的基本恒定材料厚度。在一些实施例中，内部阳极基本上是实心的。在另外的实施例中，内部阳极由基本无孔的材料制成。在一些实施例中，内部阳极具有多个孔或空腔，使得在使用中，内部阳极分布邻近内部阳极的电解质溶液或引起邻近内部阳极的电解质溶液的混合。

在实施例中，内部阳极是多孔的。在这样的实施例中，内部阳极具有“百分比开口面积”，其是阳极中“空的”空间的量度。换言之，百分比开口面积是孔体积(即空隙空间)占阳极总体积的比例。在一些实施例中，内部阳极具有从约45％至约50％、从约50％至约55％、从约55％至约60％、从约60％至约65％、从约65％至约70％、从约70％至约75％、从约75％至约80％、从约80％至约85％、从约85％至约90％、从约90％至约95％、或从约95％至约99％范围的百分比开口面积。在一些实施例中，内部阳极位于织物材料内。合适的织物材料包括聚丙烯、起绒聚物、棉、合成纤维、广东绒(canton flannel)、单丝聚丙烯、尼龙、聚丙烯单丝纤维、棉粗布、毛毡或聚酯。

在某些实施例中，本公开的设备包括支架，所述支架包括：至少一个支撑结构和接触点组件，所述支撑结构被配置为支撑管状工件，该管状工件具有基本圆柱状的形状，由管状工件的内表面限定的空腔和纵向轴线；所述接触点组件被配置为旋转管状工件或者能够与管状工件电接触。在特定实施例中，本公开的设备还包括由支架支撑的内部阳极，所述内部阳极具有外表面，所述内部阳极被配置为在管状工件的空腔内基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位，使得内部阳极的外表面定位成距管状工件的内表面预定距离。

回到图2，一个或多个电接触棒214A和214B通常位于内部阳极210的一端或两端。电接触棒214A和214A可以在电沉积过程中用作内部阳极210的电接触点。

本公开的设备还可以包括导电母线。使用时，导电母线保持与管状工件的电接触，而不干扰管状工件的旋转。在一些实施例中，导电母线通过齿轮与管状工件电接触。在相关实施例中，导电母线通过齿轮和联结器与管状工件电接触。

在其它实施例中，导电母线被配置为保持与管状工件的外表面电接触。在一些实施例中，导电母线被配置为在至少两个位置与管状工件的外表面电接触。在一些实施例中，导电母线被配置为在至少三个位置与管状工件的外表面电接触。

任何合适的导电材料都可用于导电母线。例如，导电母线可以由铜等制成。

导电母线可以是母线。在另外的实施例中，当使用时，母线基本上平行于管状工件的纵向轴线定位。在一些实施例中，母线在一端或两端连接到一个或多个支撑结构。在某些实施例中，母线是附接到支撑结构204A和支撑结构204B的铜条。

接触点组件还可以包括一个或多个导电制品，如果存在，它们通常在旋转过程中与齿轮、联结器或管状工件物理接触。在一些实施例中，导电母线在使用时通过导电制品与管状工件电接触。在一些实施例中，导电制品与齿轮或联结器物理接触。

在一些实施例中，放置两个或多个导电制品，使得齿轮、联结器或管状工件夹在导电制品之间。类似地，可以定位两个或多个导电制品，使得导电母线夹在导电制品之间。用于本公开的设备中的导电制品可以由导电材料(例如铜)制成或者具有导电涂层。

在实施例中，导电制品包括两个或多个螺纹部。在另外的实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品是由导电材料(例如铜)制成或具有导电涂层的联结器。

在其它实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品是柔性板、刷子、杆或线。

在另外的实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品包括一个或多个连杆。“连杆”由两个或多个导电部组成，这些导电部通过柔性导电连接点连接。导电部或导电连接点可以由导电材料形成或涂覆在导电材料中。导电部可以是柔性的或不可弯曲的。柔性导电连接点可以是任何合适的连接，例如铰接、铰链、旋转接头、支架或柔性部分。在实施例中，连杆是单一的连续结构。在其它实施例中，连杆由分立部分组成。在一些实施例中，导电制品包括两个或多个连杆。在这样的实施例中，导电制品能够在两个或多个方向上枢转。

由于导电制品可能与齿轮、联结器或管状工件物理接触，导电制品可能产生管状工件的旋转阻力。然而，任何阻力都不能阻止管状工件旋转。

例如，母线可以通过一个或多个导电条与齿轮、联结器或管状工件保持电接触。在另外的实施例中，一个或多个导电棒基本垂直于母线定位。在一端，导电棒接触母线，而在另一端，导电棒接触齿轮、联结器或管状工件。

本公开的设备还可以包括位于管状工件附近的屏蔽件或辅助阴极。“辅助阴极(thieving或thieves)”指的是用作辅助阴极的导电材料(例如，导线)，以便从高电流密度区域吸取电流。通过改变与管状工件的距离以及导线相对于管状工件和阳极的位置，可以根据需要定制到达管状工件的电流密度。

在管状工件包括一个或多个螺纹部的一些实施例中，屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于管状工件的螺纹部附近。在另外的实施例中，屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于管状工件和内部或外部阳极之间。

电沉积纳米层压涂层的动态接触点组件装置

本公开的装置可以包括动态接触点组件，所述组件旋转管状工件或者能够与管状工件电接触，而不会留下管状工件的标记部分。这允许在管状工件的基本上所有内表面和外表面上沉积连续涂层。

图4提供了本公开的动态接触点组件的说明性实施例。类似于图2的实施例，包括支撑结构404A和404B的支架416支撑管状工件402，并且可以允许管状工件402在电沉积过程中被输送。

在实施例中，支撑结构404A和404B没有物理地连接在一起，因此能够支撑不同长度的管状工件402。在另外的实施例中，支撑结构404A和404B支撑长度从约0.1米(m)到15m范围的管状工件402。在另外的实施例中，支撑结构104支撑长度从约0.10m到约0.15m；从约0.10m到约0.5m；从约0.10m到约1.0m；从约0.10m到约0.4m；从约0.10m到约1.51m；从约0.10m到约10.7m；从约0.10m到约13.8m；从约0.15m到约0.4m；从约0.15m到约1.51m；从约0.15m到约10.7m；从约0.15m到约13.8m；从约0.3m到约0.7m；从约0.6m到约1.51m；从约1m到约2m；从约1m到约5m；从约1m到约14.5m；从约1.5m到约3.1m；从约1.5m到约6.1m；从约2m到约3m；从约3m到约4m；从约3m到约4.6m；从约4m到约5m；从约4.5m到约6.1m；从约5m到约6m；从约5m到约10m；从约5m到约14.5m；从约6m到约7m；从约6m到约7.7m；从约6m到约11m；从约7m到约8m；从约7.6m到约9.2m；从约8m到约9m；从约9m到约10m；从约9.1m到约10.7m；从约10m到约11m；从约10m到约14.5m；从约10.6m到约12.2m；从约10.6m到约13.8m；从约11m到约12m；从约12m到约13m；从约12.1m到约13.8m；从约13m到约13.5m；从约13.5m到约14m；或从约14m到约14.5m范围的管状工件402。

在支架被设计成支撑多个管状工件的实施例中，每个管状工件可以具有基本相同的长度、基本相同的外径、基本相同的内径，或以上的组合。

在其它实施例中，支架的支撑结构404A和404B被设置为间隔固定距离。在一些实施例中，支撑结构404A和404容纳长度范围从约0.1m到15m的管状工件402。在实施例中，支撑结构404A和404支撑长度为约0.15m、约0.3m、约0.4m、约0.6m、约0.7m、约1m、约1.5m、约2m、约3m、约4m、约5m、约6m、约7m的管状工件402约8m、约9m、约10m、约11m、约12m、约13m、约14m、或约15m的管状工件402。

在一些实施例中，额外的支撑结构被添加到支架上，以便为管状工件提供额外的支撑。在另外的实施例中，通常在管状工件的中点处或中点附近添加额外的支撑结构。

本公开的支架可以保持管状工件402，使得管状工件402的纵向轴线基本上是水平的。在其它实施例中，支架保持管状工件402，使得纵向轴线相对于水平方向处于从约0.5度到约2.5度的范围内。在一些实施例中，管状工件402的纵向轴线处于从约0.5度到约1度；从约1度到约1.5度；从约1.5度到约2度；或从约2度到约2.5度的倾斜范围内。

在支架支撑多于一个管状工件的一些实施例中，管状工件基本上彼此平行布置。

在一些实施例中，支架支撑多个管状工件，其中至少一部分以平面结构布置。换言之，两个或多个管状工件在一条直线上彼此相邻布置，使得管状工件的第一端对齐，管状工件的第二端对齐，并且管状工件的中点对齐。在一些实施例中，多个管状工件布置成多边形结构。换言之，当在平行于纵向轴线的方向上观察时，连接多个管状制品中的每一个的纵向轴线的线将形成多边形。在一些实施例中，形成的多边形具有三条边。在一些实施例中，形成的多边形具有四条边。在一些实施例中，形成的多边形具有五条边。在一些实施例中，形成的多边形具有六条边。在实施例中，多个管状工件间隔开，使得各个管状工件不进行物理接触。在实施例中，多个管状工件间隔开，使得单个管状工件之间的距离至少约等于管状工件的外径。

在一些实施例中，多个管状工件中的至少一部分串联布置。在这样的实施例中，第一管状工件的第一端连接到第二管状工件的第一端，第二管状工件的第二端连接到第三管状工件的第一端，等等。在一些这样的实施例中，至少三个管状工件可以串联连接。在一些实施例中，至少四个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少五个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少10个管状工件串联连接。在一些实施例中，至少15个管状工件串联连接。在多种实施例中，各个管状工件的端部通过一个或多个联结器连接。联结器通常是圆柱形(例如管状)结构，在实施例中，其包括对应于管状工件的螺纹部的第一螺纹部和第二螺纹部，使得联结器的螺纹部可以连接到管状工件的螺纹部。在其它实施例中，联结器以不同于相应螺纹的方式连接到管状工件。例如，联结器可以焊接、粘结或紧固到管状工件上。在多种实施例中，联结器可以由导电或非导电材料制成，具有或不具有导电或非导电涂层。在一些实施例中，串联连接的管状工件具有从约0.1m到约1m的长度。在特定实施例中，串联连接的管状工件具有从约0.1m到约0.5m的长度。

支撑结构404A和404B可以由非导电材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(例如高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)或其任意组合)，或者由导电或非导电材料制成的支撑结构可以涂覆有非导电涂层，例如PVC、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、合成橡胶、丙烯酸或其任意组合。

此外，支撑结构404A和404B可以具有附接件，所述附接件允许支撑结构连接到(例如悬挂在)高架龙门或龙门系统，所述高架龙门或龙门系统允许管状工件在多个处理槽之间运输。可选地，支撑结构404A和404B可以具有附接件，所述附接件允许支撑结构连接到例如手推车或拖拉机的车辆(例如，由其支撑)，以便于运输。在一些实施例中，龙门系统或车辆是自动化的。在一些实施例中，龙门起重机或车辆在电沉积过程中连接到支架。在其它实施例中，龙门起重机或车辆在电沉积过程中释放支架。在另外的实施例中，相同的龙门起重机或车辆在完成后与支架重新连接。在其它实施例中，不同的龙门起重机或车辆在完成后与支架连接。

支架还可以包括两个或多个驱动辊418，它们在电沉积过程中与管状工件物理接触。通常，驱动辊418基本上是圆柱形的。在实施例中，两个或多个驱动辊418位于管状工件402下方，使得管状工件402位于两个驱动辊418之间的间隙空间中。在其它实施例中，一个或多个驱动辊418位于管状工件402上方。

在实施例中，一个或多个驱动辊418是从动辊。从动辊连接到电机438，电机438使从动辊旋转，从而旋转管状工件和其它驱动辊418。这种配置的实例如图5所示。在一些实施例中，由轴承536支撑的驱动辊518直接连接到电机538。在其它实施例中，例如图4的实施例，驱动辊418通过齿轮箱440连接到电机438。

电机438可以容纳在合适的外壳中。在一些实施例中，壳体由密封(即防水)的聚合材料(例如，复合材料、热塑性材料或热固性材料)制成。

在此描述的系统还可以包括齿轮箱440。这种齿轮箱440可以与电机438在同一外壳中，或者在第二外壳441中。本公开的电机438可以连接到齿轮箱440的第一端。在实施例中，齿轮箱440是直角(或90度)齿轮驱动器，其将线性电机的线性运动转换成旋转运动。齿轮箱440的第二端可以连接到从动辊。

管状工件402可以(例如，通过电机438)以约0.5rpm至约10rpm的旋转速度旋转。在实施例中，管状工件402(例如，通过电机438)以约0.5rpm至约3rpm、约1rpm至约4rpm、约2rpm至约5rpm、约3rpm至约6rpm、约4rpm至约7rpm、约5rpm至约8rpm、约6rpm至约9rpm、或约7rpm至约10rpm的旋转速度旋转。在一些实施例中，管状工件402(例如，通过电机438)以约0.5rpm至约1rpm、约1rpm至约2rpm、约2rpm至约3rpm、约3rpm至约4rpm、约4rpm至约5rpm、约5rpm至约6rpm、约6rpm至约7rpm、约7rpm至约8rpm、约8rpm至约9rpm、或约9rpm至约10rpm的旋转速度旋转。

电机控制器可用于控制电机。在一些实施例中，电机控制器用于启动或停止电机，或者根据需要改变速度。在一些实施例中，电机或电机控制器是本公开的设备的一部分。在其它实施例中，电机或电机控制器与本公开的设备分离。

驱动辊418可以由任何合适的非导电材料制成(例如，塑料或聚合材料，例如复合材料)。在实施例中，驱动辊由导电(或非导电)材料制成，使用本领域已知的方法，例如通过收缩包装、浸涂、喷涂等，用合适的非导电涂层(例如，塑料或聚合材料，例如复合材料)涂覆。基于电解质浴的化学性质选择合适的非导电材料或涂层，使得材料或涂层不会污染电解质溶液。

驱动辊418的直径可以基于许多因素而变化，例如管状工件的直径、管状工件的长度等。在实施例中，驱动辊的直径范围从约10厘米(cm)到约250cm。在某些实施例中，驱动辊的直径范围从约25cm到约100cm。

此外，本公开的设备还可以包括一个或多个轴承436A和436B，轴承436A和436B支撑驱动辊418，驱动辊418在使用中与管状工件402一起旋转。轴承436A和436B可以是包括一个或多个球面辊轴承的轴承座。在实施例中，这种轴承座或球面辊轴承由一种或多种非导电材料制成，例如塑料(例如，热塑性塑料或聚乙烯基塑料)或聚合材料。在一些实施例中，轴承436A和436B是电绝缘的。

本公开的设备还可以包括动态接触点组件，所述组件旋转管状工件，能够与管状工件电接触，或者两者兼有。在实施例中，动态触点组件电连接到导电母线。在一些实施例中，动态接触点组件包括导电辊组件，导电辊组件包括导电辊420，导电辊420用作阴极，并且在使用时与管状工件402电接触。当使用时，导电辊420可以与管状工件402物理接触。在其它实施例中，导电辊420不与管状工件402物理接触，而是在使用时与管状工件402电接触。在这样的实施例中，导电辊420可以与导电制品(例如，连杆、柔性板、刷子、杆、线等)物理接触，导电辊420与管状工件402物理接触。在特定实施例中，导电辊420不与管状工件402物理接触，而是在使用时通过一个或多个钢丝刷与管状工件402电接触。

在另外的实施例中，从动辊的旋转导致导电辊420旋转。图6示出了动态接触点组件辊系统的说明性实施例的横截面。如图所示，管状工件602具有外表面601和内表面603。管状工件602由两个驱动辊618支撑，其中至少一个是从动辊。在一些实施例中，两个驱动辊618都是从动辊。从动辊通过物理接触将旋转运动670A引入具有管状工件602的系统。管状工件602然后经历旋转运动670B，这使得第二驱动辊618经历旋转运动670C，导电辊620经历旋转运动670D。内部阳极610显示为基本位于管状工件602的中心。

导电辊620可以在允许与管状工件602连续电接触的任何位置。在一些实施例中，导电辊620以管状工件602的纵向轴线为中心(例如，如图6所示)。在其它实施例中，导电辊720基本上位于纵向轴线的一侧，如图7所示。

这些实施例提供了到管状工件702的电连接，同时允许管状工件702连续旋转。因此，管状工件702与导电辊720(即阴极)电接触的部分随着管状工件旋转而随时间变化。通过保持电路而不使导电辊720与管状工件702固定或永久接触，管状工件702的任何部分都不会防止在整个加工持续时间内接收涂层。因此，在涂覆制品上不会产生标记区域。

导电辊720可以由任何合适的导电材料制成。例如，导电辊可以由金属(例如铜)制成。在实施例中，导电辊的直径范围从约10cm到约250cm。在某些实施例中，驱动辊的直径范围从约25cm到约50cm。

在实施例中，一个或多个驱动辊718或导电辊720的构造用于在加工过程中限制管状工件的横向或垂直运动。在一些实施例中，驱动辊718和导电辊720位于管状工件702下方，使得管状工件702位于驱动辊718和导电辊720之间的间隙空间中。

导电辊组件还可以包括一个或多个轴承组件736，轴承组件736可以附接到导电辊720的第一端或第二端，使得导电辊720可以旋转。在一些实施例中，轴承组件与导电辊720电接触。因此，导电辊能够保持与轴承组件的电接触，轴承组件能够在旋转时保持与导电母线的电接触。

在实施例中，在本公开的设备中使用的轴承组件是滚针轴承组件822。滚针轴承组件的说明性实施例显示在图8中。滚针轴承组件822可以连接到导电辊820的第一端或第二端，使得导电辊820可以旋转。导电辊820的一端或两端的一部分可以逐渐变细，以便装配到滚针轴承828中。在一个实施例中，导电辊820被开槽或键接以容纳滚针轴承组件822。

在实施例中，滚针轴承组件822具有与导电辊820电接触的多个圆柱形辊830A和830B。这种圆柱辊830A和830B在导电辊820旋转时允许滚针轴承828、轴承箱832和轴承凸片834保持静止。另外，导电辊820能够保持与滚针轴承组件822的电接触，滚针轴承组件822能够在旋转时保持与导电母线的电接触。

本公开的滚针轴承组件822可以套在轴承壳832中。在实施例中，导电母线连接到导电制品的轴承箱832。参照图4，轴承箱832还可以包括与一个或多个导电制品(未示出)连接的轴承凸片834。在一些实施例中，轴承凸片834和一个或多个导电制品之间的连接是柔性连接。附加地或可选地，在一些实施例中，一个或多个导电制品通过柔性连接连接到导电母线。灵活的连接可以防止系统绑定。

再次参考图4，本公开的设备可以包括导电母线424。在其它实施例中，导电母线被配置为保持与管状工件的外表面电接触。在另外的实施例中，导电母线被配置为在至少两个位置或至少三个位置与管状工件的外表面电接触。

任何合适的导电材料都可用于导电母线。例如，导电母线可以由铜等制成。

导电母线424可以是母线。在另外的实施例中，当使用时，母线基本上平行于管状工件的纵向轴线定位。在一些实施例中，母线在一端或两端连接到一个或多个支撑结构。在某些实施例中，母线是附接到支撑结构404A和404B的铜条。

使用时，导电母线保持与管状工件的电接触，而不干扰管状工件的旋转。接触点组件还可以包括一个或多个导电制品，如果存在，它们通常在旋转过程中与导电辊420或管状工件402物理接触。在一些实施例中，导电母线在使用时通过导电制品与管状工件电接触。

在实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品是柔性板、刷子、棒或线。在另外的实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品包括一个或多个连杆。在一些实施例中，导电制品包括两个或多个连杆。在其它实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品是棒。

在实施例中，动态接触点组件通过一个或多个滚针轴承组件422A和422B与导电母线电接触。例如，如图4所示，每个滚针轴承组件422A和422B可以与导电母线424电接触。滚针轴承组件422A和422B分别与导电制品426A和426B接触。在一些实施例中，导电制品的一端被连接(例如，紧固、粘结等)连接到导电母线上，并且导电制品的另一端连接到滚针轴承组件上。在某些实施例中，导电制品426A和426B是棒。在其它实施例中，导电制品426A和426B是连杆。通过利用柔性导电制品或具有柔性连接点(例如连杆)的导电制品，允许导电辊420有更大的运动自由度，这降低了当驱动辊418和管状工件402旋转时结合的风险。在这些实施例中的任何一个中，导电制品426A和426B由导电材料(例如铜)制成或涂覆有导电材料。

在一些实施例中，两个或多个导电制品被放置成使得轴承、导电辊或管状工件夹在两个或多个导电制品之间。类似地，可以定位两个或多个导电制品，使得导电母线夹在两个或多个导电制品之间。用于本公开的设备中的导电制品可以由导电材料(例如铜)制成或者具有导电涂层。

在实施例中，导电制品包括两个或多个螺纹部。在另外的实施例中，在本公开的设备中使用的导电制品是由导电材料(例如铜)制成或具有导电涂层的联结器。

由于导电制品可能与轴承、导电辊或管状工件物理接触，导电制品可能引起管状工件的旋转阻力。然而，产生的任何阻力都不能阻止管状工件的旋转。

本公开的实施例包括一种设备，所述设备包括被配置为支撑管状工件的支架，所述管状工件基本上是圆柱形的，具有纵向轴线，具有由具有第一表面积的内表面限定的空腔，并且具有具有第二表面积的外表面，所述支架包括：导电母线、基本上为圆柱形的驱动辊和和从动辊；电连接到所述导电母线的动态接触点组件，使得当使用时，管状工件和导电母线通过动态接触点组件导电；所述驱动辊被配置为保持与管状工件物理接触；所述从动辊基本上为圆柱形，所述从动辊被被配置为保持与管状工件物理接触。

本公开的设备还可以包括内部阳极410。本公开的阳极基本上是圆柱形的，并且通常由金属制成。内部阳极410通常定位成基本平行于管状结构402的纵向轴线，使得内部阳极410的外表面定位成距管状工件402的内表面预定距离。

内部阳极410的外表面和管状工件402的内表面之间的距离基本上均匀。本公开的设备可以包括连接到支架的导向件412，所述导向件在使用时将内部阳极410保持在适当位置。导向装置可以由任何合适的非导电材料制成，例如非导电热塑性材料(例如氯化聚氯乙烯(CPVC))。

内部阳极可以是柱状或管状的。在实施例中，内部阳极410的直径小于管状工件402的内径。参考图3A，内部阳极310的外表面可以是例如基本上圆柱形350，或者可以具有增加阳极表面积的表面积特征。在一些实施例中，表面积特征是波纹352。在内部阳极310是管状的一些实施例中，内部阳极也具有以纵向轴线354为中心的空腔，其是圆形356或者具有波纹形状358，如图3B所示。在另外的实施例中，表面积特征是多边形或锯齿管结构，使得外表面包括多个互连侧面。在实施例中，内部阳极具有三个、四个、五个、六个或更多个互联侧面。在另外的实施例中，多个互联侧面在内部阳极的长度上变化。

因此，本公开的实施例包括阳极，所述阳极包括基本上圆柱形的金属构件，所述金属构件具有外表面，所述外表面具有增加阳极表面积的表面积特征，所述金属构件在使用中与管状工件电接触。

内部阳极的表面积可以基于管状工件的内表面积以及管状工件的外表面和内表面之间的长度与管状工件的外表面和外部阳极之间的长度之比。

因此，本公开的实施例包括配置用于电沉积方法以在管状工件上沉积纳米层压涂层的阳极的方法，包括：基于：对应于管状工件内表面的第一表面积与对应于管状工件外表面的第二表面积的比率来确定阳极的表面积；以及管状工件的内径与管状工件的外表面与阳极外表面之间的距离之比，其中阳极的表面积在管状工件上提供涂层，使得内表面上纳米层压涂层的第一厚度与外表面上纳米层压涂层的第二厚度之比约为1。

如图3C所示，内部阳极310可以具有多个横向延伸穿过内部阳极的至少一个壁的孔360。在一些实施例中，多个孔360中的一个延伸穿过内部阳极310。在内部阳极310具有空腔的一些实施例中，孔延伸穿过内部阳极的壁，但是不与相对壁中的相应孔对齐。如图3C所示，多个孔的子集的浓度可以在内部阳极310的长度上不同。换言之，在内部阳极310的预定区域中的孔的数量可以沿着内部阳极的长度变化。类似地，多个孔的子集的直径可以在内部阳极310的长度上不同，如图3C所示。因此，在内部阳极310的预定区域中发现的孔的尺寸可以沿着内部阳极的长度变化。

管状工件中的多个孔可以是任何合适的形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形、菱形、六边形等。在一些实施例中，多个孔是同一形状。在另外的实施例中，管状工件中的多个孔包括多于一种形状的孔。

内部阳极可以由任何合适的材料制成，例如金属或合金，例如Zn、Ni、Sn、贵金属(例如金、银、铂、钯等)，或其任何合金。在某些实施例中，内部阳极由Zn-Sn合金或Ni-Co合金制成。在实施例中，内部阳极是牺牲性的，因此在电沉积过程中被替换。

在实施例中，内部阳极被屏蔽件包围或部分被屏蔽件包围。通过改变厚度或创建切口(如孔)，可以定制屏蔽件，以便根据需要分配电流密度。屏蔽件可以成形为任何合适的形式，例如基本圆形、半圆形、矩形、圆柱形、半圆柱形、立方形、球形、圆锥形、金字塔形等。屏蔽件可以由任何合适的材料制成，例如丙烯酸树脂。在一些实施例中，屏蔽件是通过3D打印方法使用适合于这种方法的材料制成的。在某些实施例中，屏蔽件由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。当使用本公开的设备时，屏蔽件可以是静态的(即，在固定位置)或动态的(即，在运动中)。

在实施例中，内部阳极具有范围从约0.25mm至约0.60mm、从约0.50mm至约0.80mm、从约0.75mm至约1.1mm、从约1.0mm至约1.3mm、从约1.2mm至约1.6mm、从约1.5mm至约1.8mm、从约1.7mm至约2.1mm、从约2.0mm至约2.3mm的基本恒定的材料厚度、从约2.2mm到约2.6mm、从约2.5mm到约3.9mm、从约3.8mm到约5.1mm，或从约5.0mm到约6.4mm的基本恒定的材料厚度。在一些实施例中，内部阳极基本上是实心的。在另外的实施例中，内部阳极由基本无孔的材料制成。在另外的实施例中，内部阳极具有多个孔或空腔，使得在使用时，内部阳极分布邻近内部阳极的电解质溶液或引起邻近内部阳极的电解质溶液的混合。

在其它实施例中，内部阳极是多孔的。在一些实施例中，内部阳极具有从约45％至约50％、从约50％至约55％、从约55％至约60％、从约60％至约65％、从约65％至约70％、从约70％至约75％、从约75％至约80％、从约80％至约85％、从约85％至约90％、从约90％至约95％、或从约95％至约99％的百分比开口面积。在一些实施例中，内部阳极位于织物材料内。合适的织物材料包括聚丙烯、起绒聚物、棉、合成纤维、广东绒布、单丝聚丙烯、尼龙、聚丙烯单丝纤维、棉粗布、毛毡或聚酯。

回到图4，一个或多个电接触棒414可以位于内部阳极410的一端或两端。电接触棒可以在电沉积过程中用作内部阳极410的电接触点。

如图9A-9D所示，本公开的设备还可以包括位于管状工件902附近的屏蔽件948或辅助阴极。图9A、图9B、图9C和图9D各自提供了这种屏蔽件的实施例的不同视图。在管状工件包括一个或多个螺纹部的一些实施例中，屏蔽件948或辅助阴极件的至少一部分位于管状工件902的螺纹部附近。在一些这样的实施例中，屏蔽件948或辅助阴极的至少一部分位于管状工件902和内部或外部阳极942之间，如图9D所示。

电沉积纳米层压涂层的系统

用于电沉积纳米层压涂层的系统包括如上所述的设备和管状工件。因此，本公开的实施例包括电镀系统，所述电镀系统包括：(1)管状工件，其具有基本上圆柱状形的形状，由管状工件的内表面限定的空腔和纵向轴线；(2)一种支架，包括：至少一个支撑结构，当使用时，所述支撑结构支撑管状工件；以及接触点组件，当使用时，所述接触点组件旋转管状工件或者能够与管状工件电接触；以及(3)由支架支撑的内部阳极，所述内部阳极具有外表面，当使用时，所述内部阳极在管状工件的空腔内基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位，使得内部阳极的外表面定位在距管状工件的内表面预定距离处。

本公开的另外的实施例包括电镀系统，所述电镀系统包括：(1)管状工件，所述管状工件基本上是圆柱形的，具有纵向轴线，具有由具有第一表面积的内表面限定的空腔，并且具有具有第二表面积的外表面；(2)一种支架，当使用时，所述支架支撑管状工件，所述支架包括：导电母线、基本为圆柱形的驱动辊和基本上为圆柱形的从动辊；电连接到导电母线的动态接触点组件，使得当使用时，管状工件和导电母线通过动态接触点组件电接触；所述驱动辊在使用时保持与管状工件物理接触；所述从动辊在使用时保持与管状工件物理接触。

图10A-10C示出了本公开系统1000的说明性实施例的几个视图。图10A示出了系统1000沿着管状衬底1002的纵向轴线的横截面；图10B示出了俯视图；图10C示出了在管状工件1002的中点沿基本垂直于纵向轴线的方向截取的横截面。

在这样的实施例中，本公开系统1000还包括电解质浴1044。电解质浴1044包括电解质溶液，所述电解质溶液包括液体和至少一种可电沉积物质。在一些实施例中，液体是离子液体。在一些实施例中，可电沉积的物质包括金属盐，金属可以从所述金属盐电镀到管状工件上。在实施例中，两种或多种可电沉积物质存在于电解质溶液中。可电沉积的材料可用于本公开的电解质溶液中，包括例如Ag、Al、Au、B、Be、C(例如石墨)、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Sn、Pb、Pd、Ti、W、V、Zn和Zr。在一些实施例中，电解质溶液包括一种或多种添加剂。添加剂的实例包括增白剂、流平剂、表面活性剂等。

在电解质溶液中存在两种或多种金属盐的一些实施例中，两种或多种金属的合金沉积在管状工件上。在一些实施例中，电沉积到管状工件上的合金的成分基于施加的电流或电压而变化。在一些实施例中，电解质溶液中存在两种以上(例如，三种、四种、五种、六种、七种、八种或更多种)的金属盐。

在另外的实施例中，通过改变施加的电流或电压，将具有不同组成的合金层的多层纳米层压涂层沉积到管状工件上。这种多层纳米层压涂层可以通过向管状工件施加振荡电流密度来生产。在一些实施例中，施加至少两个周期的振荡电流密度，从而在管状工件上产生组成(例如，合金中的金属浓度等)或结构(例如，层厚度、层密度等)调节的纳米层压涂层。

在一些实施例中，支架1016和电解质浴1044容纳在处理槽1046中。

在实施例中，本公开系统1000还包括流量控制单元，以通过处理槽分配电解质溶液。在一些实施例中，流量控制单元将电解质溶液分布在管状工件的外表面上。在多种实施例中，电解质溶液部分由电解质分配管循环。

在实施例中，流量控制单元将电解质溶液引入管状工件的空腔中。在一些实施例中，电解质分配管位于管状工件的空腔内的内部阳极附近。电解质分配管可以包括多个横向延伸穿过电解质分配管的孔。在实施例中，孔延伸穿过电解质分配管的壁，但是不与相对壁中的相应孔对齐。多个孔的子集的浓度可以在电解质分配管的长度上不同。换言之，在电解质分配管的预定区域中发现的孔的数量可以沿着电解质分配管的长度变化。类似地，多个孔的子集的直径可以在电解质分配管的长度上不同。因此，在电解质分配管的预定区域中发现的孔的尺寸可以沿着电解质分配管的长度变化。

在另外的实施例中，流量控制单元通过内部阳极中的空腔、内部阳极中的多个孔、或两者将电解质溶液分配到管状工件的空腔中。

流量控制单元可以包括泵，所述泵在使用时，在管状工件1002的外表面上或通过管状工件1002的空腔循环电解液。在实施例中，泵经由电解质分配管在管状工件1002的外表面上循环电解质溶液。在另外的实施例中，泵通过内部阳极1010或电解质分配管使电解质溶液循环通过管状工件1002的空腔。电解质溶液可以以约0.005立方米/小时(m3/h)至约24.0m3/h的流速循环通过管状工件的空腔。在一些实施例中，电解质溶液在约0.005m3/h至约0.5m3/h、约0.005m3/h至约12.0m3/h；约0.5m3/h至约1.0m3/h，约1.0m3/h至约2.0m3/h，约1.0m3/h至约6.0m3/h；约1.0m3/h至约12.0m3/h；约1.0m3/h至约18.0m3/h；约1.0m3/h至约24.0m3/h；约2.0m3/h至约3.0m3/h，约3.0m3/h至约6.0m3/h；约3.0m3/h至约12.0m3/h；约3.0m3/h至约18.0m3/h；约3.0m3/h至约24.0m3/h；约4.0m3/h至约5.0m3/h，约5.0m3/h至约6.0m3/h；约6.0m3/h至约12.0m3/h；约6.0m3/h至约18.0m3/h；约6.0m3/h至约24.0m3/h；约12.0m3/h至约18.0m3/h；约12.0m3/h至约24.0m3/h；约18.0m3/h至约24.0m3/h；约20.0m3/h至约24.0m3/h；或从约22.0m3/h到约24.0m3/h的流速内循环。

在实施例中，本公开系统还包括一个或多个外部阳极1142，例如图11A和11B中描绘的那些。外部阳极1142的长度可以小于或等于管状工件1102的长度。当使用时，外部阳极1142位于管状工件1102附近。外部阳极1142位于离管状工件1102的外表面预定距离的位置。此外，外部阳极1142可以与管状工件1102的纵向轴线基本平行地定位，与管状工件1102的外表面相距基本均匀的距离。

如图11A-11D所示，本公开系统还可以包括位于管状工件1102附近的屏蔽件1148或辅助阴极。在管状工件包括一个或多个螺纹部的一些实施例中，屏蔽件1148或辅助阴极件的至少一部分位于管状工件1102的螺纹部附近。在一些这样的实施例中，屏蔽件1148或辅助阴极的至少一部分位于管状工件1102和内部或外部阳极1142之间，如图11A和11B所示。

本公开系统还可以包括电源。在实施例中，电源电连接到内部阳极。在存在多于一个阳极的一些实施例中，电源电连接到每个阳极。在实施例中，存在单电源。在其它实施例中，存在两个或多个电源。

在某些实施例中，第一电源控制器将电力分配给一个或多个外部阳极，第二电源控制器将电力分配给内部阳极。

如图11B所示，在实施例中，电源与导电母线1124电接触。在齿轮或联结器在一端或两端连接到管状工件的一些实施例中，齿轮或联结器充当管状工件和电源之间的固定接触点。在其它实施例中，导电辊1120用于保持与管状工件的电接触。在另外的实施例中，电源通过一个或多个导电制品1126与管状工件电接触。

在一些实施例中，导电制品与齿轮或联结器物理接触。

在一些实施例中，两个或多个导电制品被放置成使得齿轮、联结器或管状工件夹在导电制品之间。类似地，两个或多个导电制品被放置成使得导电母线夹在导电制品之间。用于本公开系统的导电制品可以由导电材料(例如铜)制成或者具有导电涂层。

在实施例中，导电制品包括两个或多个螺纹部。在另外的实施例中，在本公开系统中使用的导电制品是由导电材料(例如铜)制成或具有导电涂层的联结器。

在其它实施例中，在本公开系统中使用的导电制品是柔性板、刷子、杆或线。在其它实施例中，在本公开系统中使用的导电制品是棒。

在另外的实施例中，在本公开系统中使用的导电制品包括一个或多个连杆。在一些实施例中，导电制品包括两个或多个连杆。在这样的实施例中，导电制品能够在两个或多个方向上枢转。

电源可以进一步连接到内部阳极1110。在一些实施例中，电源通过位于内部阳极一端或两端的电控棒连接到阳极。

此外，电源控制器可以包括在本公开系统中。在存在单电源的一些实施例中，当使用时，电源控制器将来自电源的电力分配给导电母线。类似地，在存在多于一个电源的实施例中，电源控制器在使用时将来自电源的电力分配给导电母线。电源控制器可以将电力分配到导电母线上的一个或多个位置。在另外的实施例中，电源控制器将电力分配给导电母线上的两个或多个位置。

电源控制器可以在操作时控制涂覆到管状工件的电流或电压。在多种实施例中，电源控制器在工作时随时间改变电流或电压。类似地，当工作时，电源控制器可以随着时间改变涂覆到管状工件的电流密度。

在实施例中，如图12所示，存在电机1238。电机1238可以产生线性或旋转运动。在一些实施例中，在使用中，在固定接触点组件系统的情况下，电机1238旋转齿轮，或者在动态触点组件系统的情况下，电机1238旋转从动辊1238。

电机1238可以位于合适的外壳中。在一些实施例中，外壳由密封(即防水)的聚合材料(例如，复合材料、热塑性材料或热固性材料)制成。

在此描述的系统还可以包括齿轮箱1240。所述齿轮箱1240可以与电机1238在同一外壳中，或者在第二外壳1241中。本公开的电机1238可以连接到齿轮箱1240的第一端。在实施例中，齿轮箱1240是直角(或90度)齿轮驱动器，其将线性电机的线性运动转换成旋转运动。齿轮箱1240的第二端可以连接到从动辊。

电沉积纳米层压涂层的方法

本文提供了使用本公开的设备或系统在管状工件上电沉积纳米层压涂层的方法。

通常，本公开的方法包括将管状工件引入本公开的系统，旋转管状工件，以及将至少一种可电沉积物质电沉积到管状工件的内表面和管状工件的外表面上。在实施例中，内表面上的涂层和外表面上的涂层可以具有基本相同的厚度。在其它实施例中，内表面上的涂层可以比外表面上的涂层厚。在其它实施例中，内表面上的涂层可以比外表面上的涂层薄。

因此，本公开的方法包括一种在管状工件上生产纳米层压涂层的方法，所述方法包括：(1)将基本上为圆柱形的管状工件引入系统，所述管状工件具有纵向轴线，具有由内表面限定的空腔和外表面，所述系统包括：当使用时支撑管状工件的支架；内部阳极；和包括具有至少一种可电沉积物质的电解质溶液的电解质浴；(2)以旋转速度旋转支架中的管状工件；以及(3)将至少一种可电沉积物质电沉积到管状工件上，作为第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层，第一纳米层压涂层位于外表面的至少一部分上，第一纳米层压涂层具有第一厚度；并且第二纳米层压涂层位于内表面的至少一部分上，第二纳米层压涂层具有第二厚度。在一些实施例中，第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层同时沉积。在其它实施例中，第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层不同时沉积。在一些这样的实施例中，第一纳米层压涂层沉积在第二纳米层压涂层之前。在另外的实施例中，第一纳米层压涂层沉积在第二纳米层压涂层之后。

在实施例中，本公开的方法产生基本上100％被两个或多个纳米层压涂层覆盖的管状工件。在一些实施例中，第一纳米层压涂层(即，外纳米层压涂层)和第二纳米层压涂层(即，内纳米层压涂层)基本上具有相同的厚度。在其它实施例中，内表面上的涂层比外表面上的涂层薄。在其它实施例中，内表面上的涂层比外表面上的涂层厚。

在实施例中，将管状工件引入本公开系统包括在管状工件的空腔内沿着管状工件的纵向轴线或基本平行于纵向轴线的轴定位内部阳极，使得内部阳极的外表面定位在距管状工件的内表面预定距离处。

在此描述了适用于本公开的内部阳极。例如，在本公开的方法中使用的内部阳极可以具有波纹表面。在一些实施例中，阳极的外表面积基于管状基底的内表面积与管状工件的外表面积的比率，以及管状基底的内径与管状工件的外径的比率。

在本公开的方法中，管状工件在如上所述的系统中旋转。在系统包括固定接触点组件的实施例中，管状工件由与管状工件物理接触的齿轮或与管状工件物理接触的联结器旋转。在另外的实施例中，联结器与齿轮物理接触。

在实施例中，为了防止管状工件的标记部分产生，在电沉积过程的至少一部分中，联结器或齿轮与管状工件的第一端物理接触。在另外的实施例中，在足够长的电沉积过程的一部分使得第一端(例如，第一端的螺纹部)被涂覆之后，管状工件的第一端从联结器或齿轮脱离，然后联结器或齿轮联接到管状工件的第二端。在这种方法中，不产生管状制品的标记部分。

在系统包括动态接触点组件的一些实施例中，管状工件由从动辊旋转，如本文所述，所述从动辊与管状工件物理接触。在一些实施例中，从动辊旋转驱动辊，这导致管状工件旋转。

在实施例中，管状工件在电沉积过程中以恒定速度旋转。在其它实施例中，旋转速度随时间变化。在另外的实施例中，变化的旋转速度导致管状工件的内表面或外表面上纳米层压涂层的组成或结构发生变化。

改变管状工件的旋转速度可以包括在一段时间内将旋转速度从第一旋转速度改变为第二旋转速度，并且在一段时间内将第二旋转速度改变为第一旋转速度。在一些实施例中，第一或第二旋转速度在一段时间内被改变为第三旋转速度，并且第三旋转速度被改变为第一旋转速度、第二旋转速度或第四旋转速度。

合适的旋转速度可以在0.5rpm至10rpm之间。在一些实施例中，使用小于0.5rpm或大于6rpm的速度。在实施例中，旋转速度范围为从约0.5rpm至约3rpm、约1rpm至约4rpm、约2rpm至约5rpm、约3rpm至约6rpm、约4rpm至约7rpm、约5rpm至约8rpm、约6rpm至约9rpm、或约7rpm至约10rpm。在其它实施例中，旋转速度范围为约0.5rpm至约1rpm、约1rpm至约2rpm、约2rpm至约3rpm、约3rpm至约4rpm、约4rpm至约5rpm、约5rpm至约6rpm、约6rpm至约7rpm、7rpm至约8rpm、约8rpm至约9rpm、或约9rpm至约10rpm。

将至少一种可电沉积物质电沉积到管状工件上可以包括通过将管状工件浸没在电解质浴中，将管状工件部分浸没在电解质浴中，或者使用其它合适的方法施加电解质溶液，使管状工件与电解质溶液接触。

电解质溶液包括液体和一种或多种可电沉积物质，例如Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Pd、Ti、W、V、Zn和Zr。在一些实施例中，液体是离子液体。在一些实施例中，电解质溶液包括一种或多种添加剂。添加剂的实例包括增白剂、流平剂、表面活性剂等。

在实施例中，将至少一种可电沉积物质电沉积到管状工件上包括将一部分电解质溶液分配到管状工件的空腔中。电解质溶液可以通过内部阳极分布到管状工件的空腔中。在一些实施例中，电解质溶液通过内部阳极的空腔，或者通过横向延伸穿过内部阳极的多个孔进行分布。

在另外的实施例中，电解质溶液通过电解质分配管被分配到管状工件的空腔中。在一些实施例中，电解质溶液通过电解质分配管中的多个孔分配。

在一些实施例中，本公开的方法包括将外部阳极定位在管状工件附近。

在管状工件具有一个或多个螺纹部的一些实施例中，第三涂层(即纳米层压螺纹涂层)电沉积在螺纹部上。在另外的实施例中，螺纹部上的纳米层压涂层比内表面上的纳米层压涂层和外表面上的纳米层压涂层薄。

可以降低涂覆到管状工件螺纹部的电流密度，以获得比管状工件其它部分上的纳米层压涂层更薄的纳米层压涂层。电流密度可以通过将屏蔽件或辅助阴极定位在管状工件的螺纹部附近来降低。如果管状工件具有一个以上的螺纹部，可以使用类似的方法在管状工件的其它部分上沉积比纳米层压涂层薄的纳米层压涂层。

为了将可电沉积物质电沉积到管状工件上，向管状工件或与管状工件接触的导电制品施加电压或电流。在一些实施例中，施加的电压或电流随时间变化。改变涂覆到管状工件的电压或电流可以包括在一段时间内将电压或电流从第一电压或电流改变为电压或电流，并且在一段时间内将第二电压或电流改变为第一电压或电流。在一些实施例中，第一或第二电压或电流在一段时间内被改变为第三电压或电流，并且第三电压或电流被改变为第一电压或电流、第二电压或电流或者第四电压或电流。

在实施例中，使用包括固定接触点组件的系统。在一些实施例中，电压或电流被涂覆到管状工件的外表面。在其它实施例中，电压或电流被涂覆到与管状工件物理接触的齿轮或与管状工件物理接触的联结器。

在其它实施例中，使用包括动态接触点组件的系统。在一些实施例中，电压或电流被涂覆到管状工件的外表面。在其它实施例中，电压或电流被涂覆到与管状工件物理接触的导电辊。在其它实施例中，电压或电流被涂覆到导电辊，所述导电辊不与管状工件物理接触，但是在使用时与管状工件电接触。在这样的实施例中，导电辊可以与导电制品(例如，连杆、柔性板、刷子、杆、线等)物理接触，其与管状工件物理接触。

管状工件可以经历预处理步骤。例如，管状工件可以被清洗、蚀刻等。在接受电沉积涂层之前。这种预处理步骤可以提高纳米层压涂层的粘附力，并具有其它益处。

此外，如果管状工件由塑料或聚合材料制成，冲击层可以首先涂覆在塑料或聚合材料上。冲击层通常是使用高电流密度和低离子浓度的电解质溶液沉积在管状工件上的非常薄的层。

本公开的方法通常生产如本文所述的管状制品。在实施例中，本文所述的方法产生管状制品，所述管状制品基本上涂覆在内表面和外表面的全部上，包括任何螺纹部。

在一些实施例中，本公开的方法生产具有涂层的管状制品，所述涂层具有约50层至约8,000层。沉积在管状工件上的涂层可以具有约50层至约100层、约100层至约1,000层、约1,000层至约2,000层、约2,000层至约4,000层、或约4,000层至约8,000层。

沉积在管状工件上的每个层可以具有从约5nm到约250nm的厚度。沉积的各个层的厚度可以独立地选自约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约280nm的范围。

在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约750nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约500nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约250nm的范围。在实施例中，每层的厚度独立地选自约2nm至约200nm的范围。

在一些实施例中，本公开的方法生产具有涂层的管状制品，所述涂层的总厚度具有约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm，约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约250nm、约1μm至约5cm(cm)、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm，约800μm至约1.2毫米(mm)，约500μm至约1mm，约1mm至约1.5mm，约1.2mm至约2mm，约1.8mm至约2.5mm，约2.5mm至约3mm，约2.5mm至约5mm，约1mm至约5mm，约5mm至约1cm，约1cm至约2cm、或约2cm至约5cm的范围。

在实施例中，纳米层压涂层(例如，内纳米层压涂层、外纳米层压涂层等)在两个或多个位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在三个或更多位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在四个或更多位置具有基本相同的厚度。在实施例中，本公开的纳米层压涂层在五个或更多位置具有基本相同的厚度。

在实施例中，本公开的方法生产包括至少10％(w/w)的Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Pd、Ti、W、V、Zn和Zr中的至少一种的涂层。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度至少约为5％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度至少约为1％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度为至少约0.1％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度为至少约0.05％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度为至少约0.01％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度为至少约0.005％(w/w)。在一些实施例中，每种可电沉积物质的浓度为至少约0.001％(w/w))。

在某些实施例中，纳米层压涂层的某层包括Co。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括Al。在另外的实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni或Cr。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni、Fe和Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括Ni、Fe、Cr和Mo。

在一些实施例中，纳米层压涂层的每层包括两种或多种、三种或多种、四种或多种或五种或多种不同的可电沉积物质。在一些实施例中，每层包括至少两种金属的合金。在一些实施例中，每层包括至少三种金属的合金。

可用于包括Zn和Fe的纳米层压涂层的示例性合金；Zn和Ni；Co和Ni；Ni、Co和Mo；Ni和Fe；Ni和Cr；Cu和Zn；Cu和Sn；Ni、Co和P；Ni、Co、W和P；Ni、Co和W；Ni和W；Ni、W和P；Ni、Co和B；Ni、Co、W和B；或者Ni、W和B。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层中使用的合金包括Ni和Fe；或者Ni和Co。在另外的实施例中，纳米层压涂层的层包括三个或更多、四个或更多、或者五个或更多的Co、Cr、Mo、W、Fe、Si、Mn和Ni。

在实施例中，每层包括Ni和W。在实施例中，每层包括Ni和Mo。在实施例中，每层包括Ni、Mo和W。在实施例中，每层包括Ni和Cr。

在实施例中，每个层包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCrP、CoFeP、CoCrAl、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi、或FeCrB。在一些实施例中，每层包括NiCr、NiCo、NiW或NiCoP。

在实施例中，纳米层压涂层的第一层和第二层分别包括第一合金和第二合金，它们包括相同的第一和第二金属。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差小于约50％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差可以不超过约30％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差可以不超过约20％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差可以不超过约10％。在另外的实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差大于约1％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差至少大于约2％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差至少大于约5％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差至少大于约10％。

在一些实施例中，纳米层压涂层的层(例如，第一层和/或第二层)包括浓度大于约50％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约55％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约60％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约65％(w/w)的Ni，在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约70％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约98％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约97％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约96％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约70％(w/w)的Ni。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、或约95％(w/w)的Ni。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围从约50％(w/w)到约99％(w/w)的Ni。

在另外的实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围从约5％(w/w)到约35％(w/w)的Co。在特定实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

在实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Cr。

在实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度范围为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Cr，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约90％(w/w)的Ni，或两者均有。在另外的实施例中，纳米层压涂层包括浓度范围为约20％(w/w)至约50％(w/w)的Ni、浓度范围为约20％(w/w)至约35％(w/w)的Cr和浓度大于约1.5％(w/w)的Mo。在一些实施例中，纳米层压涂层的某层包括浓度大于约7％(w/w)的Cr、浓度为约5％(w/w)至约30％(w/w)的Mo、浓度小于约3％(w/w)的W、浓度为约1.5％(w/w)至约15％(w/w)的Fe、浓度小于1％(w/w)的Si、浓度小于3％(w/w)的Mn，余量为Ni。

在实施例中，涂层包括浓度为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约20％(w/w)至约60％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层还可以包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层包括浓度为约50％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层还可以包括浓度高达约30％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层包括浓度至少约为50％(w/w)的Ni和浓度高达约50％(w/w)的W和Mo。在实施例中，涂层包括浓度至少约为60％(w/w)的Ni和浓度高达约40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层包括浓度约为60％(w/w)的Ni，以及浓度约为40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层包括浓度约为60％(w/w)的Ni和浓度约为40％(w/w)的W。

在实施例中，纳米层压涂层的第一层和第二层分别包括第一合金和第二合金，它们包括相同的第一和第二金属。在一些实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差小于约10％、约20％、约30％、或约50％。在另外的实施例中，第一合金中的第一金属和第二合金中的第一金属的浓度之差大于约1％、约2％、约5％、或约10％。

在本公开的方法中可以使用任何合适的管状工件。例如，管状工件可以由钢合金形成。在一些实施例中，钢合金包括C和Fe；C、Fe和Mo；或者C、Fe、Mo和Co。在其它实施例中，如本文别处所述，管状工件由塑料或聚合材料形成。

实施例

以下实施例包括在本公开的范围内。

1.一种管状制品，其包括：

管状工件，其具有内表面、外表面和至少一米(m)的长度；和

纳米层压涂层，其包括：

内表面上的第一纳米层压涂层；和

外表面上的第二纳米层压涂层，所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层分别基本上覆盖所述内表面和所述外表面的100％。

2.一种管状制品，其包括：

管状工件，其具有内表面和外表面；和

纳米层压涂层，其包括：

内表面上的第一纳米层压涂层；和

外表面上的第二纳米层压涂层，所述第二纳米层压涂层的厚度小于所述第一纳米层压涂层的厚度。

3.如实施例2所述的管状制品，还包括：

所述管状工件的第一螺纹部；和

所述第一螺纹部上的第三纳米层压涂层，所述第三纳米层压涂层的厚度小于所述第一纳米层压涂层的厚度。

4.一种管状制品，其包括：

管状工件，其具有内表面和外表面，所述管状工件包括第一螺纹部和纳米层压涂层，所述纳米层压涂层包括：

内表面上的第一纳米层压涂层；

外表面上的第二纳米层压涂层；和

所述第一螺纹部上的第三纳米层压涂层，所述第三纳米层压涂层的厚度小于所述第一纳米层压涂层的厚度和所述第二纳米层压涂层的厚度。

5.如实施例1或4所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层的厚度和所述第二纳米层压涂层的厚度基本相同。

6.如实施例1或4所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层的厚度大于所述第二纳米层压涂层的厚度。

7.如实施例2-6中任一项所述的管状制品，其中所述内表面和所述外表面基本上100％被所述纳米层压涂层覆盖。

8.如实施例3-7中任一项所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层的厚度在约50微米(μm)至约150μm的范围内。

9.如实施例3-8中任一项所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层的厚度不阻止所述管状工件的所述第一螺纹部与所述第二工件的相应的螺纹部联接，使得所述联接不会损害所述第三纳米层压涂层。

10.如实施例3-9中任一项所述的管状工件，还包括第二螺纹部，所述第三纳米层压涂层在所述第二螺纹部上。

11.如实施例1-10中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件包括钢合金。

12.如实施例11所述的管状制品，其中所述合金钢包括：

(A)碳(C)和铁(Fe)；

(B)C、Fe和钼(Mo)；或

(C)C、Fe、Mo和钴(Co)。

13.如实施例1-10中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件包括塑料，并且所述管状制品还包括所述塑料上的冲击层。

14.如实施例13所述的管状制品，其中塑料包括芳基酰胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、聚苯醚(PPO)和聚苯乙烯(PS)共聚物、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固性塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯、或其任意组合。

15.如实施例13或14所述的管状制品，其中所述冲击层包括银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、硼(B)、铍(Be)、碳(C)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、汞(Hg)、铟(In)、铱(Ir)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、镍(Ni)、磷(P)、钯(Pd)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、锑(Sb)、硅(Si)、锡(Sn)、铅(Pb)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、钒(V)、锌(Zn)、锆(Zr)或它们的合金。

16.如实施例1-15中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件是用于连接两个石油专用管材(OCTG)的联结器。

17.如实施例1-15中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件是OCTG管或管线管。

18.如实施例1-17中任一项所述的管状制品，其中当根据NACE TM0175或ASTME399进行测试时，所述管状制品在H₂S分压大于0.05psi(0.3kPa)的酸性使用环境下，所述管状制品抗H₂S诱导的硫化物应力开裂。

19.如实施例1-18中任一项所述的管状制品，其中：

(A)根据美国腐蚀工程师协会(NACE)TM0177标准测试，在pH约3至约7的使用环境中，当在硫化物应力开裂环境中承受管状制品屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时时，所述管状制品抗开裂；

(B)当在75摄氏度下用15％HCl进行NACE TM0193-2016标准测试6小时时，纳米层压涂层的质量损失在不超过25％的范围内；

(C)按照NACE TM0175标准或美国测试与材料学会(ASTM)E399高酸性气体条件标准测试，在暴露于高压釜环境时所述管状制品能抵抗纳米层压涂层开裂；

(D)所述管状制品抗点蚀，其中当根据ASTM G48测试标准进行测试时，各个点蚀坑深度不超过纳米层压涂层的10％的范围；和/或

(E)在pH约3至约7的使用环境中，所述管状制品抗硫化氢诱导的应力开裂或抗点蚀超过第一或第二纳米层压涂层厚度的10％。

20.如实施例1-19中任一项所述的管状制品，其中所述管状制品在pH范围为约7至约6.5、约6.5至约6、约6至约5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5、或约3.5至约3的使用环境中，抗硫化氢诱导的应力开裂或抗点蚀超过第一或第二纳米层压涂层厚度的10％。

21.如实施例1-20中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括一层。

22.如实施例3-21中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层各自包括至少两层。

23.如实施例1-22中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层在两个或更多、三个或更多、四个或更多、或五个或更多位置处具有基本相同的厚度，其中所述第二纳米层压涂层在两个或更多、三个或更多、四个或更多、或五个或更多位置处具有基本相同的厚度，或者两者都具有。

24.如实施例1-23中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括一系列交替层。

25.如实施例3-23中任一项所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层包括一系列交替层。

26.如实施例24或25所述的管状制品，其中所述系列交替层包括：

第一层，其包括独立选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质；和

第二层，其包括至少一种可电沉积物质，其独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr。

27.如实施例26所述的管状制品，其中：

所述第一层包括浓度至少为0.01％(w/w)的至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质；和

所述第二层包括浓度至少为0.01％(w/w)的至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质。

28.如实施例26或27所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约50％(w/w)至约99％(w/w)的Ni。

29.如实施例26-28中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度大于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Ni。

30.如实施例26-29中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

31.如实施例26-30中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％的Co。

32.如实施例26-31中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。

33.如实施例26-32中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)的Cr约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Cr。

34.如实施例26-33中任一项所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)以下的Cr。

35.如实施例26-35中任一项所述的管状制品，其中所述第一层和所述第二层包括Ni和W。

36.如实施例35所述的管状制品，其中所述第一层和所述第二层还包括Mo。

37.如实施例35或36所述的管状制品，其中第一层、第二层、或两者独立地包括浓度范围为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni；

其中第一层、第二层、或两者独立地包括浓度范围为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W；

或者以上两者兼有。

38.如实施例37所述的管状制品，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

39.如实施例35-38中任一项所述的管状制品，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度约60％(w/w)的Ni和约40％(w/w)的W。

40.如实施例24-39中任一项所述的管状制品，其中所述一系列交替层中的每层的厚度独立地选自约5纳米(nm)至约250nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm，约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、或约200nm至约250nm。

41.如实施例3-40中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层中的层数具有相同的层数。

42.如实施例41所述的管状制品，其中所述相同层数的范围从约50层到约8,000层。

43.如实施例41或42所述的管状制品，其中所述相同层数在约50层至约100层的范围内；从约100层到约1000层、从约1000层到约2000层、从约2000层到约4000层，或从约4000层到约8000层。

44.如实施例3-43中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层独立地具有约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm的厚度，约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约250nm、约1m至约5厘米(cm)、约1μm至约50m、约50μm至约100m、约100μm至约200m、约200μm至约500μm、从约500μm到约800μm、从约800μm到约1.2毫米(mm)、从约500μm到约1mm、从约1mm到约1.5mm、从约1.2mm到约2mm、从约1.8mm到约2.5mm、从约2.5mm到约5mm、从约1mm到约5mm、从约5mm到约1cm、从约1cm到约2cm，或从约2cm到约5cm范围的厚度。

45.如实施例2-44中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件的长度在约0.1米(m)到15m的范围。

46.如实施例1-45中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件的长度在约0.10m至约0.15m；从约0.10m到约0.5m；从约0.10m到约1.0m；从约0.10m到约0.4m；从约0.10m到约1.51m；从约0.10m到约10.7m；从约0.10m到约13.8m；从约0.15m到约0.4m；从约0.15m到约1.51m；从约0.15m到约10.7m；从约0.15m到约13.8m；从约0.3m到约0.7m；从约0.6m到约1.51m；从约1m到约2m；从约1m到约5m；从约1m到约14.5m；从约1.5m到约3.1m；从约1.5m到约6.1m；从约2m到约3m；从约3m到约4m；从约3m到约4.6m；从约4m到约5m；从约4.5m到约6.1m；从约5m到约6m；从约5m到约10m；从约5m到约14.5m；从约6m到约7m；从约6m到约7.7m；从约6m到约11m；从约7m到约8m；从约7.6m到约9.2m；从约8m到约9m；从约9m到约10m；从约9.1m到约10.7m；从约10m到约11m；从约10m到约14.5m；从约10.6m到约12.2m；从约10.6m到约13.8m；从约11m到约12m；从约12m到约13m；从约12.1m到约13.8m；从约13m到约13.5m；从约13.5m到约14m；或从约14m到约14.5m的范围。

47.一种设备，其包括：

支架，其包括：

至少一个支撑结构，其被配置为支撑管状工件，所述管状工件具有基本圆柱状的形状，由具有第一表面区域的内表面限定的空腔、具有第二表面区域的外表面和纵向轴线；和

接触点组件，其被配置为旋转所述管状工件，能够与所述管状工件电接触，或者两者均有。

48.如实施例47所述的设备，还包括由所述支架支撑的内部阳极，所述内部阳极具有外表面，所述内部阳极被配置为基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位在所述管状工件的空腔内。

49.如实施例47和48所述的设备，还包括由所述支架支撑的导电母线，所述导电母线被配置为经由所述接触点组件与所述管状工件电接触，使得管状工件自由旋转，同时保持与所述导电母线的电接触。

50.如实施例49所述的设备，其中所述接触点组件包括齿轮，所述齿轮包括螺纹部，并且导电母线被配置为经由所述齿轮与所述管状工件电接触。

51.如实施例50所述的设备，还包括联结器，所述联结器包括：

第一螺纹部，其对应于所述齿轮的螺纹部，使得所述齿轮的螺纹部和所述联结器的所述第一螺纹部可以连接在一起；和

第二螺纹部，其对应于所述管状工件的螺纹部，使得所述管状工件的螺纹部和所述联结器的所述第二螺纹部可以连接在一起。

52.如实施例51所述的设备，其中所述齿轮的所述螺纹部对应于所述管状工件的螺纹部，使得所述齿轮的螺纹部和所述管状工件的螺纹部可以连接在一起。

53.如实施例47-52中任一项所述的设备，其中，所述接触点组件包括导电制品。

54.如实施例48-53中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极的外表面位于距所述管状工件的内表面的预定距离处。

55.如实施例47或49-54中任一项所述的设备，其中，所述至少一个支撑结构包括杆，所述杆基本上沿着纵向轴线或基本上平行于纵向轴线的轴定位在所述管状工件的空腔内。

56.一种设备，其包括：

支架，其被配置为支撑管状工件，其中所述管状工件基本上是圆柱形的，并且包括：由具有第一表面积的内表面限定的空腔、纵向轴线和具有第二表面积的外表面，所述支架包括：

导电母线；

动态接触点组件，电连接到所述导电母线，使得所述管状工件与所述导电母线在所述管状工件旋转期间经由所述动态接触点组件电接触；

驱动辊，其基本上为圆柱形，所述驱动辊被配置为保持与管状工件物理接触；和

从动辊，其基本上为圆柱形，所述从动辊被配置为保持与管状工件物理接触。

57.如实施例56所述的设备，其中所述动态接触点组件包括导电辊组件，所述导电辊组件包括被配置为与管状工件电接触的导电辊。

58.如实施例57所述的设备，其中，所述导电辊组件还包括：

第一轴承组件，其位于导电辊第一端；和

第二轴承组件，其位于导电辊的第二端，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件被配置为使得所述导电辊在操作中与被布置成与管状工件一起自由旋转，同时保持与导电母线电接触。

59.如实施例58所述的设备，其中，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件分别包括第一滚针轴承和第二滚针轴承，所述第一滚针轴承和第二滚针轴承各自具有多个圆柱辊，所述圆柱辊被配置为分别与所述导电辊和所述第一滚针轴承或所述第二滚针轴承电接触。

60.如实施例59所述的设备，其中，所述第一滚针轴承或所述第二滚针轴承被套在轴承箱中，所述轴承箱经由导电物品连接到所述导电母线。

61.如实施例60所述的设备，其中，所述轴承箱通过柔性材料连接到所述导电母线。

62.如实施例61所述的设备，其中，所述轴承箱通过机械紧固件或粘合剂连接到所述导电制品。

63.如实施例56-62中任一项所述的设备，还包括具有外表面的内部阳极，所述内部阳极被配置为沿着管状工件的纵向轴线或者基本平行于纵向轴线定位在管状工件的空腔内，使得内部阳极的外表面被定位为距管状工件的内表面预定距离。

64.如实施例47-63中任一项所述的设备，其中，所述至少一个支撑结构被配置为支撑包括所述管状工件的多个管状工件。

65.如实施例64所述的设备，其中所述接触点组件被配置为围绕各自的纵向轴线旋转所述多个管状工件中的每一个管状工件。

66.如实施例65所述的设备，其中所述接触点组件被配置为以相同的速度旋转所述多个管状工件中的每一个。

67.如实施例64-66中任一项所述的设备，其中，所述多个管状工件以平面结构或多边形结构布置。

68.如实施例64-67中任一项所述的设备，其中，所述多个管状工件中的各个工件与多个联结器串联连接。

69.如实施例64-68中任一项所述的设备，其中所述多个工件包括至少三个、至少四个、至少五个或至少十个管状工件。

70.如实施例49-69中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为保持与管状工件的外表面电接触。

71.如实施例49-70中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为在至少两个位置与所述管状工件的所述外表面电接触。

72.如实施例49-71中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为在至少三个位置与所述管状工件的所述外表面电接触。

73.如实施例53-61或65-72中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为经由所述导电制品与所述管状工件电接触，所述导电制品被配置为在所述管状工件旋转期间保持与管状工件物理接触。

74.如实施例53-61或65-73中任一项所述的设备，其中，所述导电制品是柔性板、刷子、杆或线。

75.如实施例53-61或65-74中任一项所述的设备，其中，所述导电制品包括两个或多个连杆。

76.如实施例53-61或65-75中任一项所述的设备，其中，所述导电制品包括两个或更多螺纹部。

77.如实施例49-76中任一项所述的设备，其中，所述导电母线是基本平行于纵向轴线定位的母线。

78.如实施例49-61或69-77中任一项所述的设备，还包括连接到所述支架的导向器，所述导向器被配置为将所述内部阳极保持在适当位置。

79.如实施例49-61或69-78中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极是柱状或管状的，所述内部阳极的直径小于所述管状工件的内径。

80.如实施例49-61或69-79中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极的外表面是波纹状的。

81.如实施例49-61或69-80中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极具有空腔。

82.如实施例49-61或69-81中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极具有多个横向延伸穿过所述内部阳极的孔。

83.如实施例82所述的设备，其中，在所述内部阳极的预定区域中的所述多个孔的子集的数量沿着所述内部阳极的长度变化。

84.如实施例82或83所述的设备，其中，所述多个孔中的各个孔的直径沿着所述内部阳极的长度变化。

85.如实施例47-84中任一项所述的设备，还包括长度小于或等于所述管状工件长度的外部阳极，所述外部阳极在距所述管状工件外表面第二预定距离处邻近所述管状工件。

86.如实施例85所述的设备，其中，所述外部阳极沿基本平行于所述纵向轴线定位在与所述管状工件的外表面相距基本均匀的距离处。

87.如实施例49-53或69-86中任一项所述的设备，其中：

所述管状工件具有外径，所述管状工件的空腔具有内径；

所述内部阳极具有第三表面积；和

所述第三表面积基于所述第一表面积对所述第二表面积的比率以及内径对外径的比率。

88.如实施例48-61或69-87中任一项所述的设备，其中，所述内部阳极的外表面具有基于以下各项的表面积：

管状工件内表面的表面积；和

预定距离与第二预定距离的比率。

89.如实施例47-88中任一项所述的设备，还包括位于所述管状工件附近的屏蔽件或辅助阴极。

90.如实施例89所述的设备，其中：

所述管状工件具有第一螺纹部；

所述屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于所述管状工件和所述内部阳极或外部阳极之间的所述第一螺纹部附近。

91.如实施例89或90所述的设备，其中：

所述管状工件具有第二螺纹部；和

所述屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于所述管状工件和内部阳极或外部阳极之间的第二螺纹部附近。

92.如实施例89-91中任一项所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分基本上是圆形、半圆形或矩形。

93.如实施例89-92中任一项所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分基本上是立方形的、基本上是圆柱形的或基本上是半圆柱形的。

94.如实施例89-93中任一项所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分位于所述管状工件和所述内部阳极之间。

95.如实施例89-94中任一项所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分位于所述管状工件和所述外部阳极之间。

96.如实施例89-95中任一项所述的设备，其中所述屏蔽件包括丙烯酸。

97.如实施例47-96中任一项所述的设备，其中，所述支架被配置为保持所述管状工件的纵向轴线相对于水平方向的倾斜范围为约0.5度至约2.5度。

98.如实施例97所述的设备，其中，所述倾斜的范围从约0.5度到约1度；从约1度到约1.5度；从约1.5度到约2度；或从约2度到约2.5度。

99.如实施例47-98中任一项所述的设备，其中管状工件的长度范围从约0.1米(m)到15米。

100.如实施例47-99中任一项所述的设备，其中所述管状工件的长度在约0.10m至约0.15m；从约0.10m到约0.5m；从约0.10m到约1.0m；从约0.10m到约0.4m；从约0.10m到约1.51m；从约0.10m到约10.7m；从约0.10m到约13.8m；从约0.15m到约0.4m；从约0.15m到约1.51m；从约0.15m到约10.7m；从约0.15m到约13.8m；从约0.3m到约0.7m；从约0.6m到约1.51m；从约1m到约2m；从约1m到约5m；从约1m到约14.5m；从约1.5m到约3.1m；从约1.5m到约6.1m；从约2m到约3m；从约3m到约4m；从约3m到约4.6m；从约4m到约5m；从约4.5m到约6.1m；从约5m到约6m；从约5m到约10m；从约5m到约14.5m；从约6m到约7m；从约6m到约7.7m；从约6m到约11m；从约7m到约8m；从约7.6m到约9.2m；从约8m到约9m；从约9m到约10m；从约9.1m到约10.7m；从约10m到约11m；从约10m到约14.5m；从约10.6m到约12.2m；从约10.6m到约13.8m；从约11m到约12m；从约12m到约13m；从约12.1m到约13.8m；从约13m到约13.5m；从约13.5m到约14m；或从约14m到约14.5m的范围。

101.如实施例64-100中任一项所述的设备，其中，所述多个管状工件具有基本相同的长度、基本相同的内径、相同的外径、或其组合。

102.一种电镀系统，其包括：

管状工件，其具有基本上圆柱形的形状、由管状工件的内表面限定的空腔和纵向轴线；和

如实施例47-101中任一项所述的设备。

103.如实施例102所述的电镀系统，还包括电解质浴。

104.如实施例102或103所述的电镀系统，还包括在操作中容纳支架和电解质浴的处理槽。

105.如实施例102-104中任一项所述的电镀系统，其中，所述电镀系统还包括位于所述管状工件的空腔内邻近所述内部阳极的电解质分配管。

106.如实施例105所述的电镀系统，其中所述电解质分配管具有横向延伸穿过所述电解质分配管的多个孔。

107.如实施例106所述的电镀系统，其中在所述电解质分配管的预定区域中的多个孔的子集的数量沿着电解质分配管的长度变化。

108.如实施例106或107所述的电镀系统，其中，所述多个孔中的各个孔的直径沿所述电解质分配管的长度变化。

109.如实施例102-108中任一项所述的电镀系统，还包括流量控制单元，其通过处理槽分配电解质溶液。

110.如实施例109所述的电镀系统，其中，所述流量控制单元在操作中，将电解液浴引入所述管状工件的所述空腔中。

111.如实施例109或110所述的电镀系统，其中所述流动控制单元在操作中通过所述电解质分配管中的多个孔传输所述电解质浴的至少一部分。

112.如实施例109-111中任一项所述的电镀系统，其中，所述流量控制单元在操作中通过所述内部阳极中的多个孔传输所述电解质浴的至少一部分。

113.如实施例102-112中任一项所述的电镀系统，还包括：

电源，其与内部阳极电连接；和

电源控制器，其在操作中控制施加到所述管状工件的电流和电压中的至少一个。

114.如实施例113所述的电镀系统，其中电源控制器在操作中控制施加到管状工件的电流密度，其中电流密度随时间变化。

115.如实施例113或114所述的电镀系统，还包括电连接到电源的外部阳极，其中所述电源控制器在操作中控制施加到管状工件的电流和电压中的至少一个。

116.如实施例113-115中任一项所述的电镀系统，其中所述电源是单电源，并且其中所述电源控制器在操作中将由所述电源供应的电力分配给所述导电母线。

117.如实施例113-116中任一项所述的电镀系统，其中，所述电源包括两个或更多个电源设备；并且在操作中，电源控制器将由两个或多个电源设备提供的电力分配给所述导电母线。

118.如实施例113-117中任一项所述的电镀系统，其中，所述电源控制器在操作中，将由所述电源供应的电力分配到所述导电母线上的至少一个位置。

119.如实施例113-118中任一项所述的电镀系统，其中所述电源控制器在操作中将由所述电源供应的电力分配到所述导电母线上的至少两个位置、至少三个位置、至少四个位置、或至少五个位置。

120.如实施例113-119中任一项所述的电镀系统，其中所述内部阳极位于织物材料内，所述织物材料包括聚丙烯、起绒聚物、棉、合成纤维、广东绒、单丝聚丙烯、尼龙、聚丙烯单丝纤维、棉粗布、毛毡或聚酯。

121.如实施例102-120中任一项所述的电镀系统，还包括连接到所述接触点组件并被配置为向所述接触点组件提供旋转运动的电机。

122.一种在管状工件上生产纳米层压涂层的方法，所述方法包括：

将基本为圆柱形的管状工件引入系统，所述管状工件具有纵向轴线，具有由内表面限定的空腔和外表面，所述系统包括：

支架，其在操作中支撑管状工件；

内部阳极；和

电解质浴，其包括具有可电沉积物质的电解质溶液；

以某一旋转速度旋转所述支架中的所述管状工件；和

将所述可电沉积物质电沉积到管状工件上，作为所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层，所述第一纳米层压涂层位于外表面的至少一部分上，所述第一纳米层压涂层具有第一厚度；并且所述第二纳米层压涂层位于所述内表面的至少一部分上，所述第二纳米层压涂层具有第二厚度。

123.如实施例122所述的方法，其中所述第一厚度小于所述第二厚度。

124.如实施例122或123所述的方法，其中所述管状工件具有第一螺纹部，并且所述方法还包括将所述可电沉积物质作为第三纳米层压涂层电沉积在所述第一螺纹部上，所述第三纳米层压涂层具有小于所述第一厚度和所述第二厚度的第三厚度。

125.如实施例124所述的方法，其中电沉积可电沉积物质是第三纳米层压涂层，其包括降低所述第一螺纹部的电流密度。

126.如实施例125所述的方法，其中所述降低电流密度包括将所述屏蔽或所述辅助阴极定位在所述第一螺纹部附近。

127.如实施例122-126中任一项所述的方法，其中所述管状工件具有第二螺纹部，并且所述方法还包括在第二螺纹部上电沉积可电沉积的第三纳米层压涂层。

128.如实施例122-127中任一项所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件接触的导电制品施加电压或电流。

129.如实施例122-128中任一项所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件物理接触的齿轮或联结器施加电压或电流。

130.如实施例122-128中任一项所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件电接触的导电辊施加电压或电流。

131.如实施例128-130中任一项所述的方法，包括随时间改变所述电压或所述电流。

132.如实施例122-131中任一项所述的方法，其中旋转所述管状工件包括随时间改变旋转速度，使得所述第一纳米层压涂层或所述第二纳米层压涂层的组成改变。

133.如实施例122-132中任一项所述的方法，其中所述旋转速度在约0.5转/分钟(rpm)至约10rpm的范围内。

134.如实施例132或133所述的方法，其中所述随时间改变旋转速度包括：

将旋转速度从第一旋转速度改变为第二旋转速度；和

将旋转速度从第二旋转速度改变为第一旋转速度。

135.如实施例134所述的方法，其中所述第一旋转速度、所述第二旋转速度、或两者在从约0.5rpm至约1rpm、约1rpm至约2rpm、2rpm至约3rpm、约3rpm至约4rpm、4rpm至约5rpm、约5rpm至约6rpm、约6rpm至约7rpm、7rpm至约8rpm、约8rpm至约9rpm、或约9rpm至约10rpm的范围内。

136.如实施例122-135中任一项所述的方法，其中所述随时间改变旋转速度还包括：

将所述旋转速度从所述第一旋转速度或所述第二旋转速度改变为所述第三旋转速度；和

将所述旋转速度从所述第三旋转速度改变为所述第一旋转速度、所述第二旋转速度或第四旋转速度。

137.如实施例136所述的方法，其中所述第一旋转速度、所述第二旋转速度、所述第三旋转速度或所述第四旋转速度在约0.5至约10rpm的范围内。

138.如实施例122-137中任一项所述的方法，其中所述管状工件由从动辊旋转，所述从动辊基本上为圆柱形并且与所述管状工件物理接触。

139.如实施例122-137中任一项所述的方法，其中所述管状工件通过与所述管状工件物理接触的齿轮或联结器旋转。

140.如实施例122-139中任一项所述的方法，其中将所述管状工件引入系统包括将所述内部阳极沿着所述管状工件的纵向轴线或纵向轴线基本平行的轴定位在所述管状工件的空腔内，使得所述内部阳极的外表面定位在距所述管状工件的内表面预定距离处。

141.如实施例122-140中任一项所述的方法，其中所述内部阳极具有波纹表面。

142.如实施例122-141中任一项所述的方法，其中：

所述管状工件的内表面具有第一表面区域，所述管状工件的外表面具有第二表面区域

所述管状工件具有外径，所述管状工件的空腔具有内径；

所述内部阳极具有第三表面积；和

所述第三表面积基于所述第一表面积与所述第二表面积的比率以及内径与外径的比率确定。

143.如实施例122-142中任一项所述的方法，其中所述电沉积可电沉积物质包括经由所述内部阳极的空腔或横向延伸穿过内部阳极的多个孔将一部分电解质溶液分配到所述管状工件的空腔中。

144.如实施例122-143中任一项所述的方法，其中所述电沉积可电沉积物质包括经由位于所述管状工件的空腔中的电解质分配管将一部分电解质溶液分配到所述空腔中。

145.如实施例122-144中任一项所述的方法，其中所述电沉积可电沉积物质包括经由位于所述管状工件的空腔中的所述电解质分配管中的多个孔将一部分电解质溶液分配到所述空腔中。

146.如实施例122-145中任一项所述的方法，其中所述电沉积可电沉积物质包括将所述外部阳极定位在所述管状工件附近。

147.如实施例124-146中任一项所述的方法，其中：

所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层或所述第三纳米层压涂层包括约50至约8,000个层；和

每层的厚度范围为约5nm至约250nm。

148.如实施例122-147中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括单个层。

149.如实施例122-147中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括至少两层。

150.如实施例124-149中任一项所述的方法，其中所述第三纳米层压涂层包括至少两层。

151.如实施例147或149-150所述的方法，其中：

所述层数独立地选自约50层至约100层、约100层至约1,000层、约1,000层至约2,000层、约2,000层至约4,000层、或约4,000层至约8,000层的范围；和

所述每层的厚度独立地选自约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、或约200nm至约250nm的的范围。

152.如实施例124-151中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层共同覆盖基本上所有的内表面和外表面。

153.如实施例122-152中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层、或两者均包括一系列交替层。

154.如实施例122-147或149-153中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括一系列交替层。

155.如实施例124-154中任一项所述的方法，其中所述第三纳米层压涂层包括一系列交替层。

156.如实施例153-155中任一项所述的方法，其中所述系列交替层包括：

第一层，其包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质；和

第二层，其包括至少一种可电沉积物质，其独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的可电沉积物质。

157.如实施例156所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约50％(w/w)至约99％(w/w)的Ni。

158.如方法实施例156或157所述，其中所述第一层或所述第二层包括浓度大于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Ni。

159.如实施例156-158中任一项所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

160.如实施例156-159中任一项所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

161.如实施例156-160中任一项所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。

162.如实施例156-161中任一项所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Cr。

163.如实施例156-162中任一项所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)、或约99％(w/w)的Cr。

164.如实施例156-163中任一项所述的方法，其中所述第一层和所述第二层包括Ni和W。

165.如实施例164所述的方法，其中，所述第一层和所述第二层还包括Mo。

166.如实施例164或165所述的方法，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度范围从约40％(w/w)到约70％(w/w)的Ni；

其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度范围为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W；

或者以上两者均有。

167.如实施例166所述的方法，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

168.如实施例164-167中任一项所述的方法，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度约为60％(w/w)的Ni和浓度约为40％(w/w)的W。

169.如实施例122-168中任一项所述的方法，其中所述第一厚度或所述第二厚度的范围为约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm，约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约250nm、约1μm至约5厘米(cm)、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm、约800μm至约1.2毫米(mm)、从约500μm到约1mm、从约1mm到约1.5mm、从约1.2mm到约2mm、从约1.8mm到约2.5mm、从约2.5mm到约5mm、从约1mm到约5mm、从约5mm到约1cm、从约1cm到约2cm，或从约2cm到约5cm。

170.如实施例122-169中任一项所述的方法，其中所述管状工件由钢合金形成，其包括：

(A)碳和铁；

(B)碳、铁和钼；或

(C)碳、铁、钼和钴。

171.如实施例127-170中任一项所述的方法，其中所述系统是如实施例108-126中任一项所述的电镀系统。

172.如实施例127-171中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层在两个或更多、三个或更多、四个或更多、或五个或更多位置处具有基本相同的厚度；并且其中第二纳米层压涂层在两个或更多、三个或更多、四个或更多或五个或更多位置处具有基本相同的厚度。

173.如实施例122或124-172所述的方法，其中所述第一厚度基本上与所述第二厚度相同。

174.由实施例121-172中任一项所述的方法生产的制品。

175.由实施例121-172中任一项所述的方法生产的石油专用管材(OCTG)。

176.一种阳极，其包括基本圆柱形的金属构件，所述金属构件具有外表面，所述外表面具有增加所述阳极表面积的表面积特征，所述金属构件在使用中与所述管状工件电接触。

177.如实施例176所述的阳极，其中所述阳极的表面积基于所述管状工件的内表面积，和第一距离与第二距离的比率，所述第一距离是所述管状工件的外表面和内表面之间的长度，所述第二距离是所述管状工件的外表面和外部阳极之间的长度。

178.如实施例176或177所述的阳极，其中所述阳极是管状的，使得由阳极的内表面限定空腔。

179.如实施例176-178中任一项所述的阳极，其中所述表面积特征是一系列连续交替的凸部和凹部，使得所述外表面是波纹状的。

180.如实施例176-178中任一项所述的阳极，其中，所述外表面被配置为多边形或锯齿管结构，所述外表面包括多个互连侧面。

181.如实施例180所述的阳极，其中所述互连侧面的数量是三个、四个、五个或六个。

182.如实施例180或181所述的阳极，其中所述阳极具有长度，并且互连侧面的数量在所述阳极长度上变化。

183.如实施例176-182中任一项所述的阳极，其中所述阳极具有范围从约0.25mm至约0.60mm、从约0.50mm至约0.80mm、从约0.75mm至约1.1mm、从约1.0mm至约1.3mm、从约1.2mm至约1.6mm、从约1.5mm至约1.8mm、从约1.7mm至约2.1mm的基本恒定的材料厚度，约2.0mm至约2.3mm、约2.2mm至约2.6mm、约2.5mm至约3.9mm、约3.8mm至约5.1mm、或约5.0mm至约6.4mm的基本恒定的材料厚度。

184.如实施例176-183中任一项所述的阳极，其中所述阳极基本上是实心的。

185.如实施例176-184中任一项所述的阳极，其中所述阳极材料基本上是无孔的，其中所述阳极包括多个孔，这些孔在操作中在所述阳极附近分布溶液或引起溶液的混合。

186.如实施例176-185中任一项所述的阳极，其中所述阳极是多孔的，并且其中所述阳极具有从约45％至约50％、从约50％至约55％、从约55％至约60％、从约60％至约65％、从约65％至约70％、从约70％至约75％、从约75％至约80％、从约80％至约85％、从约85％至约90％、从约90％至约95％、从约95％至约99％的开口面积百分比。

187.如实施例176-186中任一项所述的阳极，其中所述阳极包括Zn、Ni、Sn或其组合。

188.如实施例176-187中任一项所述的阳极，其中所述阳极包括贵金属。

189.如实施例176-188中任一项所述的阳极，其中所述阳极包括Zn-Sn合金。

190.如实施例176-189中任一项所述的阳极，其中所述阳极包括Ni-Co合金。

191.根据实施例176-190中任一项所述的阳极，其中所述阳极位于织物材料内，所述织物材料包括聚丙烯、起绒聚物、棉、合成纤维、广东绒、单丝聚丙烯、尼龙、聚丙烯单丝纤维、棉粗布、毛毡或聚酯。

192.一种配置用于电沉积过程的阳极以在管状工件上沉积纳米层压涂层的方法，所述方法包括：

基于以下因素确定阳极的表面积：

对应于所述管状工件内表面的第一表面积与对应于所述管状工件外表面的第二表面积之比；和

所述管状工件的内径与所述管状工件的外表面到外部阳极表面之间的距离之比，

其中所述阳极的表面积在管状工件上提供涂层，使得所述内表面上纳米层压涂层的第一厚度与所述外表面上纳米层压涂层的第二厚度之比为约1。

在此描述的细节仅是示例性的，并且仅用于本公开的实施例的说明性讨论的目的。在此提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开，并且不对要求保护的本公开的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的要素对于实施本公开是必不可少的。此外，除非在此另外指出或与上下文明显矛盾，否则在此描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。

上述各种实施例可以被组合以提供其它实施例。本说明书中提及和/或在应用数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请出版物、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物，包括第62/488,645号美国专利申请，全部通过引用并入本文。如果需要实施多种专利、申请和出版物的方面，则可以对实施例进行修改，以提供其它实施例。

可以根据上述详细描述对这些实施例进行如此和其它改变。通常，在以下权利要求书中，不应将所使用的术语解释为将权利要求限制为说明书和权利要求书中公开的特定实施例，但是，应当理解为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

在本公开中使用的定义意味着并且旨在控制任何今后的构造，除非在实施例中明确无误地修改，或者当该含义的应用使得任何构造变得没有意义或者基本上没有意义时。如果该术语的结构会使其变得无意义或基本上无意义，则该定义应取自韦伯斯特词典第三版或本领域普通技术人员已知的词典。

尽管已经用特定于结构特征或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，具体特征和动作被公开为实现权利要求的说明性形式。

Claims (121)

1.一种设备，其包括：

支架，其包括：

至少一个支撑结构，其被配置为支撑具有基本圆柱形的形状的管状工件，所述管状工件具有由具有第一表面区域的内表面限定的空腔、具有第二表面区域的外表面和纵向轴线；

由所述支架支撑的导电母线，所述导电母线被配置为与所述管状工件电接触，使得所述管状工件自由旋转，同时保持与所述导电母线的电接触；和

包括连接至所述管状工件一端的齿轮的接触点组件，所述导电母线被配置为经由所述齿轮与所述管状工件电接触。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述接触点组件还被配置为旋转所述管状工件。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述齿轮包括螺纹部。

4.如权利要求3所述的设备，还包括联结器，所述联结器包括：

第一螺纹部，其对应于所述齿轮的螺纹部，使得所述齿轮的螺纹部和所述联结器的所述第一螺纹部可以连接在一起；和

第二螺纹部，其对应于所述管状工件的螺纹部，使得所述管状工件的螺纹部和所述联结器的所述第二螺纹部可以连接在一起。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述齿轮的螺纹部对应于所述管状工件的螺纹部，使得所述齿轮的螺纹部和所述管状工件的螺纹部可以连接在一起。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述接触点组件包括导电制品。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个支撑结构包括杆，所述杆基本上沿着所述纵向轴线或沿着基本上平行于所述纵向轴线的轴定位在所述管状工件的所述空腔内。

8.一种设备，其包括：

支架，其被配置为支撑管状工件，其中所述管状工件基本上是圆柱形的，并且包括：由具有第一表面积的内表面限定的空腔，纵向轴线和具有第二表面积的外表面，所述支架包括：

导电母线；

接触点组件，所述接触点组件包括电连接到所述导电母线和所述管状工件的导电辊，使得所述管状工件与所述导电母线在所述管状工件旋转期间经由所述导电辊电接触；

驱动辊，其基本上为圆柱形，所述驱动辊被配置为保持与所述管状工件物理接触；和

从动辊，其基本上为圆柱形，所述从动辊被配置为保持与所述管状工件物理接触。

9.如权利要求8所述的设备，其中所述驱动辊和所述从动辊分别由非导电材料制成。

10.如权利要求8所述的设备，其中，所述导电辊还包括：

第一轴承组件，其位于所述导电辊的第一端；和

第二轴承组件，其位于所述导电辊的第二端，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件布置成使得所述导电辊在操作中与所述管状工件一起自由旋转，同时保持与所述导电母线电接触。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件分别包括第一滚针轴承和第二滚针轴承，所述第一滚针轴承和所述第二滚针轴承各自具有多个圆柱形辊，所述圆柱形辊被配置为分别与所述导电辊和所述第一滚针轴承或所述第二滚针轴承电接触。

12.如权利要求11所述的设备，其中，所述第一滚针轴承或所述第二滚针轴承被套在轴承箱中，所述轴承箱经由导电制品连接到所述导电母线。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述轴承箱通过柔性材料连接到所述导电母线。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述轴承箱通过机械紧固件或粘合剂连接到所述导电制品。

15.如权利要求1-14中任一项所述的设备，还包括具有外表面的内部阳极，所述内部阳极被配置为沿着所述管状工件的纵向轴线或者沿着基本平行于所述纵向轴线的轴定位在所述管状工件的所述空腔内。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述内部阳极的外表面定位于距所述管状工件的内表面预定距离处。

17.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其中，所述至少一个支撑结构被配置为支撑包括所述管状工件的多个管状工件。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述接触点组件被配置为围绕各自的纵向轴线旋转所述多个管状工件中的每一个管状工件。

19.如权利要求18所述的设备，其中所述接触点组件被配置为以相同的速度旋转所述多个管状工件中的每一个。

20.如权利要求17所述的设备，其中，所述多个管状工件以平面结构或多边形结构布置。

21.如权利要求17所述的设备，其中，所述多个管状工件中的各个工件与多个联结器串联连接。

22.如权利要求17所述的设备，其中所述多个工件包括至少三个管状工件。

23.如权利要求1-14中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为保持与所述管状工件的所述外表面电接触。

24.如权利要求1-14中任一项所述的设备，其中，所述导电母线被配置为在至少两个位置与所述管状工件的所述外表面电接触。

25.如权利要求6所述的设备，其中，所述导电母线被配置为经由所述导电制品与所述管状工件电接触，所述导电制品被配置为在所述管状工件旋转期间保持与所述管状工件物理接触。

26.如权利要求6所述的设备，其中，所述导电制品是柔性板、刷子、杆或线。

27.如权利要求6所述的设备，其中，所述导电制品包括两个或多个连杆。

28.如权利要求6所述的设备，其中，所述导电制品包括两个或更多螺纹部。

29.如权利要求1-14中任一项所述的设备，其中，所述导电母线是基本平行于所述纵向轴线定位的母线。

30.如权利要求15所述的设备，还包括连接到所述支架的导向器，所述导向器被配置为将所述内部阳极保持在适当位置。

31.如权利要求15所述的设备，其中，所述内部阳极是柱状或管状的，所述内部阳极的直径小于所述管状工件的内径。

32.如权利要求15所述的设备，其中，所述内部阳极的外表面是波纹状的。

33.如权利要求15所述的设备，其中，所述内部阳极具有空腔。

34.如权利要求15所述的设备，其中，所述内部阳极具有多个横向延伸穿过所述内部阳极的多个孔。

35.如权利要求34所述的设备，其中，在所述内部阳极的预定区域中的所述多个孔的子集的数量沿着所述内部阳极的长度变化。

36.如权利要求34所述的设备，其中，所述多个孔中的各个孔的直径沿着所述内部阳极的长度变化。

37.如权利要求15所述的设备，还包括长度小于或等于所述管状工件长度的外部阳极，所述外部阳极在距所述管状工件外表面第二预定距离处邻近所述管状工件。

38.如权利要求37所述的设备，其中，所述外部阳极沿基本平行于所述纵向轴线定位在与所述管状工件的外表面相距基本均匀的距离处。

39.如权利要求37所述的设备，还包括位于所述管状工件附近的屏蔽件或辅助阴极。

40.如权利要求39所述的设备，其中：

所述管状工件具有第一螺纹部；以及

所述屏蔽件或辅助阴极的至少一部分位于所述管状工件和所述内部阳极或外部阳极之间的所述第一螺纹部附近。

41.如权利要求39所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分基本上是圆形、半圆形或矩形。

42.如权利要求39所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分基本上是立方形的、基本上是圆柱形的或基本上是半圆柱形的。

43.如权利要求39所述的设备，其中，所述屏蔽件的至少一部分位于所述管状工件和所述内部阳极、所述外部阳极、或两者之间。

44.如权利要求39所述的设备，其中所述屏蔽件包括丙烯酸。

45.如权利要求1-14中任一项所述的设备，其中，所述支架被配置为保持所述管状工件的纵向轴线相对于水平方向的倾斜范围为0.5度至2.5度。

46.如权利要求1-14中任一项所述的设备，其中所述管状工件的长度范围从0.1米(m)到15m。

47.如权利要求17所述的设备，其中所述多个管状工件具有基本相同的长度、基本相同的内径、相同的外径或其组合。

48.一种电镀系统，其包括：

管状工件，其具有基本上圆柱形的形状、由所述管状工件的内表面限定的空腔和纵向轴线；和

如权利要求1-47中任一项所述的设备。

49.如权利要求48所述的电镀系统，还包括内部阳极。

50.如权利要求49所述的电镀系统，还包括在操作中容纳支架和电解质浴的处理槽。

51.如权利要求50所述的电镀系统，其中，所述电镀系统还包括位于所述管状工件的所述空腔内邻近所述内部阳极的电解质分配管。

52.如权利要求51所述的电镀系统，其中所述电解质分配管具有横向延伸穿过所述电解质分配管的多个孔。

53.如权利要求52所述的电镀系统，其中在所述电解质分配管的预定区域中的所述多个孔的子集的数量沿着所述电解质分配管的长度变化，其中，所述多个孔中的各个孔的直径沿所述电解质分配管的长度变化，或以上两者兼有。

54.如权利要求52或53所述的电镀系统，还包括流量控制单元，其通过处理槽分配电解质溶液。

55.如权利要求54所述的电镀系统，其中，所述流量控制单元在操作中，将电解液浴引入所述管状工件的所述空腔中。

56.如权利要求54所述的电镀系统，其中所述流量控制单元在操作中通过所述电解质分配管的多个孔、所述内部阳极的多个孔、或两者的多个孔传输所述电解质浴的至少一部分。

57.如权利要求49-53中任一项所述的电镀系统，还包括：

电源，其与所述内部阳极电连接；和

电源控制器，其在操作中控制施加到所述管状工件的电流和电压中的至少一个。

58.如权利要求57所述的电镀系统，其中所述电源控制器在操作中控制施加到所述管状工件的电流密度，其中所述电流密度随时间变化。

59.如权利要求57所述的电镀系统，还包括电连接到所述电源的外部阳极，其中所述电源控制器在操作中控制施加到所述管状工件的电流和电压中的至少一个。

60.如权利要求57所述的电镀系统，其中所述电源是单电源，并且其中所述电源控制器在操作中将由所述电源供应的电力分配给导电母线。

61.如权利要求57所述的电镀系统，其中，所述电源包括两个或更多个电源设备；并且在操作中，所述电源控制器将由两个或多个电源设备提供的电力分配给导电母线。

62.如权利要求57所述的电镀系统，其中，所述电源控制器在操作中，将由所述电源供应的电力分配到导电母线上的至少两个位置。

63.如权利要求57所述的电镀系统，其中所述内部阳极位于织物材料内，所述织物材料包括聚丙烯、起绒聚物、棉、合成纤维、广东绒、单丝聚丙烯、尼龙、聚丙烯单丝纤维、棉粗布、毛毡或聚酯。

64.如权利要求57所述的电镀系统，还包括连接到所述接触点组件并被配置为向所述接触点组件提供旋转运动的电机。

65.一种在管状工件上生产纳米层压涂层的方法，所述方法包括：将基本为圆柱形的管状工件引入系统，所述管状工件具有纵向轴线、由内表面限定的空腔和外表面，所述系统包括如权利要求1-47中任一项所述的设备；

以旋转速度旋转所述支架中的所述管状工件；并且

将可电沉积物质电沉积到管状工件上，作为第一纳米层压涂层和第二纳米层压涂层，所述第一纳米层压涂层位于所述外表面的至少一部分上，所述第一纳米层压涂层具有第一厚度；并且所述第二纳米层压涂层位于所述内表面的至少一部分上，所述第二纳米层压涂层具有第二厚度。

66.如权利要求65所述的方法，其中所述第一厚度小于所述第二厚度。

67.如权利要求65所述的方法，其中所述管状工件具有第一螺纹部，并且所述方法还包括电沉积所述可电沉积物质作为第三纳米层压涂层在所述第一螺纹部上，所述第三纳米层压涂层具有小于所述第一厚度和所述第二厚度的第三厚度。

68.如权利要求67所述的方法，其中所述电沉积所述可电沉积物质作为第三纳米层压涂层其包括降低在所述第一螺纹部的电流密度。

69.如权利要求68所述的方法，其中所述降低电流密度包括将屏蔽件或辅助阴极定位在所述第一螺纹部附近。

70.如权利要求65所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件接触的导电制品施加电压或电流。

71.如权利要求65所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件物理接触的齿轮或联结器施加电压或电流。

72.如权利要求65所述的方法，其中所述电沉积包括向与所述管状工件电接触的导电辊施加电压或电流。

73.如权利要求72所述的方法，包括随时间改变所述电压或所述电流。

74.如权利要求65所述的方法，其中旋转所述管状工件包括随时间改变所述旋转速度，使得所述第一纳米层压涂层或所述第二纳米层压涂层的组成改变。

75.如权利要求65所述的方法，其中所述旋转速度在0.5转/分钟(rpm)至10rpm的范围内。

76.如权利要求74所述的方法，其中所述随时间改变所述旋转速度包括：

将所述旋转速度从第一旋转速度改变为第二旋转速度；和

将所述旋转速度从第二旋转速度改变为第一旋转速度。

77.如权利要求65所述的方法，其中所述管状工件由从动辊旋转，所述从动辊基本上为圆柱形并且与所述管状工件物理接触。

78.如权利要求65所述的方法，其中所述管状工件通过与所述管状工件物理接触的齿轮或联结器旋转。

79.如权利要求65所述的方法，其中，所述系统还包括内部阳极,其中将所述管状工件引入系统包括将所述内部阳极沿着所述管状工件的纵向轴线或与所述纵向轴线基本平行的轴定位在所述管状工件的所述空腔内，使得所述内部阳极的外表面定位在距所述管状工件的内表面预定距离处。

80.如权利要求65所述的方法，其中，所述系统还包括内部阳极，其中所述电沉积所述可电沉积物质包括经由所述内部阳极的空腔或横向延伸穿过所述内部阳极的多个孔将一部分电解质溶液分配到所述管状工件的空腔中；

其中所述电沉积所述可电沉积物质包括经由位于所述管状工件的空腔中的电解质分配管或在所述电解质分配管中的多个孔将一部分电解质溶液分配到所述空腔中，或者

以上两者均有。

81.如权利要求65所述的方法，其中所述电沉积可电沉积物质包括将外部阳极定位在所述管状工件附近。

82.如权利要求67-69中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层共同覆盖基本上所有的内表面和外表面。

83.如权利要求65-69中任一项所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层、或两者均包括一系列交替层。

84.如权利要求83所述的方法，其中所述一系列交替层包括：

第一层，其包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质；和

第二层，其包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质。

85.如权利要求84所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为50％w/w至99％w/w的Ni。

86.如权利要求84所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为5％w/w至35％w/w的Co。

87.如权利要求84所述的方法，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为5％w/w至99％w/w的Cr。

88.如权利要求84所述的方法，其中所述第一层和所述第二层包括Ni和W。

89.如权利要求88所述的方法，其中所述第一层和所述第二层还包括Mo。

90.如权利要求88所述的方法，其中，所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度范围为40％w/w至70％w/w的Ni；

其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度范围为30％w/w至50％w/w的W；

或以上两者均有。

91.如权利要求90所述的方法，其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度高达40％w/w的Mo。

92.如权利要求88所述的方法，其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度为60％w/w的Ni和浓度为40％w/w的W。

93.如权利要求65所述的方法，其中所述第一纳米层压涂层在两个或多个位置处具有基本相同的厚度；并且其中所述第二纳米层压涂层在两个或多个位置处具有基本相同的厚度。

94.由权利要求65-93中任一项所述的方法生产的制品。

95.一种由权利要求65-93中任一项的方法生产的石油专用管材(OCTG)。

96.一种使用包括如权利要求1-47中任一项所述的设备的系统制备的管状制品，其包括：

管状工件，其具有内表面和外表面；和

纳米层压涂层，其包括：

所述内表面上的第一纳米层压涂层；和

所述外表面上的第二纳米层压涂层，所述第二纳米层压涂层的厚度小于所述第一纳米层压涂层的厚度。

97.如权利要求96所述的管状制品，还包括：

所述管状工件的第一螺纹部；和

位于所述第一螺纹部上的第三纳米层压涂层，所述第三纳米层压涂层的厚度小于所述第一纳米层压涂层的厚度。

98.如权利要求97所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层的厚度小于所述第二纳米层压涂层的厚度。

99.如权利要求96所述的管状制品，其中所述内表面和所述外表面基本上100％被纳米层压涂层覆盖。

100.如权利要求97所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层的厚度在50微米(μm)至150μm的范围内。

101.如权利要求97所述的管状制品，其中所述第三纳米层压材料涂层的厚度不阻止将所述管状工件的第一螺纹部与第二工件的相应螺纹部连接，使得所述连接不会损害所述第三纳米层压材料涂层。

102.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件包括钢合金。

103.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件包括塑料，并且所述管状制品还包括所述塑料上的冲击层。

104.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件是用于连接两个石油专用管材(OCTG)的连接器。

105.如权利要求104所述的管状制品，其中所述管状工件是OCTG管或管线管。

106.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层在两个或多个位置处具有基本相同的厚度，其中所述第二纳米层压涂层在两个或多个位置处具有基本相同的厚度，或以上两者兼具。

107.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层和所述第二纳米层压涂层各自包括一系列交替层。

108.如权利要求97-98和100-101中任一项所述的管状制品，其中所述第三纳米层压涂层包括一系列交替层。

109.如权利要求108所述的管状制品，其中所述一系列交替层包括：

第一层，其包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质；和

第二层，其包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的至少一种可电沉积物质。

110.如权利要求109所述的管状制品，其中：

所述第一层包括浓度至少为0.01％w/w的所述至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质；和

所述第二层包括浓度至少为0.01％w/w的所述至少一种可电沉积物质中的每种可电沉积物质。

111.如权利要求110所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为50％w/w至99％w/w的Ni。

112.如权利要求110所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为5％w/w至35％w/w的Co。

113.如权利要求110所述的管状制品，其中所述第一层或所述第二层包括浓度范围为5％w/w至99％w/w的Cr。

114.如权利要求110所述的管状制品，其中所述第一层和所述第二层包括Ni和W。

115.如权利要求114所述的管状制品，其中所述第一层和所述第二层还包括Mo。

116.如权利要求115所述的管状制品，其中所述第一层、所述第二层、或两者独立地包括浓度范围为40％w/w至70％w/w的Ni；

其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度范围为30％w/w至50％w/w的W；

或以上两者均有。

117.如权利要求116所述的管状制品，其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度高达40％w/w的Mo。

118.如权利要求116所述的管状制品，其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度为60％w/w的Ni和浓度为40％w/w的W。

119.如权利要求97-98和100-101中任一项所述的管状制品，其中所述第一纳米层压涂层、所述第二纳米层压涂层和所述第三纳米层压涂层中的层数包括相同的层数。

120.如权利要求97-101中任一项所述的管状制品，其中所述管状工件的长度在0.1米(m)至15m的范围。

121.一种在管状工件上生产纳米层压涂层的方法，所述方法包括：

将基本为圆柱形的管状工件引入系统，所述管状工件具有纵向轴线、由内表面限定的空腔和外表面，所述系统包括如权利要求1-47任一项所述的设备：

以旋转速度旋转支架中的管状工件；以及

在所述外表面的至少一部分上将可电沉积物质电沉积到所述管状工件上作为第一纳米层压涂层，所述第一纳米层压涂层具有第一厚度。

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