ES2624761T3 - Procedure for the preparation of polycrystalline structures that have improved mechanical and physical properties - Google Patents

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ES2624761T3
ES2624761T3 ES08861084.5T ES08861084T ES2624761T3 ES 2624761 T3 ES2624761 T3 ES 2624761T3 ES 08861084 T ES08861084 T ES 08861084T ES 2624761 T3 ES2624761 T3 ES 2624761T3
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Gino Palumbo
Iain Brooks
Klaus Tomantschger
Peter Lin
Karl Aust
Nandakumar Nagarajan
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Abstract

Un procedimiento de preparación de un artículo, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) electrodeposición de un material metálico que comprende cobre a partir de un electrólito acuoso que comprende pirofosfato de cobre usando metalización por corriente continua (DC), corriente por pulsos (PP) y/o metalización por pulsos inversos (PR) usando una densidad de corriente media que varía de 5 a 10 000 mA/cm2, un tiempo de servicio por pulso directo que varía de 0,1 a 500 ms, un tiempo de reposo que varía de 0 a 10 000 ms, un tiempo de servicio por pulso inverso que varía de 0 a 500 ms, una densidad de corriente directa máxima que varía de 5 a 10 000 mA/cm2, una densidad de corriente inversa 10 máxima que varía de 5 a 20000 mA/cm2, una frecuencia que varía de 0 a 1000 Hz y un ciclo de trabajo que varía de un 5 a un 100 %, para formar o al menos metalizar parcialmente un artículo, teniendo el material metálico i) un tamaño de grano medio de entre 4 nm y 5 μm, y ii) un contenido de impurezas de menos de 20 ppm en peso de S, menos de 50 ppm en peso de O, menos de 50 ppm en peso de P y menos de 300 ppm en peso de C; y b) tratamiento térmico del material metálico electrodepositado a una temperatura entre 0,25Tm y 0,7Tm K 20 durante un período de tiempo de entre 1 segundo y 75 horas para inducir el crecimiento de grano en el material metálico de tal manera que al menos una porción de material metálico muestra un aumento de al menos 0,3 de la fracción del límite de grano especial y un valor de intensidad de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces el aleatorio.A method of preparing an article, the process comprising the steps of: a) electrodeposition of a metallic material comprising copper from an aqueous electrolyte comprising copper pyrophosphate using direct current (DC) metallization, pulse current (PP) ) and / or reverse pulse metallization (PR) using an average current density that varies from 5 to 10 000 mA / cm2, a direct pulse service time that varies from 0.1 to 500 ms, a standby time that ranges from 0 to 10 000 ms, a service time per inverse pulse ranging from 0 to 500 ms, a maximum direct current density that varies from 5 to 10 000 mA / cm2, a maximum inverse current density 10 which varies from 5 to 20,000 mA / cm2, a frequency that varies from 0 to 1000 Hz and a duty cycle that varies from 5 to 100%, to form or at least partially metallize an article, the metallic material i) having a size of medium grain between 4 nm and 5 μm, and ii ) an impurity content of less than 20 ppm by weight of S, less than 50 ppm by weight of O, less than 50 ppm by weight of P and less than 300 ppm by weight of C; and b) heat treatment of the electrodeposited metal material at a temperature between 0.25Tm and 0.7Tm K 20 for a period of time between 1 second and 75 hours to induce grain growth in the metal material such that at least one portion of metallic material shows an increase of at least 0.3 of the fraction of the special grain limit and an intensity value of the crystallographic texture of less than 7.5 times the random.

Description

Procedimiento para la preparación de estructuras policristalinas que tienen propiedades mecánicas y físicas mejoradas 5 Procedure for the preparation of polycrystalline structures that have improved mechanical and physical properties 5

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

De conformidad con el título 35 del U.S.C. apartado §119(e), esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los EE. UU. N.º 61/014.448 presentada el 18 de diciembre de 2007. In accordance with U.S. 35. §119 (e), this application claims the benefit of the provisional US request. UU. No. 61/014,448 filed December 18, 2007.

10 CAMPO 10 FIELD

Esta memoria descriptiva se refiere a procedimientos de producción de materiales policristalinos que tienen propiedades mecánicas y físicas mejoradas. Esta memoria descriptiva también se refiere a la ingeniería de límite de This specification refers to production processes of polycrystalline materials that have improved mechanical and physical properties. This specification also refers to the limit engineering of

15 grano, electrodeposición y tratamiento térmico. 15 grain, electrodeposition and heat treatment.

INTRODUCCIÓN INTRODUCTION

Los siguientes párrafos no son una admisión de que algo analizado en ellos sea de la técnica anterior o parte de los 20 conocimientos de las personas expertas en la técnica. The following paragraphs are not an admission that something analyzed in them is from the prior art or part of the knowledge of those skilled in the art.

Los procedimientos de degradación intergranular (por ejemplo, fatiga, fluencia y corrosión) pueden ser las principales causas de fallo en el servicio prematuro e impredecible de materiales de ingeniería normalmente dúctiles. Los procedimientos de degradación intergranular se producen en los límites de grano y pueden dar lugar a un fallo Intergranular degradation procedures (for example, fatigue, creep and corrosion) can be the main causes of failure in the premature and unpredictable service of normally ductile engineering materials. Intergranular degradation procedures occur at grain boundaries and can lead to failure.

25 de un componente por propagación a través de la red intercristalina. Por lo tanto, los procedimientos de degradación intergranular pueden regirse por la estructura específica del límite de grano, la química del límite de grano (es decir, la segregación y precipitación de soluto), y el tamaño y la forma del grano (es decir, conectividad). 25 of a component by propagation through the intercrystalline network. Therefore, intergranular degradation procedures can be governed by the specific structure of the grain limit, the chemistry of the grain limit (i.e., the segregation and precipitation of solute), and the size and shape of the grain (i.e., connectivity)

Los límites de grano cristalográficamente descritos por bajas relaciones  (es decir, 29) de la red de sitios de Grain boundaries crystallographically described by low ratios es (i.e. 29) of the network of sites

30 coincidencia (CSL) pueden poseer estructuras más ordenadas, pueden ser menos propensos a la interacción con soluto, y pueden mostrar una resistencia y, a veces incluso inmunidad ante la corrosión intergranular, deslizamiento intergranular, cavitación y fractura (véase G. Palumbo y KT Aust, en Materials Interfaces: Atomic Level Structure and Properties, eds. D. Wolf, y S. Yip, Chapman y Hall, Nueva York (1992) 190-211). Un límite de grano se denomina "especial" si su cristalografía interfacial se encuentra dentro de un intervalo aceptable  de  , en el que 29, y Coincidence (CSL) may have more orderly structures, may be less prone to solute interaction, and may show resistance and sometimes even immunity against intergranular corrosion, intergranular slippage, cavitation and fracture (see G. Palumbo and KT Aust, in Materials Interfaces: Atomic Level Structure and Properties, eds. D. Wolf, and S. Yip, Chapman and Hall, New York (1992) 190-211). A grain limit is called "special" if its interfacial crystallography is within an acceptable range  of , in which 29, and

35  <15 -1/2 como se define por Brandon, Acta Metall., 34, 1479 (1966). 35  <15 -1/2 as defined by Brandon, Acta Metall., 34, 1479 (1966).

Los recientes avances en microscopía de imágenes por orientación cristalográfica automatizada (OIM) han hecho posible determinar fácilmente las distribuciones de estos bajos límites de grano "especiales"  (29) en materiales policristalinos convencionales. Esto puede permitir la optimización de las técnicas de procesamiento de materiales a Recent advances in imagery microscopy by automated crystallographic orientation (IOM) have made it possible to easily determine the distributions of these low "special" grain limits  (29) in conventional polycrystalline materials. This may allow the optimization of material processing techniques to

40 fin de aumentar la población general de bajos  límites de grano para efectuar microestructuras resistentes a la degradación intergranular, y la evaluación estocástica de la fiabilidad intrínseca de los componentes y estructuras resultantes. In order to increase the general population of low  grain limits to effect microstructures resistant to intergranular degradation, and the stochastic evaluation of the intrinsic reliability of the resulting components and structures.

La patente de Estados Unidos N.º 5.702.543 de Palumbo describe el procesamiento termomecánico de materiales US Patent No. 5,702,543 to Palumbo describes the thermomechanical processing of materials

45 metálicos, a saber, en la fabricación de componentes a partir de una aleación cúbica centrada en las caras, en la que la aleación se trabaja en frío y recuece, el trabajo en frío se lleva a cabo en una serie de etapas separadas, estando seguida cada etapa por una etapa de recocido. El producto resultante tiene un tamaño de grano no superior a 30 micrones, una fracción de límite de grano "especial" de no menos de un 60 % y siendo todas las principales intensidades de textura cristalográfica menores de dos veces las de valores aleatorios. El producto tiene una 45 metallic, namely, in the manufacture of components from a face-centered cubic alloy, in which the alloy is cold worked and recoated, the cold work is carried out in a series of separate stages, being followed each stage by an annealing stage. The resulting product has a grain size not exceeding 30 microns, a fraction of "special" grain limit of not less than 60% and all the main intensities of crystallographic texture are less than twice those of random values. The product has a

50 resistencia potenciada a la degradación intergranular y a la corrosión por tensofisuración, y posee propiedades volumétricas altamente isotrópicas. 50 enhanced resistance to intergranular degradation and corrosion by stress cracking, and has highly isotropic volumetric properties.

La patente de Estados Unidos N.º 6.129.795 de Lehockey et al. describe un procedimiento metalúrgico para la mejora de la microestructura de superaleaciones reforzadas por precipitación a base de níquel y hierro usadas en 55 aplicaciones de alta temperatura mediante el aumento de la frecuencia de los límites de grano  CSL bajos "especiales" a niveles superiores a un 50 %. Procesamiento implica la aplicación de secuencias de procesamiento termomecánico específicas a la precipitación aleaciones endurecibles que comprenden una serie de etapas de deformación y recristalización-recocido en frío realizadas dentro de límites específicos de deformación, temperatura y tiempo de recocido. Los materiales producidos por este procedimiento muestran una resistencia mejorada a la U.S. Patent No. 6,129,795 to Lehockey et al. describes a metallurgical procedure for the improvement of the microstructure of precipitation-reinforced superalloys based on nickel and iron used in 55 high temperature applications by increasing the frequency of the "special" low CSL grain limits to levels greater than a fifty %. Processing involves the application of precipitation-specific thermomechanical processing sequences to hardenable alloys that comprise a series of stages of deformation and cold-recrystallization-annealing performed within specific limits of deformation, temperature and annealing time. The materials produced by this procedure show an improved resistance to

60 degradación a alta temperatura (por ejemplo, la fluencia, la corrosión en caliente, etc.), una mayor capacidad de soldadura y resistencia a la fatiga de ciclos altos. 60 high temperature degradation (eg creep, hot corrosion, etc.), increased weldability and fatigue resistance of high cycles.

La patente de Estados Unidos N.º 6.344.097 de Limoges et al. divulga un procedimiento de tratamiento de superficie para mejorar la corrosión intergranular y la resistencia a la fisuración intergranular de componentes fabricados a 65 partir de aleaciones a base de Ni-Fe-Cr austeníticos que comprende la aplicación de trabajo de superficie en frío a U.S. Patent No. 6,344,097 to Limoges et al. discloses a surface treatment procedure to improve intergranular corrosion and resistance to intergranular cracking of components manufactured from alloys based on austenitic Ni-Fe-Cr comprising the application of cold surface work to

una profundidad en el intervalo de 0,01 a 0,5 mm, por ejemplo, por alta intensidad de granallado, seguido por tratamiento térmico de recristalización preferentemente a temperaturas de puesta en solución (>900 °C). El procedimiento de trabajo de superficie en frío y recocido se puede repetir para optimizar aún más la microestructura de la región cerca de la superficie. Tras el tratamiento térmico final, el procedimiento opcionalmente puede comprender la aplicación de trabajo de superficie en frío de intensidad reducida, produciendo una profundidad trabajada en frío de 0,005 a 0,01 mm, con el fin de mejorar aún más la resistencia a la fisuración prestando a la región cerca de la superficie compresión residual. a depth in the range of 0.01 to 0.5 mm, for example, by high blasting intensity, followed by recrystallization heat treatment preferably at solution temperatures (> 900 ° C). The cold and annealing surface work procedure can be repeated to further optimize the microstructure of the region near the surface. After the final heat treatment, the process can optionally comprise the application of cold surface work of reduced intensity, producing a cold worked depth of 0.005 to 0.01 mm, in order to further improve the resistance to cracking by providing to the region near the residual compression surface.

La patente de Estados Unidos N.º 6.132.887D2 de Clouser et al. divulga la electrodeposición de láminas de cobre que tienen un tamaño medio de grano en el intervalo de 0,5 a 3 micrones. La solución de electrólitos ácida se forma por disolución de un material de alimentación de cobre, por ejemplo, granalla de cobre, cable de cobre o cobre reciclado, en una solución de ácido sulfúrico. Se considera que los fosfatos representan las impurezas de electrólitos indeseables. Después de la electrodeposición, la lámina se recuece a temperaturas en el intervalo de 120 °C a 400 °C. U.S. Patent No. 6,132,887D2 of Clouser et al. discloses the electrodeposition of copper sheets having an average grain size in the range of 0.5 to 3 microns. The acid electrolyte solution is formed by dissolving a copper feed material, for example, copper shot, copper wire or recycled copper, in a sulfuric acid solution. Phosphates are considered to represent undesirable electrolyte impurities. After electrodeposition, the sheet is counted at temperatures in the range of 120 ° C to 400 ° C.

RESUMEN SUMMARY

En un aspecto de esta memoria descriptiva, un procedimiento de preparación de un artículo que tiene propiedades mejoradas de acuerdo con la reivindicación 1 comprende las etapas de: electrodeposición de un material metálico para formar o al menos metalizar parcialmente un artículo, teniendo el material metálico un tamaño medio de grano entre 4nm y 5 μm y un contenido de impurezas de menos de 20 ppm en peso de S, menos de 50 ppm en peso de O, menos de 50 ppm en peso de P y menos de 300 ppm en peso de C; y tratamiento térmico del material metálico electrodepositado a una temperatura entre aproximadamente 0,25Tm y 0,7TmK durante un período de tiempo suficiente para inducir el crecimiento del grano en el material metálico de tal manera que al menos una parte del material metálico presenta un aumento de al menos 0,3 en la fracción del límite de grano especial y un valor de intensidad de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces el aleatorio. In one aspect of this specification, a method of preparing an article having improved properties according to claim 1 comprises the steps of: electrodeposition of a metallic material to form or at least partially metallize an article, the metallic material having a average grain size between 4 nm and 5 μm and an impurity content of less than 20 ppm by weight of S, less than 50 ppm by weight of O, less than 50 ppm by weight of P and less than 300 ppm by weight of C ; and heat treatment of the electrodeposited metallic material at a temperature between approximately 0.25Tm and 0.7TmK for a period of time sufficient to induce the growth of the grain in the metallic material such that at least a part of the metallic material exhibits an increase in at least 0.3 in the fraction of the special grain limit and an intensity value of the crystallographic texture of less than 7.5 times the random.

En otro aspecto de esta memoria descriptiva, un procedimiento de preparación de un artículo que tiene propiedades mejoradas de acuerdo con la reivindicación 1 comprende las etapas de: electrodeposición de un material metálico que comprende Cu para formar o al menos metalizar parcialmente un artículo, teniendo el material metálico un tamaño medio de grano entre 4 nm y 5 μm y un contenido de impurezas de menos de 20 ppm en peso de S, menos de 50 ppm en peso de O, menos de 50 ppm en peso de P, y menos de 300 ppm en peso de C; y tratamiento térmico del material metálico electrodepositado a una temperatura entre aproximadamente 0,25 Tm y 0,7 Tm K durante un período de tiempo suficiente para inducir el crecimiento del grano en el material metálico de tal manera que al menos una parte del material metálico presenta un aumento de al menos 0,3 en la fracción del límite de grano especial y una intensidad de textura cristalográfica de menos de 7,5 veces la aleatoria. In another aspect of this specification, a method of preparing an article having improved properties according to claim 1 comprises the steps of: electrodeposition of a metallic material comprising Cu to form or at least partially metallize an article, having the metallic material an average grain size between 4 nm and 5 μm and an impurity content of less than 20 ppm by weight of S, less than 50 ppm by weight of O, less than 50 ppm by weight of P, and less than 300 ppm by weight of C; and heat treatment of the electrodeposited metallic material at a temperature between approximately 0.25 Tm and 0.7 Tm K for a period of time sufficient to induce the growth of the grain in the metallic material such that at least a part of the metallic material has an increase of at least 0.3 in the fraction of the special grain limit and an intensity of crystallographic texture of less than 7.5 times the random.

En aún otro aspecto de la presente memoria descriptiva, puede proporcionarse un artículo que comprende un material metálico sustancialmente puro de grano fino electrodepositado y tratado térmicamente que tiene un valor de intensidad de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces el aleatorio y un contenido de límite de grano especial de al menos un 50 %. In yet another aspect of the present specification, an article may be provided comprising a substantially pure electrodeposed and heat treated fine grained metallic material having a crystallographic texture intensity value of less than 7.5 times the random and a content of special grain limit of at least 50%.

Estas y otras características de las enseñanzas del solicitante se exponen en el presente documento. These and other characteristics of the applicant's teachings are set forth in this document.

DIBUJOS DRAWINGS

El experto en la técnica entenderá que los dibujos, descritos a continuación, son solo con fines de ilustración. Los dibujos no pretenden limitar el alcance de las enseñanzas del solicitante de ninguna manera. The person skilled in the art will understand that the drawings, described below, are for illustration purposes only. The drawings are not intended to limit the scope of the applicant's teachings in any way.

La figura 1 es una microfotografía de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de cobre después de la electrodeposición, de acuerdo con el ejemplo 2 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 1 is a microscopic orientation microscopy (IOM) photomicrograph after electrodeposition, according to example 2 described herein.

La figura 2 es una microfotografía de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de una microestructura de cobre electrodepositado después de tratamiento térmico de crecimiento de grano, de acuerdo con el ejemplo 2 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 2 is a photomicrograph of orientation microscopy (IOM) of an electrodeposited copper microstructure after heat treatment of grain growth, in accordance with example 2 described herein.

La figura 3 es una figura de polos de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de cobre 8 semanas después de la electrodeposición, de acuerdo con el ejemplo 2 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 3 is a figure of copper orientation microscopy (IOM) poles 8 weeks after electrodeposition, according to example 2 described herein.

La figura 4 es una figura de polos de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de una microestructura de cobre electrodepositado después de tratamiento térmico de crecimiento de grano, de acuerdo con el ejemplo 2 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 4 is a figure of orientation microscopy (IOM) microscopy poles of an electrodeposited copper microstructure after heat grain growth treatment, according to example 2 described herein.

La figura 5 es una comparación gráfica del contenido del límite de grano "especial" (fsp) de cobre electrodepositado después de tratamientos térmicos de crecimiento de grano a 150 °C, 300 °C y 500 °C durante periodos variables, de acuerdo con el ejemplo 3 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 5 is a graphical comparison of the content of the "special" grain limit (fsp) of electrodeposited copper after thermal treatments of grain growth at 150 ° C, 300 ° C and 500 ° C for varying periods, according to the Example 3 described herein.

La figura 6 es una comparación gráfica de los valores de intensidad de textura de cobre electrodepositado después de tratamiento térmico de crecimiento de grano a 150 °C, 300 °C y 500 °C durante periodos variables, de acuerdo con el ejemplo 3 descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 6 is a graphic comparison of the intensity values of electrodeposited copper texture after heat treatment of grain growth at 150 ° C, 300 ° C and 500 ° C for varying periods, according to example 3 described in the Present descriptive report.

5 La figura 7A es una comparación gráfica de la resistencia laminar de películas pulverizadas usando una diana de Cu comercial (parte superior) junto con películas pulverizadas usando dos dianas de pulverización de Cu problema preparadas por el solicitante (diana "A" en el medio y diana "B" en la parte inferior), de acuerdo con el ejemplo 5 descrito en la presente memoria descriptiva. 5 Figure 7A is a graphical comparison of the laminar strength of pulverized films using a commercial Cu target (upper part) together with pulverized films using two problem Cu spray targets prepared by the applicant (target "A" in the middle and target "B" at the bottom), according to example 5 described herein.

10 La figura 7B es una microfotografía de microscopía electrónica de barrido de una diana de Cu comercial después del servicio de pulverización (parte superior) junto con microfotografías de SEM de las superficies de las dos dianas de pulverización de Cu problema preparadas por el solicitante después del servicio de pulverización equivalente (diana "A" en el medio y diana "B" en la parte inferior), de acuerdo con el ejemplo 5 descrito en la 10 Figure 7B is a scanning electron microscopy photomicrograph of a commercial Cu target after spraying (upper part) together with SEM photomicrographs of the surfaces of the two problem Cu spray targets prepared by the applicant after equivalent spray service (target "A" in the middle and target "B" at the bottom), according to example 5 described in the

15 presente memoria descriptiva. 15 present specification.

La figura 7C es un barrido de perfilómetro de superficie de la superficie de una diana de Cu comercial después del servicio de pulverización (parte superior) junto con barridos de perfilómetro de superficie de las superficies de dos dianas de pulverización de Cu problema preparadas por el solicitante después del servicio de pulverización Figure 7C is a surface surface profilometer scan of a commercial Cu target after the spray service (upper part) along with surface profilometer sweeps of the surfaces of two problem Cu spray targets prepared by the applicant. after spraying service

20 equivalente (diana "A" en el medio y diana "B" en la parte inferior), de acuerdo con el ejemplo 5 descrito en la presente memoria descriptiva. 20 equivalent (target "A" in the middle and target "B" at the bottom), according to example 5 described herein.

La figura 8 es una microfotografía de microscopio electrónico de transmisión (TEM) de níquel después de la electrodeposición, de acuerdo con el ejemplo 6 (no de acuerdo con la invención) descrito en la presente memoria Figure 8 is a transmission electron microscope (TEM) photomicrograph of nickel after electrodeposition, according to example 6 (not according to the invention) described herein.

25 descriptiva. 25 descriptive.

La figura 9 es una microfotografía de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de una microestructura de níquel electrodepositado después de tratamiento térmico de crecimiento de grano, de acuerdo con el ejemplo 6 (no de acuerdo con la invención) descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 9 is an orientation microscopy (IOM) photomicrograph of an electrodeposited nickel microstructure after thermal grain growth treatment, according to example 6 (not according to the invention) described herein. .

30 La figura 10 es una figura de polos de microscopía de imágenes por orientación (OIM) de una microestructura de níquel electrodepositado después de tratamiento térmico de crecimiento de grano, de acuerdo con el ejemplo 6 (no de acuerdo con la invención) descrito en la presente memoria descriptiva. Figure 10 is a figure of image microscopy by orientation (IOM) poles of an electrodeposited nickel microstructure after heat grain growth treatment, according to example 6 (not according to the invention) described in the Present descriptive report.

35 DESCRIPCIÓN DE DIVERSOS MODOS DE REALIZACIÓN 35 DESCRIPTION OF VARIOUS MODES OF EMBODIMENT

Se describirán diversos aparatos o procedimientos a continuación para proporcionar un ejemplo de un modo de realización de cada invención reivindicada. Ningún modo de realización descrito a continuación limita ninguna invención reivindicada y cualquier invención reivindicada puede cubrir aparatos o procedimientos que no se Various apparatus or procedures will be described below to provide an example of an embodiment of each claimed invention. No embodiment described below limits any claimed invention and any claimed invention may cover devices or procedures that are not

40 describen a continuación. Las invenciones reivindicadas no se limitan a aparatos o procedimientos que tengan todas las características de uno cualquiera de los aparatos o procedimientos descritos a continuación o a las características comunes a múltiples o todos los aparatos descritos a continuación. Uno o más invenciones pueden residir en una combinación o subcombinación de los elementos del aparato o etapas de procedimiento descritos a continuación o en otras partes de este documento. Es posible que un aparato o procedimiento descrito a 40 described below. The claimed inventions are not limited to devices or procedures that have all the characteristics of any one of the devices or procedures described below or to the characteristics common to multiple or all of the devices described below. One or more inventions may reside in a combination or sub-combination of the elements of the apparatus or procedural steps described below or in other parts of this document. It is possible that an apparatus or procedure described to

45 continuación no sea un modo de realización de cualquier invención reivindicada. El solicitante(s), inventor(es) y/o propietario(s) se reservan todos los derechos sobre cualquier invención divulgada en un aparato o procedimiento descrito a continuación que no se reivindique en este documento y no abandonan, renuncian ni destinan al público cualesquiera de dichas invenciones por su divulgación en este documento. The following is not an embodiment of any claimed invention. The applicant (s), inventor (s) and / or owner (s) reserve all rights over any invention disclosed in an apparatus or procedure described below that is not claimed in this document and does not abandon, renounce or target the public any of said inventions by their disclosure in this document.

50 Las enseñanzas del solicitante se refieren a la aplicación de un tratamiento térmico de crecimiento de grano controlado deliberado de materiales metálicos electrodepositados suficientemente puros de grano relativamente fino para aumentar la fracción del límite de grano "especial" (fsp) en al menos un 30 % (0,3) frente al material después de metalizado y para crear una microestructura policristalina cristalográficamente aleatorizada. Los materiales policristalinos preparados de acuerdo con las enseñanzas del solicitante pueden poseer una resistencia potenciada 50 The applicant's teachings refer to the application of a deliberately controlled grain growth heat treatment of electrodeposited metal materials sufficiently pure of relatively fine grain to increase the fraction of the "special" grain limit (fsp) by at least 30% (0.3) against the material after metallization and to create a crystallographically randomized polycrystalline microstructure. Polycrystalline materials prepared according to the applicant's teachings may possess enhanced resistance.

55 a la degradación intergranular y muestran una isotropía mecánica y física mejorada. 55 to intergranular degradation and show improved mechanical and physical isotropy.

El aumento deseado de la fracción del límite de grano "especial" se puede expresar matemáticamente como fsp,2 – f sp,1 >0,3, donde fsp,2 es la fracción del límite de grano "especial" después del tratamiento térmico de crecimiento de grano y fsp,1 es la fracción del límite de grano "especial" del material precursor antes del tratamiento térmico de The desired increase in the "special" grain limit fraction can be expressed mathematically as fsp, 2 - f sp, 1> 0.3, where fsp, 2 is the "special" grain limit fraction after the heat treatment of grain growth and fsp, 1 is the fraction of the "special" grain limit of the precursor material before heat treatment of

60 crecimiento de grano. En algunos ejemplos, el aumento deseado (o  fsp) de la fracción del límite de grano "especial" puede ser de más de 0,4. El tratamiento térmico puede obtener materiales metálicos que tienen un contenido de límite de grano especial total de al menos un 50 %, y en algunos casos más de un 70 %. Además, el tratamiento térmico puede obtener materiales metálicos que tienen una intensidad máxima de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces la aleatoria y preferentemente menos de cinco veces la aleatoria. 60 grain growth. In some examples, the desired increase (or  fsp) of the "special" grain limit fraction may be more than 0.4. The heat treatment can obtain metallic materials that have a total special grain limit content of at least 50%, and in some cases more than 70%. In addition, the heat treatment can obtain metallic materials that have a maximum intensity of the crystallographic texture of less than 7.5 times the random and preferably less than five times the random.

La formación deliberada de microestructuras policristalinas ricas en límites de grano "especiales" a través de procedimientos basados en el procesamiento termomecánico convencional se ha basado en el conocimiento de que la recristalización selectiva inducida en los sitios de límite de grano más altamente defectivos en la microestructura de un material metálico policristalino metálico deformado da como resultado una alta probabilidad de sustitución continua de límites de grano desordenado de alta energía por aquellos que tienen un mayor orden atómico próximo al de la propia red cristalina. Las enseñanzas del solicitante se refieren a la creación de materiales policristalinos orientados aleatoriamente que muestra propiedades mecánicas y físicas potenciadas en virtud de su posesión de una alta fracción de interfases de CSL baja "especiales" resistentes a la degradación (29) entre los cristales constituyentes de los materiales. Los inventores se han dado cuenta de que la optimización microestructural se puede lograr mediante el tratamiento térmico de materiales metálicos precursores policristalinos de grano fino suficientemente puros sin la aplicación de deformación. The deliberate formation of polycrystalline microstructures rich in "special" grain boundaries through procedures based on conventional thermomechanical processing has been based on the knowledge that selective recrystallization induced at the most highly defective grain boundary sites in the microstructure of a deformed polycrystalline metallic metallic material results in a high probability of continuous substitution of high energy disordered grain boundaries with those that have a higher atomic order close to that of the crystalline network itself. The applicant's teachings refer to the creation of randomly oriented polycrystalline materials that show enhanced mechanical and physical properties by virtue of their possession of a high fraction of "special" low CSL interfaces resistant to degradation  (29) between constituent crystals of the materials. The inventors have realized that microstructural optimization can be achieved by heat treatment of sufficiently pure fine-grained polycrystalline precursor metal materials without the application of deformation.

La sustituciòn de límites de grano “generales” desordenados de alta energía ( >29) por límites de grano “especiales” de baja energía (29) que tienen un orden atómico próximo al de la propia red cristalina puede ir acompañada de una disminución de la orientación cristalográfica preferente del material. El término "textura cristalográfica aleatorizada" se define en el presente documento como una microestructura policristalina en la que no se observa una única orientación cristalográfica a una frecuencia mayor de 7,5 veces (y preferentemente 5 veces) su aparición en una muestra con una distribución completamente aleatoria de cristales. Esto se expresa como un valor de intensidad de la textura (TI) y por ello una aglomeración completamente aleatoria de cristales mostraría un valor de TI de la unidad, mientras que una muestra cristalográficamente aleatorizada para los fines de esta divulgación mostraría una TI <7,5 y preferentemente <5. Los materiales cristalográficamente aleatorizados son sustancialmente isotrópicos. The substitution of disordered “general” grain boundaries of high energy (> 29) with “special” low energy grain limits (29) that have an atomic order close to that of the crystalline network itself may be accompanied by a decrease in the preferential crystallographic orientation of the material. The term "randomized crystallographic texture" is defined herein as a polycrystalline microstructure in which a single crystallographic orientation is not observed at a frequency greater than 7.5 times (and preferably 5 times) its appearance in a sample with a distribution completely random crystals. This is expressed as a texture intensity value (TI) and therefore a completely random agglomeration of crystals would show an IT value of the unit, while a crystallographically randomized sample for the purposes of this disclosure would show an IT <7, 5 and preferably <5. Crystallographically randomized materials are substantially isotropic.

La textura cristalográfica aleatorizada y la alta fsp se pueden lograr mediante el crecimiento de grano controlado a través del tratamiento térmico de un material precursor policristalino de grano inicialmente fino (5 μm de tamaño de grano). El tamaño de grano relativamente pequeño del material precursor proporciona una fuerza impulsora importante para que aparezca crecimiento de grano durante el tratamiento térmico. Randomized crystallographic texture and high fsp can be achieved by controlled grain growth through the heat treatment of a polycrystalline precursor material of initially fine grain (5 μm grain size). The relatively small grain size of the precursor material provides an important driving force for grain growth to appear during heat treatment.

El precursor para el tratamiento térmico es cobre o una aleación que posea una microestructura inicialmente de grano fino, y puede consistir sustancialmente en un material estructurado cúbico. De grano fino en este contexto se define como que tiene un tamaño medio de grano que varía de aproximadamente 4 nm a 5 μm, un intervalo de tamaño de grano que está por debajo del intervalo de tamaño de grano típico de las aleaciones de ingeniería usadas comúnmente. The precursor for heat treatment is copper or an alloy that initially has a microstructure of fine grain, and may consist substantially of a cubic structured material. Fine grain in this context is defined as having an average grain size ranging from approximately 4 nm to 5 μm, a grain size range that is below the typical grain size range of commonly used engineering alloys. .

Se ha encontrado inesperadamente que los materiales de grano fino producidos por electrodeposición (incluyendo galvanoplastia o electroformación) pueden ser muy adecuados como precursores porque puede inducirse el crecimiento de grano sin tener que someter los materiales a deformación plástica y recristalización primaria antes del crecimiento de grano. La recristalización y el crecimiento de grano son dos fenómenos básicamente diferentes en la medida en que el crecimiento del grano se define como el consumo de cristales más pequeños por cristales más grandes preferidos energéticamente, mientras que el término "recristalización" se define como la organización de las It has been unexpectedly found that fine-grained materials produced by electrodeposition (including electroplating or electroforming) can be very suitable as precursors because grain growth can be induced without having to subject the materials to plastic deformation and primary recrystallization before grain growth. Recrystallization and grain growth are two basically different phenomena to the extent that grain growth is defined as the consumption of smaller crystals by energy-preferred larger crystals, while the term "recrystallization" is defined as the organization of the

dislocaciones en configuraciones de baja energía (paredes “celulares” intergranulares o límites de "subgrano") que dislocations in low energy configurations (intergranular "cell" walls or "subgran" boundaries) that

con el tiempo forman distintos límites de grano por sí mismos. Over time they form different grain boundaries by themselves.

Los metales y aleaciones policristalinos de grano fino poseen un fuerte potencial termodinámico para la transformación microestructural a través del crecimiento de grano. Al mismo tiempo, existe también un fuerte potencial termodinámico para la segregación de los elementos de impurezas codepositadas en los límites de grano. Esta segregación puede disminuir la energía de límite de grano y destruir efectivamente la diferencia de energía entre los límites "especiales" y "generales". Por lo tanto, es preferible que el material precursor esté suficientemente libre de impurezas que podrían dar como resultado la segregación perjudicial de soluto, una precipitación de segunda fase indeseable, efectos de fijación del límite de grano y/u otros mecanismos de fragilización de material durante la etapa de crecimiento de grano del procesamiento. Para algunos ejemplos, los elementos de impurezas específicas y los niveles de concentración correspondientes expresados en peso a los que se consideran perjudiciales son 20 ppmdeS, 50 ppm de P,  50 ppm de O y 300 ppm de C. Fine-grained polycrystalline metals and alloys have a strong thermodynamic potential for microstructural transformation through grain growth. At the same time, there is also a strong thermodynamic potential for the segregation of the elements of impurities codeposited in the grain boundaries. This segregation can decrease the grain limit energy and effectively destroy the energy difference between the "special" and "general" limits. Therefore, it is preferable that the precursor material is sufficiently free of impurities that could result in the harmful segregation of solute, an undesirable second phase precipitation, grain limit setting effects and / or other material embrittlement mechanisms during the grain growth stage of the processing. For some examples, the specific impurity elements and the corresponding concentration levels expressed in weight at those considered to be harmful are 20 ppm of S, 50 ppm of P,  50 ppm of O and 300 ppm of C.

La fabricación de sólidos policristalinos de alta pureza que muestran valores de tamaño de grano medio inferiores a 5 μm puede ser difícil de lograr por medios metalúrgicos tradicionales, que típicamente producen tamaños de grano en el intervalo de 30 a 500 μm. Esto es porque la mayoría de las técnicas de procesamiento metalúrgico tradicionales funcionan en o cerca del equilibrio, donde es preferente desde el punto de vista energético la formación de granos gruesos de más de 5 μm de diámetro. Para formar estructuras de grano fino no en equilibrio, las técnicas de síntesis pueden basarse en mecanismos que implican la contaminación química no deseable del material de matriz. Un ejemplo de este fenómeno es el uso de refinadores de grano orgánicos y/o inorgánicos en galvanoplastia. Estos aditivos de electrólitos ayudan en la formación de estructuras de grano fino o amorfas altamente en no equilibrio, pero invariablemente se codepositan junto con el metal que se está reduciendo, dando como resultado concentraciones excesivamente altas de elementos de impurezas perjudiciales, por ejemplo pero no limitado a, S, O, C, N, H, y P. La electrodeposición (incluyendo galvanoplastia o electroformación) se puede usar para crear el The manufacture of high purity polycrystalline solids that show average grain size values below 5 μm can be difficult to achieve by traditional metallurgical means, which typically produce grain sizes in the range of 30 to 500 μm. This is because most of the traditional metallurgical processing techniques work at or near equilibrium, where the formation of coarse grains of more than 5 μm in diameter is preferred from the energy point of view. To form fine-grained structures not in equilibrium, synthesis techniques can be based on mechanisms that involve undesirable chemical contamination of the matrix material. An example of this phenomenon is the use of organic and / or inorganic grain refiners in electroplating. These electrolyte additives help in the formation of highly unbalanced fine-grained or amorphous structures, but invariably co-position together with the metal being reduced, resulting in excessively high concentrations of elements of harmful impurities, for example but not limited a, S, O, C, N, H, and P. Electrodeposition (including electroplating or electroforming) can be used to create the

material precursor si la reducción del metal deseado se lleva a cabo de manera tal que no se acompañe de una cantidad excesiva de impurezas indeseables. precursor material if the reduction of the desired metal is carried out in such a way that it is not accompanied by an excessive amount of undesirable impurities.

De acuerdo con diversos modos de realización de las enseñanzas del solicitante, la formación de la microestructura de grano fino puede tener lugar como resultado de algún otro mecanismo de refinamiento estructural que predomine en un electrólito que está suficientemente libre de constituyentes que contienen impurezas. Un ejemplo es la electrodeposición de cobre de pureza relativamente alta de grano fino a partir de electrólitos a base de pirofosfato. Mediante la selección de los constituyentes químicos de la solución y de los parámetros del procedimiento de metalización, puede electrodepositarse cobre puro de grano fino con una concentración muy baja de los elementos de impurezas de interés, tal como se presenta en la tabla 1 a continuación, en la que se comparan los resultados del ensayo químico de una muestra de cobre de alta pureza de grano fino típico a partir del electrólito pirofosfato con los resultados de referencia de cobre electrodepositado a partir del baño de sulfato ácido ampliamente usado que According to various embodiments of the applicant's teachings, the formation of the fine grain microstructure can take place as a result of some other structural refining mechanism that predominates in an electrolyte that is sufficiently free of constituents that contain impurities. An example is the electrodeposition of relatively high purity fine-grained copper from pyrophosphate-based electrolytes. By selecting the chemical constituents of the solution and the parameters of the metallization process, pure fine-grained copper can be electrodeposited with a very low concentration of the impurity elements of interest, as presented in Table 1 below, in which the results of the chemical test of a sample of high purity copper of typical fine grain from the pyrophosphate electrolyte are compared with the reference results of electrodeposited copper from the widely used acid sulfate bath which

contiene polietilenglicol y cobre de pureza de “alta conductividad libre de oxígeno” (OFHC) preparado contains polyethylene glycol and copper of purity of “high conductivity free of oxygen” (OFHC) prepared

pirometalúrgicamente convencional. pyrometallurgically conventional.

Tabla 1. Propiedades de Cu electrodepositado de grano fino de alta pureza, Cu electrodepositado de grano fino de Table 1. Properties of high purity fine grain electrodeposited Cu, fine grain electrodeposited Cu

pureza convencional y material de referencia de Cu de “alta conductividad libre de oxígeno” preparado Conventional purity and Cu reference material of “high oxygen-free conductivity” prepared

pirometalúrgicamente convencional. pyrometallurgically conventional.

Material Descripción Material Description
Ruta de procesamiento Tamaño de grano (micrones) [S] ppm [C] ppm [O] ppm [N] ppm [H] ppm [P] ppm Processing path Grain size (microns) [S] ppm [C] ppm [O] ppm [N] ppm [H] ppm [P] ppm

Cu piro. Cu piro.
Electrodeposición 0,2 8,8 121 <50 <50 3 <50 Electrodeposition 0.2 8.8 121 <50 <50 3 <50

Cu de sulfato ácido + PEG Cu sulfate acid + PEG
Electrodeposición 0,8 15,6 404 330 <50 45 <50 Electrodeposition 0.8 15.6 404 330 <50 Four. Five <50

Referencia de Cu de OFHC OFHC Cu Reference
Colada >20 14,8 100 <50 <50 <50 <50 Wash > 20 14.8 100 <50 <50 <50 <50

En este caso, el refinamiento de grano en el régimen de "fino" se ha alcanzado sin contaminación química superior a la especificada por el requisito de pureza del material precursor descrito anteriormente. Por ello, un aspecto de las enseñanzas del solicitante es la selección de una técnica de producción de material precursor que logre el nivel requerido de refinamiento de grano sin ninguna dependencia de constituyentes de procesamiento que contienen impurezas perjudiciales para hacerlo. In this case, grain refinement in the "fine" regime has been achieved without chemical contamination exceeding that specified by the precursor material purity requirement described above. Therefore, one aspect of the applicant's teachings is the selection of a precursor material production technique that achieves the required level of grain refinement without any dependence on processing constituents that contain harmful impurities to do so.

En última instancia, la concentración exacta a la que dichos elementos se convierten en dañinos depende tanto de la química de la matriz como de la capacidad de fragilización del elemento de impureza. Por ejemplo, el azufre puede ser un agente de fragilización de gran alcance en las aleaciones a base de níquel, y debería mantenerse a niveles por debajo de aproximadamente 100 ppm, y preferentemente por debajo de 20 ppm. En el caso del cobre, es conocido que las propiedades mecánicas y físicas son sensibles a la concentración de oxígeno, de ahí el uso extendido de cobre de OFHC ("alta conductividad libre de oxígeno"), que típicamente especifica un contenido de oxígeno de menos de 50 ppm, en aplicaciones industriales en las que el cobre se somete a calentamiento. Aunque el solicitante no desea estar ligado por la teoría, se cree que, dado que los límites de grano tienen una tendencia a segregar o "barrer" impurezas durante el crecimiento de grano, todos y cada uno de los mecanismos de fijación y fragilización del límite de grano que se activan durante la etapa de tratamiento térmico del procesamiento deberían minimizarse. Ultimately, the exact concentration at which these elements become harmful depends on both the chemistry of the matrix and the embrittlement capacity of the impurity element. For example, sulfur can be a powerful embrittlement agent in nickel-based alloys, and should be maintained at levels below about 100 ppm, and preferably below 20 ppm. In the case of copper, it is known that mechanical and physical properties are sensitive to oxygen concentration, hence the widespread use of OFHC copper ("high oxygen-free conductivity"), which typically specifies an oxygen content of less 50 ppm, in industrial applications where copper is subjected to heating. Although the applicant does not wish to be bound by the theory, it is believed that, since grain boundaries have a tendency to segregate or "sweep" impurities during grain growth, each and every one of the mechanisms of fixation and fragilization of the limit of grain that are activated during the heat treatment stage of the processing should be minimized.

Aunque la composición química del material precursor es un factor con respecto a la evitación de los efectos de fragilización del límite de grano tras el tratamiento térmico de crecimiento de grano, ha de entenderse que el alcance de las enseñanzas del solicitante no se limita en modo alguno por la concentración de esos elementos que no dan como resultado fijación o fragilización del límite de grano del material precursor tras el tratamiento térmico de crecimiento de grano. En otras palabras, los metales suficientemente puros y aleaciones de dos o más elementos son igualmente adecuados para aplicación como un material precursor para la metodología de procesamiento metalúrgico divulgada en el presente documento. Although the chemical composition of the precursor material is a factor with respect to the avoidance of the effects of embrittlement of the grain limit after heat treatment of grain growth, it should be understood that the scope of the applicant's teachings is not limited in any way by the concentration of those elements that do not result in fixation or embrittlement of the grain limit of the precursor material after the heat treatment of grain growth. In other words, sufficiently pure metals and alloys of two or more elements are equally suitable for application as a precursor material for the metallurgical processing methodology disclosed herein.

La temperatura y/o el intervalo de tiempo del tratamiento térmico de crecimiento de grano se pueden seleccionar para garantizar que la evolución microestructural prevista tiene lugar sin crecimiento excesivo del grano, es decir, por ejemplo, de modo que el tamaño medio de grano del material después del tratamiento térmico no supere 50 μm. The temperature and / or the time interval of the grain growth heat treatment can be selected to ensure that the expected microstructural evolution takes place without excessive grain growth, that is, for example, so that the average grain size of the material After heat treatment do not exceed 50 μm.

El tratamiento térmico de crecimiento de grano es un tratamiento térmico metalúrgico convencional llevado a cabo de una manera controlada dentro del intervalo de 0,25 a 0,7 Tm K, la temperatura de fusión homóloga del metal o aleación en cuestión, durante un período de tiempo suficiente para inducir al menos un aumento de tres veces del tamaño de grano del material, generalmente entre 1 segundo y 75 horas. Se debería apreciar que si un material The grain growth heat treatment is a conventional metallurgical heat treatment carried out in a controlled manner within the range of 0.25 to 0.7 Tm K, the homologous melting temperature of the metal or alloy in question, during a period of sufficient time to induce at least a threefold increase in the grain size of the material, generally between 1 second and 75 hours. It should be appreciated that if a material

policristalino con un tamaño de grano de partida de d crece de manera que cada límite de grano haya migrado una distancia de un diámetro de grano, entonces el tamaño de grano de este material será 3d. Por tanto, el mínimo cambio dimensional que experimentará un grano si todos sus límites de grano migran un diámetro de grano es un aumento de tres veces. Polycrystalline with a starting grain size of d grows so that each grain limit has migrated a distance of a grain diameter, then the grain size of this material will be 3d. Therefore, the minimum dimensional change that a grain will experience if all its grain limits migrate a grain diameter is an increase of three times.

El tratamiento térmico bajo condiciones óptimas de temperatura y tiempo da como resultado una microestructura con una orientación cristalográfica preferente mejorada y el contenido de límite de grano "especial" se aproxima a las condiciones óptimas. En el caso de la orientación cristalográfica, la condición óptima se define como una textura totalmente aleatoria definida como un valor de intensidad de la textura de una vez la aleatoria (TI = 1). En el caso del contenido de límite de grano especial, la más alta fsp obtenible es un 100 % (fsp = 100 %). Las condiciones de temperatura y tiempo del tratamiento térmico de crecimiento de grano de acuerdo con las enseñanzas del solicitante se seleccionan para maximizar la fsp y/o reducir al mínimo la intensidad de la textura. The heat treatment under optimal conditions of temperature and time results in a microstructure with an improved preferential crystallographic orientation and the "special" grain limit content approximates the optimum conditions. In the case of crystallographic orientation, the optimal condition is defined as a totally random texture defined as a texture intensity value once random (TI = 1). In the case of the special grain limit content, the highest fsp obtainable is 100% (fsp = 100%). The temperature and time conditions of the grain growth heat treatment according to the applicant's teachings are selected to maximize fsp and / or minimize texture intensity.

Los materiales precursores de grano fino se producen a través de electrodeposición utilizando un electrólito acuoso. La deposición electrolítica del material precursor se lleva a cabo usando metalización por corriente continua (DC), pulsos de corriente (PP) y/o metalización por pulsos inversos (PR), siendo los parámetros de electrodeposición una densidad de corriente media que varía de 5 a 10 000 mA/cm2, un tiempo de trabajo directo que varía de 0,1 a 500 ms, un tiempo de reposo que varía de 0 a 10 000 ms, un tiempo de trabajo inverso que varía de 0 a 500 ms, una densidad de corriente directa máxima que varía de 5 a 10 000 mA/cm 2, una densidad de corriente inversa máxima que varía de 5 a 20 000 mA/cm2, una frecuencia que varía de 0 a 1000 Hz y un ciclo de servicio que varía de un 5 a 100 % (véanse las enseñanzas de Erb en las patentes de Estados Unidos N.º 5.352.266 (1994) y 5.433.797 (1995) y de Palumbo en la publicación de patente de Estados Unidos N.º 20050205425. Fine grain precursor materials are produced through electrodeposition using an aqueous electrolyte. The electrolytic deposition of the precursor material is carried out using direct current (DC) metallization, current pulses (PP) and / or reverse pulse metallization (PR), the electrodeposition parameters being an average current density that varies from 5 at 10 000 mA / cm2, a direct working time that varies from 0.1 to 500 ms, a rest time that varies from 0 to 10 000 ms, an inverse working time that varies from 0 to 500 ms, a density of maximum direct current that varies from 5 to 10 000 mA / cm 2, a maximum inverse current density that varies from 5 to 20 000 mA / cm2, a frequency that varies from 0 to 1000 Hz and a duty cycle that varies from 5 to 100% (see Erb's teachings in U.S. Patent Nos. 5,352,266 (1994) and 5,433,797 (1995) and Palumbo in U.S. Patent Publication No. 20050205425.

La electrodeposición como se analiza en el presente documento puede incluir electroformación para la preparación de componentes integrales que comprenden un material metálico a granel, así como galvanoplastia para los casos en que el material metálico se deposita como un recubrimiento sobre un sustrato. Sin embargo, se ha de entender que las enseñanzas del solicitante no deberían estar limitadas por la técnica de formación de material precursor y que, en principio, se puede emplear cualquier procedimiento de formación que sea adecuado para la producción de metales y aleaciones no deformadas de grano fino. Aparte de las técnicas de electrodeposición descritas en el presente documento, debería apreciarse que el material precursor se puede formar a partir de una variedad de técnicas de síntesis incluyendo, por ejemplo pero no limitado a, deposición electrolítica, deposición sin corriente eléctrica, condensación de gas inerte (IGC), deposición física de vapor (PVD), deposición química de vapor (CVD), deposición por láser pulsado y procesamiento sol-gel. Electrodeposition as discussed herein may include electroforming for the preparation of integral components comprising a bulk metal material, as well as electroplating for cases where the metallic material is deposited as a coating on a substrate. However, it should be understood that the applicant's teachings should not be limited by the precursor material formation technique and that, in principle, any formation procedure that is suitable for the production of non-deformed metals and alloys of fine-grained. Apart from the electrodeposition techniques described herein, it should be appreciated that the precursor material can be formed from a variety of synthesis techniques including, for example but not limited to, electrolytic deposition, deposition without electric current, gas condensation. inert (IGC), physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), pulsed laser deposition and sol-gel processing.

Es preferente que las superficies del material precursor de grano fino no fijen el crecimiento de grano deseado e impidan así el desarrollo de la microestructura deseada. Para que este sea así, el espesor mínimo de material aceptable puede estar relacionado con su tamaño de grano medio y, como se ha descrito anteriormente, un aumento de tres veces el diámetro es el mínimo cambio dimensional que experimenta un grano si todos sus límites de grano van a migrar una distancia de al menos un diámetro de grano. Esto define el aumento del tamaño medio de grano mínimo permisible que puede ser necesario para lograr la sustitución generalizada de los límites de grano "generales" por los límites de grano "especiales", según se desee. Es concebible que las superficies libres de un material empiecen a impedir el crecimiento de grano una vez que el tamaño de grano llega a una décima parte del espesor de la capa de material y es por lo tanto preferible, en algunos ejemplos, que el espesor de la capa de material supere (3 × 10)d = 30d en el que d representa el tamaño de grano medio inicial del material precursor. It is preferred that the surfaces of the fine grain precursor material do not set the desired grain growth and thus impede the development of the desired microstructure. For this to be the case, the minimum thickness of acceptable material may be related to its average grain size and, as described above, an increase of three times the diameter is the minimum dimensional change that a grain undergoes if all its limits of grain will migrate a distance of at least one grain diameter. This defines the increase in the average minimum allowable grain size that may be necessary to achieve generalized substitution of "general" grain limits with "special" grain limits, as desired. It is conceivable that the free surfaces of a material begin to prevent the growth of grain once the grain size reaches one tenth of the thickness of the layer of material and is therefore preferable, in some examples, that the thickness of The material layer exceeds (3 × 10) d = 30d in which d represents the initial average grain size of the precursor material.

Las enseñanzas del solicitante son especialmente adecuadas para la fabricación de artículos cuyo rendimiento está influenciado de alguna manera por mecanismos de deformación o degradación mediados por el límite de grano tales como ductilidad por alto grado de deformación, corrosión intergranular, corrosión por tensofisuración intergranular, fluencia, fatiga de ciclos altos, fragilización por precipitación y fractura originada por fisuras cuya propagación es dependiente de la presencia de caminos intergranulares activos. The teachings of the applicant are especially suitable for the manufacture of articles whose performance is influenced in some way by deformation or degradation mechanisms mediated by the grain limit such as ductility due to high degree of deformation, intergranular corrosion, corrosion by intergranular tensofisuration, creep, fatigue of high cycles, embrittlement due to precipitation and fracture caused by fissures whose propagation is dependent on the presence of active intergranular pathways.

En algunos ejemplos particulares, los artículos metálicos producidos de acuerdo con la enseñanza del solicitante se pueden usar como revestimientos de carga conformados. En términos generales, los metales o aleaciones electroformados pueden no satisfacer las demandas de uso como revestimientos de carga conformados, ya que están sujetos a la contaminación de impurezas que da lugar a una fragilización de material perjudicial y proporcionalmente a un pobre rendimiento del componente en el servicio. Estas impurezas a menudo pueden ser inherentes al procedimiento y se originan a partir de aditivos de baño de galvanoplastia usados para lograr brillo del depósito, refinamiento de grano, nivelación/suavidad, efectos quelantes, eliminación de burbujas de gas hidrógeno, y así sucesivamente. Ahora se ha encontrado que el tratamiento térmico de crecimiento de grano deliberado controlado de cobre electrodepositado altamente puro de grano fino da como resultado una ductilidad a alto grado de deformación mejorada en comparación con los materiales convencionales. In some particular examples, metal articles produced in accordance with the applicant's teaching can be used as shaped load liners. In general terms, electroformed metals or alloys may not meet the demands of use as shaped charge coatings, since they are subject to contamination of impurities that results in a embrittlement of harmful material and proportionally to a poor performance of the component in the service. These impurities can often be inherent in the process and originate from electroplating bath additives used to achieve gloss of the deposit, grain refinement, leveling / smoothness, chelating effects, removal of hydrogen gas bubbles, and so on. It has now been found that the heat treatment of deliberate controlled grain growth of highly pure electrodeposed copper of fine grain results in improved ductility at a high degree of deformation compared to conventional materials.

Las enseñanzas del solicitante también son particularmente adecuadas para la fabricación de artículos cuyo rendimiento está influenciado de alguna manera por la orientación cristalográfica preferente. En algunos ejemplos particulares, los artículos metálicos producidos de acuerdo con la enseñanza del solicitante se pueden usar como dianas de pulverización. En términos generales, los metales o aleaciones electroformados pueden no satisfacer The applicant's teachings are also particularly suitable for the manufacture of articles whose performance is influenced in some way by the preferred crystallographic orientation. In some particular examples, metal articles produced in accordance with the applicant's teaching can be used as spray targets. Generally speaking, electroformed metals or alloys may not satisfy

suficientemente las demandas de uso como dianas de pulverización, ya que son: de grano fino pero inadecuado para su uso como dianas de pulverización porque dan como resultado una contaminación química inaceptable de la película pulverizada; o de alta pureza, pero altamente texturizados o de grano excesivamente grueso y por lo tanto inadecuados para su uso como dianas de pulverización debido a que su rendimiento con respecto a la calidad de la sufficiently the demands of use as spray targets, since they are: fine-grained but unsuitable for use as spray targets because they result in unacceptable chemical contamination of the sprayed film; or of high purity, but highly textured or of excessively coarse grain and therefore unsuitable for use as spray targets because its performance with respect to the quality of the

5 película pulverizada, la uniformidad de pulverización y la vida útil diana global se ve disminuido. Ahora se ha encontrado que el tratamiento térmico deliberado controlado de dianas de pulverización electrodepositadas altamente puras de grano fino da como resultado una uniformidad de pulverización, un tiempo de vida diana global, una uniformidad de la calidad de la película pulverizada y una uniformidad de resistencia laminar de la película pulverizada mejorados. 5 sprayed film, spray uniformity and overall target life is diminished. It has now been found that deliberately controlled heat treatment of highly pure fine-grained electrodeposited spray targets results in a spray uniformity, a global target life time, a uniformity of the quality of the sprayed film and a uniformity of sheet resistance of the powdered film improved.

10 Los artículos de acuerdo con la enseñanza del solicitante pueden encontrar uso en una variedad de aplicaciones que requieren isotropía mecánica potenciada y resistencia a mecanismos de degradación mediados por el límite de grano. Las áreas de aplicación específicas incluyen cable eléctrico de alta potencia, resistente a la fluencia y resistente a la fatiga, corrosión por tensofisuración intergranular mejorada de aleaciones de níquel en ambientes de 10 Articles according to the applicant's teaching can find use in a variety of applications that require enhanced mechanical isotropy and resistance to degradation mechanisms mediated by the grain limit. Specific areas of application include high-power, creep-resistant and fatigue-resistant power cord, improved intergranular tensile corrosion of nickel alloys in ambient environments.

15 generador nuclear de vapor a alta temperatura, otros intercambiadores de calor a alta temperatura en la industria petroquímica y materiales resistentes a la fluencia a alta temperatura en aplicaciones de turbinas de gas. 15 high temperature steam nuclear generator, other high temperature heat exchangers in the petrochemical industry and high temperature creep resistant materials in gas turbine applications.

Se debería apreciar que, aparte de la fabricación de artículos que presentan mejoras microestructurales por todo el volumen de la microestructura del componente, las enseñanzas en el presente documento pueden dirigirse a la 20 preparación de artículos que emplean un tratamiento cerca de la superficie (por ejemplo, a una profundidad de entre 5,08 μm y 2,54 mm (0,0002 y 0,1 pulgadas)) para la creación de materiales funcionalmente graduados en los que la "piel" exterior y el volumen interior muestran diferentes características microestructurales (por ejemplo, fracción de límites de grano especiales). En algunos ejemplos, un componente metálico, cerámico o polimérico puede metalizarse al menos parcialmente con un metal o aleación que posea una microestructura de grano fino. Después 25 del metalizado, parte de o todo el componente se puede exponer a un tratamiento térmico de crecimiento de grano a una temperatura y tiempo suficiente para inducir un aumento deseable de la fracción de límites de grano especiales en al menos una porción de la región cerca de la superficie del componente, prestando de este modo a la región cerca de la superficie del componente propiedades físicas o mecánicas mejoradas. Además, las técnicas de tratamiento térmico específico de superficie, tales como calentamiento por inducción, pueden ser adecuadas para el 30 calentamiento de la superficie de un componente para potenciar la fracción del límite de grano especial y/o la intensidad de la textura en la superficie exterior del material metálico sin afectar significativamente la microestructura de su núcleo. Otras técnicas de tratamiento térmico específicas que se pueden usar para lograr el crecimiento de grano en la capa cercana a la superficie o porciones seleccionadas del artículo metalizado incluyen solo calentamiento local por una fuente de luz, es decir, por un tratamiento con láser. De esta manera, la microestructura It should be appreciated that, apart from the manufacture of articles that show microstructural improvements over the entire volume of the microstructure of the component, the teachings in this document can be directed to the preparation of articles that employ a near-surface treatment (for example , at a depth of between 5.08 μm and 2.54 mm (0.0002 and 0.1 inches)) for the creation of functionally graduated materials in which the outer "skin" and the internal volume show different microstructural characteristics ( for example, fraction of special grain limits). In some examples, a metallic, ceramic or polymer component may at least partially metallize with a metal or alloy that possesses a fine-grained microstructure. After metallizing, part or all of the component may be exposed to a heat treatment of grain growth at a temperature and time sufficient to induce a desirable increase in the fraction of special grain boundaries in at least a portion of the near region. of the surface of the component, thereby providing improved physical or mechanical properties to the region near the surface of the component. In addition, surface specific heat treatment techniques, such as induction heating, may be suitable for heating the surface of a component to enhance the fraction of the special grain limit and / or the intensity of the surface texture outside the metallic material without significantly affecting the microstructure of its core. Other specific heat treatment techniques that can be used to achieve grain growth in the near-surface layer or selected portions of the metallized article include only local heating by a light source, that is, by a laser treatment. In this way, the microstructure

35 del interior del componente metalizado puede permanecer sustancialmente sin afectar por el tratamiento térmico, mientras que la región cerca de la superficie experimenta un crecimiento de grano controlado tal como se describe de acuerdo con las enseñanzas del solicitante. The interior of the metallized component can remain substantially unaffected by heat treatment, while the near-surface region experiences controlled grain growth as described in accordance with the applicant's teachings.

En resumen, esta memoria descriptiva divulga procedimientos para la preparación de materiales de cobre In summary, this descriptive report discloses procedures for the preparation of copper materials

40 policristalinos que muestran anisotropía mecánica y física reducida y resistencia a la degradación mediada intergranular potenciada, siendo atribuible este rendimiento mejorado a factores que incluyen una microestructura optimizada que muestra las siguientes características: 40 polycrystallines showing reduced mechanical and physical anisotropy and resistance to enhanced intergranular mediated degradation, this improved performance being attributable to factors that include an optimized microstructure showing the following characteristics:

 un aumento de la fracción de los límites de grano "especiales" de al menos 0,3, con una fracción de límite de 45 grano “especial” total global en algunos ejemplos de entre un 50 y 100 %; y  an increase in the fraction of "special" grain limits of at least 0.3, with a limit fraction of 45 total "special" global grain in some examples of between 50 and 100%; Y

 un valor de intensidad de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces el aleatorio, y preferentemente menos de 5 veces el aleatorio.  a crystallographic texture intensity value of less than 7.5 times the random, and preferably less than 5 times the random.

50 Para efectuar la formación de un material que muestre estas características, el procedimiento general de acuerdo con las enseñanzas del solicitante puede incluir, como una primera etapa, la deposición de un material de cobre para su uso como precursor. Por control de las condiciones de procesamiento usadas para formar el precursor, el material precursor puede mostrar las siguientes características generales: 50 To effect the formation of a material that shows these characteristics, the general procedure according to the applicant's teachings may include, as a first stage, the deposition of a copper material for use as a precursor. By control of the processing conditions used to form the precursor, the precursor material can show the following general characteristics:

55  un tamaño medio de grano de entre 4 nm y 5 μm; 55  an average grain size between 4 nm and 5 μm;

 pureza suficiente para evitar la fragilización del límite de grano durante el tratamiento térmico de crecimiento de grano (por ejemplo, menos de 20 ppm en peso de S, menos de 50 ppm en peso de cada elemento de impureza seleccionado del grupo que consiste en P y O, y menos de 300 ppm en peso de C); y  sufficient purity to avoid the embrittlement of the grain limit during the heat treatment of grain growth (for example, less than 20 ppm by weight of S, less than 50 ppm by weight of each impurity element selected from the group consisting of P and O, and less than 300 ppm by weight of C); Y

60  un espesor de capa de material metálico igual o mayor que aproximadamente 30 veces el tamaño de grano medio inicial del material precursor metálico. 60  a layer thickness of metallic material equal to or greater than about 30 times the initial average grain size of the metallic precursor material.

El procedimiento general de acuerdo con las enseñanzas del solicitante puede incluir, como una segunda etapa, el 65 tratamiento térmico del material precursor a una temperatura entre 0,25 y 0,7 Tm K durante un tiempo suficiente para The general procedure according to the applicant's teachings may include, as a second stage, the heat treatment of the precursor material at a temperature between 0.25 and 0.7 Tm K for a time sufficient to

inducir al menos un aumento de tres veces en el tamaño de grano del material. Mediante el control de la temperatura y la duración del tratamiento térmico, la microestructura del material metálico puede desarrollar una mayor fracción deseable de límites de grano especiales y una textura cristalográfica más aleatorizada. induce at least a threefold increase in the grain size of the material. By controlling the temperature and the duration of the heat treatment, the microstructure of the metallic material can develop a greater desirable fraction of special grain boundaries and a more randomized crystallographic texture.

Ahora se hace referencia a los siguientes ejemplos, que están destinados a ser ilustrativos pero no limitantes. Reference is now made to the following examples, which are intended to be illustrative but not limiting.

EJEMPO 1 (no de acuerdo con la invención) EXAMPLE 1 (not according to the invention)

Ventana de pureza externa External Purity Window

Se electroformaron metalizados independientes de 2,3 mm de espesor de material precursor de cobre de grano fino sobre un cátodo de Ti pulido (150 cm2) en un baño de sulfato de cobre ácido convencional (tanque de 60 I) que contiene polietilenglicol de peso molecular 6.000 como refinador de grano y usando cobre fosforado como material de ánodo. La corriente de metalizaciòn se suministrò por una fuente de alimentaciòn por pulsos Dynanet™ PDPR 40-100-400 (Dynatronix, Amery, Wisconsin, EE. UU.). El electrólito y las condiciones de galvanoplastia usados, junto con datos de análisis químico del material electrodepositado resultante, se indican en la tabla 2. Se usó un microscopio PHILIPS XL-30™ FEGSEM en modo de retrodispersiòn electrònica y equipado con el software TSL versión 5.0 de microscopía de imágenes por orientación (OIM) para caracterizar el cobre y los resultados se indican en la tabla 3 a continuación. Se determinó que el tamaño de grano medio después de deposición del cobre electroformado estaba en el intervalo de 800 a 900 nm. Se sometieron entonces muestras individuales a tratamientos térmicos por inmersión en sal fundida a 350 °C (0,46Tm K) durante 60, 180, y 600 segundos, respectivamente. Se observó que el tamaño de grano medio de este material permanecía relativamente pequeño (~ 1,7 μm), incluso después de tratamiento térmico a 350 °C (0,46Tm K). Además, la fracción de los límites de grano "especiales" aumentó de un 62 % en la condición después de deposición a un máximo de solo un 69 % después del tratamiento térmico, lo que se acompaña de un cambio imperceptible en la orientación cristalográfica preferente. Se realizaron entonces otros intentos para lograr el crecimiento del grano por tratamiento térmico a temperaturas más altas de 400 °C (0,50Tm K) y 450 °C (0,53Tm K) y los resultados también están contenidos en la tabla 3. Estos tratamientos térmicos produjeron resultados similares a los ensayos de tratamiento térmico a 350 °C (0,46Tm K). En otras palabras, no se observó ningún cambio significativo en el tamaño de grano, la intensidad de la textura o el porcentaje de los límites de grano "especiales". La evolución microestructural del cobre electrodepositado desde el baño de sulfato ácido puede, por lo tanto, haberse impedido por la presencia de elementos de impurezas que fijan los límites de grano originados por el refinador de grano de polietilenglicol codepositado. Esta contaminación puede haber obstaculizado el crecimiento de grano en general, y el desarrollo de la textura aleatorizada deseada y puede haberse evitado la distribución del carácter de límite de grano rica en límites de grano "especiales", tal como se indica en la columna de fsp de la tabla 3, que ilustra el aumento total de fsp del material tratado térmicamente frente al material no tratado térmicamente. 2.3 mm thick independent metallized electroformed fine-grained copper precursor material on a polished Ti cathode (150 cm2) in a conventional acidic copper sulfate bath (60 I tank) containing molecular weight polyethylene glycol 6,000 as a grain refiner and using phosphor copper as the anode material. The metallization current was supplied by a Dynanet ™ PDPR 40-100-400 pulse power supply (Dynatronix, Amery, Wisconsin, USA). The electrolyte and electroplating conditions used, together with chemical analysis data of the resulting electrodeposited material, are shown in Table 2. A PHILIPS XL-30 ™ FEGSEM microscope was used in electronic backscatter mode and equipped with TSL version 5.0 software of orientation microscopy (IOM) to characterize copper and the results are indicated in table 3 below. The average grain size after deposition of electroformed copper was determined to be in the range of 800 to 900 nm. Individual samples were then subjected to heat treatments by immersion in molten salt at 350 ° C (0.46Tm K) for 60, 180, and 600 seconds, respectively. It was observed that the average grain size of this material remained relatively small (~ 1.7 μm), even after heat treatment at 350 ° C (0.46Tm K). In addition, the fraction of "special" grain limits increased from 62% in the condition after deposition to a maximum of only 69% after heat treatment, which is accompanied by an imperceptible change in the preferred crystallographic orientation. Other attempts were then made to achieve grain growth by heat treatment at temperatures higher than 400 ° C (0.50Tm K) and 450 ° C (0.53Tm K) and the results are also contained in Table 3. These Heat treatments produced similar results to heat treatment tests at 350 ° C (0.46Tm K). In other words, no significant change in grain size, texture intensity or percentage of "special" grain limits was observed. The microstructural evolution of electrodeposited copper from the acid sulfate bath may, therefore, have been prevented by the presence of impurity elements that set the grain boundaries originated by the co-refined polyethylene glycol grain refiner. This contamination may have hindered the growth of grain in general, and the development of the desired randomized texture and the distribution of the grain limit character rich in "special" grain boundaries, as indicated in the column of  may have been avoided. fsp of table 3, which illustrates the total increase of fsp of the heat treated material versus the non heat treated material.

Tabla 2. Química del baño y condiciones de metalización usadas para electroformación de un metalizado de Cu de grano fino junto con los resultados del análisis químico llevado a cabo en el metalizado Table 2. Bath chemistry and metallization conditions used for electroforming a Cu metallization of fine grain together with the results of the chemical analysis carried out in the metallized

Química del baño Bath chemistry

CuSO4150 g/l H2SO4190 g/l Ion cloruro 40 mg/l PEG MW6000 3 g/l CuSO4150 g / l H2SO4190 g / l Ion chloride 40 mg / l PEG MW6000 3 g / l

Condiciones de metalización Metallization conditions

Temperatura del electrólito: 24 °C pH: 1 Velocidad de agitación del electrólito (normalizada para el área de cátodo): 47 ml/(min.cmDensidad de corriente media (Imed) [mA/cm2]: 150 Densidad de corriente máxima [mA/cm2]: 300 Tiempo de trabajo [ms]: 20 Tiempo de reposo [ms]: 20 Tiempo de trabajo de pulso inverso [ms]: 0 Densidad de corriente máxima del pulso inverso [mA/cm2]: 0 Tiempo de metalización [h]: 16 Electrolyte temperature: 24 ° C pH: 1 Electrolyte stirring speed (normalized for the cathode area): 47 ml / (min.cm Average current density (Imed) [mA / cm2]: 150 Maximum current density [mA / cm2]: 300 Working time [ms]: 20 Standby time [ms]: 20 Reverse pulse working time [ms]: 0 Maximum current density of the inverse pulse [mA / cm2]: 0 Metallization time [ h]: 16
2) 2)

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
<20 <20

P P
<50 <50

O OR
510 510

C C
400 400

Tabla 3. Resultados del análisis de OIM de muestras cortadas a partir de un metalizado de Cu electroformado de grano fino y tratado térmicamente en condiciones de temperatura y tiempo variables. Table 3. Results of the IOM analysis of samples cut from a fine grain electroformed Cu metallized and heat treated under varying temperature and time conditions.

Tratamiento térmico posterior a la metalización (°C) Heat treatment after metallization (° C)
Tiempo de tratamiento térmico (segundos) Tamaño de grano (μm) Textura Intensidad Especial total (%  29) fsp Heat treatment time (seconds) Grain size (μm) Intensity Texture Total special (%  29) fsp

Temperatura ambiente (0,22 Tm K) Ambient temperature (0.22 Tm K)
n/a 0,9 1,7 62 0 n / a 0.9 1.7 62 0

350 (0,46 Tm K) 350 (0.46 Tm K)
60 1,7 1,7 68 0,06 60 1.7 1.7 68 0.06

350 (0,46 Tm K) 350 (0.46 Tm K)
180 1,7 2,1 67 0,05 180 1.7 2.1 67 0.05

350 (0,46 Tm K) 350 (0.46 Tm K)
600 1,7 2,1 69 0,07 600 1.7 2.1 69 0.07

400 (0,50 Tm K) 400 (0.50 Tm K)
60 1,7 2,0 69 0,07 60 1.7 2.0 69 0.07

450 (0,53 Tm K) 450 (0.53 Tm K)
60 1,7 1,7 68 0,06 60 1.7 1.7 68 0.06

EJEMPLO 2 EXAMPLE 2

Se electroformó un metalizado independiente de 0,5 mm de espesor de material precursor de cobre de grano fino sobre un cátodo de Ti pulido (150 cm2) en un baño a base de pirofosfato de cobre (tanque de 60 l) usando cobre de OFHC como material de ánodo. La corriente de metalización se suministró por una fuente de alimentación por pulsos Dynanet™ PDPR 40-100-400 (Dynatronix, Amery, Wisconsin, EE. UU.). El electrólito y las condiciones de galvanoplastia usados se indican en la tabla 4. Los resultados del ensayo químico de este material precursor electrodepositado también están contenidos en la tabla 4. La evolución de la distribución del carácter de límite de grano, tamaño de grano y orientación cristalográfica preferente se evaluaron utilizando el mismo procedimiento de microscopía de imágenes por orientación (OIM) descrito anteriormente y los resultados se indican en la tabla 5 a continuación. La figura 1 es una microfotografía de OIM que ilustra la microestructura de cobre puro inmediatamente después de electrodeposición. El tamaño de grano medio después de depositado del cobre electroformado se determinó que estaba en el intervalo de 200 a 400 nm. La relación de espesor a tamaño de grano se determinó que estaba en el intervalo de 1250 a 2500. Inmediatamente después de la metalización, se cortaron dos muestras del metalizado de cobre y se sumergió una de estas muestras durante 2 minutos en un baño de sal fundida calentado a 300 °C (0,42 Tm K). Se indica una microfotografía de OIM de esta microestructura tratada térmicamente en la figura An independent 0.5 mm thick metallized of fine-grained copper precursor material was electroformed on a polished Ti cathode (150 cm2) in a bath based on copper pyrophosphate (60 l tank) using OFHC copper as anode material. The metallization current was supplied by a Dynanet ™ PDPR 40-100-400 pulse power supply (Dynatronix, Amery, Wisconsin, USA). The electrolyte and electroplating conditions used are indicated in Table 4. The results of the chemical test of this electrodeposited precursor material are also contained in Table 4. The evolution of the distribution of the grain limit character, grain size and orientation Preferred crystallographic data were evaluated using the same orientation microscopy (IOM) procedure described above and the results are indicated in Table 5 below. Figure 1 is an IOM photomicrograph illustrating the microstructure of pure copper immediately after electrodeposition. The average grain size after deposition of the electroformed copper was determined to be in the range of 200 to 400 nm. The ratio of thickness to grain size was determined to be in the range of 1250 to 2500. Immediately after metallization, two copper metallized samples were cut and one of these samples was immersed for 2 minutes in a molten salt bath heated to 300 ° C (0.42 Tm K). An IOM photomicrograph of this thermally treated microstructure is indicated in the figure

2. La segunda muestra cortada del metalizado de cobre se trató térmicamente. Debido al hecho de que esta muestra de cobre de grano fino en la condición después de depositada estaba relativamente libre de los elementos de impurezas que fijan el límite de grano S, P, O y C, tuvo lugar el crecimiento de grano a temperatura ambiente y se le permitió proceder sin obstáculos durante un periodo de 8 semanas después de la electroformación. Se puede ver que el uso de un tratamiento térmico de crecimiento de grano deliberado controlado a una temperatura relativamente alta (300 °C = 0,42 Tm (K)) durante un corto período de tiempo (2 minutos) daba como resultado una sustitución sostenida más eficaz de límites de grano de mayor energía "generales" por límites de grano "especiales" que tiene un mayor orden atómico próximo al del cristal en sí, manifestándose esto en última instancia por una mayor fracción de límites de grano especiales ( fsp = 0,37) en la muestra tratada térmicamente en comparación con la muestra "recocida a temperatura ambiente" ( fsp = 0,26). Además, como es evidente de la inspección de las figuras de polos generadas por el software de OIM correspondiente a estas dos muestras, que se encuentran en las figuras 3 y 4, el tratamiento térmico a 300 °C (0,42 Tm K) producía una microestructura que exhibe una textura cristalográfica aleatorizada más homogénea, en comparación con la muestra recocida a temperatura ambiente no controlada. Esta aleatorización de la textura también se refleja en los valores de intensidad de la textura (TI) encontrados en la tabla 5, que muestran que el tratamiento térmico controlado a 300 °C/2 minutos daba como resultado un material que muestra un valor de intensidad de la textura menos de 5 veces el aleatorio, mientras que la muestra "recocida a temperatura ambiente" no lo hacía. 2. The second cut sample of copper metallization was heat treated. Due to the fact that this fine-grained copper sample in the condition after deposition was relatively free of the impurity elements that set the grain limit S, P, O and C, grain growth took place at room temperature and He was allowed to proceed without obstacles for a period of 8 weeks after electroforming. It can be seen that the use of a controlled deliberate grain growth heat treatment at a relatively high temperature (300 ° C = 0.42 Tm (K)) for a short period of time (2 minutes) resulted in a sustained substitution more efficient of "general" higher energy grain limits by "special" grain limits that have a higher atomic order close to that of the crystal itself, this ultimately being manifested by a larger fraction of special grain limits ( fsp = 0.37) in the heat treated sample compared to the "annealed at room temperature" sample ( fsp = 0.26). In addition, as is evident from the inspection of the pole figures generated by the IOM software corresponding to these two samples, which are found in Figures 3 and 4, the heat treatment at 300 ° C (0.42 Tm K) produced a microstructure that exhibits a more homogeneous randomized crystallographic texture, compared to the annealed sample at uncontrolled room temperature. This randomization of the texture is also reflected in the texture intensity (TI) values found in Table 5, which show that the heat treatment controlled at 300 ° C / 2 minutes resulted in a material that shows an intensity value of the texture less than 5 times the random one, while the sample "annealed at room temperature" did not.

Tabla 4. Química del baño y condiciones de metalizado usadas para electroformar un metalizado de Cu de grano fino junto con los resultados del análisis químico llevados a cabo en el metalizado. Table 4. Bath chemistry and metallization conditions used to electroform a fine grain Cu metallization together with the results of the chemical analysis carried out in the metallization.

Química del baño Cu2P2O74H2O 90 g/l K4P2O7400 g/l KH2PO451 g/l KOH 47 g/l KNO315 g/l NH4OH 8,1 g/l H 4P2O7 para ajustar el pH Bath chemistry Cu2P2O74H2O 90 g / l K4P2O7400 g / l KH2PO451 g / l KOH 47 g / l KNO315 g / l NH4OH 8.1 g / l H 4P2O7 to adjust the pH

Química del baño Bath chemistry

Agentes humectantes, aliviadores de la tensión Wetting agents, stress relievers

Condiciones de metalización Metallization conditions

Temperatura del electrólito: 50 °C pH: 8,5 Velocidad de agitación del electrólito (normalizada para el área de cátodo): 47 ml/(min.cm 2) Densidad de corriente media (Imed) [mA/cm2]: 35 Densidad de corriente máxima [mA/cm2]: 70 Tiempo de trabajo [ms]: 20 Tiempo de reposo [ms]: 20 Tiempo de trabajo de pulso inverso [ms]: 0 Densidad de corriente máxima de pulso inverso [mA/cm2]: 0 Tiempo de metalización [h] 16 Electrolyte temperature: 50 ° C pH: 8.5 Electrolyte agitation speed (normalized for the cathode area): 47 ml / (min.cm 2) Medium current density (Imed) [mA / cm2]: 35 Density Maximum current [mA / cm2]: 70 Working time [ms]: 20 Standby time [ms]: 20 Reverse pulse working time [ms]: 0 Maximum current density of reverse pulse [mA / cm2]: 0 Metallization time [h] 16

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
8,8 8.8

P P
<50 <50

O OR
<50 <50

C C
121 121

Tabla 5. Resultados del análisis de OIM de muestras cortadas a partir de un metalizado de Cu de grano fino electroformado, habiéndose analizado una muestra inmediatamente después de la electrodeposición, analizándose una segunda muestra 8 semanas después de la electrodeposición y analizándose una tercera muestra después del tratamiento térmico inmediatamente después de electrodeposición. Table 5. Results of the IOM analysis of samples cut from an electroformed fine-grained Cu metallized, a sample having been analyzed immediately after electrodeposition, a second sample was analyzed 8 weeks after electrodeposition and a third sample was analyzed after heat treatment immediately after electrodeposition.

Tratamiento térmico posterior a la metalización Heat treatment after metallization
Tamaño de grano (μm) Intensidad de la textura Especial total (%  29) fsp Grain size (μm) Texture Intensity Total special (%  29) fsp

Ninguno None
0,2-0,4 8,3 40 0 0.2-0.4 8.3 40 0

Temperatura ambiente (0,22 Tm K)/8 semanas Ambient temperature (0.22 Tm K) / 8 weeks
4 5,9 66 0,26 4 5.9 66 0.26

300°C (0,42 Tm K)/2 minutos 300 ° C (0.42 Tm K) / 2 minutes
3 4,2 77 0,37 3 4.2 77 0.37

EJEMPLO 3 EXAMPLE 3

Se electroformó un metalizado independiente de 0,5 mm de espesor de material precursor de cobre de grano fino de la misma manera que la descrita en el ejemplo 2. Los resultados del ensayo químico de este material se muestran 15 en la tabla 6. Se midió el tamaño de grano medio después de depositado el cobre electroformado en el ejemplo 2, estando en el intervalo de 200 a 400 nm, y se determinó la proporción del espesor con respecto al tamaño de grano en el ejemplo 2, estando en el intervalo de 1250 a 2500. Debido a que los materiales se produjeron de la misma manera, los datos de tamaño de grano después de metalizado fsp y de valor de intensidad de la textura para el ejemplo 2 se supone que son los mismos que para el presente ejemplo. Se sometieron entonces muestras An independent 0.5 mm thick metallized of fine-grained copper precursor material was electroformed in the same manner as described in Example 2. The results of the chemical test of this material are shown in Table 6. It was measured. the average grain size after deposition of the electroformed copper in example 2, being in the range of 200 to 400 nm, and the proportion of the thickness with respect to the grain size in example 2, being in the range of 1250 to 2500. Because the materials were produced in the same manner, the grain size after metallization fsp and texture intensity value data for example 2 are assumed to be the same as for the present example. Samples were then submitted

individuales cortadas a partir de este metalizado a tratamientos térmicos de crecimiento de grano por inmersión en sal fundida a 150 °C (0,31 Tm K), 300 °C (0,42 Tm K) y 500 °C (0,57 Tm K) durante tiempos que varían desde 30 a 40 000 segundos. La evolución de la distribución del carácter de límite de grano, la orientación cristalográfica preferente y el tamaño de grano se evaluaron usando el mismo procedimiento de microscopía de imágenes por 5 orientación (OIM) descrito anteriormente y los resultados se indican en la tabla 7. Además, se presentan los mismos datos de fsp y fsp esquemáticamente en la figura 5, mientras que los datos de intensidad de la textura para las mismas muestras se presentan en la figura 6. Los datos para el material después de depositado están incluidos en la marca de 1 segundo en las abscisas de las figuras 5 y 6 con fines ilustrativos. En concreto en la tabla 7 y las figuras 5 y 6, puede verse que a temperaturas de tratamiento térmico de crecimiento de grano de 0,31 Tm K y 10 0,42 Tm K, el tratamiento térmico de crecimiento de grano durante un periodo 120 s da como resultado aumentos significativos en la fsp del material de un 40 a un 75 % (0,31 Tm K) y un 70 % (0,42 Tm K). Los valores de intensidad de textura correspondientes cayeron de 8,2 a 3,0 (0,31 Tm K) y 2,7 (0,42 Tm K) y los valores de tamaño de grano medio aumentaron de 0,5 a 1,5 micrones (0,31 Tm K) y 2 micrones (0,42 Tm K). Otros aumentos en el tiempo de tratamiento térmico de crecimiento de grano dieron como resultado la nivelación de fsp a fsp = 81 % (0,31 Tm K) y 15 fsp = 71 a 74 % (0,42 Tm K), con valores de intensidad de textura correspondientes de 3,5 (0,31 Tm K) y 3,1 (0,42Tm K) y valores de tamaño de grano medio de 2 micrones (0,31 Tm K) y 2,8 micrones (0,42 Tm K), respectivamente. En el caso en que se selecciona una temperatura de tratamiento térmico de crecimiento de grano de 0,57 Tm K, se logra una fsp máxima de un 74 % en un tiempo de tratamiento térmico de crecimiento de grano de entre 30 y 120 s con un valor de intensidad de textura correspondiente entre 4,2 y 4,9 y un tamaño de grano medio entre 4,1 y 20 4,4 μm. Extender el tiempo de tratamiento térmico de crecimiento de grano más allá de 120 segundos a 0,57 Tm K da como resultado una fsp disminuida, mientras que el valor de la intensidad de textura aumenta en última instancia a 15 y el tamaño de grano medio aumenta en última instancia a 7 μm. Este ejemplo ilustra cómo pueden determinarse apropiadamente los parámetros de temperatura y tiempo de tratamiento térmico de crecimiento de grano para lograr la fracción de límite de grano especial, los valores de intensidad de textura y los valores de tamaño de grano medio 25 deseados. Son de esperar resultados similares cuando el material metálico comprende Ni o Fe o aleaciones de Cu, individual cut from this metallized to thermal treatments of grain growth by immersion in molten salt at 150 ° C (0.31 Tm K), 300 ° C (0.42 Tm K) and 500 ° C (0.57 Tm K) during times ranging from 30 to 40,000 seconds. The evolution of the grain limit character distribution, the preferred crystallographic orientation and the grain size were evaluated using the same 5-orientation image microscopy (IOM) procedure described above and the results are indicated in Table 7. In addition , the same data of fsp and fsp are presented schematically in Figure 5, while the texture intensity data for the same samples are presented in Figure 6. The data for the material after deposition is included in the mark 1 second in the abscissa of figures 5 and 6 for illustrative purposes. Specifically in Table 7 and Figures 5 and 6, it can be seen that at temperatures of grain growth heat treatment of 0.31 Tm K and 10 0.42 Tm K, the grain grain heat treatment during a period 120 s results in significant increases in the fsp of the material from 40 to 75% (0.31 Tm K) and 70% (0.42 Tm K). The corresponding texture intensity values fell from 8.2 to 3.0 (0.31 Tm K) and 2.7 (0.42 Tm K) and the average grain size values increased from 0.5 to 1, 5 microns (0.31 Tm K) and 2 microns (0.42 Tm K). Other increases in the heat treatment time of grain growth resulted in the leveling of fsp at fsp = 81% (0.31 Tm K) and 15 fsp = 71 to 74% (0.42 Tm K), with values of corresponding texture intensity of 3.5 (0.31 Tm K) and 3.1 (0.42 Tm K) and average grain size values of 2 microns (0.31 Tm K) and 2.8 microns (0, 42 Tm K), respectively. In the case where a grain growth heat treatment temperature of 0.57 Tm K is selected, a maximum fsp of 74% is achieved in a grain growth heat treatment time of between 30 and 120 s with a corresponding texture intensity value between 4.2 and 4.9 and an average grain size between 4.1 and 4.4 µm. Extending the heat treatment time of grain growth beyond 120 seconds to 0.57 Tm K results in a decreased fsp, while the texture intensity value ultimately increases to 15 and the average grain size increases Ultimately at 7 μm. This example illustrates how the temperature and time parameters of grain growth heat treatment can be determined appropriately to achieve the special grain limit fraction, texture intensity values, and desired average grain size values. Similar results are expected when the metallic material comprises Ni or Fe or Cu alloys,

Ni y Fe. Ni and Fe.

Tabla 6. Resultados del análisis químico llevado a cabo en el material precursor del ejemplo 3. Table 6. Results of the chemical analysis carried out on the precursor material of example 3.

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
<5 <5

P P
<5 <5

O OR
<20 <20

C C
<20 <20

Tabla 7. Resultados del análisis de OIM de muestras cortadas a partir de un metalizado de Cu electroformado de grano fino y tratado térmicamente a temperaturas y tiempos variables. Table 7. Results of the IOM analysis of samples cut from a fine grain electroformed Cu metallized and heat treated at varying temperatures and times.

Tratamiento térmico posterior a la metalización Heat treatment after metallization
Tamaño de grano (μm) Intensidad de la textura Especial total ( 29) fsp (%) Grain size (μm) Texture Intensity Total Special ( 29) fsp (%)

Ninguno None
0,5 8,2 40 0 0.5 8.2 40 0

150 °C (0,31 Tm K)/120 segundos 150 ° C (0.31 Tm K) / 120 seconds
1,5 3,0 75 0,35 1.5 3.0 75 0.35

150 °C (0,31 Tm K)/4000 segundos 150 ° C (0.31 Tm K) / 4000 seconds
1,8 2,8 81 0,41 1.8 2.8 81 0.41

150 °C (0,31 Tm K)/40 000 segundos 150 ° C (0.31 Tm K) / 40 000 seconds
2,0 3,5 81 0,41 2.0 3.5 81 0.41

300 °C (0,42 Tm K)/120 segundos 300 ° C (0.42 Tm K) / 120 seconds
2,0 2,7 70 0,30 2.0 2.7 70 0.30

300 °C (0,42 Tm K)/4000 segundos 300 ° C (0.42 Tm K) / 4000 seconds
2,7 3,6 71 0,31 2.7 3.6 71 0.31

300 °C (0,42 Tm K)/40 000 segundos 300 ° C (0.42 Tm K) / 40 000 seconds
2,8 3,1 74 0,34 2.8 3.1 74 0.34

500 °C (0,57 Tm K)/30 segundos 500 ° C (0.57 Tm K) / 30 seconds
4,1 4,2 74 0,34 4.1 4.2 74 0.34

500 °C (0,57 Tm K)/120 segundos 500 ° C (0.57 Tm K) / 120 seconds
4,4 4,9 74 0,34 4.4 4.9 74 0.34

500 °C (0,57 Tm K)/4000 segundos 500 ° C (0.57 Tm K) / 4000 seconds
4,8 4,5 67 0,27 4.8 4,5 67 0.27

500 °C (0,57 Tm K)/40 000 segundos 500 ° C (0.57 Tm K) / 40 000 seconds
7,0 15 64 0,24 7.0 fifteen 64 0.24

EJEMPLO 4 EXAMPLE 4

Se electroformaron metalizados independientes de material precursor de cobre de grano fino a valores de espesor Metallized independent of fine grain copper precursor material were electroformed at thickness values

5 variables de la misma manera que la descrita en el ejemplo 2. Se usó el tiempo de metalización para controlar el espesor del metalizado. Los resultados del ensayo químico del material producido en estas condiciones se muestran en la tabla 8. El tamaño de grano medio después de depositado el cobre electroformado se midió que era 600 nm. Usando los datos determinados para el material del ejemplo 2, la fsp después de depositado era de un 40 % mientras que el valor de TI era de 8,3. Se sometieron entonces muestras individuales a tratamientos térmicos de crecimiento 5 variables in the same manner as described in example 2. The metallization time was used to control the thickness of the metallization. The results of the chemical test of the material produced under these conditions are shown in Table 8. The average grain size after deposition of the electroformed copper was measured to be 600 nm. Using the data determined for the material of example 2, the fsp after deposition was 40% while the IT value was 8.3. Individual samples were then subjected to thermal growth treatments

10 de grano por inmersión en sal fundida a 300 °C (0,42 Tm K) durante 120 segundos. La evolución de la distribución del carácter de límite de grano, la orientación cristalográfica preferente y el tamaño de grano se evaluaron usando el mismo procedimiento de microscopía de imágenes por orientación (OIM) descrito anteriormente y los resultados se indican en la tabla 9. Se puede ver que las láminas finas (<20 μm) con una relaciòn de espesor/tamaño de grano medio de menos de 30 no mostraban el aumento de fsp deseado de más de 0,3. Por otra parte, se determinó que la 10 grain per immersion in molten salt at 300 ° C (0.42 Tm K) for 120 seconds. The evolution of the distribution of the grain limit character, the preferred crystallographic orientation and the grain size were evaluated using the same procedure for image orientation microscopy (IOM) described above and the results are indicated in Table 9. see that the thin sheets (<20 μm) with an average grain thickness / size ratio of less than 30 did not show the desired fsp increase of more than 0.3. On the other hand, it was determined that the

15 proporción espesor/tamaño de grano medio de la muestra de 100 μm de espesor era 59, mientras que se determinò que la proporción espesor/tamaño de grano medio de la muestra de 500 μm de espesor era 250. Después del tratamiento térmico, las muestras de 100 y 500 μm de espesor mostraban el aumento de fsp deseado de 0,37 y 0,45, respectivamente. Son de esperar resultados similares cuando el material metálico comprende Ni o Fe o aleaciones de Cu, Ni y Fe. The average thickness / size of the 100 µm thick sample was 59, while the average thickness / size ratio of the 500 µm thick sample was determined to be 250. After heat treatment, the samples 100 and 500 μm thick showed the desired increase in fsp of 0.37 and 0.45, respectively. Similar results are expected when the metallic material comprises Ni or Fe or Cu, Ni and Fe alloys.

20 Tabla 8. Resultados del análisis químico llevado a cabo en el material precursor del ejemplo 4. 20 Table 8. Results of the chemical analysis carried out on the precursor material of example 4.

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
0,2 0.2

P P
3,1 3.1

O OR
<20 <20

C C
<20 <20

Tabla 9. Resultados del análisis de OIM de metalizados de Cu de grano fino electroformados de espesor variable tratados térmicamente a 300 °C (0,42 Tm K) durante 120 segundos. Table 9. Results of the IOM analysis of electroformed fine grain Cu metallized of variable thickness heat treated at 300 ° C (0.42 Tm K) for 120 seconds.

Espesor (μm) Thickness (μm)
Tamaño de grano (μm) Espesor/tamaño de grano Intensidad de textura Especial total (%  29) fsp Grain size (μm) Thickness / grain size Texture intensity Total special (%  29) fsp

10 10
1,0 10 2,2 61 0,21 1.0  10 2.2 61 0.21

16 16
1,2 13 2,5 64 0,24 1.2 13 2.5 64 0.24

100 100
1,7 59 3,2 77 0,37 1.7 59 3.2 77 0.37

500 500
2,0 250 2,8 85 0,45 2.0 250 2.8 85 0.45

EJEMPLO 5 EXAMPLE 5

30 Se electroformaron dos dianas de pulverización de grano fino de 5,3 mm de espesor, etiquetadas "A" y "B", sobre un cátodo de Ti pulido (25 cm2) en un baño a base de pirofosfato de cobre (tanque de 60 I) usando cobre de OFHC como material de ánodo. La corriente de metalización se suministró por una fuente de alimentación por pulsos Dynanet™ PDPR 40-100-400 (Dynatronix, Amery, Wisconsin, EE. UU.). El electrólito y las condiciones de 30 Two 5.3 mm thick fine grain spray targets, labeled "A" and "B", were electroformed on a polished Ti cathode (25 cm2) in a bath based on copper pyrophosphate (60 tank I) using OFHC copper as the anode material. The metallization current was supplied by a Dynanet ™ PDPR 40-100-400 pulse power supply (Dynatronix, Amery, Wisconsin, USA). The electrolyte and the conditions of

35 galvanoplastia usados para producir ambas junto con los resultados del ensayo químico de una de estas dianas de 35 electroplating used to produce both together with the results of the chemical test of one of these targets of

pulverización electrodepositadas están contenidos en la tabla 10. Usando los datos determinados para el material del ejemplo 2, la fsp después de depositado era de un 40 %, mientras que el valor de TI era de 8,3, sin embargo los niveles de impurezas logrados fueron inferiores debido a una purificación mejorada mediante modelización de la química del procedimiento de electrodeposición de la diana de pulverización. Inmediatamente después de la metalización, se sumergieron ambas dianas durante 2 minutos en un baño de sal fundida calentado a 300 °C (0,42 Tm K). Entonces se usó el microscopio de FEGSEM antes mencionado para caracterizar el tamaño medio de grano, la textura cristalográfica y la frecuencia de límites de grano "especiales" (29) de las dianas, y los resultados de este análisis se indican en la tabla 11. Electrodeposited sprays are contained in Table 10. Using the data determined for the material of Example 2, the fsp after deposition was 40%, while the TI value was 8.3, however the impurity levels achieved they were inferior due to an improved purification by modeling the chemistry of the electrodeposition procedure of the spray target. Immediately after metallization, both targets were immersed for 2 minutes in a molten salt bath heated to 300 ° C (0.42 Tm K). The above-mentioned FEGSEM microscope was then used to characterize the average grain size, crystallographic texture and frequency of "special" grain boundaries (29) of the targets, and the results of this analysis are indicated in the table. eleven.

Se adquirió una diana de pulverización de cobre disponible en el mercado convencionalmente preparada y se pulverizaron películas de cobre sobre obleas de silicio usando ambas dianas "A" y "B", junto a la diana de Cu policristalino disponible en el mercado, de manera idéntica. La parte posterior de las dianas se trataron con grasa de A conventionally prepared commercially available copper spray target was purchased and copper films were sprayed onto silicon wafers using both "A" and "B" targets, next to the commercially available polycrystalline Cu target, identically . The back of the targets were treated with fat from

vacío Apiezon L™ con el fin de sellar la junta tòrica para refrigeraciòn por agua. Se oxidaron entonces las obleas de Vacuum Press L ™ in order to seal the O-ring for water cooling. The wafers were then oxidized

silicio y se limpiaron antes de la deposición. Hubo un tiempo inicial de incineración en todas las dianas antes de la deposición sobre las obleas de silicio. El tamaño de las obleas de silicio era 100 mm de diámetro. Las condiciones de pulverización de película eran: Presión de pulverización = 3 mT; potencia de pulverización por DC = 100 W; corriente de pulverización por DC = 0,19-0,23 A y voltaje de pulverización por DC 420-550 V. El voltaje de polarización se mantuvo constante a -70 V para todos los ciclos de deposición. El espesor diana para la deposición era de 100 nm. Después de la pulverización, se caracterizaron las películas pulverizadas usando las dianas electrodepositadas "A" y "B" y los resultados se compararon con la película pulverizada usando la diana convencional. Esta caracterización de las películas se alcanza mediante mediciones de resistencia laminar de 49 puntos que se hicieron en las películas pulverizadas usando un sistema de cartografía por resistividad estándar. silicon and cleaned before deposition. There was an initial incineration time on all targets before deposition on silicon wafers. The size of the silicon wafers was 100 mm in diameter. The film spray conditions were: Spray pressure = 3 mT; spray power per DC = 100 W; DC spray current = 0.19-0.23 A and DC 420-550 V spray voltage. The bias voltage was kept constant at -70 V for all deposition cycles. The target thickness for deposition was 100 nm. After spraying, the sprayed films were characterized using electrodeposited targets "A" and "B" and the results were compared with the sprayed film using the conventional target. This characterization of the films is achieved by 49-point laminar resistance measurements that were made on the sprayed films using a standard resistivity mapping system.

En las mismas condiciones de pulverización, para un espesor de película pulverizada medio constante de 100 nm, se observó que las películas pulverizadas usando las dianas "A" y "B" mostraban una reducción en la resistencia laminar de más de un 40 % en comparación con la diana de pulverización convencional. Este comportamiento es evidente a partir de los mapas de resistencia laminar contenidos en la figura 7A, donde se ha cuantificado la resistencia laminar de las películas pulverizadas usando las dianas electrodepositadas "A" y "B" y comparado con la resistencia laminar de la película pulverizada usando la diana convencional. La resistencia laminar de películas pulverizadas usando las dianas "A" y "B" oscila de aproximadamente 1,3 a 2,3 ohmios por cuadrado, mientras que la resistencia laminar de la película pulverizada usando la diana de referencia varía de 2,3 a casi 5,4 ohmios por cuadrado. La escala numérica se da en ohmios por cuadrado, que es el sistema de unidades estándar para la resistencia laminar usado en la industria. Under the same spray conditions, for a constant average pulverized film thickness of 100 nm, it was observed that the sprayed films using the "A" and "B" targets showed a reduction in sheet resistance of more than 40% compared with the conventional spray target. This behavior is evident from the laminar resistance maps contained in Figure 7A, where the laminar resistance of the pulverized films has been quantified using the electrodeposited targets "A" and "B" and compared with the laminar resistance of the pulverized film using the conventional target. The sheet resistance of pulverized films using the "A" and "B" targets ranges from about 1.3 to 2.3 ohms per square, while the sheet resistance of the sprayed film using the reference target ranges from 2.3 to almost 5.4 ohms per square. The numerical scale is given in ohms per square, which is the standard unit system for sheet resistance used in the industry.

Además de la resistencia laminar de la película pulverizada, se inspeccionaron las dianas pulverizadas de muestra mismas por microscopía electrónica de barrido (SEM) después del servicio de pulverización. Se encontró que las dianas electrodepositadas "A" y "B" exhibían una uniformidad de diana pulverizada mejorada cuando se compara con el estándar de diana convencional. Este comportamiento es evidente a partir de las microfotografías de SEM de las superficies de diana contenidas en la figura 7B. Puede verse la evidencia de degradación intergranular, que en última instancia conduce a la caída de granos, en la microfotografía de la superficie de diana de Cu convencional, mientras que esto no se observa en el caso de las dianas electrodepositadas "A" y "B". Además de las microfotografías de SEM de las superficies de diana, los resultados de las mediciones de perfilómetro de superficie hechas en estas mismas superficies de diana pulverizadas después del servicio de pulverización equivalente también se han incluido en la figura 7C. Se midió la rugosidad superficial media de la diana "A" después del servicio de pulverización, que era de 0,83 μm, mientras que se midiò la de la diana "B", que era de 0,74 mm, lo que es una mejora de más de un 60 % cuando se compara con la rugosidad superficial media de la diana convencional estándar después del mismo grado de servicio de pulverización, que se determinó que era de 2,18 μm. Como demuestra tanto la inspección por SEM de las superficies de diana después de servicio como las mediciones de rugosidad superficial media hechas en estas superficies de diana de pulverización, las dianas de pulverización electrodepositadas "A" y "B" exhiben una mejora de más de un 50 % de la uniformidad de pulverización, que da como resultado una longevidad mejorada equivalente cuando se compara con dianas de pulverización convencionales de grano grande comercialmente disponibles. Son de esperar resultados similares cuando el material metálico comprende Ni o Fe o aleaciones de Cu, Ni y Fe. In addition to the sheet resistance of the sprayed film, the sprayed sample targets themselves were inspected by scanning electron microscopy (SEM) after the spraying service. It was found that electrodeposited targets "A" and "B" exhibited improved pulverized target uniformity when compared to the conventional target standard. This behavior is evident from the SEM photomicrographs of the target surfaces contained in Figure 7B. The evidence of intergranular degradation, which ultimately leads to the fall of grains, can be seen in the photomicrograph of the conventional Cu target surface, while this is not observed in the case of electrodeposited targets "A" and "B ". In addition to the SEM photomicrographs of the target surfaces, the results of the surface profilometer measurements made on these same target target surfaces after the equivalent spray service have also been included in Figure 7C. The average surface roughness of the target "A" was measured after the spraying service, which was 0.83 μm, while that of the target "B", which was 0.74 mm, was measured, which is a improvement of more than 60% when compared to the average surface roughness of the standard conventional target after the same degree of spray service, which was determined to be 2.18 μm. As both the SEM inspection of the target surfaces after service and the average surface roughness measurements made on these spray target surfaces demonstrate, the electrodeposited spray targets "A" and "B" exhibit an improvement of more than one 50% of the spray uniformity, which results in an equivalent improved longevity when compared to conventional commercially available large grain spray targets. Similar results are expected when the metallic material comprises Ni or Fe or Cu, Ni and Fe alloys.


Tabla 10. Química del baño y condiciones de metalización usadas para electroformar dos dianas de pulverización de Cu de grano fino junto con los resultados del análisis químico llevado a cabo en una de las dianas de pulverización.

Table 10. Bath chemistry and metallization conditions used to electroform two fine-grained Cu spray targets together with the results of the chemical analysis carried out on one of the spray targets.

Química del baño Cu2P2O74H2O 90 g/l K4P2O7 400 g/l KH2PO4 51 g/l KOH 47 g/l KNO315 g/l NH4OH 8,1 g/l H 4P2O7 para ajustar el pH Agentes humectantes, aliviadores de la tensión Bath chemistry Cu2P2O74H2O 90 g / l K4P2O7 400 g / l KH2PO4 51 g / l KOH 47 g / l KNO315 g / l NH4OH 8.1 g / l H 4P2O7 to adjust the pH Wetting agents, stress relievers

Condiciones de metalización Metallization conditions

Temperatura del electrólito: 50 °C pH: 8,5 Velocidad de agitación del electrólito (normalizada para el área de cátodo): 372 ml/(min.cm2) Densidad de corriente media (Imed) [mA/cm2]: 35 Densidad de corriente máxima [mA/cm2]: 70 Tiempo de servicio [ms]: 20 Tiempo de reposo [ms]: 20 Tiempo de servicio por pulso inverso [ms]: 0 Densidad de corriente máxima por pulso inverso [mA/cm2]: 0 Tiempo de metalización [h] 160 Electrolyte temperature: 50 ° C pH: 8.5 Electrolyte agitation speed (normalized for the cathode area): 372 ml / (min.cm2) Medium current density (Imed) [mA / cm2]: 35 Density of maximum current [mA / cm2]: 70 Service time [ms]: 20 Standby time [ms]: 20 Service time per inverse pulse [ms]: 0 Maximum current density per inverse pulse [mA / cm2]: 0 Metallization time [h] 160

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
0,36 0.36

P P
1,5 1.5

O OR
10 10

C C
20 20

Tabla 11. Resultados del análisis de OIM de dianas de pulverización de Cu de grano fino electroformadas tratadas térmicamente inmediatamente después de la electrodeposición y una diana de pulverización estándar convencional. Table 11. Results of the IOM analysis of electroformed fine grain Cu spray targets heat treated immediately after electrodeposition and a conventional standard spray target.

Diana de pulverización Spray target
Tamaño de grano (μm) Intensidad de la textura Especial total ( 29) Grain size (μm) Texture Intensity Total Special ( 29)

Muestra A/B Sample A / B
4 3,3 77 4 3.3 77

Estándar convencional Conventional standard
40 3,2 41 40 3.2 41

EJEMPLO 6, no de acuerdo con la invención: EXAMPLE 6, not according to the invention:

10 Se electroformó un metalizado independiente de 0,06 mm de espesor de níquel de grano fino sobre un cátodo de Ti pulido (10 cm2) en un baño Watts de Ni estándar (tanque de 2,5 l) sin refinadores de grano que contienen azufre y usando INCO™ Ni R-rounds como material de ánodo. La corriente de metalización se suministró por una fuente de alimentaciòn por pulsos ATC™ 6101 PT (Dynatronix, Amery, Wisconsin, EE. UU.). El electrólito y las condiciones de 10 An independent 0.06 mm thick metallized nickel of fine grain nickel was electroformed on a polished Ti cathode (10 cm2) in a standard Ni Watts bath (2.5 l tank) without sulfur-containing grain refiners and using INCO ™ Ni R-rounds as anode material. The metallization current was supplied by an ATC ™ 6101 PT pulse power supply (Dynatronix, Amery, Wisconsin, USA). The electrolyte and the conditions of

15 galvanoplastia usados se indican en la tabla 12 junto con los resultados de ensayo químico del material. La microestructura después de depositado no pudo caracterizarse por OIM porque el tamaño de grano de este material (50 nm) estaba por debajo del límite de resolución de la técnica de OIM. La figura 8 es una imagen de microscopía electrónica de transmisión (TEM) que ilustra la microestructura de níquel puro después de la electrodeposición. Se determinó mediante TEM que el tamaño de grano medio después de depositado de níquel electroformado era de 15 used electroplating are indicated in table 12 together with the results of chemical testing of the material. The microstructure after deposition could not be characterized by IOM because the grain size of this material (50 nm) was below the resolution limit of the IOM technique. Figure 8 is a transmission electron microscopy (TEM) image illustrating the microstructure of pure nickel after electrodeposition. It was determined by TEM that the average grain size after deposition of electroformed nickel was

20 aproximadamente 50 nm. Se determinó que la relación de espesor a tamaño de grano era de aproximadamente 1200. Después de la metalización, se cortó una muestra del metalizado de níquel y se trató térmicamente a 800 °C (0,62 Tm K) durante 2 minutos. Se encuentra una microfotografía de OIM de esta estructura en la figura 9. La distribución del carácter del límite de grano, tamaño de grano y orientación cristalográfica preferente se evaluaron usando el mismo procedimiento de microscopía de imágenes por orientación (OIM) descrito anteriormente y los 20 approximately 50 nm. The ratio of thickness to grain size was determined to be approximately 1200. After metallization, a sample of nickel plating was cut and heat treated at 800 ° C (0.62 Tm K) for 2 minutes. An IOM photomicrograph of this structure is found in Figure 9. The distribution of the grain limit character, grain size and preferential crystallographic orientation were evaluated using the same orientation microscopy (IOM) procedure described above and

resultados se indican en la tabla 13 a continuación. Para la muestra después de metalizada, se estima que el contenido de límite de grano 'especial' es de aproximadamente un 20 % (véase D.H. Warrington y M. Boon, Acta Metall. 23, 599 (1975) y E.G. Doni, G. Palumbo y K.T. Aust, Scripta Metall. Mat. 24. 2325 (1990)). Se puede ver que el uso de un tratamiento de recocido deliberado controlado a una temperatura relativamente alta (800 °C = 0,62 Tm 5 (K)) durante un corto período de tiempo (2 minutos) daba como resultado la sustitución sostenida eficaz de límites de grano “generales” de mayor energía por límites de grano “especiales” que tienen un mayor orden atómico próximo al del cristal en sí, manifestándose esto en última instancia por una alta fracción de límites de grano especiales (fsp = 61 %) en la muestra tratada térmicamente a 800 °C (0,42 Tm K). Además, como es evidente de la inspección de la figura de polos encontrada en la figura 10 y del valor de intensidad de la textura (TI = 2,7) en la tabla 13 results are indicated in table 13 below. For the after metallized sample, the 'special' grain limit content is estimated to be approximately 20% (see DH Warrington and M. Boon, Acta Metall. 23, 599 (1975) and EG Doni, G. Palumbo and KT Aust, Scripta Metall. Mat. 24. 2325 (1990)). It can be seen that the use of a controlled deliberate annealing treatment at a relatively high temperature (800 ° C = 0.62 Tm 5 (K)) for a short period of time (2 minutes) resulted in the effective sustained replacement of “general” grain limits of higher energy due to “special” grain limits that have a higher atomic order close to that of the crystal itself, this ultimately being manifested by a high fraction of special grain limits (fsp = 61%) in the heat treated sample at 800 ° C (0.42 Tm K). In addition, as is evident from the inspection of the pole figure found in figure 10 and the texture intensity value (TI = 2.7) in table 13

10 generada por el software de OIM correspondiente a esta muestra, el tratamiento térmico a 800 °C (0,42 Tm K) producía una microestructura que muestra un valor de intensidad de la textura menor de 5 veces el aleatorio. 10 generated by the IOM software corresponding to this sample, the heat treatment at 800 ° C (0.42 Tm K) produced a microstructure that shows a texture intensity value less than 5 times the random one.

Tabla 12: Química del baño y condiciones de metalización usadas para electroformar un metalizado de Ni de grano fino junto con los resultados del análisis químico llevado a cabo en el metalizado. 15 Table 12: Bath chemistry and metallization conditions used to electroform a fine grain Ni metallized together with the results of the chemical analysis carried out in the metallization. fifteen

Química del baño NiSO46H2O 300 g/l NiCl26H2O 45 g/l H3BO3 45 g/l Bath chemistry NiSO46H2O 300 g / l NiCl26H2O 45 g / l H3BO3 45 g / l

Condiciones de metalización Metallization conditions

Temperatura del electrólito: 60 °C pH: 4,0 Velocidad de agitación del electrólito (normalizada para el área de cátodo): 6000 ml/(min.cm2) Densidad de corriente media (Imed) [mA/cm2]: 200 Electrolyte temperature: 60 ° C pH: 4.0 Electrolyte stirring speed (normalized for the cathode area): 6000 ml / (min.cm2) Average current density (Imed) [mA / cm2]: 200

Condiciones de metalización Densidad de corriente máxima [mA/cm2]: 2000 Tiempo de servicio [ms]: 5 Tiempo de reposo [ms]: 45 Tiempo de servicio por pulso inverso [ms]: 0 Densidad de corriente máxima por pulso inverso [mA/cm2]: 0 Tiempo de metalización [min]: 20 Metallization conditions Maximum current density [mA / cm2]: 2000 Service time [ms]: 5 Standby time [ms]: 45 Service time per inverse pulse [ms]: 0 Maximum current density per inverse pulse [mA / cm2]: 0 Metallization time [min]: 20

Análisis químico de materiales Chemical analysis of materials

Elemento Element
concentración en peso (ppm) concentration by weight (ppm)

S S
10 10

P P
50 50

O OR
50 50

C C
100 100


Tabla 13 Resultados del análisis de OIM de muestras cortadas a partir de un metalizado de Ni de grano fino electroformado y tratado térmicamente a 800 °C durante 2 minutos.

Table 13 Results of the IOM analysis of samples cut from an electroformed fine grain Ni metallized and heat treated at 800 ° C for 2 minutes.

Tratamiento térmico posterior al metalizado Heat treatment after metallization
Tamaño de grano (μm) Intensidad de la textura Especial total ( 29) fsp Grain size (μm) Texture Intensity Total Special ( 29) fsp

Ninguno None
0,05 No medible 20* 0 0.05 Not measurable twenty* 0

800 °C/2 min 800 ° C / 2 min
2 2,7 61 0,41 2 2.7 61 0.41

20 twenty
Aunque las enseñanzas del solicitante se describen junto con diversos modos de realización, no se pretende que las enseñanzas del solicitante limiten dichos modos de realización. Las enseñanzas del solicitante engloban diversas alternativas, modificaciones y equivalentes, como se apreciará por los expertos en la técnica. Although the applicant's teachings are described in conjunction with various embodiments, it is not intended that the applicant's teachings limit such embodiments. The applicant's teachings encompass various alternatives, modifications and equivalents, as will be appreciated by those skilled in the art.

25 25

Claims (9)

REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento de preparación de un artículo, comprendiendo el procedimiento las etapas de: 1. A procedure for preparing an article, the procedure comprising the steps of: 5 a) electrodeposición de un material metálico que comprende cobre a partir de un electrólito acuoso que comprende pirofosfato de cobre usando metalización por corriente continua (DC), corriente por pulsos (PP) y/o metalización por pulsos inversos (PR) usando una densidad de corriente media que varía de 5 a 10 000 mA/cm2, un tiempo de servicio por pulso directo que varía de 0,1 a 500 ms, un tiempo de reposo que varía de 0 a 10 000 ms, un tiempo de servicio por pulso inverso que varía de 0 a 500 ms, una 5 a) electrodeposition of a metallic material comprising copper from an aqueous electrolyte comprising copper pyrophosphate using direct current (DC) metallization, pulse current (PP) and / or reverse pulse (PR) metallization using a density of average current that varies from 5 to 10 000 mA / cm2, a service time per direct pulse that varies from 0.1 to 500 ms, a rest time that varies from 0 to 10 000 ms, a service time per pulse inverse that varies from 0 to 500 ms, a 10 densidad de corriente directa máxima que varía de 5 a 10 000 mA/cm2, una densidad de corriente inversa máxima que varía de 5 a 20000 mA/cm2, una frecuencia que varía de 0 a 1000 Hz y un ciclo de trabajo que varía de un 5 a un 100 %, para formar o al menos metalizar parcialmente un artículo, teniendo el material metálico 10 maximum direct current density that varies from 5 to 10 000 mA / cm2, a maximum inverse current density that varies from 5 to 20 000 mA / cm2, a frequency that varies from 0 to 1000 Hz and a duty cycle that varies from 5 to 100%, to form or at least partially metallize an article, the metallic material having 15 i) un tamaño de grano medio de entre 4 nm y 5 μm, y 15 i) an average grain size between 4 nm and 5 μm, and ii) un contenido de impurezas de menos de 20 ppm en peso de S, menos de 50 ppm en peso de O, menos de 50 ppm en peso de P y menos de 300 ppm en peso de C; y ii) an impurity content of less than 20 ppm by weight of S, less than 50 ppm by weight of O, less than 50 ppm by weight of P and less than 300 ppm by weight of C; Y 20 b) tratamiento térmico del material metálico electrodepositado a una temperatura entre 0,25Tm y 0,7Tm K durante un período de tiempo de entre 1 segundo y 75 horas para inducir el crecimiento de grano en el material metálico de tal manera que al menos una porción de material metálico muestra un aumento de al menos 0,3 de la fracción del límite de grano especial y un valor de intensidad de la textura cristalográfica de menos de 7,5 veces el aleatorio. 20 b) heat treatment of the electrodeposited metal material at a temperature between 0.25Tm and 0.7Tm K for a period of time between 1 second and 75 hours to induce grain growth in the metal material such that at least one portion of metallic material shows an increase of at least 0.3 of the fraction of the special grain limit and an intensity value of the crystallographic texture of less than 7.5 times the random. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico son suficientes para inducir al menos un aumento de tres veces del tamaño de grano medio del material metálico. 2. The method of claim 1, wherein the temperature and time of the heat treatment are sufficient to induce at least a three-fold increase in the average grain size of the metallic material. 3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el material metálico se electrodeposita a un espesor 30 de al menos 30 veces el tamaño de grano medio del material metálico. 3. The method of claims 1 or 2, wherein the metallic material is electrodeposited at a thickness 30 of at least 30 times the average grain size of the metallic material. 4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que después de la etapa (b), al menos una parte del material metálico presenta un contenido de límite de grano especial de al menos un 50 %. 4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein after step (b), at least a part of the metal material has a special grain limit content of at least 50%. 35 5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el artículo es una diana de pulverización. The method of claim 1, wherein the article is a spray target. 6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el artículo es un revestimiento de carga conformado. 6. The method of claim 1, wherein the article is a shaped loading liner. 7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, en la etapa (a), el material 40 metálico tiene un tamaño de grano medio de entre 200 nm y 400 nm. 7. The method of any one of claims 1 to 4, wherein, in step (a), the metallic material has an average grain size between 200 nm and 400 nm. 8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el material metálico es Cu y en el que, en la etapa (b), el material metálico depositado se trata térmicamente a una temperatura entre 150 °C y 500 °C durante un período de tiempo suficiente para inducir un aumento de al menos tres veces del tamaño de grano medio del 8. The method of claim 7, wherein the metallic material is Cu and wherein, in step (b), the deposited metallic material is heat treated at a temperature between 150 ° C and 500 ° C for a period long enough to induce an increase of at least three times the average grain size of the 45 material metálico. 45 metallic material. 9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el artículo es adecuado para uso en ambientes nucleares. 9. The method of claim 1, wherein the article is suitable for use in nuclear environments. 10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el artículo es adecuado para uso en turbinas de gas. 50 10. The method of claim 1, wherein the article is suitable for use in gas turbines. fifty
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