JP4621258B2 - 微細粒金属およびポリマー材料を含む物品 - Google Patents

Description

２００４年１２月１７日出願の米国の一部継続出願第１１／０１３，４５６号に対応する。

本発明は、構造シェル(structural shell)を実現するように、高い比強度、靱性および弾性（＞０．２５ＭＰａ）を有する、厚い（＞２５μｍ）、微細粒（平均粒径（粒サイズ）２ｎｍから５０００ｎｍ）の金属、金属合金または金属マトリックス複合材料のポリマー基材への被覆に関する。本発明にかかる物品は、ポリマーまたは複合基材に高強度構造シェルを使用し、大幅な軽量化が可能な多様な用途での使用を見出せる。用途は、自動車用部材、航空部品、防衛部品、消費財、医療用部品およびスポーツ用品を含む。適当な工業部品には、とりわけ、例えば、スキーポールおよびハイキングポール(hiking pole)、釣竿、ゴルフシャフト、ホッケースティック、ラクロススティック、野球およびソフトボールのバット、自転車のフレーム、スノーボードに用いるチューブまたはシャフトと、ゴルフクラブのヘッドフェイスプレートのようなプレートと、スポーツラケット（テニス、ラケットボール、スカッシュ等）、ゴルフクラブのヘッド、自動車のグリルガード、ブレーキ、クラッチもしくはアクセルペダル、燃料レール(fuel rail)、ランニングボード(または、踏板、running board)、スポイラー、マフラーチップ、ホイール、自動車フレーム(vehicle frame)、構造ブラケット(structural bracket)等の複雑な形状体とを含む。部品は、少なくとも部分的に前記微細粒金属材料により被覆されている。

本発明は、また、円筒、円錐、またはテーパーの付いたシャフトのような適切な基材に直接、金属微細粒材料を付着(または、堆積、deposit)することに関する。他の態様では、微細粒金属のプレート、または、フォイルを形成でき、そして、接着剤を用いて適切な基材(または、基板、substrate)に被覆することができ、高い剛性率、高い反発係数、および、高いねじり剛性が要求される、強く、延性があり、軽量な部材を作る。

多くの用途で、物品について、強く、耐摩耗性を有し、軽量であり、そして、高い比強度と、高い衝撃靱性と、高い曲げ剛性とを示し、かつ、簡便に、および、コスト効率良く製造できることを求めている。

２．金属被覆工程
スポーツ用品、自動車部品等の各種の物品の表面に金属被覆を被覆する、電解メッキ、非電解メッキおよび粉末コーティング法を含む多くの金属付着（または、被覆、deposition）技術が知られている。

２．１．無電解被覆
無電解被覆工程（コーティング）は、特にＮｉ、ＣｕおよびＡｕで商業的に用いられている。無電解被覆の付着速度は低く、通常、０．２５ｍｉｌ／ｈｒ（６．３５μｍ／時間）〜０．５ｍｉｌ／ｈｒ（１２．７μｍ／時間）であり、非晶質の微細構造を生じる。無電解メッキ方法による一般的な被覆の厚さの値は、１ｍｉｌ（２５μｍ）より遥かに小さく、主に、見た目を向上または引っ掻き抵抗性(scratch resistance)もしくは耐食性を改善するのに用いる。Ｌｅｉｂｏｗｉｔｚによる米国特許第３，５９７，２６６号公報（１９７１年）には、よく知られた無電解ニッケルメッキ法が開示されている。

２．２．従来の電解メッキ
従来の粗大粒径の金属被覆を、一般的に１ｍｉｌ／ｈｒ（２５μｍ／時間）より早い付着速度で基材に付着する多くの電解メッキ方法が知られており、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎを含む多くの化学物質のための多くの電解メッキ法が商業的に利用可能である。電気メッキ(または、ガルバニックコーティング、galvanic coating)の場合、被覆が約５〜１０μｍの厚さになると、大きく表面に凹凸を生じる(textured)、および、異方性を有し、一般的に粒（結晶粒）の幅が数μｍで粒の長さが数１０μｍである細長い円柱状の粒（結晶粒）が主となるように成長する傾向がある。従来の電解メッキ法により被覆した薄いコーティング（被覆）は、通常、１０μｍ以上（≧１０μｍ）の平均粒径（粒寸法）を示し、被覆された物品全体の機械的特性を顕著に向上することはなく、従って構造
シェルを備えない。

Ｄｏｎａｖａｎによる米国特許第６，４６８，６７２号公報（２００２年）は、最初にプラスチックの基材に電気伝導性の被覆を付着し、次いで平坦度の高い半光沢ニッケル電解メッキ層を電着(electrodepositing)し、さらに光沢ニッケル電解メッキ層を電着し、最後にクロム層を電着すことにより、プラスチック基材に、優れた耐食性と熱サイクル特性とを有する装飾性のクロムメッキを形成する方法を開示する。

２．３：微細粒電解メッキ
平均粒径を相当程度小さくすると、金属材料の特定の物理的、化学的または機械的特性が大きく向上することが、近年、知られている。例えば、ニッケルの場合、最大抗張力が４００ＭＰａ（粒径が５μｍより大きい、従来の場合）から１０００ＭＰａ（１００ｎｍの粒径）、最終的には、２０００ＭＰａより高く（１０ｎｍの粒径）まで増加する。同様に、ニッケルの硬度が、１４０ＶＨＮ（粒径が５μｍより大きい、従来の場合）から、３００ＶＨＮ（１００ｎｍの粒径）および６５０ＶＨＮ（１０ｎｍの粒径）に増加する。以下を含む既知の技術において、電解メッキした微細粒金属材料の耐久性および各種性能特性の改善が知られている。

本願出願人に譲渡されているＥｒｂによる米国特許第５，３５２，２６６号（１９９４年）および米国特許第５，４３３，７９７号（１９９５年）の公報は、ナノ結晶(nanocrystalline)金属材料、とりわけ、パルス電着と水性電解質電池(aqueous electrolytic cell)とを用いた、平均粒径が１００ｎｍ未満のニッケルナノ結晶を開示している。この発明の製品は、耐摩耗性被覆と磁性材料とを含む。

また本願出願人に譲渡されている、Ｐａｌｕｍｂｏによる独国特許第１０，２８８，３２３号の公報（２００５年）（国際公開ＷＯ ２００４／００１１００ Ａ１に対応）は、ナノ結晶の金属、金属合金または金属マトリクス複合材料の被覆または独立した付着物(freestanding deposit)を形成する方法を開示している。この方法は、タンク、ドラムまたは部分メッキ（セレクティブメッキ）方法を用いる。新しいナノ結晶金属マトリクス複合材料および微小部材（または、マイクロコンポーネント、micro-component）も開示している。

２．４：他の態様の微細粒被覆法
多くの特許公報が、金属被覆の準備のための低温粉末スプレー法を開示している。

Ａｌｋｈｉｍｏｖによる米国特許第５，３０２，４１４号公報（１９９１年）は、金属もしくは合金パウダー、ポリマーパウダー、またはこれらの混合物をガスの流れの中に導入することにより、物品に被覆するコールドガスダイナミックスプレー法を示している。ガスと粒子（平均粒径：１〜５０ミクロン）は、パウダー材料が溶融する温度より十分に低い温度で、超音速ジェット（速度：３００〜１２００ｍ／秒）を形成する。ジェットは、金属、合金または、誘電体よりなる物品に直接向けられ、これにより、物品を粒子(particle)により被覆する。

Ｔａｐｐｈｏｒｎによる米国特許第６，９１５，９６４号公報（２００５年）は、固体析出(solid-state deposition)、および、パウダー粒子の凝集(consolidation)により、被覆を形成する方法を示す。粒子を含む、亜音速、または、音速のガスジェットが物体の表面に向けられる。高速衝撃と熱塑性変形とにより、パウダー粒子は、基材と強固に結合し、また、互いに密着して結合して金属結合により凝集した材料を形成する。パウダー粒子、および、必要に応じ、物体の表面は、降伏強度が低下し、高速衝撃を受けた際に低い流動応力レベルで塑性変形できる温度まで加熱される。パウダー粒子の溶融は起こらない。

３：ポリマーの基材
適切な恒久ポリマー基材は、例えば、金属、金属合金、ガラス、セラミックス、ならびにグラファイト、グラファイトファイバおよびカーボンナノチューブよりなる群から選択されるカーボンベース材料により、必要に応じ充填または補強され得る、ポリマー材料を含む。強度およびコストのために、充填ポリマーは非常に望ましい、プラスチック基材材料である。本明細書では、用語「充填（filled）」は、タルク、ケイ酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、フェライト、および、多くの供給源より市販されている、重量比で最大約４０パーセントのフィラーを含む混合シリケートのような粉末状（すなわち、０．２〜２０ミクロン）の鉱物(mineral)フィラーを含むポリマー樹脂を意味する。例えば、非導電性、または、導電性が悪い基材に電解メッキによりコーティングを被覆する場合のように、必要であれば、基材ポリマーの表面をメタライズ（または、金属化、metallize）し、ポリマー基材の表面をメッキのために十分な導電状態にすることが可能である。この場合、微細粒被覆層は、常に、実質的にメタライズ層よりも厚い。

Ｐｏｐｐｅによる米国特許第３，６５５，４３３号公報（１９７２年）は、ポリマー中に１〜２５重量パーセントの金属レジネート（または、金属樹脂酸塩、metal resinate）含むことにより、金属のプラスチックへの付着力が向上する、とりわけ、電解メッキに適した非導電性プラスチック基材を開示する。ポリエチレン、ポロピロピレン、プロピレン−エチレンコポリマーのような結晶ポリオレフィンが、カルシウムレジネート、亜鉛レジネート、アルミニウムレジネート、ナトリウムレジネート、カリウムレジネートまたはアンモニウムレジネートにより改変されて、金属とこれらとの付着力を改善する。

Ｄｉｎｇによる米国特許第６，５０９，１０７号公報（２００３年）は、金属をメッキするのに優れ、いろいろなモールディング方法により容易に物品に加工できるポリオレフィンの組成を開示している。この発明のブレンドは、好ましくは、ポリオレフィンのホモポリマーまたはコポリマーと、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンと、少なくとも１つのスチレンモノオレフィンコポリマーおよび少なくとも１つのスチレンジオレフィンコポリマーのブレンドとを含む。これらのブレンドは、優れたメッキ性と、向上した剛性、靱性および寸法安定性を含む卓越した物理特性を有する。

４：メタライズしたポリマー基材
低コストおよびいろいろな手段により加工および成形が容易なことから、昨今、プラスチック材料は、しばしば、自動車産業および他の分野において、装飾部品に用いられる。プラスチック材料は、電解メッキが可能で、審美的な仕上げを行えることが、当該技術分野では広く知られている。銅、ニッケルおよびクロムを連続的に電解メッキした層を含む装飾的なクロムメッキは、最適な方法である。電着物は、例え腐食環境下および屋外で使用されるような熱サイクルを受ける場合でも、延在するプラスチック基材に十分密着する必要がある。この既知の技術は、基材の表面を調整し、電解メッキに適した状態にするように、プラスチックをメタライズして、電着物が適切にプラスチック（基材）に接着し、耐久性および密着性のある電着物が得られる、多くの方法を示している。

Ｌｉｕによる米国特許第４，６０４，１６８号公報（１９８６年）は、成形した鉱物充填ナイロンの表面を準備し、密着性のある電解金属コーティングを得る、以下の工程を含む方法が示されている。表面をプラズマグロー放電に暴露する工程と、プラズマ処理した表面に、クロム、または、チタンのフィルムを真空蒸着（vacuum depositing）する工程と、クロムまたはチタンのフィルムにニッケルを真空蒸着し、これらが酸化するのを防止する工程と、ニッケルフィルムに銅フィルムを真空蒸着する工程。

Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎによる米国特許第４，５５２，６２６号公報（１９８５年）は、ナイロン−６のような、熱可塑性樹脂を充填した金属をメッキする方法を示している。メッキをする充填樹脂の表面を、洗浄し、親水性を持たせ、好ましくは、適切な溶媒または酸により脱脂する。その後、無電解メッキを行い、導電性金属を付着し、次に、電解メッキにより、少なくとも１つの金属層を被覆し、所望の耐摩耗性、および／または装飾的な金属表面を得る。

Ｃｏｎｒｏｄによる米国特許第５，３７６，２４８号公報（１９９４年）は、プラスチック基材が、事前の無電解メッキを必要とせずに、電解メッキできるダイレクトメタライゼーション(direct metallization）方法を示す。この方法は、特別に処方した、ポストアクチベーターコンポジション(post activator composition)を高温で用い、不均化反応を起こすＣｕ２^＋のような金属を効果的な量含有するアルカリ溶液により活性化した表面を処理する。

Ｊｏｓｈｉによる米国特許第６，６４５，５５７号公報（２００３年）は、非導電性表面に錫塩(stannous salt)の水溶液、または、混合物を接触し、感光面を形成する工程と、感光面に、ｐＨが約５〜約１０の範囲にある、銀塩を含む水溶液、または、混合物を接触し、触媒面を形成する工程と、触媒面に無電解メッキ液を被覆することにより、触媒面を無電解メッキする工程とにより、非導電性面に金属導電層を形成する方法を示している。

５：金属メッキをした物品
［スポーツ用品］
プラスチックと複合材料よりなる金属コートした基材を含む物品が、従来より知られている。軽量なスポーツ用品、自動車部品、工業用部材のような多くの物品は、破損により故障し易い傾向がある。例えば、釣竿の先端の故障および破損は、生産者にとって、釣竿の返品補償(warranty return)の主たる要因となっている。ゴルフクラブは、地面に近接近(close proximity)して振られることから、ゴルフクラブのヘッドが、かなりの力で地面を叩き、大きな力または回転力が、シャフトの最も細い部分、すなわちクラブヘッドと繋がっている先端に加わることは珍しいことではない。この衝撃は、シャフトの先端の破損が生ずる部分、または、クラブヘッドに緊密に近接した部分の複合材を破壊し得る。

Ｓｎａｄｍａｎによる米国特許第５，５３８，７６９号公報（１９６９年）は、釣竿またはゴルフシャフトに適した、補強した先端を有する、グラファイト複合材料のシャフトを開示している。このシャフトは、少なくとも部分的に、１以上の層(ply)のグラファイト複合材料よりなる、ベースシャフトを含む。これらのシャフトは、通常、衝撃損傷を受け易い、比較的細長い先端を有している。補強層が、ベースシャフトの全長の一部分のみに延在し、先端部で生じる衝撃に、シャフトがより耐えるようにすることを意図しており、これにより、シャフトを組み入れた、釣竿またはゴルフクラブの特性が低下することなく、シャフトの耐久性が向上する。補強層は、適切な補強テープをシャフトの外側に巻き付けることにより取り付ける。

Ｇａｌｌｏｗａｙによる米国特許第６，６９２，２３７号公報（２００４年）は、炭素／エポキシのような、複合材料よりなる改良されたゴルフクラブと、シャフト本体の少なくとも一部分の周囲に、スパイラル状に巻き付いている金属箔（フォイル）を開示する。金属箔は、シャフトの捻り剛性を向上し、また、シャフトの曲げ剛性を改善し、これにより、ゴルフクラブの第１および第２周波数を所望の範囲に維持できる。

本願の出願人に譲渡されている、Ｐａｌｕｍｂｏによる米国特許出願第１１／０１３，４５３号の公報（２００４年）は、例えば、ゴルフクラブのシャフト、スキーおよびハイキングポール、釣竿もしくは自転車フレームに用いられる、シャフト、またはチューブ、スケートブレード、ならびに、スノーボードを含む、自動車用、航空機用、製造業用および防衛産業用の少なくとも部分的に特定の金属材料の微細粒層を電解メッキした物品を開示している。複雑な形状を有する被覆した部品も示されている。別の態様では、円錐状または円筒状のゴルフクラブシャフト、ハイキングポールのシャフトまたは釣竿の部分、板またはフォイル等のような物品を、適切なマンドレルまたは仮の基材の上で、高い反発係数と高い剛性を示し、強く、延性があり、軽量の部材が得られる微細粒金属材料を電解メッキすることが可能である。

Ｙａｎａｇｉｏｋａによる米国特許第４，１８８，０３２号公報（１９８０年）は、実質的に外面全体にわたり、耐摩耗被覆を備えることを目的に、ニッケルとニッケル基合金とからなる群より選択される金属メッキを有する、繊維補強材料よりなる、ニッケルメッキしたゴルフクラブのシャフトを開示している。

Ｃｈａｐｐｅｌによる米国特許第６，３４６，０５２号公報（２００２年）は、マルチレイヤー（または、多層構造）を備えた、ゴルフのアイアンクラブを開示している。そのゴルフクラブのヘッドは、柔らかいニッケル合金のコアと、硬いクロム被覆とを含む。このゴルフクラブのヘッドを製造するのに用いた方法は、柔らかいニッケル合金コアを鋳造し、コアに硬いクロム被覆を電気メッキする、インベストメント鋳造(または、焼き流し鋳造、investment casting)を含む。従来のゴルフクラブに用いる装飾的なクロムメッキ（約３５から約４５のロックウェルＣ硬さ、通常０．０５〜０．２ｍｉｌ（千分の１インチ）の厚さ）と異なり、この発明で用いるクロム外側層は、０．８ｍｉｌ〜約１ｍｉｌ（２０μｍ〜２５μｍ）の厚さであり、従来のクラブの従来の装飾的なクロム被覆よりも少なくとも４倍厚い。実施した硬質クロムメッキは、ゴルフボールが当たった時の比較的柔らかいニッケル合金コアの感触の特徴を犠牲にすることなく、耐久性を与える。

Ｈｅｉｎｒｉｃｈによる米国特許第６，６７９，７８８号公報（２００４年）は、打撃面（または、フェイス、striking face）の少なくとも一部が、遷移金属の合金と、平均の溶射粒子の速度が５００ｍ／秒よりも大きい溶射法による、硬さが１５２０ＶＨＮより大きい半金属とを被覆した、ゴルフクラブのヘッドを開示している。

ゴルフクラブのヘッドおよびフェイスプレートは、主に金属よりなるが、ポリマー材料を用いることが可能である。これに関連して、金属のゴルフクラブヘッドのフェイスの凹部に内部のグラファイト−エポキシ樹脂複合材料のインサートを鋳造する方法を開示するＰｏｎｄによる米国特許第５，５２４，３３１号公報（１９９６年）を参照する。このアプローチの目的は、重り(weight)を中心から遠くへ移動し、内部のモーメントを増加することである。

Ｓｃｈｍｉｄｔによる米国特許第５，４８５，９９７号公報（１９９６年）は、フェイスプレートインサートがエラストーマのような非金属材料からなり、スィートスポットが広がり、周辺重量配分(peripheral weighting)を改善したゴルフパターのヘッドを開示している。

Ｓｔａｕｆｆｅｒによる米国特許第３，９４９，９８８号公報（１９７６年）、Ｍａｔｓｕｏｋａによる特開２０００−０６１００５号公報（１９９８年）および特開平９−２８５５６９号公報（１９９６年）を含む、多くの刊行物が、内面もしくは外面、またはハンドルおよびフレームの壁の内部の構造ストラップもしくはプレート(structural strap or plate)により、補強または強化したスポーツラケットを示している。

Ｒｅｅｄによる米国特許第５，６５５，９８１号公報（１９９７年）は、弾性があり、また、靱性のあるポリマー材料の第１層と、アルミニウム、銅、金および銀を含む金属を含む第２層と、透明で、弾性を有し、靱性のある材料を含む第３層とによる非金属被覆を含むホッケーのスティックのシャフトを示している。気相真空蒸着法により基材に薄い金属層を被覆する。ベース層、金属層および最上層の全体で厚さは３ｍｉｌ未満である。薄い金属層（最大厚さ０．０１ｍｉｌ（０．２５μｍ））の唯一の目的は、外観を向上することである。

［ポリマーの銃弾ケーシング］
Ｂｕｒｇｅｓｓによる米国特許第３，７４９，０２１号公報（１９７３年）は、金属メッキをしたプラスチックの銃弾カートリッジケーシングを開示している。ニッケルまたはクロムの、好ましくは、０．０５〜０．１ｍｉｌの厚さの金属フィルムをカートリッジのプラスチックケースにメッキし、カートリッジケースの強度、耐摩耗性(abrasion resistance)、耐火性ならびに潤滑性を向上させる。プラスチックケーシングは、充填されたまたは繊維で補強されたプラスチックを含んでもよい。メッキをした金属表面の厚さは、好ましくは、５〜７ｍｉｌであり、また、補強をしていないプラスチックのケーシングと一緒に用いて、プラスチックケーシングの選択した領域の強度を増加させてもよい。

Ｈｕｓｓｅｉｎｉによる米国特許第６，８４５，７１６号公報（２００５年）は、少なくとも部分的に銃弾をかたどる、成形したプラスチックカートリッジのケーシングを開示している。Ｅ．Ｉ． Ｄｕｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒ社から市販され、６１２Ｎｙｌｏｎを変形して弾性応答性を高めたＺＹＴＥＬ（登録商標）樹脂は、カートリッジのケーシングに、とりわけ適した材料である。ベース（または、基材）は、真鍮ベースのような金属ベース、プラスチック材料ベース、セラミックスベース、複合材料ベース、または、これらの組み合わせてもよい。

［自動車用物品］
プラスチック、および外観および防蝕のために、必要に応じ、金属を被覆した複合材料より作られる、多くの自動車用物品が従来から知られている。プロントエンドグリル、または、ホイールカバーのような、自動車の外装部品は、概して、より厚い金属層を含み、自動車の内層部品や、家庭向け装飾部品よりも、より厳しい腐食環境に耐えるように構成されている。

Ｗａｎｇによる米国特許第６，０１０，１９６号公報（２０００年）は、好ましくは、従来のメッキをしていない自動車用ホイールのプラスチック基材により構成される、薄いクロムメッキをしたホイールカバーにより形成される、シミュレートしたクロムメッキ自動車ホイールを示している。ホイールカバーは、自動車用ホイールの輪郭と表面パターンと同じ、輪郭と表面パターンを有し、これにより、肉厚のクロム(solid chrome)をメッキしたような外観を与える。

Ｖａｎｄｅｒ Ｔｏｇｔｉｎによる米国特許第４，９９９，２２７号公報（１９９１年）は、メッキ可能なグレードのＡＢＳプラスチック（樹脂）をインジェクションモールドしたシェルを含む自動車用バンパーを開示する。プラスチックのシェルは、金属クロムをメッキし、そして、エチレンアイオノマーの注入により裏込め（backfill）する。この複合構造は、魅力的な外観を有し、軽量で、製作が容易で、かつ、自動車の耐衝撃部材として用いるのに必要な構造的完全性(structural integrity)を有する。

Ｌｕｃｈによる米国特許第４，４２９，０２０号公報（１９８４年）は、例えば、ノブ、ナット、飾り若しくは装飾品(trimming or ornament)、およびグリル、ヘッドランプのベゼル(besel)と周辺部、ホイールカバー、飾り、ハブ等を含む自動車部品のような、銀色の金属表面を有する金属−ポリマー複合物品を開示している。ポリビニール、ポリオレフィン、ポリスチレン、エラストーマ、ポリエステルを含む、直接電解メッキ可能な適切なポリマー材料は、カーボンブラックと硫黄とを含有する。ポリマーの表面は、錫とＶＩＩＩ属金属との合金をメッキする。耐久性と密着性のあるＮｉ層をプラスチックの基材と表面のメッキの間に配置する。

Ａｎｄｅｒｓｏｎによる米国特許第４，６７１，５５２号公報（１９８７年）は、ピックアップトラック、バンおよび４輪駆動自動車のような軽量トラックタイプ(light truck type)の自動車に用いる、ＡＢＳのような硬質プラスチックのプレートと、Ａｌまたは鉄のチューブよりなる改良したグリルガードであって、比較できる鉄のユニットよりも実質的に軽く（おそらく３分の１の重量）、実質的に安く（おそらく３分の１のコスト）、さらに、対応するメッキした鉄のグリルガードと同等の外観を備えた、グリルガードを示している。このグリルガードは、補強されてもよいエンドプレート（end plate）を含む。

Ｂｕｃｋｌｅｙによる米国特許第６，８０２，２３２号公報（２００４年）は、ゴルフカート(golf vehicles)およびユーティリティービークル（utility vehicle )に用いる、成形したプラスチックよりなる、プレーキベダルとアクセルペダルとを示している。ペダルアームのアッセンブリは、インジェクションモールドし、アームとペダル部材とを一体で成型する。ペダルアームアッセンブリは、構造の剛性を改善するために、ペダルアームアッセンブリ内部に封入する内部補強部材を含んでもよい。

Ｓｍｉｔｈによる米国特許出願公開第１０／７００，８８７号公報（２００３年）は、クラスＡの自動車仕上げを有する、熱可塑性樹脂で成形された上部と、補強リブを有し、ブラケットが取り付けてある下部とからなる、乗用車または軽量トラック用のステップを開示している。上部は、クラスＡの自動車仕上げを有する塗膜(paint film)と、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）の薄い層と、ポリプロピレンの厚い層とからなる３つの層を含む。下部は、均一であり、ＴＰＯ、ポリプロピレンまたは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）のようなプラスチックでもよく、このプラスチックは、さらに、短く切った、ランダムな方向を向いた、ガラス補強ファイバを有してもよい。２つの部分は、自己接着(autogenous bonding)により周辺部が互いに締め付け合う。

本発明の目的は、ポリマー基材の上に、微細粒構造の金属層を有する、スポーツ用品、自動車、航空機および工業部材に用いる、強くて軽い物品を提供することである。例えば、適切な、金属蒸着法または糊付けを含む、別の接着手段により、高強度の金属、金属合金または金属マトリクス複合材料の微細粒の層をポリマー基材に被覆して、全体の強度重量比を向上し、減衰特性を改善し、および／または、高い硬度、高い復元力（弾性）、高い降伏強度、高い耐引っ掻き性、高い耐摩耗性および魅力的な外観を有する内面または外面を備える。

本発明の目的は、物品を強くし、耐摩耗性(wear and abrasion resistant)を高め、軽量にするために、微細粒金属材料を提供することである。電着、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、ガス凝縮およびコールドスプレー法により、微細金属材料を合成することである。

本発明の目的は、微細粒金属被覆を、例えば、グラファイトファイバ／エポキシ樹脂複合材料、ポリアミド、ガラス充填ポリアミド、ポリエステル、ポリタラミド(polythalamide)、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）またはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）のような、充填または非充填ポリマーよりなる物品の表面の少なくとも一部分に皮膜することである。必要に応じ、ポリマー基材の表面は、化学的還元（無電解メッキ、または、化学還元スプレー）、溶射、化学蒸着、物理蒸着、またはこれらのうち２以上を含む、様々な適切な工程により、例えば、銀、ニッケル、銅等、もしくは、これら金属の２以上に組み合わせの薄い層を表面に被覆することにより、ポリマー基材の表面を導電性にすることが可能である。他の態様では、例えば、導電性塗装、導電性エポキシまたはポリマーの(polymeric)接着材料のような中間導電層は、導電性粒子を内部に含んだ高分子材料を含む。導電性粒子は、Ａｇ、ＮｉもしくはＣｕまたはグラファイトもしくは他の導電性炭素、またはこれらの２以上の組み合わせよりなる、またはそのようなものを含む。

本発明の目的は、ポリマーの基材の表面を前処理して、微細粒金属被覆を被覆する前に、Ｒａ＝０．２５μｍからＲａ＝２５μｍの範囲の表面粗さを実現することである。本明細書において、平均粗さＲａは平均値のラインからのプロファイルのズレの絶対値の算術平均と規定され、表面仕上げ測定において、群を抜いて最も一般的に用いられるパラメータである。

本発明の目的は、微細粒金属材料を、チューブ、シャフトおよび複雑な形状の物品に被覆可能な方法を提供することである。

本発明の目的は、軽量で、耐摩耗性を有し、永久変形に対する抵抗性が高く、クラックが生じる、または破損する際に裂ける（splinter）ことのない、スポーツ用品、自動車および工業部品等に用いる、シャフト、チューブまたは他の適切な形状を提供することである。

本発明の目的は、微細粒金属層により、少なくとも部分的に、被覆または包まれた(encapsulate)、ゴルフクラブのヘッド、ゴルフクラブのシャフト、ホッケーのスティック、ラクロスのスティック、スキーポールおよびハイキングポールのシャフト、釣竿、野球およびソフトボールのバット、自転車のフレームに使用するチューブ、矢柄ならびにポリマーカートリッジケーシングを含む、物品を提供することである。

本発明の目的は、３００ＭＰａ以上、好ましくは５００ＭＰａ以上、より好ましくは７００ＭＰａ以上の降伏強度を有する微細粒金属層により、少なくとも部分的に被覆または包まれた(encase)物品を提供することである。

本発明の目的は、少なくとも部分的に微細粒金属材料により被覆または包まれ、従来の物品よりも、５％より多く、好ましくは１０％より多く、さらに好ましくは２０％より多く、よりさらに好ましくは４０％より多く、軽い物品を提供することである。

本発明の目的は、軽い全体重量で、飛距離性能を向上させることができるゴルフクラブを提供し、クラブシャフトおよびヘッドの制御を向上し、および／または、ゴルフボールの飛距離および精度の特性を改善し、さらに振動減衰特性を改善することである。

本発明の目的は、少なくとも部分的に微細粒金属材料により被覆または包まれ、剛性が改善し、硬い物体に衝突した際に曲がらず、高い比強度を備えた炭素繊維／エポキシベースの矢柄であって、軽量であり、矢がより早い速度に達することが可能で、従って当たった瞬間に高い運動エネルギーを供給する矢柄を提供することである。

本発明の目的は、従来の真鍮でケーシングした銃弾と比べ、安いコストで、連発銃に用いるのに適当な、軽量のポリマーケーシングした銃弾を提供することである。

本発明の目的は、ラケット（例えば、テニス、スカッシュ、バドミントン等、野球バット、スキー、ゴルフクラブのフェイスおよび／またはヘッド）または他のスポーツ用具、自動車部品（例えば、グリルガード、ブランケット、ランニングボード）および工業部品のような複雑な形状を含む部品の内面または外面を、強く、軽量で、高い剛性を有し、抗撓み性を有し、高い固有振動数を有し、かつ、高弾性を示し、一方で、簡易でコスト効率の良い方法で製造される、微細粒金属材料により、少なくとも部分的に被覆または覆うことである。

本発明の目的は、電解メッキまたは電鋳後に、適切な熱処理を行うことにより、さらに強くすることが可能な、微細粒金属材料を備えた強く、硬い、物品を提供することである。

本発明の目的は、プラスチック基材（例えば、射出成形またはブロー成形した、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ナイロンを含むポリアミド、熱可塑型ポリオレフィン（ＴＰＯ）、）備えたゴルフクラブのヘッドを含む物品の内面または外面の少なくとも一部に、微細粒金属層、微細粒金属合金層または微細粒金属マトリックス複合材料層を被覆し、これにより以下を備えたゴルフクラブのヘッドを形成することである。
（ａ）ゴルフボールの飛距離が向上する、軽量で高弾性の表面領域。
（ｂ）例えばゴルフボールを打った時に、優れた「音」および「感触」をあてる減衰特性。
（ｃ）クラブヘッドの戦略的な周辺重量配分を可能にする、高い強度−重量比。
（ｄ）改善した引っ掻き抵抗性と耐摩耗性のための高硬度の外面。

本発明の目的は、例えば、自動車用構造部品の内面または外面の少なくとも一部に、微細粒金属層、微細粒金属合金層または微細粒金属マトリックス複合材料層を被覆し、以下を達成することである。
（ａ）強く、薄い微細粒被覆により、嵩張る部品に代えてスペースが限られた部品の構成が可能な、向上した比重量強度性能。
（ｂ）軽量の微細粒被覆により曲げ剛性を改善し、固有振動数が増加し、多くの場合、金属シェル及び／又は被覆による形状係数（shape factor）を活用する、改善した剛性。
（ｃ）改善した衝撃靱性、クリープおよび疲労特性。
（ｄ）引っ掻き抵抗性および耐摩耗性を改善する高い外面硬度。

これらの目的の達成、ならびに市販の物品、とりわけ、スポーツ用具、自動車部品、航空機および工業部品の特性改善を視野に入れ、１つの実施形態にかかる発明は、２ｎｍ〜５０００ｎｍの間の平均粒径と、２５μm〜５ｍｍの間、および、最大５ｃｍの厚さと、２００ＶＨＮ〜３０００ＶＨＮの間の硬度とを有する微細流金属、微細流金属合金または微細流金属マトリックス複合材料の被覆を備えた物品を提供する。皮膜は、少なくとも０．２５ＭＰａから２５ＭＰａまでの剛性と、少なくとも０．２５％から２．００％までの弾性歪限度(elastic strain limit)を示す。

本発明の更なる実施形態は、平均粒径が２ｎｍ〜５μｍ、硬さが４００ＶＨＮ〜２０００ＶＨＮ、降伏強度が２００ＭＰａ〜２７５０ＭＰａである、フォイル、テープおよびプレートを含む微細粒電鋳金属部品を提供する。超微細電鋳金属部品は、その後、適切なポリマー基材に被覆され、しっかりと固定される。

ポリマー基材上の総重量の少なくとも５％、好ましくは１０％より多く、より好ましくは、２０％より多く、７５％、８５％または９５％までの微細粒を含み、必要に応じ適宜、グラファイト／カーボンファイバを含む、シャフトおよびチューブのようなポリマー／金属複合材料の物品を開示する。微細粒金属被覆を含む物品の単位重量あたりの捻りまたは曲げ剛性は、この金属皮膜を含まない同じ物品の捻り剛性と比較すると、少なくとも５％は改善している。

本発明にかかる物品を製造、または、被覆するための適切な方法は、電着、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、ガス凝縮およびコールドスプレー法を含む。

電着を、本発明のスポーツ用品の物品および部材を製造する方法として用いる場合、メッキをする金属もしくはメタライズしたワークピース、または再利用可能なマンドレル／暫定的な基材(mandrel/temporary substrate)を、適切な電解液を含むメッキ浴内で位置合わせする工程と、メッキをするマンドレル／暫定的な基材と、１またはいくつかの陽極とを電気的に接続する工程と、適切な直流または本願の出願人に譲渡されている独国特許第１０，２８８，３２３号の公報（２００５年）に開示されているパルス電着（５〜１０％の負荷サイクル）を用い、ワークピースの表面の少なくとも一部に平均粒径１０００ｎｍ未満の金属材料を形成及び電着する工程とを含む。本発明にかかる物品の準備に用いてもよい電着方法を開示する独国特許第１０，２８８，３２３号は、参照することにより本明細書に含まれる。

必要な付着速度は少なくとも２５μｍ／時間、好ましくは５０μｍ／時間以上、より好ましくは、７５μｍ／時間よりも早い。

金属としてＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、ＺｎおよびＺｒからなる群から、合金元素としてＭｏ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、Ｐ、ＳおよびＳｉからなる群から選ばれた、純金属または合金および金属複合材料であって、粉末、繊維、ナノチューブ、フレーク、金属粉末、金属合金粉末、Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，ＶおよびＺｎの金属酸化物粉末、Ａｌ，Ｂ，ＳｉおよびＴｉの窒化物、Ｃ（グラファイト、ダイヤモンド、ナノチューブ、フラーレン）、Ｂ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｗの炭化物、および、ＭｏＳ_２もしくは例えばＰＴＦＥのような有機材料のような自己潤滑材料のような、微粒子添加剤を有する、純金属または合金の金属複合材料の高強度被覆を得るのに、適切な金属付着方法を用いることが可能である。この適切な方法は、金属部材、または、メタライズした非導電部材に、高強度の等軸被覆を形成するのに用いることが可能である。また、別の態様では、同じ金属電着方法は、適切な暫定基材に独立した (または、単独の、stand alone)物品を形成し、所望のメッキ厚さに達した後に、暫定基材から、独立した、電鋳物品を取り外し、その後の工程で、この電鋳物品を適切な接着剤によりポリマー基材に被覆するのに用いることが可能である。

適切な、恒久ポリマー基材材料は、充填または非充填エポキシ樹脂部材、ポリアミド、ポリエステル、ポリタラミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ポリカーボネートおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）を含む。適切なフィラーは、ガラスファイバ、カーボン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイトファイバ、金属、金属合金、セラミックス、ならびにタルク、ケイ酸カルシウム、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、フェライトおよび混合シリケートのような鉱物フィラーを含む。タルク、ケイ酸カルシウム、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、フェライトおよび混合シリケート（例えば、ベントナイトまたは軽石）のような粉末（例えば、粒径０．０２〜２０ミクロン）鉱物フィラーを含み、鉱物量が最大で約４０重量％で、比較的低いコストで高強度を与える、鉱物充填メッキ用グレード(plating-grade)のポリアミド樹脂は、とりわけ、適切な基材である。適切なポリアミドは、例を挙げるとアライドケミカル、ファイアストーン、デュポンおよびモンサントを含む多くのメーカーより市販されている。他の適切な基材は、メッキ用グレードが利用可能で、必要に応じ適宜、ガラスファイバを含む諸々のフィラーにより補強される、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）および熱可塑型ポリオレフィン（ＴＰＯ）を含む。

任意の適切な成形(molding)または形成作業により準備された、ポリマー部分の表面は、通常、非常にスムースで、表面粗さ、Ｒａ＜０．１μｍである。金属被覆の密着性が向上するように、例えば、機械的摩耗、プラズマ、化学エッチングのような、あらゆる適切な手段により、被覆をする表面を粗面化し、Ｒａ＝０．２５μｍ〜２５μｍの範囲の表面粗さを得る。

以下のリストは、本発明を実施するための適切な実施パラメータを示す。
金属層厚さ最小値： ２５μｍ；３５μｍ；５０μｍ
金属層厚さ最大値： ５ｍｍ、５ｃｍまで
最小平均粒径の範囲： ２ｎｍ、５ｎｍ
最大平均粒径の範囲： １μｍ、５μｍ
最小硬度（ＶＨＮ）： ２００；３００；４００
最大硬度（ＶＨＮ）： １０００；２０００；３０００
付着速度範囲： １０〜５００μｍ／時間
降伏強度範囲： ２００ＭＰａ〜２７５０ＭＰａ
微細粒金属層の最小剛性率： ０．２５ＭＰａ、１ＭＰａ、２ＭＰａ、５ＭＰａ、
７ＭＰａ
微細粒金属層の最大剛性率：１２ＭＰａ、２５ＭＰａ
弾性限範囲： ０．２５％〜２．００％
微粒子含有量範囲： ２．５体積％〜７５体積％
耐疲労性： 未定
最小基材表面粗さ［Ｒａ（μｍ）］： ０．２５、０．４、０．５、１
最大基材表面粗さ［Ｒａ（μｍ）］： ５、１０、２５

本発明の微細粒金属材料は、必要に応じ適宜、少なくとも２．５体積％の微粒子、好ましくは、少なくとも５体積％、最大７５体積％の微粒子を含む。Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、および、Ｚｎの金属粉末、金属合金粉末および金属酸化物粉末と、Ａｌ，Ｂ，ＳｉおよびＴｉの窒化物と、Ｃ（グラファイト、カーボン、ナノチューブまたはダイヤモンド）と、Ｂ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗの炭化物と、ＭｏＳ_２と、セラミックス、グラス、ＰＴＦＥおよび他のポリマー材料（ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ）のような有機材料とからなる群から、微粒子は選択することが可能である。微粒子の平均粒子サイズは、通常、１００００ｎｍ（１０μｍ）、５０００ｎｍ（５μｍ）、１０００ｎｍ（１μｍ）未満、より好ましくは５００ｎｍ未満である。

本発明は、少なくとも０．０２５ｍｍ、好ましくは０．０３０ｍｍより厚い、より好ましくは０．０５ｍｍより厚い、さらにより好ましくは０．１ｍｍより厚い微粒子金属材料を、適当な物品の表面に被覆する工程を含む。適切な物品は、ゴルフクラブのヘッド、ゴルフクラブのヘッド用のインサート、ゴルフクラブ用のフェイスプレート、ゴルフクラブのシャフト、ホッケースティックのシャフト、ハイキングポールおよびスキーポールのシャフト、釣竿用のシャフト、矢等のシャフト、ならびに野球のバット、スケートのブレード、スノーボードおよびテニスラケットのような複雑形状を有する物品のような、スポーツ用品を含む。適切な自動車用物品は、グリルガード、ブレーキまたはアクセルまたはクラッチペダル、燃料レール、ランニングボード、スポイラー、マフラーチップ、ホイール、自動車のフレーム、構造ブラケットを含む。

本発明の微細粒金属材料は、５μｍ（５０００ｎｍ）未満、好ましくは、１μｍ（１０００ｎｍ）未満、好ましくは２ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内の、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ、さらにより好ましくは、１５ｎｍ〜３００ｎｍの平均粒径（粒子サイズ）を有する。

本発明の微細粒金属材料は、少なくとも０．２５ＭＰａ、好ましくは、少なくとも１ＭＰａ、より好ましくは、少なくとも２ＭＰａ、より好ましくは、少なくとも５ＭＰａ、さらにより好ましくは、少なくとも７ＭＰａ、２５ＭＰａまでの剛性率を有する。

本発明の微細粒金属材料は、少なくとも約０．７５％、好ましくは、約１．０％より大きい、好ましくは、１．５％より大きく、２．０％までの弾性限を有する。

部品の信頼性を確保するように、微粒子金属材料層の平均粒径に対する平均厚さの比を、最小値で１０，好ましくは、５００より大きく、より好ましくは、１０００より大きく、１２５０００まで、最大で２５００００００に維持することが好ましい。

本発明の方法の好ましい実施形態では、微細粒金属材料の分散強化が、その後の熱処理により実施される。

本発明では、物品の全体を被覆する必要なしに、ポリマー基材の選択された領域に、パッチ（patch）またはセクションを形成することが可能である。

本発明では、微細粒金属材料のパッチまたはスリーブ(sleeve)は、厚さが均一である必要がなく、例えば、選択したセクションまたはゴルフクラブのフェイスプレート、釣竿の先端およびゴルフクラブ、スキーまたはハイキングポールのシャフト等の頻繁に使用する傾向あるセクションに、より厚い付着を行えるように、被覆することが可能である。

発明を実施するための好ましい形態

本発明は、外面被覆もしくは内面被覆の形態で微細粒金属材料を物品に付着する、または、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、ＭｏおよびＺｎから選択される金属もしくは合金を含み、必要に応じ適宜、微細粒層に粒子(particulate)を分散し、その後に基材に微細粒金属材料を被覆する、微細粒金属材料を電鋳することを意図する。

本発明は、直流またはパルス電着を含む適切な金属付着方法により、微細粒被覆を製造する工程を用いる。

メッキ技術の当業者は、例えば、既に引用している米国特許第５，３５２，２６６号（１９９４年）と、米国特許第５，４３３，７９７号（１９９５年）および独国特許第１０，２８８，３２３号（２００５年）［米国特許得出願公開１０／５１６，３００（２００２年）および国際公開２００４／００１１００Ａ１（２００２年）と同じ］を併せて、選択した適正なメッキ浴の組成とメッキ条件とにより、どのように選択した微細粒金属または合金を電着するか判るであろう。これらの特許の電着方法に関する開示を参照することにより、これらの特許は本明細書に含まれる。独国特許第１０，２８８，３２３号（２００５年）公報に開示されているように、必要に応じ適宜、固体微粒子が、電解液中に懸濁され、そして、付着物中に含まれる。

ＰＶＤ、ＣＶＤおよびコールドスプレーの分野における当業者は、また選択した微細粒金属層が適切な基材上にどのように付着するか判るであろう。

多くの用途にとって望ましい、物品の重量の最少化は、粒径を減少することによる金属材料の強度の増加により達成することが可能である。要求される延性に応じて、例えばＮｉベースの被覆のでは、２ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲、好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が、適正な機械的特性を与える。

特定の用途の要求に応じ、例えば耐摩耗性粒子である、（ＭｏＳ_２およびＰＴＦＥのような）乾式潤滑材を含むことにより、材料特性を変えることが可能である。十分な体積比の微粒子を含むことで、さらに材料特性、向上することができる。概して、微粒子は、Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｎおよびＺｎの金属粉末、金属合金粉末および金属酸化物粉末と、Ａｌ，Ｂ，ＳｉおよびＴｉの窒化物と、Ｃ（グラファイト、ダイヤモンド、ナノチューブ、および／またはフラーレン）と、Ｂ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｗの炭化物と、ＭｏＳ_２のような自己潤滑材料と、ＰＴＦＥおよびポリマーのような有機材料とからなる群より選択することが可能である。

上述したように、本明細書に開示する微細粒金属材料のとりわけ適した用途は、ゴルフシャフト、スキーポール、釣竿、ホッケーのスティック、テニスラケット、自転車のフレームならびに少なくとも部分的に内面、および／または、外面を被覆する、または他の態様では、暫定基材を用いネットシェイプ（net-shape）を形成し、その後に恒久基盤を被覆する。従来の金属、ポリマーまたはグラファイトの複合材を含む、他の物品および構成を含む。例えばアルミニウム、銅、ニッケル、およびこれらの合金は、相対的に軟らかく、使用中に生じる曲げおよび捻りの負荷により、恒久変形および破損する。さらに、約１０μｍのより大きい従来の粒径を伴うこれらの材料は、概して、低い耐磨耗性および耐磨耗や耐切断性を示し、または容易に傷が生じ、本発明に示す微細粒金属層から恩恵を得ることが可能である。合成樹脂とフィラメント複合材よりなるシャフトは曲げ応力下では、アルミニウムより高い弾性を有するけれども、十分な強度がない。しかしながら、この欠陥は、本発明の微細粒金属層を被覆することにより、克服可能である。

例えば、ゴルフボール、テニスボール、野球等の物体が特定の材料と衝突した場合の跳ね返り距離（または、反発距離、rebound distance）は、以下の式で表されるその材料の剛性率Ｕ_ｒの関数である。

（Metal Handbook, Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing, American Society of Metals, Materials Park, Ohio, 44073）

ε_ｙは、降伏点での最大真歪であり、σ_ｙは、降伏強度であり、Ｅは、弾性率である。本発明の微細粒材料は、従来の粗大粒材料の降伏応力の値σ_ｙと比較して、３〜５倍、および、最大１０倍の降伏応力の値σ_ｙを有していることから、弾性（跳ね返り距離の能力）が従って、９〜２５倍、および、最大１００倍に増加することが可能である。しかしながら、弾性率Ｅは、材料が充分に緻密であれば、通常、所定の金属材料の粒径の減少の影響を受けない。弾性率は、しかしながら、金属マトリックス複合材料用いることで変えることが可能である。

多くの用途で必要な材料特性に、弾性破断歪限度（elastic strain-to-failure limit）がある。低い減衰特性（エネルギーの低い吸収および高い放出）は、高い負荷および応力による変形後であっても、その材料は、例えば、特定の自動車用途またはゴルフヘッドのフェイスプレートや野球のバットのようなスポーツ用品において、衝突面(strike surface)に要求されるように、元の形状に戻る(または、スプリングバックする、spring back)。従来の材料は、０．６５％以下の弾性歪限度を有する。本発明は、少なくとも約０．７５％、好ましくは、約１．０％より大きい、好ましくは、１．５％より大きく２．０％までの弾性歪限度を有する金属材料を対象とする。

図１は、グラファイト／エポキシのゴルフシャフトに被覆したｎ−Ｎｉ被覆の断面の写真である。カーボンファイバ複合材料は、鋼より相当大きい比剛性と、低い密度を有する。しかしながら、軽量のカーボンファイバのゴルフ用品は、ダウンスウィング、とりわけボールと接触する際に、シャフトに対しクラブヘッドに望ましくない捻りを生じ、正確さおよび飛距離が劣る。この制限は、この複合材のシャフトの外面、および／または、内面の少なくとも１０％を上述の微細粒金属層により被覆することで克服可能である。

図２は、Ｎｉ−２０Ｆｅ微細粒の層により補強したベース（基材）を有する、ポリマー銃弾カートリッジの写真である。この微細粒金属材料層は、高強度と低い摩擦係数を与える。

図３は、厚い（＞５ｍｍ）、ラミネート（または、積層、laminate）した、本発明の好ましい実施形態の１つにかかるアセンブリを形成するように、製造した厚さ５ｍｍのｎ−Ｎｉ−Ｐ／エポキシ樹脂ラミネートの写真である。

図４は、チューブ状の自動車部品を被覆するｎ−Ｎｉ−１０Ｆｅ接着テープの写真である。詳細を以下に示すように、この微細粒金属層は、接着テープとして、ポリマー物品の少なくとも一部を被覆することが可能である。

図５は、超微細金属被覆（ｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅ）を含み、剛性が向上した、トラック用プラスチックグリルガードを示す。この部品は、プラスチックのみの部分を有するＰＣ（ポリカーボネート）／ＡＢＳ複合材としてブローモールドされ、この用途に要求される撓みおよび振動の特性を満足しない。硬く、軽量な、微細粒金属被覆を追加することで、必要な性能に到達することが可能である。

図６は、微細粒金属被覆を含むプラスチックグリルガードのクロスビームに２５０ｌｂの負荷を与えると、撓みが２４．６ｍｍであることを示し、これは、歪の最大値が２５ｍｍであるという要求を満足している。

図７は、ナノコートしたＰＣ／ＡＢＳとステンレス鋼の自動車用ランニングボード部品の断面を示す。

多くの、非金属材料がスポーツ用品、自動車部材、航空部品または工業製品の製造に広く用いられており、これら非金属材料は、カーボンファイバ、セラミックスマトリックス、アラミド繊維、ボロン、ファイバグラス、ならびに含まれるがこれらに限定されないポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ビニール、アクリル、ナイロンおよびポリカーボネート等の熱可塑樹脂を含む材料を用いるポリマー樹脂マトリックス複合材料を含む。

重要なこととして、多くの方法が、微細粒金属材料をポリマー基材に被覆するのに用いられる。ＰＶＤ、ＣＶＤ、コールドスプレー法または粘着性の微細粒金属テープを被覆する場合、基材の表面はいかなる前処理を行わなくてもよい。微細粒金属材料を皮膜するのに電解メッキが用いられる場合、基材の表面が適切に粗面化されると、優れた接着を得ることができる。例えば無電解メッキ、物理的もしくは化学的気相成長法または各種手段により電気的に導電性塗料を被覆することにより、導電材料の薄い層を被覆することで、非導電性ポリマー基材を、電解メッキに適した状態にすることが可能である。本発明が、実質的にいかなる基材材料の使用も含むことは当業者にとって明確である。

本発明のさらに好ましい態様では、皮膜する物品の領域の取り囲みおよびメッキ浴の形成を要さずに、電解メッキにより微細粒被覆を形成することが可能である。とりわけ、ワークピースの小さい部分のみをメッキする場合には、特定のブラシまたはタンポンメッキ(tampon plating)は、適切な代替手段である。ブラシメッキの装置は、通常、寸法安定性(dimensionally stable)陽極、または吸収性セパレータフェルト（absorbent separator felt）に包まれた可溶性陽極を用い、アノードブラシを形成する。手動モードまたは機械化モードにより、ブラシでメッキする表面を擦り、メッキしようとする金属または合金のイオンを含む電解溶液をセパレータフェルトに注入する。

・好ましい実施形態
以下の実施例は、当該技術分野における通常の知識を有する者に説明するために、本発明の特定の実施形態の詳細な特徴を示す。

・実施例１（微細粒金属材料の特性）
重要なこととして、微細粒材料は、スパッタリング、レーザーアブレーション、不活性ガス凝縮(inert gas condensation)、オーブンエバポレーション(oven evaporation)、スプレー変換熱分解（spray conversion pyrolysis）、火炎加水分解(flame hydrolysis)、高エネルギーミリング(high energy milling)、ゾルゲル法(sol gel deposition)、電着、物理的気相成長法、化学的気相成長法およびコールドスプレー法のような、多くの製造方法を用いて形成することが可能である。本発明の特定の実施形態では、電着およびコールドスプレー法がとりわけ望ましい。これらの被覆方法は、ナノ構造材料を、高い生産速度で、経済的に、形成するのに用いることができるからである。表１は、カナダ、トロントのインテグランテクノロジー社(Integran Technologies Inc.)（www.integran.com）より市販の多くの微細粒材料を示す。

金属、合金およびポリマー材料と微細粒被覆とのラミネートを含む多くの材料について、機械的性質の測定を標準プロトコールに従い行った。カーボンファイバ、いろいろな鋼、アルミニウムおよびチタンを含む市販の比較材についても示した。残りの材料は、微細粒と、微細粒材料およびポリマー材料のラミネート（積層）を含む、特定のハイブリッド材料とを含む。特に微細粒材料については、約２０ｎｍの粒径を有する、ｎ−Ｎｉとｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅの特性を示す。表２は、インテグランテクノロジー社により製造されたＮｉ−Ｆｅ合金材料とポリマー材料（グラファイトファイバと、エポキシ、ＡＢＳ又はナイロン）よりなるラミネートとともに、多くの従来の材料、微細粒Ｎｉ金属、微細粒Ｎｉ−Ｆｅ合金材料を比較している。微細粒材料、および微細粒金属とポリマーハイブリッド材料との複合材料（微細粒金属／ポリマーハイブリッド材料）の機械的特性は、これらの材料が、比較的高強度（例えば、降伏強度、および、最大抗張力）、比較的高い強度−重量比（例えば、比強度）、比較的高い弾性（例えば、剛性率）、比較的高い弾力性（elasticity）（例えば、弾性限）、比較的高い硬度、比較的高い延性（例えば、破断引張り歪）および比較的高い耐磨耗性（テーバー磨耗指数(Taber Wear Index)）が必要な、含まれるが限定されない、自動車部品、スポーツ用品、航空および防衛用途等の多くの商業的用途に適していることを示す。

微細粒Ｎｉ、微細粒Ｎｉ−Ｆｅ合金および微細粒Ｎｉ−Ｆｅ合金とラミネートの総重量の５〜９０％の微細粒金属を含む適切なポリマーとの複合材は、多くの商業的用途金属部品の基材用にとりわけ優れた、表２にさらに示す、お誂え向きの優れた機械的特性を備える。

・実施例２（ｎ−Ｎｉを被覆したグラファイトエポキシゴルフシャフト、２５％Ｎｉ）
Ｐｅｎｌｅｙ（商品名）グラファイトエポキシ、ライトＬＳ Ｓ−ＦｌｅｘおよびＰｅｎｌｅｙ（商品名）Ｇ２−８５ Ｘ−Ｆｌｅｘグラファイトエポキシシャフトを用いた。Ｓ−Ｆｌｅｘシャフトは、塗料を剥がして評価した。そのシャフトの表面は、サンドブラストを用い、表面粗さＲａ＝２．１μｍまで機械的に削り、その後、粗大粒および微細粒の被覆をメッキした。総重量８９ｇを有する、メッキしたＳ−ＦｌｅｘシャフトとメッキしないＳ−Ｆｌｅｘシャフトの性能を試験した。ワットニッケル浴中での、Ｄｙｎａｔｏｒｏｎｉｘ（Ｄｙｎａｎｅｔ ＰＤＰＲ ２０−３０−１００；www.dynatronix.com）パルス電源装置を用いた電着により、Ｓ−Ｆｌｅｘグラファイトゴルフクラブシャフト（外径ＯＤ_１＝０．５８６インチ、長さ４０．５インチに亘り、外径ＯＤ_２＝０．３６８インチにテーパーしている）にＮｉスリーブを被覆した。それぞれのＳ−Ｆｌｅｘの初期質量は７１．５ｇであり、電解メッキの前に、約６．０ｇの塗料を剥がした。被覆手順は、３つの工程を含んだ。すなわち、（１）電気伝導性が向上するように、ＭａｃＤｅｒｍｉｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（www.macindustrialproducts.com）より提供される手順および薬剤を用い、１．７μｍ／時間の付着速度で、薄い無電解ニッケルメッキを行い、金属フィルムは、平均厚さ０．４μｍに達した。そして（２）電解メッキで、負荷サイクルおよびピーク電流密度を変えることにより、微細粒または粗大粒被覆を形成した。電解液の組成は、３００ｇ／ｌの硫酸ニッケル、４５ｇ／ｌの塩化ニッケル、４５ｇ／ｌのホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）、２ｇ／ｌのサッカリンおよび３ｍｌ／ｌのＮＰＡ−９１であった。標準レベラーおよび光沢剤を用い、Ｉｎｃｏ社のニッケル「Ｒ」ボール(rounds)を陽極材料として用いた。金属被覆の重量は、約２０ｇであった。電解メッキ条件および用いた金属層の特性を表３に示す。図１は、グラファイト／エポキシ ゴルフシャフトに被覆したｎ−Ｎｉの断面を示す写真である。

曲げ剛性をＧｏｌｆＳｍｉｔｈ（商品名）周波数解析機で測定し、周波数はＦｌｅｘＲａｔｉｎｇ（Ｓは硬い。Ｘは極めて硬い。）に換算した。トルク値は、シャフトの先端から２インチに１フィートポンド(ft.lb)のトルクを与え、ＧｏｌｆＳｍｉｔｈ（商品名） トルクアーム（Ｔｏｒｕｑｕｅ ａｒｍ）を用いて、決定した。データを表４に示す。データは、グラファイトシャフトの重量のある割合を、電着した被覆に置き換えることで、トータルの重量を維持したまま、トルク値を改善できることを示している。

また、プロゴルファーがこれらゴルフクラブを試験した。得られたフィードバックは、本発明により製造したゴルフクラブが、従来のグラファイトまたは鋼のシャフトと比較して、優れた感触を有することを示していた。さらに、微細粒被覆グラファイトシャフトは、従来のグラファイトまたは鋼のシャフトと異なる性能を示した。明らかに改善されたトルク値測定結果から予想された通り、グラファイトと比較して、ボールの軌道がより安定していた。

被覆された物品が、釣竿、ホッケーのスティック、野球のバット、テニスラケット、自転車のフレーム等、さらに、自動車部品、航空機部品、他の産業部品の場合でも、同様の性能の利点が得られる。

・実施例３（ｎ−Ｎｉ被覆したグラファイトエポキシゴルフシャフト、５〜９０％Ｎｉ）
実施例２は、厚さが２５μｍ未満で微細粒金属量が総重量の約２２％である比較的薄い、微細粒金属皮膜の利点を示している。さらに金属量を増加する効果を明らかにするように、ハイブリッドグラファイトエポキシ／金属ゴルフシャフト準備し、特性を調査した。Ｔｒｕｅ Ｔｅｍｐｅｒ Ｐｒｏｌａｕｎｃｈ（商品名）（Ａ−Ｆｌｅｘ）のドライバー用グラファイトエポキシシャフトを、スコッチブライト（登録商標）を用い、機械的に削り、平均表面粗さＲａ＝１．７μｍとし、その後、重量を変えて微細粒金属ニッケル層を被覆した。用いた製造方法および特性調査の方法は、実施例２に示す通りである。表５は、捻り剛性を、グラファイト／金属複合シャフトの金属量の関数として示している。このデータは、総重量の５％の金属被覆を含む物品の単位重量あたりの捻り剛性は、金属皮膜を含まない同じ物品の捻り剛性と比較して、少なくとも約５％改善していることを示している。ハイブリッドシャフトの相対的な金属量がさらに増加すると、相対的な金属量１パーセント当たり、約１パーセント捻り剛性が改善する比率で、さらに、捻り剛性が改善する。

トルクおよび撓みのデータは、グラファイトエポキシ／金属複合材のシャフトの相対的な金属重量が増加することにより、顕著な性能の改善を得ることが可能なことを示している。総重量の少なくとも５％、好ましくは１０％より多く、より好ましくは、２０％より多くの金属被覆を有するグラファイト／金属複合材料ゴルフシャフトは、被覆していないグラファイトのシャフトの性能に対し、実質的な改善を与える。

被覆された物品が、釣竿、ホッケーのスティック、野球のバット、ラクロスのスティック、テニスラケット、自転車のフレーム等、さらに、自動車部品、航空機部品、他の産業部品の場合でも、同様の性能の利点が得られた。

・実施形態４（矢柄、グラファイト／エポキシ上のＮｉＦｅ、ブラシメッキ）
長い間に、アーチェリーの矢、野球のバットおよびラクロスのスティック、ボーリングピンを含む多くの物品が、木から作られたのがアルミニウムに進化してきた。特に、例えば矢については、アルミニウム製の矢は、シーダー材の矢に比べて約２０％軽いけれども、アルミニウムの矢は、繰り返し使用すると、曲がる傾向があり、軌道が一定でなくなり、精度が低下する。より最近では、カーボンファイバ／ポリビニール又はポリエステル樹脂より作られる、グラファイト複合材料の矢が存在する。グラファイト複合材料の矢は、アルミニウムより軽く、より強靭であり、硬い物体に衝突しても曲がらない。より軽量であることは、速度の上昇をもたらし、この結果、衝突したターゲットにより多い運動エネルギーを与える。従来のグラファイト複合材料の矢は、しかしながら、また多くの制限を有する。従来のグラファイト複合材料の矢は、シャフトに沿って振動する傾向があり、これにより、飛行が不正確となり、的に当たった後の侵入量が減少する。相対的に制限される「背骨重量(spine weight)」および低い剛性のために、５０ポンド以上のドローウエイトの弓で用いるのは困難である。さらに、ターゲットに侵入する際に、摩擦により先端部分が、１５０℃〜２００℃を上回る温度まで加熱される。この温度は、グラファイトファイバ／エポキシ樹脂が耐えることができる最大温度よりも、明らかに高く、グラファイトファイバ／エポキシ樹脂複合材シャフトの劣化、その性能の低下、および最後はシャフトの破壊をもたらす。

微細粒金属材料とポリマーより作られた複合材料の性能を示すために、１／８インチの外径のグラファイト−エポキシ／ファイバグラスの矢と、３／１６インチの外径のアルミニウムコアの特定のグラファイト−エポキシ／ファイバグラスの矢とを含む、３０インチの弓を用いた。シャフトの性能を改善し、衝突時のダメージを減少するように、試験用のシャフトは、スコッチブライト（登録商標）により、メッキをする部分を機械的に削り、平均表面粗さＲａ＝０．６μｍをした後、先端部分の周囲を微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ合金の外層（厚さ、４ｍｉｌ）により補強した。補強層は、ベースシャフトの一部分（例えば４インチ）、または、全長に亘り延在し、シャフトの耐衝撃性を高め、従って耐久性を増加する。

平均粒径２０ｎｍの微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅを矢のシャフトに被覆するように、Ｓｉｆｃｏ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｌａｔｉｎｇ社（www.brushplating.com）により供給される、部分メッキ（セレクティブメッキ、selective plating）用ユニットを用い、米国特許出願公開公報第１０／５１６，３００号に示される、ブラシメッキの手順に従った。直流電源装置を用いた。Ｓｉｆｃｏ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｌａｔｉｎｇ社により提供される、標準的な基材洗浄および活性化手順を用いた。シャフトのメッキをする部分を切削および銀スプレー（または、噴霧、spraying）によりメタライズした後、メタライズした層に電気的な接続を与える回転体(rotator)にシャフトを取り付けることにより、シャフトの基礎部分から全長の約半分の間の外側ケーシングに微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ層をメッキした。適切な吸収材に包まれたグラファイトの陽極ブラシを回転する矢に接触し、微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ層（平均粒径２０ｎｍ）を付着した。電解液は、ニッケルを含む３００ｇ／ｌの硫酸ニッケル、４５ｇ／ｌの塩化ニッケル、４５ｇ／ｌのホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）、２ｇ／ｌのサッカリン、および、３ｍｌ／ｌのＮＰＡ−９１の改良ワット浴であった。所望のｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅ合金を形成するように、１２ｇ／ｌのＦｅＣｌ_２・Ｈ_２０、８１ｇ／ｌのＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、および、９ｇ／ｌのクエン酸Ｎａを改良ワット浴に加えた。標準レベラーおよび光沢剤を用いた。１００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度および６０℃で直流（１００％負荷サイクル）を用い、ｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅを付着した。

矢の総重量の５〜５０％の間の微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ皮膜を備えた試験サンプルを、準備した。シャフトは、先端チップ（または、フィールドチップ、field tip）、矢筈および適切な羽を取り付け、ドローウエイト６０ポンドでコンパウンドボウを用いたテストに供した。結局、微細粒金属被覆を含む矢は、一貫して、被覆をしていない矢より優れていた。矢の総重量の少なくとも５％の微細粒金属層を備えたサンプルは、従来のグラファイトファイバ／エポキシおよびアルミニウムの矢のシャフトよりも優れた性能を示した。先端領域（２インチ〜８インチ）に０．００１インチ〜０．００８インチの厚さの微細粒被覆を備えた、補強した矢のシャフトは、とりわけ有益であることを示した。

・実施例５（ポリマー銃弾ケーシング、ガラス充填ナイロン上のＮｉＦｅ）
ポリマーカートリッジケースを含む、プラスチック部品を含む銃弾は知られているけれども、現在まで、満足できる安全性と一貫した弾道特性を有して、商業規模で経済的に
作られたことはない。標準の発射体（projectile）、プライマー（または、点火薬、primer）および発射火薬（propellant）を用いる、軽量のポリマーに収納した(polymer-cased)銃弾は、顕著に銃弾の重量を減少させる可能性がある。現在までに、直面した困難は、以下を含む。：
・発射体がカートリッジのケーシング内に押し込まれるまたは飛び出す可能性がある。
・湿気を吸収し、シーリングの問題が起こり得て、発射火薬を乾燥した状態に維持できない。
・チャンバー内の悪い適合は、発射の際のガス圧中の振動により発射体の精度が一貫しないという問題を生じ得る。
・銃内でのカートリッジが滞留している間（弾を装填後、発射前）に、例えば自動式銃の場合、カートリッジが２００℃さらには３００℃までの高温に曝される可能性があり、ポリマーが劣化し得る。
・発射後にプラスチックのケーシングが恒久変形し、または十分に弾性的に元に戻らず、取り出す際に障害を生じ得る。
・ポリマーカートリッジの一部が発射時に破損または分離し得る。
・問題が容易に発生し、用いるポリマーカートリッジの取り出しの信頼性のために金属のベースまたはインサートが必要である。
・とりわけ、ケーシングの排出の際に自動式銃で故障（jamming）が起こり得る。
・ケーシングの不十分な潤滑性により、取出しおよび排出の信頼性が確保できない。
・複雑なデザインおよび必要な製造方法のために、余分なコストを生じ得る。

微細粒金属材料と、ポリマーとから作る複合材料の性能を決定するために、４０％ガラスフィラーを含むタイプ６６のポリアミドであるＺｙｔｅｌ（登録商標）で作られた５．６ｍｍ（口径０．２３３）銃弾のケーシングが用いられ、微細粒金属層により補強された。外径を変化させずに、０．００１インチ〜０．０１０インチの厚さの被覆を適合するように、メッキの前に、メッキをするケースの外径を削った。平均表面粗さは、Ｒａ＝０．５μｍであった。内面をメッキする場合、ケーシングの内径の調整は行わなかった。すべてのポリマーケーシングに、平均粒径２０ｎｍの微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅを被覆するのに、実施例４で示した電解液を用いた。Ｉｎｃｏ社のＮｉ「Ｒ」丸型および電解鉄のチップを、一般的なタンクメッキ(tank plating)のセットアップにおける電極材料として用いた。ケーシングのメッキをしない部分はマスクをし、メッキを行う領域を銀スプレー（または、噴霧）によりメタライズした。ケーシングは適当なホルダーに取り付け、メッキタンクに浸漬した。１００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度および６０℃で直流（１００％負荷サイクル）を用い、ケーシングがタンク内で回転している間に、微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ層を、底面から、全長の約半分の間にメッキした。ケーシングの総重量の５％〜５０％の間のＮｉ−２０Ｆｅ被覆を含むテストサンプルを用意した。ケーシングは、プライマー、適切な装薬、５５グレインのＦＭＪ発射体と併せて、Ｍ−１６銃の中で試験発砲した。カートリッジの性能について、装填、排出および精度をモニターした。用いたカートリッジは、機械的な一体性、分解／クラックの兆候について調査した。クラックとポリマーの分解の兆候が、しばしば、被覆のないサンプルで認められた。用いた被覆の厚さに応じて、ポリマーのクラックおよび分解が認められた。該して、被覆が最も薄い引き出し溝を基点とする、微細粒被覆でのクラックも時々認められた。結局、微細粒金属被覆を含むケーシングは一貫して、被覆をしていないケーシングより優れた性能を示した。ケーシングの総重量の少なくとも５％の微細粒金属層を有するサンプルは、従来の真鍮ケーシングと同等の性能を示した。全体として許容できる性能を示した、微細粒被覆を含むケーシングの総重量は、真鍮（ブラス）のケーシングと比較して、１０〜７５％減少している。金属−ポリマーハイブリッドケーシングの信頼性および性能についての利点は、ケーシングの外面を被覆しているか、内面を被覆しているか、または、両方を被覆しているかに関係なく、認められた。図２のサンプルが示す、底付近のケーシングの補強がとりわけ有益である。

・実施例６（ｎ−Ｎｉ被覆したＡＢＳ、５〜９０％ＮｉＦｅ）
ゴルフヘッドに用いる適切な材料は、スチレンコポリマー、コポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、オレフィンおよび硬質ゴム（または、加硫物、vulcanate）を含む、熱可塑性エラストーマを含む。適切な熱硬化型樹脂は、エポキシド、ポリイミドおよびポリエステル樹脂を含む。この実験においては、メッキ可能なＡＢＳより作られた厚さ１ｍｍのフェイスプレートを硫酸／塩酸溶液を用いて化学的にエッチングした。平均表面粗さは、Ｒａ＝０．４５μｍであった。化学的な銀スプレーを用いて、メタライジングした後、通常のタンク電解メッキのセル装置を用い、実施例２に示すワット浴により、厚さ０．４ｍｍの微細粒ニッケルを試験片の１面にメッキした。ニッケル層表面は、最後に１μｍのダイヤモンドペーストを用いて、鏡面仕上げに研磨した。実施例２で示した、通常の粗大粒ニッケルの厚さ０．４ｍｍの層を含むサンプルを準備した。２つのサンプルを、水平プレートに適切に取り付け、高さ６０ｃｍからサンプルに、鋼のボール（直径３ｍｍ）を落下した。従来のニッケル層では跳ね返った高さは、２．９ｍｍであり、一方、微細粒ニッケルサンプルでの跳ね返った高さは、２８．８ｍｍであった。微細粒Ｎｉサンプルでは、跳ね返った高さは約１０倍改善し、予想通りに弾性が１０倍改善する（表６）。

・実施例７（ポリウレタン上のｎ−Ｃｏ−ＴｉＯ_２金属マトリックス複合材料）
電解質コバルトピースよりなる可溶性陽極と、Ｄｙｎａｔｒｏｎｉｘ（Ｄｙｎａｎｅｔ ＰＤＰＲ ２０−３０−１００）パルス電源装置とを用い、コバルト用の改良ワット浴より、平均被覆厚さ０．１２ｍｍのナノ結晶Ｃｏ−ＴｉＯ_２ナノ複合材料を多くのポリウレタンゴルフヘッドフェイスプレート上に付着した。用いた電解液は、３００ｇ／ｌの硫酸コバルト、４５ｇ／ｌの塩化コバルト、４５ｇ／ｌのホウ酸、２ｇ／ｌのサッカリン、および、４ｍｌ／ｌのＮＰＡ−９１を含んだ。ワット浴中の懸濁剤は、０〜１２ｇ／ｌのＮｉｋｌａｄ（登録商標）粒子分散剤（ＭａｃＤｅｒｍｉｄ社）を助剤として含む０〜５００ｇ／ｌのチタニア粒子であった。電解めっき条件および用いた金属層の特性を表７に示す。無電解メッキの前に、ポリウレタン基材の表面は、スコッチブライト（登録商標）を用いて、平均表面粗さＲａ＝１．５μｍまで機械的に削り、その後、市販の銀スプレーによりメタライズした。

一連の被覆したサンプルは、５０ｇ／ｌ〜５００ｇ／ｌの範囲のＴｉＯ_２粒子（粒子径＜１μｍ）を添加した改良ワット浴を用いて作った。表８は。付着物の特性を示す。

・実施例８（ブラシメッキしたｎ−ＮｉＰフェイスプレート、ＨＴ処理し接着剤により接着したラミネート）
米国特許出願公開第１０／５１６，３００号公報（＝国際公開公報ＷＯ２００４／００１１００）に示されるＮｉ用の改良ワット浴に浸漬した、研磨したＴｉカソード上に、１０ｃｍＸ１０ｃｍの広さ、５０μｍの厚さのナノ結晶Ｎｉ−０．６Ｐフォイル（平均粒径：１３ｎｍ、７８０ＶＨＮ）を付着した。チタンワイヤーのかごの入れたＮｉボールの可溶性陽極を用いた。以下のメッキ条件により実施した。

平均電流密度：１５０ｍＡ／ｃｍ^２
負荷サイクル：１００％
付着速度：０．０７５ｍｍ／時間
電解液温度：６５℃
電解液循環速度：１分間および１ｃｍ^２あたり０．１５リットル

用いた電解液は、１３７ｇ／ｌの硫酸ニッケル、３６ｇ／ｌの炭酸ニッケル、４ｇ／ｌのリン酸および２ｇ／ｌのサッカリンを含んでいた。電解メッキ条件および用いた金属層の特性を表９に示す。微細粒Ｎｉ−０．６Ｐフォイルは、その後、上述した熱処理を行い、析出硬化により機械的特性が、さらに、向上した。

ラミネート部分は、エポキシ樹脂接着剤（３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ（登録商標）エポキシ接着剤１８３８Ｂ／Ａ、www.3m.com）を用い、４００℃で熱処理した、１０個のＮｉ−０．６Ｐ熱処理フォイルサンプルを重ねて、接着した。図３は、ラミネートの断面を示す。ラミネートを、ゴルフクラブのヘッドのフェイスプレートのインサートとして用いる大きさに切断した。

別の態様では、微細粒金属、および、金属合金フォイルは、例えばリール・トゥ・リール（または、オープンリール、reel to reel）システムを用いて、ＣＶＤまたはＰＶＤにより準備することが可能である。同様に、米国特許第５，３０２，４１４号公報に記載されているコールドスプレー法は、例えば微細粒金属および金属合金層を準備するのに用いることが可能である。

・実施例９（グラファイト／エポキシ樹脂マウンテンバイクフレームチューブ上のｎ−ＮｉＦｅテープ）
ドラムメッキ装置（drumplater）を用いて、米国特許出願公開第１０／５１６，３００号公報（＝国際公開公報ＷＯ２００４／００１１００）および実施例８に示されるにニッケル用改良ワット浴に部分的に浸漬した回転するＴｉドラムに、ナノ結晶Ｎｉ−２５Ｆｅ合金のフォイルを付着した。幅１５ｃｍ、厚さ１００μｍのナノ結晶フォイルは、６０℃で１００％負荷サイクルおよび１５０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を用い、Ｎｉボールで満たされたチタンワイヤーのかごよりなる可溶性アノードを用い、ドラム上に陰極として(cathodically)電鋳した。陽極領域の電解液の循環速度は、０．１５リットル／分／ｃｍ^２に維持した。電解液は、ＰＨ２．５で、２６０ｇ／ｌのＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、４５ｇ／ｌのＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、４５ｇ／ｌのＨ_３ＢＯ_３、４６ｇ／ｌのクエン酸ナトリウム、２ｇ／ｌのサッカリン、２．２ｍｌ／ｌＮＰＡ−９１を含んでいた。ワット浴中の鉄濃度は、ＰＨ２．２で、８１ｇ／ｌのＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、１１ｇ／ｌのＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ、１３ｇ／ｌのＨ_３ＢＯ_３、９ｇ／ｌのクエン酸ナトリウム、４ｇ／ｌのＨ_２ＳＯ_４、０．５ｇ／ｌのサッカリンを含む鉄溶液を追加速度０．３ｌ／ｈｒで連続的に追加することにより、維持した。

粘着性（または、接着剤の不要な、self-adhesive）の微細粒金属テープは、市販粘着剤（または、感圧接着剤、pressure sensitive adhesive）（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＰＳＡ−７３５５）を１面に塗布することにより準備した。その後、この粘着テープは、矯正および細長くされ、１インチ幅の帯状となった。グラファイト／エポキシ樹脂のマウンテンバイクのフレームをスコッチブライト（登録商標）により削り、表面粗さＲａ＝０．７５μｍにした後、テープをこのフレームの外周にスパイラル状に巻いて、図４に示すようにテープをフレームに恒久的に接着し、剛性、表面硬度、耐衝撃性を改善した。

・実施例１０（グリルガード、または、自動車部品）
図５に示す、ブローモールドした厚さ６ｍｍのＰＣ／ＡＢＳトラック用グリルガードは、この自動車用途の撓みおよび振動の要求、すなわち２５０ポンドの力を与えて１インチ未満の撓みおよび第１固有振動数が３０Ｈｚより大きいを満たさなかった。解析の結果、プラスチックの厚さの増加による硬化でこの部品を硬化するのに必要な厚さは、用いたブローモールディング方法の限界を超えていた。剛性の要求を満たすように、バックプレートにねじ止めした、鋼で形成したブラケットを用いることが可能であったが、しかし、グリルガードのコストと重量が増加した。被覆する表面を削り、表面平均粗さＲａ＝０．６μｍとした後、厚さ０．００１インチ（０．０２５μｍ）の軽量な、微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅ被覆（コーティング）を被覆し部品を補強する。ポリマー部品への、微細粒金属の付加は、実質的に部品の強度を増加し、必要な撓み、および、周波数性能を満たした。微細粒Ｎｉ−Ｆｅ被覆は、部品に１５３グラムの重量を増やしたのみであり、部品を目標の重量５０ポンド未満に維持した。図６は、クロスビームに２５０ポンド負荷した際の、微細粒金属被覆を含むグリルガードの撓みを示す。許容できる最大撓みは１インチ（２５ｍｍ）であり、この部品に生じた撓みは図示するように２４．６ｍｍであった。同様に、固有振動について、微細粒金属被覆を含むグリルガードは、３０．３Ｈｚの周波数を示し、これは目標の周波数が３０Ｈｚより大きいことを満足している。

表１０に示すように、他の金属被覆も、ヤング率が同様なことから、同じ剛性を与えるであろうけれども、他の金属被覆は、被覆に生ずる高い応力（１０℃で２５０ＭＰａが全ての温度範囲で１５００ＭＰａとなる）に耐えることができないであろう。２５０ＭＰａの荷重を付与している場合に、また、高応力が発生し、９００ＭＰａまでの応力が被覆に生じる。表１１は、設計の反復の結果をまとめたものであり、ｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅ被覆を備えた設計のみが全ての性能の基準を満足した。

・実施例１１（ｎ−ＮｉＦｅ被覆したＡＢＳ）
ナノ構造の材料により補強されたポリマー樹脂の利点を示すように、市販のステンレス鋼自動車用ランニングボードを調達した。標準の外径３．５インチのメッキ用のＰＣ／ＡＢＳチューブを得て、鋼のランニングボードと同様の剛性を有する構造シェルを実現した。適切な活性化の後（最初、基材表面はスコッチブライト（登録商標）で粗面化し、被覆の密着性を向上した）、それぞれのチューブは、銀スプレーによりメタライズし、その後、Ｃｕの予備メッキにより、後の微細粒材料の電着に十分な導電性を与えた。外面全体を、実施例５に示すように、Ｎｉ−２０Ｆ層（平均粒径２０ｎｍ）で厚さ０．００９インチまで被覆した。削る媒体を変えることにより、それに応じて、平均表面粗さは、Ｒａ＝０．５μｍ〜Ｒａ＝１５μｍの間で変化した。微細粒コーティング（被覆）を被覆した後、表面粗さは、電着した層の平坦化効果（leveling effect）のために、元の値の２分の１から３分の２に減少した。元の金属ランニングボードおよびナノコートしたＰＣ／ＡＢＳランニングボードの断面を図７に示す。

表１２は、０．００９インチのｎ−Ｎｉ−Ｆｅ被覆（平均粒径２０ｎｍ）を備えた直径３．５インチのＰＣ／ＡＢＳチューブが、ポリマー部品の剛性を向上し、鋼部品とほぼ同等となり、さらに４３％重量を削減することを示している。

被覆の密着性は、メッキ前の基材の表面粗さの増加とともに、顕著に改善することが認められたけれども、ナノ構造被覆は、標準的な剥離試験をパスした。特に、基材の表面粗さが、Ｒａ＝０．２５μｍ〜Ｒａ＝５．０μｍの範囲は、外観を犠牲にすることなく、とりわけ有益であることが認められた。この結果は、ハイブリッドナノ構造金属／ポリマーランニングボードが、例えば鋼のランニングボードと比較して４０〜５０％重量を減少させて、かつ、適切な耐久性と性能を備えていることを示していた。

同様の性能の利点は、カーボン／エポキシ、ＴＰＯ、ポリアミド、ポリプロピレンおよび木を含む、基材を同じアプローチを用いて被覆した場合に得られる。

・変形物
前述した本発明の詳細は、特定の実施可能な好ましい実施形態を示している。本発明はこれらに限定されることを意図したものではなく、これらの変形物および変更は当業者にとって明確であることから、これらの変形物および変更は、本発明の精神、および、本発明の技術的範囲に属する。

図１は、グラファイト／エポキシ複合ゴルフシャフトに塗布したｎ−Ｎｉ被覆の断面写真である。 図２は、微細粒Ｎｉ−２０Ｆｅにより補強している、発砲後のポリマー銃弾ケーシング（０．２３３口径）の写真である。 図３は、ラミネートした厚い（＞５ｍｍ）アセンブリを形成するために製造した厚さ５ｍｍのｎ−Ｎｉ−Ｐ／エポキシラミネートの写真である。 図４は、チューブ状の自動車部品を被覆するｎ−Ｎｉ−１０Ｆｅ接着テープの写真である。 図５は、超微細金属被覆を含み、剛性が向上したトラック用プラスチックグリルガード（０．００１インチのｎ−Ｎｉ−２０Ｆｅ被覆を有する６ｍｍのプラスチック）を示す。 図６は、クロスビームに２５０ｌｂの負荷を与えた、微細粒金属被覆を含むプラスチックグリルガードの撓みを示す（目標撓み：＜２５ｍｍ、結果２４．６ｍｍ）。 図７は、ナノコートしたＰＣ／ＡＢＳ（左）とステンレス鋼（右）の自動車用ランニングボード部品の断面を示す。

Claims (32)

1. ａ）ポリマー材料でできた恒久基材と、
   ｂ）２ｎｍ〜５０００ｎｍの平均粒径と、２５μｍ〜５ｃｍの厚さと、２００ＶＨＮ〜３０００ＶＨＮの硬度とを有する微細粒金属材料と、
   を有して成り、
   該微細粒金属材料が、前記恒久基材の少なくとも一部を被覆し、
   前記微細粒金属材料によって被覆される前記恒久基材の表面が、Ｒａ＝０．２５μｍ〜２５μｍの平均表面粗さを有することを特徴とする物品。
2. 前記微細粒金属被覆が、
   ｉ）Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、ＺｎおよびＺｒよりなる群から選ばれる純金属
   ｉｉ）Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、ＺｎおよびＺｒよりなる群から選ばれる少なくとも２つの元素を含む合金
   ｉｉｉ）Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、ＺｎおよびＺｒよりなる群から選ばれる純金属と、これら元素を少なくとも２つ含み、さらに、Ｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＳｎおよびＶから選ばれる少なくとも１つの元素を含む合金
   ｉｖ）前記金属被覆が、また、体積分率で０体積％〜９５体積％の粒状添加剤をも含むｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）の何れか
   よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の物品。
3. 前記金属被覆が、また、粒状添加剤をも含み、該粒状添加剤が金属（Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ）と、金属酸化物（Ａｇ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ）と、Ａｌ、Ｂ、ＳｉおよびＴｉの窒化物と、Ｂ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗの炭化物と、ＭｏＳ_２と、炭素（カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、グラファイト、グラファイトファイバ）と、セラミックスと、ガラスと、ポリマー材料（ＰＴＦＥ、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、エポキシ樹脂）とよりなる群から選ばれる１以上の材料であることを特徴とする請求項２に記載の物品。
4. 前記恒久基材が、ガラス、ガラスファイバ、カーボン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイトファイバ、金属、金属合金、セラミックス、ならびにタルク、ケイ酸カルシウム、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、フェライトおよび混合シリケートのような鉱物フィラーよりなる群から選ばれたフィラーを適宜含む、エポキシ樹脂複合材料、ポリアミド、ガラス充填ポリアミド、ポリエステル、ポリタラミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリカーボネートおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）よりなる群から選ばれる充填または非充填ポリマー材料よりなる群から選ばれるポリマー材料であることを特徴する請求項１に記載の物品。
5. 微細粒金属層が、電着、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）およびカイネティックメタライゼーションを含むコールドスプレー法により付着されることを特徴とする請求項１に記載の物品。
6. 前記微細粒金属被覆が少なくとも３００ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする請求項１に記載の物品。
7. 前記金属材料と前記ポリマー基材との間に、中間導電層を含むことを特徴とする請求項１に記載の物品。
8. 中間導電層が、Ａｇ、Ｎｉ、もしくはＣｕまたはこれらのうちのいずれか２つもしくは全ての組み合わせからなり、かつ、無電解メッキ、スパッタリング、溶射、化学気相成長法、化学還元スプレー、物理気相成長法またはこれらのうちのいずれか２つ以上により付着されることを特徴とする請求項７に記載の物品。
9. 中間導電層が、その内部に導電性微粒子を有するポリマー材料でできていることを特徴とする請求項７に記載の物品。
10. 中間導電層が、導電性塗料または導電性エポキシであることを特徴とする請求項９に記載の物品。
11. 導電性微粒子が、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、グラファイトもしくは他の導電性カーボン、または、これらの２以上の組み合わせよりなる、またはそのようなものを含むことを特徴とする請求項９に記載の物品。
12. ポリマー接着材料を有して成ることを特徴とする請求項８に記載の物品。
13. 前記物品が、自動車、航空機、スポーツ器具、製造もしくは工業用途の部材または部品であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の物品。
14. ゴルフクラブのシャフト、ゴルフクラブのヘッド、釣竿、矢、ホッケーのスティック、野球のバット、テニスラケット、スケートブレード、スノーボード、自転車のフレーム、銃弾のケーシング、グリルガード、ブレーキペダル、ランニングボードよりなる群から選ばれることを特徴とする請求項１３に記載の物品。
15. 前記微細粒金属材料が、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１つの金属を含むことを特徴とするグラファイト含有ポリマー材料よりなる請求項１４に記載のゴルフクラブのシャフト。
16. 前記微細粒金属材料が、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１つの金属を含むことを特徴とする請求項１４に記載の銃弾のケーシング。
17. 前記物品が、チューブ状の構造を有し、前記微細粒金属材料が、前記チューブ状構造の内面または外面の少なくとも一部に延在することを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の物品。
18. ゴルフクラブのシャフト、矢のシャフト、カートリッジケーシング、野球のバット、釣竿、スキーポール、ハイキングポールおよび自転車部品からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
19. 前記基材が、グラファイト、グラファイトファイバ、カーボン、カーボンファイバおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれるフィラーを含むポリマー材料でできていることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
20. ５００ＶＨＮより高い硬度および１０より大きい粒径に対する壁の厚さの比率を備えた微細粒金属被覆を有していることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
21. エポキシ樹脂に埋め込まれたグラファイト／カーボンファイバを含む基材上に微細粒金属材料を有し、微細粒金属材料の重量が物品全体の重量の５％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の物品。
22. 前記微細粒金属材料がＮｉ基、Ｃｏ基またはＦｅ基合金であり、基材が、エポキシ樹脂に埋込んだグラファイト／カーボンファイバでできていることを特徴とする請求項１に記載の物品。
23. 前記物品が、ゴルフクラブのシャフト、矢のシャフト、銃弾のカートリッジケーシング、野球のバット、釣竿、スキーポール、ハイキングポール、型、型部材、工具部品、または自動車もしくは自転車部品であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の物品。
24. 前記微細粒金属材料が、成形後にポリマー基材に被覆される、電鋳金属メッキまたはテープであることを特徴する請求項１〜６のいずれかに記載の物品。
25. 前記微細粒金属材料が、成形後、熱処理により強化されることを特徴する請求項１〜６のいずれかに記載の物品。
26. 前記恒久基体が、少なくとも２５ＭＰａの降伏強度を有するポリマー複合材料でできた請求項１に記載の物品であって、
    ｉ 微細粒被覆の重量が、前記物品の総重量の５％〜９５％であり、
    ｉｉ 微細粒金属を含む前記物品が、微細粒金属被膜を含まない同じ物品のトルクまたはモーメントとの比較において、捻り剛性または曲げ剛性が、単位重量当たり少なくとも５％改善されていることを特徴とする物品。
27. 前記微細粒金属被覆層が、物品の内面または外面の少なくとも一部を被覆していることを特徴とする請求項２６の物品。
28. 前記物品が、ゴルフクラブのシャフト、銃弾のケーシング、自動車のグリルガードまたは自動車のランニングボードブラケットであることを特徴とする請求２６に記載の物品。
29. ２ｎｍ〜５０００ｎｍの粒径と、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度とを有する微細粒金属材料により、表面の少なくとも一部が被覆されたポリマー材料でできた物品であって、前記ポリマー材料の表面粗さが、Ｒａ＝０．２５μｍ〜２５μｍであることを特徴とする物品。
30. 前記物品の外側が、前記微細粒金属により、約２５μｍ〜約５ｃｍの厚さで被覆されていることを特徴とする請求項２９に記載の物品。
31. 前記ポリマー材料が補強されていることを特徴とする請求項２９に記載の物品。
32. 前記ポリマー材料と前記微細粒金属層との間に、メタライズされた層を含むことを特徴とする請求項２９に記載の物品。

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