[发明专利]基体的电解镀覆方法

说明书

发明领域

本发明涉及采用陶瓷铬层对基体，尤其是活塞环进行电解镀覆的方法，所述基体布置在与电压相连的电极处，用于镀覆基体的铬离子存在于电解质中。

背景技术

承受摩擦、加热、腐蚀性环境等形式的强烈负荷的产品长期以来采用不同类型的硬铬镀层进行镀覆，所述硬铬镀层通常具有优异的耐磨料磨损以及其它类型的磨损的能力，这类镀层用于切削工具时，其相对于其它材料的强度应加以最大程度地提高。然而，在某些情形下，例如与柴油发动机活塞环有关的情形，产生的问题是环上的镀层必须耐磨料磨损，但同时又不能硬到对活塞环在其中运动的汽缸内衬(lining)产生损坏的程度。在例如柴油发动机中工作的活塞环受到例如高温、实际活塞环材料中的应力以及与内衬间的摩擦等形式的极端负荷的作用。同时，当用于船舶发动机时，对其运行的可靠性有严格要求。

例如，EP-0668375公开了一种制备用于例如活塞环的耐久涂层的方法。借助根据上述专利文件的方法，在活塞环上形成一种也含有非金属粒子的硬铬层。这些粒子优选包括铝的氧化物，但也可以使用碳化物或氮化物。非金属粒子加入铬层的目的是为了提高其耐久性。包含铬和非金属粒子的这种硬铬层此处称作陶瓷铬层。陶瓷铬层的良好耐久性对于当金属表面在高温下相互滑动，例如，运行中的活塞环在对应的内衬上滑动时典型地出现的磨料磨损是尤其必需的。根据上述专利说明书中所述的方法，借助为本领域的专业人员所公知的铬镀液形式的电解质形成镀层的第一层，其中，基体(此处为活塞环)保持在恒定的电势条件下。以这种方式在基体上形成的第一层只含有铬。随后，使用除铬之外还含有悬浮态的非金属粒子的电解液，在所述第一层上形成至少一个附加层。当采用第二层进行镀覆时，基体通过提供脉冲的、循环可变的阴极电流保持在一种可变的电势状态下。基体上的电流和电压随时间在最大与最小值之间变化。这意味着陶瓷铬层形成期间，向所述层中提供的离子的量是变化的。当采用铬层涂覆的基体与高的负电压(阴极电压)相连时，铬层将会生长变厚。当基体与低的负电压相连时，在表面层中自然产生的铬层裂纹会变宽。加入层中的粒子通常是Al₂O₃，它能够在下一个电流反向中进入变宽的裂纹内。之后产生的陶瓷铬层存在裂纹，即所谓的微裂纹，非金属粒子既进入微裂纹内，又存在于微裂纹的外部，即实际基体中。

在上述方法中，可提及的一个优点是：所述非金属粒子的引入限制了氢进入到镀层中，电解液中的氢在大多数电解过程中会或多或少地进入镀层中。氢的存在一般意味着材料的弱化，因为氢在高温下会从材料中“沸腾”出去。当氢消失时，材料的结构会发生破坏，从而使镀层弱化。这对于活塞环而言是不利的，因为沸腾而出经常甚至在200-300℃出现，而活塞环必须承受高达400-500℃的表面温度。

通常在该方法中使用的非金属粒子是铝的氧化物(Al₂O₃)。该陶瓷不溶于电解液，这意味着必须对电解质进行持续搅拌，以保持粒子浮于悬浮体中。这是一个比较困难的方法，因为所使用的电解液体积通常相当大。所述铝的氧化物在电解液中呈电中性状态，这意味着它不受阳极与阴极间的电场的影响。铝的氧化物仍能进入镀层这一事实可能取决于当铬离子向与阴极相连接的基体运动时，在基体附近被铬离子冲走的氧化物粒子。

发明简述

上述缺点可在此处介绍的方法中通过引入方式由电解质加以消除，所述电解质包含以离子形式存在于电解质中的结晶载体结构，所述载体结构起存在于电解质中的铬离子的载体的作用，而且，所述载体结构进入采用所述方法形成的陶瓷铬层中。载体结构此处指的是结晶形式的化合物或物质，其在电解质中形成离子，从而能够与在电解质中溶解的铬离子结合。结果，铬离子和载体结构在阳极和连接基体的阴极间的电场作用下运动。载体结构因此就进入涂覆层中，在覆层中，载体结构对覆层起强化作用。

合适的载体结构是所谓沸石。沸石是由特别是铝、硅和氧原子构成的化合物，该化合物形成了一种产生一套通道和空洞的三维网络形式的结构。沸石如今主要用于原油的裂化，即，用于大烃分子分解的催化剂，因此作为所谓的分子筛使用。在沸石的通道和空洞中，正离子通过施加弱电力与所述结构相结合。因此，所述离子易于离开沸石，从而所述沸石然后就形成为具有与其它带正电的离子结合位置的沸石离子。该性能从理论上讲能够使沸石用作离子交换剂。然而，这在以前尚不具有明显的实际使用价值，因为沸石通常具有在强酸或强碱溶液中分解的弱结构。