[其他]高性能电镀铬层

说明书

本发明有关电镀层，特别是关于具有优越使用性能的功能性电镀铬层和一种铬电镀浴以及形成这样的有用的铬电镀物的方法。

在美国专利2，750，337;3，310，480;3，311，548;3，745，097;3，654，101;4，234，396;4，406，756;4，450，050;4，472，249和4，588，481中揭示了六价铬电镀浴。这些电镀浴一般是用来进行“装饰性”的铬电镀或“功能性”（硬的）铬电镀。装饰性铬电镀涉及在一个大的电镀范围上的沉积以使不规则形状的物品能被完全复盖。另一方面，功能性铬电镀是用于规则形状的物品的，在这种情况下，在较高电流效率和较高电流密度下进行电镀是十分重要的。

含有铬酸和作为催化剂的硫酸盐的功能性六价铬电镀浴一般可使铬沉积在一个金属的基底上，在约1至6asi（安培/平方英寸）的电流密度下其在阴极的效率约为12%至16%。含有硫酸盐和氟化物离子混合催化剂的铬酸电镀浴一般可允许有较高的阴极效率，例如22%至26%的效率下，和较高的速度下进行铬电镀。但是氟离子的存在会引起铁质金属基体上的浸蚀。

其它使用碘离子，溴离子或氯离子为添加剂的铬电镀浴可以在高的电流效率下运行，但这些电镀浴产生的铬沉积物在基底上粘积不牢。外观暗淡，至多只有半光亮。例如，切辛的美国专利4，472，249中揭示了一种能在非常高的电流效率（例如在50%左右）的情况下运行的高能效功能性铬电镀浴。这些电镀浴通常含有铬酸、硫酸盐、碘化物和羧酸盐，并在约1至6asi的通用电流密度下使用。不幸的是，这种电镀有粘附问题和低电流密度下的浸蚀，并且只能形成半光亮沉积物。

切辛和纽拜在美国专利4，588，481中揭示了一种以高效率制得无闪光的、粘附性好的、光亮的铬沉积，且无低电流密度下的浸蚀问题的方法。这种方法涉及到在45°～70℃温度下电镀，使用一种基本上由铬酸、硫酸盐和一种s/c大于1/3的不带取代基的烷基磺酸组成并且不存在羧酸或二羧酸盐的功能性铬电镀浴。

苏祖基（Suzuki）和秋卡柯西（Tsukakoshi）在美国专利4，543，172和4，592，819中揭示了一种在很短时间内电镀铬等金属的很高速的电镀装置。使用这种方法时，将一种流动的电镀液在电镀槽中的工件与阳极之间快速循环。这种体系中的操作电流密度能在50～90asi的范围内，这是一种超高的电流密度，但却能使电镀很快地进行。事实上，该装置在该技术领域中称作“快速电镀系统”（RPS）。不幸的是，这种体系必需要有一种能在极端RPS条件下运行并能提供高效能铬电镀层的铬电镀浴。

因此，本发明的一个目的就是提供一个高效能的电镀铬层。一种铬电镀浴以及一种特别能在RPS状况下形成这种铬电镀层的方法。

此中的一特定目的是提供能粘着、光亮、平滑、坚硬、耐磨的、显示低摩擦系数的铬电镀层，这些可在常用的电流密度下生成，这种电流密度包括快速电镀系统中的极高操作电流密度和通用的铬电镀中的低电流密度。

从以下对本发明更为详细的揭示中将使这些以及其它的目的更为清楚。

根据以上所说的本发明的目的，这里提供了一个高性能的铬电镀层，一种铬电镀浴，以及一种能在通用电镀的电流密度下以及，在高电流密度快速电镀条件下都能得到这样高效能的功能性铬电镀层的方法。

本发明中的铬电镀层的特点是在铬电镀层中含有高浓度的硫。特别是至少为铬层重量的0.4%左右，以在0.4%～1%左右为宜。

本发明中的铬电镀浴基本上由铬酸和磺基乙酸组成，后者浓度在约40克/升～100克/升的范围内。

该电镀浴的另一个特点是实质上排除了有害的羧酸、二羧酸、烷基磺酸及氟离子、溴离子、硒离子和碘离子。

本发明中的电镀法可在通用的低电流密度如1～6asi下实现。然而，此处的电镀浴也能在快速电镀的条件下，即在例如50～90asi的极高电流密度下运行。此时坚实的沉积可在几秒内，而不是在通用的电镀电流密度所需的几分钟内发生。

图2是已有技术的功能性镀铬物品的截面图，显示了该铬电镀层的柱状结构。

图1是与图2类似的横载面图，显示了本发明的铬电镀层的粘结的多层状结构。

一个参照本发明的典型功能性铬电镀浴有如下的组成（按克/升列出）。

表Ⅰ

合适的    较好的

组份

铬酸    200-450    250-350

磺基乙酸    40-100    70-90

可选组份

硫酸    0-4.5    2.5-3.5

操作条件