專利名稱：高效率沉積明亮光滑功能性鉻的電鍍液的制作方法
技術領域：
本發明涉及電沉積鍍層，特別是涉及具有優越使用性能的功能性電沉積鍍鉻層，并且涉及形成這種有用的鉻電沉積物的鉻電鍍液及其方法。
六價的鉻電鍍液曾在美國專利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中有所描述。這些電鍍液一般是用作“裝飾性”鍍鉻或“功能性”(硬的)鉻電沉積。裝飾性鍍鉻液要涉及寬廣的電鍍沉積范圍，以便完全復蓋被電鍍的不規則形狀制品。另一方面，功能性鍍鉻是為有規則成形制品而設計的，這里，電鍍需在高電流效率和高電流密度下操作是至為重要的。
功能性六價鉻電鍍液含有鉻酸和作為催化劑的硫酸鹽，該電鍍液一般是在陰極效率為12-16%，電流密度為1-6安培/平方英寸條件下能使鉻沉積于以金屬為基礎的基材上。含有硫酸鹽和氟離子的混合催化劑可在較高的陰極效率如22%-26%下，進行鍍鉻。然而，該電鍍液中由于氟離子的存在，將會引起對鐵質金屬基材的侵蝕。
另有一種鉻電鍍液，它采用了碘化物，溴化物或氯化物離子作為添加劑，即使這種電鍍液能在高電流效率下操作，但是這種電鍍液所生成的鉻沉積物卻不能與基材粘附得很好，其外觀也暗淡無光，或者最好也只是半明亮狀態。舉例來說，謝桑(Chessin)在美國專利4，472，249中描述一種高能有效功能性的鉻電鍍液，它能在很高的電流效率下操作，例如約50%左右。一般此電鍍液系由鉻酸、硫酸鹽、碘酸鹽和羧酸鹽組成，它可在常用的電流密度下使用，如在1-6安培/平方英寸之間。不幸的是這種電鍍液也存在有粘附問題，并且只能產生半明亮的沉積物。
謝桑(Chessin)和紐比(Newby)在美國專利4，588，481中描述了一種在高陰極效率、無低電流密度侵蝕情況下制造無暈色、附著力好、光亮的鉻沉積物的方法。該方法包括在沒有羧酸或二元羧酸的情況下，從主要由鉻酸和硫酸鹽、以及具有硫/碳(S/C)比＞1/3的未(被)取代的烷基磺酸組成的功能性鉻電鍍液中，在溫度為45°-70℃下進行電鍍。
因此，本發明的目的是提供一種鉻電沉積物，該沉積物附著力好、光亮、平滑、堅硬，并且能高效率地形成，同時可在有用的電流密度內進行操作。
本發明的這些目的以及其他目的可從下面更詳細的說明中使人們更為明白。
根據本發明的上述目的，這里提供了一種改進了的鉻電鍍液，它可在常用的電鍍電流密度下沉積光亮、平滑、功能性的鉻。
本發明的鉻電鍍主要包括鉻酸、磺基乙酸(濃度范圍為40克/升-150克/升)、碘釋放劑和作為退極化劑的有機氮化合物。
本發明的鉻電沉積物，在操作電流密度為1-10安培/平方英寸的范圍內，尤能賦于平滑和光亮的特性。
該電鍍液的另一特點是，實質上它沒有有害的羧酸、氟離子、溴離子和硒離子。
根據本發明一種典型的功能性鉻電鍍液具有以下的組成。
表Ⅰ合用的(克/升)優選的(克/升)成分鉻酸150-450200-350
磺基乙酸＊40-15080-120碘酸鹽0.5-101-3有機氮化合物1-403-15任選成分硫酸鹽0-4.52-3操作條件電流密度(安培/平方英寸)1-101-4溫度(℃)45-7050-60＊磺基乙酸也可以磺基乙酸鹽形式加入，或用羥乙磺酸或羥乙磺酸鹽，它們在電鍍液中受到氧化作用，以提供磺基乙酸所需的濃度。
使用本發明電鍍液所獲得的電流效率約為21%。
在上述的操作條件下，由本發明電鍍液在金屬基材上，如鋼鐵，所形成的典型的鉻電沉積物，具有以下的物理性質、化學組成和性能特征。
表Ⅱ物理性質與基材的附著性-良好明亮度-良好表面-光滑性能特征硬鍍-KN100＞1100，例如1100-1400＊摩擦系數-良好耐磨性-良好＊KN100系使用100克重量時的努普硬度值。
所有的數值以努普硬度單位(KN)來表示。
本發明鉻電鍍液所示采用的典型的氮有機化合物包括甘氨酸煙酸異煙酸吡啶2-氨基吡啶3-氯代吡啶吡啶甲酸鳥嘌呤胍基乙酸腺嘌呤本發明鉻電鍍液中的有機氮化合物在電鍍過程中作為退極化劑而起作用。
參考下面的實施例本發明將在下文中作更為詳細的描述。
實施例1制備一種鉻電鍍液，其組成如下鉻酸250克/升磺基乙酸100克/升碘酸鹽＊1克/升硫酸鹽＊＊2.5克/升煙酸10克/升＊以碘酸鉀形式加入＊＊以硫酸鈉形式加入用上述電鍍液在3安培/平方英寸、55℃溫度下，將鉻鍍于一鍍鎳鋼鐵芯棒上，時間為10分鐘，可制得厚度為0.5密耳的光亮、平滑、附著性好的鍍鉻層。電流效率為20%。該鉻電沉積物的物理性質和其他性能已在上面表Ⅱ中給出。其硬度值KN100為1350。
實施例2制備一種鉻電鍍液，其組成如下鉻酸250克/升磺基乙酸80克/升碘酸鹽3克/升硫酸鹽2克/升甘氨酸5克/升用該電鍍液在2安培/平方英寸、60℃溫度下將鉻鍍于-不銹鋼芯棒上，時間為30分鐘，制得厚度為1.0密耳的鍍鉻層。其電流效率為22%。
該鉻電沉積物具有的物理性質和其他性能見上面的表Ⅱ。其硬度值KN100為1300。
實施例3鉻電鍍液具有下述的組成鉻酸225克/升磺基乙酸60克/升碘酸鹽2克/升硫酸鹽2.0克/升吡啶甲酸10克/升在5安培/平方英寸、60℃下，將鉻鍍于-鋼鐵芯棒上，時間為60分鐘，制得厚度為2.0密耳的鍍鉻層。其電流效率為20%。鉻電沉積物的物理性質和化學成分與上面表Ⅱ中給出的相似。其硬度值KN100為1325。
權利要求
1.一種功能性鉻電鍍液主要由鉻酸、40-150克/升的磺基乙酸、碘酸鹽和有機氮化合物組成。
2.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中所述的電鍍液實質上沒有其他羧酸、氟離子、溴離子和硒離子。
3.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中鉻酸的加入量為150克/升-450克/升。
4.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中磺基乙酸的加入量為80-120克/升。
5.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中所述的電鍍液也可包括有硫酸鹽，其加入量直至約4.5克/升。
6.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中所述的有機氮化合物的加入量為1-40克/升。
7.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中所述的有機氮化合物選自氨酸、煙酸、異煙酸、吡啶、2-氨基吡啶、3-氯吡啶、吡啶甲酸、鳥嘌呤、胍基乙酸和腺嘌呤。
8.根據權利要求1所述的功能性鉻電鍍液，其中所述的有機氮化合物為甘氨酸。
9.一種在金屬基材上電鍍功能性鍍鉻層的方法，該方法包括由權利要求1的電鍍液來進行電沉積。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述的電沉積是在50°～70℃溫度下進行的。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述的電沉積鍍鉻層的厚度為0.1-2密耳。
12.根據權利要求9所述的方法，其中電沉積是在電鍍電流密度為1-10安培/平方英寸下進行的。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述的電沉積鍍鉻層的厚度至少為0.1密耳厚。
14.根據權利要求9所述的方法，其中其電流效率至少為20%。
全文摘要
本發明公開了一種改進的沉積功能性鍍鉻層所用的鉻電鍍液，所制得的鍍鉻層光亮而平滑，操作時的電流密度為1-10安培/平方英寸，并且具有高效率。
文檔編號C25D3/10GK1038676SQ8910304
公開日1990年1月10日 申請日期1989年5月5日 優先權日1988年6月21日
發明者尼古拉斯·M·馬蒂埃克 申請人:M&T化學品公司