在金屬襯底上產生鉻涂層的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種在金屬襯底上產生=價銘基涂層的方法。本發明還設及一種通過 所述方法產生的涂布制品。
【背景技術】
[0002] 銘涂層由于其高硬度值、吸引人的外觀W及優異的耐磨性和耐蝕性而被廣泛地用 作金屬制品的表面涂層。傳統上，從包含六價化離子的電解槽通過電鍛完成化沉積。該 工藝本質上具有高毒性。已經做出了許多努力來發展可替代涂層W及涂布工藝W在電鍛中 替代六價化。在該些可替代工藝中，=價化電鍛由于其成本低、便于通過使用環保且無毒 的化學品進行制造W及產生光亮&沉積物的能力而具有吸引力。然而，仍缺少一種工業規 模工藝，通過=價銘水溶液給予硬的且耐蝕的化沉積。在該工業中，急切需要一種適合管 理且易于使用的=價&基涂布工藝來替代目前在涂布中使用的六價
[0003] 鑲的化學沉積也已經被提出作為鍛硬銘的可選方案。Ni化學沉積的缺點包括硬 度、摩擦系數、耐磨性和耐蝕性W及結合力的缺陷。化學鍛鑲和功能銘是不可互換的涂層。 該兩個涂層具有獨特的沉積物性能，因此每一個具有其不同的應用。
[0004] 本領域熟知的是通過熱處理能夠在一定程度上提高銘涂層的硬度。根據 P.Ben油en，使用S價銘溶液的鍛硬銘的概述，ht1:p;//www.pfonline.com/article/an-〇v erview-of-hard-chromium-plating-using-trivalent-chromium-solutions，電鍛的銘沉 積物的顯微硬度為大約700-1000HVi。。。通過300-350°C的熱處理，S價Cr的顯微硬度能夠 被增加到大約1700-1800HVi。。。在更高的溫度，化沉積物的硬度傾向于降低。已知S價化 層的結合力會引起多個問題。已知的=價化槽的工藝化學常常是非常復雜且難W管理的。
[0005]US5271823A公開了一種用于在金屬物品上設置耐磨化涂層的方法，該方法包括 W下步驟；在該物品上電沉積由=價化離子單獨制成且無六價化離子的涂層；W及將該 涂層加熱到至少66°C的溫度至少30分鐘。
[0006]US5413646A公開了一種用于電鍛工件的方法，該方法包括W下步驟：提供包括 通過利用甲醇或甲酸將&(VI)化合物還原為化合物所產生的=價&的鍛浴液 (bath);在鍛浴液中提供陽極；在該鍛浴液中布置工件W用作陰極；在工件上電鍛銘和鐵 金屬層；W及將工件從大約316°C加熱到大約913°C足夠的時間段W在保持或增加被鍛在 工件上的銘合金的硬度的同時硬化工件。
[0007]US6846367B2公開了一種用于改善鍛銘鋼襯底的耐磨性和耐蝕性的熱處理方法， 該方法包括W下步驟：在鋼襯底上鍛上銘層；W及在處于大氣壓W上的氧化氣體環境中加 熱鍛銘鋼襯底W在鋼襯底的表面上形成包含磁鐵礦（Fe3〇4)的氧化層，鋼襯底的表面通過 形成在銘層中的貫穿裂紋被部分暴露于空氣。
[000引 US7910231B2公開了一種用于產生包括襯底和位于襯底上的涂層的涂布制品的方 法，該涂層包括銘和磯，化和P存在于化合物化P和化3P的至少之一中。磯作為銘溶液的 一部分被引入涂層中，并且在熱處理之后能夠達到的最大硬度為1400-1500HV。該涂層缺乏 鑲，上文提及的全部其它銘涂層也缺乏鑲。
[0009] 已知的S價化涂層的硬度、摩擦系數、耐磨性和耐蝕性不足W滿足工業需求。現 有技術的涂布工藝不能產生具有大約2000HV或更大維氏顯微硬度值的涂層。
[0010] 顯然，本領域中需要找到一種成本效益好的=價化電鍛方法，其能夠產生該樣的 最大機械性能，W能夠在工業用途中替代六價Cr浴液。
[0011] 發明目的
[0012] 本發明的目的是減少并消除現有技術中面臨的問題。
[0013] 本發明的另一個目的是提供一種能夠產生涂布制品的高硬度值的涂布工藝。
[0014] 本發明的再一個目的是產生具有優異的機械和化學性質的=價&基涂層。
[0015] 本發明的又一個目的是提供一種涂層，其具有硬度逐漸增大的多個層，使得該涂 層能夠W相對較低的厚度承受先前的表面壓力。由于能夠利用較薄的涂層和較低的生產成 本達到足夠的性能，該帶來了成本節約。
【發明內容】
[0016] 根據本發明的方法特征在于權利要求1中呈現的內容。
[0017] 根據本發明的涂布制品特征在于權利要求19中呈現的內容。
[001引根據本發明的該方法包括在金屬襯底上沉積鑲磯合金（Ni-巧層；W及在Ni-p層 上從=價銘浴電鍛銘層。之后，所涂布的金屬襯底經受一個或更多熱處理W修改涂層的機 械和物理性能并產生多相層，所述多相層包括包含晶體Ni和晶體NisP的至少一個層W及 包含晶體化和晶體化Ni的至少一個層。
[0019] 根據本發明的一個實施例，該方法包括在沉積Ni-p層的步驟之前在金屬襯底上 電鍛鑲底層的額外步驟。
[0020] 根據本發明的另一個實施例，該方法包括在Ni-p層和&層之間沉積鑲層的步驟。
[0021] 根據本發明的一個方案，該方法包括所涂布的金屬襯底的兩個或更多熱處理。該 熱處理能夠在相同的溫度或不同的溫度執行。
[0022] Ni-P層能夠通過化學鍛或電鍛沉積。
[0023] Ni-p合金的磯含量能夠處于1-20%的范圍。有利地，磯含量處于3-12%，優選 5-9 %的范圍。
[0024] Ni-p層的厚度能夠處于1-50ym，優選3-30ym的范圍。
[0025] &層的厚度能夠處于0. 05-100ym，優選0. 3-5ym的范圍。當產生裝飾性涂層時， 化層的厚度典型地為0. 3-1ym。當產生技術涂層時，化層的厚度典型地為1-10ym。
[0026] 在本發明的一個實施例中，第一熱處理中的溫度為200-500 °C，優選為 350-450°C，并且第二熱處理中的溫度為500-800°C，優選650-750°C。
[0027] 在本發明的另一個實施例中，第一熱處理中的溫度為500-800。優選 650-750°C，并且第二熱處理中的溫度為200-500°C，優選350-450°C。
[002引本發明的一個實施例包括在金屬襯底上產生裝飾性和耐蝕性涂層。在該種情況 下，該方法包括在金屬襯底上沉積光亮Ni層；在光亮Ni層上沉積Ni-p層；W及在Ni-p層 上通過電鍛沉積化層，之后，所涂布的金屬襯底在200-500°C經受熱處理15-30分鐘。可選 擇地，所述層能夠按照部分相反的序列被沉積，使得Ni-p層被直接沉積在金屬襯底上，光 亮Ni層被沉積在Ni-P層上并且化層被沉積在光亮Ni層上。
[0029] 本發明的另一個實施例包括在金屬襯底上產生硬銘涂層。在該種情況下，該方法 包括；在金屬襯底上沉積Ni-P層；W及在Ni-P層上通過電鍛沉積=價化層，在那之后，所 涂布的金屬襯底在650-750°C經受第一熱處理15-30分鐘W及在400-500°C經受第二熱處 理15-30分鐘。熱處理的數量能夠高于兩個。
[0030] 本發明的一個實施例通過將沉積鑲磯合金層并從=價銘浴液電鍛銘層的步驟重 復至少一次產生多層涂層，之后，所涂布的金屬襯底經受所述一個或更多熱處理。
[0031] 本發明的一個實施例包括在沉積新的鑲磯合金層之前在=價銘層上沉積沖擊層 (strikelayer)。沖擊層能夠用于改善兩個層之間的結合力。沖擊層能夠由例如氨基橫酸 鑲、光亮鑲、鐵或任何其它適當的材料構成。
[0032] 該方法也能夠包括在Ni-P層和化層之間沉積中間層，該中間層由另外的金屬或 金屬合金或陶瓷構成。適當的金屬例如為銅和鋼。適當的陶瓷例如為不同金屬的氧化物、 氮化物W及碳化物。
[0033] 在本發明的一個實施例中，該些熱處理的至少之一在導致金屬襯底隨著涂層被硬 化而同時硬化的溫度執行。在該種情況下，該熱處理能夠在750-1000°C，優選800-950°C的 溫度執行。
[0034] 還可W再一次硬化已經在涂布之前經受了硬化的金屬襯底。
[0035] 進一步，還可W在物品已經在較高的溫度經受硬化之后將所涂布的物品在較低的 溫度經受退火或回火。
[0036] 在本發明的一個實施例中，使用薄膜沉積，頂層被沉積在所涂布的金屬襯底上。該 頂層能夠由能夠給予所涂布的表面理想性能的任何適當的材料制成；例如，該頂層能夠由 金屬、金屬合金或陶瓷構成，諸如氮化鐵、氮化銘、或類金剛石碳值LC)等。要使用的薄膜沉 積技術能夠選自包括物理氣相沉積（PVD)、化學氣相沉積（CVD)、原子層沉積（ALD)W及物 理化學沉積的組。
[0037] 涂布的金屬襯底的熱處理能夠例如在現有熱處理爐中執行。可選擇地，熱處理能 夠通過基于感應加熱、火焰加熱或激光加熱的多個工藝執行。感應加熱是快速產生強烈的 局部可控制的熱量的無接觸工藝。利用感應，可W僅加熱所涂布的金屬襯底的所選擇的部 分。火焰加熱是指憑借氣火焰使熱量傳遞到工件而不烙化工件或去除材料的工藝。激光加 熱在材料的表面產生局部改變，而使給定組件的大部分的性質不受影響。利用激光的熱處 理設及固態轉變，使得金屬的表面不被烙化。涂布的制品的機械和化學性質均能夠通過在 加熱和冷卻循環期間產生的冶金反應而常常得到極大增強。
[003引憑借根據本發明的方法，可W產生具有優良耐蝕性和極高且可調節硬度（維氏顯 微硬度1000-3000HV)的涂層。該涂布工藝是安全的并且比含六價銘的工藝具有的毒性少。
【附圖說明】
[0039] 包括在本發明中用來提供對本發明的進一步理解并構成本說明書的一部分的附 圖示出本發明的實施例，并與說明書一起用于幫助解釋本發明的原理。
[0040] 圖1為示出當在400°C執行第一步驟時在第二加熱步驟中作