专利名称：高效率沉积明亮光滑功能性铬的电镀液的制作方法
技术领域：
本发明涉及电沉积镀层，特别是涉及具有优越使用性能的功能性电沉积镀铬层，并且涉及形成这种有用的铬电沉积物的铬电镀液及其方法。
六价的铬电镀液曾在美国专利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中有所描述。这些电镀液一般是用作“装饰性”镀铬或“功能性”(硬的)铬电沉积。装饰性镀铬液要涉及宽广的电镀沉积范围，以便完全复盖被电镀的不规则形状制品。另一方面，功能性镀铬是为有规则成形制品而设计的，这里，电镀需在高电流效率和高电流密度下操作是至为重要的。
功能性六价铬电镀液含有铬酸和作为催化剂的硫酸盐，该电镀液一般是在阴极效率为12-16%，电流密度为1-6安培/平方英寸条件下能使铬沉积于以金属为基础的基材上。含有硫酸盐和氟离子的混合催化剂可在较高的阴极效率如22%-26%下，进行镀铬。然而，该电镀液中由于氟离子的存在，将会引起对铁质金属基材的侵蚀。
另有一种铬电镀液，它采用了碘化物，溴化物或氯化物离子作为添加剂，即使这种电镀液能在高电流效率下操作，但是这种电镀液所生成的铬沉积物却不能与基材粘附得很好，其外观也暗淡无光，或者最好也只是半明亮状态。举例来说，谢桑(Chessin)在美国专利4，472，249中描述一种高能有效功能性的铬电镀液，它能在很高的电流效率下操作，例如约50%左右。一般此电镀液系由铬酸、硫酸盐、碘酸盐和羧酸盐组成，它可在常用的电流密度下使用，如在1-6安培/平方英寸之间。不幸的是这种电镀液也存在有粘附问题，并且只能产生半明亮的沉积物。
谢桑(Chessin)和纽比(Newby)在美国专利4，588，481中描述了一种在高阴极效率、无低电流密度侵蚀情况下制造无晕色、附着力好、光亮的铬沉积物的方法。该方法包括在没有羧酸或二元羧酸的情况下，从主要由铬酸和硫酸盐、以及具有硫/碳(S/C)比＞1/3的未(被)取代的烷基磺酸组成的功能性铬电镀液中，在温度为45°-70℃下进行电镀。
因此，本发明的目的是提供一种铬电沉积物，该沉积物附着力好、光亮、平滑、坚硬，并且能高效率地形成，同时可在有用的电流密度内进行操作。
本发明的这些目的以及其他目的可从下面更详细的说明中使人们更为明白。
根据本发明的上述目的，这里提供了一种改进了的铬电镀液，它可在常用的电镀电流密度下沉积光亮、平滑、功能性的铬。
本发明的铬电镀主要包括铬酸、磺基乙酸(浓度范围为40克/升-150克/升)、碘释放剂和作为退极化剂的有机氮化合物。
本发明的铬电沉积物，在操作电流密度为1-10安培/平方英寸的范围内，尤能赋于平滑和光亮的特性。
该电镀液的另一特点是，实质上它没有有害的羧酸、氟离子、溴离子和硒离子。
根据本发明一种典型的功能性铬电镀液具有以下的组成。
表Ⅰ合用的(克/升)优选的(克/升)成分铬酸150-450200-350
磺基乙酸＊40-15080-120碘酸盐0.5-101-3有机氮化合物1-403-15任选成分硫酸盐0-4.52-3操作条件电流密度(安培/平方英寸)1-101-4温度(℃)45-7050-60＊磺基乙酸也可以磺基乙酸盐形式加入，或用羟乙磺酸或羟乙磺酸盐，它们在电镀液中受到氧化作用，以提供磺基乙酸所需的浓度。
使用本发明电镀液所获得的电流效率约为21%。
在上述的操作条件下，由本发明电镀液在金属基材上，如钢铁，所形成的典型的铬电沉积物，具有以下的物理性质、化学组成和性能特征。
表Ⅱ物理性质与基材的附着性-良好明亮度-良好表面-光滑性能特征硬镀-KN100＞1100，例如1100-1400＊摩擦系数-良好耐磨性-良好＊KN100系使用100克重量时的努普硬度值。
所有的数值以努普硬度单位(KN)来表示。
本发明铬电镀液所示采用的典型的氮有机化合物包括甘氨酸烟酸异烟酸吡啶2-氨基吡啶3-氯代吡啶吡啶甲酸鸟嘌呤胍基乙酸腺嘌呤本发明铬电镀液中的有机氮化合物在电镀过程中作为退极化剂而起作用。
参考下面的实施例本发明将在下文中作更为详细的描述。
实施例1制备一种铬电镀液，其组成如下铬酸250克/升磺基乙酸100克/升碘酸盐＊1克/升硫酸盐＊＊2.5克/升烟酸10克/升＊以碘酸钾形式加入＊＊以硫酸钠形式加入用上述电镀液在3安培/平方英寸、55℃温度下，将铬镀于一镀镍钢铁芯棒上，时间为10分钟，可制得厚度为0.5密耳的光亮、平滑、附着性好的镀铬层。电流效率为20%。该铬电沉积物的物理性质和其他性能已在上面表Ⅱ中给出。其硬度值KN100为1350。
实施例2制备一种铬电镀液，其组成如下铬酸250克/升磺基乙酸80克/升碘酸盐3克/升硫酸盐2克/升甘氨酸5克/升用该电镀液在2安培/平方英寸、60℃温度下将铬镀于-不锈钢芯棒上，时间为30分钟，制得厚度为1.0密耳的镀铬层。其电流效率为22%。
该铬电沉积物具有的物理性质和其他性能见上面的表Ⅱ。其硬度值KN100为1300。
实施例3铬电镀液具有下述的组成铬酸225克/升磺基乙酸60克/升碘酸盐2克/升硫酸盐2.0克/升吡啶甲酸10克/升在5安培/平方英寸、60℃下，将铬镀于-钢铁芯棒上，时间为60分钟，制得厚度为2.0密耳的镀铬层。其电流效率为20%。铬电沉积物的物理性质和化学成分与上面表Ⅱ中给出的相似。其硬度值KN100为1325。
权利要求
1.一种功能性铬电镀液主要由铬酸、40-150克/升的磺基乙酸、碘酸盐和有机氮化合物组成。
2.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中所述的电镀液实质上没有其他羧酸、氟离子、溴离子和硒离子。
3.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中铬酸的加入量为150克/升-450克/升。
4.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中磺基乙酸的加入量为80-120克/升。
5.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中所述的电镀液也可包括有硫酸盐，其加入量直至约4.5克/升。
6.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中所述的有机氮化合物的加入量为1-40克/升。
7.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中所述的有机氮化合物选自氨酸、烟酸、异烟酸、吡啶、2-氨基吡啶、3-氯吡啶、吡啶甲酸、鸟嘌呤、胍基乙酸和腺嘌呤。
8.根据权利要求1所述的功能性铬电镀液，其中所述的有机氮化合物为甘氨酸。
9.一种在金属基材上电镀功能性镀铬层的方法，该方法包括由权利要求1的电镀液来进行电沉积。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的电沉积是在50°～70℃温度下进行的。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述的电沉积镀铬层的厚度为0.1-2密耳。
12.根据权利要求9所述的方法，其中电沉积是在电镀电流密度为1-10安培/平方英寸下进行的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述的电沉积镀铬层的厚度至少为0.1密耳厚。
14.根据权利要求9所述的方法，其中其电流效率至少为20%。
全文摘要
本发明公开了一种改进的沉积功能性镀铬层所用的铬电镀液，所制得的镀铬层光亮而平滑，操作时的电流密度为1-10安培/平方英寸，并且具有高效率。
文档编号C25D3/10GK1038676SQ8910304
公开日1990年1月10日 申请日期1989年5月5日 优先权日1988年6月21日
发明者尼古拉斯·M·马蒂埃克 申请人:M&T化学品公司