在金属衬底上产生铬涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在金属衬底上产生=价铭基涂层的方法。本发明还设及一种通过 所述方法产生的涂布制品。
【背景技术】
[0002] 铭涂层由于其高硬度值、吸引人的外观W及优异的耐磨性和耐蚀性而被广泛地用 作金属制品的表面涂层。传统上，从包含六价化离子的电解槽通过电锻完成化沉积。该 工艺本质上具有高毒性。已经做出了许多努力来发展可替代涂层W及涂布工艺W在电锻中 替代六价化。在该些可替代工艺中，=价化电锻由于其成本低、便于通过使用环保且无毒 的化学品进行制造W及产生光亮&沉积物的能力而具有吸引力。然而，仍缺少一种工业规 模工艺，通过=价铭水溶液给予硬的且耐蚀的化沉积。在该工业中，急切需要一种适合管 理且易于使用的=价&基涂布工艺来替代目前在涂布中使用的六价
[0003] 镶的化学沉积也已经被提出作为锻硬铭的可选方案。Ni化学沉积的缺点包括硬 度、摩擦系数、耐磨性和耐蚀性W及结合力的缺陷。化学锻镶和功能铭是不可互换的涂层。 该两个涂层具有独特的沉积物性能，因此每一个具有其不同的应用。
[0004] 本领域熟知的是通过热处理能够在一定程度上提高铭涂层的硬度。根据 P.Ben油en，使用S价铭溶液的锻硬铭的概述，ht1:p;//www.pfonline.com/article/an-〇v erview-of-hard-chromium-plating-using-trivalent-chromium-solutions，电锻的铭沉 积物的显微硬度为大约700-1000HVi。。。通过300-350°C的热处理，S价Cr的显微硬度能够 被增加到大约1700-1800HVi。。。在更高的温度，化沉积物的硬度倾向于降低。已知S价化 层的结合力会引起多个问题。已知的=价化槽的工艺化学常常是非常复杂且难W管理的。
[0005]US5271823A公开了一种用于在金属物品上设置耐磨化涂层的方法，该方法包括 W下步骤；在该物品上电沉积由=价化离子单独制成且无六价化离子的涂层；W及将该 涂层加热到至少66°C的温度至少30分钟。
[0006]US5413646A公开了一种用于电锻工件的方法，该方法包括W下步骤：提供包括 通过利用甲醇或甲酸将&(VI)化合物还原为化合物所产生的=价&的锻浴液 (bath);在锻浴液中提供阳极；在该锻浴液中布置工件W用作阴极；在工件上电锻铭和铁 金属层；W及将工件从大约316°C加热到大约913°C足够的时间段W在保持或增加被锻在 工件上的铭合金的硬度的同时硬化工件。
[0007]US6846367B2公开了一种用于改善锻铭钢衬底的耐磨性和耐蚀性的热处理方法， 该方法包括W下步骤：在钢衬底上锻上铭层；W及在处于大气压W上的氧化气体环境中加 热锻铭钢衬底W在钢衬底的表面上形成包含磁铁矿（Fe3〇4)的氧化层，钢衬底的表面通过 形成在铭层中的贯穿裂纹被部分暴露于空气。
[000引 US7910231B2公开了一种用于产生包括衬底和位于衬底上的涂层的涂布制品的方 法，该涂层包括铭和磯，化和P存在于化合物化P和化3P的至少之一中。磯作为铭溶液的 一部分被引入涂层中，并且在热处理之后能够达到的最大硬度为1400-1500HV。该涂层缺乏 镶，上文提及的全部其它铭涂层也缺乏镶。
[0009] 已知的S价化涂层的硬度、摩擦系数、耐磨性和耐蚀性不足W满足工业需求。现 有技术的涂布工艺不能产生具有大约2000HV或更大维氏显微硬度值的涂层。
[0010] 显然，本领域中需要找到一种成本效益好的=价化电锻方法，其能够产生该样的 最大机械性能，W能够在工业用途中替代六价Cr浴液。
[0011] 发明目的
[0012] 本发明的目的是减少并消除现有技术中面临的问题。
[0013] 本发明的另一个目的是提供一种能够产生涂布制品的高硬度值的涂布工艺。
[0014] 本发明的再一个目的是产生具有优异的机械和化学性质的=价&基涂层。
[0015] 本发明的又一个目的是提供一种涂层，其具有硬度逐渐增大的多个层，使得该涂 层能够W相对较低的厚度承受先前的表面压力。由于能够利用较薄的涂层和较低的生产成 本达到足够的性能，该带来了成本节约。
【发明内容】
[0016] 根据本发明的方法特征在于权利要求1中呈现的内容。
[0017] 根据本发明的涂布制品特征在于权利要求19中呈现的内容。
[001引根据本发明的该方法包括在金属衬底上沉积镶磯合金（Ni-巧层；W及在Ni-p层 上从=价铭浴电锻铭层。之后，所涂布的金属衬底经受一个或更多热处理W修改涂层的机 械和物理性能并产生多相层，所述多相层包括包含晶体Ni和晶体NisP的至少一个层W及 包含晶体化和晶体化Ni的至少一个层。
[0019] 根据本发明的一个实施例，该方法包括在沉积Ni-p层的步骤之前在金属衬底上 电锻镶底层的额外步骤。
[0020] 根据本发明的另一个实施例，该方法包括在Ni-p层和&层之间沉积镶层的步骤。
[0021] 根据本发明的一个方案，该方法包括所涂布的金属衬底的两个或更多热处理。该 热处理能够在相同的温度或不同的温度执行。
[0022] Ni-P层能够通过化学锻或电锻沉积。
[0023] Ni-p合金的磯含量能够处于1-20%的范围。有利地，磯含量处于3-12%，优选 5-9 %的范围。
[0024] Ni-p层的厚度能够处于1-50ym，优选3-30ym的范围。
[0025] &层的厚度能够处于0. 05-100ym，优选0. 3-5ym的范围。当产生装饰性涂层时， 化层的厚度典型地为0. 3-1ym。当产生技术涂层时，化层的厚度典型地为1-10ym。
[0026] 在本发明的一个实施例中，第一热处理中的温度为200-500 °C，优选为 350-450°C，并且第二热处理中的温度为500-800°C，优选650-750°C。
[0027] 在本发明的另一个实施例中，第一热处理中的温度为500-800。优选 650-750°C，并且第二热处理中的温度为200-500°C，优选350-450°C。
[002引本发明的一个实施例包括在金属衬底上产生装饰性和耐蚀性涂层。在该种情况 下，该方法包括在金属衬底上沉积光亮Ni层；在光亮Ni层上沉积Ni-p层；W及在Ni-p层 上通过电锻沉积化层，之后，所涂布的金属衬底在200-500°C经受热处理15-30分钟。可选 择地，所述层能够按照部分相反的序列被沉积，使得Ni-p层被直接沉积在金属衬底上，光 亮Ni层被沉积在Ni-P层上并且化层被沉积在光亮Ni层上。
[0029] 本发明的另一个实施例包括在金属衬底上产生硬铭涂层。在该种情况下，该方法 包括；在金属衬底上沉积Ni-P层；W及在Ni-P层上通过电锻沉积=价化层，在那之后，所 涂布的金属衬底在650-750°C经受第一热处理15-30分钟W及在400-500°C经受第二热处 理15-30分钟。热处理的数量能够高于两个。
[0030] 本发明的一个实施例通过将沉积镶磯合金层并从=价铭浴液电锻铭层的步骤重 复至少一次产生多层涂层，之后，所涂布的金属衬底经受所述一个或更多热处理。
[0031] 本发明的一个实施例包括在沉积新的镶磯合金层之前在=价铭层上沉积冲击层 (strikelayer)。冲击层能够用于改善两个层之间的结合力。冲击层能够由例如氨基横酸 镶、光亮镶、铁或任何其它适当的材料构成。
[0032] 该方法也能够包括在Ni-P层和化层之间沉积中间层，该中间层由另外的金属或 金属合金或陶瓷构成。适当的金属例如为铜和钢。适当的陶瓷例如为不同金属的氧化物、 氮化物W及碳化物。
[0033] 在本发明的一个实施例中，该些热处理的至少之一在导致金属衬底随着涂层被硬 化而同时硬化的温度执行。在该种情况下，该热处理能够在750-1000°C，优选800-950°C的 温度执行。
[0034] 还可W再一次硬化已经在涂布之前经受了硬化的金属衬底。
[0035] 进一步，还可W在物品已经在较高的温度经受硬化之后将所涂布的物品在较低的 温度经受退火或回火。
[0036] 在本发明的一个实施例中，使用薄膜沉积，顶层被沉积在所涂布的金属衬底上。该 顶层能够由能够给予所涂布的表面理想性能的任何适当的材料制成；例如，该顶层能够由 金属、金属合金或陶瓷构成，诸如氮化铁、氮化铭、或类金刚石碳值LC)等。要使用的薄膜沉 积技术能够选自包括物理气相沉积（PVD)、化学气相沉积（CVD)、原子层沉积（ALD)W及物 理化学沉积的组。
[0037] 涂布的金属衬底的热处理能够例如在现有热处理炉中执行。可选择地，热处理能 够通过基于感应加热、火焰加热或激光加热的多个工艺执行。感应加热是快速产生强烈的 局部可控制的热量的无接触工艺。利用感应，可W仅加热所涂布的金属衬底的所选择的部 分。火焰加热是指凭借气火焰使热量传递到工件而不烙化工件或去除材料的工艺。激光加 热在材料的表面产生局部改变，而使给定组件的大部分的性质不受影响。利用激光的热处 理设及固态转变，使得金属的表面不被烙化。涂布的制品的机械和化学性质均能够通过在 加热和冷却循环期间产生的冶金反应而常常得到极大增强。
[003引凭借根据本发明的方法，可W产生具有优良耐蚀性和极高且可调节硬度（维氏显 微硬度1000-3000HV)的涂层。该涂布工艺是安全的并且比含六价铭的工艺具有的毒性少。
【附图说明】
[0039] 包括在本发明中用来提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分的附 图示出本发明的实施例，并与说明书一起用于帮助解释本发明的原理。
[0040] 图1为示出当在400°C执行第一步骤时在第二加热步骤中作