[发明专利]含铬涂层，其制备方法以及涂覆物体

说明书

本发明涉及一种基于铬的涂层，其包含至少一个富含镍(Ni)和/或Ni化合物的结晶相的层，以及至少一个富含铬(Cr)和/或Cr化合物的结晶相的层，Cr从三价铬浴进行电镀。该涂层的特征在于，其还包含一个或多个铬‑镍‑磷(CrNiP)的结晶相，所述CrNiP相通过将包含至少一个镍‑磷(NiP)层和至少一个Cr层的涂层热处理来制得。本发明还涉及用于生产基于铬的涂层的方法以及涉及涂覆物体。

技术领域

本发明涉及基于铬的涂层和用于制备基于铬的涂层的方法。本发明还涉及用基于铬的涂层涂覆的物体。

背景技术

铬涂层由于其高硬度值、吸引人的外观以及优异的耐磨性和耐腐蚀性而被广泛地用作不同制品的表面涂层。传统上，从包含六价铬离子的铬电镀浴液通过电镀来完成铬沉积。该工艺本质上具有高毒性。已经做出了许多努力来开发可替代涂层以及涂布工艺以替代电镀中的六价铬。在这些可备选工艺中，三价铬电镀由于其低的成本，便于通过使用环境友好且无毒的化学品进行制造以及产生光亮铬沉积物的能力而具有吸引力。然而，仍缺少一种通过三价铬水溶液提供硬的且耐腐蚀的铬沉积物的工业规模的工艺。

现有技术许多的镀铬工艺不能够生产具有2000HV或更多的维氏显微硬度值(Vickers microhardness value)的涂层。已知的基于铬的涂层的其他缺陷是其磨损性和耐腐蚀性不足。这样的铬涂层在性质上是很脆的。在铬涂层中的裂纹和微裂纹的数目随着涂层厚度而增加，从而损害了涂层的耐腐蚀性。

也已提出镍通过化学镀或电镀的沉积作为硬铬(hard chrome)的替代方案。镀镍的缺点包括硬度、摩擦系数和耐磨性的不足。镀镍和硬铬是不可相互替换的涂层。这两个涂层具有独特的沉积物性质，因此其各自具有不同应用。

在本领域中众所周知的是，铬涂层的硬度可以在一定程度上通过热处理来改善。根据P.Benaben，An Overview of Hard Cromium Plating Using Trivalent Chro-miumSolutions，http://www.pfonline.com/articles/an-overview-of-hard-chromium-plating-using-trivalent-chromium-solutions，电镀的铬沉积物的显微硬度为约700-1000HV₁₀₀。通过300-350℃下的热处理，三价Cr的显微硬度可以增加至高达约1700-1800HV₁₀₀。在较高温度下，Cr沉积物的硬度趋于降低。已知三价Cr层的粘附引起问题。已知的三价Cr浴的工艺化学通常非常复杂且难以控制。

专利文献GB 921,977公开了一种在金属基底上制备镍-铬合金涂层的方法。该方法包括施加一定量的镍、铬和磷的粉末合金，以提供每平方英尺熔融的涂覆表面至少约1至约4克所述熔融合金。然后在保护性非氧化气氛中在足以熔化粉末合金的温度和时间下加热该基底。由此提供了在所述基底的表面上的所述合金的连续熔融涂层。

专利文献US 5,232,469公开了具有改进的磨损性能的多层涂覆的金刚石磨粒。涂层包括单一均匀的碳化物形成的金属初级层(优选铬)，以及至少一个非碳化物形成的次级层(优选包括镍/磷或钴/磷)，其通过化学沉积施加。

化合物铬-镍-磷酸盐(CrNiP)是一种三元磷化物，其结晶结构已被研究。CrNiP的生产从集中于其结晶性质的研究中是已知的。在Stadnik et al.,(Magnetic propertiesand ⁶¹spectroscopy of the ternary phosphide CrNiP；J.Phys.:Condens.Matter 20(2008)285227)中，通过混合Cr、Ni和P的纯粉末，将混合物密封在抽空的二氧化硅管中并在873K下加热2天来制备结晶CrNiP。此后，将反应产物淬火并在1073K下进行真空热处理2天，然后淬火。将铸块粉碎，充分混合并在1173K下加热7天，之后将反应产物淬火。