[發明專利]形成黑色三價氧化鉻鍍層的電化學方法及其黑色三價氧化鉻鍍層

有效

• 申請號: 201310239181.9
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103510131A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 葛明德;白清源;呂承恩;吳亞竹;吳柏范
• 申請（專利權）人: 張益誠
• 主分類號: C25D3/06
• 分類號: C25D3/06;C25D3/08
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;丁金玲

技術領域

本發明涉及一種形成黑色三價氧化鉻鍍層的電化學方法及利用所述的電化學方法在導電基材上，電鍍形成黑色三價氧化鉻鍍層，使其具有黑化度高、耐腐蝕、高硬度與高耐磨性，可應用于工具母機的滑軌、螺桿等高負荷需求的工具上。

背景技術

為使金屬表面增加硬度、耐磨、防蝕與裝飾用，使用電鍍鉻(chromium?electroplating)或鉻化層處理(chromated?chemical?conversion?coating)已為通用的技術，一般電鍍鉻或電鍍硬鉻主要使用鉻酸(六價鉻、Cr⁶⁺)，但六價鉻鉻酸毒性很大(大約是三價鉻的100倍以上)，是一種很嚴重的致癌物，以六價鉻鍍鉻后所產生的廢水、生成物在自然界中不能自然降解與排除，在空氣中鉻濃度為0.15～0.3mg/m³時，會造成鼻中隔膜穿孔，飲用水中含鉻濃度在0.1mg/l以上時，就會使人嘔吐，侵害腸道和腎臟，且在生物體內會聚積，具有很長的危害潛伏期。世界各國政府均對六價鉻電鍍制定了相關的法律法規，逐步限制六價鉻的使用并降低其排放量。

由于金屬上若披覆電鍍鉻或鉻化成處理的氧化鉻層可獲得良好的耐蝕性，又三價鉻(Cr³⁺)電鍍毒性低，在裝飾性和功能性上皆可與六價鉻電鍍層媲美。因此三價鉻的發展一直受到相當重視，在三價鉻化成處理(chemical?conversion)方面：美國專利US7988366揭露在滾珠軸承座(rolling?bearing?retainer)鍍上電鍍鋅(electrogalvanizing)、電鍍鋅鈦合金(electrolytic?tin-zinc?alloy?plating)或電鍍錫(electrotinning)等，并在其表面經由三價鉻進行鉻化的化成處理以增加防蝕性；再如日本專利JP2004263240揭露在鋅鍍層上化成處理形成耐腐蝕的黑色三價鉻鍍層，但因必須在工件上先施以鍍鋅層，其抗壓與耐磨不適用于高負荷重的滑軌或螺桿使用；更進一步，日本專利JP2004346360、WIPO專利WO/2010/032702與美國專利US8070886、US20090020185、US20040194859等揭露使用三價鉻的黑色化成處理(black?chemical?conversion?coating)以增加鋅合金物品的耐蝕性及裝飾性；由于化成處理的氧化鉻層僅為附著力較低、致密性較低的表面附著處理方式，常為裝飾性或簡單功能性，難以達成附著力佳、硬度高、耐磨性佳等。

如前所述，由于以三價鉻電鍍作為替代傳統六價鉻電鍍，無論是工業應用或環境保護方面，皆具有優勢。目前已有越來越多的研究人員投入三價鉻電鍍的研究，希望用以取代高污染性的六價鉻，同時又保有鉻電鍍層的優異特性，為工業界積極開發的方向，如，美國專利公開號US20100155256或如王玉琴(Yu-Qin?Wang)與曹淑紅(Shu-Hong?Cao)于電鍍與環保期刊2005年25卷3期，提出「甲酸－甲醇－尿素體系三價鉻鍍鉻工藝的研究(A?Study?of?Formic?Acid-Methanol-Urea?Trivalent?Chromium?Plating?System)」以甲酸－甲醇－尿素為添加劑的三價鉻溶液電鍍鉻的方法，已可改善三價鉻電鍍鉻電鍍層的燒灼現象，可逐漸取代六價鉻的電鍍；又如中國臺灣專利公開號TW200911699使用堿性的三價鉻電鍍形成氫氧化鉻電鍍層、中國專利申請號CN200710086887.0或CN200610019033.6使用硫酸鉻、硫酸鈉、硼酸、硫酸鋁、十二烷基硫酸鈉與絡合劑和穩定劑等形成全硫酸鹽體系的三價鉻電鍍液，但尚無法形成黑化度高、耐腐蝕、高硬度與高耐磨性的電鍍層。