203388. lajstromszámú szabadalom • Króm-galvánfürdő és eljárás krómréteg galvanotechnikai leválasztására fémalapra
1 HU 203 388 B 2 A találmány tárgya króm-galvánfürdő, amely előnyös teljesítménytulajdonságokkal rendelkező galvonatechnikával leválasztott funkcionális krómrétegek előállítására használható és eljárás ilyen jól használható elektrolitákus krómrétegek készítésére. Hatértékű krómot tartalmazó galvánfiirdőket ismertetnek a 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 és 4 588 481 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások. Ezek a fürdők általában „dekoratív” krómgalvanizálásra vagy „funkcionális” (kemény) kiómrétegek galvanotechnikai leválasztására szolgálnak. A dekoratív krómozásra szolgáló galvánfürdőkben a leválasztást széles galvanizálási tartományban végzik, s így a szabálytalan alakú gyártmányok tökéletesen bevonhatók. Másrészt, a funkcionális krómozásra szolgáló galvanizálás szabályos alakú gyártmányokhoz alkalmas, és ennél a galvanizálásnál fontos a nagyobb áramkihasználás és a nagyobb áramsűrűség. A funkcionális hatértékű krómbevonatok készítésére szolgáló, krómsavat és katalizátorként szulfátot tartalmazó galvánfürdők általában lehetővé teszik a króm leválasztását egy alapfém-szubsztrátumra körülbelül 12-16% katódhatásfokkal, körülbelül 1.55.103 -93.103 A/m2 áramsűrűségnél. A keverékkatalizátort tartalmazó krómsavas galvánfürdők, amelyekben szulfát- és fluoridionok is vannak, a krómleválasztást általában nagyobb, például 22-26% katódhatásfokkal és nagyobb sebességgel teszik lehetővé. A fluoridionok jelenléte azonban az ilyen fürdőkben a vasalapú fémszubsztrátumon marásokat okoz. Más krómtartalmú galvánfürdők, amelyek adalékként jodidot, bromidot vagy kloridot használnak, még nagyobb áramkihasználással tudnak működni, de az ilyen fürdők a szubsztrátumhoz nem jól tapadó, megjelenésükben homályos vagy a legjobb esetben csak félig fényes krómbevonatokat eredményeznek. így például Chessin a 4 472 249 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett egy nagy energiakihasználású, funkcionális krómbevonatot készítő galvánfürdőt, amely igen nagy, például körülbelül 50% áramkihasználással működik. Ezek a fürdők általában krómsavat, szulfát-, jodid- és karboxilát-ionokat tartalmaznak, és a fürdőket a szokásos, körülbelül 1.55.103 -9.3.103 A/m2áramsűrűségnéI használják. Azonban ezeknél a fürdőknél is vannak tapadási problémák, az igen kis áramsűrűségnél marás lép fel és a bevonat csak félig fényes. Chessin és Newby a 4 588 481 számú amerikai egyesük államokbeli szabadalmi leírásban ismertetnek egy eljárást nem-színjátszó, jól tapadó, fényes krómbevonatok előállítására, nagy hatásfokkal, a kis áramsűrűség okozta marás nélkül. Ennél az eljárásnál a galvanizálást 45-70 ‘C-on végzik, funkcionális krómréteget készítve egy olyan galvánfürdőből, amely lényegileg krómsavat és szulfát-ionokat tartalmaz és egy nem-szubsztituált alkil-szulfonsavat, amelyben az S/C arány 1/3, karbonsav vagy dikarbonsav jelenléte nélkül. Suzuki és Tsukakoshi a 4 543 172 és 4 592 819 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokban ismertetnek egy igen gyors galvanizáló berendezést fémek, így króm galvanotechnikai leválasztására igen rövid időtartam alatt. Ennél az eljárásnál egy áramló galvánfolyadékot cirkuláltatnak nagy sebességgel egy munkadarab és a galvanizáló kamrában lévő anód között A megengedhető üzemeltetési áramsűrűség egy ilyen rendszerben 77,5.103 - 139.5.103 A/m2 lehet, ami különlegesen nagy áramsűrűség, de ez teszi lehetővé az igen gyors galvanizálást A szakterületen ezt a berendezést „Rapid Plating System”-(RPS) néven említik. Ennek a rendszernek a követelményei azonban olyan króm-galvánfürdőt tesznek szükségessé, amely az extrém RPS körülmények között képes működni és nagyteljesítményű krómbevonatok előállítását teszi lehetővé. Chessin és Best az FR-A-2 142 014 számú francia szabadalmi leírásban, ami megfelel a 3 758 390 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásnak, ismertetnek egy olyan savas króm-galvánfürdőt, amely 1-10 g/liter szulfoecetsavat, izetionátot vagy izetionsavat (2-hidroxi-etán-szulfonsav) tartalmaz a szulfát- és fluoridionokból álló katalizátor mellett. A találmány célja galvanotechnikával leválasztott nagyteljesítményű krómrétegek és króm-galvánfürdő előállítása, továbbá eljárás galvanotechnikával leválasztott krómrétegek előállítására elsősorban RPS körülmények között. A találmány specifikus célja galvanotechnikával leválasztott olyan krómréteg előállítása, amely jól tapad, fényes, sima, kemény, kopásálló, kis súrlódási koefficienssel rendelkezik és amely a szokásos áramsűrűségeknél képezhető, beleértve mind az RPS rendszer igen nagy üzemelési áramsűrűségeit, mind a szokásos krómgalvanizálás kis áramsűrűségeit Ezek és a további célok a találmány részletesebb leírásából nyilvánvalók lesznek. A találmány fenti céljainak megfelelően galvanotechnikával leválasztott nagyteljesítményű krómrétegeket és króm-galvánfürdőt állítunk elő, és eljárást dolgozunk ki, amellyel ilyen nagyteljesítményű, funkcionális krómrétegek galvanotechnikával leválaszthatók, mind a szokásos galvanizáló áramsűrűségeknél, mind a gyors galvanizálási körülmények nagy áramsűrűségénél. A találmány szerinti króm-galvánfürdőből leválasztott elektrolitikus krómrétegeket a bennük lévőn nagy kénkoncentráció jellemzi, ami legalább 0,4 tömeg%, célszerűen 0,4-1 tömeg% a krómrétegre számítva. Ezek a rétegek a fémalaphoz kitűnően tapadnak és KN100 keménységük nagyobb, mint 1100. A találmány szerinti galvánfürdő lényegileg krómsavat és szulfoecetsavat tartalmaz, az utóbbit 40 g/liter - 100 g/liter koncentrációban. A galvánfürdő lényegileg mentes a káros karbonsavaktól és dikarbonsavaktól, alkil-szulfonsavaktól, fluorid-, bromid-, szelén- és jódionoktól. A találmány szerinti galvánfürdő adott esetben szulfát-ionokat is tartalmazhat, legfeljebb 4,5 g/1 mennyiségben alkalmazva. Mivel az erősen savas, nagy mennyiségű kromátot tartalmazó fürdőben a szulfátvegyiilet kénsav-krómsav keverékké alakul, bármilyen fémszulfátját alkalmazhatjuk; előnyösen az olcsóbb szulfátion-fonásokat részesítjük előnyben. A találmány szerinti galvanizáló eljárást végezhetjük a szokásos kis áramsűrűségeknél, például 1,55.1(P -9,3.103 A/m2-en. A galvánfürdő azonban üzemeltethető a gyors galvanizálás körülményei között is, vagyis igen nagy, például 77,5.103-139,5.103 A/m2 áramsűrűségeknél, amely áramsűrűségeknél tekintélyes bevonat keletkezhet már másodperceken belül, míg a szokásos galvanizáló áramsűrűségeknál ehhez percek szükségesek. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
