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JP7689818B2 - Functional chromium alloy plating based on trivalent chromium electrolyte - Google Patents
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JP7689818B2 - Functional chromium alloy plating based on trivalent chromium electrolyte - Google Patents

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Description

本開示は、クロム合金の電着のための電解質溶液、電解質溶液の形成方法、及びクロム合金の電着方法を提供する。 The present disclosure provides an electrolyte solution for electrodeposition of chromium alloys, a method for forming the electrolyte solution, and a method for electrodeposition of chromium alloys.

クロムめっきは、基板上にクロムコーティングを提供する電着プロセスである。硬質クロムめっきは、典型的に約10ミクロン以上の厚さを有するクロムコーティングを提供し、それにより、コーティング基板に難削性及び耐摩耗性を提供する。他の種類のクロムめっきは、典型的に約0.1から約0.5ミクロンにわたる厚さを有するクロムコーティングを提供する装飾的クロムめっきである。クロムめっきは多くの場合、クロム酸及びフッ化物、スルフェート又は有機酸に基づく触媒を含む槽を使用して実施される。クロム酸は、環境的に好ましくない、廃棄コストの高い六価形態のクロムであるクロム(VI)を有する。 Chrome plating is an electrodeposition process that provides a chromium coating on a substrate. Hard chrome plating provides a chromium coating that typically has a thickness of about 10 microns or more, thereby providing the coated substrate with high machinability and abrasion resistance. Another type of chrome plating is decorative chrome plating, which provides a chromium coating that typically has a thickness ranging from about 0.1 to about 0.5 microns. Chromium plating is often performed using a bath that includes chromic acid and a catalyst based on a fluoride, sulfate, or organic acid. Chromic acid has chromium(VI), a hexavalent form of chromium that is environmentally undesirable and has high disposal costs.

良性特性と、より低い廃棄物処理コストとを有する三価クロムは、六価クロムの代替物である。薄い装飾的めっきのために三価クロムを実装することはある程度成功しているが、より厚い又は機能性の高いコーティングを達成することは依然として困難である。加えて、装飾的めっきに使用される三価クロムベースの槽は、典型的に緩衝剤としてホウ酸を含む。 Trivalent chromium, with its benign properties and lower waste disposal costs, is an alternative to hexavalent chromium. Although there has been some success in implementing trivalent chromium for thin decorative plating, it remains difficult to achieve thicker or more functional coatings. In addition, trivalent chromium-based baths used for decorative plating typically contain boric acid as a buffering agent.

したがって、クロムめっき方法及びクロムめっきに使用される溶液の配合を改善する必要がある。 Therefore, there is a need to improve the chrome plating process and the formulation of the solution used in chrome plating.

本開示は、クロム合金の電着のための電解質溶液、電解質溶液の形成方法、及びクロム合金の電着方法を提供する。 The present disclosure provides an electrolyte solution for electrodeposition of chromium alloys, a method for forming the electrolyte solution, and a method for electrodeposition of chromium alloys.

電気めっき用の少なくとも一つの電解質溶液は、三価クロム塩、オキサレート化合物、鉄塩、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ金属ハロゲン化物を含む。 At least one electrolyte solution for electroplating includes a trivalent chromium salt, an oxalate compound, an iron salt, aluminum sulfate, an alkali metal sulfate, and an alkali metal halide.

電気めっき用の少なくとも一つの電解質溶液は、電解質溶液1リットルあたり約0.3モルから1リットルあたり約0.9モルにわたる量で三価クロム塩を含む。電解質溶液は、電解質溶液1リットルあたり約0.2モルから1リットルあたり約1.2モルにわたる量でオキサレート化合物をさらに含む。電解質溶液は、電解質溶液1リットルあたり約0.005モルから1リットルあたり約0.2モルにわたる量で鉄塩をさらに含む。電解質溶液は、1リットルあたり約0.05モルから1リットルあたり約0.5モルにわたる量で硫酸アルミニウムをさらに含む。電解質溶液は、電解質溶液1リットルあたり約0.1モルから1リットルあたり約2.0モルにわたる量でアルカリ金属硫酸塩をさらに含む。電解質溶液は、電解質溶液1リットルあたり約0.1モルから1リットルあたり約0.5モルにわたる量でアルカリ金属ハロゲン化物をさらに含む。 At least one electrolyte solution for electroplating includes a trivalent chromium salt in an amount ranging from about 0.3 moles per liter to about 0.9 moles per liter of electrolyte solution. The electrolyte solution further includes an oxalate compound in an amount ranging from about 0.2 moles per liter to about 1.2 moles per liter of electrolyte solution. The electrolyte solution further includes an iron salt in an amount ranging from about 0.005 moles per liter to about 0.2 moles per liter of electrolyte solution. The electrolyte solution further includes aluminum sulfate in an amount ranging from about 0.05 moles per liter to about 0.5 moles per liter of electrolyte solution. The electrolyte solution further includes an alkali metal sulfate in an amount ranging from about 0.1 moles per liter to about 2.0 moles per liter of electrolyte solution. The electrolyte solution further includes an alkali metal halide in an amount ranging from about 0.1 moles per liter to about 0.5 moles per liter of electrolyte solution.

電解質溶液を使用して基板上にクロムめっきする少なくとも一つの方法が提供される。この方法は、水性媒体中に、電解質溶液1リットルあたり約0.3モルから1リットルあたり約0.9モルにわたる量で三価クロム塩を溶解することを含む。方法は、電解質溶液1リットルあたり約0.2モルから1リットルあたり約1.2モルにわたる量でオキサレート化合物を溶解することをさらに含む。方法は、電解質溶液1リットルあたり約0.005モルから1リットルあたり約0.2モルにわたる量で鉄塩を溶解することをさらに含む。方法は、1リットルあたり約0.05モルから1リットルあたり約0.5モルにわたる量で硫酸アルミニウムを溶解することをさらに含む。方法は、電解質溶液1リットルあたり約0.1モルから1リットルあたり約2.0モルにわたる量でアルカリ金属硫酸塩を溶解することをさらに含む。方法は、電解質溶液1リットルあたり約0.1モルから1リットルあたり約0.5モルにわたる量でアルカリ金属ハロゲン化物を溶解することをさらに含む。方法は、基板上にクロム-鉄合金を堆積させるために、カソードとアノードとの間で電解質溶液に電流を通すことをさらに含む。 At least one method of plating chromium on a substrate using an electrolyte solution is provided. The method includes dissolving a trivalent chromium salt in an aqueous medium in an amount ranging from about 0.3 moles per liter to about 0.9 moles per liter. The method further includes dissolving an oxalate compound in an amount ranging from about 0.2 moles per liter to about 1.2 moles per liter. The method further includes dissolving an iron salt in an amount ranging from about 0.005 moles per liter to about 0.2 moles per liter. The method further includes dissolving aluminum sulfate in an amount ranging from about 0.05 moles per liter to about 0.5 moles per liter. The method further includes dissolving an alkali metal sulfate in an amount ranging from about 0.1 moles per liter to about 2.0 moles per liter. The method further includes dissolving an alkali metal halide in an amount ranging from about 0.1 moles per liter to about 0.5 moles per liter. The method further includes passing an electric current through the electrolyte solution between the cathode and the anode to deposit a chromium-iron alloy on the substrate.

電解質溶液を使用して基板上にクロムめっきする少なくとも一つの方法が提供される。方法は、三価クロム塩、オキサレート化合物、鉄塩、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ金属ハロゲン化物を含む電解質溶液中にカソード及びアノードを導入することを含む。方法は、基板上にクロム-鉄合金層を堆積させるために、アノードとカソードの間で電解質溶液に電流を通すことをさらに含む。 At least one method is provided for plating chromium on a substrate using an electrolyte solution. The method includes introducing a cathode and an anode into an electrolyte solution including a trivalent chromium salt, an oxalate compound, an iron salt, aluminum sulfate, an alkali metal sulfate, and an alkali metal halide. The method further includes passing an electric current through the electrolyte solution between the anode and the cathode to deposit a chromium-iron alloy layer on the substrate.

クロム-鉄合金コーティングを含む少なくとも一つの基板が提供される。クロム-鉄合金コーティングは、約40重量%から約90重量%の範囲のクロム含有量、約8重量%から約18重量%の範囲の鉄含有量、及び約5重量%から約50重量%の範囲の炭素含有量を有する。 At least one substrate is provided that includes a chromium-iron alloy coating. The chromium-iron alloy coating has a chromium content ranging from about 40% to about 90% by weight, an iron content ranging from about 8% to about 18% by weight, and a carbon content ranging from about 5% to about 50% by weight.

上述の特徴、機能、及び利点は、様々な態様において単独で実現することができるか、又はさらに別の態様において組み合わせることができる。これらの詳細は、以下の説明及び添付図面を参照して見ることができる。 The above-described features, functions, and advantages may be realized alone in various aspects or may be combined in yet other aspects, the details of which may be seen with reference to the following description and the accompanying drawings.

本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記に要約したものよりもさらに詳細な本開示の説明が、一部が添付図面に例示される態様を参照することによってなされうる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な態様も許容することができることから、添付図面は、この開示の典型的な態様のみを示し、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。 In order that the above-mentioned features of the present disclosure may be understood in detail, a more detailed description of the present disclosure than that summarized above may be made by reference to the embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the present disclosure may admit of other equally effective embodiments, and therefore, that the accompanying drawings show only typical embodiments of the present disclosure and should not be considered as limiting the scope of the present invention.

本開示の一又は複数の態様により電解質溶液を形成するための方法を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram illustrating a method for forming an electrolyte solution according to one or more aspects of the present disclosure. 本開示の一又は複数の態様により電着により基板上にクロム合金コーティングを形成するための方法を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram illustrating a method for forming a chromium alloy coating on a substrate by electrodeposition according to one or more aspects of the present disclosure. 各々が異なる電流密度でめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density. 各々が異なるpHでめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH. 各々が異なる電流密度でめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density. 各々が異なるpHでめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH. 各々が異なる電流密度でめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density. 各々が異なるpHでめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH. 各々が異なる温度でめっきされた、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板の画像である。3A-3C are images of chromium-iron alloy plated substrates formed by the process of FIG. 2, each plated at a different temperature.

理解を容易にするため、図に共通な同一の要素を示すために、可能な箇所では同一の参照番号が用いられた。加えて、一態様の要素は、ここに記載される他の態様において利用するために有利に適合することができる。 For ease of understanding, the same reference numbers have been used where possible to indicate identical elements common to the figures. In addition, elements of one embodiment may be advantageously adapted for use in other embodiments described herein.

詳細な説明
本開示の態様によれば、直流電流とホウ酸を含まない三価クロム溶液とを使用しながら、構造的に堅牢且つ信頼性が高く、しかも費用効率的な基板上に形成されるクロム層(例えば、クロムコーティング)を得ることのできる、基板をクロムめっきするための種々の方法及び配合が提供される。したがって、ここに記載される方法及び配合は、硬質のクロム層(例えば、10ミクロンを上回る堅牢な機能性クロム層)を形成するために、硬質クロムめっきに有利に使用することができる。しかしながら、本開示は、硬質クロムめっきに限定されず、ここに記載される方法及び配合はまた、装飾的クロム層(例えば、0.25ミクロンから1.0ミクロンにわたるクロム層)を形成する装飾的クロムめっきを効果的且つ効率的に実施するために有利に使用することができる。
DETAILED DESCRIPTION According to aspects of the present disclosure, various methods and formulations are provided for chromium plating a substrate that can obtain a structurally robust, reliable, and cost-effective chromium layer (e.g., chromium coating) formed on the substrate while using direct current and a boric acid-free trivalent chromium solution. Thus, the methods and formulations described herein can be advantageously used for hard chromium plating to form a hard chromium layer (e.g., a robust functional chromium layer greater than 10 microns). However, the present disclosure is not limited to hard chromium plating, and the methods and formulations described herein can also be advantageously used to effectively and efficiently perform decorative chromium plating to form a decorative chromium layer (e.g., a chromium layer ranging from 0.25 microns to 1.0 microns).

本開示はさらに、クロム-鉄合金の電着のための電解質溶液と、クロム-鉄合金の形成方法とを提供する。少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液は水性である。少なくとも一つの態様において、電解質溶液は、例えば、硫酸第一鉄又は塩化第二鉄といった鉄塩を含む。電解質溶液中に存在するこれら鉄塩のうちの一又は複数は、六価クロム及びパルスめっきの使用なしで、鋼基板のような基板上に厚いクロム-鉄合金層の堆積物を提供することが発見された。本開示の電解質溶液はさらに、三価クロムイオン並びに第一鉄イオンとの錯体を形成する、オキサレート化合物のような少なくとも一つの錯体形成剤、例えば、シュウ酸ナトリウムをさらに含む。 The present disclosure further provides an electrolyte solution for the electrodeposition of chromium-iron alloys and a method of forming the chromium-iron alloys. In at least one embodiment, the electrolyte solution of the present disclosure is aqueous. In at least one embodiment, the electrolyte solution includes an iron salt, such as, for example, ferrous sulfate or ferric chloride. It has been discovered that one or more of these iron salts present in the electrolyte solution provide for the deposition of a thick chromium-iron alloy layer on a substrate, such as a steel substrate, without the use of hexavalent chromium and pulse plating. The electrolyte solution of the present disclosure further includes at least one complexing agent, such as an oxalate compound, e.g., sodium oxalate, that forms a complex with the trivalent chromium ions as well as the ferrous ions.

本開示の電解質溶液は、基板上に制御可能なクロム-鉄合金の堆積物を提供する。
少なくとも一つの態様において、基板は、鋼基板、銅基板、真鍮基板、銅コーティング基板、ニッケルコーティング基板、又はその他金属若しくは金属合金含有基板である。少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液は、約2から約4の範囲のpHで約30℃から約60℃の範囲の温度で使用されるとき、一般的な六価クロムベースのコーティングに匹敵すると考えられる、十分に硬質のクロム-鉄合金堆積物を提供する。少なくとも一つの態様において、本開示のクロム-鉄合金の鉄含有量は、合金中のクロムと鉄の合計重量に基づいて、約1重量%の鉄から約20重量%の鉄である。
The electrolyte solutions of the present disclosure provide controllable deposition of chromium-iron alloys on substrates.
In at least one embodiment, the substrate is a steel substrate, a copper substrate, a brass substrate, a copper-coated substrate, a nickel-coated substrate, or other metal or metal alloy containing substrate. In at least one embodiment, the electrolyte solutions of the present disclosure, when used at a pH ranging from about 2 to about 4 and at a temperature ranging from about 30° C. to about 60° C., provide sufficiently hard chromium-iron alloy deposits that are believed to be comparable to common hexavalent chromium based coatings. In at least one embodiment, the iron content of the chromium-iron alloys of the present disclosure is from about 1% iron by weight to about 20% iron by weight, based on the combined weight of chromium and iron in the alloy.

本開示のクロム-鉄合金コーティングは、鋼基板のような基板に、一般的な六価硬質クロムめっき基板と同様の難削性及び耐摩耗性を提供する。本開示のクロム-鉄合金は、航空機、宇宙船、船舶、エンジン及び吹き出しフラップの構成部品、廃棄洗浄構造、高性能超音速、極超音速、及び宇宙再突入車両構造のための温構造構成部品、自動車の部品、鋼橋などの建築物、並びに発電タービン、車エンジン、代替エネルギーアプリケーション、及び関連技術といった推進構造に配置することができる。特定の一実施例として、本開示の合金は、鋼ベースのランディングギヤ及び/又は航空機の底面に配置することができる。 The disclosed chromium-iron alloy coatings provide substrates such as steel substrates with similar machinability and wear resistance as typical hexavalent hard chromium plated substrates. The disclosed chromium-iron alloys can be disposed in aircraft, spacecraft, marine, engine and blow-flap components, waste wash structures, thermal structural components for high performance supersonic, hypersonic, and space re-entry vehicle structures, automotive components, buildings such as steel bridges, and propulsion structures such as power generation turbines, car engines, alternative energy applications, and related technologies. As one particular example, the disclosed alloys can be disposed in steel-based landing gear and/or the underside of aircraft.

少なくとも一つの態様において、本開示のクロム-鉄コーティングは、単一槽技術を使用して形成される。堆積容器は、実験室規模のガラス製ビーカー又は商業規模のめっき用大規模ポリプロピレンタンクである。少なくとも一つの態様において、堆積容器は、電解質溶液のすべての配合成分を、同時に、又はクロム塩及び錯体形成剤から開始して続いて鉄塩と段階的に混合することにより調製される電解質溶液である。アノード(例えば、グラファイト)は、後述するように、電解質溶液を含むビーカーに導入される。堆積プロセスは、直流電流を印加することにより調節され、それによってクロム-鉄合金コーティングが生成される。クロム-鉄合金コーティングの厚さは、直流電流を電解質溶液電極に印加する期間により制御することができる。少なくとも一つの態様において、クロム-鉄合金コーティングの全体の厚さは、約1ミクロンから約100ミクロン、例えば約10ミクロンから約50ミクロン、例えば約20ミクロンから約40ミクロン、例えば約30ミクロンである。 In at least one embodiment, the chromium-iron coating of the present disclosure is formed using a single-bath technique. The deposition vessel is a laboratory-scale glass beaker or a large polypropylene tank for commercial-scale plating. In at least one embodiment, the deposition vessel is an electrolyte solution prepared by mixing all of the electrolyte solution components simultaneously or stepwise starting with the chromium salt and complexing agent followed by the iron salt. An anode (e.g., graphite), as described below, is introduced into the beaker containing the electrolyte solution. The deposition process is regulated by applying a direct current, thereby producing a chromium-iron alloy coating. The thickness of the chromium-iron alloy coating can be controlled by the duration of time that the direct current is applied to the electrolyte solution electrodes. In at least one embodiment, the total thickness of the chromium-iron alloy coating is about 1 micron to about 100 microns, e.g., about 10 microns to about 50 microns, e.g., about 20 microns to about 40 microns, e.g., about 30 microns.

クロム-鉄合金コーティングの厚さ及び組成を変化させることは、本開示の堆積プロセスの電流密度及び時間尺度によって制御することができる。 Varying the thickness and composition of the chromium-iron alloy coating can be controlled by the current density and time scale of the deposition process of the present disclosure.

本開示の電解質溶液は、金属塩を含む。ここで使用される金属塩は、金属塩の無水物及び/又は水和物形態を含むことができる。少なくとも一つの態様において、金属塩は、三価クロム塩及び鉄塩のうちの一又は複数を含む。本開示の電解質溶液はさらに、アルカリ金属オキサレート化合物などの少なくとも一つの錯体形成剤、例えば、シュウ酸ナトリウム又はシュウ酸カリウムを含む。アルカリ金属オキサレート化合物などの錯体形成剤は、電解質溶液中の鉄イオンに配位し、電解質溶液に対する電流密度の印加時に、基板上への制御可能な鉄の堆積を促進する。 The electrolyte solution of the present disclosure includes a metal salt. The metal salt used herein can include anhydrous and/or hydrated forms of the metal salt. In at least one embodiment, the metal salt includes one or more of a trivalent chromium salt and an iron salt. The electrolyte solution of the present disclosure further includes at least one complexing agent, such as an alkali metal oxalate compound, e.g., sodium oxalate or potassium oxalate. The complexing agent, such as an alkali metal oxalate compound, coordinates to the iron ions in the electrolyte solution and promotes controllable deposition of iron on the substrate upon application of a current density to the electrolyte solution.

本開示の電解質溶液は、アルミニウム塩などの少なくとも一つの緩衝剤、例えば、硫酸アルミニウム又はハロゲン化アルミニウムをさらに含む。本開示の緩衝剤は、以下に詳述するように、電解質溶液の望ましいpHを維持し、基板上へのクロム及び鉄の堆積を実質的に妨害しない。 The electrolyte solution of the present disclosure further comprises at least one buffering agent, such as an aluminum salt, e.g., aluminum sulfate or an aluminum halide. The buffering agent of the present disclosure maintains a desired pH of the electrolyte solution and does not substantially interfere with the deposition of chromium and iron on the substrate, as described in more detail below.

本開示の電解質溶液は、アルカリ金属塩などの少なくとも一つのイオン導電性制御剤、例えば、硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムをさらに含む。本開示のイオン導電性制御剤は、電解質溶液の望ましい導電性を維持し、基板上へのクロム及び鉄の堆積を実質的に妨害しない。 The electrolyte solution of the present disclosure further comprises at least one ionic conductivity control agent, such as an alkali metal salt, e.g., sodium sulfate or potassium sulfate. The ionic conductivity control agent of the present disclosure maintains the desired conductivity of the electrolyte solution and does not substantially interfere with the deposition of chromium and iron on the substrate.

本開示の電解質溶液は、少なくとも一つのアルカリ金属ハロゲン化物、例えば、フッ化ナトリウム又はフッ化カリウムをさらに含む。本開示のアルカリ金属ハロゲン化物は、濡れ性及びエッチング性を有する電解質溶液を提供し、クロムめっきの間のクロム接着を助けることができる。 The electrolyte solution of the present disclosure further includes at least one alkali metal halide, such as sodium fluoride or potassium fluoride. The alkali metal halide of the present disclosure provides the electrolyte solution with wetting and etching properties and can aid in chrome adhesion during chrome plating.

随意で、本開示の電解質溶液は、少なくとも一つの界面活性剤、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はラウリル硫酸カリウムをさらに含む。本開示の界面活性剤は、クロムめっきの間の孔食及びガス発生を低減する。 Optionally, the electrolyte solution of the present disclosure further comprises at least one surfactant, such as sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or potassium lauryl sulfate. The surfactant of the present disclosure reduces pitting and gassing during chrome plating.

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液のpHは、約1と約6の間、例えば約1.5と約4の間であり、例えばpHは2又は4である。少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液のpHは、溶液のpHを上昇させるためには水酸化ナトリウム(NaOH)溶液などの一又は複数の塩基の付加により、又は溶液のpHを低下させるためには硫酸(HSO)溶液などの一又は複数の酸の付加により、制御される。クロム塩、鉄塩、錯体形成剤、緩衝剤、酸、及び塩基は、MERCK-India又はSigma-Aldrich Co. LLC(ミズーリ州セントルイス)といったといったいずれかの適切な商業的供給源から得ることができる。 In at least one embodiment, the pH of the electrolyte solutions of the present disclosure is between about 1 and about 6, e.g., between about 1.5 and about 4, e.g., the pH is 2 or 4. In at least one embodiment, the pH of the electrolyte solutions of the present disclosure is controlled by the addition of one or more bases, such as a sodium hydroxide (NaOH) solution, to increase the pH of the solution, or by the addition of one or more acids, such as a sulfuric acid ( H2SO4 ) solution, to decrease the pH of the solution. Chromium salts, iron salts, complexing agents, buffers, acids, and bases can be obtained from any suitable commercial source, such as MERCK-India or Sigma-Aldrich Co. LLC (St. Louis, MO).

図1は、本開示の一又は複数の態様による、電解質溶液を形成するための方法100を示すフロー図である。図1に示すように、工程110において、方法100は、水又は水溶液のような媒体に三価クロム塩を溶解させて、第1の電解質溶液を形成することを含む。三価クロム塩は三価クロム源である。少なくとも一つの態様において、三価クロム塩は、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)(例えば、Cr(SO、Cr(SO・12HO、及び/又は他の硫酸クロム(III))、及び/又は他のクロム(III)塩を含む。ハロゲン化クロム(III)は、例えば、塩化クロム(III)(例えば、CrCl、CrCl5HO、CrCl・6HO、及び/又は他の塩化クロム(III))を含むことができる。 FIG. 1 is a flow diagram illustrating a method 100 for forming an electrolyte solution according to one or more aspects of the present disclosure. As shown in FIG. 1, in step 110, the method 100 includes dissolving a trivalent chromium salt in a medium, such as water or an aqueous solution, to form a first electrolyte solution. The trivalent chromium salt is a source of trivalent chromium. In at least one embodiment, the trivalent chromium salt includes a chromium (III) halide, a chromium (III) sulfate (e.g., Cr2 ( SO4 ) 3 , Cr2 ( SO4 ) 3.12H2O , and/or other chromium (III) sulfates), and/or other chromium (III) salts. The chromium (III) halide can include, for example, a chromium (III) chloride (e.g., CrCl3 , CrCl35H2O , CrCl3.6H2O , and/or other chromium (III) chlorides).

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中の三価クロム塩の濃度は、電解質溶液1リットルあたり約0.1モル(mol/L)から約1mol/Lにわたり、例えば約0.3mol/Lから約0.9mol/Lの範囲、例えば約0.2mol/Lから約0.7mol/Lの範囲、例えば約0.4mol/Lから約0.7mol/Lの範囲など、例として約0.5mol/Lから約0.6mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様では、溶解させる三価クロム塩の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、又は1mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。1mol/Lを上回る濃度では、三価クロム塩を電解質中に溶解させることは困難になり、溶解度の問題が生じうる。 In at least one embodiment, the concentration of the trivalent chromium salt in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.1 moles per liter (mol/L) to about 1 mol/L of electrolyte solution, e.g., from about 0.3 mol/L to about 0.9 mol/L, e.g., from about 0.2 mol/L to about 0.7 mol/L, e.g., from about 0.4 mol/L to about 0.7 mol/L, e.g., from about 0.5 mol/L to about 0.6 mol/L. In at least one embodiment, the amount of trivalent chromium salt dissolved is about 0.1 mol/L, 0.2 mol/L, 0.3 mol/L, 0.4 mol/L, 0.5 mol/L, 0.6 mol/L, 0.7 mol/L, 0.8 mol/L, 0.9 mol/L, or 1 mol/L of electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). At concentrations above 1 mol/L, it becomes difficult to dissolve the trivalent chromium salt in the electrolyte, and solubility problems may arise.

少なくとも一つの態様では、三価クロム塩は、周囲温度で、室温で、約25℃で、又は約10℃から約40℃、例えば、約20℃から約30℃にわたる温度で撹拌することにより溶解させる。少なくとも一つの態様では、工程110が実施される温度は、必要に応じて、約10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、又は40℃とすることができる(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、又はすべての三価クロム塩が溶解するまで、約5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、又は30分間実施することができる(いずれの値も、上端点又は下端点を形成することができる)。 In at least one embodiment, the trivalent chromium salt is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25° C., or at a temperature ranging from about 10° C. to about 40° C., e.g., from about 20° C. to about 30° C. In at least one embodiment, the temperature at which step 110 is performed can be about 10° C., 15° C., 20° C., 25° C., 30° C., 35° C., or 40° C., as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). In at least one embodiment, stirring can be performed for about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes, as appropriate, or until all the trivalent chromium salt is dissolved (any value can form an upper or lower endpoint).

工程120では、方法100は、例えば、水又は水溶液(例えば第1の溶液)中にオキサレート化合物を溶解させて、第2の電解質溶液などの電解質溶液を形成することをさらに含む。オキサレート化合物は、錯体形成剤として機能することができるオキサレートを含む。少なくとも一つの態様では、オキサレート化合物は、アルカリ金属オキサレート(例えば、シュウ酸ナトリウム(Na)、シュウ酸カリウム(K)、及び/又は他のアルカリ金属オキサレート)及び/又はオキサレートの酸(例えば、シュウ酸(H)及び/又はオキサレートの他の酸)を含む。 In step 120, the method 100 further includes, for example, dissolving an oxalate compound in water or an aqueous solution (e.g., the first solution) to form an electrolyte solution, such as a second electrolyte solution. The oxalate compound includes an oxalate that can function as a complexing agent. In at least one embodiment, the oxalate compound includes an alkali metal oxalate (e.g., sodium oxalate (Na2C2O4 ) , potassium oxalate ( K2C2O4 ), and/or other alkali metal oxalates) and/or an oxalate acid ( e.g., oxalic acid ( H2C2O4 ) and/or other oxalate acids ).

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中のオキサレート化合物の濃度は、電解質溶液の約0.1mol/Lから約2.0mol/L、例えば約0.2mol/Lから約1.2mol/Lの範囲、例えば約0.1mol/Lから約0.9mol/Lの範囲、例えば約0.2mol/Lから約0.7mol/Lの範囲、例えば約0.4mol/Lから約0.7mol/Lの範囲内であり、例として、約0.5mol/Lから約0.6mol/Lの範囲内である。少なくとも一つの態様において、溶解させるオキサレート化合物の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.4mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L、又は2.0mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。 In at least one embodiment, the concentration of the oxalate compound in the electrolyte of the present disclosure is in the range of about 0.1 mol/L to about 2.0 mol/L of the electrolyte solution, e.g., in the range of about 0.2 mol/L to about 1.2 mol/L, e.g., in the range of about 0.1 mol/L to about 0.9 mol/L, e.g., in the range of about 0.2 mol/L to about 0.7 mol/L, e.g., in the range of about 0.4 mol/L to about 0.7 mol/L, e.g., in the range of about 0.5 mol/L to about 0.6 mol/L. In at least one embodiment, the amount of oxalate compound dissolved is about 0.1 mol/L, 0.2 mol/L, 0.4 mol/L, 0.6 mol/L, 0.8 mol/L, 1.0 mol/L, 1.2 mol/L, 1.4 mol/L, 1.6 mol/L, 1.8 mol/L, or 2.0 mol/L of the electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint).

少なくとも一つの態様において、オキサレート化合物を溶解させてオキサレートと三価クロムの錯体を形成するために、オキサレート化合物は、溶液(例えば、工程110又は工程120の前に実施される別の工程から得られる溶液)に入れられる。この溶液は、約70℃から約80℃にわたるより高い温度に加熱することができ、約1時間から約3時間撹拌することができる。少なくとも一つの態様において、溶液は冷却される(例えば、周囲温度、室温、約25℃、又は約20℃から約30℃にわたる温度へと)。代替的に、オキサレート化合物は、加熱せずに溶解することができ、この場合、オキサレートと三価クロムの錯体は3から4日で形成される。有利には、工程120において溶液を約70℃から約80℃にわたる温度に加熱することにより、電解質溶液はさらに速く調製することができる。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、約1時間、1時間15分、1時間30分、1時間45分、2時間、2時間15分、2時間30分、2時間45分、又は3時間にわたって実施される(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。さらに、少なくとも一つの態様において、工程120が実施される温度は、必要に応じて、約50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、又は80℃である(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。 In at least one embodiment, the oxalate compound is placed in a solution (e.g., a solution obtained from step 110 or another step performed prior to step 120) to dissolve the oxalate compound and form a complex of oxalate and trivalent chromium. The solution can be heated to a higher temperature ranging from about 70° C. to about 80° C. and stirred for about 1 hour to about 3 hours. In at least one embodiment, the solution is cooled (e.g., to ambient temperature, room temperature, about 25° C., or a temperature ranging from about 20° C. to about 30° C.). Alternatively, the oxalate compound can be dissolved without heating, in which case the complex of oxalate and trivalent chromium is formed in 3 to 4 days. Advantageously, the electrolyte solution can be prepared even faster by heating the solution in step 120 to a temperature ranging from about 70° C. to about 80° C. In at least one embodiment, the stirring is performed for about 1 hour, 1 hour 15 minutes, 1 hour 30 minutes, 1 hour 45 minutes, 2 hours, 2 hours 15 minutes, 2 hours 30 minutes, 2 hours 45 minutes, or 3 hours, as appropriate (any of these values can form upper or lower endpoints). Additionally, in at least one embodiment, the temperature at which step 120 is performed is about 50° C., 55° C., 60° C., 65° C., 70° C., 75° C., or 80° C., as appropriate (any of these values can form upper or lower endpoints).

工程130では、方法100は、例えば、水又は水溶液(例えば第2の電解質溶液)中に鉄塩を溶解させて、電解質溶液(例えば、第3の電解質溶液)を形成することをさらに含む。少なくとも一つの態様において、鉄塩は、二価の鉄塩、三価の鉄塩、又はこれらの組み合わせである。少なくとも一つの態様において、鉄塩は、硫酸第一鉄七水和物、塩化第二鉄、又はこれらの組み合わせである。少なくとも一つの態様において、鉄塩は二価の鉄塩である。少なくとも一つの態様において、二価の鉄塩は、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及び/又はその他二価の鉄塩を含む。これら二価の鉄塩の各々は、それに対応する水和形態を含むことができる。例えば、硫酸鉄(II)は式FeSO・xHOを有し、式中、xは整数(例えば、0、1、2、4、5、6、又は7)である。したがって、少なくとも一つの態様において、硫酸鉄(II)は、無水硫酸鉄(II)、硫酸鉄(II)一水和物、硫酸鉄(II)二水和物、硫酸鉄(II)四水和物、硫酸鉄(II)五水和物、硫酸鉄(II)六水和物、硫酸鉄(II)七水和物、又は別の水和状態を有する硫酸鉄(II)である。少なくとも一つの態様において、鉄塩は三価の鉄塩である。少なくとも一つの態様において、三価の鉄塩は、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及び/又はその他の三価の鉄塩を含む。これら三価の鉄塩の各々は、それに対応する水和形態を含むことができる。例えば、硫酸鉄(III)は、式Fe(SO・xHOを有し、式中xは整数(例えば、0、1、2、4、5、6、又は7)である。したがって、少なくとも一つの態様において、硫酸鉄(III)は、無水硫酸鉄(III)、硫酸鉄(III)一水和物、硫酸鉄(III)二水和物、硫酸鉄(III)四水和物、硫酸鉄(III)五水和物、硫酸鉄(III)六水和物、硫酸鉄(III)七水和物、又は別の水和状態を有する硫酸鉄(III)である。さらなる一実施例では、塩化鉄(III)は式FeCl・xHOを有し、式中xは整数(例えば、0、1、2、4、5、6、又は7)である。したがって、少なくとも一つの態様において、塩化鉄(III)は、無水塩化鉄(III)、塩化鉄(III)一水和物、塩化鉄(III)二水和物、塩化鉄(III)四水和物、塩化鉄(III)五水和物、塩化鉄(III)六水和物、塩化鉄(III)七水和物、又は別の水和状態を有する塩化鉄(III)である。 In step 130, the method 100 further includes, for example, dissolving an iron salt in water or an aqueous solution (e.g., the second electrolyte solution) to form an electrolyte solution (e.g., the third electrolyte solution). In at least one embodiment, the iron salt is a divalent iron salt, a trivalent iron salt, or a combination thereof. In at least one embodiment, the iron salt is ferrous sulfate heptahydrate, ferric chloride, or a combination thereof. In at least one embodiment, the iron salt is a divalent iron salt. In at least one embodiment, the divalent iron salt includes ferrous sulfate, ferrous chloride, ferrous acetate, and/or other divalent iron salts. Each of these divalent iron salts can include its corresponding hydrated form. For example, ferrous sulfate has the formula FeSO4.xH2O , where x is an integer (e.g., 0, 1, 2, 4 , 5, 6, or 7). Thus, in at least one embodiment, the iron(II) sulfate is anhydrous iron(II) sulfate, iron(II) sulfate monohydrate, iron(II) sulfate dihydrate, iron(II) sulfate tetrahydrate, iron(II) sulfate pentahydrate, iron(II) sulfate hexahydrate, iron(II) sulfate heptahydrate, or iron(II) sulfate having another hydration state. In at least one embodiment, the iron salt is a trivalent iron salt. In at least one embodiment, the trivalent iron salt includes iron(III) sulfate, iron(III) chloride, iron(III) acetate, and/or other trivalent iron salts. Each of these trivalent iron salts can include its corresponding hydrated form. For example, iron(III) sulfate has the formula Fe2 ( SO4 ) 3.xH2O , where x is an integer (e.g., 0, 1, 2, 4 , 5, 6, or 7). Thus, in at least one embodiment, the iron(III) sulfate is anhydrous iron(III) sulfate, iron(III) sulfate monohydrate, iron(III) sulfate dihydrate, iron(III) sulfate tetrahydrate, iron(III) sulfate pentahydrate, iron(III) sulfate hexahydrate, iron(III) sulfate heptahydrate, or iron(III) sulfate having another hydration state. In a further example, the iron(III) chloride has the formula FeCl3.xH2O , where x is an integer (e.g., 0, 1, 2 , 4, 5, 6, or 7). Thus, in at least one embodiment, the iron(III) chloride is anhydrous iron(III) chloride, iron(III) chloride monohydrate, iron(III) chloride dihydrate, iron(III) chloride tetrahydrate, iron(III) chloride pentahydrate, iron(III) chloride hexahydrate, iron(III) chloride heptahydrate, or iron(III) chloride having another hydration state.

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中の鉄塩の濃度は、電解質溶液の約0.005mol/Lから約0.2mol/Lにわたり、例えば約0.01mol/Lから約0.2mol/Lの範囲、約0.02mol/Lから約0.2mol/Lの範囲など、例として、約0.1mol/Lから約0.2mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様において、溶解させる鉄塩の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L、0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L、0.1mol/L、又は0.2mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。本発明者らは、0.2mol/Lを上回る濃度において、堆積するクロム-鉄合金コーティングは軟性となり、また腐食し易くなりうることを発見した。 In at least one embodiment, the concentration of the iron salt in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.005 mol/L to about 0.2 mol/L of electrolyte solution, such as from about 0.01 mol/L to about 0.2 mol/L, such as from about 0.02 mol/L to about 0.2 mol/L, for example from about 0.1 mol/L to about 0.2 mol/L. In at least one embodiment, the amount of iron salt dissolved is about 0.005 mol/L, 0.01 mol/L, 0.02 mol/L, 0.03 mol/L, 0.04 mol/L, 0.05 mol/L, 0.06 mol/L, 0.07 mol/L, 0.08 mol/L, 0.09 mol/L, 0.1 mol/L, or 0.2 mol/L of electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). The inventors have discovered that at concentrations greater than 0.2 mol/L, the deposited chromium-iron alloy coating can become soft and susceptible to corrosion.

少なくとも一つの態様において、鉄塩は、周囲温度、室温、約25℃、又は約20℃から約30℃にわたる温度で撹拌することにより溶解される。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、又はすべての鉄塩が溶解するまで、約5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、又は30分間実施される(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、工程130が実施される温度は、必要に応じて、約10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、又は40℃で実施される(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。 In at least one embodiment, the iron salt is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25° C., or at a temperature ranging from about 20° C. to about 30° C. In at least one embodiment, stirring is performed for about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes (any value can form an upper or lower endpoint), as needed, or until all the iron salt is dissolved. In at least one embodiment, the temperature at which step 130 is performed is performed at about 10° C., 15° C., 20° C., 25° C., 30° C., 35° C., or 40° C. (any value can form an upper or lower endpoint), as needed.

工程140では、方法100は、金属塩を、例えば、水又は水溶液(例えば第3の電解質溶液)中に溶解させて電解質溶液(例えば、第4の電解質溶液)を形成することをさらに含む。金属塩は、溶解してアルミニウムイオンといった金属イオンを提供する金属イオン源であり、金属イオンは、バッファーとして機能することができ、且つ溶液中の高原子価の金属イオン(例えば、Al3+)によりイオン強度を提供することができる。少なくとも一つの態様において、金属塩は、第13族金属塩、例えば、アルミニウム塩(例えば、硫酸アルミニウム(Al(SO)、塩化アルミニウム(AlCl)、及び/又はその他アルミニウム塩)などのハロゲン化アルミニウム及び/又はその他金属塩を含む。 In step 140, the method 100 further includes dissolving a metal salt, for example, in water or an aqueous solution (e.g., the third electrolyte solution) to form an electrolyte solution (e.g., the fourth electrolyte solution). The metal salt is a source of metal ions that dissolves to provide metal ions, such as aluminum ions, which can act as a buffer and provide ionic strength with high valency metal ions (e.g., Al 3+ ) in the solution. In at least one embodiment, the metal salt includes a Group 13 metal salt, for example, an aluminum halide and/or other metal salt, such as an aluminum salt (e.g., aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), and/or other aluminum salts).

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中の金属塩の濃度は、電解質溶液の約0.01mol/Lから約1.0mol/Lにわたり、例えば約0.05mol/Lから約0.8mol/Lの範囲、例えば約0.1mol/Lから約0.7mol/Lの範囲、例えば約0.2mol/Lから約0.5mol/Lの範囲など、例として約0.2mol/Lから約0.3mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様において、溶解させる金属塩の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、又は1.0mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。1.0mol/Lを上回る濃度では、金属塩を電解質中に溶解させることは困難になり、溶解度の問題が生じうる。 In at least one embodiment, the concentration of the metal salt in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.01 mol/L to about 1.0 mol/L of the electrolyte solution, e.g., from about 0.05 mol/L to about 0.8 mol/L, e.g., from about 0.1 mol/L to about 0.7 mol/L, e.g., from about 0.2 mol/L to about 0.5 mol/L, e.g., from about 0.2 mol/L to about 0.3 mol/L. In at least one embodiment, the amount of metal salt dissolved is about 0.01 mol/L, 0.05 mol/L, 0.1 mol/L, 0.2 mol/L, 0.3 mol/L, 0.4 mol/L, 0.5 mol/L, 0.6 mol/L, 0.8 mol/L, or 1.0 mol/L of the electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). At concentrations above 1.0 mol/L, it becomes difficult to dissolve the metal salt in the electrolyte and solubility problems may arise.

少なくとも一つの態様において、金属塩は、周囲温度、室温、約25℃、又は約20℃から約30℃にわたる温度で撹拌することにより溶解される。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、又はすべての金属塩が溶解するまで、約5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、又は30分間実施される(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、工程140が実施される温度は、必要に応じて、約10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、又は40℃で実施される(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。 In at least one embodiment, the metal salt is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25° C., or at a temperature ranging from about 20° C. to about 30° C. In at least one embodiment, stirring is performed for about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes (any value can form an upper or lower endpoint), as needed, or until all the metal salt is dissolved. In at least one embodiment, the temperature at which step 140 is performed is performed at about 10° C., 15° C., 20° C., 25° C., 30° C., 35° C., or 40° C. (any value can form an upper or lower endpoint), as needed.

工程150では、方法100は、アルカリ金属塩を、例えば、水又は水溶液(例えば第4の電解質溶液)中に溶解させて電解質溶液(例えば、第5の電解質溶液)を形成することをさらに含む。アルカリ金属塩は、電解質溶液の導電性を上昇させることができる。少なくとも一つの態様において、アルカリ金属塩は、アルカリ金属硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム(NaSO)、硫酸カリウム(KSO)、及び/又はその他のアルカリ金属硫酸塩)を含む。 In step 150, the method 100 further includes dissolving an alkali metal salt, for example, in water or an aqueous solution (e.g., the fourth electrolyte solution) to form an electrolyte solution (e.g., the fifth electrolyte solution). The alkali metal salt can increase the conductivity of the electrolyte solution. In at least one embodiment, the alkali metal salt includes an alkali metal sulfate (e.g., sodium sulfate ( Na2SO4 ), potassium sulfate (K2SO4 ) , and/or other alkali metal sulfates).

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中のアルカリ金属塩の濃度は、約0.1mol/Lから約2.0mol/Lの範囲であり、例えば約0.5mol/Lから約2.0mol/Lの範囲、例えば約1.0mol/Lから約1.5mol/Lの範囲など、例として約1.3mol/Lから約1.4mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様において、溶解させるオキサレート化合物の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.4mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L、又は2.0mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。2.0mol/Lを上回る濃度では、アルカリ金属塩を電解質中に溶解させることは困難になり、溶解度の問題が生じうる。 In at least one embodiment, the concentration of the alkali metal salt in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.1 mol/L to about 2.0 mol/L, such as from about 0.5 mol/L to about 2.0 mol/L, such as from about 1.0 mol/L to about 1.5 mol/L, for example from about 1.3 mol/L to about 1.4 mol/L. In at least one embodiment, the amount of oxalate compound dissolved is about 0.1 mol/L, 0.2 mol/L, 0.4 mol/L, 0.6 mol/L, 0.8 mol/L, 1.0 mol/L, 1.2 mol/L, 1.4 mol/L, 1.6 mol/L, 1.8 mol/L, or 2.0 mol/L of the electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). At concentrations above 2.0 mol/L, it becomes difficult to dissolve the alkali metal salt in the electrolyte, and solubility problems may arise.

少なくとも一つの態様では、アルカリ金属塩は、周囲温度で、室温で、約25℃で、又は約10℃から約40℃、例えば、約20℃から約30℃にわたる温度で撹拌することにより溶解させる。少なくとも一つの態様では、工程150が実施される温度は、必要に応じて、約10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、又は40℃とすることができる(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、又はすべてのアルカリ金属塩が溶解するまで、約5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、又は30分間実施することができる(いずれの値も、上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、アルカリ金属塩は、周囲温度、室温、約25℃で15分間撹拌することにより溶解する。 In at least one embodiment, the alkali metal salt is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25°C, or at a temperature ranging from about 10°C to about 40°C, e.g., from about 20°C to about 30°C. In at least one embodiment, the temperature at which step 150 is performed can be about 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, or 40°C, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). In at least one embodiment, stirring can be performed for about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes, as appropriate, or until all of the alkali metal salt is dissolved (any value can form an upper or lower endpoint). In at least one embodiment, the alkali metal salt is dissolved by stirring for 15 minutes at ambient temperature, room temperature, about 25°C.

工程160では、方法100は、アルカリ金属ハロゲン化物を、例えば、水又は水溶液(例えば第5の電解質溶液)中に溶解させて電解質溶液(例えば、第6の電解質溶液)を形成することをさらに含む。アルカリ金属ハロゲン化物は、濡れ性及びエッチング性を有する電解質溶液を提供することができ、且つクロムめっきの間のクロム接着を助けることができる。少なくとも一つの態様において、アルカリ金属ハロゲン化物は、アルカリ金属フッ化物(例えば、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化カリウム(KF)、及び/又はその他のアルカリ金属フッ化物)及び/又はその他のアルカリ金属ハロゲン化物を含む。 At step 160, the method 100 further includes dissolving an alkali metal halide, for example, in water or an aqueous solution (e.g., the fifth electrolyte solution) to form an electrolyte solution (e.g., the sixth electrolyte solution). The alkali metal halide can provide the electrolyte solution with wetting and etching properties and can aid in chrome adhesion during chrome plating. In at least one embodiment, the alkali metal halide includes an alkali metal fluoride (e.g., sodium fluoride (NaF), potassium fluoride (KF), and/or other alkali metal fluorides) and/or other alkali metal halides.

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中のアルカリ金属ハロゲン化物の濃度は、約0.1mol/Lから約2.0mol/Lの範囲であり、例えば約0.1mol/Lから約0.5mol/Lの範囲、例えば約0.2mol/Lから約0.5mol/Lの範囲など、例として約0.3mol/Lから約0.4mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様において、溶解させるオキサレート化合物の量は、必要に応じて、電解質溶液の約0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、又は1.0mol/Lである(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。1.0mol/Lを上回る濃度では、アルカリ金属ハロゲン化物を電解質中に溶解させることは困難になり、溶解度の問題が生じうる。 In at least one embodiment, the concentration of the alkali metal halide in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.1 mol/L to about 2.0 mol/L, such as from about 0.1 mol/L to about 0.5 mol/L, such as from about 0.2 mol/L to about 0.5 mol/L, for example from about 0.3 mol/L to about 0.4 mol/L. In at least one embodiment, the amount of oxalate compound dissolved is about 0.1 mol/L, 0.2 mol/L, 0.3 mol/L, 0.4 mol/L, 0.5 mol/L, 0.6 mol/L, 0.8 mol/L, or 1.0 mol/L of the electrolyte solution, as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). At concentrations above 1.0 mol/L, it becomes difficult to dissolve the alkali metal halide in the electrolyte, and solubility problems can arise.

少なくとも一つの態様では、アルカリ金属ハロゲン化物は、周囲温度で、室温で、約25℃で、又は約10℃から約40℃、例えば、約20℃から約30℃にわたる温度で撹拌することにより溶解させる。少なくとも一つの態様では、工程160が実施される温度は、必要に応じて、約10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、又は40℃である(いずれの値も上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、撹拌は、必要に応じて、又はすべてのアルカリ金属ハロゲン化物が溶解するまで、約5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、又は30分間実施される(いずれの値も、上端点又は下端点を形成することができる)。少なくとも一つの態様において、アルカリ金属ハロゲン化物は、周囲温度、室温、約25℃で15分間撹拌することにより溶解する。 In at least one embodiment, the alkali metal halide is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25° C., or at a temperature ranging from about 10° C. to about 40° C., e.g., from about 20° C. to about 30° C. In at least one embodiment, the temperature at which step 160 is performed is about 10° C., 15° C., 20° C., 25° C., 30° C., 35° C., or 40° C., as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint). In at least one embodiment, stirring is performed for about 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, or 30 minutes, as appropriate, or until all the alkali metal halide is dissolved (any value can form an upper or lower endpoint). In at least one embodiment, the alkali metal halide is dissolved by stirring at ambient temperature, room temperature, about 25° C. for 15 minutes.

随意で、工程170では、方法100は、界面活性剤を、例えば、水又は水溶液(例えば第6の電解質溶液)中に溶解させて電解質溶液(例えば、第7の電解質溶液)を形成することをさらに含む。界面活性剤は、孔食を防止する又は低減させ、クロムめっき中のガス発生(例えば、塩素ガス、水素ガスなど)を低減することができる。少なくとも一つの態様において、界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO)、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム(CH(CH11(OCHCHOSONa)、ラウリル硫酸カリウム(KC1225SO)、及び/又はその他の界面活性剤を含む。 Optionally, in step 170, the method 100 further includes dissolving a surfactant, for example, in the water or aqueous solution (e.g., the sixth electrolyte solution) to form an electrolyte solution (e.g., the seventh electrolyte solution). The surfactant can prevent or reduce pitting corrosion and reduce gassing (e.g., chlorine gas, hydrogen gas, etc.) during chrome plating. In at least one embodiment, the surfactant includes sodium lauryl sulfate ( NaC12H25SO4 ), sodium lauryl ether sulfate (CH3( CH2 ) 11 ( OCH2CH2 ) nOSO3Na ), potassium lauryl sulfate ( KC12H25SO4 ) , and/or other surfactants.

少なくとも一つの態様において、本開示の電解質中の界面活性剤の濃度は、約0.0001mol/Lから約0.01mol/Lの範囲である。少なくとも一つの態様において、溶解させる界面活性剤の量は、電解質溶液の約0.0001mol/L、0.0002mol/L、0.0004mol/L、0.0006mol/L、0.0008mol/L、0.0010mol/L、0.0020mol/L、0.0040mol/L、0.0060mol/L、0.0080mol/L、又は0.0100mol/Lとすることができる(いずれの値も必要に応じて上端点又は下端点を形成することができる)。例えば、少なくとも一つの態様において、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はラウリル硫酸カリウムの量は、電解質溶液1リットルあたり約0.1gから約1gの範囲である。0.01mol/Lを上回る濃度では、界面活性剤は、槽の過剰な発泡及び不均一な堆積を生じさせうる。 In at least one embodiment, the concentration of the surfactant in the electrolyte of the present disclosure ranges from about 0.0001 mol/L to about 0.01 mol/L. In at least one embodiment, the amount of surfactant dissolved can be about 0.0001 mol/L, 0.0002 mol/L, 0.0004 mol/L, 0.0006 mol/L, 0.0008 mol/L, 0.0010 mol/L, 0.0020 mol/L, 0.0040 mol/L, 0.0060 mol/L, 0.0080 mol/L, or 0.0100 mol/L of the electrolyte solution (either value can form an upper or lower endpoint, as appropriate). For example, in at least one embodiment, the amount of sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or potassium lauryl sulfate ranges from about 0.1 g to about 1 g per liter of electrolyte solution. At concentrations above 0.01 mol/L, surfactants can cause excessive foaming and uneven deposition in the bath.

随意で、工程180では、方法100は、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、及び/又は硫酸(HSO)といった一又は複数の酸性水溶液又は塩基性水溶液を使用して、電解質溶液のpHを調節することをさらに含む。電解質溶液に加えられる酸性水溶液又は塩基性水溶液の容積は、電解質溶液の他の成分(錯体形成剤、緩衝剤など)の濃度が実質的に影響されないように、十分に小さい。代替的に、固体水酸化カリウム及び/又は固体水酸化ナトリウムを電解質溶液に直接加える、及び/又は濃縮した硫酸を電解質溶液に直接加える。少なくとも一つの態様において、電解質溶液のpHは、約1から約7、例えば約1から約5、例えば約1.5から約4など、例として1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、又は5の標的pHに調節される。少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液のpHは、電解質溶液に電流を通す前に調節される(以下で詳述する)。少なくとも一つの態様において、本開示の電解質溶液のpHは、電解質溶液に電流を通す間、標的pH標的pH範囲に維持される。 Optionally, in step 180, the method 100 further includes adjusting the pH of the electrolyte solution using one or more aqueous acidic or basic solutions, such as potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and/or sulfuric acid ( H2SO4 ). The volume of the aqueous acidic or basic solution added to the electrolyte solution is sufficiently small so that the concentration of other components of the electrolyte solution (complexing agents, buffers, etc.) is not substantially affected. Alternatively, solid potassium hydroxide and/or solid sodium hydroxide are added directly to the electrolyte solution, and/or concentrated sulfuric acid is added directly to the electrolyte solution. In at least one embodiment, the pH of the electrolyte solution is adjusted to a target pH of about 1 to about 7, such as about 1 to about 5, such as about 1.5 to about 4, for example 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, or 5. In at least one embodiment, the pH of the electrolyte solution of the present disclosure is adjusted (as described in more detail below) before passing an electric current through the electrolyte solution. In at least one embodiment, the pH of the electrolyte solution of the present disclosure is maintained within a target pH range while an electric current is passed through the electrolyte solution.

随意で、工程190では、平衡状態に到達させるための時間が提供される。少なくとも一つの態様において、溶液は、平衡状態に到達させるために、1時間から2日間にわたる時間の間放置される。平衡状態に到達させるために提供される時間は、約1時間、3時間、6時間、9時間、12時間、15時間、18時間、21時間、24時間、27時間、30時間、33時間、36時間、39時間、42時間、45時間、又は48時間とすることができる(いずれの値も必要に応じて上端点又は下端点を形成することができる)。 Optionally, in step 190, a time is provided to reach equilibrium. In at least one embodiment, the solution is left to reach equilibrium for a time ranging from 1 hour to 2 days. The time provided to reach equilibrium can be about 1 hour, 3 hours, 6 hours, 9 hours, 12 hours, 15 hours, 18 hours, 21 hours, 24 hours, 27 hours, 30 hours, 33 hours, 36 hours, 39 hours, 42 hours, 45 hours, or 48 hours (either value can form an upper or lower endpoint, as appropriate).

少なくとも一つの態様において、方法100は、提示された順序で実施される。代替的に、方法100は、異なる順序で実施される。少なくとも一つの態様において、いくつかの工程は順番に実施され、他の工程は異なる順序で実施される。例えば、工程110及び120は順番に実施され、工程130、140、150、160、170、180、及び190は、工程110及び120の後で異なる順序で実施される。別の実施例では、工程110及び工程120は、異なる順序で実施され、工程130、140、150、160、170、180、及び190は順番に実施される。別の実施例では、工程110、120、130、140、150、及び160は順番に実施され、工程170、180、及び190は異なる順序で実施される。一組の工程を、別の組の工程の前に実施することができる。例えば、工程110及び120は任意の順序で実施することができ、工程110及び120が実施された後、工程130、140、150、及び160が任意の順序で実施される。当業者であれば理解するように、他の順序も考慮される。さらに、工程170、180、及び190のうちの一又は複数は、いくつかの態様では省略される。 In at least one embodiment, method 100 is performed in the order presented. Alternatively, method 100 is performed in a different order. In at least one embodiment, some steps are performed in order and other steps are performed in a different order. For example, steps 110 and 120 are performed in order and steps 130, 140, 150, 160, 170, 180, and 190 are performed in a different order after steps 110 and 120. In another embodiment, steps 110 and 120 are performed in a different order and steps 130, 140, 150, 160, 170, 180, and 190 are performed in order. In another embodiment, steps 110, 120, 130, 140, 150, and 160 are performed in order and steps 170, 180, and 190 are performed in a different order. One set of steps can be performed before another set of steps. For example, steps 110 and 120 can be performed in any order, and after steps 110 and 120 are performed, steps 130, 140, 150, and 160 are performed in any order. As one of ordinary skill in the art would understand, other orders are contemplated. Additionally, one or more of steps 170, 180, and 190 are omitted in some aspects.

図2は、本開示の一又は複数の態様による、電着により基板上にクロム合金コーティングを形成するための方法200を示すフロー図である。工程210では、図1の方法100によるなどして電解質溶液が調製される。工程220では、方法200は、電解質溶液のpHを標的pH又は標的pH範囲に調節及び/又は維持することをさらに含む。少なくとも一つの態様において、標的pHは、約1から約4にわたるpHである。このpHは、約1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8又は4.0に維持することができる(いずれの値も適宜上端点又は下端点を形成することができる)。 2 is a flow diagram illustrating a method 200 for forming a chromium alloy coating on a substrate by electrodeposition, according to one or more embodiments of the present disclosure. In step 210, an electrolyte solution is prepared, such as by method 100 of FIG. 1. In step 220, the method 200 further includes adjusting and/or maintaining the pH of the electrolyte solution at a target pH or target pH range. In at least one embodiment, the target pH is a pH ranging from about 1 to about 4. The pH can be maintained at about 1.2, 1.4, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, or 4.0 (any value can form an upper or lower endpoint, as appropriate).

工程230では、方法200は、電解質溶液(例えば工程210によって形成された電解質溶液)の温度を調節及び/又は維持することをさらに含む。少なくとも一つの態様において、温度は、任意の適切な加熱又は冷却装置を使用して、約20℃から約70℃、例えば約20℃から約40℃、例えば約20℃から約35℃、例として20℃、25℃、又は30℃の標的温度に調節/維持される。少なくとも一つの態様において、電解質溶液の温度は、電解質溶液に電流を通す前に調節される。少なくとも一つの態様において、電解質溶液の温度は、堆積層の外観を維持するために、電解質溶液に電流を通す間維持される。望ましい範囲内に温度を維持することにより、外観および合金組成に関して再生可能な結果が得られやすくなる。 At step 230, method 200 further includes adjusting and/or maintaining the temperature of the electrolyte solution (e.g., the electrolyte solution formed by step 210). In at least one embodiment, the temperature is adjusted/maintained at a target temperature of about 20° C. to about 70° C., e.g., about 20° C. to about 40° C., e.g., about 20° C. to about 35° C., e.g., 20° C., 25° C., or 30° C., using any suitable heating or cooling device. In at least one embodiment, the temperature of the electrolyte solution is adjusted prior to passing a current through the electrolyte solution. In at least one embodiment, the temperature of the electrolyte solution is maintained during the passage of a current through the electrolyte solution to maintain the appearance of the deposited layer. Maintaining the temperature within a desired range facilitates reproducible results in terms of appearance and alloy composition.

方法は、工程240において,基板を含むカソードとアノードとを電解質溶液に導入することと、工程250において、クロム合金をカソード基板上に堆積させるために、カソードとアノードの間で電解質溶液に電流を通すこととをさらに含む。少なくとも一つの態様において、カソード基板は、例えば、鋼基板、鉄系合金基板、銅基板、真鍮基板、ニッケル基板、銅コーティング基板(例えば、銅コーティング鋼又は銅コーティング鉄系合金)、又はニッケルコーティング基板(例えば、ニッケルコーティング鋼又はニッケルコーティング鉄系合金)である。 The method further includes, in step 240, introducing the cathode and anode containing substrate into the electrolyte solution, and, in step 250, passing a current through the electrolyte solution between the cathode and the anode to deposit the chromium alloy on the cathode substrate. In at least one embodiment, the cathode substrate is, for example, a steel substrate, an iron-based alloy substrate, a copper substrate, a brass substrate, a nickel substrate, a copper-coated substrate (e.g., copper-coated steel or copper-coated iron-based alloy), or a nickel-coated substrate (e.g., nickel-coated steel or nickel-coated iron-based alloy).

少なくとも一つの態様において、アノードは、炭素質電極材料を含む。例えば、炭素質アノードは、グラファイトアノード又は炭素を含むその他のアノードとすることができる。少なくとも一つの態様において、グラファイトアノードは、塩素ベースの電解質溶液(例えば、塩化クロム(III)などの塩化物を有する一又は複数の化合物を含む電解質溶液)、硫酸塩ベースの電解質溶液(例えば、硫酸クロム(III)などの硫酸塩を有する一又は複数の化合物を含む電解質溶液)、又は塩化物と硫酸塩ベースの電解質溶液(例えば、塩化物を有する一又は複数の化合物と、硫酸塩を有する一又は複数のその他の化合物とを含む電解質溶液)のために使用される。有利には、グラファイトアノード又はその他の炭素質アノードは、ガス放出及び望ましくない副産物の形成を最小化するとともに、望ましい堆積率(例えば、1分あたり約1ミクロンから約2ミクロンにわたる)を促進する。代替的に、白金アノード又は白金めっきチタンアノードを、硫酸塩ベースの電解質溶液(例えば、硫酸クロム(III)などの硫酸塩を有する一又は複数の化合物を含む電解質溶液)のために使用することができる。例えば、白金アノード又は白金めっきチタンアノードは、塩素ガスが生成されないように電解質溶液が塩化物を有する化合物を含まないとき、又は塩素ガスの生成が低減されるように電解質溶液がより少ない塩化物を有するとき(例えば、炭素質アノードを使用して塩素ガスの生成を低減する必要がない)、使用することができる。 In at least one embodiment, the anode comprises a carbonaceous electrode material. For example, the carbonaceous anode can be a graphite anode or other anode comprising carbon. In at least one embodiment, the graphite anode is used for a chloride-based electrolyte solution (e.g., an electrolyte solution including one or more compounds having a chloride, such as chromium (III) chloride), a sulfate-based electrolyte solution (e.g., an electrolyte solution including one or more compounds having a sulfate, such as chromium (III) sulfate), or a chloride and sulfate-based electrolyte solution (e.g., an electrolyte solution including one or more compounds having a chloride and one or more other compounds having a sulfate). Advantageously, the graphite anode or other carbonaceous anode promotes desirable deposition rates (e.g., ranging from about 1 micron to about 2 microns per minute) while minimizing outgassing and the formation of undesirable by-products. Alternatively, a platinum anode or a platinized titanium anode can be used for a sulfate-based electrolyte solution (e.g., an electrolyte solution including one or more compounds having a sulfate, such as chromium (III) sulfate). For example, platinum anodes or platinized titanium anodes can be used when the electrolyte solution does not contain chloride-containing compounds such that chlorine gas is not produced, or when the electrolyte solution has less chloride such that chlorine gas production is reduced (e.g., there is no need to use a carbonaceous anode to reduce chlorine gas production).

少なくとも一つの態様において、カソードとアノードの間に電流を通すことは、直流電流を使用して実施される。少なくとも一つの態様において、約50mA/cmから約600mA/cm、例えば約100mA/cmから約500mA/cm、例えば約100mA/cmから約400mA/cm、例えば約200mA/cmから約400mA/cm、例として200mA/cm、250mA/cm、又は300mA/cmの電流密度を有する直流電流が使用される。電流密度の値は、カソードとアノードとの間の離間距離に応じて調節することができる。少なくとも一つの態様において、電流密度は、カソードとアノードとの間の離間距離に依存し、必要に応じて、約50mA/cm、100mA/cm、150mA/cm、200mA/cm、250mA/cm、300mA/cm、350mA/cm、400mA/cm、450mA/cm、又は500mA/cmである(いずれの値も必要に応じて上端点又は下端点を形成することができる)。例えば、約200mA/cmから約400mA/cmにわたる電流密度は、カソードとアノードが約3cmだけ分離しているときに適用することができる。本発明者らは、上記範囲内の電流密度が、望ましくない六価クロム副産物の形成を最小化するとともに、合理的な速度、例えば、0.5から1ミクロン/分の堆積を達成することを発見した。 In at least one embodiment, passing a current between the cathode and the anode is performed using a direct current. In at least one embodiment, a direct current having a current density of about 50 mA/cm 2 to about 600 mA/cm 2 is used, for example about 100 mA /cm 2 to about 500 mA/cm 2 , for example about 100 mA/cm 2 to about 400 mA/cm 2 , for example about 200 mA/cm 2 to about 400 mA/cm 2 , for example 200 mA/cm 2 , 250 mA/cm 2 , or 300 mA/cm 2 . The value of the current density can be adjusted depending on the distance between the cathode and the anode. In at least one embodiment, the current density depends on the separation distance between the cathode and the anode, and is about 50mA/ cm2 , 100mA/ cm2 , 150mA/ cm2 , 200mA/ cm2 , 250mA/ cm2 , 300mA/ cm2 , 350mA/ cm2 , 400mA/cm2, 450mA/ cm2 , or 500mA/ cm2 , as appropriate (any value can form an upper or lower endpoint, as appropriate ) . For example, a current density ranging from about 200mA/ cm2 to about 400mA/ cm2 can be applied when the cathode and anode are separated by about 3 cm. The inventors have discovered that a current density within the above range achieves a reasonable rate of deposition, e.g., 0.5 to 1 micron/min, while minimizing the formation of undesirable hexavalent chromium by-products.

カソードとアノードの間に電流を通すことに応じて、クロム及び鉄がカソード基板上に堆積する。工程250は、所望の厚さを有するクロム合金コーティング層が基板上に形成されるまで実施される。少なくとも一つの態様において、クロム合金コーティング層は、合金の合計重量に基づいて、約1重量%の鉄から約60重量%の鉄、例えば約1重量%の鉄から約20重量%の鉄、例えば約1重量%の鉄から約5重量%の鉄、又は約10重量%の鉄から約20重量%の鉄を有するクロム-鉄合金である。例えば、クロム-鉄合金は、約1重量%、2重量%、10重量%、11重量%、又は12重量%の鉄を有することができる。さらに、クロム-鉄合金は、合金の合計重量に基づいて、約80重量%のクロムから約99重量%のクロム、例えば約85重量%のクロムから約95重量%のクロム、例として約99重量%のクロム、98重量%のクロム、90重量%のクロム、89重量%のクロム、又は88重量%のクロムを有する。 In response to passing a current between the cathode and the anode, chromium and iron are deposited on the cathode substrate. Step 250 is performed until a chromium alloy coating layer having a desired thickness is formed on the substrate. In at least one embodiment, the chromium alloy coating layer is a chromium-iron alloy having about 1 wt. % iron to about 60 wt. % iron, e.g., about 1 wt. % iron to about 20 wt. % iron, e.g., about 1 wt. % iron to about 5 wt. % iron, or about 10 wt. % iron to about 20 wt. % iron, based on the total weight of the alloy. For example, the chromium-iron alloy can have about 1 wt. %, 2 wt. %, 10 wt. %, 11 wt. %, or 12 wt. % iron. Further, the chromium-iron alloy has about 80% chromium to about 99% chromium by weight, for example about 85% chromium to about 95% chromium by weight, for example about 99% chromium, 98% chromium, 90% chromium, 89% chromium, or 88% chromium by weight, based on the total weight of the alloy.

工程250を実施することに応じて、クロムは基板上に堆積される。少なくとも一つの態様において、クロムと炭素が基板上に共堆積される。少なくとも一つの態様において、工程250は、所望の厚さ(例えば、約5ミクロンを上回る厚さ)を有するクロム層(例えば、クロムコーティング)又はクロム-炭素層(例えば、炭化クロムコーティング)が基板上に形成される。少なくとも一つの態様において、約5ミクロンを上回る厚さを有するクロム層は、約800HVを上回る難削性を有することができる。 In response to performing step 250, chromium is deposited on the substrate. In at least one embodiment, chromium and carbon are co-deposited on the substrate. In at least one embodiment, step 250 forms a chromium layer (e.g., a chromium coating) or a chromium-carbon layer (e.g., a chromium carbide coating) having a desired thickness (e.g., a thickness greater than about 5 microns) on the substrate. In at least one embodiment, a chromium layer having a thickness greater than about 5 microns can have a machinability greater than about 800 HV.

態様
条項1.三価クロム塩;オキサレート化合物;鉄塩;硫酸アルミニウム;アルカリ金属硫酸塩;及びアルカリ金属ハロゲン化物を含む、電気めっき用電解質溶液。
EMBODIMENTS Clause 1. An electrolyte solution for electroplating comprising: a trivalent chromium salt; an oxalate compound; an iron salt; aluminum sulfate; an alkali metal sulfate; and an alkali metal halide.

条項2.三価クロム塩が、電解質溶液1リットルあたり約0.3molから1リットルあたり約0.9molにわたる量で存在し;オキサレート化合物が、電解質溶液1リットルあたり約0.2molから1リットルあたり約1.2molにわたる量で存在し;鉄塩が、電解質溶液1リットルあたり約0.005molから1リットルあたり約0.2molにわたる量で存在し;硫酸アルミニウムが、1リットルあたり約0.05molから1リットルあたり約0.5molにわたる量で存在し;アルカリ金属硫酸塩が、電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約2.0molにわたる量で存在し;アルカリ金属ハロゲン化物が、電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約0.5molにわたる量で存在する、条項1の電解質溶液。 Clause 2. The electrolyte solution of clause 1, wherein the trivalent chromium salt is present in an amount ranging from about 0.3 mol per liter to about 0.9 mol per liter of electrolyte solution; the oxalate compound is present in an amount ranging from about 0.2 mol per liter to about 1.2 mol per liter of electrolyte solution; the iron salt is present in an amount ranging from about 0.005 mol per liter to about 0.2 mol per liter of electrolyte solution; the aluminum sulfate is present in an amount ranging from about 0.05 mol per liter to about 0.5 mol per liter; the alkali metal sulfate is present in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 2.0 mol per liter of electrolyte solution; and the alkali metal halide is present in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 0.5 mol per liter of electrolyte solution.

条項3.鉄塩が、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む二価の鉄塩である、条項1又は2の電解質溶液。 Clause 3. The electrolyte solution of clause 1 or 2, wherein the iron salt is a divalent iron salt including one or more of iron (II) sulfate, iron (II) chloride, iron (II) acetate, and hydrates thereof.

条項4.鉄塩が、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む三価の鉄塩である、条項1から3のいずれかの電解質溶液。 Clause 4. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 3, wherein the iron salt is a trivalent iron salt including one or more of iron sulfate (III), iron chloride (III), iron acetate, and hydrates thereof.

条項5.三価クロム塩が、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)、又はこれらの組み合わせより選択される、条項1から4のいずれかの電解質溶液。 Clause 5. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 4, wherein the trivalent chromium salt is selected from chromium (III) halides, chromium (III) sulfate, or a combination thereof.

条項6.オキサレート化合物が、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、オキサレートの酸、又はこれらの組み合わせより選択される、条項1から5のいずれかの電解質溶液。 Clause 6. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 5, wherein the oxalate compound is selected from sodium oxalate, potassium oxalate, an oxalate acid, or a combination thereof.

条項7.アルカリ金属硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項1から6のいずれかの電解質溶液。 Clause 7. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 6, wherein the alkali metal sulfate is selected from sodium sulfate, potassium sulfate, or a combination thereof.

条項8.アルカリ金属ハロゲン化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項1から7のいずれかの電解質溶液。 Clause 8. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 7, wherein the alkali metal halide is selected from sodium fluoride, potassium fluoride, or a combination thereof.

条項9.電解質溶液のpHが約1から約4の範囲である、条項1から8のいずれかの電解質溶液。 Clause 9. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 8, wherein the pH of the electrolyte solution is in the range of about 1 to about 4.

条項10.ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせをさらに含む、条項1から9のいずれかの電解質溶液。 Clause 10. The electrolyte solution of any one of clauses 1 to 9, further comprising sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or a combination thereof.

条項11.電解質溶液1リットルあたり約0.3molから1リットルあたり約0.9molにわたる量の三価クロム塩;電解質溶液1リットルあたり約0.2molから1リットルあたり約1.2molにわたる量のオキサレート化合物;電解質溶液1リットルあたり約0.005molから1リットルあたり約0.2molにわたる量の鉄塩;1リットルあたり約0.05molから1リットルあたり約0.5molにわたる量の硫酸アルミニウム;電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約2.0molにわたる量のアルカリ金属硫酸塩;及び電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約0.5molにわたる量のアルカリ金属ハロゲン化物を含む、電気めっき用電解質溶液。 Clause 11. An electroplating electrolyte solution comprising: a trivalent chromium salt in an amount ranging from about 0.3 mol per liter to about 0.9 mol per liter; an oxalate compound in an amount ranging from about 0.2 mol per liter to about 1.2 mol per liter; an iron salt in an amount ranging from about 0.005 mol per liter to about 0.2 mol per liter; aluminum sulfate in an amount ranging from about 0.05 mol per liter to about 0.5 mol per liter; an alkali metal sulfate in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 2.0 mol per liter; and an alkali metal halide in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 0.5 mol per liter.

条項12.鉄塩が、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む二価の鉄塩である、条項11の電解質溶液。 Clause 12. The electrolyte solution of clause 11, wherein the iron salt is a divalent iron salt including one or more of iron sulfate (II), iron chloride (II), iron acetate (II), and hydrates thereof.

条項13.鉄塩が、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む三価の鉄塩である、条項11又は12の電解質溶液。 Clause 13. The electrolyte solution of clause 11 or 12, wherein the iron salt is a trivalent iron salt including one or more of iron sulfate (III), iron chloride (III), iron acetate, and hydrates thereof.

条項14.三価クロム塩が、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)、又はこれらの組み合わせより選択される、条項11から13のいずれかの電解質溶液。 Clause 14. The electrolyte solution of any one of clauses 11 to 13, wherein the trivalent chromium salt is selected from chromium (III) halides, chromium (III) sulfate, or a combination thereof.

条項15.オキサレート化合物が、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、オキサレートの酸、又はこれらの組み合わせより選択される、条項11から14のいずれかの電解質溶液。 Clause 15. The electrolyte solution of any one of clauses 11 to 14, wherein the oxalate compound is selected from sodium oxalate, potassium oxalate, an oxalate acid, or a combination thereof.

条項16.アルカリ金属硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項11から15のいずれかの電解質溶液。 Clause 16. The electrolyte solution of any one of clauses 11 to 15, wherein the alkali metal sulfate is selected from sodium sulfate, potassium sulfate, or a combination thereof.

条項17.アルカリ金属ハロゲン化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項11から16のいずれかの電解質溶液。 Clause 17. The electrolyte solution of any one of clauses 11 to 16, wherein the alkali metal halide is selected from sodium fluoride, potassium fluoride, or a combination thereof.

条項18.電解質溶液のpHが約1から約4の範囲である、条項11から17のいずれかの電解質溶液。 Clause 18. The electrolyte solution of any one of clauses 11 to 17, wherein the pH of the electrolyte solution is in the range of about 1 to about 4.

条項19.ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせをさらに含む、条項11から18のいずれかの電解質溶液。 Clause 19. The electrolyte solution of any of clauses 11 to 18, further comprising sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or a combination thereof.

条項20.電解質溶液を使用して基板上にクロムめっきする方法であって、水性媒体中に、電解質溶液1リットルあたり約0.3molから1リットルあたり約0.9molにわたる量の三価クロム塩を溶解させること;電解質溶液1リットルあたり約0.2molから1リットルあたり約1.2molにわたる量のオキサレート化合物を溶解させること;電解質溶液1リットルあたり約0.005molから1リットルあたり約0.2molにわたる量の鉄塩を溶解させること;1リットルあたり約0.05molから1リットルあたり約0.5molにわたる量の硫酸アルミニウムを溶解させること;電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約2.0molにわたる量のアルカリ金属硫酸塩を溶解させること;電解質溶液1リットルあたり約0.1molから1リットルあたり約0.5molにわたる量のアルカリ金属ハロゲン化物を溶解させること;及び基板上にクロムを堆積させるために、カソードとアノードの間で電解質溶液に電流を通すことを含む方法。 Clause 20. A method of plating chromium on a substrate using an electrolyte solution, comprising dissolving in an aqueous medium a trivalent chromium salt in an amount ranging from about 0.3 mol per liter to about 0.9 mol per liter; dissolving an oxalate compound in an amount ranging from about 0.2 mol per liter to about 1.2 mol per liter; dissolving an iron salt in an amount ranging from about 0.005 mol per liter to about 0.2 mol per liter; dissolving aluminum sulfate in an amount ranging from about 0.05 mol per liter to about 0.5 mol per liter; dissolving an alkali metal sulfate in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 2.0 mol per liter; dissolving an alkali metal halide in an amount ranging from about 0.1 mol per liter to about 0.5 mol per liter; and passing a current through the electrolyte solution between a cathode and an anode to deposit chromium on the substrate.

条項21.カソードが、鋼基板、銅基板、真鍮基板、ニッケル基板、銅コーティング基板、又はニッケルコーティング基板である、条項20の方法。 Clause 21. The method of clause 20, wherein the cathode is a steel substrate, a copper substrate, a brass substrate, a nickel substrate, a copper-coated substrate, or a nickel-coated substrate.

条項22.アノードが、白金材料、白金めっきチタン材料、又は炭素質電極材料である、条項20又は21の方法。 Clause 22. The method of clause 20 or 21, wherein the anode is a platinum material, a platinized titanium material, or a carbonaceous electrode material.

条項23.電流が、アノードとカソードの間に直流電流を通すことにより、約150から約600mA/cmの範囲の電流密度を有する、条項20から22のいずれかの方法。 Clause 23. The method of any of clauses 20 to 22, wherein the current has a current density in the range of about 150 to about 600 mA/ cm2 by passing a direct current between the anode and the cathode.

条項24.電流密度が約200から約400mA/cmの範囲の電流密度を有する、条項20から23のいずれかの方法。 Clause 24. The method of any of clauses 20 to 23, wherein the current density is in the range of about 200 to about 400 mA/ cm2 .

条項25.電解質溶液が、摂氏約20℃から約60℃の範囲の温度に維持される、条項20から24のいずれかの方法。 Clause 25. The method of any of clauses 20 to 24, wherein the electrolyte solution is maintained at a temperature in the range of about 20°C to about 60°C Celsius.

条項26.電解質溶液のpHを約1.5から約4の範囲のpHに調節することをさらに含む、条項20から25のいずれかの方法。 Clause 26. The method of any of clauses 20 to 25, further comprising adjusting the pH of the electrolyte solution to a pH in the range of about 1.5 to about 4.

条項27.鉄塩が、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む二価の鉄塩である、条項20から26のいずれかの方法。 Clause 27. The method of any one of clauses 20 to 26, wherein the iron salt is a divalent iron salt including one or more of iron sulfate (II), iron chloride (II), iron acetate (II), and hydrates thereof.

条項28.鉄塩が、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む三価の鉄塩である、条項20から27のいずれかの方法。 Clause 28. The method of any one of clauses 20 to 27, wherein the iron salt is a trivalent iron salt including one or more of iron sulfate (III), iron chloride (III), iron acetate, and hydrates thereof.

条項29.三価クロム塩が、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)、又はこれらの組み合わせより選択される、条項20から28のいずれかの方法。 Clause 29. The method of any one of clauses 20 to 28, wherein the trivalent chromium salt is selected from chromium(III) halides, chromium(III) sulfate, or a combination thereof.

条項30.オキサレート化合物が、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、オキサレートの酸、又はこれらの組み合わせより選択される、条項20から29のいずれかの方法。 Clause 30. The method of any one of clauses 20 to 29, wherein the oxalate compound is selected from sodium oxalate, potassium oxalate, an oxalate acid, or a combination thereof.

条項31.アルカリ金属硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項20から30のいずれかの方法。 Clause 31. The method of any one of clauses 20 to 30, wherein the alkali metal sulfate is selected from sodium sulfate, potassium sulfate, or a combination thereof.

条項32.アルカリ金属ハロゲン化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項20から31のいずれかの方法。 Clause 32. The method of any one of clauses 20 to 31, wherein the alkali metal halide is selected from sodium fluoride, potassium fluoride, or a combination thereof.

条項33.電解質溶液1リットルあたり約0.1グラムから1リットルあたり約1グラムにわたる量のラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせを溶解させることをさらに含む、条項20から32のいずれかの方法。 Clause 33. The method of any of clauses 20 to 32, further comprising dissolving sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or a combination thereof in an amount ranging from about 0.1 grams per liter to about 1 gram per liter of electrolyte solution.

条項34.電解質溶液を使用して基板上にクロムめっきする方法であって、カソードとアノードを、三価クロム塩、オキサレート化合物、鉄塩、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ金属ハロゲン化物を含む電解質溶液に導入すること;及び基板上にクロム層を堆積させるためにアノードとカソードの間で電解質に電流を通すことを含む方法。 Clause 34. A method of plating chromium on a substrate using an electrolyte solution, the method comprising: introducing a cathode and an anode into an electrolyte solution containing a trivalent chromium salt, an oxalate compound, an iron salt, aluminum sulfate, an alkali metal sulfate, and an alkali metal halide; and passing an electric current through the electrolyte between the anode and the cathode to deposit a chromium layer on the substrate.

条項35.カソードが、鋼基板、銅基板、真鍮基板、ニッケル基板、銅コーティング基板、又はニッケルコーティング基板である、条項34の方法。 Clause 35. The method of clause 34, wherein the cathode is a steel substrate, a copper substrate, a brass substrate, a nickel substrate, a copper-coated substrate, or a nickel-coated substrate.

条項36.アノードが、白金材料、白金めっきチタン材料、又は炭素質電極材料である、条項34又は35の方法。 Clause 36. The method of clause 34 or 35, wherein the anode is a platinum material, a platinized titanium material, or a carbonaceous electrode material.

条項37.電流が、アノードとカソードの間に直流電流を通すことにより、約100から約600mA/cmの範囲の電流密度を有する、条項34から36のいずれかの方法。 Clause 37. The method of any of clauses 34 to 36, wherein the current has a current density in the range of about 100 to about 600 mA/ cm2 by passing a direct current between the anode and the cathode.

条項38.電流密度が約200から約400mA/cmの範囲の電流密度を有する、条項34から37のいずれかの方法。 Clause 38. The method of any of clauses 34 to 37, wherein the current density is in the range of about 200 to about 400 mA/ cm2 .

条項39.電解質溶液が、摂氏約20℃から約60℃の範囲の温度に維持される、条項34から38のいずれかの方法。 Clause 39. The method of any of clauses 34 to 38, wherein the electrolyte solution is maintained at a temperature in the range of about 20°C to about 60°C Celsius.

条項40.電解質溶液のpHを約1.5から約4の範囲のpHに調節することをさらに含む、条項34から39のいずれかの方法。 Clause 40. The method of any of clauses 34 to 39, further comprising adjusting the pH of the electrolyte solution to a pH in the range of about 1.5 to about 4.

条項41.鉄塩が、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む二価の鉄塩である、条項34から40のいずれかの方法。 Clause 41. The method of any one of clauses 34 to 40, wherein the iron salt is a divalent iron salt including one or more of iron sulfate (II), iron chloride (II), iron acetate (II), and hydrates thereof.

条項42.鉄塩が、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む三価の鉄塩である、条項34から41のいずれかの方法。 Clause 42. The method of any one of clauses 34 to 41, wherein the iron salt is a trivalent iron salt including one or more of iron sulfate (III), iron chloride (III), iron acetate (III), and hydrates thereof.

条項43.三価クロム塩が、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)、又はこれらの組み合わせより選択される、条項34から42のいずれかの方法。 Clause 43. The method of any one of clauses 34 to 42, wherein the trivalent chromium salt is selected from chromium (III) halides, chromium (III) sulfate, or a combination thereof.

条項44.オキサレート化合物が、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、オキサレートの酸、又はこれらの組み合わせより選択される、条項34から43のいずれかの方法。 Clause 44. The method of any one of clauses 34 to 43, wherein the oxalate compound is selected from sodium oxalate, potassium oxalate, an oxalate acid, or a combination thereof.

条項45.アルカリ金属硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項34から44のいずれかの方法。 Clause 45. The method of any one of clauses 34 to 44, wherein the alkali metal sulfate is selected from sodium sulfate, potassium sulfate, or a combination thereof.

条項46.アルカリ金属ハロゲン化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、条項34から45のいずれかの方法。 Clause 46. The method of any one of clauses 34 to 45, wherein the alkali metal halide is selected from sodium fluoride, potassium fluoride, or a combination thereof.

条項47.電解質溶液1リットルあたり約0.1グラムから1リットルあたり約1グラムにわたる量のラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせを溶解させることをさらに含む、条項34から46のいずれかの方法。 Clause 47. The method of any of clauses 34 to 46, further comprising dissolving sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or a combination thereof in an amount ranging from about 0.1 grams per liter to about 1 gram per liter of electrolyte solution.

条項48.約40重量%から約90重量%の範囲のクロム含有量、約8重量%から約18重量%の範囲の鉄含有量、及び約5重量%から約50重量%の範囲の炭素含有量を有するクロム-鉄合金コーティングを含む基板。 Clause 48. A substrate comprising a chromium-iron alloy coating having a chromium content ranging from about 40% to about 90% by weight, an iron content ranging from about 8% to about 18% by weight, and a carbon content ranging from about 5% to about 50% by weight.

条項49.基板が、鋼、銅、真鍮、又はニッケルのうちの一又は複数を含む、条項48の基板。 Clause 49. The substrate of clause 48, wherein the substrate comprises one or more of steel, copper, brass, or nickel.

条項50.コーティングが、約1ミクロンから約100ミクロンの厚さを有する、条項48又は49の基板。 Clause 50. The substrate of clause 48 or 49, wherein the coating has a thickness of about 1 micron to about 100 microns.

ここに記載される態様をさらに説明するために、以下の非限定的実施例が提供される。しかしながら、これら実施例は、包括的であることを意図しておらず、ここに記載される態様の範囲を限定することを意図してもいない。 The following non-limiting examples are provided to further illustrate the aspects described herein. However, these examples are not intended to be comprehensive or to limit the scope of the aspects described herein.

実施例1
実施例1の成分を、まずクロム塩化物六水和物及びシュウ酸ナトリウムと、続いて金属塩と、段階的に混合した。実施例1のpHは~2.2であった。
Example 1
The ingredients of Example 1 were mixed in stages, first with chromium chloride hexahydrate and sodium oxalate, followed by the metal salts. The pH of Example 1 was .about.2.2.

Figure 0007689818000001
Figure 0007689818000001

実施例2
実施例2の成分を、まずクロム塩化物六水和物及びシュウ酸ナトリウムと、続いて金属塩と、段階的に混合した。実施例2の成分は実施例1と同様であるが、但し硫酸第一鉄七水和物の量を実施例1の成分と比較して10倍に増加させた。実施例1のpHは~2.2であった。
Example 2
The ingredients of Example 2 were mixed stepwise, first with chromium chloride hexahydrate and sodium oxalate, followed by metal salts. The ingredients of Example 2 were similar to those of Example 1, except that the amount of ferrous sulfate heptahydrate was increased 10-fold compared to the ingredients of Example 1. The pH of Example 1 was ∼2.2.

Figure 0007689818000002
Figure 0007689818000002

実施例3
実施例3の成分を、まずクロム塩化物六水和物及びシュウ酸ナトリウムと、続いて金属塩と、段階的に混合した。実施例3の成分は実施例1の成分と同様であるが、但し実施例3では硫酸第一鉄七水和物は塩化第二鉄で置き換えられる。実施例1のpHは約2.2であった。
Example 3
The ingredients of Example 3 were mixed in stages, first with chromium chloride hexahydrate and sodium oxalate, followed by the metal salts. The ingredients of Example 3 were similar to those of Example 1, except that in Example 3, ferrous sulfate heptahydrate was replaced with ferric chloride. The pH of Example 1 was about 2.2.

Figure 0007689818000003
Figure 0007689818000003

図3は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板310、320、330、及び340の画像300であり、各基板は実施例1の電解質溶液を使用して異なる電流密度でめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板310、320、330、及び340に関し、めっきパラメーターは、温度30℃及びpH約2.2に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間であった。クロム-鉄合金めっき基板310は100mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果12μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板320は200mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果15μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板330は250mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果28μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板340は300mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果32μmの厚さを有するクロム-鉄層が得られた。X線蛍光を各コーティングの一部分に対して実施し、クロム含有量及び鉄含有量を重量%で決定した。X線蛍光は炭素を検出しないため、少なくとも一つの態様において、ここに記載されるクロム-鉄合金は炭素も含むが、炭素はX線蛍光結果に示されないことに注意されたい。
結果を表Iに示す。
3 is an image 300 of chromium-iron alloy plated substrates 310, 320, 330, and 340 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density using the electrolyte solution of Example 1. For each chromium-iron alloy plated substrate 310, 320, 330, and 340, the plating parameters were a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of 30° C. and a pH of about 2.2. Chromium-iron alloy plated substrate 310 was plated at a current density of 100 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 12 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 320 was plated at a current density of 200 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 15 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 330 was plated at a current density of 250 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 28 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 340 was plated at a current density of 300 mA/ cm2 , resulting in a chromium-iron layer having a thickness of 32 μm. X-ray fluorescence was performed on a portion of each coating to determine the chromium and iron content in weight percent. It is noted that X-ray fluorescence does not detect carbon, so in at least one embodiment, the chromium-iron alloys described herein also contain carbon, but the carbon does not show up in the X-ray fluorescence results.
The results are shown in Table I.

表Iに示されるように、100mA/cmから約300mA/cmにわたるいずれの電流密度も、クロム-鉄合金層を堆積させる。約200mA/cmから約280mA/cmにわたる電流密度は、低鉄含有量の厚いクロム-鉄合金層を提供する。さらに、100mA/cmの電流密度は、約200mA/cmから約300mA/cmにわたる電流密度に対して、高鉄含有量の最も薄いクロム-鉄合金を提供する。 As shown in Table I, any current density ranging from 100 mA/ cm2 to about 300 mA/ cm2 deposits a chromium-iron alloy layer. Current densities ranging from about 200 mA/ cm2 to about 280 mA/ cm2 provide a thick chromium-iron alloy layer with low iron content. Additionally, a current density of 100 mA/ cm2 provides the thinnest chromium-iron alloy with high iron content for current densities ranging from about 200 mA/ cm2 to about 300 mA/ cm2 .

Figure 0007689818000004
Figure 0007689818000004

図4は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板410、420、430、440、及び450の画像400であり、各基板は実施例1の電解質溶液を使用して異なるpHでめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板410、420、430、440、及び450に関し、めっきパラメーターは、温度30℃に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間で250mA/cmの電流密度での直流電流であった。クロム-鉄合金めっき基板410は1.0のpHでめっきされ、その結果むらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られ、これは測定しなかったが10μm未満であると考えられた。クロム-鉄合金めっき基板420は2.0のpHでめっきされ、その結果むらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られ、これは測定しなかったが10μm未満であると考えられた。クロム-鉄合金めっき基板430は2.5のpHでめっきされ、その結果20μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板440は3.0のpHでめっきされ、その結果28μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板450は3.5のpHでめっきされ、その結果45μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。X線蛍光を各コーティングの一部分に対して実施し、クロム含有量及び鉄含有量を重量%で決定した。結果を表IIに示す。 4 is an image 400 of chromium-iron alloy plated substrates 410, 420, 430, 440, and 450 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH using the electrolyte solution of Example 1. For each chromium-iron alloy plated substrate 410, 420, 430, 440, and 450, the plating parameters were direct current at a current density of 250 mA/ cm2 for a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of 30° C. Chromium-iron alloy plated substrate 410 was plated at a pH of 1.0, resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit that was not measured but was believed to be less than 10 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 420 was plated at a pH of 2.0, resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit that was not measured but was believed to be less than 10 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 430 was plated at a pH of 2.5 resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 20 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 440 was plated at a pH of 3.0 resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 28 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 450 was plated at a pH of 3.5 resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 45 μm. X-ray fluorescence was performed on a portion of each coating to determine the chromium and iron content in weight percent. The results are shown in Table II.

表IIに示すように、2.5から3.5にわたるいずれのpHも、クロム-鉄合金層を堆積させる。2.5から3.0のpH範囲は、有利には、所望の鉄含有量を有する厚いクロム-鉄合金層を提供する。3.5のpHは、2.5から3.0のpH範囲に対して、より低い鉄含有量を有するより厚いクロム-鉄合金層を提供する。 As shown in Table II, any pH ranging from 2.5 to 3.5 will deposit a chromium-iron alloy layer. The pH range of 2.5 to 3.0 advantageously provides a thick chromium-iron alloy layer with the desired iron content. A pH of 3.5 provides a thicker chromium-iron alloy layer with a lower iron content relative to the pH range of 2.5 to 3.0.

Figure 0007689818000005
Figure 0007689818000005

図5は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板510、520、530、及び540の画像500であり、実施例2の電解質溶液を使用して各々が異なる電流密度でめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板510、520、530、及び540に関し、めっきパラメーターは、温度30℃及びpH約2.2に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間であった。クロム-鉄合金めっき基板510は100mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果30μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板520は200mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果40μmの厚さのクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板530は250mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果70μmの厚さのクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板540は300mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果50μmの厚さを有するクロム-鉄層が得られた。X線蛍光を各コーティングの一部分に対して実施し、クロム含有量及び鉄含有量を重量%で決定した。結果を表IIIに示す。 5 is an image 500 of chromium-iron alloy plated substrates 510, 520, 530, and 540 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density using the electrolyte solution of Example 2. For each chromium-iron alloy plated substrate 510, 520, 530, and 540, the plating parameters were a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of 30° C. and a pH of about 2.2. Chromium-iron alloy plated substrate 510 was plated at a current density of 100 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 30 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 520 was plated at a current density of 200 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 40 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 530 was plated at a current density of 250 mA/cm 2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 70 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 540 was plated at a current density of 300 mA/ cm2 , resulting in a chromium-iron layer having a thickness of 50 μm. X-ray fluorescence was performed on a portion of each coating to determine the chromium and iron content in weight percent. The results are shown in Table III.

表IIIに示されるように、100mA/cmから約300mA/cmにわたるいずれの電流密度も、クロム-鉄合金を堆積させる。約100mA/cmから約250mA/cmにわたる電流密度は、厚いクロム-鉄合金層を提供する。さらに、300mA/cmの電流密度では、250mA/cmの電流密度で堆積されたクロム-鉄合金の厚さと比較して、クロム-鉄合金の厚さが低減する。 As shown in Table III, any current density ranging from 100 mA/ cm2 to about 300 mA/ cm2 deposits a chromium-iron alloy. Current densities ranging from about 100 mA/ cm2 to about 250 mA/ cm2 provide thick chromium-iron alloy layers. Additionally, a current density of 300 mA/ cm2 reduces the thickness of the chromium-iron alloy compared to the thickness of the chromium-iron alloy deposited at a current density of 250 mA/ cm2 .

Figure 0007689818000006
Figure 0007689818000006

図6は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板610、620、630、640、650、及び660の画像600であり、実施例2の電解質溶液を使用して各々が異なるpHでめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板610、620、640、650、及び660に関し、めっきパラメーターは、温度30℃に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間で250mA/cmの電流密度での直流電流であった。クロム-鉄合金めっき基板610は1.5のpHでめっきされ、その結果むらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られた。クロム-鉄合金めっき基板620は2.0のpHでめっきされ、その結果むらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られた。クロム-鉄合金めっき基板630は2.5のpHでめっきされ、その結果50μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板640は3.0のpHでめっきされ、その結果70μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板650は3.5のpHでめっきされ、その結果50μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板660は4.0のpHでめっきされた。X線蛍光を各コーティングの一部分に対して実施し、クロム含有量及び鉄含有量を重量%で決定した。結果を表IVに示す。 6 is an image 600 of chromium-iron alloy plated substrates 610, 620, 630, 640, 650, and 660 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH using the electrolyte solution of Example 2. For each chromium-iron alloy plated substrate 610, 620, 640, 650, and 660, the plating parameters were direct current at a current density of 250 mA/ cm2 for a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of 30° C. Chromium-iron alloy plated substrate 610 was plated at a pH of 1.5, resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit. Chromium-iron alloy plated substrate 620 was plated at a pH of 2.0, resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit. Chromium-iron alloy plated substrate 630 was plated at a pH of 2.5, resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 50 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 640 was plated at a pH of 3.0 resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 70 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 650 was plated at a pH of 3.5 resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 50 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 660 was plated at a pH of 4.0. X-ray fluorescence was performed on a portion of each coating to determine the chromium and iron content in weight percent. The results are shown in Table IV.

表IVに示すように、1.5から4.0にわたるいずれのpHも、クロム-鉄合金層を堆積させる。2.0から4.0のpH範囲は、有利には、所望の高クロム含有量を有する厚いクロム-鉄合金層を提供する。3.0のpHは、良質の堆積物を有するより厚いクロム-鉄合金層を提供する。4のpHでは、堆積物は縁にバーニングを呈し、2以下のpHでは、堆積物はむらがあった。 As shown in Table IV, any pH ranging from 1.5 to 4.0 will deposit a chromium-iron alloy layer. A pH range of 2.0 to 4.0 advantageously provides a thick chromium-iron alloy layer with a desired high chromium content. A pH of 3.0 provides a thicker chromium-iron alloy layer with good quality deposit. At a pH of 4, the deposit exhibited burning at the edges, and at a pH of 2 or less, the deposit was patchy.

Figure 0007689818000007
Figure 0007689818000007

図7は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板710、720、730、740、750、及び760の画像700であり、実施例3の電解質溶液を使用して各々が異なる電流密度でめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板710、720、720、730、740、及び760に関し、めっきパラメーターは、温度30℃及びpH約2.2に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間であった。クロム-鉄合金めっき基板710は100mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果、厚さ10μm未満と考えられるむらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られた。クロム-鉄合金めっき基板720は150mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果、厚さ10μm未満と考えられるむらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られた。クロム-鉄合金めっき基板730は200mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果10μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板740は300mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果30μmの厚さを有するクロム-鉄層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板750は400mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果50μmの厚さを有するクロム-鉄層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板760は500mA/cmの電流密度でめっきされ、その結果縁にバーニングを呈する堆積物が得られた。 7 is an image 700 of chromium-iron alloy plated substrates 710, 720, 730, 740, 750, and 760 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different current density using the electrolyte solution of Example 3. For each chromium-iron alloy plated substrate 710, 720, 720, 730, 740, and 760, the plating parameters were a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of 30° C. and a pH of about 2.2. Chromium-iron alloy plated substrate 710 was plated at a current density of 100 mA/cm 2 , resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit believed to be less than 10 μm thick. Chromium-iron alloy plated substrate 720 was plated at a current density of 150 mA/cm 2 , resulting in an uneven chromium-iron alloy deposit believed to be less than 10 μm thick. The chromium-iron alloy plated substrate 730 was plated at a current density of 200 mA/ cm2 , resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 10 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 740 was plated at a current density of 300 mA/ cm2 , resulting in a chromium-iron layer having a thickness of 30 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 750 was plated at a current density of 400 mA/ cm2 , resulting in a chromium-iron layer having a thickness of 50 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 760 was plated at a current density of 500 mA/ cm2 , resulting in a deposit exhibiting edge burning.

表Vに示されるように、200mA/cmから約400mA/cmにわたるいずれの電流密度もクロム-鉄合金を堆積させる。約300mA/cmから約400mA/cmにわたる電流密度は、厚いクロム-鉄合金層を提供する。さらに、500mA/cmの電流密度では、クロム-鉄合金の厚さは、400mA/cmの電流密度で堆積されたクロム-鉄合金の厚さと比較して増加したが、縁の堆積物は燃焼した(黒色火薬)。 As shown in Table V, any current density ranging from 200 mA/ cm2 to about 400 mA/ cm2 deposits a chromium-iron alloy. Current densities ranging from about 300 mA/ cm2 to about 400 mA/ cm2 provide thicker chromium-iron alloy layers. Furthermore, at a current density of 500 mA/ cm2 , the thickness of the chromium-iron alloy is increased compared to the thickness of the chromium-iron alloy deposited at a current density of 400 mA/ cm2 , but the edge deposit is burned (black powder).

Figure 0007689818000008
Figure 0007689818000008

図8は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板810、820、830、840、850、860、及び870の画像800であり、実施例3の電解質溶液を使用して各々が異なるpHでめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板810、810、820、850、860、及び870に関し、めっきパラメーターは、温度約30℃に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間で250mA/cmの電流密度での直流電流であった。クロム-鉄合金めっき基板810は1.0のpHでめっきされ、その結果20μmの厚さを有するクロム-鉄合金堆積物が得られた。クロム-鉄合金めっき基板820は1.5のpHでめっきされ、その結果24μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板830は2.0のpHでめっきされ、その結果20μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板840は3.0のpHでめっきされ、その結果16μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板860は3.5のpHでめっきされ、その結果16μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板870は4.0のpHでめっきされ、その結果厚みの小さなむらのあるクロム-鉄合金堆積物が得られた。X線蛍光を、pH2及びpH2.5で堆積されたコーティングの一部分に対して実施し、クロム含有量及び鉄含有量を重量%で決定した。結果を表VIに示す。 8 is an image 800 of chromium-iron alloy plated substrates 810, 820, 830, 840, 850, 860, and 870 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different pH using the electrolyte solution of Example 3. For each chromium-iron alloy plated substrate 810, 810, 820, 850, 860, and 870, the plating parameters were direct current at a current density of 250 mA/ cm2 for a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a temperature of about 30° C. Chromium-iron alloy plated substrate 810 was plated at a pH of 1.0, resulting in a chromium-iron alloy deposit having a thickness of 20 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 820 was plated at a pH of 1.5, resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 24 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 830 was plated at a pH of 2.0, resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 20 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 840 was plated at a pH of 3.0, resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 16 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 860 was plated at a pH of 3.5, resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 16 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 870 was plated at a pH of 4.0, resulting in a chromium-iron alloy deposit with a small uneven thickness. X-ray fluorescence was performed on portions of the coatings deposited at pH 2 and pH 2.5 to determine the chromium and iron content in weight percent. The results are shown in Table VI.

表VIに示すように、1.0から4.0にわたるいずれのpHも、クロム-鉄合金を堆積させる。1.0から2.5にわたるpHは、有利には、より高いpHよりも、厚いクロム-鉄合金層を提供する。さらに、1.5から2.0にわたるpHは、最も厚いクロム-鉄合金層を提供する。 As shown in Table VI, any pH ranging from 1.0 to 4.0 will deposit a chromium-iron alloy. A pH ranging from 1.0 to 2.5 advantageously provides a thicker chromium-iron alloy layer than the higher pHs. Furthermore, a pH ranging from 1.5 to 2.0 provides the thickest chromium-iron alloy layer.

Figure 0007689818000009
Figure 0007689818000009

図9は、図2のプロセスにより形成されたクロム-鉄合金めっき基板910、920、930、及び940の画像900であり、各基板は実施例3の電解質溶液を使用して異なる温度でめっきされている。各クロム-鉄合金めっき基板910、920、930、及び940に関し、めっきパラメーターは、pH約2.1に電解質溶液を維持しながら、約1時間のめっき時間で250mA/cmの電流密度での直流電流であった。クロム-鉄合金めっき基板910は30℃の温度でめっきされ、その結果40μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板920は40℃の温度でめっきされ、その結果30μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板930は50℃の温度でめっきされ、その結果30μmの厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。クロム-鉄合金めっき基板940は60℃の温度でめっきされ、その結果小さい厚さを有するクロム-鉄合金層が得られた。結果を表VIIに示す。 9 is an image 900 of chromium-iron alloy plated substrates 910, 920, 930, and 940 formed by the process of FIG. 2, each plated at a different temperature using the electrolyte solution of Example 3. For each chromium-iron alloy plated substrate 910, 920, 930, and 940, the plating parameters were direct current at a current density of 250 mA/ cm2 for a plating time of about 1 hour while maintaining the electrolyte solution at a pH of about 2.1. Chromium-iron alloy plated substrate 910 was plated at a temperature of 30° C., resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 40 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 920 was plated at a temperature of 40° C., resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 30 μm. Chromium-iron alloy plated substrate 930 was plated at a temperature of 50° C., resulting in a chromium-iron alloy layer having a thickness of 30 μm. The chromium-iron alloy plated substrate 940 was plated at a temperature of 60° C., resulting in a chromium-iron alloy layer having a small thickness. The results are shown in Table VII.

表VIIに示すように、約30℃から約50℃にわたるいずれの温度も、クロム-鉄合金層を堆積させる。30℃の操作温度は、最も厚いクロム-鉄合金層を提供するが、40℃での堆積物の方が美的に優れていた。 As shown in Table VII, any temperature ranging from about 30° C. to about 50° C. deposits a chromium-iron alloy layer. An operating temperature of 30° C. provides the thickest chromium-iron alloy layer, but the deposit at 40° C. is aesthetically superior.

Figure 0007689818000010
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実施例3の電解質溶液を使用して、電解質溶液を約40℃の温度及び約2.5のpHに維持しながら、クロム-鉄-合金コーティングを、300mA/cmの電流密度の直流電流により、約2時間のめっき時間にわたってTaber Wearパネル上に堆積させた。SEM-EDSにより測定したコーティングの合金組成は、クロム~41重量%、鉄~10重量%、及び炭素~49重量%であった。難削性の値を、「めっきされたまま(as plated)」のクーポン上で、並びに約190℃で23時間クーポンを焼成した後で、測定した。得られたクロム-鉄-合金コーティングを、耐摩耗性について評価した。耐摩耗性の測定を、ASTM D 4060により特定されるTaber摩耗試験を使用して実施した。使用した研削砥石は、ホイールあたり500gの負荷を有するCS10であり、研削は60rpmの回転速度で10,000サイクル実施された。Taber摩耗指数は10未満であった。「めっきされたまま」のクロム-鉄合金層の5回の難削性測定の平均は1056HVであった。「焼成した」クロム-鉄合金層の5回の難削性測定の平均は1187HVであった。 Using the electrolyte solution of Example 3, chromium-iron-alloy coatings were deposited on Taber Wear panels by direct current at a current density of 300 mA/ cm2 for a plating time of about 2 hours, while maintaining the electrolyte solution at a temperature of about 40° C. and a pH of about 2.5. The alloy composition of the coating, measured by SEM-EDS, was chromium-41 wt.%, iron-10 wt.%, and carbon-49 wt.%. Machinability values were measured on the coupons "as plated" and after baking the coupons at about 190° C. for 23 hours. The resulting chromium-iron-alloy coatings were evaluated for wear resistance. Wear resistance measurements were performed using the Taber wear test specified by ASTM D 4060. The grinding wheels used were CS10 with a load of 500 g per wheel and grinding was performed for 10,000 cycles at a rotation speed of 60 rpm. The Taber abrasion index was less than 10. The average of five machinability measurements of the "as plated" chromium-iron alloy layer was 1056 HV. The average of five machinability measurements of the "baked" chromium-iron alloy layer was 1187 HV.

実施例1の電解質溶液を使用して、電解質溶液を約35℃の温度及び約2.5のpHに維持しながら、クロム-鉄-合金コーティングを、250mA/cmの電流密度の直流電流により、約2時間のめっき時間にわたって上に堆積させた。SEM-EDSにより測定したコーティングの合金組成は、クロム~80重量%、鉄~12重量%、及び炭素~8重量%であった。難削性の値を、「めっきされたまま(as plated)」のクーポン上で、並びに約190℃で23時間クーポンを焼成した後で、測定した。「めっきされたまま」のクロム-鉄合金層の5回の難削性測定の平均は1147HVであった。「焼成した」クロム-鉄合金層の5回の難削性測定の平均は1249HVであった。 Using the electrolyte solution of Example 1, a chromium-iron-alloy coating was deposited on by direct current at a current density of 250 mA/ cm2 for a plating time of about 2 hours while the electrolyte solution was maintained at a temperature of about 35° C. and a pH of about 2.5. The alloy composition of the coating, as measured by SEM-EDS, was chromium-80 wt%, iron-12 wt%, and carbon-8 wt%. Machinability values were measured on the "as plated" coupons as well as after baking the coupons at about 190° C. for 23 hours. The average of five machinability measurements of the "as plated" chromium-iron alloy layer was 1147 HV. The average of five machinability measurements of the "baked" chromium-iron alloy layer was 1249 HV.

全体として、本開示は、クロム-鉄合金の電着のための電解質溶液、クロム-鉄合金の形成方法、及びクロム-鉄合金の電着方法を改善する。 Overall, the present disclosure provides improvements to electrolyte solutions for the electrodeposition of chromium-iron alloys, methods for forming chromium-iron alloys, and methods for the electrodeposition of chromium-iron alloys.

本開示の様々な態様の説明は、例示を目的として提示されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された態様に限定されることを意図していない。当業者には、記載の態様の範囲及び精神から逸脱することなく、多数の修正例及び変更例が明らかであろう。本明細書で使用された用語は、態様の原理、市場で見られる技術に対する実用的適用又は技術的改善を最もよく説明するため、或いは、他の当業者が本明細書で開示された態様を理解することを可能にするために選択されている。以上は本開示の態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の態様及びさらなる態様を考案することができる。 The description of the various aspects of the present disclosure is provided for illustrative purposes and is not intended to be exhaustive or to be limited to the disclosed aspects. Numerous modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the described aspects. The terms used herein have been selected to best explain the principles of the aspects, practical applications or technical improvements to the technology found in the marketplace, or to enable others skilled in the art to understand the aspects disclosed herein. While the above is directed to aspects of the present disclosure, other and further aspects of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope of the present disclosure.

Claims (16)

三価クロム塩;
オキサレート化合物;
鉄塩;
硫酸アルミニウム;
アルカリ金属硫酸塩;及び
アルカリ金属ハロゲン化物
を含み、
三価クロム塩が、電解質溶液1リットルあたり0.3モルから1リットルあたり0.9モルにわたる量で存在し;
オキサレート化合物が、電解質溶液1リットルあたり0.2モルから1リットルあたり1.2モルにわたる量で存在し;
鉄塩が、電解質溶液1リットルあたり0.005モルから1リットルあたり0.2モルにわたる量で存在し;
硫酸アルミニウムが、1リットルあたり0.05モルから1リットルあたり0.5モルにわたる量で存在し;
アルカリ金属硫酸塩が、電解質溶液1リットルあたり0.1モルから1リットルあたり2.0モルにわたる量で存在し;
アルカリ金属ハロゲン化物が、電解質溶液1リットルあたり0.1モルから1リットルあたり0.5モルにわたる量で存在する、電気めっき用の電解質溶液。
Trivalent chromium salts;
Oxalate compounds;
Iron salts;
Aluminum sulfate;
alkali metal sulfates; and alkali metal halides ,
The trivalent chromium salt is present in an amount ranging from 0.3 moles per liter to 0.9 moles per liter of electrolyte solution;
the oxalate compound is present in an amount ranging from 0.2 moles per liter to 1.2 moles per liter of electrolyte solution;
The iron salt is present in an amount ranging from 0.005 moles per liter to 0.2 moles per liter of electrolyte solution;
Aluminum sulfate is present in an amount ranging from 0.05 moles per liter to 0.5 moles per liter;
The alkali metal sulfate is present in an amount ranging from 0.1 moles per liter to 2.0 moles per liter of electrolyte solution;
An electrolyte solution for electroplating, wherein the alkali metal halide is present in an amount ranging from 0.1 moles per liter to 0.5 moles per liter of electrolyte solution.
鉄塩が、硫酸鉄(II)、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む二価の鉄塩である、請求項1に記載の電解質溶液。 2. The electrolyte solution of claim 1 , wherein the iron salt is a divalent iron salt comprising one or more of iron (II) sulfate, iron (II) chloride, iron (II) acetate, and hydrates thereof. 鉄塩が、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(III)、及びこれらの水和物のうちの一又は複数を含む三価の鉄塩である、請求項1又は2に記載の電解質溶液。 3. The electrolyte solution of claim 1 or 2 , wherein the iron salt is a trivalent iron salt comprising one or more of iron (III) sulfate, iron (III) chloride, iron (III) acetate, and hydrates thereof. 三価クロム塩が、ハロゲン化クロム(III)、硫酸クロム(III)、又はこれらの組み合わせより選択される、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 4. The electrolyte solution of claim 1, wherein the trivalent chromium salt is selected from chromium (III) halides, chromium (III) sulfate, or a combination thereof. オキサレート化合物が、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、オキサレートの酸、又はこれらの組み合わせより選択される、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 5. The electrolyte solution of claim 1 , wherein the oxalate compound is selected from sodium oxalate, potassium oxalate, an oxalate acid, or a combination thereof. アルカリ金属硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 6. The electrolyte solution of claim 1 , wherein the alkali metal sulfate is selected from sodium sulfate, potassium sulfate, or a combination thereof. アルカリ金属ハロゲン化物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、又はこれらの組み合わせより選択される、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 7. The electrolyte solution of claim 1 , wherein the alkali metal halide is selected from sodium fluoride, potassium fluoride, or a combination thereof. 電解質溶液のpHが1ら4の範囲である、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 8. The electrolyte solution of claim 1, wherein the pH of the electrolyte solution is in the range of 1 to 4 . ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせをさらに含む、請求項1からのいずれか一項に記載の電解質溶液。 9. The electrolyte solution of claim 1, further comprising sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, or a combination thereof. 電解質溶液を使用して基板にクロムめっきする方法(200)であって、
カソードとアノードを、三価クロム塩、オキサレート化合物、鉄塩、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ金属ハロゲン化物を含む電解質溶液に導入すること(240);及び
基板上にクロム層を堆積させるためにアノードとカソードの間で電解質に電流を通すこと(250)
を含み、
三価クロム塩が、電解質溶液1リットルあたり0.3モルから1リットルあたり0.9モルにわたる量で存在し;
オキサレート化合物が、電解質溶液1リットルあたり0.2モルから1リットルあたり1.2モルにわたる量で存在し;
鉄塩が、電解質溶液1リットルあたり0.005モルから1リットルあたり0.2モルにわたる量で存在し;
硫酸アルミニウムが、1リットルあたり0.05モルから1リットルあたり0.5モルにわたる量で存在し;
アルカリ金属硫酸塩が、電解質溶液1リットルあたり0.1モルから1リットルあたり2.0モルにわたる量で存在し;
アルカリ金属ハロゲン化物が、電解質溶液1リットルあたり0.1モルから1リットルあたり0.5モルにわたる量で存在する、方法。
A method (200) for plating chromium on a substrate using an electrolyte solution, comprising:
introducing the cathode and the anode into an electrolyte solution containing a trivalent chromium salt, an oxalate compound, an iron salt, aluminum sulfate, an alkali metal sulfate, and an alkali metal halide (240); and passing an electric current through the electrolyte between the anode and the cathode to deposit a chromium layer on the substrate (250).
Including,
The trivalent chromium salt is present in an amount ranging from 0.3 moles per liter to 0.9 moles per liter of electrolyte solution;
the oxalate compound is present in an amount ranging from 0.2 moles per liter to 1.2 moles per liter of electrolyte solution;
The iron salt is present in an amount ranging from 0.005 moles per liter to 0.2 moles per liter of electrolyte solution;
Aluminum sulfate is present in an amount ranging from 0.05 moles per liter to 0.5 moles per liter;
The alkali metal sulfate is present in an amount ranging from 0.1 moles per liter to 2.0 moles per liter of electrolyte solution;
The process wherein the alkali metal halide is present in an amount ranging from 0.1 moles per liter to 0.5 moles per liter of electrolyte solution .
カソードが、鋼基板、銅基板、真鍮基板、ニッケル基板、銅コーティング基板、又はニッケルコーティング基板である、請求項10に記載の方法(200)。 11. The method (200) of claim 10 , wherein the cathode is a steel substrate, a copper substrate, a brass substrate, a nickel substrate, a copper-coated substrate, or a nickel-coated substrate. アノードが、白金材料、白金めっきチタン材料、又は炭素質電極材料である、請求項10又は11に記載の方法(200)。 12. The method (200) of claim 10 or 11 , wherein the anode is a platinum material, a platinized titanium material, or a carbonaceous electrode material. 電流が、アノードとカソードの間に直流電流を流すことにより、10から60mA/cmの範囲の電流密度を有する、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法(200)。 13. The method (200) of any one of claims 10 to 12 , wherein the electric current has a current density in the range of 10 to 60 mA/ cm2 by passing a direct current between the anode and the cathode. 電流密度が20から40mA/cmの範囲の電流密度を有する、請求項13に記載の方法(200)。 14. The method (200) of claim 13 , wherein the current density is in the range of 20 to 40 mA/ cm2 . 電解質溶液が、20℃から60℃の範囲の温度に維持される、請求項13又は14に記載の方法(200)。 15. The method (200) of claim 13 or 14 , wherein the electrolyte solution is maintained at a temperature in the range of 20 °C to 60 °C. 電解質溶液のpHを、1.5から4の範囲のpHに調節することをさらに含む、請求項10から15のいずれか一項に記載の方法(200)。 16. The method (200) of any one of claims 10 to 15 , further comprising adjusting the pH of the electrolyte solution to a pH in the range of 1.5 to 4 .
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