用于电镀移动的金属条的方法和由此制造的镀层金属条技术

一种用于在连续高速电镀生产线中生产涂覆有铬金属‑铬氧化物(Cr‑CrOX)镀层的钢基体的方法，所述连续高速电镀生产线以至少100m/min的线速度(v1)操作，其中，通过使用电镀工艺由单种电解液使移动通过所述生产线的呈条形式的导电基体的一侧或者两侧涂覆有铬金属‑铬氧化物(Cr‑CrOX)镀层。本发明专利技术还涉及一种镀层钢基体和其制造的包装件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在连续高速电镀生产线中制造镀层钢基体的方法，并且涉及一种使用所述方法制造的镀层金属条。
技术介绍
电镀或者(简称)镀是这样的工艺，其使用电流还原溶解的金属阳离子，使得它们在电极上形成粘附的金属镀层。电镀或者电沉积主要用于改变物体的表面特性(例如，抗磨损性、防腐、润滑、美学品质、等)。待电镀的部分是电流中的阴极。通常，阳极由待电镀在该部分上的金属制成。两个部件均浸入在称作电解液的溶液中，所述电解液包含一种或者多种溶解的金属盐以及其它离子，所述金属盐或者其它离子允许电流流动。电源将直流电供应到阳极，从而氧化包含阳极的金属原子并且允许金属原子溶解在溶液中。在阴极处，电解质溶液中的溶解金属离子在溶液和阴极之间的交界面处还原，使得它们“析出”到阴极上。针对流经电路的电流来说，阳极溶解的速率等于阴极被电镀的速率。以这种方式，电解质镀液中的离子由阳极连续补充。其它电镀工艺可以使用非自耗阳极，诸如铅或者碳。在这些技术中，必须在镀液中补充待电镀的金属的离子，因为所述离子从溶液中析出。镀铬是将薄的铬层电镀到金属物体上的技术。铬层能够为装饰性的，提供抗腐蚀，或者增加表面硬度。传统上，通过使电流通过包含六价铬(Cr(VI))的电解质溶液来实现铬的电沉积。然而，使用Cr(VI)电解质溶液存在的问题在于Cr(VI)化合物具有毒性和致癌特性。因此，近年来的研究集中在寻找基于Cr(VI)的电解质的替代方案。一种替代方案提供了一种基于Cr(III)的电解质，原因在于此类电解质没有毒性并且提供了与从Cr(VI)电解质溶液中沉积的镀层类似的铬镀层。对于一些类型的包装钢来说，生产了镀铬的钢。用于包装目的的镀铬的钢通常是钢板或者钢条，所述钢板或者钢条电解地涂覆有铬层和氧化铬层，其中，镀层的厚度小于20nm。原名叫TFS(无锡钢)，现在更广为熟知为首字母缩略词ECCS(涂覆有电解铬的钢)。ECCS通常应用在制造不必焊接的DRD(拉拔&再拉拔)两件式罐和部件中，诸如端部、盖、冠状瓶塞、四旋盖和喷雾器底部和顶部。ECCS擅长粘附至有机镀层(漆层和聚合物层)，如PET或者PP镀层，其提供了针对很宽范围的侵蚀性填充产品的可靠保护，并且还提供了优越的食品安全标准(不含双酚A和BADGE)。迄今为止，基于Cr(VI)工艺生产ECCS。传统的Cr(III)工艺被证实不能复制基于Cr(VI)的层的质量，原因在于Cr(III)工艺导致产生非晶形层和/或多孔层，而不是晶形层和致密层。然而，近年来的研究显示基于Cr(III)的电解质能够成功地沉积镀层，如WO2013143928论证的那样。在工业过程中，重要的是快速生产以及节省成本。然而，传统工艺需要随着条速度的增大而增大电流密度。更高的电流密度导致更快的沉积速度，但是还导致用于电力和高电功率设备的更高成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法，所述方法是在更低电镀电流密度的条件下以高速在单个电镀步骤中在钢基体上提供铬-铬氧化物(Cr-CrOX)层。本专利技术的目的还在于由简单的电解质以高速在单个电镀步骤中在钢基体上制造铬-铬氧化物(Cr-CrOX)层。本专利技术的目的还在于基于三价铬化学物由简单的电解质以高速在钢基体上电镀铬-铬氧化物层来生产铬-铬氧化物(Cr-CrOX)层。通过在连续高速电镀生产线中以至少100m/min的线速度(v1)操作来生产涂覆有铬金属-铬氧化物(Cr-CrOX)镀层的钢基体来实现这些目的中的一个或者多个，其中，通过使用电镀工艺由单种电解液使移动通过生产线的条形导电基体的一侧或者两侧涂覆有铬金属-铬氧化物(Cr-CrOX)镀层，其中，所述基体是作为阴极的钢基体，并且其中，通过因将H+离子还原为H2(g)而在基体/电解液交界面处增加pH值(即，表面pH值)来驱使CrOX沉积，并且其中，通过从电解液主体向基体/电解液交界面的H+离子的扩散通量来抵消pH值的增加，并且其中，通过增加电解液的运动粘度和/或通过使条和电解液顺流地移动通过电镀生产线来减小从电解液主体向基体/电解液交界面的H+离子的扩散通量(其中，钢条以速度(v1)输运通过电镀生产线，并且其中，电解液以速度v2输运通过所述条的电镀生产线)，由此减小了沉积CrOX的电流密度并且减少了形成在基体/电解液交界面处的H2(g)的量。根据金属的类型，能够将金属氧化物中的一些进一步还原为金属。本专利技术人发现的是，这发生于Cr的情况中。术语“金属氧化物”涵盖所有包括MexOy的化合物，其中，x和y可以是整数或者实数，而且还包括如氢氧化物Mex(OH)y及其混合物的化合物，其中，Me＝Cr。高速连续电镀生产线定义为这样的电镀生产线，通常为条形式的待电镀的基体以至少100m/min的速度移动通过所述高速连续电镀生产线。钢条的卷定位在电镀生产线的进入端处，其中，所述卷的孔眼在水平面中延伸。然后，卷绕的条的前端被展开并且被焊接到已经处理的条的尾端。在离开生产线后，卷再一次分离并且成卷、或者被切割成不同长度而且(通常)成卷。电沉积工艺因此能够连续而不会中断，并且通过使用条加速器而避免在焊接期间降速的需要。优选的是使用允许甚至更高速度的沉积工艺。因此，根据本专利技术的方法优选地允许在连续高速电镀生产线中生产镀层钢基体，所述连续高速电镀生产线以至少200m/min的直线速度、更加优选地以至少300m/min的直线速度、甚至更加优选地以至少500m/min的直线速度操作。尽管对于最大速度没有限制，但是明确的是：速度越高，控制沉积工艺、防止拖延以及控制电镀参数和其限制变得更加困难。所以，适当的最大速度限制为900m/min。本专利技术涉及在条电镀生产线中通过电解从含水电解质中沉积铬和铬氧化物层(Cr-CrOX)。CrOX的沉积通过因在条表面(作为阴极)处将H+(更加正式地：H3O+)还原为H2(g)而增加表面pH值来驱使，而非通过常规的电镀工艺来驱使，在常规电镀工艺中，根据Men+(aq)+n·e-→Me(s)通过电流来释放金属离子。在该工艺中，当条速度增加时(假设金属离子向基体的扩散并不作为限制因素)，增加电流密度足以实现相同的电镀厚度。在一个实施例中，本专利技术涉及在条电镀生产线中通过电解从三价铬电解液来沉积铬和铬氧化物层(Cr-CrOX)。CrOX的沉积通过因H+的还原而增加表面pH值来驱使，而非通过常规电镀工艺驱使，在所述常规电镀工艺中，通过电流释放金属离子。在图3中示出的线性关系为下述假设提供了依据，所述假设为由扩散通量来驱使Cr(HCOO)(H2O)3(OH)2(s)在电极表面上的沉积。在第二阶段中，Cr(HCOO)(H2O)3(OH)2(s)沉积物部分被进一步还原为Cr金属并且部分转换成Cr碳化物。由基于Cr(III)的电解液的沉积工艺的机理如下。当电流密度增加时，表面pH值变得更加碱性，并且如果pH＞5，则Cr(OH)3沉积。通过假设以下平衡反应链能够定性解释这种实验行为：或者，更加精确地，在甲酸根离子(HCOO-)是络合剂的情况中：状况I：[Cr(HCOO)(H2O)5]2++OH-→[Cr(HCOO)(OH)(H2O)4]++H2O状况II：[Cr(HCOO)(OH)(H2O)4]++OH-→Cr(HC本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在连续高速电镀生产线中生产涂覆有铬金属‑铬氧化物(Cr‑CrOX)镀层的钢基体的方法，所述连续高速电镀生产线以至少100m/min的线速度(v1)操作，其中，通过使用电镀工艺由单种电解液使移动通过所述生产线的呈条形式的导电基体的一侧或者两侧涂覆有铬金属‑铬氧化物(Cr‑CrOX)镀层，其中，所述基体是作为阴极的钢基体，并且其中，通过因将H+离子还原为H2(g)而使在基体/电解液的交界面处的pH值(即，表面pH值)增加来驱使CrOX沉积，并且其中，通过从电解液主体向基体/电解液的交界面的H+离子的扩散通量来抵消pH值的增加，并且其中从电解液主体向基体/电解液的交界面的该H+离子的扩散通量通过如下方式降低：‑增加所述电解液的运动粘度，和/或‑通过使所述条和所述电解液顺流移动通过所述电镀生产线，其中，钢条以速度(v1)输运通过所述电镀生产线，并且其中，所述电解液以速度v2输运通过所述条电镀生产线，由此降低了沉积CrOX的电流密度并且降低了形成在基体/电解液的交界面处的H2(g)的量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.21 EP 14169312.71.用于在连续高速电镀生产线中生产涂覆有铬金属-铬氧化物(Cr-CrOX)镀层的钢基体的方法，所述连续高速电镀生产线以至少100m/min的线速度(v1)操作，其中，通过使用电镀工艺由单种电解液使移动通过所述生产线的呈条形式的导电基体的一侧或者两侧涂覆有铬金属-铬氧化物(Cr-CrOX)镀层，其中，所述基体是作为阴极的钢基体，并且其中，通过因将H+离子还原为H2(g)而使在基体/电解液的交界面处的pH值(即，表面pH值)增加来驱使CrOX沉积，并且其中，通过从电解液主体向基体/电解液的交界面的H+离子的扩散通量来抵消pH值的增加，并且其中从电解液主体向基体/电解液的交界面的该H+离子的扩散通量通过如下方式降低：-增加所述电解液的运动粘度，和/或-通过使所述条和所述电解液顺流移动通过所述电镀生产线，其中，钢条以速度(v1)输运通过所述电镀生产线，并且其中，所述电解液以速度v2输运通过所述条电镀生产线，由此降低了沉积CrOX的电流密度并且降低了形成在基体/电解液的交界面处的H2(g)的量。2.根据权利要求1所述的用于生产镀层钢基体的方法，其中，通过使用基于三价铬电解液的电镀工艺由单种电解液使移动通过所述生产线的导电基体的一侧或者两侧涂覆有Cr-CrOX镀层，所述三价铬电解液包括三价铬化合物、螯合剂和导电率增强盐，其中，电解液优选地没有氯离子而且还优选地没有比如硼酸的缓冲剂。3.根据权利要求1或者2中的任意一项所述的方法，其中，通过使用适当的导电率增强盐来增加所述运动粘度，所述导电率增强盐的浓度使得当在50℃的条件下测量时能够获得具有至少1·10-6m...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·O·J·维根贝格，J·M·林克，
申请(专利权)人：塔塔钢铁艾默伊登有限责任公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL