专利名称：具有改善的耐腐蚀性的层系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于涂覆基材表面的、具有改善的耐腐蚀性的层系统。
背景技术：
很久以来公知的是在基材表面沉积有金属层或金属合金层。在此，待涂覆的基材既可以是导电的金属构件，也可以是不导电的基材，例如塑料构件。所沉积的金属层一方面可以在功能上改变基材表面，另一方面可以装饰性地改变基材表面。对基材表面的装饰性涂覆通常仅旨在所沉积的金属层的视觉印象，而在对金属层的功能性沉积的范畴内，则试图改变基材的机械和/或化学的表面特性。于是，可通过沉积合适的层来改变基材表面的抗磨损性、耐磨性、表面硬度或耐腐蚀性。在此情况下，基本上公知的是对层的电镀沉积以及对层的自动催化沉积。铬层在功能性涂层范畴内起重要作用，所述铬层被用作金属表面的涂层，以便特别是在金属表面的耐磨性和耐腐蚀性方面对金属表面加以改进。于是，例如公知的是，从相应的铬电解液中将硬质铬层电镀沉积到金属表面上，其中，由此获得的硬质铬涂层通常具有比制成有待涂覆基材的材料更大的硬度。所述层的特征还在于良好的耐腐蚀性。硬质铬涂层例如在液压构件(例如液压缸和液压活塞)的构造技术领域内，用于印刷机技术领域内的压辊，或者在发动机结构领域内，例如用于阀杆的涂层。所述涂层的另一应用领域是海事构造技术以及近岸技术领域内构件和设备部件的耐腐蚀性装备。所述构件和设备部件与海水持续接触导致强烈的腐蚀性侵蚀，这种腐蚀性侵蚀应该避免。在这里，硬质铬层的使用仅适用于对相应构件和设备部件在其机械负荷需求还有其耐腐蚀性方面进行适当的装备。现有技术中公知的硬质铬层的另一缺点是，硬质铬层通常由含铬(VI )电解液沉积而成。但是铬(VI)被担心能够致癌，因此应避免使用含铬(VI)电解液。因此，现有技术中采取不同的配方，以便在避免使用含铬(VI)电解液的情况下沉积具有相当的机械和化学特性的层。例如，欧洲专利EP 0 672 763 Bl公开了涂覆金属面的方法，其中，在第一步骤中在金属表面上沉积有镍-磷-合金层，然后在真空室内在应用离子束的情况下，将硅层施加到该镍-磷-合金层上。但是，所述方法非常昂贵，并且由于需要真空室而仅能用于相应小的构件。
发明内容
因此，本发明的任务是提供如下的层系统，所述层系统在避免使用含铬(VI)电解液的情况下，适合作为现有技术中公知硬质铬层的替代品，并且还能够沉积在随意尺寸的构件上。另外，本发明的任务是给出用于沉积所述层系统的方法。通过涂覆基材表面的如下的层系统来解决关于层系统方面的所述任务，所述层系统包括内部的第一层和沉积在第一层之上的靠外的第二层，其中，一个层为具有选自锡、 铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层，另外那个层为选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层。要强调的是，由具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层和选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层制成的层系统来获得如下涂层，所述涂层一方面在其机械稳定性方面满足对硬质铬层所提出的要求，另一方面具有出色的耐腐蚀性。特别是考虑将锡-镍-合金层作为金属-镍-合金层。为了测试层系统的耐腐蚀性以及特别是为了判定对于海水的耐腐蚀性，与 ASTM-标准G48相一致地，在酸性条件下，使根据本发明涂覆的基材经受含氯化铁(III)的水性溶液。在该条件下，本发明的层系统显示出大于72小时的出色的耐腐蚀性，由此满足所述标准，并且就此而言，本发明的层系统是耐海水的，亦即对海水有耐受性的。在本发明的优选的实施方案中，特别是构造为锡-镍-合金层的金属-镍-合金层具有至少ι μ m，优选至少5 μ m和更优选至少10 μ m的层厚度。研究表明3 μ m的层厚度足以达到符合ASTM标准G48的耐腐蚀性。由此，根据本发明的层系统的特别的优点在于， 可在层厚度相当薄的情况下达到出色的耐腐蚀性。尽管在层厚度仅3 μ m的情况下即可达到根据ASTM标准G48视为耐海水的耐腐蚀性，但根据本发明的层系统的层厚度也设计得更大，以便必要时能保持其他效果，特别是机械效果。于是，根据应用情况，层厚度也可以设计为例如20 μ m、30 μ m、40 μ m或更厚。根据本发明优选的层系统为如下的层系统，在其中，将选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、 铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层作为第一层沉积在基材表面上，然后将具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层沉积到所述第一层上。特别优选将锡-镍-合金层作为金属-镍-合金层。不受所述理论约束地，在发明人这方面，目前从如下所述方面出发，即，使得构成根据本发明的层系统中各涂层的金属在电化学方面得以稳定化，由此，显著改善表面上的自然腐蚀电位。对于该设想(Armahme)而言，腐蚀研究表明，相应各层具有比层系统明显更低的耐腐蚀性。在优选的实施方案中作为靠外的第二层沉积的锡-镍-层以值得实践的方式密封底闭合，也就是密闭地闭合。然而这会导致宏观裂缝，使得腐蚀介质有可能扩散到层中，并因此使腐蚀介质与内部的第一层发生接触。然而这对层系统的耐腐蚀性并无影响，这对层相互间的电化学稳定化的设想给予支持。在根据本发明的层系统的另一个优选的实施方案中，内部的第一层为青铜或镍-磷-合金层。在所述方法方面，通过用于涂覆基材表面，特别是金属基材表面的方法来解决本发明的任务，该方法至少具有如下方法步骤-将内部的第一层沉积在所述基材表面上；-沉积靠外的第二层，其中，作为其中一层沉积的是具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层，作为另外那层沉积的是选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、 钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层。在根据本发明的方法的优选的实施方案中，作为第一层沉积的是选自镍、铜、锡、 钼、铌、钴、铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层，作为第二层沉积的是具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层。金属-镍-合金层优选为锡-镍-合金层。特别优选以至少1 μ m-优选3 μ m的层厚度来沉积金属-镍-合金层，其中，也可调整出更厚的层厚度，例如10 μ m，20 μ m或30 μ m。作为第一层可以例如沉积的是青铜层或镍-磷-合金层。能够依赖于层的类型，以现有技术中常见的无外加电流的方式或电镀的方式来沉积层系统的各个层。于是，例如在沉积青铜层以作为内部的第一层时，优选的是通过在基材表面与对电极之间加载合适的沉积电压并使用常见的青铜电解液(水性的、含铜和锡的电解液)进行的电解沉积，相对照地，例如镍-磷合金层的沉积则优选以自动催化的方式在应用具有相应还原剂(例如次磷酸钠)的电解液的情况下进行，但是也可进行电解沉积。本发明所设置的金属-镍-合金层的沉积同样能够以电镀的方式通过在基材表面与合适的对电极之间施加沉积电压来进行，也能够以自动催化的方式通过使用合适的还原剂来进行。依照本发明所沉积的层系统特别适用于对液压技术领域中的构件进行涂覆，所述构件例如是指液压缸和液压活塞；适用于印刷机技术领域中的压辊的涂层；适用于海事构造技术领域(特别是船舶结构以及天然气和石油的近岸开采领域)以及发动机制造领域中的设备构件和设备部件的涂层。
权利要求
1.用于涂覆基材表面的层系统，所述层系统包括内部的第一层和沉积在所述第一层之上的靠外的第二层，其中，其中一层为具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些所述金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层，另外那层为选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些所述金属中至少一种的合金的层。
2.根据权利要求1所述的层系统，其中，所述金属-镍-合金层具有至少为1μ m的层厚度。
3.根据权利要求1或2之一所述的层系统，其中，所述靠外的第二层由金属-镍-合金层形成。
4.根据前述权利要求之一所述的层系统，所述层系统具有满足依照ASTMG48方法A标准的耐腐蚀性。
5.根据前述权利要求之一所述的层系统，其中，所述内部的第一层由青铜-或镍-磷-合金层形成。
6.用于涂覆基材表面一特别是金属基材表面的方法，所述方法至少具有如下方法步骤-将内部的第一层沉积在基材表面上； -将靠外的第二层沉积在所述第一层上，其中，作为其中一层沉积的是具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些所述金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层，作为另外那层沉积的是选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、 钒、锰、钛和镁的金属或这些所述金属中至少一种的合金的层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，作为第一层沉积的是选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、 铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些所述金属中至少一种的合金的层，作为第二层沉积的是金属-镍-合金层。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，以至少为Iym的层厚度来沉积所述金属-镍-合金层。
9.依照权利要求1至5之一所述的涂层用于对经受海水的构件和/或液压构件进行耐腐蚀性装备的用途。
全文摘要
本发明涉及一种用于涂覆基材表面的层系统以及一种利用相应层系统涂覆基材表面的方法，其中，所述层系统由至少两层组成，其中，一个层为具有选自锡、铜、铁、钨和钴的金属或这些金属中至少一种的合金的金属-镍-合金层，另外那个层为选自镍、铜、锡、钼、铌、钴、铬、钒、锰、钛和镁的金属或这些金属中至少一种的合金的层。本发明的层系统的特征在于高机械稳定性和大耐腐蚀性。
文档编号C23C30/00GK102369310SQ201080013693
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者克劳斯·威尔布尔, 马提亚斯·帕策尔特, 麦克·格雷 申请人:Mtv金属精制有限两合公司