BR102017008137B1 - Método para cromar um substrato, e, solução eletrolítica para cromar um substrato - Google Patents

Abstract

Uma solução eletrolítica para cromagem a partir de cromo trivalente é preparada por dissolução, em um meio aquoso, de um sal de cromo trivalente (por exemplo, cloreto de cromo (III) ou sulfato de cromo (III), dissolução de um composto de oxalato (por exemplo, oxalato de sódio, oxalato de potássio ou ácido oxálico), dissolução de um sal de metal (por exemplo, sulfato de alumínio ou cloreto de alumínio), dissolução de um sulfato de metal alcalino (por exemplo, sulfato de sódio ou sulfato de potássio) e dissolução de um haleto de metal alcalino (por exemplo, fluoreto de sódio ou fluoreto de potássio). Um substrato é cromado a partir de cromo trivalente usando a solução eletrolítica passando uma corrente entre um catodo e um anodo através da solução eletrolítica para depositar cromo no substrato.

Description

1. Campo Técnico

[001] A presente descrição refere-se à cromagem e, mais particularmente, ao uso de cromo trivalente para galvanizar um substrato com cromo.

2. Técnica Relacionada

[002] Cromagem é um processo de galvanoplastia que provê um revestimento de cromo em um substrato. A cromagem dura provê um revestimento de cromo com uma espessura tipicamente de cerca de 10 mícrons ou mais, provendo assim dureza e resistência ao desgaste ao substrato revestido. O outro tipo de cromagem é a cromagem decorativa, que provê um revestimento de cromo com uma espessura tipicamente na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,5 mícrons. A cromagem é muitas vezes executada usando banhos contendo ácido crômico e catalisadores à base de fluoretos, sulfatos ou ácidos orgânicos. O ácido crômico tem cromo em sua forma hexavalente, cromo (VI), que é altamente tóxico e carcinogênico.

[003] Existe uma necessidade de métodos de cromagem melhorados e formulações de soluções usadas na cromagem.

SUMÁRIO

[004] De acordo com modalidades da presente descrição, são providos vários métodos e formulações para cromagem de um substrato usando uma solução de cromo trivalente que não inclui ácido bórico, embora ainda resultando em uma camada de cromo (por exemplo, um revestimento de cromo) formada no substrato que pode ser estruturalmente robusta e confiável, mas rentáveis. Dessa forma, os métodos e formulações aqui descritos podem vantajosamente ser usados para cromagem dura para formar camadas de cromo duras (por exemplo, uma camada de cromo robusta e funcional de mais que 10 mícrons). No entanto, a presente descrição não se limita à cromagem dura e os métodos e formulações aqui descritos podem também ser vantajosamente usados para executar de forma eficaz e eficiente cromagem decorativa, que forma camadas de cromo decorativas (por exemplo, uma camada de cromo na faixa de 0,25 mícron a 1,0 mícron).

[005] Em uma modalidade exemplificativa, um método para preparar uma solução eletrolítica para cromagem inclui dissolver em um meio aquoso um sal de cromo trivalente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,9 mol por litro da solução eletrolítica, dissolver um composto de oxalato em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 3,0 mol por litro da solução eletrolítica, e dissolver um sal de metal em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, e um haleto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,5 mol por litro da solução eletrolítica por litro da solução eletrolítica. A etapa de dissolução do sal de cromo trivalente, do composto de oxalato, do sal de metal, do sulfato de metal alcalino e do haleto de metal alcalino pode ser executada na seguinte ordem: (1) dissolução do sal de cromo trivalente, (2) dissolução do composto de oxalato, (3) dissolução do sal de metal, (4) dissolução do sulfato de metal alcalino, e (5) dissolução do haleto de metal alcalino. A ordem das etapas (1) e (2) pode ser invertida ou executada simultaneamente.

[006] O sal de cromo trivalente pode incluir cloreto de cromo (III) e/ou sulfato de cromo (III). O composto de oxalato pode incluir oxalato de sódio, oxalato de potássio e/ou ácido oxálico. O sal de metal pode incluir sulfato de alumínio e/ou cloreto de alumínio. O sulfato de metal alcalino pode incluir sulfato de sódio e/ou sulfato de potássio. O haleto de metal alcalino pode incluir fluoreto de sódio e/ou fluoreto de potássio.

[007] A etapa de dissolução do composto de oxalato pode incluir agitar o composto de oxalato a uma temperatura na faixa de cerca de 70°C a cerca de 80°C por um tempo na faixa de cerca de 1 hora a cerca de 3 horas. O método pode incluir adicionalmente ajustar o pH da solução eletrolítica para um pH na faixa de cerca de 2 a cerca de 4.

[008] O método pode incluir adicionalmente adicionar lauril sulfato de sódio e/ou lauril sulfato de potássio em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 g a cerca de 1 g por litro da solução eletrolítica. O método pode incluir adicionalmente adicionar brometo de sódio e/ou brometo de potássio em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 g a cerca de 1 g por litro da solução eletrolítica.

[009] Em uma modalidade exemplificativa adicional, um método para cromar um substrato inclui preparar uma solução eletrolítica por dissolução de um sal de cromo trivalente, um composto de oxalato, sulfato de alumínio, sulfato de metal alcalino e fluoreto de metal alcalino; passagem de uma corrente entre um catodo e um anodo através da solução eletrolítica para depositar cromo no substrato; e manutenção da solução eletrolítica a um pH na faixa de cerca de 2 a cerca de 4. A etapa de preparação da solução eletrolítica pode incluir dissolver o sal de cromo trivalente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,9 mol por litro da solução eletrolítica, dissolver o composto de oxalato em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 3,0 mol por litro da solução eletrolítica, e dissolver o sal de metal em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, e um haleto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,5 mol por litro da solução eletrolítica. O método pode incluir adicionalmente manter a solução eletrolítica em uma temperatura na faixa de cerca de 30°C a cerca de 40°C durante a etapa de passagem da corrente.

[0010] A etapa de passagem da corrente pode ser executada usando um anodo que inclui um material de eletrodo carbonáceo, tal como um anodo de grafite. A etapa de passagem da corrente pode incluir aplicar uma densidade de corrente na faixa de cerca de 10 A/dm2 a cerca de 30 A/dm2. A etapa da passagem da corrente pode incluir aplicar uma corrente pulsada com um ciclo de trabalho na faixa de cerca de 20% a cerca de 80%.

[0011] A etapa de passagem da corrente pode ser executada até que uma camada de cromo com uma espessura maior que cerca de 5 mícrons e dureza maior que cerca de 800 HV se forme no substrato. A etapa de passagem da corrente para depositar cromo no substrato pode incluir passar a corrente para depositar cromo em um substrato de aço, um substrato de cobre, um substrato de níquel, um substrato revestido com cobre, ou um substrato revestido com níquel. O método pode incluir adicionalmente depositar, em resposta à etapa de passagem da corrente, cromo no substrato ou codepositar cromo e carbono no substrato.

[0012] Em uma outra modalidade exemplificativa, um método para preparar uma solução eletrolítica para cromagem inclui executar as seguintes etapas em ordem: (1) prover cromo trivalente por dissolução um sal de cromo trivalente, (2) formar complexos de oxalato e cromo trivalente por dissolução de um composto de oxalato, (3) tamponar a solução eletrolítica por dissolução de um sal de metal, (4) aumentar a condutividade por dissolução de um sulfato de metal alcalino, e (5) aumentar a propriedade de umedecimento da solução eletrolítica por dissolução de haleto de metal alcalino. A ordem das etapas (1) e (2) pode ser invertida ou executada simultaneamente.

[0013] Em ainda outra modalidade exemplificativa, uma solução eletrolítica é preparada por um dos métodos descritos acima. Por exemplo, uma solução eletrolítica inclui, por litro da solução eletrolítica, um sal de cromo trivalente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,9 mol, um composto de oxalato em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 3,0 mol, um sal de metal em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 4,0 mol, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 2,0 mol, e um haleto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,5 mol.

[0014] O escopo da invenção é definido pelas reivindicações, que são incorporadas nessa seção por referência. Um entendimento melhor dos métodos e formulações para cromagem da presente descrição, assim como um reconhecimento do exposto acima e suas vantagens adicionais, será proporcionado aos versados na técnica pela consideração da seguinte descrição detalhada de uma ou mais modalidades exemplificativas dos mesmos. Nesta descrição, é feita referência às várias vistas das folhas anexas de desenhos, que são brevemente descritos abaixo, e nos quais números de referência iguais são usados para identificar elementos iguais dentre os ilustrados nos mesmos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A FIG. 1 ilustra um processo exemplificativo para preparar uma solução eletrolítica de cromo trivalente de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0016] A FIG. 2 é uma imagem de soluções exemplificativas formadas durante o processo da FIG. 1.

[0017] A FIG. 3 ilustra um processo exemplificativo para cromagem de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0018] A FIG. 4 é uma imagem de substratos cromados formados pelo processo da FIG. 3, cada um galvanizado a um pH diferente.

[0019] A FIG. 5 é uma imagem de substratos cromados formados pelo processo da FIG. 3, cada um galvanizado a uma temperatura diferente.

[0020] A FIG. 6 é uma imagem de substratos cromados formados pelo processo da FIG. 3, cada um galvanizado a uma densidade de corrente diferente usando galvanização por corrente contínua.

[0021] A FIG. 7 é uma imagem de substratos cromados formados pelo processo da FIG. 3, cada um galvanizado a uma densidade de corrente média usando galvanização por corrente pulsada.

[0022] A FIG. 8 é um gráfico que mostra a espessura de camadas de cromo formadas pelo processo da FIG. 3 usando galvanização por corrente pulsada a diferentes frequências de pulso e ciclos de trabalho.

[0023] A FIG. 9 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 usando corrente pulsada.

[0024] A FIG. 10 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 usando corrente contínua.

[0025] A FIG. 11 é uma imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura (MEV) de uma seção transversal do substrato cromado da FIG. 9.

[0026] A FIG. 12 é uma imagem obtida por MEV de uma seção transversal do substrato cromado da FIG. 10.

[0027] A FIG. 13 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 usando uma solução eletrolítica preparada por dissolução de sulfato de cromo (III) e um composto de oxalato, mas sem dissolução de um sulfato de metal alcalino.

[0028] A FIG. 14 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 usando a solução eletrolítica preparada pelo processo da FIG. 1 sem a etapa de dissolução do tensoativo.

[0029] A FIG. 15 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 usando a solução eletrolítica preparada pelo processo da FIG. 1 incluindo a etapa de dissolução do tensoativo.

[0030] As FIGS. 16A-B são imagens obtidas por MEV de uma parte do substrato cromado da FIG. 14.

[0031] As FIGS. 17A-B são imagens obtidas por MEV de uma parte do substrato cromado da FIG. 15.

[0032] A FIG. 18 é uma imagem obtida por MEV de depósitos de cromo em um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3.

[0033] A FIG. 19 é uma imagem de substratos cromados formados pelo processo da FIG. 3 que foram flexionados para mostrar resiliência de camadas de cromo à flexão.

[0034] A FIG. 20 é uma imagem de um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3 em que teste de abrasão foi executado para determinar resistência ao desgaste de uma camada de cromo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] A FIG. 1 ilustra um processo exemplificativo 100 para preparar uma solução eletrolítica de cromo trivalente (também chamada de formulação de galvanização de cromo trivalente). O composto do primeiro bloco é dissolvido em um meio aquoso tal como água, e um respectivo composto de cada bloco subsequente é dissolvido na solução resultante do bloco anterior.

[0036] No bloco 102, um sal de cromo trivalente é dissolvido. O sal de cromo trivalente é uma fonte de cromo trivalente. Em uma ou mais modalidades, o sal de cromo trivalente inclui um haleto de cromo (III), sulfato de cromo (III) (por exemplo, Cr2(SO4)3, Cr2(SOi)3^12H:O, e/ou outros sulfatos de cromo (III)), e/ou outros sais de cromo (III). O haleto de cromo (III) pode incluir, por exemplo, cloreto de cromo (III) (por exemplo, CrCl3, CrCl3^5H2O, CrCl3^6H2O, e/ou outros cloretos de cromo (III)). A quantidade de sal de cromo trivalente que é dissolvido pode variar de cerca de 0,1 mol (moles) a cerca de 0,9 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade de sal de cromo trivalente que é dissolvido pode ser cerca de 0,1 mol, 0,2 mol, 0,3 mol, 0,4 mol, 0,5 mol, 0,6 mol, 0,7 mol, 0,8 mol, ou 0,9 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0037] O sal de cromo trivalente pode ser dissolvido por agitação durante 15 minutos à temperatura ambiente, a cerca de 25°C, ou a uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 30°C. A agitação pode ser executada durante cerca de 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 20 minutos, 25 minutos ou 30 minutos, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado, ou até que todo o sal de cromo trivalente tenha sido dissolvido. A temperatura à qual o bloco 102 é executado pode ser cerca de 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, ou 40°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0038] No bloco 104, um composto de oxalato é dissolvido. O composto de oxalato inclui oxalato, que pode funcionar como um agente complexante. Em uma ou mais modalidades, o composto de oxalato inclui um oxalato de metal alcalino (por exemplo, oxalato de sódio (Na2C2O4), oxalato de potássio (K2C2O4), e/ou outros oxalatos de metal alcalino) e/ou um ácido de oxalato (por exemplo, ácido oxálico (H2C2O4) e/ou outros ácidos de oxalato). A quantidade do composto de oxalato que é dissolvido pode variar de cerca de 0,1 mol a cerca de 3,0 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do composto de oxalato que é dissolvido pode ser cerca de 0,1 mol, 0,2 mol, 0,4 mol, 0,6 mol, 0,8 mol, 1,0 mol, 1,2 mol, 1,4 mol, 1,6 mol, 1,8 mol, 2,0 mol, 2,2 mol, 2,4 mol, 2,6 mol, 2,8 mol, ou 3,0 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0039] Para dissolver o composto de oxalato e formar um complexo de oxalato e cromo trivalente, o composto de oxalato pode ser colocado em solução (por exemplo, a solução resultante do bloco 102 ou outro bloco executado antes do bloco 104), a solução pode ser aquecida a uma temperatura mais alta na faixa de cerca de 70°C a cerca de 80°C, e a solução pode ser agitada por cerca de 1 hora a cerca de 3 horas. A solução pode então ser resfriada (por exemplo, até temperatura ambiente, até cerca de 25°C, ou até uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 30°C). Alternativamente, o composto de oxalato pode ser dissolvido sem aquecimento, em cujo caso um complexo de oxalato e cromo trivalente é formado em 3 a 4 dias. Vantajosamente, aquecer a solução a uma temperatura na faixa de cerca de 70°C a cerca de 80°C no bloco 104 permite que a solução eletrolítica seja preparada mais rapidamente. Por conseguinte, a agitação pode ser executada durante cerca de 1 hora, 1 hora e 15 minutos, 1 hora e 30 minutos, 1 hora e 45 minutos, 2 horas, 2 horas e 15 minutos, 2 horas e 30 minutos, 2 horas e 45 minutos, 2 horas e 45 minutos, ou 3 horas, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado. Adicionalmente, a temperatura à qual o bloco 104 é executado pode ser cerca de 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, ou 90°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0040] No bloco 106, um sal de metal é dissolvido. O sal de metal é uma fonte de íons de metal que dissolve para prover íons de metal tais como íons de alumínio, que podem funcionar como um tampão e podem prover força iônica devido à alta valência do íon de metal em solução (por exemplo, Al3+). Em uma ou mais modalidades, o sal de metal inclui um sal de metal do grupo 13 tal como sal de alumínio (por exemplo, sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), um haleto de alumínio tal como cloreto de alumínio (AlCl3), e/ou outros sais de alumínio) e/ou outros sais de metal. A quantidade do sal de metal pode variar de cerca de 0,1 mol a cerca de 4,0 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do sal de metal que é dissolvido pode ser cerca de 0,1 mol, 0,2 mol, 0,4 mol, 0,6 mol, 0,8 mol, 1,0 mol, 1.2 mol, 1,4 mol, 1,6 mol, 1,8 mol, 2,0 mol, 2,2 mol, 2,4 mol, 2,6 mol, 2,8 mol, 3,0 mol, 3,2 mol, 3,4 mol, 3,6 mol, 3,8 mol, ou 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0041] O sal de metal pode ser dissolvido por agitação durante 15 minutos à temperatura ambiente, a cerca de 25°C, ou a uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 30°C. A agitação pode ser executada durante cerca de 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 20 minutos, 25 minutos ou 30 minutos, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado, ou até que todo o sal de metal tenha sido dissolvido. A temperatura à qual o bloco 106 é executado pode ser cerca de 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, ou 40°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0042] No bloco 108, um sal de metal alcalino é dissolvido. O sal de metal alcalino pode aumentar a condutividade da solução eletrolítica. Em uma ou mais modalidades, o sal de metal alcalino um sulfato de metal alcalino (por exemplo, sulfato de sódio (Na2SO4), sulfato de potássio (K2SO4), e/ou outros sulfatos de metal alcalino). A quantidade do sulfato de metal alcalino que é dissolvido pode variar de cerca de 0,1 mol a cerca de 2,0 mol da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do sulfato de metal alcalino que é dissolvido pode ser cerca de 0,1 mol, 0,2 mol, 0,3 mol, 0,4 mol, 0,5 mol, 0,6 mol, 0,7 mol, 0,8 mol, 0,9 mol, 1,0 mol, 1,1 mol, 1,2 mol, 1,3 mol, 1,4 mol, 1,5 mol, 1,6 mol, 1,7 mol, 1,8 mol, 1,9 mol, ou 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0043] O sulfato de metal alcalino pode ser dissolvido por agitação durante 15 minutos à temperatura ambiente, a cerca de 25°C, ou a uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 30°C. A agitação pode ser executada durante cerca de 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 20 minutos, 25 minutos ou 30 minutos, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado, ou até que todo o sal de metal tenha sido dissolvido. A temperatura à qual o bloco 106 é executado pode ser cerca de 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, ou 40°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0044] No bloco 110, um haleto de metal alcalino é dissolvido. O haleto de metal alcalino pode prover a solução eletrolítica com propriedades de umedecimento e ataque químico, e pode auxiliar a aderência de cromo durante cromagem. Em uma ou mais modalidades, o haleto de metal alcalino inclui um fluoreto de metal alcalino (por exemplo, fluoreto de sódio (NaF), fluoreto de potássio (KF), e/ou outros fluoretos de metal alcalino) e/ou outros haletos de metal alcalino. A quantidade do haleto de metal alcalino que é dissolvido pode variar de cerca de 0,1 mol a cerca de 0,5 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do haleto de metal alcalino que é dissolvido pode ser cerca de 0,10 mol, 0,15 mol, 0,20 mol, 0,25 mol, 0,30 mol, 0,35 mol, 0,40 mol, 0,45 mol, ou 0,50 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0045] O haleto de metal alcalino pode ser dissolvido por agitação durante 15 minutos à temperatura ambiente, a cerca de 25°C, ou a uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 30°C. A agitação pode ser executada durante cerca de 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 20 minutos, 25 minutos ou 30 minutos, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado, ou até que todo o haleto de metal alcalino tenha sido dissolvido. A temperatura à qual o bloco 106 é executado pode ser cerca de 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, ou 40°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0046] No bloco 112, um tensoativo pode ser dissolvido. O tensoativo pode evitar ou reduzir corrosão por pite e reduzir geração de gás (por exemplo, gás cloro, gás hidrogênio, etc.) durante cromagem. Em algumas modalidades, o tensoativo inclui lauril sulfato de sódio (NaC12H25SO4), lauril sulfato de potássio (KC12H25SO4), e/ou outros tensoativos. A quantidade do tensoativo pode variar de cerca de 0,0001 mol a 0,01 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do tensoativo que é dissolvido pode ser cerca de 0,0001 mol, 0,0002 mol, 0,0004 mol, 0,0006 mol, 0,0008 mol, 0,0010 mol, 0,0020 mol, 0,0040 mol, 0,0060 mol, 0,0080 mol, ou 0,0100 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado. Por exemplo, a quantidade de lauril sulfato de sódio ou lauril sulfato de potássio pode variar de cerca de 0,1 g a cerca de 1 g por litro da solução eletrolítica a ser formada.

[0047] No bloco 114, um haleto de metal alcalino (por exemplo, brometo de metal alcalino) é dissolvido. O brometo de metal alcalino pode reduzir a geração de gás (por exemplo, gás cloro, gás hidrogênio, etc.) durante cromagem. Em algumas modalidades, o brometo de metal alcalino inclui brometo de sódio (NaBr), brometo de potássio (KBr), ou outros brometos de metal alcalino. A quantidade do tensoativo pode variar de cerca de 0,001 mol a 0,05 mol por litro da solução eletrolítica a ser formada. A quantidade do brometo de metal alcalino que é dissolvido pode ser cerca de 0,001 mol, 0,002 mol, 0,004 mol, 0,006 mol, 0,008 mol, 0,010 mol, 0,020 mol, 0,030 mol, 0,040 mol, ou 0,050 mol por litro da solução eletrolítica, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado. Por exemplo, a quantidade de brometo de sódio ou brometo de potássio pode variar de cerca de 0,1 g a cerca de 1 g por litro da solução eletrolítica a ser formada.

[0048] No bloco 116, o pH pode ser ajustado. Em algumas modalidades, o pH é ajustado usando um ou mais ácidos ou bases, tais como hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de sódio (NaOH), e/ou ácido sulfúrico (H2SO4). O pH da solução eletrolítica pode ser ajustado para uma faixa de cerca de 2 a cerca de 4. O pH pode ser ajustado para cerca de 2, 2,2, 2.4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,2, 3,4, 3,6, 3,8, ou 4,0, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0049] No bloco 118, pode ser provido tempo para atingir estado de equilíbrio. Em algumas modalidades, a solução é deixada em repouso por um tempo na faixa de 1 hora a 2 dias para atingir o estado de equilíbrio. O tempo provido para atingir o estado de equilíbrio pode ser cerca de 1 hora, 3 horas, 6 horas, 9 horas, 12 horas, 15 horas, 18 horas, 21 horas, 24 horas, 27 horas, 30 horas, 33 horas, 36 horas, 39 horas, 42 horas, 45 horas, ou 48 horas, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado.

[0050] Em algumas modalidades, o processo 100 é executado na ordem apresentada. Em outras modalidades, o processo 100 é executado em uma ordem diferente. Alguns blocos podem ser executados em ordem, enquanto outros blocos são executados em uma ordem diferente. Por exemplo, os blocos 102, 104, e 106 podem ser executados, enquanto os blocos 108, 110, 112, 114, 116, e 118 podem ser executados em uma ordem diferente após os blocos 102, 104, e 106. Em um outro exemplo, os blocos 102, 104, 106, 108 e 110 podem ser executados, enquanto os blocos 112, 114, 116, e 118 podem ser executados em uma ordem diferente. Um grupo de blocos pode ser executado antes de um outro grupo de blocos. Por exemplo, os blocos 102, 104, e 106 podem ser executados em qualquer ordem, e após os blocos 102, 104, e 106 serem executados, os blocos 106, 108, e 110 podem ser executados em qualquer ordem. Outras ordens são contempladas conforme um versado na técnica reconhecerá. Além disso, um ou mais dos blocos 112, 114, 116, e 118 podem ser omitidos em algumas modalidades.

[0051] Exemplo 1. Em um exemplo de execução dos blocos 102 a 110, cloreto de cromo (III) na quantidade de cerca de 159 g (cerca de 0,6 mol) por litro de solução eletrolítica a ser formada é dissolvido em água, o que resulta em uma solução verde-escuro. Embora cloreto de cromo (III) tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de cromo (III) (por exemplo, um ou mais outros haletos de cromo (III) e/ou sulfato de cromo (III)) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, cloreto de cromo (III). Uma solução 202 mostrada na FIG. 2 ilustra a solução verde-escuro diluída 10 vezes para bom contraste de cor. Em seguida, oxalato de sódio na quantidade de cerca de 80,4 gramas (cerca de 0,6 mol) por litro da solução eletrolítica a ser formada é dissolvido na solução verde-escuro, o que resulta em uma solução roxo-acinzentado escuro. Embora oxalato de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros compostos de oxalato (por exemplo, um ou mais outros oxalatos de metal alcalino e/ou um ou mais ácidos de oxalato) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, oxalato de sódio. Uma solução 204 mostrada na FIG. 2 ilustra a solução roxo-acinzentado escuro diluída 10 vezes para bom contraste de cor. A alteração de cor de verde-escuro para roxo-acinzentado escuro pode indicar a formação do complexo de cromo trivalente e oxalato. Em seguida, sulfato de alumínio na quantidade de cerca de 126,1 gramas (cerca de 0,2 mol), sulfato de sódio na quantidade de cerca de 184,6 gramas (cerca de 1,3 mol), e fluoreto de sódio na quantidade de cerca de 16,8 gramas (0,4 mol) por litro da solução eletrolítica a ser formada é dissolvido na solução roxo-acinzentada escura, que forma uma solução verde-acinzentado escuro, que pode ser a solução eletrolítica final para uso em cromagem. Embora sulfato de alumínio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de metal (por exemplo, um ou mais outros sais de alumínio) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, sulfato de alumínio. Além disso, embora sulfato de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de metal alcalino (por exemplo, um ou mais outros sulfatos de metal alcalino) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, sulfato de sódio. Adicionalmente, embora fluoreto de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros haletos de metal alcalino (por exemplo, um ou mais outros fluoretos de metal alcalino) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, fluoreto de sódio. Uma solução 206 mostrada na FIG. 2 ilustra a solução verde-acinzentado escuro diluída 10 vezes para bom contraste de cor. A solução eletrolítica pode ser deixada em repouso durante cerca de 1 dia para atingir um estado de equilíbrio. A solução eletrolítica resultante pode ter uma concentração de cromo trivalente de cerca de 0,6 M (moles/L), uma concentração de cloreto de cerca de 1,8 M, uma concentração de oxalato de cerca de 0,6 M, uma concentração de alumínio de cerca de 0,4 M, uma concentração de sódio de cerca de 4,2 M, e uma concentração de sulfato de cerca de 1,9 M.

[0052] Exemplo 2. Em um outro exemplo de execução dos blocos 102 a 110, sulfato de cromo (III) na quantidade de cerca de 235 g (cerca de 0,6 mol) por litro de solução eletrolítica a ser formada é dissolvido em água. Embora sulfato de cromo (III) tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de cromo (III) (por exemplo, um ou mais haletos de cromo (III)) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, cloreto de cromo (III). Em seguida, oxalato de sódio na quantidade de cerca de 80,4 gramas (cerca de 0,6 mol) por litro da solução eletrolítica a ser formada é dissolvido. Embora oxalato de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros compostos de oxalato (por exemplo, um ou mais outros oxalatos de metal alcalino e/ou um ou mais ácidos de oxalato) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, oxalato de sódio. Em seguida, sulfato de alumínio na quantidade de cerca de 126,1 gramas (cerca de 0,2 mol), sulfato de sódio na quantidade de cerca de 184,6 gramas (cerca de 1,3 mol), e fluoreto de sódio na quantidade de cerca de 16,8 gramas (0,4 mol) por litro da solução eletrolítica a ser formada é dissolvido. Embora sulfato de alumínio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de metal (por exemplo, um ou mais outros sais de alumínio) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, sulfato de alumínio. Além disso, embora sulfato de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros sais de metal alcalino (por exemplo, um ou mais outros sulfatos de metal alcalino) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, sulfato de sódio. Adicionalmente, embora fluoreto de sódio tenha sido usado nesse exemplo, um ou mais outros haletos de metal alcalino (por exemplo, um ou mais outros fluoretos de metal alcalino) podem ser usados em vez de, ou em adição ao, fluoreto de sódio. A solução eletrolítica pode ser deixada em repouso durante cerca de 1 dia para atingir um estado de equilíbrio. A solução eletrolítica resultante pode ter uma concentração de cromo de cerca de 1,2 M, uma concentração de oxalato de cerca de 0,6 M, uma concentração de alumínio de cerca de 0,4 M, uma concentração de sódio de cerca de 4,2 M, e uma concentração de sulfato de cerca de 3,7 M.

[0053] A FIG. 3 ilustra um processo exemplificativo 300 para cromagem. No bloco 302, uma solução eletrolítica é preparada, tal como pelo processo 100 da FIG. 1. No bloco 304, um catodo e um anodo são colocados na solução eletrolítica, o catodo incluindo o substrato, e uma corrente é passada entre o catodo e o anodo através da solução eletrolítica para depositar cromo no substrato. O substrato pode ser um substrato de aço, um substrato de cobre, um substrato de níquel, um substrato revestido com cobre, ou um substrato revestido com níquel. No entanto, outros substratos são contemplados conforme um versado na técnica reconhecerá.

[0054] O anodo pode incluir um material de eletrodo carbonáceo. Por exemplo, o anodo carbonáceo pode ser um anodo de grafite ou outro anodo que inclui carbono. O anodo de grafite pode ser usado para soluções eletrolíticas à base de cloreto (por exemplo, soluções eletrolíticas que incluem um ou mais compostos com cloreto como cloreto de cromo (III)), soluções eletrolíticas à base de sulfato (por exemplo, soluções eletrolíticas que incluem um ou mais compostos com sulfato como sulfato de cromo (III)), ou soluções eletrolíticas à base de cloreto e sulfato (por exemplo, soluções eletrolíticas que incluem um ou mais compostos com cloreto e um ou mais compostos com sulfato). Vantajosamente, o anodo de grafite ou outro anodo carbonáceo minimiza a evolução de gás e formação de subprodutos indesejáveis, assim como facilita uma taxa de deposição desejável (por exemplo, na faixa de cerca de 1 mícron a cerca de 2 mícrons por minuto). Alternativamente, um anodo de platina ou um anodo de titânio platinado pode ser usado para soluções eletrolíticas à base de sulfato (por exemplo, soluções eletrolíticas que incluem um ou mais compostos com sulfato como sulfato de cromo (III)) ou soluções eletrolíticas à base de cloreto e sulfato (por exemplo, soluções eletrolíticas que incluem um ou mais compostos com cloreto e um ou mais compostos com sulfato). Por exemplo, o anodo de platina ou um anodo de titânio platinado pode ser usado quando a solução eletrolítica não inclui compostos com cloreto, de modo que gás cloro não é produzido, ou quando a solução eletrolítica tem menos cloreto, de modo que menos gás cloro é gerado (por exemplo, não há necessidade de reduzir a geração de gás cloro usando um anodo carbonáceo).

[0055] Em algumas modalidades, corrente contínua é usada. A corrente contínua pode prover uma densidade de corrente na faixa de cerca de 5 A/dm2 a cerca de 50 A/dm2. O valor da densidade de corrente pode ser ajustado dependendo da separação entre o catodo e o anodo. A densidade de corrente pode ser cerca de 5 A/dm2, 10 A/dm2, 15 A/dm2, 20 A/dm2, 25 22222 2 m , m , m , m , m , ou m , em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado, dependendo da separação entre o catodo e anodo. Por exemplo, uma densidade de corrente na faixa de cerca de 10 A/dm2 a cerca de 30 A/dm2 pode ser aplicada quando o catodo e o anodo são separados em cerca de 3 cm.

[0056] Em outras modalidades, corrente pulsada é usada. A corrente pulsada pode prover uma densidade de corrente média na faixa de cerca de 5 A/dm2 a cerca de 50 A/dm2. O valor da densidade de corrente média pode ser ajustado dependendo da separação entre o catodo e o anodo. A densidade de corrente de pico pode ser o dobro da densidade de corrente média. A densidade de corrente média pode ser cerca de 5 A/dm2, 10 A/dm2, 15 A/dm2, 222222 m , m , m , m , m , m , ou A/dm2, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado, dependendo da separação entre o catodo e anodo. Por exemplo, uma densidade de corrente média na faixa de cerca de 15 A/dm2 a cerca de 30 A/dm2 pode ser aplicada quando o catodo e o anodo são separados em cerca de 3 cm.

[0057] A corrente pulsada pode ter um ciclo de trabalho na faixa de cerca de 20% a cerca de 80%. O ciclo de trabalho pode ser cerca de 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, ou 80%, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado. A corrente pulsada pode ter uma frequência na faixa de cerca de 10 Hz a cerca de 100 Hz. A frequência pode ser cerca de 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz, ou 100 Hz, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou ponto final inferior, conforme apropriado. Por exemplo, se a corrente pulsada tem um ciclo de trabalho de cerca de 40% e uma frequência de cerca de 25 Hz, o tempo LIGADO é cerca de 16 milissegundos e o tempo DESLIGADO é cerca de 24 milissegundos.

[0058] No bloco 306, um pH da solução eletrolítica é mantido em um pH alvo ou uma faixa de pH alvo. O pH alvo pode ser um pH na faixa de cerca de 2 a cerca de 4. O pH pode ser mantido em cerca de 2, 2,2, 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,2, 3,4, 3,6, 3,8, ou 4,0, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0059] No bloco 308, uma temperatura da solução eletrolítica é mantida em uma temperatura alvo ou uma faixa de temperatura alvo. A temperatura alvo pode ser uma temperatura na faixa de cerca de 20°C a cerca de 60°C. A temperatura pode ser cerca de 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, ou 70°C, em que qualquer valor pode formar um ponto final superior ou um ponto final inferior, conforme apropriado.

[0060] Em resposta à execução do bloco 302, cromo é depositado no substrato no bloco 310. Em alguns exemplos, cromo e carbono são codepositados no substrato. O bloco 302 pode ser executado até que uma camada de cromo (por exemplo, um revestimento de cromo) ou uma camada de cromo-carbono (por exemplo, um revestimento de carboneto de cromo) com uma espessura desejada (por exemplo, uma espessura maior que cerca de 5 mícrons) seja formada no substrato. A camada de cromo com uma espessura maior que cerca de 5 mícrons pode ter dureza maior que cerca de 800 HV.

[0061] A FIG. 4 é uma imagem de substratos cromados 410, 420, 430, 440, e 450 formados pelo processo 300 da FIG. 3, cada um galvanizado a um pH diferente. Para cada substrato cromado 410, 420, 430, 440, e 450, os parâmetros de cromagem foram os seguintes: o tempo de galvanização foi 1 hora, a uma temperatura de 35°C, e a uma densidade de corrente de 22 A/dm2.

[0062] O substrato cromado 410 foi galvanizado a um pH de 1,5, resultando em uma camada de cromo 412 com uma espessura de 4 mícrons. O substrato cromado 420 foi galvanizado a um pH de 2,0, resultando em uma camada de cromo 422 com uma espessura de 5 mícrons. O substrato cromado 430 foi galvanizado a um pH de 2,5, resultando em uma camada de cromo 412 com uma espessura de 20 mícrons. O substrato cromado 440 foi galvanizado a um pH de 3,0, resultando em uma camada de cromo 442 com uma espessura de 30 mícrons. Um substrato cromado 450 foi galvanizado a um pH de 3,5, resultando em uma camada de cromo 452 com uma espessura de 14 mícrons.

[0063] Como ilustrado pela FIG. 4, qualquer pH na faixa de cerca de 1,5 a cerca de 3,5 provê deposição de uma camada de cromo. Um pH na faixa de cerca de 2 a cerca de 4 provê vantajosamente uma camada de cromo mais espessa do que um pH que é mais alto ou mais baixo. Adicionalmente, um pH na faixa de cerca de 2,5 a cerca de 3,0 provê vantajosamente a camada de cromo mais espessa.

[0064] A FIG. 5 é uma imagem de substratos cromados 510, 520, 530, 540, e 550 formados pelo processo 300 da FIG. 3, cada um galvanizado a uma temperatura diferente. Para cada substrato cromado 510, 520, 530, 540, e 550, a cromagem foi executada a um pH de 2,8.

[0065] O substrato cromado 510 foi galvanizado a uma temperatura de 30°C, resultando em uma camada de cromo 512 com uma espessura de 32 mícrons. O substrato cromado 520 foi galvanizado a uma temperatura de 40°C, resultando em uma camada de cromo 522 com uma espessura de 45 mícrons. O substrato cromado 530 foi galvanizado a uma temperatura de 50°C, resultando em uma camada de cromo 532 com uma espessura de 20 mícrons. O substrato cromado 540 foi galvanizado a uma temperatura de 60°C, resultando em uma camada de cromo 542 com uma espessura de 16 mícrons. O substrato cromado 550 foi galvanizado a uma temperatura de 70°C, resultando em uma camada de cromo 552 com uma espessura de 32 mícrons.

[0066] Como ilustrado pela FIG. 5, qualquer temperatura na faixa de cerca de 30°C a cerca de 70°C provê deposição de uma camada de cromo. Uma temperatura na faixa de cerca de 30°C a cerca de 40°C provê vantajosamente a camada de cromo mais espessa do que uma temperatura que é mais alta ou mais baixa.

[0067] A FIG. 6 é uma imagem de substratos cromados 610, 620, 630, 640, e 650 formados pelo processo 300 da FIG. 3, cada um galvanizado a uma densidade de corrente diferente usando galvanização por corrente contínua. Para cada substrato cromado 610, 620, 630, 640, e 650, os parâmetros de cromagem foram os seguintes: o tempo de galvanização foi 1 hora, e a distância entre o catodo e o anodo foi de 3 cm.

[0068] O substrato cromado 610 foi galvanizado usando uma densidade de corrente de 40 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 612 com uma espessura de 60 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 614 com uma espessura de 60 mícrons, uma camada de cromo em um terceiro local 616 com uma espessura de 60 mícrons, e uma área não revestida 618 circundando a camada de cromo nos locais 612, 614, e 616. O substrato cromado 620 foi galvanizado usando uma densidade de corrente de 30 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 622 com uma espessura de 30 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 624 com uma espessura de 30 mícrons, uma camada de cromo em um terceiro local 636 com uma espessura de 30 mícrons, e uma área não revestida 628 circundando a camada de cromo nos locais 622, 624, e 626 que é menor que a área não revestida 618. O substrato cromado 630 foi galvanizado usando uma densidade de corrente de 20 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 632 com uma espessura de 25 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 634 com uma espessura de 18 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 636 com uma espessura de 20 mícrons. O substrato cromado 640 foi galvanizado usando uma densidade de corrente de 10 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 642 com uma espessura de 2 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 644 com uma espessura de 2 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 646 com uma espessura de 2 mícrons. O substrato cromado 650 foi galvanizado usando uma densidade de corrente de 5 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 652 com uma espessura de 0 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 654 com uma espessura de 0 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 656 com uma espessura de 0 mícrons.

[0069] Como ilustrado pela FIG. 6, qualquer densidade de corrente na faixa de cerca de 5 A/dm2 a cerca de 40 A/dm2 provê deposição de uma camada de cromo quando a distância entre o catodo e o anodo é cerca de 3 cm. Uma densidade de corrente na faixa de cerca de 10 A/dm2 a cerca de 30 A/dm2 provê vantajosamente uma camada de cromo que é espessa e ao mesmo tempo uniforme, uma densidade de corrente de 5 A/dm2 não provê deposição de camada de cromo e uma densidade de corrente de 40 A/dm2 provê uma deposição de camada de cromo menos uniforme como mostrado pela área não revestida 618. Além disso, uma densidade de corrente de cerca de 20 A/dm2 pode prover vantajosamente a camada de cromo mais espessa enquanto ainda reveste toda a superfície do substrato, e também minimizar a geração de gás cloro.

[0070] A FIG. 7 é uma imagem de substratos cromados 710, 720, 730, e 740 formados pelo processo 300 da FIG. 3, cada um galvanizado a uma densidade de corrente média usando galvanização por corrente pulsada. Para cada substrato cromado 710, 720, 730, e 740, os parâmetros de cromagem foram os seguintes: o tempo de galvanização foi 1 hora, e a distância entre o catodo e o anodo foi de 3 cm, e o ciclo de trabalho foi 40%.

[0071] O substrato cromado 710 foi galvanizado usando uma densidade de corrente média de 40 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 712 com uma espessura de 62 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 714 com uma espessura de 62 mícrons, uma camada de cromo em um terceiro local 716 com uma espessura de 85 mícrons, e uma área não revestida 718 em torno da camada de cromo nos locais 712, 714, e 716. O substrato cromado 720 foi galvanizado usando uma densidade de corrente média de 30 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 722 com uma espessura de 38 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 724 com uma espessura de 50 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 736 com uma espessura de 60 mícrons. O substrato cromado 730 foi galvanizado usando uma densidade de corrente média de 20 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 732 com uma espessura de 10 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 734 com uma espessura de 15 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 736 com uma espessura de 20 mícrons. O substrato cromado 740 foi galvanizado usando uma densidade de corrente média de 10 A/dm2, resultando em uma camada de cromo em um primeiro local 742 com uma espessura de 0 mícrons, uma camada de cromo em um segundo local 744 com uma espessura de 0 mícrons, e uma camada de cromo em um terceiro local 746 com uma espessura de 0 mícrons.

[0072] Como ilustrado pela FIG. 7, qualquer densidade de corrente média na faixa de cerca de 20 A/dm2 a cerca de 40 A/dm2 provê deposição de uma camada de cromo quando a distância entre o catodo e o anodo é cerca de 3 cm. Uma densidade de corrente na faixa de cerca de 20 A/dm2 a cerca de 30 A/dm2 provê vantajosamente uma camada de cromo que é espessa e ao mesmo tempo uniforme, uma densidade de corrente média de 10 A/dm2 não provê deposição de camada de cromo e uma densidade de corrente média de 40 A/dm2 provê uma deposição de camada de cromo menos uniforme como mostrado pela área não revestida 718. Além disso, uma densidade de corrente média de cerca de 20 A/dm2 pode prover vantajosamente a camada de cromo mais espessa enquanto ainda reveste toda a superfície do substrato, e também minimizar a geração de gás cloro.

[0073] A FIG. 8 é um gráfico que mostra a espessura de camadas de cromo formadas pelo processo 300 da FIG. 3 usando galvanização por corrente pulsada a diferentes frequências de pulso e ciclos de trabalho. A galvanização por pulso foi realizada nas frequências de 10 Hz, 25 Hz, 50 Hz, e 100 Hz, e nos ciclos de trabalho de 10%, 20%, 40%, e 80% para cada frequência.

[0074] Como ilustrado pela FIG. 8, qualquer frequência na faixa de cerca de 10 Hz a 100 Hz, e qualquer ciclo de trabalho na faixa de cerca de 10% e 80% provê deposição de uma camada de cromo. Um ciclo de trabalho de cerca de 40% a uma frequência de cerca de 25 Hz, que corresponde a um tempo LIGADO de 16 milissegundos e um tempo DESLIGADO de cerca de 24 milissegundo, provê vantajosamente a camada de cromo mais espessa com uma espessura de cerca de 16 mícrons.

[0075] A FIG. 9 é uma imagem de um substrato cromado formado 900 pelo processo 300 da FIG. 3 usando corrente pulsada, enquanto a FIG. 10 é uma imagem de um substrato cromado formado 1000 pelo processo 300 da FIG. 3 usando corrente contínua. Como mostrado na FIG. 9, o substrato cromado 900 tem uma camada de cromo 902 que é depositada de modo uniforme e compacto. A FIG. 11 é uma imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura (MEV) de uma seção transversal do substrato cromado 900, mostrando que a camada de cromo 902 está bem aderida a um substrato 910 e compacta. Como mostrado na FIG. 10, o substrato cromado 1004 tem áreas não aderentes e tem uma camada de cromo 1002 que é depositada de modo menos compacto. A FIG. 12 é uma imagem obtida por MEV de uma seção transversal do substrato cromado 1000, mostrando que a camada de cromo 1002 tem partes 1006 que são menos aderentes a um substrato 1010 e menos compactas.

[0076] Como ilustrado pelas FIGS. 9 a 12, para revestimento de cromo duro espesso (por exemplo, espessura de revestimento maior que cerca de 30 mícrons), a cromagem usando corrente pulsada provê vantajosamente depósitos de cromo mais aderentes e mais compactos em comparação à cromagem usando corrente contínua.

[0077] A FIG. 13 é uma imagem de um substrato cromado tal como um painel de célula de Hull cromado 1300 formado pelo processo da FIG. 3 usando uma solução eletrolítica preparada por dissolução de sulfato de cromo (III) e um composto de oxalato, mas sem dissolução de sulfato de metal alcalino. A cromagem foi executada em uma célula de Hull a 5 amperes durante 10 minutos. O painel de célula de Hull cromado 1300 mostra apenas cerca de 50% da cobertura, com uma área 1302 coberta por uma camada de cromo e uma área 1304 não coberta por cromo.

[0078] A FIG. 14 é uma imagem de um substrato cromado tal como um painel de célula de Hull cromado 1400 formado pelo processo da FIG. 3 usando a solução eletrolítica preparada pelo processo da FIG. 1 sem a etapa de dissolução do tensoativo. A solução eletrolítica foi preparada por dissolução de cloreto de cromo (III), um composto de oxalato e também um sulfato de metal alcalino tal como sulfato de sódio. O painel de célula de Hull cromado 1400 mostra mais de 80% da cobertura, com uma área 1402 coberta por uma camada de cromo e uma área 1404 não coberta por cromo. A solução eletrolítica preparada a partir de cloreto de cromo (III) e sulfato de sódio provida melhorou a cobertura em comparação à solução eletrolítica preparada a partir de sulfato de cromo (III) e nenhum sulfato de sódio usado para o painel de célula de Hull cromado 1300 na FIG. 13.

[0079] A FIG. 15 é uma imagem de um substrato cromado tal como um painel de célula de Hull cromado 1500 formado pelo processo da FIG. 3 usando a solução eletrolítica preparada pelo processo da FIG. 1 incluindo a etapa de dissolução do tensoativo. A solução eletrolítica foi preparada por dissolução de cloreto de cromo (III), um composto de oxalato, um sulfato de metal alcalino tal como sulfato de sódio, e o tensoativo tal como lauril sulfato de sódio. O painel de célula de Hull cromado 1500 mostra mais de 80% da cobertura, com uma área 1502 coberta por uma camada de cromo e uma área 1504 não coberta por cromo.

[0080] Como ilustrado pelas FIGS. 13 a 15, uma solução eletrolítica em que um sulfato de metal alcalino tal como sulfato de sódio é dissolvido provê vantajosamente cromagem melhorada, com uma cobertura percentual significativamente maior do substrato. O sulfato de metal alcalino pode, por exemplo, prover condutividade aumentada à solução eletrolítica, resultando em uma deposição de camada de cromo melhorada.

[0081] As FIGS. 16A-B são imagens obtidas por MEV de uma parte do painel de célula de Hull cromado 1600 da FIG. 14. Uma porção de 1 cm2 foi recortada do meio do painel de célula de Hull cromado 1400 e imagens obtidas por MEV foram tomadas—FIG. 16A é uma imagem obtida por MEV com ampliação de 1000X, e a FIG. 16B é uma imagem obtida por MEV com ampliação de 2500X. O painel de célula de Hull cromado 1400 formado usando a solução eletrolítica sem o tensoativo apresentou muitos pites, aparecendo como pontos pretos nas imagens obtidas por MEV das FIGS. 16A e 16B.

[0082] As FIGS. 17A-B são imagens obtidas por MEV de uma parte do painel de célula de Hull cromado 1500 da FIG. 15. Uma porção de 1 cm2 foi recortada do meio do painel de célula de Hull cromado 1500 e imagens obtidas por MEV foram tomadas—FIG. 17A é uma imagem obtida por MEV com ampliação de 1000X, e a FIG. 17B é uma imagem obtida por MEV com ampliação de 2500X. O painel de célula de Hull cromado 1500 formado usando a solução eletrolítica com o tensoativo não apresentou pites, visto que não há pontos pretos nas imagens obtidas por MEV das FIGS. 17A-B em comparação às FIGS. 16A-B.

[0083] Como ilustrado pelas FIGS. 16A-B e 17A-B, a inclusão do tensoativo na solução eletrolítica tem vantajosamente o efeito de redução de corrosão por pite. O tensoativo pode funcionar como um agente umectante que reduz a tensão superficial, e pode reduzir a geração de gás (por exemplo, gás cloro, gás hidrogênio, etc.) durante a cromagem. A geração de gás pode formar poros no cromo que é depositado, que pode aparecer como pites quando a geração de gás é em excesso. O tensoativo, ao reduzir a evolução de gás, evita ou reduz tal corrosão por pite durante a cromagem.

[0084] A FIG. 18 é uma imagem obtida por MEV de depósitos de cromo 1802 em um substrato cromado formado pelo processo da FIG. 3. Como mostrado na FIG. 18, os depósitos de cromo 1802 têm uma morfologia amorfa. Um teste de endentação Vickers foi executado em depósitos de cromo 1802 no local 1804, que revelou que depósitos de cromo 1802 tinham uma dureza de cerca de 1100 HV a uma carga de 100 g.

[0085] A FIG. 19 é uma imagem de substratos cromados 1900 formados pelo processo da FIG. 3 que foram flexionados para mostrar resiliência das camadas de cromo 1902 à flexão. Mesmo quando substratos cromados 1900 são flexionados, as camadas de cromo 1902 não saem, revelando que as camadas de cromo 1902 são fortemente aderentes ao substrato subjacente.

[0086] A FIG. 20 é uma imagem de um substrato cromado 2000 formado pelo processo da FIG. 3 em que teste de abrasão foi executado para determinar resistência ao desgaste de uma camada de cromo 2002. Uma roda CS 10 sob carga de 1000 g foi usada, resultando em um índice de desgaste de cerca de 0,013 a cerca de 0,021 em uma área testada 2004 da camada de cromo 2002. Um teste adicional foi executado usando uma roda CS 17 sob carga de 1000 g, que resultou em um índice de desgaste de cerca de 0,015 a 0,025. O teste de abrasão revelou que a propriedade de desgaste é similar a camadas de cromo duras formadas por cromagem usando cromo hexavalente.

[0087] Embora tenha havido alguns êxitos na implementação do uso de banhos de cromo trivalente para cromagem fina decorativa, processos de cromagem convencionais que usam banhos de cromo trivalente foram inadequados para cromagem dura mais espessa. Além disso, mesmo banhos de cromo trivalentes usados para cromagem decorativa muitas vezes continham ácido bórico como agente tamponante. Adicionalmente, processos de cromagem convencionais que usam cromo trivalente correram o risco de o cromo trivalente ser oxidado para cromo hexavalente no anodo.

[0088] Vantajosamente, a cromagem de acordo com o processo 300 provê camadas de cromo duras que podem ser pelo menos tão estruturalmente robustas, confiáveis, aderentes e resistentes ao desgaste quanto a cromagem que usa cromo hexavalente, enquanto evita o uso de produtos químicos como cromo hexavalente e ácido bórico. Adicionalmente, a oxidação de cromo trivalente para cromo hexavalente, a geração de subprodutos de gases tóxicos e a produção de subprodutos indesejáveis adicionais são evitadas ou significativamente reduzidas.

[0089] Adicionalmente, a descrição compreende modalidades de acordo com as seguintes cláusulas:

[0090] Cláusula 1. Um método para cromar um substrato usando uma solução eletrolítica, o método compreendendo: dissolver em um meio aquoso um sal de cromo trivalente em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,9 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver um composto de oxalato em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 3,0 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver um sal de metal em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, e um haleto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,5 mol por litro da solução eletrolítica; e passar uma corrente entre um catodo e um anodo através da solução eletrolítica para depositar cromo no substrato.

[0091] Cláusula 2. O método da cláusula 1, em que a etapa de dissolução do sal de cromo trivalente compreende dissolver cloreto de cromo (III) e/ou sulfato de cromo (III).

[0092] Cláusula 3. O método da cláusula 1 ou 2, em que a etapa de dissolução do composto de oxalato compreende dissolver oxalato de sódio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 1,0 mol por litro da solução eletrolítica, oxalato de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 1,0 mol por litro da solução eletrolítica, e/ou ácido oxálico em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 3,0 mol por litro da solução eletrolítica.

[0093] Cláusula 4. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 3, em que: dissolver o sal de metal compreende dissolver sulfato de alumínio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,4 mol por litro da solução eletrolítica e/ou cloreto de alumínio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 4,0 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver o sulfato de metal alcalino compreende dissolver sulfato de sódio e/ou sulfato de potássio; e dissolver o haleto de metal alcalino compreende dissolver fluoreto de sódio e/ou fluoreto de potássio.

[0094] Cláusula 5. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 4, em que a dissolução do sal de cromo trivalente, do composto de oxalato, do sal de metal, do sulfato de metal alcalino e do haleto de metal alcalino é executada na seguinte ordem: (1) dissolução do sal de cromo trivalente e do composto de oxalato; (2) dissolução do sal de metal; (3) dissolução do sulfato de metal alcalino; e (4) dissolução do haleto de metal alcalino.

[0095] Cláusula 6. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 5, em que a etapa de dissolução do composto de oxalato compreende agitar o composto de oxalato a uma temperatura na faixa de 70°C a 80°C por um tempo na faixa de 1 hora a 3 horas.

[0096] Cláusula 7. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 6, compreendendo adicionalmente ajustar o pH da solução eletrolítica para um pH na faixa de 2 a 4.

[0097] Cláusula 8. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 7, compreendendo adicionalmente adicionar lauril sulfato de sódio e/ou lauril sulfato de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 g a 1 g por litro da solução eletrolítica.

[0098] Cláusula 9. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 8, compreendendo adicionalmente adicionar brometo de sódio e/ou brometo de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 g a 1 g por litro da solução eletrolítica.

[0099] Cláusula 10. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 9, compreendendo adicionalmente manter o pH da solução eletrolítica em um pH na faixa de 2 a 4.

[00100] Cláusula 11. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 10, compreendendo adicionalmente manter a solução eletrolítica em uma temperatura na faixa de 30°C a 40°C durante a etapa de passagem da corrente.

[00101] Cláusula 12. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 11, em que a etapa de passagem da corrente é executada usando um anodo carbonáceo, um anodo de platina ou um anodo de titânio platinado, e em que o sal de cromo trivalente compreende sulfato de cromo (III).

[00102] Cláusula 13. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 12, em que a etapa de passagem da corrente é executada usando um anodo carbonáceo, e em que o sal de cromo trivalente compreende cloreto de cromo (III).

[00103] Cláusula 14. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 13, em que a etapa de passagem da corrente compreende aplicar uma corrente pulsada ou uma corrente contínua com uma densidade de corrente na faixa de cerca de 5 A/dm2 a cerca de 50 A/dm2.

[00104] Cláusula 15. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 14, em que a etapa da passagem da corrente compreende aplicar uma corrente pulsada com um ciclo de trabalho na faixa de cerca de 20% a cerca de 80%.

[00105] Cláusula 16. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 15, em que a etapa de passagem da corrente é executada até que uma camada de cromo com uma espessura maior que 5 mícrons e dureza maior que 800 HV se forme no substrato.

[00106] Cláusula 17. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 16, em que a etapa de passagem da corrente para depositar cromo no substrato compreende passar a corrente para depositar cromo em um substrato de aço, um substrato de cobre, um substrato de níquel, um substrato revestido com cobre, ou um substrato revestido com níquel.

[00107] Cláusula 18. O método de qualquer uma das cláusulas 1 a 17, em que compreende adicionalmente, em resposta à etapa de passagem da corrente, depositar cromo no substrato ou codepositar cromo e carbono no substrato.

[00108] Cláusula 19. Um método para preparar uma solução eletrolítica para cromagem, o método compreendendo: prover cromo trivalente por dissolução um sal de cromo trivalente; formar complexos de oxalato e cromo trivalente por dissolução de um composto de oxalato; tamponar a solução eletrolítica por dissolução de um sal de metal; aumentar a condutividade por dissolução de um sulfato de metal alcalino; e aumentar a propriedade de umedecimento da solução eletrolítica por dissolução de haleto de metal alcalino.

[00109] Cláusula 20. Uma solução eletrolítica preparada pelo método de qualquer uma das cláusulas 1 a 19.

[00110] As modalidades descritas acima ilustram, mas não limitam a invenção. Deve-se compreender, também, que inúmeras modificações e variações são possíveis de acordo com os princípios da presente descrição. Por conseguinte, o escopo da invenção é definido apenas pelas reivindicações a seguir.

Claims (15)

1. Método para cromar um substrato usando uma solução eletrolítica, o método caracterizado pelo fato de que compreende: dissolver (102), em um meio aquoso, um cloreto de cromo trivalente (III) em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,9 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver (104) um composto de oxalato em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 3,0 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver (106, 108, 110) um sal de metal do grupo 13 em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, e um halogeneto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,5 mol por litro da solução eletrolítica; adicionar (112) lauril sulfato de sódio e/ou lauril sulfato de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 g a 1 g por litro da solução eletrolítica; e passar (304) uma corrente entre um cátodo e um ânodo através da solução eletrolítica para depositar (310) cromo no substrato.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de dissolução do composto de oxalato compreende dissolver oxalato de sódio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 1,0 mol por litro da solução eletrolítica, oxalato de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 1,0 mol por litro da solução eletrolítica, e/ou ácido oxálico em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 3,0 mol por litro da solução eletrolítica.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: dissolver o sal de metal do grupo 13 compreende dissolver sulfato de alumínio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,4 mol por litro da solução eletrolítica e/ou cloreto de alumínio em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 4,0 mol por litro da solução eletrolítica; dissolver o sulfato de metal alcalino compreende dissolver sulfato de sódio e/ou sulfato de potássio; e dissolver o haleto de metal alcalino compreende dissolver fluoreto de sódio e/ou fluoreto de potássio.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dissolução do cloreto de cromo trivalente (III), do composto de oxalato, do sal de metal do grupo 13, do sulfato de metal alcalino e do haleto de metal alcalino é executada na seguinte ordem: 1. ) dissolução do cloreto de cromo trivalente (III) e do composto de oxalato; 2. ) dissolução do sal de metal do grupo 13; 3. ) dissolução do sulfato de metal alcalino; e 4. ) dissolução do haleto de metal alcalino.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de dissolução do composto de oxalato compreende agitar o composto de oxalato a uma temperatura na faixa de 70°C a 80°C por um tempo na faixa de 1 hora a 3 horas.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ajustar (116) o pH da solução eletrolítica para um pH na faixa de 2 a 4.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionar (114) brometo de sódio e/ou brometo de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 g a 1 g por litro da solução eletrolítica.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente manter (306) a solução eletrolítica em um pH na faixa de 2 a 4.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que manter (308) a solução eletrolítica em uma temperatura na faixa de 30°C a 40°C durante a etapa de passagem da corrente.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de passagem da corrente é executada usando um anodo carbonáceo ou um anodo de platina.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de passagem da corrente compreende aplicar uma corrente pulsada ou uma corrente contínua com uma densidade de corrente na faixa de 5 A/dm2 a 50 A/dm2; e/ou a etapa da passagem da corrente compreende aplicar uma corrente pulsada com um ciclo de trabalho na faixa de 20% a 80%.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de passagem da corrente é executada até que uma camada de cromo com uma espessura maior que 5 mícrons e dureza maior que 800 HV se forme no substrato.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de passagem da corrente para depositar cromo no substrato compreende passar a corrente para depositar cromo em um substrato de aço, um substrato de cobre, um substrato de níquel, um substrato revestido com cobre, ou um substrato revestido com níquel.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, em resposta à etapa de passagem da corrente, depositar (310) cromo no substrato ou codepositar cromo e carbono no substrato.

15. Solução eletrolítica para cromar um substrato, a solução eletrolítica sendo preparada pelo método como definido na reivindicação 1, a solução eletrolítica sendo caracterizada pelo fato de que compreende: um meio aquoso compreendendo um cloreto de cromo trivalente (III) em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,9 mol por litro da solução eletrolítica; um composto de oxalato em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 3,0 mol por litro da solução eletrolítica; um sal de metal do grupo 13 em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 4,0 mol por litro da solução eletrolítica, um sulfato de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 2,0 mol por litro da solução eletrolítica, um halogeneto de metal alcalino em uma quantidade na faixa de 0,1 mol a 0,5 mol por litro da solução eletrolítica; e lauril sulfato de sódio e/ou lauril sulfato de potássio em uma quantidade na faixa de 0,1 g a 1 g por litro da solução eletrolítica.