TWI468553B - 三價鉻沉澱物之顏色控制 - Google Patents

Description

三價鉻沉澱物之顏色控制

本發明整體上係關於調整以及控制三價鉻沉澱物之顏色的方法。

鉻鍍敷對於許多金屬修飾(metal finishing)之應用是一種塗敷的選擇，而對鉻之明亮與光澤成品的需求持續成長。鉻可抵抗來自其他修飾之競爭性的挑戰，其係歸因於其無可匹敵的美感以及其優異的技術能力，包括腐蝕性能以及多基板能力。鉻係廣泛地以裝飾以及硬鉻鍍敷兩者使用於金屬修飾工業中。

鉻係傳統地自含有六價鉻之電解液中被電鍍，但過去五十年來，已做了許多嘗試去發展使用僅含有三價鉻離子之電鍍鉻的商業上可接受之方法。使用含有三價鉻鹽類的動機增加係因為六價鉻呈現嚴重的健康與環境上的危害。來自六價鉻為主之溶液的廢液產生重要之環境上的關注，以及六價鉻浴在棄置前需要特別的處理以符合規範。因此，六價鉻可被鍍敷之六價鉻離子與溶液具有技術上的限制，其包括不斷增加之棄置鍍敷浴與清洗水的成本。

三價鉻鍍敷溶液在金屬修飾工業中相對六價 鉻鍍敷溶液以多種理由而成為越來越受歡迎的另外選擇，其包括增加之均鍍能力以及較低的毒性。用於三價鉻溶液中之總鉻金屬濃度亦顯著地低於六價鉻鍍敷溶液之總鉻金屬濃度，以及除了該溶液之較低的黏度，減少金屬會導致較少的廢酸洗液與廢水處理。由於其優異之均鍍能力，三價鉻浴一般亦製造與六價鉻浴相比較之較少的瑕疵並可增加儲架密度(rack density)。

三價鉻鍍敷速率與沉積物之硬度亦與六價鉻 相似，以及三價鉻電解液亦於與六價鉻電解液相同的溫度範圍下操作。然而，三價鉻電解液較六價鉻電解液具有對金屬雜質更高的敏感度。雜質可藉由離子交換之手段或藉由沉澱劑後過濾而移除。

三價鉻電解液之兩種主要浴化學係以氯化物 與硫酸鹽為主。在一些例子中，硫酸鹽為主之系統基於多種理由較氯化物為主之系統更有益。例如，來自硫酸鹽為主之系統之沉積物具有更高的純度，其會導致較佳的腐蝕保護以及接近六價鉻之顏色。該硫酸鹽為主之系統的化學亦為低腐蝕性，其避免該鍍敷環境以及成分區域之劣化。

就以往經驗而言，三價鉻沉積物之顏色係較 六價鉻沉積物之顏色為深。當此問題已經大幅地被降低，在兩種修飾之間仍然會有些微的顏色差異。三價鉻沉積物本質上以兩種形式被製造：第一種形式為盡可能地模仿接近六價鉻之顏色，以及第二種形式為其特別地 設計為提供一種不同的顏色以製造期望的美容修飾效果。

另外，深色的三價鉻塗敷在工業上越來越受 歡迎。對於許多應用上，能夠承受六價鉻之測試標準的深色且明亮之修飾的外觀係被期望的，以及深色三價鉻溶液已被發展，其符合外觀以及技術要求兩者。對於此些溶液，相較於六價鉻期望呈現優異之覆蓋以及均鍍能力、在大範圍之電流密度下之一致的顏色以及低金屬操作的優點。

分析或控制顏色添加劑可為困難的，因此要 達到顏色的一致性可為困難的。提供一種用於分析以及控制三價鉻沉積物之顏色的手段以維持沉積物之顏色的一致性係被期望。

本發明之目的係提供一種分析三價鉻沉積物之顏色的方法。

本發明之另一目的係提供一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法。

本發明之又另一目的係提供控制添加多種顏色增強添加劑至三價鉻鍍敷浴之方法。

本發明之又另一目的係提供具有一致顏色之三價鉻沉積物。

為此目的，於一具體實施例中，本發明整體上係關於一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟： a)測量三價鉻沉積物標準品之顏色；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)測量該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色，以測定該顏色增強之三價鉻沉積物之顏色；e)將該顏色增強之三價鉻沉積物之顏色與該標準品之顏色比較；以及f)如果該顏色增強之鉻沉積物顏色是落在該標準品顏色之期望的光學變化之外的話，且如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。

於另一具體實施例中，本發明整體上係關於一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：a)使用分光光度計測量三價鉻沉積物標準品之顏色以決定一第一CIELAB L*值；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)使用分光光度計測量該顏色增強之三價鉻沉積

物的顏色，以決定該顏色增強之三價鉻沉積物之CIELAB L*值；e)將該顏色增強之三價鉻沉積物之CIELAB L*值與該標準品之第一CIELAB L*值比較；以及f)如果該顏色增強之鉻沉積物的CIELAB L*值是落在該標準品的第一CIELAB L*值之期望的光學變化之外的話，而如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。

第1圖描述添加第一顏色增強添加劑(A部分)至三價鉻電解液浴之三價鉻沉積物的L*值之示意圖。

第2圖描述添加第二顏色增強添加劑(B部分)至三價鉻電解液浴之三價鉻沉積物的L*值之描述L*值的示意圖。

本發明之發明人已經發現其係可能預測用以調整以及控制三價鉻沉積物顏色所需的多種添加劑之量。本發明整體上係關於一種使用分光光度計以及測量標準赫耳槽板(Hull cell panel)或處理組件之顏色，來管理三價鉻浴所製造之顏色，與接著正確地調整影響顏色範圍之成分化學的方法。

於一具體實施例中，本發明整體上係關於一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：

a)測量三價鉻沉積物標準品之顏色；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)測量該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色；e)將該顏色增強之三價鉻沉積物之顏色與該標準品之顏色比較；以及f)如果該顏色增強之鉻沉積物顏色是落在該標準品顏色之期望的光學變化之外的話，且如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。

如上所述，三價鉻浴之兩種主要浴化學(bath chemistry)是以氯化物與硫酸鹽為主。

典型氯化物類型之三價鉻電解液浴包含：

典型硫酸鹽類型之三價鉻電解液浴包含：

潤濕劑係廣泛地用於降低溶液之表面張力， 其具有使在沉積物中形成之孔洞最小化的功效。合適之潤濕劑的例子包括硫酸鹽類型之鉻電解液浴的月桂基硫酸鈉以及乙基己基硫酸鈉。對於氯化物類型之電解液浴，用以列舉而非限制，該潤濕劑可為不含硫之非離子界面活性劑，諸如烷基酚類之聚乙二醇醚類。

緩衝液亦可被添加以維持電解液溶液之pH 值於期望的等級。合適之緩衝液包括甲酸、乙酸以及硼酸。於一具體實施例中，該緩衝液係硼酸。

在典型過程中，將被鍍敷之表面浸漬於含有 三價鉻電解液之水性電解液浴中，而電流係穿過該浴以電沉積鉻於該表面上。

對於所有溶液，該沉積物之物理形式可經由 添加調平劑(leveling agent)或增亮劑而被修改或調整，此調平劑可輔助均勻之沉積物的形成，而增亮劑可促進明亮塗層之沉積。基於特定情況下，可能需要其他化學添加劑以協助陽極之溶解，以及改變溶液或沉積物之其他特性。另外，溶液亦可包括錯合劑或導電性鹽類。

再者，鉻電解液浴亦可包含用於鉻沉積物之顏色控制的一或多種添加劑。此些一或多種添加劑包括 二氧化矽(silica)、硫以及磷酸，而二氧化矽與硫係作為顏色控制之基本要素。於一些浴化學中，磷酸亦可被用作提供額外的腐蝕性能以及亦非刻意地使該沉積物變得深色。發明人發現沉積物之顏色會因其他浴添加劑或操作條件而些微地被影響。銅與鎳之污染會影響顏色，但此傾向造成電流密度之特定化以及導致對效能之其他有害的效果，包括劣化沉積物之耐腐蝕性。因此，使用離子交換來管理汙染層級以及最小化任何對顏色及/或效能的衝擊亦被期待。

於另一具體實施例中，本發明整體上係關於一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：a)使用分光光度計測量三價鉻沉積物標準品之顏色以決定第一CIELAB L*值；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)使用分光光度計測量該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色，以決定該顏色增強之三價鉻沉積物之第二CIELAB L*值；e)將該第一CIELAB L*值與該第二CIELAB L*值比較；以及f)如果該顏色增強之鉻沉積物的第二CIELAB L* 值是落在第一CIELAB L*值之期望的光學變化之外的話，而如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。

CIE L*a*b*(CIELAB)係由國際照明委員會 所具體指定之顏色空間，並被創造而作為一種與裝置無關的模型(device independent model)以用於參考使用。該L*a*b*顏色空間包括所有可觀察到之顏色，而該L*a*b*顏色空間最重要的特性之一係與裝置無關，其意指該顏色係與其創造之本身性質無關。

CIELAB之三個座標代表顏色的亮度(L*=0 產生黑色以及L*=100係指漫射之白色(反射之白色可為更高))，其位置介於紅色/紫紅色與綠色之間(a*，當正值指紫紅色時，負值係指綠色)，以及其位置介於黃色與藍色之間(b*負值指藍色以及正值指黃色)。

L*、a*以及b*之非線性關係意圖模仿眼腈之 非線性反應。進一步地，於L*a*b*顏色空間中之成分一致的變化係針對相對應到所觀察到之顏色之一致的變化，所以於L*a*b*中介於任何兩種顏色之間的相對可感知之差異可藉由處理如三度空間中之一點的每一個顏色(以該三個成分L*a*b*)以及藉由測量介於該者之間的歐幾裡得距離(Euclidean distance)而近似。該a*以及b*軸之大致範圍係自-60至+60。

δ值亦與CIELAB色標(color scale)相關。 △L*、△a*以及△b*係指出標準品與樣本在L*、a*以及b*中彼此相差多少。該等δ值通常用於品質控制或配方調 整。耐受度(tolerance)亦可針對該等δ值設定。超出耐受度之δ值指出介於該標準品與該樣本之間的差異太大。該總顏色差異△E*亦可被計算。該△E*係單一數值，其考慮到該樣本與該標準品之L*、a*以及b*之間的差異。如果該△E*超出耐受度，並非指出何參數超出耐受度。

如此處所述，本發明之特定具體實施例係關 注於"深色顏色"之鉻沉積物。如此處使用之"深色"或"深色顏色的"意指黑色之材料以及具有在色調上接近黑色之顏色的材料，其包括，例如深灰色、深藍色、深綠色、深棕色等。在特定具體實施例中，該深色顏色的鉻沉積物能夠依據鉻電解液之特定組成物以及期望之沉積物的色調而製造具有介於60與80之間的CIELAB L*值之塗層。

依據本發明，使用者首先配置以氯化物或硫 酸鹽浴化學為主之三價鉻鍍敷電鍍液。使用者獲得一具有期望顏色之三價鉻沉積物的初始基準讀數，其係以分光光度計以測量一初始CIELAB L*值。接著，使用者添加一或多種顏色增強劑至三價鉻電解液以及接著在添加該顏色增強添加劑至三價鉻電解液中之後，從該電解液獲得一以鍍敷之三價鉻沉積物為主的第二讀數。基於特定浴化學，接著調整以符合該標準品CIELAB之操作範圍。該顏色讀數可因此維持於特定範圍中。例如，該顏色讀數可維持於+/-2△E*單位中，其係被認為一種一般而言幾乎不會被觀察到的合理之光學變化。

於一具體實施例中，該用於該鉻沉積物之顏 色控制的一或多種添加劑包含硫氰酸根離子及/奈米膠狀二氧化矽。其他含硫或二氧化矽之添加劑或添加劑之組合亦可用於本發明之實務上。

一般而言，該CIELAB L*讀數係被使用於每 一個依據前述之程序的特定三價鉻電解液之經處理的批次中，直到對於每一個設備之工作範圍以及限制已建立。接著調整係當該讀數顯示一來自該處理之標準品之接近+/-2△E*單位之變化(或其他特定之變化)時，添加顏色增強添加劑來調整。因此，可以發現對於特定三價鉻電解浴，該三價鉻沉積物之CIELAB L*值可被獲得，以及該值可以藉由添加特定經決定之顏色增強添加劑的量而調整，以維持該三價鉻沉積物之CIELAB L*值於一特定範圍內，以精確地控制與維持由該電解液鍍敷之三價鉻沉積物的一致性。

表1提供多種三價鉻電解製程之三價鉻沉積物之典型CIELAB L*值以及六價鉻沉積物之CIELAB L*值。

表1；多種三價鉻電解液之典型CIELAB及△E值*。

(TriMacIII^TM 、TriMac®、Twilite®、Moonlite®以及MACrome^TM CL3可購自MacDermid公司，瓦特伯利，康乃狄克州)。

實施例1：來自標準赫耳槽板之CIELAB L*顏色讀數係被測量，以及CIELAB L*顏色讀數係與兩種不同的顏色增強添加劑之改變的濃度相關(A部分以及B部分)。從此資訊可知，其係可能預測去調整與控制該沉積物之顏色所需的添加物之量。

依據Moonlite®製程與以氯化物為主之浴化學製備一組成物。在此處理期間，來自標準赫耳槽板之CIELAB L*值係被測量且係與第一顏色增強添加劑(含有硫氰酸根離子之溶液，A部分)以及第二顏色增強添加劑(含有膠狀二氧化矽，B部分)之改變的濃度相關。從此資訊可知，其係可能預測去調整與控制該沉積物之顏色所需的添加物之量。

A及B部分之L*值係於表2及3中提供。另外，第1圖係圖示A部分添加物如何影響沉積物顏色之圖式。第2圖係圖示B部分添加物如何影響沉積物顏色之圖式。

因此，可以發現其係可能確定添加多種顏色增強添加劑後的L*值以及使用這些數值去決定必須添加至該三價鉻電解液浴之顏色增強添加劑的量，以維持鍍敷浴與因而鍍敷之鉻沉積物之顏色的一致性。

進一步地，當本發明已於此描述調整三價鉻沉積物之顏色的內容，其亦預期其他鍍敷沉積物之顏色亦可使用此處描述之方法被調整以及控制。因此，可思量本發明可被用於控制多種電解以及無電鍍鍍敷溶液的顏色，其中使用多種顏色增強添加劑，並期望嚴格的鍍敷沉積物之顏色控制。

Claims (14)

1. 一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：a)使用分光光度計測量三價鉻沉積物標準品之顏色以決定一第一CIELAB L*值；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)使用該分光光度計測量該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色，以決定該顏色增強之三價鉻沉積物之第二CIELAB L*值；e)將該第一CIELAB L*值與該第二CIELAB L*值比較；以及f)如果該顏色增強之三價鉻沉積物的該第二CIELAB L*值是位在該標準品之該第一CIELAB L*值的期望的光學變化之外，且如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該三價鉻電解液係以氯化物或硫酸鹽浴化學為主。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該顏色增強添加劑係選自由二氧化矽、含硫化合物、磷酸以及一或多種前述之組合所組成的群組。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該顏色增強添加劑包含硫氰酸根離子以及膠狀二氧化矽之至少其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該CIELAB L*之操作範圍之光學變化係維持於+/-2△E*單位之內。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中當顏色增強三價鉻沉積物具有大於標準品+/-2△E*單位之光學變化時，使用該顏色增強添加劑來調整該三價鉻電解液。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸的步驟包含浸漬該基板於該顏色增強鉻電解液溶液中，以及使電流穿過該顏色增強鉻電解液溶液以電沉積鉻於該基板上。
8. 一種控制三價鉻沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：a)測量三價鉻沉積物標準品之顏色；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至三價鉻電解液中；c)將一基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸，以沉積顏色增強之三價鉻沉積物於該基板上；d)測量該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色；e)將該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色與該三價鉻沉積物標準品的顏色作比較；以及 f)如果該顏色增強之三價鉻沉積物的顏色是位在該三價鉻沉積物標準品的顏色之期望的光學變化之外，且如果需要的話，調整於該三價鉻電解液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該三價鉻電解液係以氯化物或硫酸鹽浴化學為主。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該顏色增強添加劑係選自由二氧化矽、含硫化合物、磷酸以及一或多種前述之組合所組成的群組。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該顏色增強添加劑包含硫氰酸根離子以及膠狀二氧化矽之至少其中之一。
12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中將該基板與該含有一或多種顏色增強添加劑之三價鉻電解液接觸的步驟包含浸漬該基板於該顏色增強鉻電解液溶液中，以及使電流穿過該顏色增強鉻電解液溶液以電沉積鉻於該基板上。
13. 一種控制經鍍敷的金屬沉積物之顏色的方法，該方法包含下列步驟：a)測量經鍍敷的金屬沉積物標準品之顏色；b)添加一或多種之顏色增強添加劑至鍍敷溶液中；c)從該鍍敷溶液鍍敷顏色增強金屬沉積物至基板上；d)測量該顏色增強金屬沉積物之顏色； e)將該標準品之顏色與該顏色增強金屬沉積物之顏色作比較；以及f)如果該標準品之顏色與該顏色增強金屬沉積物之顏色作比較，其間的差異超過已建立之最大偏差，且如果需要的話，調整於該鍍敷溶液中之該一或多種顏色增強添加劑之量。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中使用分光光度計確定顏色，並且以CIELAB L*單位作報告。