[发明专利]披覆碳化铬基金属陶瓷电镀层的疏水性导电工具及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及疏水性导电工具修饰与应用领域，特别涉及一种披覆碳化铬基金属陶瓷电镀层的疏水性导电工具及其制作方法，利用三价铬电镀方法将碳化铬基金属陶瓷披覆在工具的表面，以供疏水性导电工具使用，如医疗用电烧手术刀、电池的极板或接头接脚等。

背景技术

碳化铬基金属陶瓷化合物(chromium carbide ceramic or chromium-carbon)具有优良的机械强度与化学稳定性，其有高硬度、高熔点、强耐腐蚀性的特性，如日本专利JP2010248595揭露在底材上披覆一层45-55wt.%碳化铬与30-40wt.%钴(Co)可在1000℃的使用条件下仍能有良好的耐磨性(wear resistance)；日本专利JP2003155538揭露碳化硅可用于极硬的模具或如日本专利JP60264332、JP2005231932揭露碳化硅可用于光学玻璃的模仁(mold core)等；因此碳化铬基金属陶瓷化合物主要用来当作复合材料的强化媒介与腐蚀环境中的保护层。

通常现有技术可应用于制备碳化铬层的方法包含有湿式法与干式法，干式法如电浆辅助化学沉积法、气相沉积法、高能量微弧技术、高温碳化、低温碳化、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、粉浴等方法；台湾专利TW I350220、PCT申请号JP00/01342(中国申请号CN00800144.8)或中国专利申请号CN200610068500.4揭露在切削刀具或模具胶结或烧结成碳化铬粒子，可显著延长了刀具或模具的使用寿命；台湾专利TW I297365揭露利用碳化铬粉末材料对工具以溅镀方式产生含碳化铬基合金材料；台湾专利公开号TW200523219公开技术在玻璃模造的模仁上披覆有碳化铬陶瓷层的多层膜的模仁；台湾专利公开号TW200719986采用射频溅镀方法沉积碳化铬等类钻碳膜，以制作高硬度与高耐磨性、良好的抗腐蚀性、低摩擦系数及长使用寿命的模具；美国专利US5960762使用气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)以形成碳化铬(Cr-C)表层；这些以干式法制备的碳化铬层，碳化铬分布均匀、耐蚀性与耐磨性优异，然而这些方法皆难避免制备过程技术复杂、设备昂贵或高温高耗能等缺点，且因Cr-C表层的导电性不佳，不能用于疏水性导电工具。

有别于干式法，湿式法主要是以电镀的方法，在工件表面电镀一层Cr-C层，如日本专利JP59178155在铸造模具上以六价铬电镀方法披覆碳化铬层以增强模具的耐磨性能。但传统的电镀铬主要使用六价铬(Cr⁶⁺)的铬酸，铬酸毒性很大(大约是三价铬的100倍以上)，是一种很严重的致癌物，以六价铬镀铬后所产生的废水、生成物在自然界中不能自然降解与排除，在空气中或饮用水中含六价铬浓度超过限值时，会造成鼻中隔膜穿孔、呕吐、侵害肠道和肾脏，且在生物体内会聚积，具有很长的危害潜伏期。世界各国政府均对六价铬电镀制定了相关的法律法规，逐步限制六价铬的使用并降低其排放量。而三价铬(Cr³⁺)电镀毒性低，在装饰性和功能性上皆可与六价铬电镀层媲美。因此，以三价铬电镀作为替代传统六价铬电镀，无论是工业应用或环境保护方面，皆具有优势。

由于三价铬电镀的毒性远低于六价铬电镀，为目前工业界积极开发的方向，如，王玉琴(Yu-Qin Wang)与曹淑红(Shu-Hong Cao)于电镀与环保期刊2005年25卷3期，提出甲酸-甲醇-尿素体系三价铬镀铬工艺的研究(A Study of Formic Acid-Methanol-Urea Trivalent Chromium Plating System)以甲酸-甲醇-尿素为添加剂的三价铬溶液电镀铬的方法，可改善三价铬电镀铬电镀层的烧灼现象，可逐渐取代六价铬的电镀；又如台湾专利公开号TW200911699使用碱性的三价铬电镀形成氢氧化铬电镀层。