DE1496966A1 - Plattierungsverfahren - Google Patents

Description

• Plattierungsverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum Niederschlagen bzw. Aufbringen einer glänzenden bzw. hellen #lattierung aus Nickel oder einer Nickelphosphorlegierung auf einen Metallgegenstand oder einen mit einem Metallüberzug versehenen Gegenstand, wobei die Plattierung ohne Verjendung von Erhellungsmitteln bzw.
• ;YivallierunQsmittelnwie Pyrophosphat, Phosphonsäure oder ##hosphinsäure, erhalt en wird. Die Technik der Elektroplatti--rung von Metallgegenständen durch Eintauchen des Werkstücks-in eine Lösung eines Salzes das Plattier ungsmetalls und durch Hindurchschicken eines elektrischen Stromes durch die Lösung von einer vorzugsweise aus dem Plattie.rungsmetall bestehenden Anode ist bekannt. Die Technik des "elektrizitätslosen" (electraless)Plattierens durch Eintauchen

  eines Metallgegenstandes in ein Bad, welches ein.Salz des ni

  derzuschl,agenden Metalls und ein-alkalienes Hypo.phosphit enthält, wobei Kein elektrischer Strom von einer äuberen Quelle aufgedrücKt wird, ist ebenfalls bekannt. beiSplelS-weise.wird reines Nickel auf einem fiietallwerkstÜCk Niedere geschlagen, das in ein Bad-eingetaucnt ist, welches in Lösung ein NiCKelS8IZ und- eine verh-.3-Ltnismäßi--, ger-*n#,e Konzentration von Hypophosphit (Natrium, Ammonium oder Kalium) enthält.
• Gemäß der Erfindung wird ein schwacher elektrischer Strom, dar ein Gleichstrom oder ein --echselstrom sein Kann, verwendet, um-öas Niederschlagen von Nickel oder einer Nickelphosphorlegierung auf e-*nem Metallwerkstück zu beschlaunigen, welches in ein Bad eingetaucht ist , das ein Nickelsalz und ein Hypophosphit, vorzugsweise Natriumhypophosphit, enthält. Da ein elektrischer -,".,rom verwendet wird, kann dieses Verfahreng trotzdem der verwenuete elektrische Strom zum Plattieren in der üblichen i-eise zu schwach ist, als "elektriscri-nicht-elp-ktrisches" Ver-ahren bezeicnnet werden. Durch das elektri--ch-nichtelektriscne Verfahren er-' zeugte Niederschläge haDen kristallinen Charakter, tLohingegen angenommen wirdt daß die durch das nichtelektri-che Verfahren ereaugten Niederschläge amorph sind. Der elektrisch-nichtelektrische Überzug ist weniger porös und gegen Anlaufen beständiger als der nicht elektrisch aufgebrachte

  Uberzug. Ein wichtiges Merkmal des bei dem elektrisch-n'Lcf#t-

  EIF-ktr-4-chrn Verfah-ren verwendeten schwachen Strom besteht

  darin, daß er die Arbeitslebensdauer der-Lösung vergrößert und eine verzögernde bzw. nicht treibende Wirkung haty indem er verhindert, dab das Natriumhypophosphit eine spontane Zer##-:etzung des dades hervorruft.
• ,enn die n-3chstehend ge(lebenen dichtlinien befolgt werden, ergibt sich eine glänzende bzw. helle Plattierung, deren L)icke in teilweise eingeschlossenen b#w. umschlossenen FJ'ichen, ueispielsweise tiefen Spalten oder im Inneren von Hohren im wesentlichen gleichrnä-ßiq ist.
• üa das Niederschla#)en von Nickel oder einer Nickelphosphoriegierung auf dem Warkstück zum Erschöpfen des Nickelsalzes und des Hypophosphit in dem Bad führt, ißt die Wiederherstellung der Lösung erforderlich$ entweder durch periodische £'-uqaben einer Nickelverbindung und --Ines Hyfiofjhosphits oder durch Wiederumlaufenlassen das Elektrolyten durch ein-en Hilfstank mittels einer Vor.richtung, wie sie in der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist.
• Zwecke Und Vorteile-der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in welche die -Erfindung an Hand der 7eichnung beispiel.sweise erläutert ist. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Verwendung mit einem aufgedrückten Gleichstrom Fig, 2 ist eine ähnliche Ansicht einer Vorrichtung zum Verwendung mit einem Wechselstrom.
• Jie in Fig. 1 wiedergegebene Vor richtung weist einen Haupterbeitstank 10 auf, der eine Menge 12 einen Elektrolyten enthält#-in die ein oder mehrere Katuden-werkstückä,-14_ und eine oder'mehrere Nickelenoden 16 eingstaucht *ind. Eine zweckentsprechende Gleichstromqualle 9 beispieleweise eine Batterie 20, ist an-die Anoden und die Kathoden in dem Tank 10 angeschlos-sen, und zwar vorzugsweise über eine automatische SchalteinrIchtung 22, um den Strom periodisch an und abzuschalten. Beispielsweise kann der Schalter 22 so eingestellt sein$ daß der Strom während-30 Sekunden engeschaltet und dann während 30 Sekunden abgeschaltet istg oder e rh ann so eing.ast ellt sein, daß Anschaltperied-en und Abschaltperiaden verschiedener Dauer erhalten-werden. Die benetzten Flächen der'Warkstücke 14 sollen viel größer als die der Anoden 16 sein und beispielsweise ein Grüßenverhält,-nie von 10 zu 1 haben, so- daß eine, verhältnismäßig hohe Strumdichte an den Anoden 16 vorhanden ist.
• Ein Hilfstank 30 ist vorgesehen# um den Elektrolyten in dem Tank 10 auf seiner Stärke bzw. Konzentration zu halten. Elektrolytflüssigkeit aus dem Haupttenk 10 fließt durch Schwerkraft In eine Menge 32 in den! Tank 30 durch ein Rohr 34 hindurch. Nickelanaden 36 sind in der Menge 32

  gelöst, um den Nickelg`ehalt in ihr zu erhöhlen.9 wobei das

  Auflösen das Nickels durch Gleichstrom von einer zweckentsprechenden Quelleg beispielsweise einer Batterie 38 unterstützt wird, dexen Anschlüsse mit den Nickelanoden 36 und einer Kupferkathode-40 verbunden-sindg die in eine -10%ige Lösung aus Ichwefelsä'urs oder Salzsäure in-einem porösen-Gefäß 42 eingetaucht ist bzw. sind. Der-angereicherte Elektrolyt in der Menge 32 wird zu dem Haupttank 10 über .ein Filter 44 und Verbindungsrahre mittels einer Pumpe 46 zurückgepumpt, die durch irgendeine nicht dargestellte zweckentsprechende Einrichtung angetrieben ist. Die Nickel:-anoden 36 in dem Hilfstank 30-füllen den Nickelgehalt des Plattierungsbades konstant wieder auf.-Um den Hypopho#aphitgehalt wieder aufzufüllen, wenn er verbraucht Ist, kann der Mengen 32 in gewissen Zeitabständen eine frische Hypophoephitlös-ung zugegeben werden, Wenn Wechselstrom verwendet wird, wie esInaIchstehend besc.hrieben ist, werden Werkstücke 14 als- beide Elektroden verwendet, wobei die Werkst.ücke so a:u,sgewählt:ei.nd_,-däß die benetzten Bereiche der beiden Elektroden im,wesentlichen einander gleich sind, Dies führt zu-im wesentlichen gleich. förmigen Metallniederschlägen-auf den Elektroden*'.-Ein Rheastat 50 und ein'Transformator-52 können#zur:Steueru:.ng deg-dem-Plattierungsbad zugeführten Stromes verwendet warden. Beim Durchführen der Erfindung.sind die nachfolgend .angegebenen Bestandteile für--das Bäd#w-esentlicht Wanigetensein-Nickelnelz--(beispielsweis,9 dqs Sulf at-. un- d/oder das Chlorid) Ein Hypopho*phit(vorzugsweise Natrium) Ein-Zittetaalz (beispielswelso Na,triumzitr.a:t.)v UM das Nickelselz in. Lösung zu halten, Beispielsweise kann die nachfolgende.11nichtelektrIschel' Formel verwendet, werdens Nickelsulfat (und/.oder Chlorid) -:30 gr..ja Liter Natriumzitrat 30 gr: je Liter Natriumhyp-aphosphit 15 gr. je Liter Das Metallsalze das Zitrat und das Hypophosphit sind demgemäß in den Gewichtsverhältnissen 2 1 2 t 1 vorhanden. Wenn ein Niederspannungsstrom durch-dop Elektrolyten (097'bis 3 Amp. ja 929 cm 2 Ka-thodenfl.äc.he) hindurchge, schickt wird, ist dei,Arbeitsvorgang für Temperatuxen des, Elektrolyten bis herunter zu, 490C.. wirksam» Eine Nickelanode sollte verwendet werden mit einem Oberflächen..bereich von nicht mehr als einem Zehntel des überflüchenbereich-s der Kathod e, wobei die verhältnismäßig große Anodenstromdichte dazu dientg zu verhinderng daß Nickel aus der Lösung auf der Anode niedergeschlagen wird.
• Ströme, die schwächer als 097 Amp. je 929 cm 2- Kathedenfläche sind, haben eine gewisse Wirkung auf das Ausmaß bzw. die Geschwindigkeit und die Qualität des-niedergeschlagenen Metalls', jedoch ist der Vorteil" der sich-aus#,-der Verwendung einer Strumdichte von weniger-als,-.ü9,7 Amp4-. ergibt.-.vernachläseigbar* Der wirksame Bereich von Stromdichten für die Verwirklichung,dex Erfindung -geht#etwia von 2 0,7-bi.a-3-Amp. ja 929 cm Kathodenfläche, wo4u1..a4n-S von etwa-:2 Amp,.- ein Opt-,Imum- ist** Einer der Faktoren, welche die Strom-dichtein irgend. einem Falle bestimmen# Ist die an den Elektroden aufgedrückte Spannung. Es ist gefunden worden, daß eine aufgedrückte Spannung von etwa l»5 Volt erforderlich.ist, um den elektrische Potential zu überwinden# welchen in den "nicht» elektrischeit(alectrolose) 11Plattierungszellen vorhanden Ist* Die Erfindung wird nachstehend an Hand einen Versuchsbeispieles näher erläuterte Um die Wirksamkeit eines Niederäpannungestramen bei einem autokatolytischen Bad bei einer Temperatur von 49 0 C zu demonstrierung wurden zwei Lösungen in Übereinstimmung mit der oben gegebenen Formel hergestellt mit der Aus. -nehme# daß in einer kein Hypophoophit enthalten war. Ein Gleichstrom von 0,7 Amp. je 929: cm 2 Kathodenfläche wurde angewendet.#Die Ergebnisse waren wie folgtg

  Lösung - Strom Ergebnis

  Ohne Hypophosphit- 097 Amp. kein Niederschlag

  mit Hypophosphit 0 kein Niederschlag

  mit Hypophosphit 027 Amp. glänzender bzw. heller kon-

  tinuierlicher Uberzug

  Ähnliche Ergebnisse wurden unter-Anwendung von Wechselstrom einer Stärke von 097 Amp, erhalteng wobei-in. diesem Fall die Anode und die Kathode Werkstücke waren. Aus dies - en Versuchebeispielen ergibt sichg daß das Verfahren kein Elektroplattierungsverfahren -ist (in dem Sinny-wie diese Bezeichnung im H'andel-verwendet wird), sondern ein Verfahren ist, bei welchem die erwünschten Ergebnisse en der Schwelle der Bedingungen erhalten werden, die zum Elektroplattieren erforderlich ist. Der angelegte schwache Strom (gleichstram oder Wechselstrom) unterstützt offensichtlich dasgelvanische Potential des Hypophoaphit und aktiviert diesesq um die Funktion auszuübeng die es ohne solche Unterstützungsenergie ni cht ausüben könnte.
• Die-Lileichförmigkeit der Dicke der Plattierungg die auf einem Werkstück niedergeschlagen istg-das tiefe Ausnahmur gen aufweistg wird durch-_periodisches Unterbrechen des angelegten Stromes verbessert. Beispielsweise kann der Strom in Zeiträumen von-einigen wenigeh Sekunden en- und abgeschaltet werden, und die Anschaltperioden brauchen nicht die gleiche-Länge wie di 9 Abschaltperioden zu haben. Beispielsweise wurde-ein Messingroh.r unter Verwendung eines intermittierenden Stromes von 3,0 Amp. je 929 cm 2 Kathodenfläche bei einer Temperatur von e-twa 82- C, wobei das Rohreine Länge von 1,8 m und einen Durchmesser von 6,3-mm hatteg mit einem reinen, glänzenden bzw. hellen Nickelüberzug auf der Innenseite undt-,er Außenseite ohne Verwendung einer inneren Elektrode versehen. Das--..Rohr wurde zÜnächst auf die übliche Weise mit einem alkalinen-Reinigpr gereinigt§ wonach eine Frischwasserspülungl ein kurzes.Eintauchen in Säure (1 Teil Salpetersäure» 2 Teile Schwefelsäure) und eine zweite Spülung folgten, Das. Rohr wurde dann an Kupferdrähten In ein "nichtelektrischeall Bad eingetaucht und es wurde während einiger Minuten ein-Gleichstrom von 3 Amp. ,angelegt, wonach Strom intermittierend (2 Sekw angeschal. tetl 2 Sek. -abgeschaltet) während einer Stunde angelegt wurde. Ein heller kontinuierl-icher Überzug aus Nickel oder Nickelphoaphor wurde auf der gesamten Innenrläche und der gesamten Außenfläche das Rohres niedergeschlagen. Wann ein dickerer Innenüberzug erwünscht ist" sollte-ein Fluß des Elektrolyten durch das Rohr hindurch unterstützt bzw. vorstärkt werden, um verbrauchten Elektrolyten harlauszuspülen und dadurch'die Gleichmäßigkeit den Niederschlage zu gewährleisten.
• Die Wirksamkeit des Unterbrachens des Stroms kann mit der Theorie erklärt werd eng daß die Kat,hade,.die.Ana-de undder Elektrolyt eine-Zelle bilden# die durch den aufgedrückten Strom mit besonderer elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Diese besondere angehäufte Energieladung wird schnell entladen, wenn der Strom von der Außenseite-abgeschaltet wird.
• Die oben erwähnten besonderen Substanzen werden üb- licherweise bevorzugt-9 und zwar, weil sie im Handel vorfügbar.sindv jedoch können andere Substanzen mit oder anstelle der genannten Substanzen verwendet werden. Demgemäß sind Nickelammaniuaaulfet» Nickelzitrat oder Nickelazutst bei der Verwirklichung der Erfindung wirksam. Ähnliche Salze von Kobalt (einschließlich des hlorids und das Sulfate) können vollständig oder teilweise anstelle der obengenannten Nickelaalze verwendet werden* Wenn ein Kobaltsalz mit einem Nickelsalz gemischt wird, ist das niedergeschlagene Metall eine Nickelphoapharlegierung.
• Natriumhypophoaphit ist das im Handel am meisten verfügbare Hypophoaphit, jedoch kann das elektrischnichtelektrische Verfahren durchgeführt-wordeng wenn dieses Salz teilweise oder vollständig durch Ammoniumhypo-_ phoaphitv-Kaliu.mhyp-aphosphit, Kalziumhypophosphit»-Berilum-_ hypophosphit oder phospharige Säure eraftzt wird, jedoch muß Vorsorge getroffen worden, daß das Verhältnis der Nickelionen zu den Hypophosphitionen im wesentlichen gleichbleibend gehalten wird.
• Die Konzentration das Elektrolytbades gemäß vorstehender Beschreibung und gemäß dem vorstehend gegebenen Bei. spiel ist nicht kritisch, jedoch Ist das Bad wirksam, wenn 9-9 (beispielsweise durch Vordampfung das Lösunge. mittels auf das Mehrfache der genannten Stärke konzentriert oder auf die Hälfte seiner ursprünglichen Stärke verdünnt wird.
• Durch das 11elektrisch-nichtelektrischem Verfahren gemäß vorstehender Beschreibung wird ein glänzender bzw'. heller Nickelüberzug erzeugt ohne die Hilfe von chemischen "Erhallungsmittelnn und ohne Instabilität das Bedesq die bei den *nichtelektrischen" Verfahren üblich ist. Das beschriebene Verfahren ist weiterhin gegenüber speziellen Bedingungen nicht empfindlich sondern kann bei Temperaturen von 49 0 C bis zu dem Kochpunkt und mit einem ph-Wert von 290 bis 9,0 verwendet werden, wobei der bevorzugte Wert etwa 4,5 beträgt. Das Verfahren ist billig und bequem zu steuern und die ni.ede.r-geschlagenen Überzüge heften sehr gut und sind brilliantg kontinuierlich und gleichmäßig verteilt auf Grundteilen irgendeines Metalls einschließlich Teilen aus Aluminium oder Legierungen-Von Aluminium» jedoch ausschließlich Zinkt oder Kadmium- oder Magnasiumlegierungen.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1, Verfahren zum Niederschlagen eines Überzugs auf einer Metallflächeg'dadurch gekennzeichnetp daß die zu überziehende Fläche als Kathode in einen Elektrolyten singetaucht wird, der eine wässerige Lösung wenigstens eines Nickelselzes wie NIckelsulfat, Nickelchlorid# Nickelammoniumsulfatg Nickelzitrat und Nickelazetat, ferner Natriumzitrat und wenigstens ein Hypophosphit wie NatriumhypophDsphit, AinmoniumhypQphosphit, Kaliumhypophosphit, Kalziumhypophosphit oder Bariumhypophosphit anthältp wobei Nickelsalzp Natriumzitrat und Hypophosp,hit angenähert in Gewichtsverhält'nissen von 2:2:1 verwendet werden, und daß eine Anode in den Elektr,alyten eingetaucht wird und ein Gleichstrom von 0,7 bis 3,0 Amp. je 929 cm 2 benetzter Kathodenfläche durchdein Elektrolyten und die Elektroden hindurchgeschickt wird.
2. 2, Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet,_ daß als Hypophosphit Natriumhypophosphit verwendet wird. - 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geke'n-nzeichnet,: daß als Nickelsalze Nickelsulfat und Nickelchlorid verwendet werden und als Elektrolyt eine Lösung dieser Salze in dem Verhältnis von 30 gr. Nickelsulfat und Nickelchlaridy 30 gr. Natriumzitrat und 15 gr. Natriumhypophosphit je Liter Wasser verwendet wird. 4, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geke nnzeichnetg daß eine benetzte Fläche der Anode verwen» det wird, die etwa ein Zehntel derjenigen der Kathode beträgt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 49 da. durch gekennzeichnet, daß der Strom in häufigen Zeitintervallen unterbrochen wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 59 dadurch gekannzeichnett daß als Strom Gleichstrom angewendet wird. 7* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39 dadurch gekennzeichnet, daß als Strom Wechselstrom angewendet wird und daß Anode und Kathode mit etwa gleichen benetzten Flächen verwendet werden.