NL9002225A - Werkwijze voor de bereiding van aluminium geheugenschijven met een glad metalen afdeklaag. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor de bereiding van aluminium geheugenschijven met een glad metalen afdeklaag.

Deze uitvinding heeft betrekking op het bekleden met metalen platen van verzinkt aluminium en, meer in het bijzonder, het verschaffen van een verbeterd kleefmiddel en het glad bekleden met metalen platen door gebruik te maken van een verbeterd dubbel verzinkingsproces en bij voorkeur, in combinatie met een unieke stroomloze metaalplaterings-werkwijze, waarbij gebruik wordt gemaakt van een speciaal geformuleerde stroomloze metaalplateringsbad.

Het met metaal plateren van aluminium is van een aanzienlijk, commerciële interesse en één toepassing is gelegen in de vervaardiging van geheugenschijven welke gebruikt worden in een verscheidenheid van elektronische toepassingen zoals computer en data verwerkingsystemen. Aluminium is het bevoorkeurde substraat voor de schijf, hoewel andere geschikte metalen gebruikt kunnen worden. Over het algemeen wordt een relatief dunne laag van niet magnetisch stroomloos nikkel aangebracht op het aluminium gevolgd door een dunne laag van een magnetisch materiaal zoals cobalt. Een signaal wordt opgeslagen op de schijf door de cobaltlaag te magnetiseren om het signaal op het gekozen tijdstip weer te geven.

Kenmerkende aluminiumlegeringen welke gebruikt worden voor geheugenschijven hebben de classificatienummers 5086 en 5586. Deze schijven bevatten magnesium in een hoeveelheid van ongeveer 4 gew.%. Over het algemeen zijn de aluminiumschijven ongeveer 1,25 tot 5 mm dik en bevatten zij ongeveer 4 tot 4,90 gew.% magnesium, 0,01 tot 0,40 gew.% koper, 0,01 tot 0,40% zink, chroom, nikkel, ijzer, silicium en voor de rest aluminium en onvermijdbare onzuiverheden.

De voltooide met metaal geplateerde schijf moet extreem glad en uniform zijn om "crashing" tegen de magnetiserende kop van de inrichting te voorkomen welke extreem dicht (over het algemeen 5-8 microinches) over het schijfoppervlak zweeft. Omdat het uitgangsaluminiumsubstraat zelf extreem glad en plat moet zijn als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.825.680, moet de metalen platering van een schijf op gelijke wijze glad en uniform zijn zodat de schijf als eindprodukt voldoet aan de exacte specificaties welke vereist zijn voor dit type produkten.

Helaas geeft metaalplateren van een substraat, en zelfs stroomloos metaalplateren echter niet noodzakelijk een gladde bekleding. Plateringscaviteiten, insluitingen, koppelingen en 'dergelijke zijn slechts enkele van de plateringsproblemen welke een ruw schijfoppervlak kunnen veroorzaken, hetgeen niet aanvaardbaar is.

Aluminium en zijn legeringen vertonen eveneens extra plateringsproblemen vanwege de snelheid waarmee deze een oxydebekleding vormen wanneer ze bloot worden gesteld aan lucht. Ten gevolge hiervan moeten speciale behandelingen gebruikt worden wanneer platering op aluminium moet plaatsvinden. Deze behandelingen omvatten mechanische behandelingen; chemische etsmiddelen, in het bijzonder zure etsmiddelen die ijzer, nikkel en mangaanzouten bevatten; basische verdringingsoplossingen, in het bijzonder deze welke zink, brons, en koper neerslaan; anodiseren, in het bijzonder in fosfor, zwavel en chroomzuren; en het electroplateren met zink bij lage stroomdichtheden gedurende een paar seconden.

Van deze behandelingen zijn de basische verdringings-oplossingen commercieel het meest succesvol.

Hoewel veel metalen neergeslagen kunnen worden op aluminium door verdringing, is zink de meest gebruikelijke. In dit geval is dit proces bekend als het verzinkingsproces. In de loop der jaren is een aantal verbeteringen gemaakt ten aanzien van de conventionele zinkaatformulering en het zinkaatproces, waarbij de meeste tot doel hadden de mate van filmvorming, en de graad van adhaesie en uniformiteit van de zinkbekleding die vervaardigd werd te versnellen. Een gedetailleerde opsomming van het zinkaatproces kan gevonden worden in Loch, Amerikaanse octrooischrift nr. 4.346.128 en Saubestre, Amerikaans octrooischrift nr. 3.216.835, welke octrooischriften hierbij ingevoegd worden als referentie. In het conventionele zinkaatproces, wordt het aluminium geprepareerd door basisch schoonmaken om organisch en anorganische oppervlaktevervuilingen zoals olie en vet te verwijderen, gevolgd door een spoeling met koud water. Het schoongemaakte aluminium wordt vervolgens voldoende geëtst om vaste onzuiverheden en legeringsbestanddelen welke mogelijk caviteiten creëren die resulteren in brugvorming van opeenvolgende afzettingen, te elimineren. Na een spoeling met water wordt het aluminium schoongebrand om metallische residuen en aluminiumoxyden welke nog steeds op het oppervlak achter zijn gebleven te verwijderen. Grondig spoelen wordt vereist en vervolgens wordt de zinkaatbekleding aangebracht waarbij gebruik wordt gemaakt van een immersiezinkbad om her-oxidatie van het schoongemaakte oppervlak te voorkomen.

De zinkbekleding wordt verkregen door immersie van het aluminiumdeel in een basische oplossing die zinkaationen bevat. De hoeveelheid neergeslagen zink is in werkelijkheid zeer klein en hangt af van de tijd en het soort immersiebad dat gebruikt wordt, de aluminiumlegering, temperatuur van de oplossing en het voorbehandelingsproces. Het zinkbekledingsbad funktioneert eveneens als een etsoplossing en alle oxyden die tijdens de overdrachtbewerkingen opnieuw gevormd zijn worden opgelost door het basische zinkaat, waarbij zink op het aluminium wordt afgezet.

De procedure die nu algemeen gevolgd wordt door de industrie is het dubbelverzinken waarbij de eerste zinkfilm verwijderd wordt met salpeterzuur gevolgd door het aanbrengen van een tweede immersiezinkneerslag. Dubbelverzinken is een voorkeurswerkwijze voor het plateren van aluminium en is in het bijzonder bruikbaar op bepaalde moeilijk te bekleden aluminiumlegeringen om een betere hechting van de uiteindelijke metaallaagafzetting, te verzekeren.

Ondanks de aanvaarding en effectiviteit van het dubbele verzinkingsproces bestaat er nog steeds een behoefte aan een verbeterd proces dat zowel verbeterde hechting als gladheid van de metalen platering verschaft op het verzinkte aluminiumsubstraat. Zonder tot een theorie beperkt te worden moet men aannemen dat de eigenschappen van de metalen bekleding direkt gerelateerd zijn aan de dikte, uniformiteit en continuïteit van de zinkaatbekleding waarbij dunnere bekledingen over het algemeen een gladder en meer hechtend metaalplatering geven.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een werkwijze te verschaffen voor het bereiden van aluminium substraatvoorwerpen met extreem glad metaal geplateerde bekledingen.

Het is een verder doel van de onderhavige uitvinding een verbeterd dubbelverzinkingsproces te verschaffen voor het met metaal plateren van aluminium, welke verbeterde werkwijze voorziet in een dunnere meer uniforme en continue zinkaatbekleding en een verbeterde hechting van metaalplaterings-neerslagen en metaalplateringsgladheid produceert.

Een ander doel van de uitvinding is te voorzien in een verbeterde stroomloze metaalplateringssamenstelling en plateringswerkwijze voor het bekleden van verzinkt aluminium-substraten met extreem gladde bekledingen.

Andere doelen en voordelen zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving.

Er is nu gevonden dat aluminiumsubstraten met een extreem gladde metaalplatering, bijvoorbeeld, geheugenschijven gemaakt kunnen worden door bij voorkeur gebruik te maken van een speciaal dubbel verzinkingsproces in samenhang met een stroomloos metaalplateringsbad dat een effectieve hoeveelheid cadmium bevat. Het dubbele verzinkingsproces voor de bereiding van aluminium en aluminiumlegeringen voor metaalplatering is verbeterd door een speciaal geformuleerd HNO3 bad te gebruiken om de eerste zinkaatfilm van het aluminium te strippen.

Wanneer conventionele procedures gevolgd worden wordt het gestripte aluminium vervolgens met water gespoeld en bekleed met een tweede zinkaatfilm. Het metaal wordt geplateerd op deze tweede zinkaatfilm. Breed gezegd omvat het HNO3 bad dat gebruikt wordt om de zinkaatbekleding te strippen, ionen uit groep VIII en, bij voorkeur ijzer III ionen, in een effectieve hoeveelheid, bijvoorbeeld, van ongeveer 0,1 tot 2 g/1 en HN03 in een hoeveelheid van ongeveer 250 of 350 tot 600 g/1. of hoger.

Volgend op de zinkaatprocedure wordt het stroomloze metaal, bijvoorbeeld nikkel, plateren van het aluminium verbeterd door een stroomloos metaalplateringsbad te gebruiken, dat een effectieve hoeveelheid cadmium bevat om extreem gladde metalen bekledingen te verschaffen. Breed gesteld, bevat het stroomloos metaalbad (1) een bron van metaalionen, (2) een reducerend middel zoals hypofosfiet of een amineboraan, (3) een zuur of hydroxyde pH-bijsteller om te voorzien in de vereiste pH, (4) een complexerend middel voor metaalionen voldoende om hun neerslag in de oplossing te voorkomen en (5) een effectieve hoeveelheid cadmiumionen om de extreem gladde bekleding volgens de uitvinding te verschaffen. Over het algemeen zal het cadmiumniveau ongeveer 0,1 tot 1 mg/1 zijn, met een voorkeursniveau van ongeveer 0,4 tot 0,7 mg/1.

Er is gevonden dat de consumptie van het cadmium snel optreedt in de eerste stappen van de platering, te weten 10 min. en daarna is de consumptie zeer langzaam en is de aanwezigheid van het cadmium niet belangrijk tijdens het verder plateren. Een voorkeursvorm van de bewerking bestaat uit het starten van de platering van het verzinkte aluminiumsubstraat in een stroomloos bad dat een effectieve hoeveelheid cadmium van ongeveer 0,1 tot 1 mg p/1 bevat, en niet het cadmium aan te vullen totdat nieuwe verzinkte substraten geplateerd moeten worden in het bad. Het stroomloos metaalplateringsbad bevat metaalionen, reducerende middelen, chelatoren, etc. en deze componenten worden conventioneel aangevuld door de concentratie van het component te meten en meer van het component toe te voegen wanneer dat nodig is om het niveau tussen de gewenste bewerkingsgrenzen te handhaven. Nieuwe plateringsmethoden gebruiken automatische regelaars welke continu meten en de badcomponenten aanvullen. Andere werkwijzen zoals meten met de hand en bijvullen op bepaalde intervallen, bijvoorbeeld ieder uur etc. kunnen eveneens gebruikt worden.

In een zeer bevoorkeurde uitvoeringsvorm worden meerdere plateringsbaden gebruikt waarbij een dunne bekleding van nikkel verschaft wordt op het verzinkte oppervlak van een stroomloos bad dat cadmiumionen bevat gevolgd door plateren van een dikkere, eindbekleding uit een tweede conventioneel stroomloos plateringsbad. Deze bevoorkeurde werkwijze is gelijk aan de werkwijze beschreven in het Amerikaanse octrooi-schrift nr. 4.567.066 toegekend aan P.B. Schultz en E.F. Yarkosky, welk octrooischrift hierbij ingevoegd wordt door referentie.

De figuren IA en 2A zijn microfoto's van 500X van stroomloos nikkel geplateerd aluminiumsubstraten welke geprepareerd werden voor het plateren door een conventioneel dubbelzinkaatproces.

Fig. 1B en 2B zijn microfoto's van 500X van stroomloos nikkel geplateerde aluminiumsubstraten welke geprepareerd werden voor plateren door het dubbelzinkaatproces volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 3 is een grafiek welke toont dat de salpeterzuur-stripoplossing van de uitvinding (die ijzer III ionen bevat) meer zink van een verzinkt aluminiumsubstraat verwijdert dan een conventioneel zinkaat salpeterzuuroplossing.

Fig. 4 is een grafiek die toont dat aluminiumsubstraten geprepareerd volgens de uitvinding minder zink op het oppervlak dat met metaal geplateerd moet worden, hebben (een dunnere coating hebben) dan substraten geprepareerd met behulp van een conventioneel dubbel zinkaatproces).

Fig. 5A, 5B, 5C en 5D zijn microfoto's van 500X van stroomloos nikkel geplateerd aluminium substraat waarbij verschillende verzinkings- en plateringsprocedures gebruikt zijn.

De dubbele bezinkingsmethode voor het prepareren van aluminium voor het metaalplateren is goed bekend in de stand van de techniek zoals hierboven bediscussieerd. Over het algemeen kan elk aluminiumlegering behandeld worden met behulp van de werkwijze van de uitvinding en voorkeurslegeringen zijn 5086, 5586 en CZ-46. Het aluminium kan gesmeed of gegoten zijn.

Terwijl de gebruikte specifieke dubbele verzinkings-werkwijze kan variëren met de te behandelen legeringen en de geclaimde resultaten gebruiken al deze werkwijzen een HNO3 zure dompeling om de eerste zinkaatfilm te verwijderen en dit is de stap waarop de onderhavige uitvinding gericht is. Een typerende procedure gebruikt in de industrie is als volgt en men moet begrijpen dat waterspoelingen over het algemeen gebruikt worden na elke processtap.

De eerste stap is over het algemeen het schoonmaken van het aluminiumoppervlak van vet en olie en een basisch niet-ets schoonmaakmiddel zoals ENBOND (R) NS-35 verkocht door Enthone, Incorporated, West Haven, Connecticut, kan geschikt gebruikt worden. ENBOND NS-35 is een niet-gesiliceerde mildbasisch schoonmaakmiddel dat gebruikt kan worden in een temperatuur-trajekt van ongeveer 49 tot 66°C gedurende 1 tot 5 minuten.

Vervolgens kan het etsen van het schoongemaakte aluminium uitgevoerd worden met behulp van etsmiddelen zoals ACTANE (R) E-10, enbond E-14 of ENBOND E-24, welke allemaal verkocht worden door Enthone. Deze materialen zijn ofwel zuur of basisch. Het zuuretsmiddel wordt over algemeen geprefereerd in het bijzonder wanneer oppervlakteafmetingen, toleranties en integriteit belangrijk zijn. De etsmiddelen worden over het algemeen gebruikt bij verhoogde temperaturen van ongeveer 49 tot 66°C gedurende 1 tot 3 minuten.

Het schoonbranden van de legering kan uitgevoerd worden met behulp van een HN03 (bijvoorbeeld 50 vol.%) of mengsels van HNO3 en H2SO4 alleen of in combinatie met ACTANE 70 verkocht door Enthone. ACTANE 70 is een zuurfluoridezoutprodukt dat ammoniumbifluoride bevat. Een typerende oplossing voor het schoonbranden bevat 25 vol.% H2SC>4, 50 vol.% HNO3 en 1 pound p/gallon ACTANE 70 in water.

Op dit moment wordt een zinkaatbekleding aangebracht op het aluminium door immersie in een zinkaatbad zoals beschreven in Saubestre, Amerikaanse octrooischrift nr. 3.216.835 dat boven genoemd is. Een bad dat vanwege zijn aangetoonde effectiviteit geprefereerd wordt is ALUMON (R) EN verkocht door Enthone. ALUMON EN bevat een alkalimetaalhydroxyde, een zinkzout (zoals zinkoxyde, zinksulfaat etc.), een gelerend middel, eventueel anionogene bevochtigingsmiddelen en metallische tovoegingen. Een artikel door D.S. Lashmore getiteld "Immersion Coatings on Aluminum", Plating and Surface Finishing, 67, 36-42 (1980) toont het gebruik van ijzer (bijvoorbeeld ijzer III chloride) in de zinkaatoplossing om ijzer neer te slaan samen met zink en een meer hechtend zinkaatbekleding te produceren, welke zeer resistent is en betrekkelijk onoplosbaar in HN03. ALUMONEN andere commerciële zinkaatoplossing bevatten ijzer.

Over het algemeen omvat het dubbele zinkaatproces immersie van het aluminiumsubstraat in een verdund zinkaatbad zoals een ALUMON (R) EN gedurende een tijdvak van 20-50 seconden gevolgd door een grondige spoeling met koud water, een zinkstripbewerking in salpeterzuur, nogmaals een spoeling met koud water, en een tweede zinkaatimmersie en vervolgens spoeling. Als opgemerkt in Loch, Amerikaanse octrooischrift nr. 4.346.128, bovengenoemd, doordringt het verbeterde Loch proces het verzinkte werkstuk in salpeterzuur gedurende van 1 tot 3 minuten in plaats van de gebruikelijke 20 tot 30 seconden die gebruikt worden om de zinkaatbekleding te strippen. Deze procedure produceert ogenschijnlijk een dunne uniforme oxydebekleding op het substraat dat dient om zink depositie hoeveelheden verder te verminderen en daarbij te voorzien in een betere zinkaathechting voor de uiteindelijke (tweede) zinkaatbekleding.

In tegenstelling tot de Loch procedure, bewerkstelligt het gebruik van groep VIII ionen, bijvoorbeeld ijzer III+ ionen, in het salpeterzuurbad hetzelfde resultaat van het verminderen van de zinkdepositiesnelheden, terwijl voorzien wordt in een zinkaatcoating welke zeer hechtend is, uniform en continu is en waarop een extreem glad metalen platering aangebracht kan worden.

Met betrekking tot de verbetering van de uitvinding is de salpeterzuuroplossing die gebruikt wordt om de eerste zinkaatbekleding te strippen over het algemeen een 50 vol.% oplossing met een concentratiebereik dat over het algemeen ongeveer 350 tot 600 g/1 en bij voorkeur ongeveer 450 tot 550 g/1 is. De verbeterde oplossing bevat eveneens groep VIII ionen, bij voorkeur ijzer III ionen, in hoeveelheid van ongeveer 0,1 tot 1 of 2 g/1, bij voorkeur 0,3 tot 0,8 g/1 en het liefst 0,4 tot 0,6 g/1. Bij niveau's onder ongeveer 0,1 g/1 worden minimale effekten verkregen terwijl bij niveau's boven ongveer 2 g/1 de oppervlakkentopografie ernstig aangetast kan worden.

De salpeterzuuroplossing kan bij elke geschikte temperatuur gebruikt worden, gebruikelijk ongeveer 20 tot 25°C of hoger en bij voorkeur 21 tot 23°C. Immersietijden kunnen variëren van ongeveer 30 tot 90 seconden en bij voorkeur ongeveer 40 tot 60 seconden.

Voorbeelden van groep VIII ionen die gebruikt kunnen worden omvatten ijzer, nikkel en cobalt. Ijzer III ionen worden in het bijzonder bevoorkeurd.

De deskundige zal begrijpen dat de concentratie, oplossingstemnperatuur en immersietijd onderling samenhangen en dat over het algemeen hoe hoger de temperatuur en concentratie des te korter de immersietijd noodzakelijk voor het verkrijgen van het gewenste oppervlakte effect zal zijn, waarbij de uitvinding berust op het gebruik van groep VIII ionen in het bad om de verbeterde adhaesie gladheid van de metalen platering te verkrijgen.

Terwijl andere metalen nu geplateerd kunnen worden op de speciaal geprepareerde met zink beklede aluminium, zal de volgende beschrijving specifiek gericht zijn op nikkel vanwege zijn commerciële belang.

Stroomloze nikkelplateringssamenstellingen voor het aanbrengen van nikkelbekledingen zijn wel bekend in de stand van de techniek en plateringswerkwijzen en samenstellingen worden beschreven in verschillende publicaties. Zo worden bijvoorbeeld samenstellingen voor neerslaan van stroomloos nikkel beschreven in de Amerikaanse octrooischriften nrs. '2.690.401; 2.690.402; 2.762723; 2.935.425; 2.929.742; en 3.338.726. Andere bruikbare samenstellingen voor het neerslaan van nikkel en zijn legeringen worden geopenbaard in The 35th Annual Edition of the Metal Finish Guidebook for 1967, Metal and plastics publications Ine., Westwood, N.J., 483-486. Elk van de voorgaande publicaties wordt hierbij onder referentie opgenomen.

Over het algemeen omvatten stroomloze nikkeldepositie-oplossingen tenminste vier ingrediënten die opgelost zijn in een oplosmiddel, typerend water. Dit zijn (1) een bron van de nikkelionen, (2) een reducerend middel zoals hypofosfiet of een amineboraan, (3) een zuur of een hydroxide pH-teller om te voorzien in de vereiste pH en (4) een complexerend middel voor metaalionen voldoende om hun precipitatie in oplossing te voorkomen. Een groot aantal geschikte complexerende middelen voor stroomloos nikkeloplossingen worden beschreven in de bovengenoemde publicaties. De deskundigen zullen weten dat het nikkel, of ander metaal dat aangebracht wordt, gebruikelijk in de vorm van een legering met de materialen die aanwezig zijn in het bad is. Derhalve wanneer hypofosfiet gebruikt wordt als reducerend middel zal het neerslag nikkel en fosfor bevatten. Overeenkomstig wanneer een amineboraan gebruikt wordt zal het neerslag nikkel en boor bevatten. Derhalve omvat de term nikkel de andere elementen die normaliter daarmee neerslaan.

Het nikkelion kan verschaft worden door gebruik van elk oplosbaar zout zoals nikkelsulfaat, nikkelchloride, nikkelacetaat en mengsels daarvan. De concentratie van het nikkel in oplossing kan flink variëren en is ongeveer 0,1 tot 100 gr.p/1, bij voorkeur ongeveer 2 tot 50 gr.p/1, bijvoorbeeld 2 tot 10 gr.p/1.

Het reducerende middel, in het bijzonder voor geheugenschijven, is meestal het hypofosfietion dat geleverd wordt aan het bad door ieaer geschikte bron zoals natrium, kalium, ammonium en nikkel hypofosfiet. Onder reducerende middelen zoals amineboranen, boorhydriden en hydrazine kunnen eveneens geschikt gebruikt worden. De concentratie van de reducerende middelen is over het algemeen in overmaat van de hoeveelheid voldoende om het nikkel in het bad te reduceren.

De baden mogen zuur, neutraal of basisch zijn en het zuur of de basische pH-steller kunnen gekozen worden uit een wijd gebied van materialen zoals ammoniumhydroxyde, natriumhydroxyde, zoutzuur e.d.. De pH van het bad kan variëren van ongeveer 2 tot 12, waarbij een voorkeur bestaat voor zure baden. Een pH gebied van 4 tot 5, bijvoorbeeld 4,3 tot 4,6 wordt geprefereerd voor het cadmium bevattende bad dat gerbuikt wordt om de bekleding op te zinkaatlaag neer te slaan. Een gebied van 4 tot 5, bijvoorbeeld 4,3 tot 4,6 wordt eveneens geprefereerd voor het bad dat gebruikt wordt om de uiteindelijke nikkellaag neer te slaan wanneer het cadmium bevattende bad gebruikt wordt om slechts een dunne afgestreken coating te verschaffen.

Het complexerend middel kan gekozen worden uit een wijde variëteit van materialen zoals melkzuur, maleïnezuur en deze welke anionen zoals acetaat, citraat, glycolaat, pyrofosfaat e.d. bevatten waarbij mengsels daarvan geschikt zijn. Gebieden voor het complexerende middel, gebaseerd op het anion, kunnen wijd variëren, bijvoorbeeld van ongeveer 1 tot 300 gr.p/1, bij voorkeur ongeveer 5 tot 50 gr.p/1.

De stroomloze nikkelplateringsbaden·kunnen eveneens andere ingrediënten bevatten die in de stand van de techniek bekend zijn zoals bufferende middelen, badstabilisatoren, snelheidbevorderaars, glansmiddelen etc.. Stabilisatoren zoals lood, antimoon, kwik, tin en oxyverbindingen zoals iodaat kunnen gebruikt worden.

Een geschikt bad kan gevormd worden door de ingrediënten in water op te lossen en de pH te stellen tot het gewenste gebied.

Het met zink beklede aluminiumdeel kan geplateerd worden met het stroomloze nikkelcadmiumbad tot gewenste uiteindelijke dikte. Bij voorkeur wordt het deel ondergedompeld in het bad om een dunne nikkelbekleding te plateren die voldoende is om te voorzien in een geschikte basis voor het extreem gladde dikke neerslagen van de uiteindelijke nikkelplatering waarbij gebruik wordt gemaakt van een verschillend stroomloos nikkelbad. Diktes kunnen variëren van ongeveer 0,1 mil, of hoger, waarbij 0,005 tot 0,08 mil, bijvoorbeeld 0,01 tot 0,05 geprefereerd worden. Een immersietijd van 15 seconden tot 15 minuten verschaft gebruikelijk de gewenste bekleding, afhankelijk van de badparameters. Een temperatuurbereik van ongeveer 25°C tot koken, bijvoorbeeld 100°C, kan gebruikt worden waarbij een gebied van 30 tot 95°C geprefereerd wordt.

De volgende stap in de voorkeursprocedure is het completeren van de nikkelbekleding tot de gewenste dikte en fysische karakteristieken door onderdompelen van de nikkelbeklede deel in een ander stroomloos plateringsbad welke gehandhaafd wordt boven een temperatuurgebied van ongeveer 30 tot 100°C bijvoorbeeld kokend, bij voorkeur 80 tot 95°C. Een dikte tot aan 5 mil, of hoger kan gebruikt worden waarbij een gebied van ongeveer 0,1 tot 2 mil gebruikt wordt voor de meeste doeleinden. Wanneer dit afgestreken badproces gebruikt wordt, wordt het geprefereerd het afgestreken beklede substraat niet te spoelen voor immersie van het substraat in de volgende uiteindelijke plateringsbad.

De cadmiumionen kunnen verschaft worden door het gebruik van elk oplosbaar cadmiumbron zoals cadmiumsulfaat. Het is belangrijk de cadmiumconcentratie te controleren en de extreem gladde bekledingen volgens de uitvinding te verkrijgen en een effectief niveau van ongeveer 0,1 tot 1 mg/1 bij voorkeur 0,3 tot 0,8 en het liefst 0,5 tot 0,7 kan geschikt gebruikt worden. Hoeveelheden tot een hoogte van 2 of 3 mg/1 of hoger kunnen gebruikt worden voor bepaalde toepassingen die niet zo'n glad oppervlak vereisen als geheugenschijven.

Het gebruik van cadmium in stroomloos nikkelplateringsbaden wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 2.929.742. Cadmium wcrdt geopenbaard als middel dat de waterstof overpotentiaal bewerkstelligd en wordt beschouwd gunstig te werken op de verbetering van de glans van het neerslag. Hoeveelheden tot aan 100 mg/1 cadmium chloride worden getoond.

De deskundige zal weten dat de plateringssnelheid beïnvloed kan worden door veel factoren inclusief (1) de pH van de plateringsoplossing (2) de concentratie van het reductiemiddel (3) temperatuur van het plateringsbad (4) concentratie van het oplosbare nikkel (5) de verhouding van badvolume tot de te plateren oppervlakte, (6) aanwezigheid van oplosbaar fluoridezouten (snelheidsbeïnvloeders) en (7) de aanwezigheid van bevochtigingsmiddel en/of roeren, en dat de bovengenoemde parameters slechts genoemd worden om een algemene gids voor het uitvoeren van de uitvinding te geven; de uitvinding die gelegen is in het gebruik van een cadmiumbevattend stroomloosplateringsbad als hierboven beschreven om te voorzien in een verbeterde gladde bekleding van een verzinkt aluminium substraat.

De samenstelling en het proces van de onderhavige uitvinding zal nu meer volledig geïllustreerd worden door de volgende specifieke voorbeelden welke illustratief zijn en op geen enkele wijze limitatief en waarin alle delen en percentages op basis van gewicht zijn en temperaturen in graden Celsius aangegeven zijn, tenzij anders aangegeven.

VOORBEELD I

CZ-46 aluminiumlegeringsschijven met een dubbelverzinkt en geplateerd met stroomloos nikkel met behulp van de volgende procedure (een spoeling met koud water volgde elke stap: (1) Onderdompeling in ENBOND NS-35 gedurende 3 minuten bij 60°C; (2) Onderdompeling in ACTANE E-10 gedurende 1 minuut bij 60°C; (3) Onderdompeling in 50 vol.% HN03 gedurende 1 minuut bij kamertemperatuur; (4) Onderdompeling in ALUMON EN gedurende 35 seconden bij kamertemperatuur; (5) Onderdompeling in 50 vol.% HN03 gedurende 1 minuut bij kamertemperatuur; (6) Onderdompeling in ALUMON EN gedurende 16 seconden bij kamertemperatuur ; (7) Onderdompeling in ENPLATE ADP-300 gedurende 1 uur bij 84-87°C (pH 4,5 ± 0,1) .

ENPLATE ADP-300 is een stroomloos nikkelbad op zure basis (pH 4,6) dat in g/1 bevat, nikkelsulfaathexahydraat (26), natriumhypofosfiet (20), natriumlactaat (60%) (71), maleïnezuur (11,8), natriumhydroxyde (4,6), kaliumjodaat (0,015), loodnitraat (0,0003) en een anionogeen oppervlakte actieve stof (0,02).

Fig. IA toont het nikkeloppervlak dat resulteert uit het gebruik van de bovengenoemde conventionele dubbele verzinkingsprocedure. Wanneer dezelfde procedure gebruikt werd behalve dat ijzer III ionen (als ijzer III chloride) werden toegevoegd aan het HN03 in stap (5) op een niveau van 0,5 g/1 ijzer III+++, werd een aanzienlijk gladder nikkeloppervlak verkregen als getoond in Fig. 1B.

VOORBEELD II

De procedure van Voorbeeld I werd in hoofdzaak herhaald op 5586 aluminium legeringsschijven als volgt: (1) Onderdompeling in ENBOND NS-35 gedurende 5 minuten bij 63°C; (2) Onderdompeling in ACTANE E-10 gedurende 2 minuten bij 63°C; (3) Onderdompeling in 50 vol.% HN03 gedurende 1 minuut bij kamertemperatuur; (4) Onderdompeling in ALUMON EN gedurende 45 seconden bij kamertemperatuur; (5) Onderdompeling in 50 vol.% HN03 gedurende 30 seconden bij kamertemperatuur; (6) Onderdompeling in ALUMON EN gedurende 15 seconden bij kamertemperatuur; (7) Onderdompeling in ENPLATE ADP-300 gedurende 2 uur bij 84-87°C (pH 4,5 ± 0,1).

Fig. 2A toont het nikkeloppervlak dat resulteert uit het gebruik van de bovengenoemde conventionele dubbele zinkaatprocedure. Wanneer dezelfde procedure gebruikt werd behalve dan dat ijzer III ionen aan het HN03 werden toegevoegd in stap (5) tot een niveau van 0,5 g/1, werd een aanzienlijk gladder nikkeloppervlak verkregen als getoond wordt in Fig. 2B.

VOORBEELD III

De procedure van voorbeeld I (stap (1) - (4) werd gebruikt om een aantal verzinkte CZ-46 aluminium legerings-schijven te prepareren.

De schijven werden willekeurig gekozen en een totaal van 40 voet2 werd gestript bij kamertemperatuur door elke HN03 bad dat getest werd. De controle HNO- was 50 vol.% en werd vergeleken met de HN03 volgens de uitvinding welke 50 vol.% was en 0,5 g/1 ijzer III ionen (geleverd als ijzer III chloride) bevatte.

Fig. 3 toont de hoeveelheid zinkbekleding die verwijderd werd per vierkante voet van de gestripte schijf en de resultaten laten duidelijk zien dat het HN03 dat ijzer III ionen bevat meer van de zinkbekleding verwijderd dan een conventionele HN03 oplossing. Dit is belangrijk omdat minder zink in de plateringsoplossing geleid wordt.

VOORBEELD IV

Dit voorbeeld laat zien dat minder zink neergeslagen wordt op het substraat dat met metaal geplateerd moet worden wanneer de dubbele zinkaatmethode gebruikt wordt volgens de uitvinding vergeleken met de conventionele dubbele zinkaatwerkwijze.

CZ-46 aluminiumlegeringsschijven werden behandeld met behulp van de stappen (1) - (4) van de procedure van Voorbeeld I. Een groep schijven werd willlekeurig gekozen en ondergedompeld in een conventionele HN03 oplossing (50 vol.%) gedurende 1 minuut bij kamertemperatuur. De andere groep werd ondergedompeld in een 50 vol.% HN03 oplossing die 0,5 g/1 ijzer III ionen (geleverd als ijzer III chloride) bevatte gedurende dezelfde tijdlengte en temperatuur. De schijven werden vervolgens ondergedompeld in een tweede zinkaatbad (als in stap (6) van Voorbeeld I) gedurende ofwel 10, 20, 30, 40, 50 of 60 seconden bij kamertemperatuur. De verzinkte schijven werden vervolgens gestript in 50 vol.% HN03 en de hoeveelheid afgezet zink op de schijf werd bepaald met Atomaire Absorptie Spectroscopie.

Fig. 4 toont dat minder zink afgezet werd op de schijven wanneer de werkwijze volgens de uitvinding werd gebruikt vergeleken met de conventionele dubbele zinkaatmethode. Dit is belangrijk omdat er minder oppervlakte ontregeling en als consequentie een dunnere, maar dichtere bekleding van zink verkregen wordt. Het ijzer doet waarschijnlijk dienst als een remmer door aldus te vertragen en daardoor te controleren de oplossing van aluminium door zink. Bovendien zullen de dunnere agzettingen van zink het daarop volgende stroomloos nikkelbad niet zo snel besmetten.

VOORBEELD V

Aluminium 5586 legeringsschijven werden ogenschijnlijk geplateerd met behulp van de procedures van Voorbeeld I tot een dikte van ongeveer 0,40 mils. Alle proeven werden uitgevoerd onder dezelfde plateringsomstandigheden van 84°C, pH 4,6, een werklading van 0,31 voet2 per gallon, continue filtratie en een plateringstijd van 2 uur. Het nikkel, pH en natriumhyprofosfiet werden continu aangevuld gedurende de 2 uur plateringstijd met behulp van een automatische regelaar.

Fig. 5A representeert de nikkeloppervlakte die resulteert uit het gebruik van de bovengenoemde conventionele verzinkings- en planteringsprocedure.

Fig. 5B geeft het nikkeloppervlak weer dat resulteert uit het gebruik van de bovengenoemde procedure met de uitzondering dat 0,5 g/1 ijzer III ionen (als ijzer III chloride) toegevoegd werden aan het salpeterzuur (stap (5) .

Fig. 5C geeft het nikkeloppervlak weer dat resulteert uit de bovengenoemde procedure met uitzondering dat 0,75 mg/1 cadmium werd toegevoegd aan het nikkelplateringsbad voor het plateren en dat niet werd aangevuld gedurende 2 uur plateringstijd.

Fig. 5D geeft het nikkeloppervlak weer dat resulteert uit het gebruik van de bovengenoemde procedure met de uitzondering dat 0,5 g/1 ijzer III (als ijzer III chloride) werd toegevoegd aan salpeterzuur (stap (5) en 0,75 mg/1 cadmium werd toegevoegd aan nikkelplateringsbad en niet werd aangevuld gedurende 2 uur plateringstijd.

Zoals duidelijk uit de figuren gezien kan worden produceert het conventionele proces een ruw oppervlak met veel nodulen. Fig. 5B en 5C tonen de gunstige effecten van het gebruik van ijzer III ionen en cadmium resp. en fig. 5D toont het extreem gladde oppervlak verkregen onder gebruikmaking van de voorkeurswerkwijze van de uitvinding.

Het zal duidelijk zijn dat veel veranderingen en modificaties van de verschillende karakteristieken die hierin beschreven zijn gemaakt kunnen worden zonder de geest en het bereik van de uitvinding te verlaten. Het is daarom duidelijk dat de voorgaande beschrijving bij wijze van illustratie van de uitvinding is gegeven meer dan als beperking van de uitvinding.

Claims (12)

1. Werkwijze voor het afzetten van een glad stroomloos metaalbekleding op een aluminiumsubstraat omvattende: (a) aanbrengen van een zinkaatbekleding op het aluminium met behulp van een dubbele zinkaatprocedure waarin het salpeterzuurbad dat gebruikt wordt om de eerste zinkaatbeklede substraat te behandelen, een effectieve hoeveelheid van een groep VIII ion bevat; en (b) plateren van het verzinkte aluminiumsubstraat met behulp van een stroomloos metaalplateringsbad dat een effectieve hoeveelheid cadmiumionen bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 waarin het groep VIII ion het ijzer III ion is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2 waarin het ijzer III ion aanwezig is in een hoeveelheid van ongeveer 0,1-2 g/1.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 waarin het cadmium aanwezig is in een hoeveelheid van ongeveer 0,1-1 mg/1.

5. Dubbelverzinkingsproces voor het prepareren van aluminium en aluminiumlegeringen voor metaalplateren waarin het aluminium na een voorbehandeling verzinkt wordt door onderdompeling in een verzinkingsbad, vervolgens het verzinkte aluminium in een salpeterzuurbad gedoopt wordt om de zinkaatbekleding te verwijderen, gevolgd door onderdompeling in een zinkaatbad om het aluminium en de metaalplatering van het verzinkte aluminium te bekleden, waarbij in het salpeterzuurbad een effectieve hoeveelheid van een groep VIII ion gebruikt wordt.

6. Werkwijze volgens conclusie 5 waarin het groep VIII ion gekjozen wordt uit de groep bestaande uit ijzer, kobalt en nikkel.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin groep VIII ion het ijzer III ion is.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin het ijzer III ion aanwezig is in een hoeveelheid van ongeveer 0,1-1 g/1.

9. Werkwijze voor het neerslaan van een glad stroomloos metaalbekleding op een verzinkt aluminium substraat omvattende bekleding van een dunne eerste laag van het metaal op het substraat met behulp van een stroomloosmetaalplateringsbad dat cadmium bevat, gevolgd door het gebruik van een ander stroomloos, metaalplateringsbad om het substraat met een tweede metaalbekleding te plateren tot de gewenste dikte, waarbij de dikte van de tweede metaalbekleding dikker is dan de eerste metaal bekleding.

10. Werkwijze voor het afzetten van een gladde stroomloze metaalbekleding op een verzinkt aluminiumsubstraat waarin het vezinkte substraat ondergedompeld wordt in een stroomloos metaalplateringsbad om een bekleding van een gewenste dikte te plateren en waarin het bad metaalionen bevat en een reducerend middel welke componenten geregeld worden binnen gewenste bewerkingslimieten door periodieke aanvulling waarbij een effectieve hoeveelheid cadmium in het bad gebruikt wordt bij de start van de plateringsbewerking en het cadmium niet aangevuld wordt tot het gewenste bewerkingsniveau totdat de plateringsbewerking afgerond wordt en/of nieuwe niet-geplateerde verzinkte aluminiumsubstraten ondergedompeld worden in het bad voor platering.

11. Werkwijze volgens conclusie 10 waarin cadmium aanwezig is op een niveau van ongeveer 0,1-1 mg/1.

12. Werkwijze volgens conclusie 11 waarin het verzinkte aluminiumsubstraat bereid wordt volgens de werkwijze van conclusie 5.