SE443162B - Sett att bilda en i huvudsak svart nickelbeleggning pa ett underlag jemte bad herfor - Google Patents

Description

8004321-9 2 De problem och nackdelar, som hänger samman ned tidigare kända me- toder, övervinnes med hjälp av kompositionen och sättet enligt fö- religgande uppfinning, där badkompositionen kan arbeta över ett brett område med avseende på pH, koncentration, strömtäthet och temperatur, och är anpassningsbar för användning på en mångfald olika, elektriskt ledande underlag för att fortlöpande ge i huvud- sak jämna och likformiga, vidhäftande, i huvudsak svarta nickelbe- läggningar, som ger förbättrat korrosionsmotstånd och som också är nottagliga för olika slags klarlack-toppskikt.

Nyttan och fördelarna med föreliggande uppfinning uppnås genom an- vändning av ett bad av inledningsvis beskrivet slag, där den i badet ,lösliga aminen är närvarande i en mängd för att ge ett nnlförhâllan- de nellan nickel och anun i lösningen av från ca 1:1 till ca 1:4.

Badlösliga aminer, lämpliga för detta ändamål har formeln R -» NH- /'_'(cH2)n - Nlfjm - (cH2)P - x - R' där n, m och p är heltal och n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3, X är O eller NH samt R och R', som kan vara lika el- ler olika, är H, -CH CH = CH 2 -CH CH2CH2S03 eller ~CH2?HCH2OH. 2' 2 OH Typiska för sådana aminer är trietylentetramin, dipropylentriamin och 2-(2-aminoetylamino)-etanol.

Badet kan vidare valfritt innehålla mörkmedel, dvs ämnen som förhö- jer det mörka utseendet hos det utfällda skiktet, innehållande al- kalimetallsalter av svavel-innehållande föreningar, såsom tiocyana- ter, tiosulfater, bisulfiter, sulfiter och liknande, som kan vara närvarande i mängder av upp till 25 g/l. Badet kan dessutom valfritt innehålla badlösliga inerta salter för att öka badets ledningsför- måga, ävensom små kontrollerade mängder av vätnedel av de slag som konventionellt används i nickelbad för elektroplätering.

I enlighet med förfarandeaspekterna av föreliggande uppfinning kan elektropläteringsbadet arbeta vid en temperatur av från rumstempe- ratur (21°C) upp till ca 65°C över ett strömtäthetsområde av från , 2 n . . . ca 0,2 A/dm? upp till ca 2,7 A/dm . Utfallningstiderna kan variera från ca 1 minut upp till ca 10 nunuter i beroende av badsamnansätt- ning och processvariabler. 8004521-9 Ytterligare fördelar och förmåner med föreliggande uppfinning kom- mer att framgå vid en genomläsning av föreliggande beskrivning av de föredragna utföringsformerna i förbindelse med de särskilda ut- föringsexemplen som ges nedan.

Det nya elektropläteringsbadet enligt föreliggande uppfinning för utfällning av s.k. svartnickelbeläggningar eller -skikt innehåller en vattenhaltig lösning, vilken som sina väsentliga beståndsdelar in- nehåller en kontrollerad effektiv nängd nickeljoner i konbination med' en badlöslig andn, närvarande i en kontrollerad nängd i beroende av koncentrationen av nickeljoner som.är närvarande. Nickeljonkoncent~ rationen kan i stort variera från ca 2 g/l upp till ca 25 g/l med mängder varierande från ca 6 g/l upp till ca 10 g/l såsom föredragna.

En koncentration av nickeljoner högre än ca 25 g/l är i vissa fall icke önskvärd, eftersom den bildade nickelbeläggningen tenderar att få ett-grått utseende vid sådana högre koncentrationer. Nickeljoner- na kan länpligen införas i badet i form av badkompatibla och lösliga nickelsalter, såsom nickelsulfat, nickelhalogenidsalter, nickelsul- fonat, nickelfluoborat och liknande. Av dessa utgör nickelsulfat i form av hexahydratet en föredragen källa. Nickelhalogenidsalterna kan på ett tillfredsställande sätt användas då en nickelanod används i badet, men är icke önskvärda då inerta anoder, såsom kolanoder, används, detta på grund av utvecklingen av notsvarande halogenidgas vid anoden. Nickelsulfat ger en ytterligare fördel, då en nickelanod används genom att lösningen icke lika lätt angriper ytan på anoden och stegringen av nickeljonkoncentration i badet sker väsentligt långsam- mare, vilket ytterligare förenklar kontrollen av badet.

Den andra väsentliga beståndsdelen i elektropläteringsbadet är en amin som är konbinerbar med och löslig i badet samt har formeln R - NH - /_(cH2>n - Najm - (CHQP - X - R' där n, m och p är heltal och n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3, X är O eller NH samt R och R', som kan vara lika eller olika, är H, -CHZCH = CI-IZ, -CH2CH2CH2SO3 eller -CHZCEHCHZOI-I.

OH Typiska aminer, lämpliga för användning i badet, som motsvarar den ovan angivna formeln är trietylentetramin, i vilken R och R' är H, X är NH samt n, m och p är 2, dipropylentriamin, i vilken R och R' 8004321-9 är H, X är NH, m är 1 samt n och p är 3, och 2-(2-aninoetylamino)- etanol, i vilken R och R' är H, X är O, m är 1 samt n och p är 2.

Koncentrationen av aminen kontrolleras i relation till den mängd nickeljoner som är närvarande i badet. Molförhållandet mellan nickel- joner och amin som är närvarande i lösningen kan variera från ca 1:1 upp till ca 1:4, företrädesvis 1:1,5 till ca 1:2,5, ned förhållan- den av ca 1:2 såsonnsärskilt tillfredsställande. Molförhållanden överstigande ca 1:4 är icke önskvärda, eftersom den höga koncentra- tionen av andn förhindrar utfällning av nickel från badet, medan för- hållanden mindre än ca 1:1 icke ger någon i huvudsak svart nickelbe- läggning.

Förutom nickeljonerna och aminen som väsentliga beståndsdelar kan badet dessutom, son en valfri beståndsdel, innehålla badlösliga, kompatibla och inerta salter för att förbättra elektrolytens led- ningsförnåga. Sådana ledningssalter innefattar typiskt alkalimetall- sulfat och halogenider, ävensom nagnesiunsulfat och nagnesiunhalo- genidsalter. Uttrycket "alkalimetall" används här i sin breda bety- delse för att inkludera alkalinetallerna_natrium, kalium och litium, ävensom anmonium.

Sådana ledningssalter eller blandningar därav kan användas i nång- der av upp till löslighetsgränsen därför ned mängder varierande från ca 30 g/l upp till ca 50 g/l såsom föredragna.

En ytterligare valfri beståndsdel i badet är ett mörkmedel enligt ovanstående definition, som är närvarande i kontrollerade nängder för att på så sätt ytterligare förbättra det nörka utseendet eller den svarta finishen hos beläggningen. Mörkmedel som är länpliga att använda är alkalinetallsalter av svavel-innehållande föreningar, inkluderande tiocyanater, tiosulfater, bisulfiter, sulfiter eller liknande, ävensom blandningar därav. Dä de används kan sådana nörk- medel utnyttjas i mängder av upp till ca 25 g/l, även om mängder av ca 1 g/l till ca 5 g/l vanligtvis är att föredraga. Normalt är koncentrationer av sådana nörkmedel högre än ca 25 g/l icke önskvär- da, detta på grund av de nedbrytningsprodukter som bildas genom an- vändning av sådana höga koncentrationer, som i vissa fall kan för- sänra jänmheten och täckförnågan hos svartnickelbeläggningen. Dess- utom uppnås icke några speciella fördelar genom användning av såda- na ännen i nängder större än 25 g/l i jämförelse ned vad son erhål- 8004521-9 les vid användning av mindre mängder, som t.ex. ca 5 g/l.

Som en ytterligare valfri beståndsdel kan elektropläteringsbadet innehålla vilket som helst av ett antal badkompatibla vätmedel i ef- fektiva mängder av de olika slag som konventionellt används i för- nicklingslösningar. Normalt används vätmedel av den anjoniska typen i koncentrationer upp till ca 200 mg/l, även om mängder av ca 50¶g/l till ca 100 mg/l är att föredraga. Typiska för lämpliga vätmedel som kan användas är sulfater av primära alkoholer, innehållande 8-18 kol- atomer, såsom natriumlaurylsulfat, natriumlauryletoxisulfater eller -sulfonater och liknande.

I enlighet med förfarandeaspekterna av föreliggande uppfinning kan badets driftstemperatur variera från rumstemperatur (21°C) upp till ca 6500 med temperaturer av från ca 27°C till ca 32°C såsom särskilt föredragna ur energibevaringssynpunkt. Den speciella temperatur som kommer till användning kommer att variera för uppnâende av optimala svarta nickelskikt i beroende av den speciella komposition och de driftsförhållanden som används.

Det vattenhaltiga badet kontrolleras inom ett pH-område av från ca 4 upp till ca 12 med ett pH-område av ca 6 till ca 10 såsom föredra- get. Justering till lämpligt pH kan uppnås med användning av syror, såsom svavelsyra och saltsyra a ena sidan, eller genom användning av en bas, såsom en alkalimetallhydroxid, inklusive ammoniumhydroxid.

Elektroutfällningen av svartnickelskiktet kan åstadkommas genom an- vändning av en genomsnittlig strömtäthet varierande från ett så lågt värde som ca 0,2 A/dmz upp till ca 2,7 A/dmz. Företrädesvis kontrol- leras strömtätheten inom ettpmråde av ca 0,5 A/dmz till ca 1,6 A/dmz.

Varaktigheten av utfällningen kan i stort variera från så kort tid som ca 1 minut upp till ca 10 minuter, i beroende av den speciella badsammansättning som används, typen av det använda underlaget, ty- pen av finish som önskas och den speciella strömtäthet som används.

Normalt är utfällningstider varierande från ca 2 minuter till ca 3 minuter tillfredsställande.

Elektroutfällningen av det svarta nickelskiktet kan på ett tillfreds- ställande sätt uppnås på elektriskt ledande metallunderlag, inklu- sive nickel, koppar, mässing, galvaniskt utfälld zink, kadmium och 8004321-9 liknande. I avsikt att uppnå en glänsande, klar, i huvudsak svart nickelbeläggning är det att föredraga att underlaget från början har en blank yta, bildad antingen genom utfällning av ett blankt skikt på ytan eller åstadkommen på mekanisk väg, såsom polering el- ler liknande. Allteftersom underlaget blir mindre blankt, tenderar den resulterande nickelbeläggningen att bli allt gråare.

För att ytterligare belysa kompositionen och sättet enligt förelig- gande uppfinning_ges nedanstående utföringsexempel. Det skall för- stås att dessa exempel enbart ges i belysande syfte och icke är att betrakta som begränsande ramen för uppfinningen, sådan denna beskri- vits ovan och definieras i patentkraven.

Exempel_1 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO4. 6 H20 och 26 g/l trietylentetramin. Lösningens pH justerades till 12 med Na0H. Ett nypreparerat blankförnicklat arbetsstycke nedsänk- tes i lösningen och kopplades som katod. Kolstavar kopplades som ano- der. Arbetsstycket elektropläterades under 2-3 minuter vid en ström- täthet av 1,6 A/dmz och en temperatur av 24°C. Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till underlaget.

Exempel 2 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO3. 6 H20 och 26 g/l dipropylentriamin. Lösningens pH justerades till 4 med HZSO4. Ett nypreparerat, blankförnicklat arbetsstycke nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtät- het av 1,6 A/dmz och en temperatur av 24°C. Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till underlaget.

Exempel 3 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO4. 6H2O och 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol. Lösningens pH justera- des till 12 med NaOH. Ett nypreparerat, blankförnicklat arbetsstycke nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,6 A/dmz och en temperatur av 24°C. Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till un- derlaget.

Exempel 4 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO4. 6 H20, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol och 5 g/l NaCNS. Lösningens 8004321-9 pH justerades till 12 med NaOH. Ett nypreparerat, blankförnicklat arbetsstycke nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,6 A/dmz och en temperatur av 24oC.

Det utfällda skikter var jämnt och likformigt svart med bra vidhäft- ning till underlaget.

Eëaee-.li En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO4. 6 H20, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol och 10 g/l Na2S2O3. Lös- ningens pH justerades till 12 med NaOH. Ett nypreparerat arbetsstycke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 mi- 2 nutefvid en strömtäthet av 1,6 A/dm och en temperatur av 24°C. Det I utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till underlaget.

Tillsättning av antingen natriumtiocyanat eller natriumtiosulfat till elektropläteringslösningen enligt exemplen 4 och 5 tjänstgjorde som mörkhetsförhöjande ämne och de i exemplen 4 och 5 erhållna nickelbe- läggningarna var mycket mörkare än vad som erhölls med den identiska lösningen i exempel 3, icke innehållande något mörkmedel.

Exempel 6 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 25 g/l Ni(NH2SO3)2, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol och 5 g/l NaCNS. pH-värdet justerades till 6 med HZSO4. Ett nypreparerat arbetsstyc- ke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dmz och en temperatur av 24°C.

Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäft- ning till underlaget.

Exempel 7 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 23 g/l Ni(BF4)2, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol och 5 g/l NaCNS. pH justerades till 6 med HZSO4. Ett nypreparerat arbetsstycke av nic- kel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dmz och en temperatur av 24°C. Det ut- fällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till underlaget.

Exempel 8 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 24 g/l Niclg - 5 H20, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol och 5 g/l NaCNS. 80043421-9 pH justerades till 6 med H2SO4. Ett nypreparerat arbetsstycke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 mi- nuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dm2 och en temperatur av 24oC.

Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vid- häftning till underlaget.

Exempel 9 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 17 g/l NiSO4 . 6 H20, 14 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol, 5 g/l NaCNS, 40 g/l Na2SO4 och 0,2 g/l av ett anjoniskt vätmedel, natriumlauryl- sulfat. pH justerades till 6 med HZSO4. Ett nypreparerat arbetsstyc- ke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dmz och en temperatur av 24°C.

Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäft- ning till underlaget.

Exempel 10 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 40 g/l NiSO4 . 6 H20, 33 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol, 5 g/l NaCNS, 30 g/l Na2SO4 och 0,1 g/l av ett anjoniskt vätmedel, natriumlauryl- etoxisulfat. pH justerades till 6 med HZSO4. Ett nypreparerat ar- betsstycke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dmz och en temperatur av 24°C. Det utfällda skiktet var jämnt och likformigt svart med bra vidhäftning till underlaget.

Exempel 11 En elektropläteringslösning tillblandades, bestående av 26 g/l NiSO4 . 6 H20, 21 g/l 2-(2-aminoetylamino)-etanol, 5 g/l NaCNS, 40 g/l Na2SO4 och 0,2 g/l natriumlaurylsulfat. pH justerades till 6 med HZSO4. Ett nypreparerat arbetsstycke av nickel nedsänktes i lösningen och elektropläterades under en tid av 2-3 minuter vid en strömtäthet av 1,1 A/dmz och en temperatur av 65°C. Det utfällda skiktet var svart med bra vidhäftning till underlaget. Även om det klart framgår att uppfinningen, sådan den beskrivits ovan, är bra beräknad för uppnående av de förmåner och fördelar som ovan framhållits, står det klart att uppfinningen kan undergâ modi- fiering, variation och förändring utan att för den skull uppfinnings- idën frångås.

Claims (12)

8ÛÜ4321-9 få/Üfíåß /%:>QÄ <7 Patentkrav

1. Sätt att bilda en i huvudsak svart nickelbeläggning på ett underlag genom att nickel utfälles elektrolytiskt vid en strömtäthet av 0,2 - 2,7 A/dmz och vid en temperatur av från rumstemperatur upp till 65°C under en tidsperiod som är till- räcklig för utfällning av den önskade beläggningstjockleken från en vattenhaltig lösning som har ett pH av 4 till 12 och innehåller 2 till 25 g/l nickeljoner samt en badlöslig amin, k ä n n e t e c k n a t av att aminen sättes till lösningen i en mängd för att ge ett molförhållande mellan nickel och amin i lösningen av 1:1 till 1:4, varvid aminen motsvarar for- meln R - NH - ¿]ca2)n-Nnjm - (cH2)p-x-R', där n, m och p är heltal och n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3, X är 0 eller NH samt R och R' är lika el- ler olika och är H, -CHZCH = CH2, -CHZCH ZCHZSO3 eller -CH2?HCH2OH. OH

2. Bad för utförande av sättet enligt krav 1, innehållande en vattenhaltig lösning som har ett pH av 4 till 12 och innehåller 2 till 25 g/l nickeljoner samt en badlöslig amin, k ä n n e - - t e c k n a t av att aminen är närvarande i en mängd för att ge ett molförhàllande mellan nickel och amin i lösningen av 1:1 till 1:4, varvid aminen motsvarar formeln R - NH - ÛCHZ)n-Nnjm-(CHQP-x-R' där n, m och p är heltal och n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3, X är O eller NH samt R och R' är lika eller olika och är H, -CHZCH = CH2, -CH2CH2CH2SO3 eller -CHZÉHCHZOH. OH öUU4JZ!“7 IO

3. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att nickel- jonerna är närvarande i en mängd av 6 till 10 g/l.

4. Bad enligt krav 2, kännetecknar. av att aminen är närvarande för att ge ett molförhållande mellan nickel och amin av 1:1,5 till 1:2,5.

5. S. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att aminen är närvarande för att ge ett molförhållande mellan nickel och amin av 1:2.

6. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det dess- utom innehåller badlösliga och kompatibla, inerta ledningssal- ter, närvarande i en mängd upp till sin löslighetsgräns i badet.

7. Bad enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att de bad- lösliga och kompatibla, inerta ledningssalterna valts bland alka- limetallsulfater, alkalimetallhalogenider, magnesiumsulfat, mag- nesiumhalogenider och blandningar därav samt är närvarande i en mängd av 30 till 50 g/l. '

8. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det dess- utom som mörkhetsförhöjande ämne innehåller en alkalimetall/sva- vel-förening, vald från en grupp bestående av tiocyanater, tiosul- fater, bisulfiter, sulfiter och blandningar därav, närvarande i en mängd upp till 25 g/l.

9. Bad enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att det mörk- hetsförhöjande ämnet är närvarande i en mängd av 1 till 5 g/l.

10. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det dess- utom innehåller upp till 200 mg/l av ett badkompatibelt vätmedel.

11. Bad enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att vätmed- let är ett anjoniskt vätmedel och är närvarande i en mängd av 50 till 100 mg/l.

12. Bad enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att aminen valts från en grupp bestående av trietylentetramin, dipropylen- triamin, 2-(2-aminoetylamino)-etanol och blandningar därav.