BR112015001113B1 - method of forming a black autocatalytic nickel coating of a substrate - Google Patents
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Abstract
BANHO DE GALVANIZAÇÃO DE NÍQUEL AUTOCATALÍTICO AQUOSO PARA A FORMAÇÃO DE REVESTIMENTOS DE NÍQUEL AUTOCATALÍTICO, MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM REVESTIMENTO DE NÍQUEL AUTOCATALÍTICO PRETO EM UM SUBSTRATO. Um banho de galvanização de níquel autocatalítico aquoso para a formação de revestimentos de níquel autocatalítico inclui níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, um estabilizador de bismuto, e pelo menos um de um agente complexante, um agente quelante, ou um tampão de pH, e é livre de um composto de enxofre.AQUEOUS AUTOCATALYTIC NICKEL GALVANIZING BATH FOR THE FORMATION OF AUTOCATALYTIC NICKEL COATINGS, METHOD OF FORMATION OF A BLACK AUTOCATALYTIC NICKEL COATING ON A SUBSTRATE. An aqueous autocatalytic nickel plating bath for forming autocatalytic nickel coatings includes nickel, a hypophosphorous reducing agent, zinc, a bismuth stabilizer, and at least one of a complexing agent, a chelating agent, or a pH buffer , and is free of a sulfur compound.
Description
[0001] Este pedido reivindica benefício de prioridade para Pedido de Patente Provisório No. US 61/672,584, depositado em 17 de Julho de 2012, cuja matéria inventiva é incorporada neste documento com referência na sua totalidade.[0001] This application claims priority benefit to Provisional Patent Application No. US 61/672,584, filed July 17, 2012, whose inventive subject matter is incorporated herein by reference in its entirety.
[0002] Este pedido diz respeito a revestimentos de níquel autocatalítico, métodos para formar o revestimento de níquel autocatalítico, e banhos de níquel autocatalítico para formação dos revestimentos de níquel autocatalítico.[0002] This application concerns autocatalytic nickel coatings, methods for forming the autocatalytic nickel coating, and autocatalytic nickel baths for forming the autocatalytic nickel coatings.
[0003] Galvanização de níquel autocatalítico é um processo de galvanização amplamente utilizado, o qual provê um depósito contínuo de um metal de níquel ou revestimento de níquel/liga em substratos metálicos ou não metálicos sem a necessidade de uma corrente de galvanização elétrica externa. Galvanização autocatalítica foi descrita como um processo de redução química autocatalítica controlado para depositar metais. O processo envolve um acúmulo contínuo de um revestimento de níquel em um substrato por imersão do substrato em um banho de galvanização de níquel em condições adequadas de galvanização autocatalítica. Os banhos de galvanização compreendem, geralmente, um sal de níquel autocatalítico e um agente de redução. Alguns banhos de níquel autocatalítico usam íons hipofosfito como um agente de redução, e durante o processo, os íons hipofosfito são oxidados em íons ortofosfito, e os cátions de níquel no banho de galvanização são reduzidos para formar uma liga de níquel fosforoso como um depósito sobre a superfície do substrato desejado. À medida que a reação prossegue, o nível de íons ortofosfito no banho aumenta, e os íons ortofosfito frequentemente são precipitados a partir das soluções de galvanização como ortofosfitos de metal insolúveis. Tipicamente, a fonte de íons de níquel nos banhos de galvanização autocatalítica descrita no estado da técnica incluiu cloreto de níquel, sulfato de níquel, brometo de níquel, fluoroborato de níquel, sulfonato de níquel, sulfamato de níquel, e alquilsulfonatos de níquel.[0003] Autocatalytic nickel plating is a widely used plating process, which provides a continuous deposit of a nickel metal or nickel/alloy coating on metallic or non-metallic substrates without the need for an external electrical galvanizing current. Autocatalytic galvanizing has been described as a controlled autocatalytic chemical reduction process to deposit metals. The process involves a continuous build-up of a nickel coating on a substrate by immersing the substrate in a nickel plating bath under suitable autocatalytic plating conditions. Galvanizing baths generally comprise an autocatalytic nickel salt and a reducing agent. Some autocatalytic nickel baths use hypophosphite ions as a reducing agent, and during the process, the hypophosphite ions are oxidized to orthophosphite ions, and the nickel cations in the plating bath are reduced to form a phosphorous nickel alloy as a deposit on the surface of the desired substrate. As the reaction proceeds, the level of orthophosphite ions in the bath increases, and orthophosphite ions are often precipitated from the plating solutions as insoluble metal orthophosphites. Typically, the source of nickel ions in the autocatalytic plating baths described in the prior art included nickel chloride, nickel sulfate, nickel bromide, nickel fluoroborate, nickel sulfonate, nickel sulfamate, and nickel alkylsulfonates.
[0004] A fim de ter um processo de galvanização autocatalítica contínuo e consistente, os reagentes devem ser repostos. A frequência com que as adições dos reagentes são feitas para o banho depende de quanto se permite que as concentrações das espécies reagentes possam variar a partir de suas concentrações ideais sem afetar negativamente o processo de galvanização, ou simultaneamente o depósito. A reação de galvanização autocatalítica não somente rende um depósito de liga de níquel, como ela também gera subprodutos os quais se acumulam em solução. À medida que aumenta a concentração de subprodutos, a sua influência na reação de galvanização também aumenta.[0004] In order to have a continuous and consistent autocatalytic plating process, the reagents must be replenished. The frequency with which additions of reagents are made to the bath depends on how much the concentrations of the reagent species are allowed to vary from their ideal concentrations without negatively affecting the plating process, or simultaneously the deposit. The autocatalytic plating reaction not only yields a nickel alloy deposit, it also generates by-products which build up in solution. As the concentration of by-products increases, their influence on the plating reaction also increases.
[0005] Revestimentos de níquel-fósforo autocatalítico podem ser quimicamente tratados, por exemplo, corroídos, para produzir revestimentos pretos (Ni-P preto). Estes revestimentos de níquel autocatalítico pretos podem atuar como absorvedores eficientes e podem ser usados como revestimentos de refletância muito baixa em instrumentos ópticos e sensores. Corrosão química de revestimentos de níquel-fósforo autocatalítico normalmente envolve corrosão ácida de ligas de níquel- fósforo de baixo teor fosforoso (1-3% fosforoso) ou médio-baixo teor fosforoso (3-6% fosforoso). Ligas de teor de fósforo mais elevado não são adequadas porque elas são muito resistentes à corrosão para enegrecer como resultado da corrosão ácida. RESUMO[0005] Autocatalytic nickel-phosphorus coatings can be chemically treated, eg corroded, to produce black coatings (Ni-P black). These black autocatalytic nickel coatings can act as efficient absorbers and can be used as very low reflectance coatings on optical instruments and sensors. Chemical corrosion of autocatalytic nickel-phosphorus coatings typically involves acid corrosion of low phosphorus (1-3% phosphorus) or medium-low phosphorus (3-6% phosphorus) nickel-phosphorus alloys. Higher phosphorus content alloys are not suitable because they are too resistant to corrosion to blacken as a result of acid corrosion. ABSTRACT
[0006] Uma modalidade descrita neste documento diz respeito a um banho de galvanização de níquel autocatalítico aquoso para a formação de revestimentos de níquel autocatalítico. O banho de galvanização de níquel autocatalítico aquoso pode incluir níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, pelo menos um de um agente complexante, um agente quelante, e/ou tampão de pH, e um estabilizador de bismuto em que o banho é livre de um composto de enxofre.[0006] An embodiment described in this document concerns an aqueous autocatalytic nickel plating bath for the formation of autocatalytic nickel coatings. The aqueous autocatalytic nickel plating bath can include nickel, a hypophosphorous reducing agent, zinc, at least one of a complexing agent, a chelating agent, and/or pH buffer, and a bismuth stabilizer in which the bath is free. of a sulfur compound.
[0007] Em algumas modalidades, o agente de redução hipofosforoso é selecionado a partir do grupo que consiste em hipofosfito de sódio, hipofosfito de potássio, hipofosfito de amônio, e combinações dos mesmos.[0007] In some embodiments, the hypophosphorous reducing agent is selected from the group consisting of sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, ammonium hypophosphite, and combinations thereof.
[0008] Em outras modalidades, o pelo menos um tampão de pH, agente complexante ou agente quelante pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em ácido acético, ácido fórmico, ácido succínico, ácido malônico, um sal de amônio, ácido lático, ácido málico, ácido cítrico, glicina, alanina, ácido glicólico, lisina, ácido aspártico, ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, misturas de dois ou mais dos tampões de pH, agentes complexantes e/ou agentes quelantes acima podem ser usadas no banho de galvanização de níquel autocatalítico descrito neste documento.[0008] In other embodiments, the at least one pH buffer, complexing agent or chelating agent may be selected from the group consisting of acetic acid, formic acid, succinic acid, malonic acid, an ammonium salt, lactic acid, malic acid, citric acid, glycine, alanine, glycolic acid, lysine, aspartic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and combinations thereof. In some embodiments, mixtures of two or more of the above pH buffers, complexing agents and/or chelating agents can be used in the autocatalytic nickel plating bath described herein.
[0009] Em ainda outras modalidades, o níquel pode ser provido no banho sob a forma de um sal de níquel solúvel em água. O sal de níquel pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em cloreto de níquel, brometo de níquel, iodeto de níquel, acetato de níquel, malato de níquel, um hipofosfito de níquel e combinações dos mesmos.[0009] In still other embodiments, nickel can be provided in the bath in the form of a water-soluble nickel salt. The nickel salt can be selected from the group consisting of nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetate, nickel malate, a nickel hypophosphite and combinations thereof.
[00010] Em outras modalidades, o pH do banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser mantido em cerca de 4.5 a cerca de 5.0, e a temperatura do banho pode ser mantida a cerca de 175°F (aproximadamente 79,4°C) a cerca de 200°F (aproximadamente 93,3°C) durante galvanização.[00010] In other embodiments, the pH of the autocatalytic nickel plating bath can be maintained at about 4.5 to about 5.0, and the bath temperature can be maintained at about 175°F (approximately 79.4°C) at about 200°F (approximately 93.3°C) during galvanizing.
[00011] Em ainda outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir cerca de 2 g/l a cerca de 10 g/l de níquel, cerca de 20 g/l a cerca de 35 g/l de um agente de redução hipofosforoso, cerca de 1 g/l a cerca de 75 g/l cada um do agente complexante, agente quelante, e/ou tampão de pH, cerca de 40 ppm a cerca de 120 ppm zinco, e cerca de 5 ppm a cerca de 30 ppm de um estabilizador de bismuto.[00011] In still other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath may include about 2 g/l to about 10 g/l of nickel, about 20 g/l to about 35 g/l of a hypophosphorous reducing agent , about 1 g/l to about 75 g/l each of the complexing agent, chelating agent, and/or pH buffer, about 40 ppm to about 120 ppm zinc, and about 5 ppm to about 30 ppm of a bismuth stabilizer.
[00012] Em ainda outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir ácido lático, ácido acético, ácido málico, ácido succínico, hipofosfito de sódio, hidróxido de amônio, níquel, zinco e ácido etilenodiaminotetracético (EDTA).[00012] In still other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath can include lactic acid, acetic acid, malic acid, succinic acid, sodium hypophosphite, ammonium hydroxide, nickel, zinc and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
[00013] O banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser usado para formar um depósito ou revestimento de níquel autocatalítico na superfície de um substrato ao pôr em contato ou ao imergir uma superfície do substrato no banho. O pH do banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser mantido em cerca de 4.5 a cerca de 5.0, e a temperatura do banho pode ser mantida a cerca de 175°F (aproximadamente 79,4°C) a cerca de 200°F (aproximadamente 93,3°C) durante galvanização de níquel autocatalítico do substrato. O depósito ou revestimento pode ter um teor fosforoso de cerca de 8% a cerca de 11%.[00013] Autocatalytic nickel plating bath can be used to form a deposit or coating of autocatalytic nickel on the surface of a substrate by contacting or immersing a substrate surface in the bath. The pH of the autocatalytic nickel plating bath can be maintained at about 4.5 to about 5.0, and the bath temperature can be maintained at about 175°F (approximately 79.4°C) to about 200°F ( approximately 93.3°C) during autocatalytic nickel plating of the substrate. The deposit or coating can have a phosphorus content from about 8% to about 11%.
[00014] Em algumas modalidades, o revestimento de níquel autocatalítico pode ser um revestimento superior que é galvanizado sobre um sub-revestimento de níquel autocatalítico de teor fosforoso médio (por exemplo, cerca de 7% a cerca de 9% fosforoso) ou um de teor fosforoso elevado (cerca de 9% a cerca de 13% fosforoso) para formar um depósito ou revestimento duplex ou multicamada.[00014] In some embodiments, the autocatalytic nickel coating may be a top coating that is electroplated onto a medium phosphorus (e.g., about 7% to about 9% phosphorus) autocatalytic nickel subcoat or one of high phosphorus content (about 9% to about 13% phosphorus) to form a deposit or duplex or multilayer coating.
[00015] Em algumas modalidades, o depósito ou revestimento duplex ou multicamada pode, então, ser corroído com um agente de corrosão para prover ao substrato revestido uma superfície preta. O agente de corrosão pode incluir um agente de escurecimento de ferro e um ácido. Em algumas modalidades, o agente de corrosão pode incluir sulfato férrico e ácido clorídrico.[00015] In some embodiments, the deposit or duplex or multilayer coating may then be etched with a corrosive agent to provide the coated substrate with a black surface. The corrosive agent can include an iron blackening agent and an acid. In some embodiments, the corrosive agent can include ferric sulfate and hydrochloric acid.
[00016] Em outras modalidades, o depósito ou revestimento duplex ou multicamada pode ser posto em contato com um banho de galvanização de cobre autocatalítico para prover um revestimento de cobre autocatalítico sobre o revestimento duplex ou multicamada.[00016] In other embodiments, the deposit or duplex or multilayer coating may be contacted with an autocatalytic copper plating bath to provide an autocatalytic copper coating over the duplex or multilayer coating.
[00017] Outras modalidades descritas neste documento dizem respeito a um método para preparar um revestimento de níquel autocatalítico preto multicamada em um substrato. O método inclui pôr em contato o substrato com um primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico para formar um primeiro revestimento de níquel autocatalítico no substrato. O substrato é, então, posto em contato com um segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico para formar um segundo revestimento de níquel autocatalítico sobre o primeiro revestimento autocatalítico. O segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser diferente do primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico e pode incluir níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, um estabilizador de bismuto, e pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH. O segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico é livre de um composto de enxofre. O segundo revestimento de níquel autocatalítico é então corroído com um agente de corrosão para prover ao substrato revestido uma superfície preta.[00017] Other modalities described in this document relate to a method to prepare a multilayer black autocatalytic nickel coating on a substrate. The method includes contacting the substrate with a first autocatalytic nickel plating bath to form a first autocatalytic nickel coating on the substrate. The substrate is then contacted with a second autocatalytic nickel plating bath to form a second autocatalytic nickel coating on top of the first autocatalytic coating. The second autocatalytic nickel plating bath may be different from the first autocatalytic nickel plating bath and may include nickel, a hypophosphorous reducing agent, zinc, a bismuth stabilizer, and at least one of a complexing agent, chelating agent, or pH buffer. The second autocatalytic nickel plating bath is free of a sulfur compound. The second autocatalytic nickel coating is then etched with an etching agent to provide the coated substrate with a black surface.
[00018] Em algumas modalidades, o primeiro revestimento de níquel autocatalítico pode ter um teor fosforoso de cerca de 7% a cerca de 13% em peso. Em outras modalidades, o segundo revestimento de níquel autocatalítico pode ter um teor fosforoso de cerca de 8% a cerca de 11%.[00018] In some embodiments, the first autocatalytic nickel coating may have a phosphorus content from about 7% to about 13% by weight. In other embodiments, the second autocatalytic nickel coating can have a phosphorus content of from about 8% to about 11%.
[00019] Em algumas modalidades, o primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir níquel, um agente de redução hipofosforoso, pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH.[00019] In some embodiments, the first autocatalytic nickel plating bath may include nickel, a hypophosphorous reducing agent, at least one of a complexing agent, chelating agent, or pH buffer.
[00020] Em outras modalidades, o pelo menos um tampão de pH, agente complexante ou agente quelante do segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em um ácido acético, ácido fórmico, ácido succínico, ácido malônico, um sal de amônio, ácido lático, ácido málico, ácido cítrico, glicina, alanina, ácido glicólico, lisina, ácido aspártico, ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, misturas de dois ou mais dos tampões de pH, agentes complexantes e/ou agentes quelantes acima podem ser usadas no segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico descrito neste documento.[00020] In other embodiments, the at least one pH buffer, complexing agent or chelating agent of the second autocatalytic nickel plating bath can be selected from the group consisting of an acetic acid, formic acid, succinic acid, malonic acid , an ammonium salt, lactic acid, malic acid, citric acid, glycine, alanine, glycolic acid, lysine, aspartic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and combinations thereof. In some embodiments, mixtures of two or more of the above pH buffers, complexing agents and/or chelating agents can be used in the second autocatalytic nickel plating bath described herein.
[00021] Em ainda outras modalidades, o níquel pode ser provido no segundo banho de galvanização autocatalítico sob a forma de um sal de níquel solúvel em água. O sal de níquel pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em cloreto de níquel, brometo de níquel, iodeto de níquel, acetato de níquel, malato de níquel, um hipofosfito de níquel e combinações dos mesmos.[00021] In still other embodiments, nickel can be provided in the second autocatalytic galvanizing bath in the form of a water-soluble nickel salt. The nickel salt can be selected from the group consisting of nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetate, nickel malate, a nickel hypophosphite and combinations thereof.
[00022] Em outras modalidades, o pH do segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser mantido em cerca de 4.5 a cerca de 5.0, e a temperatura do banho pode ser mantida a cerca de 175°F (aproximadamente 79,4°C) a cerca de 200°F (aproximadamente 93,3°C) durante galvanização de níquel autocatalítico com o segundo banho de galvanização autocatalítico.[00022] In other embodiments, the pH of the second autocatalytic nickel plating bath can be maintained at about 4.5 to about 5.0, and the bath temperature can be maintained at about 175°F (approximately 79.4°C ) at about 200°F (approximately 93.3°C) during autocatalytic nickel plating with the second autocatalytic plating bath.
[00023] Fig. 1 ilustra um diagrama de fluxo mostrando um processo de galvanização de níquel autocatalítico preto em conformidade com uma modalidade.[00023] Fig. 1 illustrates a flow diagram showing a black autocatalytic nickel plating process in accordance with a modality.
[00024] Fig. 2 ilustra um diagrama de fluxo mostrando um processo de galvanização de cobre-níquel autocatalítico em conformidade com uma outra modalidade[00024] Fig. 2 illustrates a flow diagram showing an autocatalytic copper-nickel plating process in accordance with another modality
[00025] Fig. 3 ilustra um gráfico comparando as taxas de deposição por metal turnover (MTO) de revestimentos de níquel autocatalítico formados usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico em conformidade com uma modalidade do pedido e usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico comercialmente disponível.[00025] Fig. 3 illustrates a graph comparing metal turnover (MTO) deposition rates of autocatalytic nickel coatings formed using an autocatalytic nickel plating bath in accordance with an order modality and using an autocatalytic nickel plating bath commercially available.
[00026] Fig. 4 ilustra um gráfico mostrando o teor fosforoso percentual por metal turnover (MTO) de depósitos de níquel autocatalítico formados usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico em conformidade com uma modalidade do pedido.[00026] Fig. 4 illustrates a graph showing the percent phosphorus content by metal turnover (MTO) of autocatalytic nickel deposits formed using an autocatalytic nickel plating bath in accordance with an order modality.
[00027] Fig. 5 ilustra uma fotografia comparando revestimentos de níquel autocatalítico pretos submetidos a pulverização de sal neutro formados usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico em conformidade com uma modalidade do pedido e usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico comercialmente disponível.[00027] Fig. 5 illustrates a photograph comparing black autocatalytic nickel coatings subjected to neutral salt spray formed using an autocatalytic nickel plating bath in accordance with an application modality and using a commercially available autocatalytic nickel plating bath.
[00028] Fig. 6 ilustra uma fotografia mostrando um revestimento multicamada de cobre-níquel autocatalítico preparado em conformidade com uma modalidade.[00028] Fig. 6 illustrates a photograph showing an autocatalytic copper-nickel multilayer coating prepared in accordance with a modality.
[00029] Fig. 7 ilustra uma fotografia comparando vários depósitos de níquel autocatalítico revestidos com um revestimento de cobre autocatalítico.[00029] Fig. 7 illustrates a photograph comparing several autocatalytic nickel deposits coated with an autocatalytic copper coating.
[00030] No relatório descritivo e nas reivindicações, os quais seguem, referência será feito a um número de termos, os quais devem ser definidos para terem os seguintes significados.[00030] In the specification and claims, which follow, reference will be made to a number of terms, which must be defined to have the following meanings.
[00031] As formas singulares "um", "uma" e "o/a" incluem referentes no plural, a não se que o contexto claramente determine de outra maneira.[00031] The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents, unless the context clearly dictates otherwise.
[00032] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou circunstância descrito (a) subsequentemente pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui casos em que o evento ocorre e casos em que não ocorre.[00032] “Optional” or “optionally” means that the event or circumstance described (a) subsequently may or may not occur, and that the description includes cases where the event occurs and cases where it does not.
[00033] Conforme aqui utilizado, o termo “solvente” pode se referir a um único solvente ou uma mistura de solventes.[00033] As used herein, the term "solvent" may refer to a single solvent or a mixture of solvents.
[00034] É também entendido que termos tais como “superior”, “inferior”, “exterior”, “interior”, e similares, são palavras de conveniência e não devem ser interpretados como termos limitativos. Além disso, sempre que um recurso particular da invenção é dito como compreendendo ou consistindo em, pelo menos, um de um número de elementos de um grupo e as suas combinações, é compreendido que o recurso pode compreender ou consistir em qualquer um dos elementos do grupo, quer individualmente ou em combinação com qualquer um dos outros elementos do referido grupo.[00034] It is also understood that terms such as "superior", "inferior", "exterior", "interior", and the like, are words of convenience and should not be construed as limiting terms. Furthermore, whenever a particular feature of the invention is said to comprise or consist of at least one of a number of elements of a group and their combinations, it is understood that the feature may comprise or consist of any of the elements of the group, either individually or in combination with any of the other elements of said group.
[00035] Linguagem de aproximação, tal como aqui utilizada ao longo do relatório descritivo e reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que pode permissivelmente variar sem resultar em uma mudança na função básica a que ela está relacionada. Por conseguinte, um valor modificado por um ou mais termos, tal como “cerca de” não é para ser limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor.[00035] Approximation language, as used herein throughout the specification and claims, can be applied to modify any quantitative representation that may permissibly vary without resulting in a change in the basic function to which it is related. Therefore, a value modified by one or more terms, such as “about” is not to be limited to the precise value specified. In some cases, the language of approximation can match the accuracy of an instrument to measure value.
[00036] Modalidades descritas neste documento dizem respeito a banhos de galvanização de níquel autocatalítico usados para formar revestimentos de níquel autocatalítico em um substrato, métodos de formação de revestimentos de níquel autocatalítico multicamada em um substrato, e métodos de formação de revestimentos de níquel autocatalítico pretos.[00036] Modalities described in this document relate to autocatalytic nickel plating baths used to form autocatalytic nickel coatings on a substrate, methods of forming multilayer autocatalytic nickel coatings on a substrate, and methods of forming black autocatalytic nickel coatings .
[00037] O banho de galvanização de níquel autocatalítico usado para formar os revestimentos de níquel autocatalítico, revestimentos de níquel autocatalítico multicamada, e/ou revestimentos de níquel autocatalítico pretos descritos neste documento é livre de compostos de enxofre, tais como compostos orgânicos de enxofre, e pode formar um revestimento de níquel autocatalítico livre de enxofre, o qual pode ser uniformemente corroído ou enegrecido para prover um revestimento de níquel autocatalítico preto. O banho de galvanização de níquel autocatalítico substitui compostos de enxofre, os quais têm sido tipicamente empregados em soluções para formar revestimentos de níquel autocatalítico pretos, com compostos contendo metais, tais como zinco e bismuto. A substituição dos compostos de enxofre com o composto contendo metal permite melhorias na operabilidade, estabilidade e uniformidade em relação aos métodos atuais de galvanização de níquel autocatalítico preto.[00037] The autocatalytic nickel plating bath used to form autocatalytic nickel coatings, multilayer autocatalytic nickel coatings, and/or black autocatalytic nickel coatings described in this document is free of sulfur compounds, such as organic sulfur compounds, and can form a sulfur-free autocatalytic nickel coating, which can be uniformly corroded or blackened to provide a black autocatalytic nickel coating. The autocatalytic nickel plating bath replaces sulfur compounds, which have typically been employed in solutions to form black autocatalytic nickel coatings, with metal-containing compounds such as zinc and bismuth. Replacing sulfur compounds with the metal-containing compound allows for improvements in operability, stability and uniformity over current methods of black autocatalytic nickel plating.
[00038] Banhos de galvanização de níquel autocatalítico contendo enxofre usados para formar revestimentos de níquel autocatalítico pretos requerem a adição de componentes gastos (por exemplo, níquel) em momentos precisos (por exemplo, adições feitas pelo menos 5-10 minutos de galvanização para assegurar codeposição de enxofre) a fim de obter um efeito de coloração repetível. Se o tempo não é preciso, o efeito resultante irá alterar a coloração negra ao ponto de possivelmente não produzir a cor desejada. A fim de obter um efeito de coloração repetível. Se o tempo não é preciso, o efeito resultante irá alterar a coloração negra ao ponto de possivelmente não produzir a cor desejada. As composições, banhos e métodos propostos não necessitam de tal adição, além da adição habitual para reabastecer componentes usados, de acordo com a operação normal de um banho de galvanização de níquel autocatalítico.[00038] Sulfur-containing autocatalytic nickel plating baths used to form black autocatalytic nickel coatings require the addition of spent components (eg nickel) at precise times (eg additions made at least 5-10 minutes of plating to ensure sulfur codeposition) in order to obtain a repeatable coloring effect. If time is not accurate, the resulting effect will change the black tint to the point of possibly not producing the desired color. In order to obtain a repeatable coloring effect. If time is not accurate, the resulting effect will change the black tint to the point of possibly not producing the desired color. The proposed compositions, baths and methods do not require such addition, other than the usual addition to replenish used components, in accordance with the normal operation of an autocatalytic nickel plating bath.
[00039] Banhos de galvanização de níquel autocatalítico tendo uma química à base de enxofre também contam com a codeposição do enxofre diretamente no depósito de níquel autocatalítico. O resultado é muitas vezes uma distribuição desigual do enxofre através da superfície do substrato, resultando em uma coloração não uniforme entremeada. Os banhos de galvanização de níquel autocatalítico descritos neste documento não dependem da presença de enxofre, para codeposição, e em vez disso contam com a concentração de bismuto disponível para permitir o enegrecimento do depósito de galvanização de níquel autocatalítico quando exposto a uma solução de corrosão. A presença de compostos de enxofre orgânicos pode provocar a decomposição do composto de enxofre em superfícies de cátodo formando partículas muito pequenas de sulfeto de níquel, que por sua vez, afeta negativamente a dutilidade, estresse interno, condutividade elétrica e resistência à corrosão do depósito. A quebra dos compostos orgânicos em enxofre pode resultar em subprodutos que se acumulam dentro do banho de galvanização de níquel autocatalítico, o que interfere com a deposição do enxofre. Isso limita a idade potencial do banho a 2 metal turnovers (MTOs) antes de problemas começarem a surgir. Os banhos de galvanização de níquel autocatalítico livres de enxofre ou que não contêm enxofre não possuem tal limitação, e podem ser galvanizados por pelo menos 4 MTOs. Durante esse tempo, não há perda de uniformidade ou profundidade de cor da composição de depósito de níquel autocatalítico formado em um substrato do banho de galvanização de níquel autocatalítico.[00039] Autocatalytic nickel plating baths having a sulfur-based chemistry also rely on the codeposition of sulfur directly into the autocatalytic nickel deposit. The result is often an uneven distribution of sulfur across the substrate surface, resulting in a non-uniform interspersed coloration. The autocatalytic nickel plating baths described in this document do not rely on the presence of sulfur for codeposition and instead rely on the available bismuth concentration to allow the autocatalytic nickel plating deposit to blacken when exposed to a corrosion solution. The presence of organic sulfur compounds can cause the sulfur compound to decompose on cathode surfaces forming very small nickel sulfide particles, which in turn negatively affect the ductility, internal stress, electrical conductivity and corrosion resistance of the deposit. The breakdown of organic compounds into sulfur can result in by-products that accumulate within the autocatalytic nickel plating bath, which interferes with sulfur deposition. This limits the bath's potential age to 2 metal turnovers (MTOs) before problems start to arise. Sulfur-free or non-sulphur-containing autocatalytic nickel plating baths have no such limitation, and can be galvanized for at least 4 MTOs. During this time, there is no loss of uniformity or depth of color of the autocatalytic nickel deposit composition formed on an autocatalytic nickel plating bath substrate.
[00040] Vantajosamente a inclusão de zinco no banho de galvanização de níquel autocatalítico faz com que o depósito de níquel autocatalítico seja formado com um teor fosforoso aumentado. Banhos de galvanização de níquel autocatalítico que incluem zinco podem galvanizar a uma taxa mais lenta. Galvanização a uma taxa mais lenta faz com que um depósito de níquel autocatalítico preto seja formado com um teor fosforoso geral aumentado (por exemplo, pelo menos um aumento de 5%) em comparação com depósitos de níquel autocatalítico formados usando química de níquel autocatalítico preto à base de enxofre típica, a qual contém em média 1-5% de fósforo. Depósitos de níquel autocatalítico preto com um teor fosforoso aumentado preparados usando os banhos de galvanização de níquel autocatalítico livres de enxofre descritos neste documento são mais resistentes à corrosão que depósitos de níquel autocatalítico de outra química à base de enxofre disponível.[00040] Advantageously the inclusion of zinc in the autocatalytic nickel plating bath causes the autocatalytic nickel deposit to be formed with an increased phosphorus content. Autocatalytic nickel plating baths that include zinc may galvanize at a slower rate. Galvanizing at a slower rate causes a black autocatalytic nickel deposit to be formed with an increased overall phosphorus content (eg at least a 5% increase) compared to autocatalytic nickel deposits formed using black autocatalytic nickel chemistry. typical sulfur base, which contains on average 1-5% phosphorus. Black autocatalytic nickel deposits with an increased phosphorus content prepared using the sulfur-free autocatalytic nickel plating baths described in this document are more resistant to corrosion than autocatalytic nickel deposits from other available sulfur-based chemistry.
[00041] Em algumas modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico usado para formar o revestimento de níquel autocatalítico, revestimento multicamada, ou revestimento preto é livre de um composto de enxofre e pode incluir uma solução aquosa de níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, pelo menos um de um agente complexante, um agente quelante, e/ou tampão de pH, e um estabilizador de bismuto.[00041] In some embodiments, the autocatalytic nickel plating bath used to form the autocatalytic nickel coating, multilayer coating, or black coating is free of a sulfur compound and may include an aqueous solution of nickel, a hypophosphorous reducing agent , zinc, at least one of a complexing agent, a chelating agent, and/or pH buffer, and a bismuth stabilizer.
[00042] O níquel pode ser provido no banho sob a forma de um sal de níquel solúvel em água. Os sais de níquel solúveis em água podem incluir aqueles os quais solúveis no banho de galvanização e os quais podem render uma solução aquosa de uma concentração predeterminada. O sal de níquel pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em cloreto de níquel, brometo de níquel, iodeto de níquel, acetato de níquel, malato de níquel, um hipofosfito de níquel e combinações dos mesmos. Os sais de níquel solúveis em água podem ser usados sozinhos ou como uma mistura.[00042] Nickel can be provided in the bath in the form of a water-soluble nickel salt. Water-soluble nickel salts can include those which are soluble in the plating bath and which can yield an aqueous solution of a predetermined concentration. The nickel salt can be selected from the group consisting of nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetate, nickel malate, a nickel hypophosphite and combinations thereof. Water-soluble nickel salts can be used alone or as a mixture.
[00043] Em algumas modalidades, a concentração de níquel no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de a partir de cerca de 1 g/L a 70 g/L. Em outras modalidades, a concentração de níquel no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de cerca de 4 g/l a cerca de 6g/L. Revestimentos de níquel autocatalítico formados a partir de banhos de níquel autocatalítico livres de enxofre que incluem cerca de 4 g/l mostraram diminuição no enegrecimento; enquanto que revestimentos de níquel autocatalítico formados a partir de banhos de níquel autocatalítico livres de enxofre com 8 g/l não mostraram aumento no depósito preto resultante.[00043] In some embodiments, the nickel concentration in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 1 g/L to 70 g/L. In other embodiments, the nickel concentration in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 4 g/l to about 6 g/l. Autocatalytic nickel coatings formed from sulfur-free autocatalytic nickel baths that include about 4 g/l showed decreased blackness; while autocatalytic nickel coatings formed from 8 g/l sulfur free autocatalytic nickel baths showed no increase in the resulting black deposit.
[00044] O agente de redução hipofosforoso usado no banho pode incluir qualquer um de uma variedade de agentes de redução hipofosforosos usados em tipos conhecidos dos banhos de galvanização de níquel autocatalítico. Em algumas modalidades, o agente de redução hipofosforoso é selecionado a partir do grupo que consiste em hipofosfito de sódio, hipofosfito de potássio, hipofosfito de amônio, e combinações dos mesmos.[00044] The hypophosphorus reducing agent used in the bath can include any of a variety of hypophosphorus reducing agents used in known types of autocatalytic nickel plating baths. In some embodiments, the hypophosphorous reducing agent is selected from the group consisting of sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, ammonium hypophosphite, and combinations thereof.
[00045] A concentração do agente de redução hipofosforoso na galvanização de níquel autocatalítico pode diferir com os diferentes tipos de agente de redução hipofosforoso e pode ser ajustada para variar a concentração do fósforo no revestimento de níquel autocatalítico que é formado usando o banho. Em algumas modalidades, a concentração do agente de redução hipofosforoso no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de cerca de 15 g/l a cerca de 40 g/L. Em outras modalidades, a concentração do agente de redução hipofosforoso no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de cerca de 20 a cerca de 35 g/L. Uma diminuição na concentração do agente de redução hipofosforoso a partir de cerca de 30 g/l a cerca de 25 g/l pode resultar em uma diminuição no fósforo no revestimento de níquel autocatalítico assim formado por 2%. Esta diminuição no teor de fósforo pode resultar em um preto mais profundo sendo produzido sobre o enegrecimento do revestimento.[00045] The concentration of the hypophosphorous reducing agent in the autocatalytic nickel plating may differ with different types of hypophosphorous reducing agent and can be adjusted to vary the phosphorus concentration in the autocatalytic nickel coating that is formed using the bath. In some embodiments, the concentration of hypophosphorous reducing agent in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 15 g/l to about 40 g/l. In other embodiments, the concentration of hypophosphorous reducing agent in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 20 to about 35 g/L. A decrease in the concentration of hypophosphorous reducing agent from about 30 g/l to about 25 g/l can result in a decrease in phosphorus in the thus formed autocatalytic nickel coating by 2%. This decrease in phosphorus content can result in a deeper black being produced over the blackening of the coating.
[00046] O zinco ou os íons de zinco podem ser incorporados ao banho de galvanização de níquel autocatalítico através da introdução de um composto de zinco no banho. Exemplos do composto de zinco são o carbonato de zinco, óxido de zinco, cloreto de zinco, benzoato de zinco, nitrato de zinco, fosfato de zinco, estearato de zinco, e salicilato de zinco.[00046] Zinc or zinc ions can be incorporated into the autocatalytic nickel plating bath by introducing a zinc compound into the bath. Examples of the zinc compound are zinc carbonate, zinc oxide, zinc chloride, zinc benzoate, zinc nitrate, zinc phosphate, zinc stearate, and zinc salicylate.
[00047] Em algumas modalidades, a concentração de zinco no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de cerca de 40 ppm a cerca de 120 ppm. Uma concentração de zinco no banho de galvanização de níquel autocatalítico abaixo de 40 ppm pode resultar em uma perda de cor do revestimento de níquel autocatalítico formado a partir do banho. Uma concentração de zinco no banho de galvanização de níquel autocatalítico acima de 100 ppm não afetou negativamente a cor do revestimento de níquel autocatalítico formado a partir do banho, mas a taxa de galvanização diminuiu de forma substancial.[00047] In some embodiments, the zinc concentration in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 40 ppm to about 120 ppm. A zinc concentration in the autocatalytic nickel plating bath below 40 ppm can result in a loss of color from the autocatalytic nickel coating formed from the bath. A zinc concentration in the autocatalytic nickel plating bath above 100 ppm did not negatively affect the color of the autocatalytic nickel coating formed from the bath, but the plating rate decreased substantially.
[00048] O estabilizador de bismuto pode ser incorporado ao banho de galvanização de níquel autocatalítico pela introdução de um sal de bismuto ao banho, tal como tricloreto de bismuto ou nitrato de bismuto. A concentração do estabilizador de bismuto no banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de cerca de 5 ppm a cerca de 30 ppm. Quão mais elevada a concentração de estabilizador de bismuto provida no banho de galvanização de níquel autocatalítico mais profunda a cor preta que pode ser produzida a partir de um revestimento de níquel autocatalítico formado a partir do banho. Em concentração do estabilizador de bismuto sobre cerca de 30 ppm, o banho pode se tornar super-estabilizado e galvanização adicional é inibida.[00048] The bismuth stabilizer can be incorporated into the autocatalytic nickel plating bath by introducing a bismuth salt to the bath, such as bismuth trichloride or bismuth nitrate. The concentration of bismuth stabilizer in the autocatalytic nickel plating bath can be from about 5 ppm to about 30 ppm. The higher the concentration of bismuth stabilizer provided in the autocatalytic nickel plating bath, the deeper the black color that can be produced from an autocatalytic nickel coating formed from the bath. At bismuth stabilizer concentration above about 30 ppm, the bath can become over-stabilized and further plating is inhibited.
[00049] Em algumas modalidades, um agente complexante ou uma mistura de agentes complexantes pode/podem ser incluído (s) no banho de galvanização de níquel autocatalítico. Agentes complexantes como usado neste documento também pode incluir agentes quelantes. Os agentes complexantes e/ou agentes quelantes geralmente retardam a precipitação de íons de níquel a partir da solução de galvanização na forma de sais insolúveis, tais como fosfitos, através da formação de um complexo de níquel mais estável com os íons de níquel e proveem uma taxa moderada da reação de precipitação de níquel.[00049] In some embodiments, a complexing agent or a mixture of complexing agents may/may be included(s) in the autocatalytic nickel plating bath. Complexing agents as used in this document may also include chelating agents. Complexing agents and/or chelating agents generally retard the precipitation of nickel ions from the plating solution in the form of insoluble salts, such as phosphites, by forming a more stable nickel complex with nickel ions and providing a moderate rate of nickel precipitation reaction.
[00050] Os agentes complexantes e/ou agentes quelantes podem ser incluídos no banho de galvanização em quantidades suficientes para complexar os íons de níquel presentes no banho e para adicionalmente solubilizar os produtos de degradação de hipofosfito formados durante o processo de galvanização. Geralmente agentes complexantes e/ou agentes quelantes são empregados em quantidades de até cerca de 200 g/l com quantidades de cerca de 1 a cerca de 75 g/l sendo mais típicas. Em outras modalidades, os agentes complexantes e/ou agentes quelantes são providos no banho de galvanização de níquel autocatalítico em quantidades de a partir de cerca de 20 a cerca de 40 g/l.[00050] Complexing agents and/or chelating agents can be included in the plating bath in amounts sufficient to complex the nickel ions present in the bath and to further solubilize the hypophosphite degradation products formed during the plating process. Generally complexing agents and/or chelating agents are employed in amounts of up to about 200 g/l with amounts from about 1 to about 75 g/l being more typical. In other embodiments, complexing agents and/or chelating agents are provided in the autocatalytic nickel plating bath in amounts of from about 20 to about 40 g/l.
[00051] Uma variedade de agentes complexantes, usados em soluções de galvanização de níquel autocatalítico, pode ser usada. Exemplos específicos dos agentes complexantes podem incluir ácidos monocarboxílicos, tais como ácido glicólico, ácido lático, ácido glucônico ou ácido propiónico, ácidos dicarboxílicos, tais como ácido málico, ácido malónico, ácido succínico, ácido tartárico, ácido oxálico ou ácido adípico, ácidos aminocarboxílicos, tais como glicina ou alanina, derivados de etilenodiamina, tais como tetra-acetato de etilenodiamina, versenol (ácido N-hidroxietil-etilenodiamina N, N ‘, N’-triacético) ou quadrol (N, N, N’, N’- tetrahidroxietil etileno diamina), ácidos fosfônicos, tais como ácido 1- hidroxietano-1,1-difosfônico, ácido etilenodiamina tetrametileno fosfônico e os seus sais solúveis em água. Os agentes complexantes podem ser utilizados tanto sozinhos quanto em combinação.[00051] A variety of complexing agents, used in autocatalytic nickel plating solutions, can be used. Specific examples of complexing agents may include monocarboxylic acids such as glycolic acid, lactic acid, gluconic acid or propionic acid, dicarboxylic acids such as malic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, oxalic acid or adipic acid, aminocarboxylic acids, such as glycine or alanine, ethylenediamine derivatives such as ethylenediamine tetraacetate, versenol (N,N',N'-triacetic acid N,N',N'-hydroxyethyl) or quadrol (N,N,N',N'-tetrahydroxyethyl acid ethylene diamine), phosphonic acids, such as 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid, ethylenediamine tetramethylene phosphonic acid and their water-soluble salts. Complexing agents can be used either alone or in combination.
[00052] Alguns agentes complexantes, tais como ácido acético ou succínico, por exemplo, podem também atuar como um agente tampão de pH, e a concentração apropriada de tais componentes aditivos pode ser otimizada para qualquer banho de galvanização após consideração da sua dupla funcionalidade.[00052] Some complexing agents, such as acetic or succinic acid, for example, can also act as a pH buffering agent, and the appropriate concentration of such additive components can be optimized for any plating bath after consideration of its dual functionality.
[00053] Em algumas modalidades, pelo menos um tampão de pH, agente complexante, ou agente quelante pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em um ácido acético, ácido fórmico, ácido succínico, ácido malônico, um sal de amônio, ácido lático, ácido málico, ácido cítrico, glicina, alanina, ácido glicólico, lisina, ácido aspártico, ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, misturas de dois ou mais dos tampões de pH, agentes complexantes e/ou agentes quelantes acima podem ser usadas no banho de galvanização de níquel autocatalítico descrito neste documento, com cada tampão de pH, agente complexante e/ou agente quelante sendo provido a uma concentração de cerca de 1 a cerca de 75 g/l.[00053] In some embodiments, at least one pH buffer, complexing agent, or chelating agent may be selected from the group consisting of an acetic acid, formic acid, succinic acid, malonic acid, an ammonium salt, lactic acid , malic acid, citric acid, glycine, alanine, glycolic acid, lysine, aspartic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and combinations thereof. In some embodiments, mixtures of two or more of the above pH buffers, complexing agents and/or chelating agents can be used in the autocatalytic nickel plating bath described herein, with each pH buffer, complexing agent and/or chelating agent being provided at a concentration of from about 1 to about 75 g/l.
[00054] O banho de galvanização pode também conter, em adição aos componentes acima, aditivos com vários tipos de finalidades, desde que as propriedades do banho de galvanização não sejam deterioradas.[00054] The galvanizing bath can also contain, in addition to the above components, additives with various types of purposes, provided that the properties of the galvanizing bath are not deteriorated.
[00055] Os banhos de galvanização de níquel autocatalítico aquosos podem ser operados ou mantidos a um pH de cerca de 4.5 a cerca de 5.0 durante galvanização de níquel autocatalítico do substrato. Com esta faixa de pH, se permite que a reação de redução pelo agente de redução hipofosforoso ocorra eficientemente para prevenir decomposição do agente de redução hipofosforoso bem como para prevenir que o desempenho de precipitação para galvanização seja deteriorado e para prevenir que o banho de galvanização seja decomposto. Além disso, com esta faixa de pH, é possível prevenir que o banho de galvanização seja reduzido no que diz respeito à estabilidade como resultado do potencial de redução excessivamente elevado do agente de redução.[00055] Aqueous autocatalytic nickel plating baths can be operated or maintained at a pH of about 4.5 to about 5.0 during autocatalytic nickel plating of the substrate. With this pH range, the reduction reaction by the hypophosphorous reducing agent is allowed to occur efficiently to prevent decomposition of the hypophosphorous reducing agent as well as to prevent the precipitation performance for plating from being deteriorated and to prevent the plating bath from being decomposed. Furthermore, with this pH range, it is possible to prevent the plating bath from being reduced with respect to stability as a result of the excessively high reduction potential of the reducing agent.
[00056] Pelo menos um agente de ajuste de pH pode ser usado para ajustar o pH para a faixa acima. Quando o pH do banho é muito elevado, pode ser ajustado pela adição, por exemplo, de um ácido. Quando o pH do banho é muito baixo, ele pode ser ajustado pela adição, por exemplo, de hidróxido de amônio.[00056] At least one pH adjusting agent can be used to adjust the pH to the above range. When the pH of the bath is too high, it can be adjusted by adding, for example, an acid. When the pH of the bath is too low, it can be adjusted by adding, for example, ammonium hydroxide.
[00057] A estabilidade do pH operacional do banho de galvanização pode ser controlada pela adição de vários compostos tampão, tais como ácido acético, ácido propiônico, ácido bórico, ou semelhantes, em quantidades de até cerca de 30 g/l com quantidades de a partir de cerca de 2 a cerca de 30 g/l sendo típicas. Como observado acima, alguns dos compostos tampão tais como ácido acético e ácido succínico também podem funcionar como agentes de complexação.[00057] The stability of the operating pH of the galvanizing bath can be controlled by adding various buffer compounds, such as acetic acid, propionic acid, boric acid, or the like, in amounts up to about 30 g/l with amounts of a from about 2 to about 30 g/l being typical. As noted above, some of the buffer compounds such as acetic acid and succinic acid can also function as complexing agents.
[00058] Em conformidade com os métodos descritos neste documento, um substrato pode ser galvanizado com o banho de galvanização de níquel autocatalítico para prover um depósito ou revestimento de níquel autocatalítico no substrato. O substrato pode ser qualquer substrato capaz de suportar o revestimento de níquel autocatalítico, mas é tipicamente um material para o qual o revestimento de níquel autocatalítico exibe uma afinidade suficiente para formar um revestimento estável sobre o mesmo. Os substratos podem ser materiais inorgânicos, tais como metais ou materiais orgânicos, tais como plásticos ou materiais compósitos, por exemplo, polímeros orgânicos que compreendem material de enchimento inorgânico. Em uma modalidade, o substrato é um substrato de metal. Exemplos não limitativos de substratos metálicos incluem ferro, crômio, níquel, cobalto, cobre, alumínio, titânio, e outros semelhantes. Em uma outra modalidade, o substrato compreende aço. Em uma modalidade, o substrato compreende aço de liga baixa, por exemplo aço carbono de liga baixa.[00058] In accordance with the methods described in this document, a substrate can be electroplated with the autocatalytic nickel plating bath to provide a deposit or coating of autocatalytic nickel on the substrate. The substrate can be any substrate capable of supporting the autocatalytic nickel coating, but is typically a material for which the autocatalytic nickel coating exhibits sufficient affinity to form a stable coating thereon. The substrates can be inorganic materials such as metals or organic materials such as plastics or composite materials, for example organic polymers comprising inorganic filler material. In one embodiment, the substrate is a metal substrate. Non-limiting examples of metallic substrates include iron, chromium, nickel, cobalt, copper, aluminum, titanium, and the like. In another embodiment, the substrate comprises steel. In one embodiment, the substrate comprises low alloy steel, for example low alloy carbon steel.
[00059] O substrato pode ser galvanizado ao pôr o substrato em contato com ou imergir o substrato no banho de galvanização por um tempo de duração eficaz para formar um revestimento de níquel autocatalítico ou depósito em uma superfície desejável do substrato. Em algumas modalidades, o substrato pode ser limpo ou pré-processado antes da galvanização. Durante galvanização, o banho pode ser mantido a uma temperatura de banho de cerca de 175°F (aproximadamente 79,4°C) a cerca de 200°F (aproximadamente 93,3°C). A duração de contato do banho de galvanização de níquel autocatalítico com o substrato sendo galvanizado determinará a espessura do revestimento de níquel autocatalítico. Tipicamente, um tempo de contato pode variar entre tão pouco quanto cerca de um minuto a várias horas ou mesmo vários dias.[00059] The substrate can be galvanized by contacting the substrate with or immersing the substrate in the plating bath for an effective duration time to form an autocatalytic nickel coating or deposit on a desirable surface of the substrate. In some embodiments, the substrate can be cleaned or pre-processed prior to plating. During galvanizing, the bath can be maintained at a bath temperature of from about 175°F (approximately 79.4°C) to about 200°F (approximately 93.3°C). The duration of contact of the autocatalytic nickel plating bath with the substrate being plated will determine the thickness of the autocatalytic nickel coating. Typically, contact time can range from as little as about a minute to several hours or even several days.
[00060] Durante a deposição do depósito ou revestimento de níquel autocatalítico, agitação moderada pode ser empregada. A agitação moderada pode ser, por exemplo, uma agitação de ar moderada, agitação mecânica, circulação de banho por bombeamento, a rotação de um barril para a galvanização de barril, etc. O banho de galvanização de níquel autocatalítico também pode ser submetido a um tratamento de filtração periódica ou contínua para reduzir o nível de contaminantes no seu interior. Reposição dos constituintes do banho também pode ser realizada, em algumas modalidades, em uma base periódica ou contínua para manter a concentração de constituintes, e em particular, a concentração de íons de níquel e íons hipofosfito, bem como o nível de pH dentro dos limites desejados.[00060] During deposition of the deposit or coating of autocatalytic nickel, moderate agitation may be employed. Moderate agitation can be, for example, moderate air agitation, mechanical agitation, bath circulation by pumping, rotation of a barrel for barrel galvanizing, etc. The autocatalytic nickel plating bath can also undergo periodic or continuous filtration treatment to reduce the level of contaminants inside. Replacement of bath constituents can also be carried out, in some embodiments, on a periodic or continuous basis to maintain the concentration of constituents, and in particular the concentration of nickel ions and hypophosphite ions, as well as the pH level within limits. desired.
[00061] O substrato revestido de níquel autocatalítico assim formado pode ser removido do banho de galvanização de níquel autocatalítico e enxaguado, por exemplo, com água deionizada.[00061] The autocatalytic nickel coated substrate thus formed can be removed from the autocatalytic nickel plating bath and rinsed, for example, with deionized water.
[00062] O revestimento de níquel autocatalítico formado em uma superfície do substrato usando o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ter uma espessura relativamente uniforme. Em uma modalidade, o revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 250 mícrons. Em uma outra modalidade, o revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 100 mícrons. Em ainda uma outra modalidade, o revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 10 mícrons. O revestimento de níquel autocatalítico pode também ter um teor fosforoso de cerca de 8% a cerca de 11%.[00062] The autocatalytic nickel coating formed on a substrate surface using the autocatalytic nickel plating bath can have a relatively uniform thickness. In one embodiment, the autocatalytic nickel coating can have an average thickness in a range from about 1 micron to about 250 microns. In another embodiment, the autocatalytic nickel coating can have an average thickness in a range from about 1 micron to about 100 microns. In yet another embodiment, the autocatalytic nickel coating can have an average thickness in a range from about 1 micron to about 10 microns. The autocatalytic nickel coating can also have a phosphorus content of from about 8% to about 11%.
[00063] Em algumas modalidades, o revestimento de níquel autocatalítico pode ser um revestimento superior que é galvanizado sobre um sub-revestimento de níquel autocatalítico de teor fosforoso médio (por exemplo, cerca de 7% a cerca de 9% fosforoso) ou um de teor fosforoso elevado (cerca de 9% a cerca de 13% fosforoso) para formar um depósito ou revestimento de níquel autocatalítico duplex ou multicamada. O revestimento de níquel autocatalítico duplex ou multicamada pode vantajosamente ser enegrecido para formar um revestimento de níquel autocatalítico preto.[00063] In some embodiments, the autocatalytic nickel coating may be a top coating that is electroplated onto a medium phosphorus (e.g., about 7% to about 9% phosphorus) autocatalytic nickel subcoat or one of high phosphorus content (about 9% to about 13% phosphorus) to form a duplex or multilayer autocatalytic nickel deposit or coating. The duplex or multilayer autocatalytic nickel coating may advantageously be blackened to form a black autocatalytic nickel coating.
[00064] Fig. 1 ilustra um diagrama de fluxo mostrando um método 10 de preparação de um revestimento de níquel autocatalítico preto em um substrato. No método 10, na etapa 12 um substrato pode ser posto em contato com um primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, por exemplo, pela imersão do substrato no primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, para formar um primeiro revestimento de níquel autocatalítico no substrato. O primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir níquel, um agente de redução hipofosforoso, pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH, e, opcionalmente, um composto de enxofre, tais como, tiossulfatos, ácido tiônico, ou tioureia para prover um sub-revestimento de teor fosforoso médio ou um de teor fosforoso elevado[00064] Fig. 1 illustrates a flow diagram showing a
[00065] Um exemplo de um banho de galvanização de níquel autocatalítico que pode ser usado para produzir um revestimento de níquel autocatalítico de teor fosforoso elevado pode incluir cerca de 6 g/l níquel, cerca de 36 g/l hipofosfito de sódio, cerca de 20 g/l ácido málico, cerca de 15 g/l ácido lático, cerca de 5 g/l ácido succínico, e cerca de 0.4 ppm chumbo.[00065] An example of an autocatalytic nickel plating bath that can be used to produce a high phosphorus autocatalytic nickel coating may include about 6 g/l nickel, about 36 g/l sodium hypophosphite, about 20 g/l malic acid, about 15 g/l lactic acid, about 5 g/l succinic acid, and about 0.4 ppm lead.
[00066] Um exemplo de um banho de galvanização de níquel autocatalítico que pode ser usado para produzir um revestimento de níquel autocatalítico de teor fosforoso médio pode incluir cerca de 6 g/l níquel, cerca de 30 g/l hipofosfito de sódio, cerca de 12 g/l ácido málico, cerca de 18 g/l ácido lático, cerca de 14 g/l ácido acético, 1.0 ppm tioureia, e cerca de 1.0 ppm chumbo.[00066] An example of an autocatalytic nickel plating bath that can be used to produce an autocatalytic nickel coating of medium phosphorus content may include about 6 g/l nickel, about 30 g/l sodium hypophosphite, about 12 g/l malic acid, about 18 g/l lactic acid, about 14 g/l acetic acid, 1.0 ppm thiourea, and about 1.0 ppm lead.
[00067] O revestimento de níquel autocatalítico formado em uma superfície do substrato usando o primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ter uma espessura relativamente uniforme. Em uma modalidade, o sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 5 mícron a cerca de 250 mícrons, ou cerca de 5 mícrons a cerca de 100 mícrons. Em algumas modalidades, a espessura do sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ser pelo menos duas vezes, três vezes, quatro vezes ou cinco vezes maior do que a espessura do revestimento superior. Em ainda uma outra modalidade, o sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 5 mícron a cerca de 15 mícrons. O revestimento de níquel autocatalítico pode também ter um teor fosforoso de cerca de 7% a cerca de 13%.[00067] The autocatalytic nickel coating formed on a substrate surface using the first autocatalytic nickel plating bath can have a relatively uniform thickness. In one embodiment, the autocatalytic nickel subcoat can have an average thickness in a range from about 5 microns to about 250 microns, or about 5 microns to about 100 microns. In some embodiments, the thickness of the autocatalytic nickel undercoat may be at least twice, three times, four times, or five times greater than the thickness of the top coat. In yet another embodiment, the autocatalytic nickel subcoat can have an average thickness in a range from about 5 microns to about 15 microns. The autocatalytic nickel coating can also have a phosphorus content from about 7% to about 13%.
[00068] Após a formação do primeiro sub-revestimento de níquel autocatalítico na superfície do substrato, na etapa 14, o substrato revestido pode ser removido do primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, opcionalmente enxaguado, e depois posto em contato com o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico para formar um segundo revestimento de níquel autocatalítico sobre o primeiro revestimento autocatalítico. O substrato revestido pode ser posto em contato com o segundo banho de galvanização autocatalítico, por exemplo, pela imersão do substrato revestido no segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico por um tempo de duração eficaz para formar o segundo revestimento de níquel autocatalítico ou revestimento superior.[00068] After the formation of the first autocatalytic nickel subcoat on the substrate surface, in
[00069] O segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser diferente do primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico e ser formulado de tal modo que ele é livre de um composto de enxofre como descrito acima. Em algumas modalidades, o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico inclui níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, um estabilizador de bismuto, e pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH, e é livre de um composto de enxofre. Em outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir ácido lático, ácido acético, ácido málico, ácido succínico, hipofosfito de sódio, hidróxido de amônio, níquel, zinco e ácido etilenodiaminotetracético. Em ainda outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir cerca de 2 g/l a cerca de 10 g/l níquel, cerca de 20 g/l a cerca de 35 g/l de um agente de redução hipofosforoso, cerca de 1 g/l a cerca de 75 g/l cada um do agente complexante, agente quelante, e/ou tampão de pH, cerca de 40 ppm a cerca de 120 ppm zinco, e cerca de 5 ppm a cerca de 30 ppm de um estabilizador de bismuto.[00069] The second autocatalytic nickel plating bath may be different from the first autocatalytic nickel plating bath and be formulated in such a way that it is free of a sulfur compound as described above. In some embodiments, the second autocatalytic nickel plating bath includes nickel, a hypophosphorous reducing agent, zinc, a bismuth stabilizer, and at least one of a complexing agent, chelating agent, or pH buffer, and is free of a sulfur compound. In other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath can include lactic acid, acetic acid, malic acid, succinic acid, sodium hypophosphite, ammonium hydroxide, nickel, zinc, and ethylenediaminetetraacetic acid. In still other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath can include about 2 g/l to about 10 g/l nickel, about 20 g/l to about 35 g/l of a hypophosphorous reducing agent, about 1 g/l to about 75 g/l each of complexing agent, chelating agent, and/or pH buffer, about 40 ppm to about 120 ppm zinc, and about 5 ppm to about 30 ppm of a stabilizer of bismuth.
[00070] O segundo revestimento de níquel autocatalítico formado no primeiro revestimento de níquel autocatalítico usando o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de espessura relativamente uniforme e de uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 100 mícrons. Em algumas modalidades, a espessura média pode ser menor do que a espessura do primeiro revestimento de níquel autocatalítico e estar em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 10 mícrons. O segundo revestimento de níquel autocatalítico pode também ter um teor fosforoso de cerca de 8% a cerca de 11%.[00070] The second autocatalytic nickel coating formed on the first autocatalytic nickel coating using the second autocatalytic nickel plating bath can be of relatively uniform thickness and of an average thickness in a range from about 1 micron to about 100 microns. In some embodiments, the average thickness may be less than the thickness of the first autocatalytic nickel coating and range from about 1 micron to about 10 microns. The second autocatalytic nickel coating can also have a phosphorus content of from about 8% to about 11%.
[00071] Após a formação do segundo revestimento superior de níquel autocatalítico sobre o primeiro revestimento de níquel autocatalítico, na etapa 16, o substrato revestido multicamada ou duplex pode ser removido do segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico, opcionalmente enxaguado, e então corroído com um agente de corrosão para prover ao substrato revestido uma superfície preta. O agente de corrosão pode incluir uma solução aquosa de um agente de escurecimento de ferro e um ácido. Em algumas modalidades, o agente de corrosão pode incluir uma solução aquosa de sulfato férrico e ácido clorídrico. Em ainda outras modalidades, o agente de corrosão pode incluir sulfato férrico, ácido clorídrico, e intensificador de reação, tal como iodato de potássio. A temperatura do agente de corrosão pode ser de cerca de 70°F (aproximadamente 21°C) a 90°F (aproximadamente 32°C) e o substrato revestido pode ser imerso no agente de corrosão por um tempo de duração eficaz para enegrecer o revestimento, por exemplo, por cerca de 1 minuto a cerca de 3 minutos.[00071] After the formation of the second autocatalytic nickel top coating over the first autocatalytic nickel coating, in
[00072] Na remoção do substrato revestido de níquel autocatalítico preto a partir do agente de corrosão, o substrato pode ser enxaguado e seco. O revestimento autocatalítico preto assim formado tem um depósito consistentemente uniforme de níquel autocatalítico preto com uma espessura uniforme e coloração preta, a qual não é entremeada.[00072] In removing the black autocatalytic nickel coated substrate from the corroding agent, the substrate can be rinsed and dried. The black autocatalytic coating thus formed has a consistently uniform deposit of black autocatalytic nickel with a uniform thickness and black coloration, which is not streaked.
[00073] Em outras modalidades, o revestimento de níquel autocatalítico duplex ou multicamada pode, vantajosamente, ser adicionalmente galvanizado com um outro material para modificar o revestimento. Fig. 2 ilustra um diagrama de fluxo mostrando um método 20 de preparação de um revestimento de cobre-níquel autocatalítico em um substrato. No método 20, na etapa 22 um substrato pode ser posto em contato com um primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, por exemplo, pela imersão do substrato no primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, para formar um primeiro revestimento de níquel autocatalítico no substrato. O primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir níquel, um agente de redução hipofosforoso, pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH, e, opcionalmente, um composto de enxofre, tais como, tiossulfatos, ácido tiônico, ou tioureia para prover um sub-revestimento de teor fosforoso médio ou um de teor fosforoso elevado[00073] In other embodiments, the duplex or multilayer autocatalytic nickel coating can advantageously be additionally galvanized with another material to modify the coating. Fig. 2 illustrates a flow diagram showing a
[00074] O revestimento de níquel autocatalítico formado em uma superfície do substrato usando o primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ter uma espessura relativamente uniforme. Em uma modalidade, o sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 5 mícron a cerca de 250 mícrons, ou cerca de 5 mícrons a cerca de 100 mícrons. Em algumas modalidades, a espessura do sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ser pelo menos duas vezes, três vezes, quatro vezes ou mais vezes maior do que a espessura do revestimento superior. Em ainda uma outra modalidade, o sub-revestimento de níquel autocatalítico pode ter uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 5 mícron a cerca de 15 mícrons. O revestimento de níquel autocatalítico pode também ter um teor fosforoso de cerca de 7% a cerca de 13%.[00074] The autocatalytic nickel coating formed on a substrate surface using the first autocatalytic nickel plating bath can have a relatively uniform thickness. In one embodiment, the autocatalytic nickel subcoat can have an average thickness in a range from about 5 microns to about 250 microns, or about 5 microns to about 100 microns. In some embodiments, the thickness of the autocatalytic nickel undercoat may be at least twice, three times, four times, or more times greater than the thickness of the top coat. In yet another embodiment, the autocatalytic nickel subcoat can have an average thickness in a range from about 5 microns to about 15 microns. The autocatalytic nickel coating can also have a phosphorus content from about 7% to about 13%.
[00075] Após a formação do primeiro sub-revestimento de níquel autocatalítico na superfície do substrato, na etapa 24, o substrato revestido pode ser removido do primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico, opcionalmente enxaguado, e depois posto em contato com o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico para formar um segundo revestimento de níquel autocatalítico sobre o primeiro revestimento autocatalítico. O substrato revestido pode ser posto em contato com o segundo banho de galvanização autocatalítico, por exemplo, pela imersão do substrato revestido no segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico por um tempo de duração eficaz para formar o segundo revestimento de níquel autocatalítico ou revestimento superior.[00075] After the formation of the first autocatalytic nickel subcoat on the substrate surface, in
[00076] O segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser diferente do primeiro banho de galvanização de níquel autocatalítico e ser formulado de tal modo que ele é livre de um composto de enxofre como descrito acima. Em algumas modalidades, o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico inclui níquel, um agente de redução hipofosforoso, zinco, um estabilizador de bismuto, e pelo menos um de um agente complexante, agente quelante, ou tampão de pH, e é livre de um composto de enxofre. Em outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir ácido lático, ácido acético, ácido málico, ácido succínico, hipofosfito de sódio, hidróxido de amônio, níquel, zinco e ácido etilenodiaminotetracético. Em ainda outras modalidades, o banho de galvanização de níquel autocatalítico pode incluir cerca de 2 g/l a cerca de 10 g/l de níquel, cerca de 20 g/l a cerca de 35 g/l agente de redução hipofosforoso, cerca de 1 g/l a cerca de 75 g/l cada um do agente complexante, agente quelante, e/ou tampão de pH, cerca de 40 ppm a cerca de 120 ppm zinco, e cerca de 5 ppm a cerca de 30 ppm estabilizador de bismuto.[00076] The second autocatalytic nickel plating bath can be different from the first autocatalytic nickel plating bath and be formulated in such a way that it is free of a sulfur compound as described above. In some embodiments, the second autocatalytic nickel plating bath includes nickel, a hypophosphorous reducing agent, zinc, a bismuth stabilizer, and at least one of a complexing agent, chelating agent, or pH buffer, and is free of a sulfur compound. In other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath can include lactic acid, acetic acid, malic acid, succinic acid, sodium hypophosphite, ammonium hydroxide, nickel, zinc, and ethylenediaminetetraacetic acid. In still other embodiments, the autocatalytic nickel plating bath can include about 2 g/l to about 10 g/l nickel, about 20 g/l to about 35 g/l hypophosphorous reducing agent, about 1 g about 75 g/l each of the complexing agent, chelating agent, and/or pH buffer, about 40 ppm to about 120 ppm zinc, and about 5 ppm to about 30 ppm bismuth stabilizer.
[00077] O segundo revestimento de níquel autocatalítico formado no primeiro revestimento de níquel autocatalítico usando o segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico pode ser de espessura relativamente uniforme e de uma espessura média em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 100 mícrons. Em algumas modalidades, a espessura média pode ser menor do que a espessura do primeiro revestimento de níquel autocatalítico e ser em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 10 mícrons. O segundo revestimento de níquel autocatalítico pode também ter um teor fosforoso de cerca de 8% a cerca de 11%.[00077] The second autocatalytic nickel coating formed on the first autocatalytic nickel coating using the second autocatalytic nickel plating bath can be of relatively uniform thickness and of an average thickness in a range from about 1 micron to about 100 microns. In some embodiments, the average thickness may be less than the thickness of the first autocatalytic nickel coating and be in a range of from about 1 micron to about 10 microns. The second autocatalytic nickel coating can also have a phosphorus content of from about 8% to about 11%.
[00078] Após a formação do segundo revestimento superior de níquel autocatalítico sobre o primeiro revestimento de níquel autocatalítico, na etapa 26, o substrato revestido multicamada ou duplex pode ser removido do segundo banho de galvanização de níquel autocatalítico, opcionalmente enxaguado, e então imerso em uma solução ácida, tal como uma solução de ácido clorídrico, para reativar a superfície do revestimento. A reativação da superfície usando uma solução de ácido foi verificada como melhorando vantajosamente a deposição de cobre na subsequente etapa de revestimento de cobre.[00078] After the formation of the second autocatalytic nickel top coating on the first autocatalytic nickel coating, in
[00079] Após a reativação do revestimento duplex, na etapa 28, o substrato revestido multicamada ou duplex pode ser removido da solução ácida, opcionalmente enxaguado, e depois posto em contato com um banho de galvanização de cobre autocatalítico, por exemplo, pela imersão do substrato revestido duplex no banho de galvanização de cobre autocatalítico. O banho de galvanização de cobre autocatalítico pode incluir uma solução aquosa de sulfato de cobre penta-hidratado e ácido sulfúrico. O substrato revestido pode ser imerso no banho de galvanização de cobre autocatalítico por um tempo de duração eficaz para formar um revestimento de cobre, por exemplo, por cerca de 1 minuto a cerca de 3 minutos.[00079] After reactivation of the duplex coating, in
[00080] Na remoção do substrato revestido de cobre-níquel autocatalítico a partir do banho de galvanização de cobre autocatalítico, o substrato pode ser enxaguado e seco. O revestimento de cobre-níquel autocatalítico assim formado teve um depósito consistentemente uniforme com uma espessura uniforme e coloração cobre.[00080] In removing the autocatalytic copper-nickel coated substrate from the autocatalytic copper plating bath, the substrate can be rinsed and dried. The autocatalytic copper-nickel coating thus formed had a consistently uniform deposit with a uniform thickness and copper coloration.
[00081] Os seguintes exemplos ilustram as soluções da galvanização de níquel autocatalítico da invenção. Salvo indicação em contrário nos seguintes exemplos, no relatório descritivo e nas reivindicações escritos, todas as partes e percentagens são em peso, as temperaturas são em graus centígrados e a pressão é a, ou próximo da, pressão atmosférica. Exemplo 1[00081] The following examples illustrate the autocatalytic nickel plating solutions of the invention. Unless otherwise indicated in the following examples, specification, and written claims, all parts and percentages are by weight, temperatures are in degrees Centigrade, and pressure is at or near atmospheric pressure. Example 1
[00082] Um revestimento autocatalítico preto foi preparado usando um sub-revestimento de níquel de teor fosforoso elevado, um revestimento superior de níquel autocatalítico livre de enxofre, e um produto corrosivo de sulfato de ferro ácido.[00082] A black autocatalytic coating was prepared using a high phosphorus nickel subcoat, a sulfur free autocatalytic nickel topcoat, and an acidic iron sulfate corrosive product.
[00083] O banho de galvanização de níquel autocatalítico de teor fosforoso elevado foi preparado com a seguinte formulação: [00083] The high phosphorus autocatalytic nickel plating bath was prepared with the following formulation:
[00084] O banho de galvanização de níquel autocatalítico livre de enxofre foi preparado com a seguinte formulação. [00084] The sulfur free autocatalytic nickel plating bath was prepared with the following formulation.
[00085] O agente de corrosão para enegrecimento do banho de galvanização de níquel autocatalítico livre de enxofre foi preparado com a seguinte formulação. [00085] The corrosion agent for blackening the sulfur free autocatalytic nickel plating bath was prepared with the following formulation.
[00086] Um sub-revestimento do níquel autocatalítico de teor fosforoso elevado foi galvanizado em um substrato de aço por um tempo de cerca de 1 hora, para prover um revestimento de níquel autocatalítico de teor fosforoso elevado tendo uma espessura de cerca de 0.50 mils. O substrato de aço foi então enxaguado e colocado no banho de galvanização de níquel autocatalítico livre de enxofre por 30 minutos, para prover um revestimento superior de níquel autocatalítico com uma espessura de cerca de 0.15 mils. O substrato de aço foi então removido do banho de níquel autocatalítico livre de enxofre, enxaguado por 30 segundos, e então submerso na solução de corrosão por cerca de 1 minuto. O substrato de aço foi novamente removido, enxaguado, e deixado estabilizar por 24 horas para atingir rigidez máxima. A química do processo permite ao substrato de aço revestido com níquel autocatalítico ser armazenado após a aplicação do sub-revestimento a uma data posterior, se o usuário desejar. Se for este o caso, o substrato de aço revestido com níquel autocatalítico precisa ser limpo de elétrons (electrocleaning) e reativado em 50% ácido HCL antes de o substrato de aço poder ser submerso.[00086] A subcoat of high phosphorus autocatalytic nickel was electroplated onto a steel substrate for a time of about 1 hour, to provide a high phosphorus autocatalytic nickel coating having a thickness of about 0.50 mils. The steel substrate was then rinsed and placed in the sulfur-free autocatalytic nickel plating bath for 30 minutes to provide an autocatalytic nickel top coating with a thickness of about 0.15 mils. The steel substrate was then removed from the sulfur-free autocatalytic nickel bath, rinsed for 30 seconds, and then submerged in the corrosion solution for about 1 minute. The steel substrate was again removed, rinsed, and allowed to stabilize for 24 hours to achieve maximum stiffness. The chemistry of the process allows the autocatalytic nickel-coated steel substrate to be stored after subcoating is applied at a later date if the user so desires. If this is the case, the autocatalytic nickel coated steel substrate needs to be electron cleaned (electrocleaning) and reactivated in 50% acid HCL before the steel substrate can be submerged.
[00087] Um resumo do processo de galvanização de níquel autocatalítico preto é mostrado abaixo. Processo: 1) Ciclo de limpeza adequado para substrato sendo galvanizado. 2) Banho de teor fosforoso elevado de N.A. — 60 mins 3) Enxague - 30 segs 4) Electroclean - 2 mins* 5) Ativação - 10 segs* 6) Banho de N.A. Livre de Enxofre Proposto - 30 mins 7) Enxague - 30 segs 8) Solução de Sulfato férrico - 1 min 9) Enxague - 30 segs 10) Secar por sopro as partes * Estas etapas só precisam ser feitas se a parte é deixada para definir por 1 hora ou mais antes de o revestimento superior ser aplicado. Exemplo 2[00087] A summary of the black autocatalytic nickel plating process is shown below. Process: 1) Appropriate cleaning cycle for substrate being plated. 2) High Phosphorous NA Bath — 60 mins 3) Rinse - 30 secs 4) Electroclean - 2 mins* 5) Activation - 10 secs* 6) Proposed Sulfur Free NA Bath - 30 mins 7) Rinse - 30 secs 8) Ferric Sulfate Solution - 1 min 9) Rinse - 30 secs 10) Blow dry the parts * These steps only need to be done if the part is left to set for 1 hour or more before the top coat is applied. Example 2
[00088] Cada componente da solução autocatalítica foi modificado numa tentativa de aumentar o preto produzido. Ácido lático[00088] Each component of the autocatalytic solution was modified in an attempt to increase the black produced. Lactic acid
[00089] 20% de aumento não mostrou nenhum benefício, enquanto que 20% de diminuição pareceu resultar em ligeiro aumento no preto. Remoção adicional do Ácido lático, 40% e 60% de diminuição, resultou em nenhum aumento da profundidade do preto, mas o banho começou a exibir problemas de estabilidade. Ácido acético[00089] 20% increase showed no benefit, while 20% decrease seemed to result in a slight increase in black. Further removal of lactic acid, 40% and 60% decrease, resulted in no increase in black depth, but the bath began to exhibit stability issues. Acetic Acid
[00090] 20% de diminuição não teve efeito algum no produto final. 20% de aumento causou ligeiro aumento no preto. Aumento adicional do Ácido acético não mostrou nenhum benefício na qualidade geral de depósito. Ácido málico[00090] 20% decrease had no effect on the final product. 20% increase caused slight increase in black. Further increase in acetic acid showed no benefit in overall depot quality. malic acid
[00091] Qualquer aumento de ácido málico resultou numa diminuição da coloração preta. Quando a remoção completa foi testada, o resultado foi a melhor coloração negra produzida, mas questões de estabilidade foram observadas quando os níveis caíram para menos de 3 g/l. Glicina[00091] Any increase in malic acid resulted in a decrease in black coloration. When complete removal was tested, the result was the best black color produced, but stability issues were observed when levels dropped below 3 g/l. Glycine
[00092] Não mostrou nenhum efeito no negro quando os níveis foram aumentados ou diminuídos. Por esta razão, Glicina foi removida completamente a partir da fórmula para reduzir o custo potencial. Hipofosfito de sódio[00092] Showed no effect on black when levels were increased or decreased. For this reason, Glycine has been completely removed from the formula to reduce the potential cost. Sodium Hypophosphite
[00093] Foi feito teste da redução em solução, em uma tentativa de reduzir o %P no depósito. A partir do valor inicial, a concentração foi reduzida para 25 g/l a partir de 30 g/l, o que resultou em uma queda de fósforo percentual em 2% no produto final. Esta queda resultou na produção de um preto mais profundo. Hidróxido de Amônio[00093] Solution reduction test was done in an attempt to reduce the %P in the deposit. From the initial value, the concentration was reduced to 25 g/l from 30 g/l, which resulted in a 2% drop in percentage phosphorus in the final product. This drop resulted in the production of a deeper black. Ammonium hydroxide
[00094] A concentração foi ajustada a fim de compensar o Ácido acético aumentado em solução. As tentativas destinadas a avaliar o efeito que a amônia desempenhou na solução resultaram na tentativa de produzir uma química isenta de amoníaco, mas a solução resultante não enegreceu. Níquel[00094] The concentration was adjusted in order to compensate for the increased acetic acid in solution. Attempts to assess the effect that ammonia had on the solution resulted in an attempt to produce an ammonia-free chemistry, but the resulting solution did not blacken. Nickel
[00095] Testes a 4 g/l mostraram diminuição do enegrecimento, ao passo que uma solução com 8 g/l não mostrou nenhum aumento no depósito preto resultante. Ácido succínico[00095] Tests at 4 g/l showed decreased blackening, whereas an 8 g/l solution showed no increase in the resulting black deposit. succinic acid
[00096] O Ácido succínico foi adicionado para ajudar a controlar o teor de fósforo e aprofundamento da cor final. Concentrações testadas, as quais subiram para 12 g/l. O resultado foi um depósito geral mais escuro de até 8 g/l, que gradualmente diminui à medida que as concentrações excedem esse valor. EDTA[00096] Succinic acid has been added to help control the phosphorus content and deepen the final color. Tested concentrations, which rose to 12 g/l. The result was an overall darker deposit of up to 8 g/l, which gradually decreases as concentrations exceed this value. EDTA
[00097] Aumentar ou diminuir a quantidade em solução não mostrou nenhum efeito final sobre a cor preta. Os valores foram deixados em nível inicial para garantir a quelação adequada de metais de adição. Zinco[00097] Increasing or decreasing the amount in solution showed no final effect on the black color. Values were left at baseline to ensure proper chelation of filler metals. Zinc
[00098] Quando testes caíram abaixo deste valor inferior a 40 ppm, o resultado foi uma perda de cor. Nos testes em que a quantidade foi aumentada acima de 100 ppm não houve qualquer efeito sobre o preto produzido, mas a taxa de galvanização caiu drasticamente. Tricloreto de bismuto[00098] When tests dropped below this value of less than 40 ppm, the result was a loss of color. In tests where the amount was increased above 100 ppm there was no effect on the black produced, but the plating rate dropped dramatically. bismuth trichloride
[00099] Testes mostraram que quão mais elevada for a concentração que pode ser mantida, mais profundo o preto que é produzido. Embora se você exceder 30 ppm, o banho se tornaria super- estabilizada e mais galvanização seria impossível. 15 ppm permitiria 1 hora de galvanização sem qualquer reabastecimento antes de um efeito na cor preta poder ser observado. Exemplo 3[00099] Tests have shown that the higher the concentration that can be maintained, the deeper the black that is produced. Although if you exceed 30 ppm, the bath would become super-stabilized and further galvanizing would be impossible. 15 ppm would allow 1 hour of plating without any refueling before a black color effect could be observed. Example 3
[000100] Teste Inicial sobre a vida do banho, mostrou que o banho é capaz de envelhecer a pelo menos 4 por metal turnovers (MTOs), sem perda de cor ou uniformidade em relação aos banhos de níquel autocatalítico convencionais, tais como um banho de galvanização de níquel autocatalítico de teor fosforoso médio que contém composto de enxofre. A taxa de deposição por metal turnover (MTO) de revestimentos de níquel autocatalítico formados usando o banho de galvanização de níquel autocatalítico livre de enxofre foi comparada à taxa de deposição por metal turnover (MTO) usando um banho de galvanização de níquel autocatalítico comercialmente disponível. (Fig. 3) O teste foi repetido em triplicado para validar esta informação. Soluções foram também testadas para a percentagem de fósforo a 0 e 4 MTOs. O resultado mostrou que as suas respectivas concentrações de fósforo foram de 10,8% e 8,5%, respectivamente. (Fig. 4) O estresse intrínseco foi também medido nos 0 e 4 MTOs para determinar o efeito que níveis mais elevados de bismuto teriam sobre o banho. Os valores foram medidos como sendo 1500 PSI de compressão em ambos os casos. Testes adicionais também foram realizados para determinar a aderência adequada. Neste caso, os depósitos a 0 e 4 MTOs foram submetidos ao Quench Test (em tradução livre, Teste de arrefecimento) (o rápido aquecimento, em seguida, refrigeração do depósito), teste de inclinação (o depósito foi inclinado a 90° e examinado para procurar por fraca adesão para depósito ao substrato), e Scribe Test (em tradução livre, o Teste de Escriba) (no qual a superfície do depósito é marcada e, em seguida examinada para rachaduras devido ao estresse). A química proposta passou em todos os testes. Quando o depósito é deixado 24 horas para estabilizar, a cor passa pelo Teste da Borracha (no original, Eraser Test) (> 10 golpes de uma borracha em toda a superfície e examinado para abrasão). Além disso, em comparação com os revestimentos de níquel autocatalítico pretos preparados usando processos de galvanização autocatalítica preta comercialmente disponíveis, um revestimento de níquel autocatalítico preto preparado pelo processo descrito neste documento quando submetido a 116 horas de exposição a pulverização de sal neutro mantem um nível mais elevado de preto (Fig. 5). Exemplo 4[000100] Initial bath life test showed that the bath is capable of aging at least 4 per metal turnovers (MTOs), without loss of color or uniformity compared to conventional autocatalytic nickel baths, such as a nickel bath. electroplating of autocatalytic nickel of medium phosphorus content containing a sulfur compound. The metal turnover deposition (MTO) rate of autocatalytic nickel coatings formed using the sulfur-free autocatalytic nickel plating bath was compared to the metal turnover deposition (MTO) using a commercially available autocatalytic nickel plating bath. (Fig. 3) The test was repeated in triplicate to validate this information. Solutions were also tested for phosphorus percentage at 0 and 4 MTOs. The result showed that their respective phosphorus concentrations were 10.8% and 8.5%, respectively. (Fig. 4) Intrinsic stress was also measured at the 0 and 4 MTOs to determine the effect that higher levels of bismuth would have on the bath. Values were measured to be 1500 PSI of compression in both cases. Additional tests were also performed to determine adequate adhesion. In this case, the tanks at 0 and 4 MTOs were subjected to the Quench Test (free translation, Cooling test) (rapid heating, then cooling of the tank), tilt test (the tank was tilted to 90° and examined to look for poor adhesion for deposit to the substrate), and Scribe Test (in free translation, the Scribe Test) (in which the surface of the deposit is marked and then examined for cracks due to stress). The proposed chemistry passed all tests. When the deposit is left 24 hours to stabilize, the color passes the Eraser Test (in the original, Eraser Test) (> 10 strokes of a rubber across the entire surface and examined for abrasion). Furthermore, compared to black autocatalytic nickel coatings prepared using commercially available black autocatalytic nickel plating processes, a black autocatalytic nickel coating prepared by the process described in this document when subjected to 116 hours of exposure to neutral salt spray maintains a higher level. high in black (Fig. 5). Example 4
[000101] O substrato revestido duplex com o revestimento superior de níquel autocatalítico livre de enxofre preparado pelo processo descrito acima (processo ebENi) foi adicionalmente estudado ao submeter o revestimento duplex a um processo de imersão em cobre para superfícies de aço nu. O substrato de aço revestido duplex descrito acima foi imerso em um banho de cobre autocatalítico tendo a seguinte formulação. [000101] The duplex coated substrate with the sulfur free autocatalytic nickel top coating prepared by the process described above (ebENi process) was further studied by submitting the duplex coating to a copper dip process for bare steel surfaces. The duplex coated steel substrate described above was immersed in an autocatalytic copper bath having the following formulation.
[000102] Um resumo de processo de galvanização de cobre autocatalítico é mostrado abaixo: 1) Painel foi galvanizado a uma espessura de 0.4 mils em Banho de teor fosforoso elevado de N.A. 2) Enxague: 1 min 3) Painel foi galvanizado em Banho de N.A. Livre de Enxofre Proposto a uma espessura de 0.2 mils 4) Enxague: 30 segs 5) 50% HCl: 20 segs 6) Enxague: 30 segs 7) Solução de CuSO4 autocatalítico: 2 mins 8) Enxague: 30 segs 9) Seco[000102] A summary of autocatalytic copper plating process is shown below: 1) Panel was galvanized to a thickness of 0.4 mils in High Phosphorous NA Bath 2) Rinse: 1 min 3) Panel was Galvanized in NA Bath Sulfur Free Proposed at a thickness of 0.2 mils 4) Rinse: 30 secs 5) 50% HCl: 20 secs 6) Rinse: 30 secs 7) Autocatalytic CuSO4 solution: 2 mins 8) Rinse: 30 secs 9) Dry
[000103] Um exemplo do depósito assim formado é ilustrado na Fig. 6. Teste mostrou que uma etapa intermediária à necessária para reativar o superfície antes da exposição ao banho de galvanização de cobre autocatalítico.[000103] An example of the deposit thus formed is illustrated in Fig. 6. Testing showed that an intermediate step to that required to reactivate the surface before exposure to the autocatalytic copper plating bath.
[000104] A fim de avaliar completamente o depósito, as propriedades de imersão precisaram ser comparadas com os processos de EN (Níquel autocatalítico, no original EN) tradicionais.[000104] In order to fully assess the deposit, the immersion properties needed to be compared with traditional EN (Autocatalytic Nickel, original EN) processes.
[000105] Quatro Banhos de N.A. foram galvanizados e então expostos a um ciclo em uma tentativa de facilitar imersão em cobre sobre o depósito de NA: Química de N.A.: 1. Banho de galvanização de níquel autocatalítico de teor fosforoso baixo tradicional 60 mL/L 6% LNS 150 mL/L Enova EF-163B Temperatura: 190°F pH: 4.9 2. Banho de galvanização de níquel autocatalítico de teor fosforoso médio tradicional 60 mL/L 6% LNS 150 mL/L Enova MS-9 Temperatura: 190°F pH: 4.9 3. Banho de galvanização de níquel autocatalítico de teor fosforoso elevado tradicional 60 mL/L 6% LNS 150 mL/L Enova EF-949B. Temperatura: 190°F pH: 4.8 4. Processo ebENi proposto: 60 mL/L Enova 949 150 mL/L Banho de N.A. Livre de Enxofre Proposto Temperatura: 190°F pH: 4.9 Ciclo de Galvanização Ciclo para sistema de Teor Fosforoso Baixo, Médio e Alto: 1. Painel foi galvanizado a uma espessura de 0.4 mils 2. Enxague: 30 segs 3. 50% HCL: 20 segs 4. Enxague: 30 segs 5. Solução de CuSO4: 2 mins 6. Enxague: 30 segs 7. Seco Ciclo para Sistema ebENi: 1. Painel foi galvanizado a uma espessura de 0.4 mils em Enova 949 2. Enxague: 1 min 3. Painel foi galvanizado em ebENi a uma espessura de 0.2 mils 4. Enxague: 30 segs 5. 50% HCL 20 segs 6. Enxague: 30 segs 7. Solução de CuSO4: 2 mins 8. Enxague: 30 segs 9. Seco[000105] Four NA Baths were galvanized and then exposed to a cycle in an attempt to facilitate copper immersion over the NA deposit: NA Chemistry: 1. Traditional 60 mL/L low phosphorus autocatalytic nickel plating bath 6% LNS 150 mL/L Enova EF-163B Temperature: 190°F pH: 4.9 2. Traditional 60 mL/L medium phosphorus autocatalytic nickel plating bath 6% LNS 150 mL/L Enova MS-9 Temperature: 190 °F pH: 4.9 3. Traditional high phosphorus autocatalytic nickel plating bath 60 mL/L 6% LNS 150 mL/L Enova EF-949B. Temperature: 190°F pH: 4.8 4. Proposed ebENi process: 60 mL/L Enova 949 150 mL/L Proposed Sulfur Free NA Bath Temperature: 190°F pH: 4.9 Galvanization Cycle Cycle for Low Phosphorus System, Medium and High: 1. Panel was galvanized to a thickness of 0.4 mils 2. Rinse: 30
[000106] Como ilustrado na Fig. 6, todos os três processos tradicionais mostram que o cobre não cobriu completamente o painel. O sistema ebENi mostra cobertura completa e uniforme de cobre sobre a parte superior do depósito de NA.[000106] As illustrated in Fig. 6, all three traditional processes show that copper has not completely covered the panel. The ebENi system shows complete and uniform copper coverage over the top of the NA deposit.
[000107] A partir da descrição acima, aqueles versados na técnica irão perceber melhorias, alterações e modificações. Tais melhorias, alterações e modificações no âmbito do verso na técnica destinam-se a serem abrangidas pelas reivindicações anexas. Todas as referências, patentes e publicações, citadas no presente pedido estão aqui incorporadas por referência na sua totalidade.[000107] From the description above, those skilled in the technique will notice improvements, changes and modifications. Such improvements, changes and modifications within the scope of the prior art are intended to be covered by the appended claims. All references, patents and publications cited in the present application are hereby incorporated by reference in their entirety.
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