CH635871A5

CH635871A5 - Verfahren zum teilgalvanisieren.

Info

Publication number: CH635871A5
Application number: CH1568577A
Authority: CH
Inventors: Manfred Dr Ing Dettke; Wolfgang Dr Ing Weishaupt
Original assignee: Schering Ag
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1983-04-29
Also published as: GB1599832A; FR2384865A1; FR2384865B1; JPS585274B2; JPS5397936A; DE2705158C2; NL7800686A; DE2705158A1; US4140590A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Teilgalvanisieren von leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Elektrolytlösungen, insbesondere zur Erzeugung von funktionsgerechten Schichtdickenverteilungen.

Verfahren zum Teilgalvanisieren sind bereits bekannt. Diese bekannten Verfahren gehen auf zwei grundsätzliche Prinzipien zurück. So werden die zu galvanisierenden Teile einerseits unter Vermeidung von Badbehältern nur an den gewünschten Stellen mit dem Elektrolyten in Berührung gebracht, was zum Beispiel durch Verwendung von Rollen (DT-PS 186 654), Rädern (DT-PS 2 324 834) und offenen

Hohlkörpern (DT-PS 1 807 481) erreicht wird. Nach einem anderen Verfahrensprinzip verwendet man die konventionellen Behälter, beeinflusst die Metallionen-Zufuhr und elektrische Feldverteilung an den zu behandelnden Oberflächen jedoch durch Zwischenschaltung von zum Beispiel Blenden (DT-PS 2 263 642), Abdeckungsvorrichtungen (DT-PS 2 362 489), auf Rollen laufenden elektrisch-isolierten Bändern (DT-PS 2 009 118), Körben (DT-PS 2 230 891) oder Lackschichten (DT-PS 2 253 196).

Diese bekannten Verfahren haben aber den Nachteil, dass mit ihnen nur die Abscheidung von nahezu gleichmässigen Schichtdicken möglich ist. Zur Verbesserung der Funktionseigenschaften von technischen Oberflächen, beispielsweise von Steck- oder Schaltkontakten, ist jedoch nur im Kontaktbereich eine dicke Schicht erwünscht und notwendig, während für die restliche Oberfläche eine dünnere Schicht als Korrosionsschutz genügt. Der Übergang zwischen den verschiedenen Schichtdicken soll dabei gleichmässig sein und bei Steck- und Schaltkontakten im Kontakbereich beispielsweise eine linsenförmige Verteilung zeigen.

Weitere Nachteile der bekannten Verfahren bestehen auch darin, dass sie entweder eine meist nur ungenügende Metall-ionenzufuhr ermöglichen, was zu einer mangelhaften Metall-beschichtung führt, oder aber material-, kosten- und zeitaufwendig sind, da die erforderlichen Abdeckungen erst angebracht und dann wieder entfernt und Masken nach einiger Zeit aufgrund von Abnutzungserscheinungen erneuert werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zum Teilgalvanisieren von leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Elektrolytlösungen, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht besitzt und insbesondere die Erzeugung von funktionsgerechten Schichtdik-kenverteilungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Elektrolytlösung in Form eines Wandstrahls an definierter Stelle auf die zu galvanisierende Oberfläche aufgebracht und mit Hilfe einer Saugvorrichtung an ebenfalls definierter Stelle wieder entfernt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin, dass a) die Elektrolytlösung aus einer Düse auf die zu behandelnde Oberfläche strömt und durch eine oder mehrere Fangdüsen die abströmende Elektrolytlösung abgesaugt wird,

b) die Düse oder ein Teil der Düse oder der Elektrolytzuführung als Anode und die zu galvanisierende Oberfläche als Kathode geschaltet sind,

c) die Fangdüse oder ein Teil der Fangdüse oder der Elektrolytabführung als Hilfsanode geschaltet ist,

d) die Fangdüsen an der zu galvanisierenden Oberfläche anliegen,

e) der Wandstrahl durch eine durch die Fangdüse erzeugte Luftströmung an definierter Stelle von der zu behandelnden Oberfläche abgelöst wird und f) bei eng beieinander liegenden Oberflächen für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet werden, wobei die Wandstrahlen gegebenenfalls ineinander übergehen.

Unter leitenden Oberflächen sollen hierbei Oberflächen verstanden werden, die bevorzugt elektronenleitend, aber auch ionenleitend sind, zum Beispiel Metalle, Metalloxide und/oder Metallsulfide.

Unter leitend gemachten Oberflächen sind andererseits Oberflächen zu verstehen, die durch dünne metallische, metalloxidische und/oder metallsulfidische Schichten leitend gemacht worden sind.

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Der Elektrolytstrahl wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise zwischen einer Düse 1 und einer Fangdüse 2 als Senke aufgebaut (Figur 1). Wird dieser Strahl tangential an die zu behandelnde Oberfläche herangeführt, so liegt der Elektrolytstrahl durch den Coanda-Effekt als Wandstrahl an der Oberfläche an (Figur 2). Gleichzeitig wird das Werkstück 3 als Kathode und die Düse 1 als Anode geschaltet. Zur Verbesserung der elektrischen Stromlinienverteilung kann die Fangdüse auch als Hilfsanode geschaltet werden.

Die Ablösung des Elektrolytstrahls von der zu behandelnden Oberfläche richtet sich nach der Form des Werkstückes und der Anordnung Fangdüse/Düsen. Sie kann zum Beispiel durch eine an der Oberfläche anliegende Fangdüse oder durch eine durch die Fangdüse erzeugte Luftströmung erfolgen.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemässe Verfahren zum Teilgalvanisieren von eng beieinander liegenden Oberflächen. Hierbei können für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet werden, wobei die einzelnen Wandstrahlen auch ineinander übergehen können.

In Figur 3 ist als Beispiel die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur gleichzeitigen Behandlung von zwei gegenüberliegenden Kontaktflächen einer gabelförmigen Kontaktfeder dargestellt. Der Elektrolytstrahl berührt hierbei die Kontaktfeder an den gleichen Stellen, die später auch vom Kontaktstift besonders beansprucht werden. Dies gilt nicht nur für den statischen Kontaktbereich, sondern auch für die Flächen, die beim Steck- bzw. Trennvorgang durch Reibung besonders beansprucht werden.

Die Auswertung von Schichtdickenmessungen an in der beschriebenen Weise behandelten Kontaktfedern ergab, dass an den Stellen, die elektrisch und mechanisch am stärksten beansprucht werden, auch das Maximum der Schichtstärke lag und der Übergang zu den nicht galvanisierten Flächen gleichförmig erfolgte.

Die Schichtdickenverteilung auf der behandelten Oberfläche ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren abhängig vom Strömungsprofil des Elektrolyten an der Oberfläche. Dieses Strömungsprofil hängt hauptsächlich ab von der Form der benutzten Düsen und kann durch Verwendung von Düsen mit unterschiedlichen Querschnitten in gewünschter Weise verändert werden. Wird durch die Fangdüse auch Luft aus der Umgebung abgesaugt, kann der Elektrolytstrahl zusätzlich geformt werden.

Eine weitere Beeinflussung des Strömungsprofils kann dadurch erreicht werden, dass die Düsen und/oder die zu galvanisierenden Oberflächen Bewegungen zueinander ausführen.

Die Schichtdickenverteilung lässt sich darüber hinaus auch noch beeinflussen durch Veränderung des Elektrolytangebots an der zu behandelnden Fläche, beispielsweise durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolytstrahls und/oder durch eine Änderung der elektrischen Stromdichte.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können an sich bekannte Elektrolytlösungen verwendet werden.

Gewünschtenfalls kann die Schichtenfolge durch Verwendung von Elektrolytlösungen unterschiedlicher Zusammensetzung in kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Wechsel variiert werden.

Darüber hinaus können auch gleichzeitig mehrere Flächen, insbesondere an einem Werkstück, verschiedenartig behandelt werden, wenn mehr als ein Wandstrahl erfindungsge-mäss benutzt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann vorzugsweise dann angewendet werden, wenn wertvolle Metalle eingespart werden sollen oder wenn wegen der Funktion der Beschich-tung eine bestimmte Form gewünscht wird. So kann dieses Verfahren beispielsweise in der Elektrotechnik zur selek-5 tiven, funktionsgerechten Edelmetallbeschichtung von Kontaktfedern im Bereich der Kontaktflächen Verwendung finden. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass es auch bei solchen Fertigteilen anwendbar ist, bei denen mit den bisher bekannten Verfahren eine selektive Beschich-lo tung nicht oder nur unbefriedigend möglich ist.

Die Metallionen-Zufuhr an die zu galvanisierenden Oberflächen ist bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens optimal und überraschenderweise gleich oder sogar grösser als bei Elektrolyten, die in Badbehältern betrieben 15 werden. Da das Verfahren ohne Installation irgendwelcher Abdeckungen arbeitet, kann es material-, kosten- und zeitsparend durchgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht ausserdem darin, kathodische Stromdichten anzuwenden, die um den Faktor 10 bis 100 20 höher liegen als bei den konventionellen Galvanisiereinrichtungen, wodurch sich eine ausserordentliche Steigerung der Abscheidungsgeschwindigkeit ergibt.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es also möglich, in technisch einfachster Weise und in einer bisher 25 nicht erreichten Qualität ausgewählte Oberflächenbezirke gezielt zu behandeln und mit einer funktionsgerechten Metallbeschichtung zu versehen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

30 Beispiel 1

Vergoldung von Kontakten

Das Grundmaterial der Kontake ist in fast allen Fällen eine Legierung mit dem Hauptbestandteil Kupfer. Aus den bekannten Diffusionsmechanismen Kupfer-Gold muss für 35 einen auf Dauer funktionsfähigen Kontakt eine ausreichend starke Nickel-Diffusions-Barriere aufgebaut werden.

Eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Vorrichtung ermöglicht, die Abscheidung beider Schichten und die Vorvergoldung ohne die Erfordernis eines Trans-4o portweges durchzuführen.

Die Zusammensetzung eines Elektrolyten und dessen Arbeitsbedingungen sind zum Beispiel wie folgt:

Nickelsulfat NiSO-t-6 H2O 45 Nickelchlorid NiCh-6 H2O Borsäure H3BO3 Natriumlaurylsulfoacetat pH-Wert Temperatur 50 Kathodische Stromdichte

300 g/Liter 45 g/Liter 40 g/Liter 2 g/Liter 4,0 65°C

20 bis 50 A/dm2

Expositionszeit für 1 um beträgt 10 Sekunden

Die abgeschiedenen Nickelschichten sind seidenmatt. Ihre Struktur ist säulenförmig. Die Vickershärte der Überzüge 55 beträgt 200± 20 kp/mm2.

Nach einer erfolgten Spülung werden die Kontakte vorvergoldet, wodurch sich eine extrem gute Haftfestigkeit ergibt.

Die Zusammensetzung und die Arbeitsbedingungen 60 derartiger Vorvergoldungselektrolyte sind zum Beispiel wie folgt:

a) Gold als K Au (CN)2 Natriumeitrat 65 Tetraäthylenpentamin

Kobalt als Komplex mit dem Dikaliumsalz der Äthylendiamintetraessigsäure

0,5 g/Liter 60 g/Liter 10g/Liter

1 g/Liter

635 871

4

pH-Wert

3,8

Die Überzüge haben sehr gute elektrische Eigenschaften

Temperatur

20 bis 25°C

und zeichnen sich durch den Einbau von 0,3 bis 0,5% Co

Stromdichte

5 bis 10 A/dm2

durch eine hervorragende Abriebfestigkeit aus. Die

Expositionszeit

10 Sekunden

Schichtdickenverteilung ist gleich gut wie im vorhergehenden

s Beispiel.

b) Gold als K Au (CN>

8,0 g/Liter

Beispiel 2

Ammoniumsulfat (NH4)2SÛ4

30,0 g/Liter

Versilberung von Kontakten

Borsäure H3BO3

60,0 g/Liter

Anstelle der Vergoldung kann auch eine Versilberung der

Äthylenglykol HO-CH2-CH2-OH

60,0 g/Liter

Kontakte wie folgt durchgeführt werden:

Cadmiumsulfat CdSOt • 8/3 H2O

3,5 g/Liter

10

Äthylendiamintetraessigsäure-

a) Silber als Silberthiosulfat

Dikaliumsalz

4,0 g/Liter

Na3 Ag (S2Cb)2

25 g/Liter

Formaldehyd CH2O

10,0 g/Liter

Natriumthiosulfat Na2S2Ü3 • 5 H2O

120 g/Liter

Hydrazinsulfat N2H4 • H2SO4

30,0 g/Liter

Borax Na2B4Cb • 10 H2O

10 g/Liter

Natriumarsenit Na3 AsCb

6,5 g/Liter

15 Polyäthylenimin MG 500-1000

0,2 g/Liter pH-Wert

8,0

Natriumsulfit Na2SCb

20 g/Liter

Temperatur

60°C

pH-Wert

8,8

Stromdichte

30 bis 60 A/dm2

Temperatur

28°C

Expositionszeit für 1 um beträgt 2 Sekunden

Stromdichte

30 bis 40 A/dm2

20 Abscheidungsgeschwindigkeit 1 um in

1,5 bis 2 Sekunden.

Die Überzüge sind etwa 23,8karätig. Die aus dem

Elektrolyten abgeschiedenen Überzüge sind hochglänzend b) Silber als Kaliumsilbercyanid K

30 g/Liter und anlaufbeständig. Die Schichtdicken verteilung auf dem

Ag(CN)2

Kontakt nimmt nach oben hin sehr stark ab. Auf den Flanken

Kaliumcyanid KCN

120 g/Liter des Kontaktes, die nicht als Kontaktflächen dienen, befindet

25 Antimontrichlorid als

sich bei Verwendung von Düsen mit 1,0 mm Durchmesser '/s

Triäthanolaminkomplex

5 g/Liter der Schichtstärke.

Netzmittel

0,8 g/Liter

pH-Wert

12

Temperatur

25°C

c) Gold als K Au (CN):

12 g/Liter

30 Stromdichte

10 bis 30 A/dm2

Kaliumdihydrogencitrat

150 g/Liter

Abscheidungsgeschwindigkeit 1 um in 5 Sekunden

Kobalt als Chelatkomplex

1,5 g/Liter

Netzmittel

2,0 g/Liter

Da die Abriebbeständigkeit der Hartsilberüberzüge pH-Wert

4,0

geringer ist als die der Vergoldungen, ist es nötig, die

Temperatur

35°C

35 Kontakte auf Aufgleitzonen der Steckverbinder möglichst

Stromdichte

20 bis 10 A/dm2

gleichmässig zu versilbern. Das wird erreicht durch einen

Expositionszeit für 1 jim beträgt 1 bis 10 Sekunden möglichst grossen Düsendurchmesser.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

635 871 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Teilgalvanisieren von leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Elektrolytlösungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung in Form eines Wandstrahls an definierter Stelle auf die zu galvanisierende Oberfläche aufgebracht und mit Hilfe einer Saugvorrichtung an ebenfalls definierter Stelle wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung aus einer Düse auf die zu behandelnde Oberfläche strömt und durch eine oder mehrere Fangdüsen die abströmende Elektrolytlösung abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse oder ein Teil der Düse oder der Elektrolytzuführung als Anode und die zu galvanisierende Oberfläche als Kathode geschaltet sind.

4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangdüse oder ein Teil der Fangdüse oder der Elektrolytabführung als Hilfsanode geschaltet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangdüsen an der zu galvanisierenden Oberfläche anliegen.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandstrahl durch eine durch die Fangdüse erzeugte Luftströmung an definierter Stelle von der zu behandelnden Oberfläche abgelöst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei eng beieinander liegenden Oberflächen für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet werden, wobei die Wandstrahlen gegebenenfalls ineinander übergehen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen mit unterschiedlichen Querschnitten benutzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen und/oder die zu galvanisierenden Oberflächen Bewegungen zueinander ausführen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytangebot an der zu galvanisierenden Oberfläche durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit verändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der elektrischen Stromdichte erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrolytlösungen unterschiedlicher Zusammensetzung in kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Wechsel verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Oberflächen, insbesondere an einem Werkstück, auch verschiedenartig behandelt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, zur Erzeugung von funktionsgerechten Schichtdickenverteilungen.