CH641213A5 - Electroplating bath for electroplating chromium or chromium alloys - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Bad zum Elektroplattieren von Chrom oder Chromlegierungen, welches in wässriger Lösung Chrom in dreiwertiger Form und mindestens teilweise komplex an das Chrom gebundenes Thiocyanat enthält. The invention relates to a galvanic bath for electroplating chromium or chromium alloys, which contains chromium in trivalent form in aqueous solution and at least partially complex thiocyanate bound to the chromium.
In der deutschen Offenlegungsschrift 2545654 wird ein Bad zum elektrolytischen Verchromen beschrieben, in dem die Chromquelle aus einer wässrigen Lösung eines Thiocya-nato-Chrom (III)-Komplexes besteht. Auch ein Verfahren zum Niederschlagen von Chrom oder einer Chromlegierung ist dort beschrieben. The German patent application 2545654 describes a bath for electrolytic chrome plating, in which the chromium source consists of an aqueous solution of a thiocyanate-chromium (III) complex. A process for depositing chromium or a chromium alloy is also described there.
In der genannten Offenlegungsschrift werden als Ausführungsbeispiel auch Aquothiocyanato-Chrom (III)-Komplexe genannt, die durch Ins-chemische-Gleichgewicht-Bringen von Chromperchlorat und Natriumthiocyanat in einer wässrigen Lösung hergestellt werden. Die Komplexe werden durch die allgemeine Formel In the published patent application, aquothiocyanato-chromium (III) complexes are also mentioned as an exemplary embodiment, which complexes are prepared by bringing chromium perchlorate and sodium thiocyanate into chemical equilibrium in an aqueous solution. The complexes are represented by the general formula
((H20)6_nCr(III)(NCS)np-n) ((H20) 6_nCr (III) (NCS) np-n)
beschrieben, wobei n einen Wert zwischen 1 und 6 hat. Tiefgestellte Zahlen sind immer positiv, hochgestellte Zahlen können positiv, negativ oder null sein. In der Lösung ist das dreiwertige Chrom oktaedrisch mit sechs Liganden umgeben. Die Liganden besetzen die innere Koordinationsschale (inner coordination sphere). Diese Liganden lassen sich mit freien Liganden in der Lösung nur sehr langsam austauschen. Beispielsweise läuft die Reaktion: described, where n has a value between 1 and 6. Subscripts are always positive, subscripts can be positive, negative, or zero. In the solution the trivalent chromium is surrounded octahedrally with six ligands. The ligands occupy the inner coordination sphere. These ligands can only be exchanged very slowly with free ligands in the solution. For example, the reaction is running:
(Cr(H20>(NCS))+2 + *(NCS)~ (Cr (H20> (NCS)) + 2 + * (NCS) ~
-► (Cr(mO)s* (NCS))+2 + (NCS)- -► (Cr (mO) s * (NCS)) + 2 + (NCS) -
sehr langsam ab. Dieser Umstand erschwert die chemischen Reaktionen von Chrom (III) und macht es notwendig, das very slowly. This makes the chemical reactions of chromium (III) difficult and makes it necessary
Ins-chemische-Gleichgewicht-Bringen bei hohen Temperaturen durchzuführen. Einzelheiten ergeben sich aus dem Buch von Basolo und Person mit dem Titel «Mechanism of Inorga-nic Reactions: Study of Metal Complexes in Solution», Verlag Wiley. Perform chemical equilibrium at high temperatures. Details can be found in the book by Basolo and Person with the title "Mechanism of Inorganic Reactions: Study of Metal Complexes in Solution", published by Wiley.
Das lineare Thiocyanat-Anion (NCS-) hat bemerkenswerte katalytische Eigenschaften. Es kann durch sein Stickstoffatom mit Metallionen und durch sein Schwefelatom mit Metallen Bindungen eingehen (coordinate) und seine Elektronendichte ist extensiv über die drei Atome verteilt (extensi-vely localised across the three atoms). The linear thiocyanate anion (NCS-) has remarkable catalytic properties. It can form bonds through its nitrogen atom with metal ions and through its sulfur atom with metals (coordinate) and its electron density is extensively distributed across the three atoms (extensively-locally localized across the three atoms).
Das Thiocyanat-Anion katalysiert vermutlich die Elektro-nentransferreaktion The thiocyanate anion presumably catalyzes the electron transfer reaction
Cr(III) + 3e~ CR(O) Cr (III) + 3e ~ CR (O)
durch die Bildung von Mehrfach-Liganden-Brücken zwischen einem Thiocyanato-Chrom (III)-Komplex und der Kathodenoberfläche. Das elektrisch aktive Zwischenglied kann bezeichnet werden als through the formation of multiple ligand bridges between a thiocyanato-chromium (III) complex and the cathode surface. The electrically active intermediate member can be referred to as
Cr(III) — NCS — M, Cr (III) - NCS - M,
wobei M die Metalloberfläche der Kathode bezeichnet, welche aus Chrom (O) besteht, nachdem eine erste Monoschicht von Chrom niedergeschlagen ist. Der «harte» Stickstoff verbindet sich mit dem Chrom (Ill)-Ion und der «weiche» Schwefel mit der Metalloberfläche M der Kathode. Die Bildung von Mehrfachligandenbrücken mittels Thiocyanat bei der elektrochemischen Oxydation von Chrom (II) an Quecksilberelektroden sind in der Zeitschrift «Inorganic Chemi-stry», 9,1024 (1970) beschrieben. where M denotes the metal surface of the cathode, which consists of chromium (O) after a first monolayer of chromium is deposited. The “hard” nitrogen combines with the chromium (III) ion and the “soft” sulfur with the metal surface M of the cathode. The formation of multiple ligand bridges by means of thiocyanate in the electrochemical oxidation of chromium (II) on mercury electrodes is described in the journal Inorganic Chemistry, 9, 1024 (1970).
In der Praxis wird heute zum Verchromen meist ein Bad aus Chromoxid (CrOä) und Schwefelsäure benutzt. Solche Bäder, in welchen Chrom sechswertig vorliegt, sind stark gesundheitsgefährdend, weil sie Chromsäuredämpfe abgeben. Zudem haben sie den Nachteil, dass durch Stromunterbrechung ein nicht akzeptierbarer milchiger Niederschlag von Chrom entsteht. Auch neigt das niedergeschlagene Chrom dann zum Abblättern. Durch zufälliges Unterbrechen des Stromes können daher wesentliche Verluste entstehen. Schliesslich ist es schwierig, gut haftende Schichten, die eine bestimmte Dicke überschreiten, niederzuschlagen. In practice, a chromium oxide (CrOä) and sulfuric acid bath is usually used for chrome plating. Baths in which chromium is hexavalent are very hazardous to health because they emit chromic acid vapors. They also have the disadvantage that an unacceptable milky precipitation of chromium occurs due to a power cut. The deposited chrome also tends to peel off. Accidental interruption of the current can result in significant losses. After all, it is difficult to deposit well-adhering layers that exceed a certain thickness.
Bisher übliche Verchromungsbäder haben den Nachteil begrenzter Wirksamkeit und geringer Niederschlagsgeschwindigkeit. Auch ist es schwierig, gleichmässige Schichten auf grösseren Flächen Niederzuschlagen. Die Schichten sind dik-ker an Stellen hoher Stromdichte, wie z.B. an Ecken oder Kanten, und es tritt «Brand» (burning) auf. Hinzu kommt, dass die sauren Chrombäder eine hohe Chromkonzentration aufweisen, d.h. z.B. 100 bis 200g Chrom pro Liter enthalten. Da jedoch Chromsalze ziemlich teuer sind, sollte die Chromkonzentration so gering als möglich gehalten werden, um die Kompensation der Tropfverluste erträglich zu gestalten. Die Tropfverluste, d.h. Verluste durch Badflüssigkeit, welche beim Entnehmen der verchromten Teile an diesen haftet, sind etwa sechsmal grösser als die durch das Aufplattieren verursachte Verarmung des Bades an Chrom. Chromium plating baths that have been customary up to now have the disadvantage of limited effectiveness and low precipitation speed. It is also difficult to deposit uniform layers on larger areas. The layers are thicker in places of high current density, e.g. at corners or edges, and "fire" occurs. In addition, the acidic chromium baths have a high chromium concentration, i.e. e.g. Contain 100 to 200g chromium per liter. However, since chromium salts are quite expensive, the chromium concentration should be kept as low as possible in order to make the drip loss compensation bearable. The drip losses, i.e. Losses due to bath liquid, which adheres to them when the chromium-plated parts are removed, are approximately six times greater than the depletion of chromium caused by the plating of the bath.
Zahlreiche Anstrengungen wurden schon unternommen, um dreiwertige Chromsalze zum Niederschlagen von Chrom oder Chromlegierungen zu benutzen. Im britischen Patent 1144913 wird eine Lösung zum Elektroplattieren von Chrom beschrieben, die Chromchlorid in einem dipolaren, aproti-schen Lösungsmittel, wie z.B. Dimethylformamid, und Wasser enthält. Im britischen Patent 1333713 ist eine Lösung offenbart, welche Chromammonium-Sulfat in einem dipolaren, aprotischen Lösungsmittel und Wasser enthält. Die beschriebenen Lösungen konnten sich aber in der Praxis Numerous efforts have been made to use trivalent chromium salts to deposit chromium or chromium alloys. British Patent 1144913 describes a solution for electroplating chromium, the chromium chloride in a dipolar, aprotic solvent such as e.g. Dimethylformamide, and contains water. British Patent 1333713 discloses a solution containing chromium ammonium sulfate in a dipolar, aprotic solvent and water. The solutions described could, however, be put into practice
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nicht durchsetzen. Insbesondere konnten Teile mit komplizierten Formen nicht zufriedenstellend verchromt werden, und wegen der schlechten elektrischen Leitfähigkeit, welche auf die Anwesenheit des dipolaren, aprotischen Lösungsmittels zurückzuführen ist, sind Spannungsquellen notwendig, welche in der Lage sind, Spannungen bis zu 20 Volt zu liefern. Eine Verminderung der vorhandenen Menge des dipolaren aprotischen Lösungsmittels ergab ein instabiles Bad. Zusätzlich war die Badlösung relativ teuer. Die Badlösung war an Chrom zwischen 0,5 und 1,5 molar, d.h. sie hatte eine relativ hohe Chromkonzentration. Hinzu kommt noch, dass die Benutzung von Dimethylformamid zu Gesundheitsschäden führen kann. do not enforce. In particular, parts with complicated shapes could not be chromed satisfactorily, and because of the poor electrical conductivity due to the presence of the dipolar, aprotic solvent, voltage sources are required which are able to supply voltages up to 20 volts. Decreasing the amount of dipolar aprotic solvent present resulted in an unstable bath. In addition, the bathroom solution was relatively expensive. The chromium bath solution was between 0.5 and 1.5 molar, i.e. it had a relatively high chromium concentration. In addition, the use of dimethylformamide can lead to health problems.
Das US-Patent 3917517 beschreibt ein Bad zum Elektroplattieren von Chrom oder Chromlegierungen, welches Chromchlorid oder -sulfat enthält und zu dem Hypophosphit-Ionen als Zusatz zu dem oder als Ersatz für das dipolare, aprotische Lösungsmittel, welches in den zuvor erwähnten Patentschriften offenbart ist, zugefügt sind. Es wird behauptet, dass die Zugabe der Hypophosphit-Ionen zur Lösung des dreiwertigen Chromsalzes die Nachteile der Lösung, welche das dipolare, aprotische Lösungsmittel enthält, beseitigt. Die Niederschlagsgeschwindigkeit ist jedoch geringer, als wenn die Lösung einen hohen Anteil des dipolaren, aprotischen Lösungsmittels enthält. Es werden lediglich Niederschlagsgeschwindigkeiten von 0,05 bis 0,15 um/Minute erreicht, was etwa der Geschwindigkeit entspricht, welche mit den besten Chrom (Vl)-Säurebädern erzielt werden kann. Die Badtemperatur liegt bei Temperaturen unterhalb 55 °C, und es ist eine minimale Chromkonzentration von 0,5 Mol pro Liter erforderlich. US Pat. No. 3,917,517 describes a bath for electroplating chromium or chromium alloys which contains chromium chloride or sulfate and to which hypophosphite ions as an additive to or as a substitute for the dipolar, aprotic solvent disclosed in the aforementioned patents, are added. The addition of the hypophosphite ions to the trivalent chromium salt solution is said to eliminate the disadvantages of the solution containing the dipolar, aprotic solvent. However, the rate of precipitation is slower than if the solution contains a high proportion of the dipolar, aprotic solvent. Precipitation rates of only 0.05 to 0.15 µm / minute are achieved, which corresponds approximately to the rate that can be achieved with the best chromium (VI) acid baths. The bath temperature is below 55 ° C and a minimum chromium concentration of 0.5 mol per liter is required.
Die deutschen Offenlegungsschriften 2612443 und 2612444 beschreiben wässrige Lösungen zum elektrolytischen Niederschlagen von Chrom, welche Chromsulfat und als schwache Komplexbildner Hypophosphit- oder Glycinionen enthalten. Zusätzlich benötigt die Lösung Chlorid- oder Fluo-ridionen. Die beste Niederschlagsgeschwindigkeit liegt ebenfalls bei etwa 0,15 (im/Minute und die günstigste Temperatur zwischen 25 und 35 °C. Die günstigste Chromkonzentration für die Herstellung zufriedenstellender Schichten wird mit 1 Mol pro Liter angegeben. German Offenlegungsschriften 2612443 and 2612444 describe aqueous solutions for the electrolytic deposition of chromium which contain chromium sulfate and hypophosphite or glycine ions as weak complexing agents. The solution also requires chloride or fluoride ions. The best rate of precipitation is also around 0.15 (im / minute and the most favorable temperature is between 25 and 35 ° C. The most favorable chromium concentration for the production of satisfactory layers is given as 1 mol per liter.
Die deutsche Offenlegungsschrift 2550615 beschreibt eine Badlösung, welche Chromsulfat oder -chlorid, Ammoniumsulfat oder -chlorid, Borsäure und eine Anzahl zusätzlicher schwacher Komplexbildner, wie z.B. Glycinionen oder Hypophosphit-Ionen, enthält. Die Konzentration der Chromionen und die Konzentration des zusätzlichen Puffers ist relativ hoch. German Offenlegungsschrift 2550615 describes a bath solution which contains chromium sulfate or chloride, ammonium sulfate or chloride, boric acid and a number of additional weak complexing agents, e.g. Contains glycine ions or hypophosphite ions. The concentration of the chromium ions and the concentration of the additional buffer is relatively high.
Diebritischen Patente 1455580und 1455841 beschreiben eine andere Möglichkeit, Chrom aus wässrigen Lösungen seiner dreiwertigen Salze niederzuschlagen. Die Chromionen werden dabei von Chromchlorid, Chromsulfat oder Chrom-fluorid geliefert. Wie erwähnt wird, sind zusätzlich Bromid-ionen, Ammoniumionen und Formiat- oder Acetationen notwendig. Die Niederschlagsgeschwindigkeit liegt bei einer Badtemperatur zwischen 15 und 30 °C bei 0,15 um/Minute. Die Chromkonzentration liegt im Bereich zwischen 0,1 und 1,2 Mol/1 und vorzugsweise bei 0,4 Mol/1. British patents 1455580 and 1455841 describe another way of precipitating chromium from aqueous solutions of its trivalent salts. The chromium ions are supplied by chromium chloride, chromium sulfate or chromium fluoride. As mentioned, bromide ions, ammonium ions and formate or acetate ions are additionally required. The rate of precipitation at a bath temperature between 15 and 30 ° C is 0.15 µm / minute. The chromium concentration is in the range between 0.1 and 1.2 mol / 1 and preferably 0.4 mol / 1.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein galvanisches Bad zum Elektroplattieren von Chrom oder Chromlegierungen anzugeben, welches eine niedrige Chromkonzentration aufweist und mit welchem bei relativ hohen Niederschlagsgeschwindigkeiten glänzende und fehlerfreie Schichten so erzeugt werden können, dass die verwendeten Apparaturen nicht einer übermässigen Korrosion und die Bediener nicht gesundheitsschädlichen Einwirkungen ausgesetzt sind. It is the object of the invention to provide a galvanic bath for electroplating chromium or chromium alloys, which has a low chromium concentration and with which, at relatively high precipitation speeds, glossy and flawless layers can be produced in such a way that the apparatus used does not cause excessive corrosion and the operator are not exposed to harmful effects.
Diese Aufgabe wird mit einem galvanischen Bad der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with a galvanic bath of the type mentioned with the features of the characterizing part of claim 1.
Mit dem vorliegenden Bad werden in einem Stromdichtenbereich von 10 bis 1000 + mA/cm2 glänzende Niederschläge aus Chrom oder Chromlegierungen erhalten. Die Niederschlagsgeschwindigkeit kann bis zu 0,9 um/Minute betragen. Zudem ist der Bereich der Badtemperatur, in welchem gearbeitet werden kann, sehr gross und reicht von 20 bis 70 °C. Schliesslich ist die Konzentration der Chromionen im Bad sehr niedrig. With the present bath, shiny deposits of chrome or chrome alloys are obtained in a current density range of 10 to 1000 + mA / cm2. The rate of precipitation can be up to 0.9 µm / minute. In addition, the range of bath temperature in which work can be carried out is very large and ranges from 20 to 70 ° C. Finally, the concentration of chromium ions in the bath is very low.
Es wird angenommen, dass frühere Versuche, Chrom aus Lösungen seiner dreiwertigen Salze mit vernünftigen Niederschlagsgeschwindigkeiten zu plattieren, daran scheiterten, dass bei hohen Stromdichten eine Chrom (III)-Hydroxidver-bindung auf der Kathode niedergeschlagen wurde. Das Niederschlagen von Chrom bei der Verwendung des erfindungs-gemässen Bades ist auch bei hohen Stromdichten mit sehr günstigen Ergebnissen möglich, was auf den katalytischen Effekt des Thiocyanats und auf die Wirkung des Puffers an der Kathode, welcher beim Entstehen der Chromatome an der Kathode freigesetzt wird, ermöglicht wird. Previous attempts to plate chromium from solutions of its trivalent salts with reasonable precipitation rates are believed to have failed because a chromium (III) hydroxide compound was deposited on the cathode at high current densities. The deposition of chromium when using the bath according to the invention is possible even at high current densities with very favorable results, due to the catalytic effect of the thiocyanate and the action of the buffer on the cathode, which is released when the chromium atoms are formed on the cathode , is made possible.
Als Puffer dient vorzugsweise eine Aminosäure, wie z.B. Glycin (NH2CH2COOH) oder ein Formiat oder ein Acetat. Aminosäuren sind starke Puffer und können ausserdem beim Ins-chemische-Gleichgewicht-Bringen mit entsprechenden Stoffen mit ihrem Stickstoff- oder Sauerstoffatom Komplexe mit Metallionen, wie z.B. dreiwertigem Chrom, bilden. Wird also beispielsweise eine Aminosäure mit einem Thiocyanato-Chrom (III)-Komplex ins chemische Gleichgewicht gebracht, so entstehen gemischte Aminosäure-Thiocyanato-Chrom (III)-Komplexe. An amino acid, such as e.g. Glycine (NH2CH2COOH) or a formate or an acetate. Amino acids are strong buffers and, when brought into chemical equilibrium with corresponding substances, can also complex with their nitrogen or oxygen atom with metal ions, e.g. trivalent chrome. For example, if an amino acid is brought into chemical equilibrium with a thiocyanato-chromium (III) complex, mixed amino acid-thiocyanato-chromium (III) complexes are formed.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich der wesentliche Fortschritt des erfindungsgemässen Bades durch die Kombination der katalytischen Wirkung des Thiocyanats und der Pufferwirkung an der Kathode des beim Abbau des Komplexes an der Kathode freiwerdenden Puffers ergibt. In vorteilhafter Weise können durch Zusatz von Nickel-, Kobaltoder anderen Metallsalzen zur Badlösung Legierungen des Chroms mit dem zugesetzten Metall niedergeschlagen werden. In summary, it can be said that the essential progress of the bath according to the invention results from the combination of the catalytic action of the thiocyanate and the buffer action at the cathode of the buffer released at the cathode when the complex is broken down. Alloys of chromium with the added metal can advantageously be deposited by adding nickel, cobalt or other metal salts to the bath solution.
Es ist auch in vorteilhafter Weise möglich, Chrom und seine Legierungen unter Verwendung von Photomasken selektiv niederzuschlagen. It is also advantageously possible to selectively deposit chromium and its alloys using photomasks.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben. The invention is described in detail below using exemplary embodiments.
Beispiel I Example I
Zur Herstellung eines erfindungsgemässen galvanischen Bades wurde eine 0,05molare wässrige Lösung von Chromchlorid (CrCh • 6H2O) hergestellt. Die Lösung wurde mit Borsäure (H3BO3) gesättigt (50 g/Liter) und dann bei 80 °C eine Stunde lang mit 0,075 Mol Natriumthiocyanat (NaNCS) pro Liter Lösung, 0,16 Mol Glycin (NH2CH2COOH) pro Liter, 0,5 Mol Kaliumchlorid (KCl) pro Liter und 2 Mol Kalium-bromid (KBr) pro Liter ins chemische Gleichgewicht gebracht. Das Kaliumchlorid und das Kaliumbromid wurden hinzugefügt, um die Leitfähigkeit der Lösung zu verbessern. Die ins chemische Gleichgewicht gebrachte Lösung wurde abgekühlt, ihr pH-Wert durch die Zugabe von einer verdünnten Natriumhydroxidlösung auf 3,0 eingestellt, und schliesslich wurde 1 g Natriumlaurylsulfat (Netzmittel) pro Liter zugeführt. Die Plattierlösung wurde in eine Hullzelle eingefüllt, in der sich eine flache platinierte Titananode und eine flache Hullzellentestkathode aus Messing befand. Es wurde keine Ionenaustauschmembran zur Trennung von Anode und Kathode benutzt, und die Temperatur der Lösung lag bei 22 °C. Ein Plattierstrom von 5 Ampere wurde durch die Lösung 2 Minuten lang geschickt. Dabei wurde im Stromdichtenbereich von 10 mA/cm2 bis 580 + mA/cm2 (Spitze der To produce an electroplating bath according to the invention, a 0.05 molar aqueous solution of chromium chloride (CrCh • 6H2O) was produced. The solution was saturated with boric acid (H3BO3) (50 g / liter) and then at 80 ° C for one hour with 0.075 mol sodium thiocyanate (NaNCS) per liter solution, 0.16 mol glycine (NH2CH2COOH) per liter, 0.5 mol Potassium chloride (KCl) per liter and 2 moles of potassium bromide (KBr) per liter are brought into chemical equilibrium. The potassium chloride and potassium bromide were added to improve the conductivity of the solution. The chemical equilibrium solution was cooled, its pH was adjusted to 3.0 by the addition of a dilute sodium hydroxide solution, and finally 1 g sodium lauryl sulfate (wetting agent) was added per liter. The plating solution was placed in a Hull cell that contained a flat platinum-plated titanium anode and a flat Hull cell test cathode made of brass. No ion exchange membrane was used to separate the anode and cathode, and the temperature of the solution was 22 ° C. A 5 ampere plating current was passed through the solution for 2 minutes. The current density range was from 10 mA / cm2 to 580 + mA / cm2 (peak of the
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Platte [top of the plate]) ein glänzender Chromniederschlag erhalten. Plate [top of the plate]) received a shiny chrome deposit.
Beispiel II Example II
Um die Wirkung des Ins-Gleichgewicht-Bringens von Glycin mit Chrom (III)-Thiocyanat, wobei eine wässrige, im chemischen Gleichgewicht stehende Lösung entsteht, welche gemischte Glycin-Sulfato-Thiocyanato-Chrom (III)-Kom-plexe enthält, zu illustrieren, wurde die Herstellung der Lösung in den zwei weiteren unten im einzelnen beschriebenen Verfahrensschritten A und B vorgenommen: To illustrate the effect of balancing glycine with chromium (III) thiocyanate, resulting in an aqueous, chemical equilibrium solution containing mixed glycine-sulfato-thiocyanato-chromium (III) complexes , the solution was prepared in the two further process steps A and B described in detail below:
A. Eine Plattierlösung wurde hergestellt, indem zunächst eine 0,075molare Chromsulfatlösung (Cr(SC>4)3- I5H2O) bereitgestellt wurde. Die Lösung wurde mit Borsäure (H3BO3) gesättigt (80 g/Liter) und dann eine Stunde lang bei 80 °C mit 0,15 Mol Natriumthiocyanat pro Liter und 0,8 Mol Natriumsulfat pro Liter ins chemische Gleichgewicht gebracht. Das Natriumsulfat wurde hinzugefüht, um die Leitfähigkeit der Lösung zu verbessern. Die ins Gleichgewicht gebrachte Lösung wurde abgekühlt, ihr pH-Wert wurde auf 2,5 durch die Zugabe von verdünnter Natriumhydroxidlösung eingestellt, und schliesslich wurde 0,6 g Natriumlaurylsulfat (Netzmittel) pro Liter zugefügt. A. A plating solution was prepared by first providing a 0.075 molar chromium sulfate solution (Cr (SC> 4) 3-15H2O). The solution was saturated with boric acid (H3BO3) (80 g / liter) and then brought into chemical equilibrium for one hour at 80 ° C. with 0.15 mol sodium thiocyanate per liter and 0.8 mol sodium sulfate per liter. The sodium sulfate was added to improve the conductivity of the solution. The equilibrated solution was cooled, its pH was adjusted to 2.5 by the addition of dilute sodium hydroxide solution, and finally 0.6 g sodium lauryl sulfate (wetting agent) per liter was added.
Diese Plattierlösung wurde wie im Beispiel I in eine Stan-dardhullzelle eingefüllt, und dann wurde die Temperatur der Lösung auf 25 °C eingestellt und auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde durch die Lösung ein Plattierstrom von 5 Ampere 2 Minuten lang geleitet. Dabei wurden auf der Hullzellenplatte im Stromdichtenbereich zwischen 5 und 125 mA/cm2 glänzende Chromniederschläge erhalten. This plating solution was filled in a standard hollow cell as in Example I, and then the temperature of the solution was adjusted to 25 ° C and kept at that temperature. A 5 ampere plating current was then passed through the solution for 2 minutes. Here, shiny chrome deposits were obtained on the Hull cell plate in the current density range between 5 and 125 mA / cm2.
B. Die Lösung, welche, wie in A beschrieben wird, hergestellt worden ist, wurde noch einmal bei 80 °C eine Stunde lang unter Zugabe von 5 g Glycin pro Liter (0,065 Mol pro Liter) ins chemische Gleichgewicht gebracht. Anschliessend wurde der pH-Wert der Lösung durch die Zugabe einer verdünnten Natriumhydroxidlösung auf 2,5 eingestellt. Durch die Lösung B, welche sich in einer Standardhullzelle befand, wurde bei einer Temperatur von 250 C ein Strom von 5 A zwei Minuten lang geleitet. Dabei wurde im Stromdichtenbereich zwischen 5 und 275 mA/cm2 ein glänzender Chromniederschlag erhalten. B. The solution, which is prepared as described in A, was again chemically balanced at 80 ° C for one hour with the addition of 5 g glycine per liter (0.065 mol per liter). The pH of the solution was then adjusted to 2.5 by adding a dilute sodium hydroxide solution. A current of 5 A was passed through solution B, which was in a standard hollow cell, at a temperature of 250 C for two minutes. A shiny chrome deposit was obtained in the current density range between 5 and 275 mA / cm2.
C. Die Lösung, welche wie in A beschrieben wird, hergestellt worden ist, wurde bei 80 °C noch einmal eine Stunde lang unter Zugabe von 10 g Glycin pro Liter, (0,13 Mol pro Liter) ins chemische Gleichgewicht gebracht. Der pH-Wert wurde durch die Zugabe von verdünnter Natriumhydroxidlösung auf 2,6 eingestellt. Durch die Lösung C wurde bei einer Temperatur von 47 °C ein Strom von 1,6 A 30 Minuten lang geleitet, wobei eine Kathode mit einer Fläche von 12 cm2 (entsprechende Stromdichte = 130 mA/cm2) benutzt wurde. Es wurde ein 10 |im dicker Chromniederschlag (entsprechend 0,33 jim/Minute) erhalten. C. The solution prepared as described in A was chemically equilibrated at 80 ° C for one hour with the addition of 10 g glycine per liter (0.13 mol per liter). The pH was adjusted to 2.6 by the addition of dilute sodium hydroxide solution. A current of 1.6 A was passed through solution C at a temperature of 47 ° C. for 30 minutes, using a cathode with an area of 12 cm 2 (corresponding current density = 130 mA / cm 2). A 10 mm thick chrome deposit (corresponding to 0.33 jim / minute) was obtained.
D. Im folgenden wird der Temperatureffekt illustriert: Durch die in einer Standardhullzelle befindliche, auf 450 C erhitzte Lösung B wurde ein Strom von 5 A zwei Minuten lang geleitet. Dabei wurde, im Stromdichtenbereich zwischen 12 und 400 mA/cm2 glänzende Chromniederschläge erhalten. D. The temperature effect is illustrated below: A solution of 5 A was passed through solution B, which was in a standard hollow cell and heated to 450 ° C., for two minutes. Here, shiny chrome deposits were obtained in the current density range between 12 and 400 mA / cm2.
Beispiel III Example III
Eine Plattierlösung wurde im wesentlichen hergestellt, wie es im Beispiel I der deutschen Offenlegungsschrift 2545654 beschrieben ist, d.h. es wurden 150g Natriumdichromat (Na2Cr20?) zu 485 ml Perchlorsäure (HC104) und 525 ml Wasser zugefügt. Dazu wurden 400 ml Wasserstoffperoxid tropfenweise gegeben, bis die Lösung tiefblau wurde. Nachdem dieser Zustand erreicht war, wurde die Lösung auf die Hälfte ihres Volumens eingekocht, wobei das Wasserstoffperoxid ausgetrieben wurde und die benötigte Chromperchlorat A plating solution was prepared essentially as described in Example I of German Offenlegungsschrift 2545654, i.e. 150 g of sodium dichromate (Na2Cr20?) were added to 485 ml of perchloric acid (HC104) and 525 ml of water. 400 ml of hydrogen peroxide were added dropwise until the solution turned deep blue. After this state was reached, the solution was boiled down to half its volume, the hydrogen peroxide being expelled and the chromium perchlorate required
(Cr(C104)3)-Lösung übrigblieb, diese Lösung dient als Chrom (III)-Quellenlösung für das Plattieren. (Cr (C104) 3) solution remained, this solution serves as a chromium (III) source solution for plating.
10g Glycin wurden in Wasser gelöst, und der pH-Wert wurde mit Perchlorsäure auf 2,0 eingestellt. 100 ml der Chrom (III)-Quellenlösung wurden zu der Glycinlösung hinzugegeben, anschliessend wurde der pH-Wert durch die Zugabe einer Natriumhydroxidlösung erneut auf 2,0 eingestellt, und schliesslich wurde das Volumen der Lösung durch die Zugabe von Wasser auf einen Liter gebracht. Diese Lösung wurde mit 0,3 Mol Natriumthiocyanat pro Liter und 1 Mol Natriumperchlorat pro Liter eine Stunde lang bei 80 °C ins chemische Gleichgewicht gebracht. Die Lösung wurde auf 400 C abgekühlt, mit Borsäure (H3BO3) gesättigt (70 g pro Liter), und es wurde 1 g Natriumlaurylsulfat pro Liter zugegeben. 10 g of glycine was dissolved in water and the pH was adjusted to 2.0 with perchloric acid. 100 ml of the chromium (III) source solution was added to the glycine solution, then the pH was adjusted again to 2.0 by the addition of a sodium hydroxide solution, and finally the volume of the solution was brought to 1 liter by the addition of water. This solution was brought into chemical equilibrium for one hour at 80 ° C. with 0.3 mol of sodium thiocyanate per liter and 1 mol of sodium perchlorate per liter. The solution was cooled to 400 C, saturated with boric acid (H3BO3) (70 g per liter) and 1 g sodium lauryl sulfate per liter was added.
Die folgenden Plattierungsergebnisse wurden mit der im Beispiel III hergestellten Lösung erzielt. The following plating results were obtained with the solution prepared in Example III.
A. Glänzende Chromniederschläge wurden bei Temperaturen im Bereich zwischen 25 und 70 °C erhalten, wobei die besten Ergebnisse bei Temperaturen oberhalb 35 °C erzielt wurden. A. Shiny chrome deposits were obtained at temperatures between 25 and 70 ° C, with the best results at temperatures above 35 ° C.
B. Die Lösung wurde in eine Hullzelle eingefüllt und auf 70 °C erhitzt. Auf eine Hullzellenkathode aus Messing wurde bei einem Gesamtstrom von 10 A zwei Minuten lang plattiert, wobei eine flache platinierte Titananode verwendet wurde. Auf der Messingplatte wurden von der 20-mA/cm2-Position bis zu der Spitze der Platte (1000 + mA/cm2) ein glänzender Chromniederschlag erhalten. Keine Anzeichen von «Brand» (burning) oder einem nicht zufriedenstellenden Niederschlag wurden festgestellt. B. The solution was placed in a Hull cell and heated to 70 ° C. A brass Hull cell cathode was plated at a total current of 10 A for two minutes using a flat platinized titanium anode. A shiny chrome deposit was obtained on the brass plate from the 20 mA / cm2 position to the top of the plate (1000 + mA / cm2). No signs of fire or unsatisfactory precipitation were found.
C. In der auf 70° C erhitzten Lösung wurde auf einen Messingstab mit einem Durchmesser von 6,3 mm bei einer Stromdichte von 300 mA/cm2 zehn Minuten lang plattiert, wobei der Stab während des Plattierens in der Lösung bewegt wurde. Die erzielte Dicke des Chromniederschlags, welche durch Wägung bestimmt wurde, war 9 um. C. In the solution heated to 70 ° C, plating was carried out on a 6.3 mm diameter brass rod at a current density of 300 mA / cm 2 for ten minutes, while moving the rod in the solution during plating. The chrome deposit thickness determined by weighing was 9 µm.
D. In der auf 70° C erhitzten Lösung wurde auf einen Messingstab mit einem Durchmesser von 6,3 mm bei einer Stromdichte von 135 mA/cm2 zehn Minuten lang plattiert, wobei der Stab während des Plattierens in der Lösung bewegt wurde. Die erzielte Dicke des Chromniederschlags, welche durch Wägung ermittelt wurde, war 6 (im. D. In the solution heated to 70 ° C, plating was carried out on a 6.3 mm diameter brass rod at a current density of 135 mA / cm 2 for ten minutes, moving the rod in the solution during plating. The thickness of the chrome deposit, which was determined by weighing, was 6 (in.
Beispiel IV Example IV
Eine Plattierlösung wurde, mit der Ausnahme, dass zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Lösung, statt 0,8 Mol Natriumsulfat pro Liter, 1 Mol Natriumperchlorat pro Liter verwendet wurde, wie im Beispiel HC hergestellt. Unter Verwendung dieser Lösung wurde auf beiden Seiten eines 2x5 cm messenden Messingstreifens unter den folgenden Bedingungen ein glänzender 0,85 um dicker Chromniederschlag erhalten: pH-Wert: 2,55, Temperatur: 46°C, Stromstärke: 2A, und Zeit: 2,5 Minuten. Die Stromdichte lag bei 100 mA/cm2 und die Chromniederschlagsgeschwindigkeit bei 0,3 \im/ Minute. A plating solution, except that instead of 0.8 moles of sodium sulfate per liter, 1 mole of sodium perchlorate per liter was used as in Example HC to improve the conductivity of the solution. Using this solution, a shiny 0.85 µm thick chrome deposit was obtained on both sides of a 2x5 cm brass strip under the following conditions: pH: 2.55, temperature: 46 ° C, current: 2A, and time: 2, 5 minutes. The current density was 100 mA / cm2 and the chrome precipitation rate was 0.3 \ im / minute.
Beispiel V Example V
Zur Herstellung einer anderen Plattierlösung gemäss der Erfindung wurde in der folgenden Weise vorgegangen, wobei die angegebenen Mengen der Zutaten sich auf 1 Liter Plattierlösung beziehen: The procedure for producing another plating solution according to the invention was as follows, the stated amounts of the ingredients relating to 1 liter of plating solution:
1. 60 g Borsäure (H3BO3) werden zu 600 ml deionisiertem oder destilliertem Wasser gegeben. Bis zur Lösung der Borsäure wird erhitzt und gerührt. Der pH-Wert wird auf einen Wert zwischen 2 und 2,4 durch die Zugabe einer 10%igen NaOH oder 10%igen H2S04-Lösung eingestellt. 1. 60 g of boric acid (H3BO3) are added to 600 ml of deionized or distilled water. The solution is heated and stirred until the boric acid dissolves. The pH is adjusted to a value between 2 and 2.4 by adding a 10% NaOH or 10% H2S04 solution.
2. 33,12 g Chrom (Ill)-Sulfat (Crî(S04)3- I5H2O) werden zu der im Schritt 1 hergestellten Borsäurelösung gegeben. 2. 33.12 g of chromium (III) sulfate (Crî (S04) 3-15H2O) are added to the boric acid solution prepared in step 1.
5 5
to to
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
o5 o5
5 5
641 213 641 213
3. 32,43 g Natriumthiocyanat (NaSCN) werden der im Schritt 2 erzeugten Lösung zugegeben. Die Mischung wird erhitzt auf 85 ± 5 °C und dann unter Einhaltung dieser Temperatur 90 Minuten lang gerührt. 3. 32.43 g of sodium thiocyanate (NaSCN) are added to the solution generated in step 2. The mixture is heated to 85 ± 5 ° C and then stirred at this temperature for 90 minutes.
4. Dann wird auf Raumtemperatur abgekühlt, und 10 g Glycin (NH2CH2COOH) zu der Lösung zugegeben. Der pH-Wert wird wie im Schritt 1 eingestellt. Anschliessend wird auf 85 ± 50 C erhitzt und unter Einhaltung dieser Temperatur 90 Minuten lang gerührt. 4. Then cool to room temperature and add 10 g glycine (NH2CH2COOH) to the solution. The pH is adjusted as in step 1. The mixture is then heated to 85 ± 50 C and stirred at this temperature for 90 minutes.
5. Anschliessend wird auf Raumtemperatur abgekühlt und 140 g Natriumperchlorat (NaClO-t- H2O) zugefügt. Anschliessend wird bis zur vollständigen Lösung erhitzt und gerührt. 5. The mixture is then cooled to room temperature and 140 g of sodium perchlorate (NaClO-t-H2O) are added. The mixture is then heated and stirred until completely dissolved.
6. Der pH-Wert wird wie im Schritt 1 auf 2,5 eingestellt. 6. The pH is adjusted to 2.5 as in step 1.
7. Mit deionisiertem oder destilliertem Wasser wird das Volumen der Lösung auf 1 Liter gebracht. 7. The volume of the solution is brought to 1 liter with deionized or distilled water.
8. Zu der Lösung werden 1 g Natriumlaurylsulfat oder 0,1 g FC98 (ein von der 3M Corporation unter diesem Handelsnamen vertriebenes Netzmittel) zugegeben. Anschliessend wird bis zur vollständigen Auflösung gerührt. 8. Add 1 g of sodium lauryl sulfate or 0.1 g of FC98 (a wetting agent sold by 3M Corporation under this trade name) to the solution. The mixture is then stirred until completely dissolved.
Die Plattierlösung ist nun fertig. Geeignete Plattierbedingungen sind im folgenden aufgeführt: The plating solution is now ready. Suitable plating conditions are listed below:
Günstige Ergebnisse werden erzielt bei Stromdichten im Bereich zwischen 50 und 150 mA/cm2 bei pH-Werten im Favorable results are achieved with current densities in the range between 50 and 150 mA / cm2 at pH values in the
Bereich zwischen 2,0 und 4,0 und bei Temperaturen im Bereich zwischen 25 und 60 °C. Bei einer Stromdichte von 105 mA/cm2, einem pH-Wert von 3,5 und einer Temperatur von 500 C werden 0,6 um Chrom innerhalb von 2 Minuten s (Effizienz 20 bis 23%) niedergeschlagen. Range between 2.0 and 4.0 and at temperatures in the range between 25 and 60 ° C. With a current density of 105 mA / cm2, a pH value of 3.5 and a temperature of 500 C, 0.6 µm chromium is deposited within 2 minutes (efficiency 20 to 23%).
Die Anodenstromdichte sollte bei etwa 40 mA/cm2 gehalten werden. Die Anoden können aus platziertem Titan oder aus Kohle bestehen. The anode current density should be kept at around 40 mA / cm2. The anodes can be made of placed titanium or carbon.
Es sollte unter einem Abzug gearbeitet werden, da in 10 geringem Umfang eine elektrochemische Spaltung des Thio-cyanatanions an der Kathode stattfindet. It should be done under a fume hood, since there is only a small amount of electrochemical cleavage of the thio-cyanate anion at the cathode.
In vorteilhafter Weise können von den Aminosäuren ausser dem herausgestellten Glycin als Puffer auch Asparagin-säure, Arginin, Histidin, Hydroxyprolin Advantageously, aspartic acid, arginine, histidine and hydroxyproline can also be used as the buffer in addition to the glycine shown
15 15
(NH.CH2.CH(OH).CH2.CH.COOH) und auch durch aus zwei oder drei Aminosäuren durch Kondensation entstandene Di- oder Tripeptide, wie z.B. Diglycin bzw. Triglycin, verwendet werden. Diese zuletzt genannten sechs Puffer kön-20 nen allein oder als Zusatz zu Glycin dazu verwendet werden, um das erfindungsgemässe galvanische Bad an spezielle Anwendungen anzupassen und um die Farbe des Niederschlags zu beeinflussen. (NH.CH2.CH (OH) .CH2.CH.COOH) and also by di- or tripeptides formed from two or three amino acids by condensation, such as e.g. Diglycin or triglycin can be used. These last-mentioned six buffers can be used alone or as an additive to glycine in order to adapt the galvanic bath according to the invention to special applications and to influence the color of the precipitate.
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