CH647011A5

CH647011A5 - Substrat mit einer darauf befindlichen weissen ablagerung von metallischem palladium.

Info

Publication number: CH647011A5
Application number: CH803681A
Authority: CH
Inventors: Kathleen B-O'keefe Miscioscio; Paul T Smith
Original assignee: Hooker Chemicals Plastics Corp
Priority date: 1980-12-17
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1984-12-28
Also published as: AU530026B2; JPS57174486A; BR8108192A; DE3149042A1; SE8106868L; ES508037A0; HK67486A; FR2496131A1; ATA527481A; DE3149042C2; AU7780481A; IT8149862A0; GB2090869B; ES8304222A1; AT375963B; GB2090869A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf weisse Ablagerungen von metallischem Palladium auf konventionellen Substraten, die beispielsweise durch Elektroplattierung erhältlich sind, geringe Schichtdicke aufweisen und ein metallischem weissem Rhodium ähnliches Aussehen haben.

Es ist in der Fachwelt bekannt, dass unter Verwendung von konventionellen Palladiumbädern Ablagerungen von metallischem Palladium erhalten werden, die graue Färbung aufweisen. Andererseits ist es bekannt, mittels Rhodiumbädern weisse Ablagerungen zu erzielen, die in der Industrie dekorativer Künste sehr nützlich sind. Im Hinblick auf die im Vergleich zu Palladium relativ hohen Kosten für Rhodium wäre es erwünscht, mittels Palladiumbädern als Ersatz für die heute gebräuchlichen Ablagerungen von Rhodium, weisse Ablagerungen von Palladium zu erzeugen. Bisherige Bestrebungen zur Erzielung einer weissen Ablagerung von metallischem Palladium waren erfolglos, da die erhaltene Ablagerung für die vorgesehenen Verwendungszwecke, beispielsweise als Ersatz für die konventionell erhältlichen, weissen Ablagerungen von Rhodium, nicht genügend weiss waren. Es wäre auch für kommerzielle Verwendungszwecke nützlich, mit Leichtigkeit dünne, weisse Ablagerungen von metallischem Palladium erzeugen zu können.

In der US-PS 330 149, die bereits 1885 veröffentlicht wurde, wird die Herstellung einer «weissen Ablagerung von Palladium» erwähnt. Das in dieser Patentschrift beschriebene Elektroplattierungsbad enthält Palladiumchlorid, Ammoniumphosphat, Natriumphosphat oder Ammoniak und gegebenenfalls Benzoesäure. Der Betriebs-pH-Wert dieses Bades ist nicht offenbart, jedoch wird daraufhingewiesen, dass Ammoniak verdampft und die ursprünglich alkalische Flüssigkeit schwach sauer wird. Wie erwähnt ist die Verwendung von Benzoesäure als Eventualmassnahme offenbart, wobei die Patentinhaber jedoch offenbaren, dass durchdie Verwendung von Benzoesäure die Ablagerung gebleicht und auf Substrate aus Eisen und Stahl ein stärkerer Niederschlag erzielt wird.

In der Fachwelt sind auch Elektroplattierungsbäder bekannt, die darauf gerichtet sind, den Glanz von Ablagerungen von metallischem Palladium oder Palladiumlegierungen auf Metallsubstraten zu verbessern, was beispielsweise in der US-PS 4 098 656, die 1978 veröffentlicht wurde, beschrieben ist. Nach dieser Patentschrift wird die Verbesserung des Glanzes dadurch erzielt, dass das Elektroplattierungsbad organische Glanzmittel sowohl der Klasse I wie auch der Klasse II enthält und einen pH-Wert von 4,5-12 aufweist.

Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist, durch Elektroplattierung auf zweckentsprechenden Substraten einzigartige, dünne weisse Ablagerungen von metallischem Palladium zu bilden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit das im Patentanspruch 1 definierte Substrat.

Das Reflexionsvermögen für weisses Licht der Ablagerung von metallischem Palladium auf dem erfindungsgemässen Substrat beträgt vorzugsweise 82-95% des auf gleiche Art gemessenen Reflexionsvermögens für weisses Licht von metallischem Palladium.

Unter Verwendung bekannter Apparaturen, beispielsweise des Perkin-Elmer-Spektrophotometers 559, wurden nach bekannter Methode Ablagerungen von metallischem Palladium und Rhodium im sichtbaren Lichtspektrum in einem Wellenlängenbereich von 400-700 nm abgetastet. Bezogen auf das durchschnittliche Reflexionsvermögen für weisses Licht von metallischem Rhodium, wurden beispielsweise in verschiedenen Wellenlängenbereichen die nachstehend angeführten, prozentualen Minimalwerte des Reflexionsvermögens für weisses Licht der der weissen Ablagerungen von metallischem Palladium auf einem erfindungsgemässen Substrat gemessen:

Wellenlänge, nm

% Reflexionsvermögen, bezogen auf Rhodium

400

78-83

500

88-92

600

90-94

700

91-94

Diese einzigartigen weissen Ablagerungen von metallischem Palladium können auf jedem zweckentsprechenden Substrat, beispielsweise aus Stahl, Nickel, Kupfer, Zink, Edelmetallen und dergleichen gebildet werden und weisen vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,01-1,0 um, insbesondere 0,03-0,4 um, auf.

Der hier angesprochene Weissheitsgrad wird ausgedrückt als «Reflexionsvermögen» spektrophotometrisch gemessen, beispielsweise unter Verwendung eines Perkin-Elmer-Spek-trophotometers 559 an Messplättchen der Abmessungen 2,5 x 2,5 cm, die zur Ausschaltung jeglicher Unvollkommen-heiten der Oberfläche vor der jeweiligen Elektroplattierung nacheinander zuerst mit Kupfer und dann mit Nickel in einer Schichtdicke von je 12,7 um plattiert wurden und im nachstehenden als «nickelplattierte Plättchen» bezeichnet sind. Das Reflexionsvermögen weissen Lichts dieser Plättchen wird nach der Übertragungsmethode im Wellenlängenbereich von 400-700 nm abgetastet und in bezug auf die Werte eines Bezugsplättchens aus Magnesiumoxid als prozentuales Reflexionsvermögen angegeben. Dann werden die mit der jeweilig erhaltenen Ablagerung von metallischem Palladium erhaltenen Mess werte mit denjenigen einer auf gleiche Art hergestellten und gemessenen Ablagerung von metallischem Rhodium verglichen, um zu den vorstehend angeführten prozentualen Vergleichswerten zu gelangen.

Wie im nachstehenden erläutert, können die beschriebenen, einzigartigen weissen Ablagerungen von metallischem Palladium unter Verwendung bestimmter, Palladium enthaltender Elektroplattierungsbäder erhalten werden.

Im nachstehenden wird die Erfindung unter Bezugnahme

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

647011

auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Zeichnung ist ein Diagramm, in welchem der Weissheitsgrad der Ablagerung von metallischem Palladium auf dem erfindungsgemässen Substrat im Vergleich zu Ablagerungen nach dem Stand der Technik dargestellt ist.

Elektroplattierungsbäder, die zur Herstellung der einzigartigen weissen Ablagerung von metallischem Palladium auf dem erfindungsgemässen Substrat verwendet werden können, sind in den US-Patentanmeldungen 217 316,217 318 und 217 319, auf welche hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben.

Im allgemeinen sind diese Elektroplattierungsbäder stabile wässerige Lösungen, enthaltend eine im Bad lösliche Lieferquelle für Palladium, ein im Bad lösliches, leitfähiges Ammoniumsalz und eine oder mehr zusätzliche weitere Komponente^), wie Ammoniumhydroxid zur Einstellung des pH-Wertes des Bades in einen erwünschten Bereich von 5-10, Puffer zur Erhaltung des eingestellten pH-Wertes während des Betriebs des Bades, Chloridionen, organische und Nickel enthaltende anorganische Glanzmittel.

Die Lieferquelle für metallisches Palladium im Elektro-plattierungsbad kann jede beliebige palladium-organische Amin-Koordinationsverbindung, wie Nitrat-, Nitrit-, Chlorid-, Sulfat-, Sulfit-Koordinationsverbindung sein. Typische derartige Koordinationsverbindungen, die im Elek-troplattierungsbad eingesetzt werden können, sind Ammin-palladium(II)-chlorid und Diammin-palladium(II)-dinitrit. Der Palladiumgehalt des Bades, berechnet als metallisches Palladium, soll zumindest genügend hoch sein, um bei Elektrolyse des Bades Palladium auf dem Substrat abzulagern, jedoch weniger hoch als ein Mengenanteil, der zu einer Verdunkelung der Ablagerung führen würde, und beträgt beispielsweise 0,1-20 g/1, vorzugsweise 1-6 g/1.

Als leitfähiges, im Bad lösliches Ammoniumsalz, kann das Bad Ammoniumsulfat, -chlorid, zweibasisches Ammoniumphosphat und dergleichen, einzeln oder im Gemisch untereinander enthalten. Der Mengenanteil des leitfähigen Ammoniumsalzes soll mindestens so hoch sein, dass das Bad eine zur Elektroablagerung des Palladiums genügende Leitfähigkeit aufweist, und beträgt beispielsweise 25-120 g/1, vorzugsweise 30-100 g/1.

Im nachstehenden sind beispielsweise typische Zusammensetzungen derartiger Elektroplattierungsbäder angeführt:

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit* 1 -6 g/1 (berechnet als Pd) Leitfähiges Salz 50-100 g/1

Ammoniumhydroxid 10-50 ml/1

Puffer 0-50 g/1

pH-Wert des Bades 9-9,5

Komponenten Mengenanteile

Ammin-palladium(II)-chlorid 1-6 g/1 (berechnet als Pd)

Leitfähiges Salz 30-70 g/1

Kaliumchlorid 10-20 g/1 Organisches Glanzmittel 1-3 g/1

Anorganisches Glanzmittel 0,2-0,5 g/1 Ammoniumhydroxid 0-15 ml/1

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit* 1 -6 g/1 (berechnet als Pd)

Leitfähiges Salz 50-100 g/1

Organisches Glanzmittel

(Klasse I oder II) 1-3 g/1

Ammoniumhydroxid 10-50 ml/1

Puffer 0-50 g/1

pH-Wert des Bades 9-9,5

*Pd(NH3)2(N02)2

Für den Betrieb kann die Temperatur des Elektroplattie-rungsbades zwischen Zimmertemperatur und 70°C gehalten werden. Zur Vermeidung der Freisetzung von überschüssigem Ammoniak aus der Lösung, wird die Elektroplattierung vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb 55°C ausgeführt. Für die meisten Verwendungszwecke ist eine Stromdichte im Bereich von 0,01-5 A/dm2 geeignet. Für Gestell-Plattierung gelangt zweckmässig eine Stromdichte von 0,2-2,0 A/dm2, vorzugsweise von etwa 1,0 A/dm2, zum Einsatz.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden Beispiele noch besser verständlich gemacht werden. In jedem der Beispiele wurde die Elektroplattierung solcherart ausgeführt, dass eine weisse Ablagerung von metallischem Palladium einer Schichtdicke von 0,25-0,35 |j.m erhalten wurde.

Beispiel 1

Ein elektrolytisches Palladiumbad wurde hergestellt durch Lösen der nachstehend angeführten Komponenten in den angegebenen Mengenanteilen in Wasser:

Komponenten

Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit

2 g/1 (berechnet als Pd)

Dibasisches Ammoniumphosphat

95 g/1

Ammoniumhydroxid

24 ml/1

Durch den Gehalt an Ammoniumhydroxid wurde der pH-Wert des Bades auf etwa 9,2 erhöht. Die Elektroplattierung wurde auf nickelplattierte Plättchen bei Zimmertemperatur und einer Stromdichte von 1 A/dm2 während 45 s ausgeführt.

Beispiel 2

Ein ähnliches Bad wie in Beispiel 1 wurde hergestellt, wie nachstehend angeführt:

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit 2 g/1 (berechnet als Pd)

Dibasisches Ammoniumphosphat 96 g/1

Ammonium-hydrogenborat 25 g/1

Ammoniumhydroxid 24 ml/1

Der pH-Wert dieses Bades betrug ebenfalls etwa 9,2. Die Elektroplattierung wurde auf gleiche Art ausgeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Ammonium-hydrogenphosphat wirkte als Puffer zur Erhaltung des pH-Wertes während des Betriebs des Bades.

Beispiel 3

Ein ähnliphes Bad wie in Beispiel 2 wurde wie nachstehend

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

647011

4

angegeben mit der Ausnahme hergestellt, dass als Puffer Natrium-tetraborat verwendet wurde.

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit 4 g/1 (berechnet als Pd) Monobasisches

Ammoniumphosphat 50 g/1

Ammoniumhydroxid 24 ml/1

Natrium-tetraborat 25 g/1

Durch den Gehalt an Ammoniumhydroxid wurde der pH-Wert des Bades auf 9 gestellt. Die Elektroplattierung wurde auf gleiche Art ausgeführt, wie in den Beispielen 1 und 2.

Beispiel 4

Komponenten

Mengenanteile

Ammin-palladium(II)-chlorid

2 g/1 (berechnet als Pd)

Ammoniumsulfat

60 g/1

Kaliumchlorid

15 g/1

Benzaldehyd-o-natriumsulfonat

2 g/1

Ammonium-nickel-sulfat

0,5 g/1

Der pH-Wert des Bades betrug während der Elektroplattierung bei 45-55°C und einer Stromdichte von 1 -2 A/dm2 von nickelplattierten Plättchen 5,5-7.

Beispiel 5

Wie in den vorangehenden Beispielen wurde das nachstehende elektrolytische Palladiumbad hergestellt:

Komponenten

Mengenanteile

Ammin-palladium(II)-chlorid

2 g/1 (berechnet als Pd)

Ammoniumsulfat

30 g/1

Kaliumchlorid

15 g/1

Ammoniumhydroxid

8 ml/1

Benzaldehyd-o-natriumsulfonat

2 g/1

Nickelsulfat

0,2 g/1

Die Elektroplattierung von nickelplattierten Plättchen erfolgte unter Einhaltung eines pH-Wertes des Bades von 5,5-7 und einer Temperatur von 50°C bei einer Stromdichte von 0,4-1,5 A/dm2.

Beispiel 6

Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde das nachstehend definierte elektrolytische Palladiumbad hergestellt:

Komponenten

Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit

2 g/1 (berechnet als Pd)

Dibasisches Ammoniumphosphat

96 g/1

Ammonium-hydrogenborat

25 g/1

Ammoniumhydroxid

24 ml/1

Benzaldehyd-o-natriumsulfonat

2 g/1

Durch den Gehalt an Ammoniumhydroxid wurde der pH-Wert des Bades auf etwa 9 gestellt. Die Elektroplattierung von nickelplattierten Plättchen wurde bei einer Badtemperatur von 22°C und einer Stromdichte von 1 A/dm2 während 30 s ausgeführt. Das Ammonium-hydrogenborat wirkte als Puffer zur Erhaltung des pH-Wertes des Bades während der Plattierung und um den erwünschten Weissheitsgrad der erhaltenen Ablagerung von metallischem Palladium zu erhöhen.

Beispiel 7

Ein ähnliches elektrolytisches Palladiumbad wie in Beispiel 6, jedoch unter Verwendung eines anderen Glanzmittels, wurde aus den nachstehend angeführten Komponenten in den angegebenen Mengenanteilen hergestellt:

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit 2 g/1 (berechnet als Pd) Dibasisches Ammoniumphosphat 96 g/1

Ammoniumhydroxid 24 ml/1

Ammonium-hydrogenborat 25 g/1 2-Butin-1,4-diol 2 g/1

Der pH-Wert des Bades betrug ebenfalls 9 und die Plattierung wurde gleich ausgeführt, wie in Beispiel 6 beschrieben.

Beispiel 8

Ein ähnliches elektrolytisches Palladiumbad wie in Beispiel 6 beschrieben, wurde mit der Ausnahme hergestellt, dass ein Klasse I Nickel-Glanzmittel verwendet wurde:

Komponenten Mengenanteile

Diammin-palladium(II)-dinitrit 1 g/1 (berechnet als Pd)

Dibasisches Ammoniumphosphat 50 g/1

Ammonium-hydrogenborat 25 g/1

Ammoniumhydroxid 24 ml/1 Saccharin 2 g/1

Der pH-Wert des Bades betrug ebenfalls 9 und die Elektroplattierung wurde auf gleiche Art ausgeführt wie in den Beispielen 6 und 7.

In der nachstehenden Tabelle ist vergleichsweise das Refle-xionsvermögen weissen Lichtes der nach den vorstehenden Beispielen 1-8 erhaltenen Ablagerungen von metallischem Palladium auf den nickelplattierten Prüfplättchen gegenüber dem auf gleiche Art gemessenen Reflexionsvermögen einer Ablagerung von Rhodium auf einem gleichen nickelplattierten Prüfplättchen und von nach Beispiel 3 der US-PS 4 098 656 und nach der US-PS 330 149, S. 1, Z. 77-102 und S. 2, Z. 1-8 hergestellten Ablagerungen angeführt. Die beiden letztgenannten Vergleichs-Ablagerungen zeigten ebenfalls eine Schichtdicke von 0,25-0,35 um. Die Messungen wurden mittels des Perkin-Elmer-Spektrophotometers nach dem Vorgehen ausgeführt wie vorstehend angegeben.

Ablagerung

% Reflexionsvermögen

400 nm

500 nm

600 nm

700 nm

Rhodium

80,5

85,0

88,5

90,5

US-PS 4 098 656

60,0

71,5

78,0

80,5

US-PS 330 149

51,5

60,0

66,5

72,0

s

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

647011

Ablagerung % Reflexionsvermögen

400 nm

500 nm

600 nm

700 nm

Beispiel 1

63,5

75,0

80,0

82,5

Beispiel 2

64,5

75,5

81,0

83,5

Beispiel 3

63,0

74,5

80,0

83,0

Beispiel 4

66,0

76,5

81,5

84,0

Beispiel 5

67,0

77,0

82,0

84,5

Beispiel 6

67,0

78,0

83,0

85,0

Beispiel 7

66,0

75,5

80,5

83,0

Beispiel 8

67,0

77,0

81,5

83,5

Aus der Tabelle geht hervor, dass in den Beispielen 1-8 hinsichtlich Reflexionsvermögen weissen Lichtes gegenüber den nach den genannten US-Patentschriften hergestellten Vergleichs-Ablagerungen eine signifikant verbesserte Ablagerung von metallischem Palladium erhalten wird. Der visuelle Unterschied im Weissheitsgrad ist so bedeutend, dass er für kommerzielle Verwendungszwecke den Unterschied zwischen Annahme und Zurückweisung ausmachen kann.

Bei diagrammatischer Aufzeichnung von prozentualem

Reflexionsvermögen gegen Wellenlänge des Abtastlichtes, wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Signifikanz der bei Verwendung des erfindungsgemässen Elektroplattierungs-bades erhaltenen Resultate weiterhin verdeutlicht.

s Mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurden vergleichsweise Mikrophotographien hergestellt von nach den vorstehenden Beispielen 2,4 und 6 und nach den vorstehend genannten US-PS 4098 656 und 330 149 hergestellten Ablagerungen gemacht. Dieses Mikrophotographien zeigen, io dass die Ablagerungen nach der US-PS 330 149 ausgedehnte dendritische Ablagerungen und Grauheit der Oberfläche aufweisen. Die nach der US-PS 4 098 656 erhaltenen Ablagerungen zeigen etwas vermindertes dendritisches Wachstum als die letztgenannten, jedoch immer noch eine beträchtliche is Rauheit der Oberfläche. Im Gegensatz dazu sind die nach den Beispielen 2,4 und 6 erhaltenen Ablagerungen äusserst glatt und zeigen keinerlei dendritisches Wachstum. Dies bestätigt weiterhin die einzigartigen Eigenschaften der Ablagerungen auf der Ausführungsform des erfindungsge-20 mässen Substrats und weist auf den Zusammenhang zwischen der Glattheit der Ablagerung und deren Reflexionsvermögen weissen Lichts hin.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

647011

1. Substrat mit einer darauf befindlichen weissen Ablagerung von metallischem Palladium, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung von metallischem Palladium glatt ist, praktisch kein dendritisches Wachstum aufweist, und dass das spektrophotometrisch für weisses Licht bestimmte Reflexionsvermögen der Ablagerung 78-95% der durchschnittlichen, auf gleiche Art spektrophotometrisch für weisses Licht bestimmten Werte des Reflexionsvermögens von metallischem Rhodium beträgt.

2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung von metallischem Palladium eine Schichtdicke von 0,01-1,0 um aufweist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung von metallischem Palladium eine Schichtdicke von 0,03-0,4 um aufweist.

4. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spektrophotometrisch bestimmte Reflexionsvermögen für weisses Licht in einem Wellenlängenbereich von 400-700 nm gemessen wurde.