CH649579A5 - Elektroplattierungsbad fuer das vernickeln unter verwendung von unloeslichen anoden. - Google Patents
Elektroplattierungsbad fuer das vernickeln unter verwendung von unloeslichen anoden. Download PDFInfo
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Description
649579
2
PATENTANSPRÜCHE
1. Elektroplattierungsbad, das für die Verwendung mit unlöslichen Anoden für die elektrolytische Ablagerung von halbglänzenden, duktilen und spannungsfreien Nickelablagerungen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad ein Nickelsalz, Bor- oder Zitronensäure als Elektrolyt, o-Formylbenzolsulfonsäure als Glanzmittel und ein Netzmittel in Form eines Gemisches von Kalium-perfluoralkyl-sulfonaten enthält.
2. Elektroplattierungsbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Nickelsalz Nickelsulfat enthält.
3. Elektroplattierungsbad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als Elektrolyt Borsäure enthält.
4. Elektroplattierungsbad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen pH-Wert von 2,5-4,5 aufweist.
5. Elektroplattierungsbad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für den Betrieb bei einer Stromdichte von bis zu 111 A/dm2, vorzugsweise im Bereich von 11 - 67 A/dm2, geeignet ist.
6. Verwendung eines Elektroplattierungsbades nach Anspruch 1 für die elektrolytische Ablagerung von Nickel auf Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen einer Kathode und einer unlöslichen Anode im Bad einen elektrischen Strom während genügend langer Zeitdauer durch das Bad hindurch gehen lässt, bis auf den im Bad befindlichen Substraten Nickel in der erwünschten Schichtdicke abgelagert ist.
Im Sachbereich der elektrolytischen Vernicklung ist es wohlbekannt, hierfür lösliche Anoden einzusetzen. Die Verwendung von löslichen Anoden wurde vorgeschrieben, da bisher angenommen wurde, dass im Bad vorhandene organische Hilfsmittel in Gegenwart von unlöslichen Anoden versagen würden. Ausserdem ist es bekannt, dass durch unlösliche Anoden im abgelagerten Nickel nachteilige Spannungen entstehen. Aus verschiedenen kommerziellen Gründen wäre es höchst erwünscht, in einem Elektroplattie-rungssystem für Vernicklung unlösliche Anoden einzusetzen, ohne ein Versagen von Hilfsmitteln im Bad oder die Bildung von Spannungen im abgelagerten Nickel befürchten zu müssen.
Im Zusammenhang mit Nickelplattierung gibt es viele Veröffentlichungen, beispielsweise die US-PS 2 228 991, 2 409 119,2 409 120,2 485 149 und 2 998 360. Soweit ersichtlich, wird in den genannten Patentschriften die Verwendung von konventionellen oder modifizierten Anoden beschrieben, die im Betrieb verbraucht werden, wie beispielsweise in der US-PS 2 228 991 in S. 2, Kol. 2, Z, 53-64 beschrieben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Elektroplattierungsbad zu schaffen, das für die Verwendung mit unlöslichen Anoden geeignet ist und mit relativ hoher Geschwindigkeit zur Bildung von Nickelablagerungen die relativ spannungsfrei sind, betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe, im Patentanspruch 1 definierte Elektroplattierungsbad gelöst.
Für die Verwendung im erfindungsgemässen Elektroplattierungsbad geeignete unlösliche Anoden sind beispielsweise solche aus platiniertem Titan, Tantal, Niob, wie auch aus elementarem Platin. Es können ausserdem auch Anoden aus Titan mit Mischoxydbeschichtung, beispielsweise aus Rutheniumdioxyd/Titandioxyd, verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Elektroplattierungsbad enthält die definierten Hilfsmittel, die während des Betriebs in Gegenwart von unlöslichen Anoden nicht versagen. Ausser einer konventionellen Quelle für Nickel in Form eines Nickelsalzes, beispielsweise Nickelsulfat, und einem die Leitfähigkeit begründenden Elektrolyten in Form von Bor- oder Zitronensäure, enthält das Bad o-Formylbenzolsulfonsäure als Glanzmittel und ein Netzmittel in Form eines Gemisches von Kalium-perfluoralkylsulfonaten, das beispielsweise unter der Handelsbezeichnung «FC 98» erhältlich ist.
Das erfindungsgemässe Elektroplattierungsbad ist im allgemeinen etwa folgendermassen formuliert:
Komponenten Konzentration, g/1
Nickelsalz 30 -105 (berechnet als Ni)
Elektrolyt 20-50
o-Formylbenzolsulfonsäure 0,25 - 3,0
«FC 98» 0,02-0,2
Bevorzugte Quellen für das metallische Nickel sind Nickelsulfat, -zitrat, -karbonat und dergleichen. Diese Salze werden vorzugsweise in einem Mengenanteil von 135 -470 g/1 eingesetzt, um die erwünschte Konzentration am metallischen Nickel zu erhalten.
Bevorzugte Mengenanteile der als Elektrolyt Bor- oder Zitronensäure, wovon Borsäure besonders bevorzugt, liegen im Bereich von 22,5 -45, g/1.
Die organischen Komponenten im erfindungsgemässen Elektroplattierungsbad sind insbesondere das Glanz- und das Netzmittel. Im erfindungsgemässen Elektroplattierungsbad gelangt das spezifische Glanzmittel o-Formylbenzolsulfonsäure zum Einsatz und als Netzmittel wird «FC 98» der Minnesota Mining & Manufacturing Company bevorzugt.
Für die meisten Verwendungszwecke wird der pH-Wert des beschriebenen Elektroplattierungsbad auf einen Bereich von 2-5, vorzugsweise 2,5-4,5 gestellt, beispielsweise mittels Nickelkarbonat, Schwefelsäure, Kaliumzitrat oder Zitronensäure.
Der Betrieb des beschriebenen Elektroplattierungsbades erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 46 - 57°C und bei relativ hoher Stromdichte von bis zu 111 A/ dm2, vorzugsweise im Bereich von 11 - 67 A/dm2. Die Möglichkeit des Einsatzes derartig hoher Stromdichte ist ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Elektroplattierungsbades.
Unter Verwendung des beschriebenen Elektroplattierungsbades auf verschiedenen Substraten abgelagerten Nickelschichten zeigen Halbglanz, Duktilität und sind frei von Spannungen. Zur Erzielung derartiger Eigenschaften war bisher in Elektroplattierungssystemen für die Vernicklung der Einsatz von Anoden unerlässlich, die während des Betriebs verbraucht werden.
Im nachstehenden Beispiel ist eine Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Beispiel
Es wurde ein Elektroplattierungsbad der nachstehenden Formulierung hergestellt:
Komponenten
Konzentration g/1
Nickelsulfat
75 (berechnet als Ni)
Borsäure
40
o-Formylbenzolsulfonsäure
1,5
«FC 98»
0,1
s
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
649579
Vor der Inbetriebnahme wurde dem Bad genügend Nickelkarbonat zugesetzt, um dessen pH-Wert auf etwa 2,5 zu stellen. Das Bad wurde dann für konventionelle Elektroplat-tierung unter Verwendung von platinierten Titananoden eingesetzt und für die Vernicklung von Kupfer bei 45°C und einer Stromdichte von 56 A/dm2 betrieben. Die erhaltene Nickelablagerung war halbglänzend und duktil. Weitere
Untersuchung zeigte, dass in der Nickelablagerung praktisch keine Spannungen vorhanden waren. Bei Betrieb dieses Bades konnte praktisch kein Versagen der im Bad befindlichen organischen Hilfsmittel festgestellt werden.
s Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebene Ausführungsform im definierten Rahmen der Erfindung weitgehend variiert und modifiziert werden kann.
B
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