CN103492618A - 涂覆技术改进 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水性铂电镀浴,其包含:a)铂离子源;和b)多磷酸根阴离子源,并且其中当该镀浴在使用中或备用时,其pH值的范围为约2-约9。水性铂电镀浴可以任选地包含一种或多种整平剂。本发明还提供铂电镀浴的用途和适合用于该镀浴的铂盐。
Description
本发明涉及涂覆技术的改进,更特别涉及通过电镀沉积铂镀层的改进。尤其特别地,本发明涉及在商业或工业过程中通过电镀沉积铂镀层的改进。
电镀是用于在导电基底上施用铂和其他铂族金属的镀层的公知技术。虽然用于本发明镀覆方法的大多数基底是导电金属或石墨,但是结合有导电纤维或颗粒的复合材料以及具有锁结(keying)金属沉积物或薄镀层的塑料也可以被考虑。镀层可以是用于珠宝的薄的“光泽”镀层,或者厚度为若干微米,一般至多约20μm,其取决于被涂覆产品预期的用途;镀层根据特定的应用可以更厚。在珠宝中、在电子设备中(用于为存储应用或导电迹线沉积层)和在涡轮叶片的镀层中,有许多用于功能性(包括保护性以及催化性镀层)或装饰性镀层的主要用途,其中铂镀层用于形成保护性铝化物。在过去的数十年中,Johnson Matthey提出了两种主要的含氨的铂镀浴,称之为“P盐”和。“P盐”是二硝二氨合铂(II)即(NH3)2Pt(NO2)2的氨溶液。是正磷酸氢四氨合铂(II)的氨溶液。
EP0358375A的教导在此出于所有目的通过引用的方式全部引入。已经在工业上得到非常成功的应用。镀覆在90℃或以上的温度下进行。在这样的温度下,水蒸气和氨挥发,与此相应的结果是需要在镀覆过程中补充这些成分以保持其镀覆速率。此外,随着镀浴的使用还需要补充铂盐。已经致力于寻找氨的替代物,但是仍然需要寻找镀浴,其在减少或消除有毒的氨的损失方面环境友好,并且理想地不太能量密集和/或带来其他的优势,例如有好的镀覆速率、好的镀层性能和与改进镀层性能的镀覆添加剂相容。
大部分铂镀覆在强碱性条件下进行。对于某些基底,碱性条件会促使形成氧化物或氢氧化物或者引起其他问题,因此需要在酸性或中性至弱碱性条件下操作。
发明概述
本发明涉及一种铂镀浴。该镀浴可以成功地长时间使用并且可以容易地补充铂组分。在某些实施方案中,该镀浴提供安全、中性、非腐蚀性的镀浴。在某些实施方案中,该镀浴产生明亮光泽的镀层。在某些实施方案中,该镀浴可以在能量有效的条件下使用。在某些实施方案中,该镀浴具有良好的镀覆速率,在合理的时间内提供良好的铂沉积。在某些实施方案中并且取决于所选的铂镀覆盐,该镀浴可以在不排放氨或排放少量氨的情况下使用。
一方面,本发明提供一种水性铂电镀浴,其包含:
a)铂离子源;和
b)多磷酸根阴离子源,
并且其中该镀浴在使用中或备用时,其pH值在约2-约9的范围。
另一方面,本发明提供本发明的水性铂电镀浴在基底上镀铂或铂合金的用途。
另一方面,本发明提供一种铂盐,其是焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)]或Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。
定义
结构部分或取代基的连接点用“-”表示。例如,-OH通过氧原子连接。
“烷基”是指直链或支链的饱和烃基。在某些实施方案中,烷基可以具有1-10个碳原子,在某些实施方案中为1-8个碳原子,在某些实施方案中为1-6个碳原子。烷基可以是取代的或末取代的。除非另有说明,烷基可以连接到任何合适的碳原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的碳原子取代。典型的烷基包括但不限于:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基等。
“烯基”是指具有至少一个碳-碳双键的直链或支链的不饱和烃基。该基团围绕每个双键可以是顺式或反式构型。在某些实施方案中,烯基可以具有2-10个碳原子,在某些实施方案中为2-8个碳原子,在某些实施方案中为2-6个碳原子。烯基可以是未取代的或取代的。除非另有说明,烯基可以连接到任何合适的碳原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的碳原子取代。烯基的例子包括但不限于:乙烯基、2-丙烯基(烯丙基)、1-甲基乙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基等。
“炔基”是指具有至少一个碳-碳三键的直链或支链的不饱和烃基。在某些实施方案中,炔基可以具有2-10个碳原子,在某些实施方案中为2-8个碳原子,在某些实施方案中为2-6个碳原子。炔基可以是未取代的或取代的。除非另有说明,炔基可以连接到任何合适的碳原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的原子取代。炔基的例子包括但不限于:乙炔基、丙-1-炔基、丙-2-炔基、1-甲基丙-2-炔基、丁-1-炔基、丁-2-炔基、丁-3-炔基等。
“芳基”是指芳族碳环基团。芳基可以具有单个环或者多个稠和的环。在某些实施方案中,芳基可以具有6-20个碳原子,在某些实施方案中为6-15个碳原子,在某些实施方案中为6-12个碳原子。芳基可以是末取代的或取代的。除非另有说明,芳基可以连接到任何合适的碳原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的碳原子取代。芳基的例子包括但不限于:苯基、萘基、蒽基等。
在此使用的“镀浴”包括便于储存或运输的浓缩物。
“环烷基”是指环状饱和烃基。在某些实施方案中,环烷基可以具有3-10个碳原子,在某些实施方案中为3-10个碳原子,在某些实施方案中为3-8个碳原子,在某些实施方案中为3-6个碳原子。环烷基可以是未取代的或取代的。除非另有说明,环烷基可以连接到任何合适的碳原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的原子取代。典型的环烷基包括但不限于:环丙基、环丁基、环戊基、环m基等。
“杂环烷基”是指饱和的环状烃基,其中一个或多个碳原子独立地被一个或多个杂原子(例如氮、氧、磷和/或硫原子)取代。杂环烷基可以具有2-10个碳原子,在某些实施方案中为2-10个碳原子,在某些实施方案中为2-8个碳原子,在某些实施方案中为2-6个碳原子。杂环烷基可以是未取代的或取代的。除非另有说明,杂环烷基可以连接到任何合适的原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的原子取代。杂环烷基的例子包括但不限于:环氧化物、吗啉基、哌啶基、哌嗪基、硫杂丙环基等。
“杂烷基”是指直链或支链的饱和烃基,其中一个或多个碳原子独立地被一个或多个杂原子(例如氮、氧、磷和/或硫原子)取代。在某些实施方案中,杂烷基可以具有1-10个碳原子,在某些实施方案中为1-8个碳原子,在某些实施方案中为1-6个碳原子。杂烷基可以是未取代的或取代的。除非另有说明,杂烷基可以连接到任何合适的原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的原子取代。
“杂芳基”是指芳族碳环基团,其中一个或多个碳原子独立地被一个或多个杂原子(例如氮、氧、磷和/或硫原子)取代。在某些实施方案中,杂芳基可以具有5-20个碳原子,在某些实施方案中为5-15个碳原子,在某些实施方案中为5-12个碳原子。除非另有说明,杂芳基可以连接到任何合适的原子,并且如果是取代的,可以被任何合适的原子取代。杂芳基的例子包括但不限于:呋喃基、吲哚基、噁唑基、吡啶基、嘧啶基、噻唑基、苯硫基等。
“杂原子”是指氮、氧或硫,优选氮或氧,最优选氮。
“多磷酸根”是指一种基团,其包含通过共有氧原子连接在一起的两个或更多个(例如,3、4、5或6)磷酸(PO4)基团。多磷酸根可以是链状或环状。
“室温”是指约20℃至约35℃。
“取代的”是指基团中的一个或多个(例如1、2、3、4或5)氢原子独立地被相同或不同的取代基代替。取代基的例子包括但不限于:-卤素、-C(卤素)3、-Ra、=O、=S、-O-Ra、-S-Ra、-NRaRb、=NRa、=N-ORa、-CN、-SCN、-NCS、-NO2、-C(O)-Ra、-COORa、-C(S)-Ra、-C(S)ORa、-S(O)2OH、-S(O)2-Ra、-S(O)2NRaRb、-O-S(O)-Ra和-CONaNb;其中Ra和Rb独立地选自H、烷基、芳基、芳基烷基-、杂烷基、杂芳基、杂芳基-烷基-,或者Ra和Rb和它们连接到的原子一起形成杂环烷基,并且其中Ra和Rb可以是未取代的或如上述定义进一步取代的。
发明详述
一方面,本发明提供一种水性铂电镀浴,其包含:
a)铂离子源;和
b)多磷酸根阴离子源,
并且其中该镀浴在使用中或备用时,其pH值在约2-约9的范围内。
铂离子源可以是至少一种(例如1、2、3、4或5,优选为1)铂镀盐或络合物。本发明中有用的铂镀盐包括很多盐或者溶解的络合物,例如,二硝二氨合铂(II)(即“P盐”)、正磷酸氢四氨合铂(II))即)、硫酸四氨合铂(II)、六羟基铂酸(IV)碱金属盐(例如,六羟基铂酸(IV)钠或六羟基铂酸(IV)钾)、四硝基铂酸(II)碱金属盐(例如,四硝基铂酸(II)钠或四硝基铂酸(II)钾)、六氯铂酸(IV)氢碱金属盐(例如,六氯铂酸(IV)钠或六氯铂酸(IV)钾)、二硝基硫酸铂酸(II)氢碱金属盐(例如,二硝基硫酸铂酸(II)钠或二硝基硫酸铂酸(II)钾)、卤化四氨合铂(II)(例如,氯化四氨合铂(II)、四卤代铂酸(II)碱金属盐(例如,四氯代铂酸(II)钠或四氯代铂酸(II)钾)、碳酸氢四氨合铂(II)、氢氧化四氨合铂(II)和硝酸四氨合铂(II)。铂离子可以是阴离子或阳离子。铂离子可以是(II)或(IV)的氧化态。
本发明的镀浴包含多磷酸根阴离子源。在一个实施方案中,多磷酸根阴离子源可以是多磷酸的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,或者它们的混合物。虽然由于镀浴是水性的,无水盐的使用不是必须,但是可以使用水合物或无水盐。当该盐为碱金属盐时,该盐优选为锂、钠或钾盐。当该盐为碱土金属盐时,该盐优选为镁或钙盐。合适的多磷酸盐的例子包括但不限于:焦磷酸二氢二钠、焦磷酸二氢二钾、焦磷酸四钠、十水合焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、六偏磷酸锂、六偏磷酸锂·6H2O、焦磷酸钾、焦磷酸钠或者它们的混合物。
替代地或另外地,多磷酸根离子源可以是多磷酸,例如焦磷酸。
当制备好以备适合地使用时,镀浴中多磷酸根离子的浓度为约0.1-约90g/l,例如,约5-约80g/l。多磷酸根离子的浓度大于约90g/l的情况是不希望的,这是因为在较低温度(例如室温)下多磷酸盐开始从镀浴结晶。就镀浴而言,这样会导致之后在装卸和处理镀浴时产生困难。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥0.1g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥1g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥2.5g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥5g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥10g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≥15g/l。在一些实施方案中,多磷酸根离子浓度为约≤85g/l,在一些实施方案中为约≤85g/l,在一些实施方案中为约≤80g/l,在一些实施方案中为约≤75g/l,在一些实施方案中为约≤70g/l,在一些实施方案中为约≤65g/l,在一些实施方案中为约≤60g/l,在一些实施方案中为约≤55g/l,在一些实施方案中为约≤50g/l,在一些实施方案中为约≤45g/l,在一些实施方案中为约≤40g/l,在一些实施方案中为约≤35g/l,在一些实施方案中为约≤30g/l,在一些实施方案中为约≤25g/l,在一些实施方案中为约≤20g/l。在一个优选的实施方案中,多磷酸根离子的浓度为约10-约20g/l。首先,多磷酸根离子的浓度可以由用于制备镀浴的组分的质量所决定。然而,当镀浴被使用时,多磷酸根离子的浓度可以使用分析技术(例如滴定、重量分析法或离子色谱法)测定。
备用或使用中的镀浴的pH值在约2-约9的范围内。如果镀浴的pH值<2,镀浴非常有腐蚀性,这会对设备造成使用和容纳的问题。例如,用于分析镀浴的设备(例如,HPLC内部零件和柱)可能受到严重的影响,或者整平剂(leveller)(如果使用的话)或其他有机添加剂(如果使用的话)(例如润湿剂)可能被破坏。此外,可镀覆的基底的范围以及用于支撑工件的材料也受到限制。另外,本发明人已经发现在pH值<2的情况下,镀浴通常效率低、镀层差并且会在基底上产生大量的气体。如果允许pH值达到约9以上,镀覆速率可以显著提高和镀浴会变得不稳定。在pH值大于9的情况下,可能同时还产生铂粉,这是不利的。在某些实施方案中,pH值≥2,在某些实施方案中≥2.5,在某些实施方案中≥3,在某些实施方案中≥3.5,在某些实施方案中≥4,在某些实施方案中≥4.5,在某些实施方案中≥5,在某些实施方案中≥5.5,在某些实施方案中≥6,在某些实施方案中≥6.5。在某些实施方案中,pH值≤8.5,优选<8.5,例如≤8,例如为约7。在一个优选的实施方案中,pH值为约7至小于约8.5。pH值为约7至小于约8.5的镀浴可以被定义为“中性”镀浴并且是非腐蚀性的镀浴的例子。由于在镀覆中使用最大能量时阴极表面上产生很少的气泡,所以中性镀浴是有利的。
可以通过加入合适的酸、碱或它们的混合物调节镀浴的pH值。例如,供使用的溶液的pH值一般为约10-11,需要加入酸以降低溶液的pH值。任何适合的无机酸、有机酸或它们的混合物者阿以使用。合适的有机酸的例子包括但不限于甲酸、乙酸和草酸。合适的无机酸的例子包括但不限于氢卤酸(例如,HCl、HBr或HI)、含硫的酸(例如,硫酸)和含磷的酸。特别优选含磷的酸,例如连二磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、正磷酸(H3PO4)或焦磷酸[(HO)2P(O)OP(O)(OH)2]。焦磷酸本身是多磷酸根阴离子源。含磷的酸与多磷酸盐的结合用作多磷酸根离子源,由于可以制备缓冲的镀浴,所以是有利的。
如果需要,可以使用任何合适的无机碱、有机碱或混合物以增加镀浴的pH值。合适的无机碱的例子包括但不限于碱金属多磷酸盐、碱土金属多磷酸盐、多磷酸铵、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属磷酸盐和碱金属硅酸盐,例如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、磷酸钾、硅酸钠、硅酸钾。合适的有机碱的例子包括但不限于胺和四烷基氢氧化铵,例如乙醇胺或者氢氧化胆碱。
当多磷酸根阴离子源选自多磷酸的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐(如上述那些),多磷酸根离子源本身可以作为碱。
从镀浴镀覆铂时pH值将缓慢地改变。通过加入含有铂离子、多磷酸根阴离子、酸(如果使用的话)和碱(椒如果使用的话)的新鲜镀覆溶液可以保持镀浴中铂的浓度。替代地,可以单独添加每一种组分。理想地,有规律的分析镀浴并且根据需要进行补充以使每种组分保持所需浓度。当镀浴在使用中时,例如铂离子和/或多磷酸根阴离子的合适浓度通常为上文和下文中提到的关于当镀浴备用时的那些浓度。
铂离子和多磷酸根阴离子可以得自不同的源。例如,如上所述,铂离子可以来源于铂镀盐和络合物,并且多磷酸根阴离子可以来源于多磷酸的盐。
在另一实施方案中,铂离子源和多磷酸根阴离子源可以得自相同的源。在这个实施方案中,两种离子可以是多磷酸铂盐,例如焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)]或Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。这些盐的水溶液可以是酸性的(pH值范围为3-4)、中性的(例如约7)或碱性的(例如约7-8)。对于酸性水溶液,如果需要(另外的多磷酸根阴离子,因此作为多磷酸根阴离子的第二个源),在镀覆前可以进一步向镀浴加入多磷酸根阴离子以增大pH值。然而,如果需要,中性或碱性溶液不需要进一步加入多磷酸根阴离子就可以直接用于镀覆。
对于某些电镀铂的应用来说,不希望使用含硫的材料。不希望使用含硫的材料的例子是用于航天应用特别是涡轮叶片的材料的镀铂。因此,包含例如含硫的铂镀盐或络合物、或者含硫的酸的材料的镀浴对于这些应用来说不是最佳的。因此,在一个实施方案中,水性铂镀浴不包含含硫的铂镀盐或络合物。在另一实施方案中,水性铂镀浴不包含含硫的酸。
但是,使用含硫的材料可以适用于除航天应用之外的材料镀铂。
在其他的电镀应用中,需要避免使用含卤素的材料,特别是含氯的材料,因为它们会导致敏化。在这些例子中,需要使用不包含卤离子的铂盐或络合物和选择不是氢卤酸的酸(如果使用的话)。
当制备好以备适合地使用时,镀浴的铂离子浓度为约1-约40g/l,例如约1-约30g/l。优选铂浓度取决于待涂覆的产品和涂覆装置,但是对于最常规的操作而言典型地为约5g/l-约20g/l。在某些实施方案中,铂离子浓度≥5g/l,例如≥7g/l。在某些实施方案中,铂离子浓度≥10g/l,例如≥15g/l。在某些实施方案中,铂离子浓度≤20g/l,例如≤15g/l。
本发明的镀浴的使用温度可以是约室温至约100℃。在某些实施方案中,温度可以是约60℃-约100℃,在某些实施方案中为约60℃-约95℃,在某些实施方案中为约70℃-约95℃,在某些实施方案中为约75℃-约95℃,在某些实施方案中为约75℃-约90℃,在某些实施方案中为约70℃-约90℃。通常,发现镀浴温度越高,镀覆速率越高。在较高温度下会通过蒸发导致较大量水的损失,然而可以对此监控并且通过向镀浴中加入水而适当调节。
本发明的镀浴可以在广泛地常规条件和电流密度下顺利地使用。例如,电流密度可以是约2-约10mA/cm2,例如约2-约6mA/cm2,例如约4mA/cm2。镀浴可以用于使用复合方式(例如脉冲镀覆,或者外加AC波或者其他间断镀覆技术)进行电镀,但是优选直流电镀。
水性铂电镀浴适合用于工业或商业的电镀过程。本发明的镀浴可以用来在工业规模的槽中连续快速涂覆大型基底,而不限于当限制在小型单元中时通过循环伏安法或其他在小型单元中的电化学检测技术进行研究的研究工具。因此,铂从溶液镀覆的速度应当使得该过程在商业上可行。因此,在一个实施方案中,镀覆速率为约≥0.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥1微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥1.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥2微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥2.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥3微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥3.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥4微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥4.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥5.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥6微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥6.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥7微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥7.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥8微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥8.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥9微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥9.5微米铂厚度/小时。在另一实施方案中,镀覆速率为约≥10微米铂厚度/小时。在一个优选实施方案中,镀覆速率为约5微米铂厚度/小时至约10微米铂厚度/小时。当镀浴包含一种或多种其他镀盐或络合物(其不是铂镀盐或络合物)时,上述实施方案中涉及的是每小时铂合金的镀覆速率和厚度。
在一些电镀体系中,在成形部件上沉积铂会造成铂厚度不均匀。虽然通过在该部件周围使用成形阳极以改变电场并由此缓和导致不均匀分布的电场的极端,能够减轻上述问题,不过还是希望找到生产均匀沉积的替代方式。因此,本发明的铂镀浴还可以包含至少一种整平剂。在某些实施方案中,整平剂可以有助于形成光亮的或有光泽的镀层。在某些实施方案中,整平剂有助于所生产的镀层的光泽。在某些实施方案中,整平剂有助于形成硬度增加的镀层。
在某些实施方案中,整平剂包含至少一种不饱和C-C键或不饱和的C-杂原子键。
优选地,整平剂选自如下至少一种:
a)取代的或末取代的糖精或它的盐;
b)取代的或未取代的苯并吡喃酮;
c)取代的或未取代的苯甲醛或它的衍生物;
d)取代的或未取代的除了乙烯之外的烯烃;
e)取代的或未取代的除了乙炔之外的炔烃;
f)取代的或未取代的烷基腈;
g)取代的或未取代的吡啶或它的加成盐;
h)取代的或末取代的三唑;和
i)取代的或未取代的吡啶盐。
整平剂可以是取代的或未取代的糖精或它的盐。因此,在一个优选的实施方案中,整平剂是式(1)的化合物或它的盐:
其中m为0、1、2、3或4;
R1均独立地为未取代的C1-C10烷基;
R2选自H、未取代的C1-C10烷基、碱金属离子和碱土金属离子。
在一个优选的实施方案中,m为0,即芳基是末取代的。在另一优选的实施方案中,R2是H。在另一优选的实施方案中,式(1)的化合物是盐,其中R2是碱金属阳离子或碱土金属阳离子,例如Na+、K+或Ca+。式(1)的化合物的例子包括但不限于糖精、糖精钠、糖精钾和糖精钙。
当式(1)的化合物为盐时,该阴离子的糖精基团可以作为酰胺基互变异构体(例如,参见上述糖精钙的结构)和/或作为亚胺基互变异构体(例如,参见上述糖精钠和糖精钾的结构)存在。酰胺基互变异构体和亚胺基互变异构体包括在式(1)的化合物的定义中。
当整平剂是取代的或未取代的苯并吡喃酮时,该苯并吡喃酮可以是取代的或未取代的1-苯并吡喃-2-酮、2-苯并吡喃-1-酮或1-苯并吡喃-4-酮。在-个优选的实施方案中,整平剂是式(2a)、(2b)或(2c)的化合物:
其中n为0、1、2、3或4;
p为0、1或2;
R10和R11均独立地选自未取代的C1-C10烷基。
在一个实施方案中,整平剂是式(2a)的化合物。在另一个实施方案中,整平剂是式(2b)的化合物。在另一个实施方案中,整平剂是式(2c)的化合物。
在一个优选的实施方案中,n为0,即芳基是未取代的。在另一优选的实施方案中,p是0。式(2a)的化合物的例子包括但不限于香豆素。
整平剂可以是取代的或未取代的苯甲醛或它的衍生物。在一个优选实施方案中,整平剂是式(3a)或(3b)的化合物:
其中R20选自H和-OR23;和
R21和R22独立地选自H、-C(O)R24和未取代的C1-C10烷基;和
R23和R24独立地选自H和未取代的C1-C10烷基。
在一个实施方案中,整平剂是式(3a)的化合物。在另一个实施方案中,整平剂是式(3b)的化合物。
优选地,R20选自H、-OH、-OMe、-OEt、-OPr(正-或异-)和-OBu(正-、异-或叔-),并且更优选选自H、-OH和-OMe。因此,在这种情况中,R23优选为-H、-Me、-Et、-Pr(正-或异-)和-Bu(正-、异-或叔-),并且更优选为-H或-OMe。
优选地,R21和R22独立地选自H、甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)、-C(O)H、-COMe、-COEt、-COPr(正-或异-)和-COBu(正-、异-或叔-)。更优选地,R21和R22独立地选自H、甲基、乙基和-COMe。在这些情况中,R24优选为H、甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-),并且更优选为Me。
式(3a)的化合物的例子包括但不限于香草醛、乙基香草醛、香草醛乙酸酯、香草酸和香草酸甲酯。式(3b)的化合物的例子包括但不限于邻香草醛和3-甲氧基水杨酸。
整平剂可以是取代的或未取代的烯烃。在这种情况中,优选整平剂不是乙烯。在一个优选的实施方案中,整平剂是式(4)的化合物:
其中R30、R31、R32和R33均独立地选自H、未取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、-CO2R34、-NR34R35、-CONR34R35和-CN,条件是R30、R31、R32和R33不全是H,
其中取代代基选自-OH、-CO2R36、-OC(O)R36、-NR36R37、-CONR36R37、-CN、-SO3 -Na+和-SO3 -K+中的至少一种(例如1、2、3、4或5);
R34和R35独立地选自H和未取代的C1-C10烷基;和
R36和R37独立地选自H和未取代的C1-C10烷基。
式(4)的化合物可以是顺式-、反式-或孪位的烯基化合物。当式(4)的化合物是顺式,R30和R32或者R31和R33是H。当式(4)的化合物是反式,R30和R33或者R31和R32是H。当式(4)的化合物是孪位的,R30和R31或者R32和R33是H。替代地,R30、R31、R32和R33可以均被不是H的基团取代。
优选地,R30、R31、R32的R33均独立地选自H、未取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、-NH2和-CN。优选地,取代基选自-OH、-OC(O)Me、-NH2、-CN和-SO3 -Na+和-SO3 -K+中的至少一种(例如1、2、3、4或5)。更优选地,R30、R31、R32和R33均独立地选自H、-CH2-OH、-CH(OH)CH2-OH、-NH2和-CN。式(4)的化合物的例子包括但不限于丁烯二醇(例如反式-1,4-丁烯二醇、顺式2-丁烯-1,4-二醇或者3-丁烯-1,2-二醇)和二氨基顺丁烯二腈。
整平剂可以是水溶性的取代的或未取代的C2-C10炔烃,其中该炔烃不是乙炔。在一个优选的实施方案中,整平剂是式(5)的化合物:
其中R40和R41独立地选自H、未取代的C1-C10烷基和取代的C1-C10烷基,条件是R40和R41不都是H,
其中取代基选自-OH、-CO2R42、-OC(O)R42、-NR42R43、-CONR42R43、-CN、-SO3 -Na+和-SO3 -K+中的至少一种(例如1、2、3、4或5);
R42和R43独立地选自H和未取代的C1-C10烷基。
优选地,R40和R41独立地选自H、未取代的C1-C10烷基和取代的C1-C10烷基,其中取代基选自-OH、-OC(O)Me、-NH2、-CN、-SO3 -Na+和-SO3 -K+中的至少一种(例如1、2、3、4或5)。更优选地,R40和R41独立地选自H、-CH2-OH、-CH(OH)CH2-OH和-CH2OC(O)Me。式(5)的化合物的例子包括但不限于1,4-丁炔二醇、1,4-丁炔二醇双醋酸酯和炔丙醇。
当整平剂是取代的或未取代的烷基腈时,优选整平剂是式(6)的化合物:
其中R50是取代的或未取代的C1-C10烷基,并且取代基是选自-OR51、-CO2R51、-OC(O)R51、-NR51R52和-CN的至少一种(例如1、2、3、4或5);和
其中R51和R52独立地选自H和未取代的C1-C10烷基。
优选地,R50是取代的或未取代的C1-C10烷基,其中取代基选自-OH、-OMe、-OPr(正-或异-)、-OBu(正-、异-或叔-)、-CO2H、-NH2和-CN中的至少一种(例如1、2、3、4或5)。更优选地,R50选自-CH2CH2-OH、-CH(OH)-CH3、-CH2CO2H和-CH2-CH2-CN。式(6)的化合物的例子包括但不限于3-羟基丙腈、2-羟基丙腈、氰基乙酸和丁二腈。
在另一实施方案中,整平剂可以是取代的或未取代的吡啶或它的加成盐。优选地,整平剂是式(7a)、(7b)或(7c)的化合物:
其中R60和R61独立地选自-OH、-CN、-CONR62R63、-CO2R62、-COR63、N-(未取代的C1-C10烷基)-吡咯烷基、未取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、未取代的C2-C10烯基、取代的C2-C10烯基、-SO2-R63、-N=N-(未取代的C6-C10芳基)、-N=N-(取代的C6-C20芳基)、未取代的吡啶基、取代的吡啶基,
其中取代基独立地选自-CN、-CONR64R65、-COR65、-CO2R64、-OH、-NR64R65和=NR64中的至少一种(例如1、2、3、4或5);
R62选自H、-OH和未取代的C1-C10烷基;
R63选自H、-OH、未取代的C1-C10烷基、未取代的C1-C10烷基-CO2H、-NH2、-NH(未取代的C1-C10烷基)、-N(未取代的C1-C10烷基)2;
R64选自如R62定义的基团;
R65选自如R63定义的基团;
x均为0、1、2或者3;和
y均为0、1、2、3或者4。
在一个实施方案中,整平剂是式(7a)的化合物。在另一实施方案中,整平剂是式(7b)的化合物。在另一个实施方案中,整平剂是式(7c)的化合物。
在一个实施方案中,式(7a)的化合物是未取代的,即x是0。在另一实施方案中,x是1,即化合物(7a)是单取代的。在这中情况中,取代基R60可以连接到吡啶环的任一个碳,即在C-2、C-3或者C-4。在另一实施方案中,对于化合物(7a)而言,x是2,即该化合物(7a)是二取代的。在这种情况中,每个取代基R60可以是相同的或不同的。取代基可以连接到吡啶环的任意碳,即化合物(7a)可以是2,3-、2,4-、2,5-、2,6-、3,4-、3,5-或3,6-二取代的。在另一实施方案中,化合物(7a)是三取代的,即x是3。在这种情况中,每个取代基R60可以是相同的或不同的。取代基可以连接到吡啶环的任意碳,即化合物(7a)可以是2,3,4-、2,3,5-、2,3,6-、2,4,5-、2,4,6-、3,4,5-或3,4,6-三取代的。
在一个实施方案中,对于化合物(7b)而言,x可以是0、1、2或3。当x为0时,吡啶环是未取代的。在另一个实施方案中,当x为1时,取代基R60可以连接到C-2、C-3或者C-4的任一个碳原子。在另一实施方案中,当x为2时,每个取代基R60可以是相同的或不同的。取代基可以连接到吡啶环的任意碳,即化合物(7b)可以是2,3-、2,4-或3,4-取代的。在另一实施方案中,当x为3,并且R60连接到C-2、C-3或者C-4。在这种情况中,每个取代基R60可以是相同的或不同的。
在另一实施方案中,对于化合物(7b)而言,y可以是0、1、2、3或4。在一个实施方案中,y是0。在另一实施方案中,y是1。在这种情况中,每个取代基R61可以连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的任意碳原子。在另一实施方案中,当y是2时,每个取代基R61可以是相同的或不同的。取代基可以以任何取代方式连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的任意碳原子,即化合物(7b)可以是5,6-、5,7-、5,8-、6,7-、6,8-或者7,8-取代的。在另一实施方案中,当y是3时,每个取代基R61可以是相同的或不同的。取代基可以以任意组合连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的碳,即化合物(7b)可以是5,6,7-、5,6,8-、5,7,8-或者6,7,8-取代的。在另一实施方案中,y为4并且每个R61连接到C-5、C-6、C-7和C-8。在这种情况中,每个取代基R61可以是相同的或不同的。
在一个实施方案中,x和y是0,即化合物(7b)是喹啉。
在一个实施方案中,对于化合物(7c)而言,x可以是0、1、2或3。当x为0时,吡啶环是未取代的。在另一实施方案中,当x为1时,取代基R60可以连接到在C-1、C-3或者C-4的任意碳原子。在另一实施方案中,当x为2时,每个取代基R60可以是相同的或不同的。取代基可以连接到吡啶环的任意碳,即化合物(7c)可以是1,3-、1,4-或3,4-取代的。在另一实施方案中,x为3,并且R60连接到C-1、C-3或者C-4。在这种情况中,每个取代基R60可以是相同的或不同的。
在另一实施方案中,对于化合物(7c)而言,y可以是0、1、2、3或4。在一个实施方案中,y是0。在另一实施方案中,y是1。在这种情况中,取代基R61可以连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的任意碳原子。在另一实施方案中,当y是2时,每个取代基R61可以是相同的或不同的。取代基可以以任意组合连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的任意碳,即化合物(7c)是5,6-、5,7-、5,8-、6,7-、6,8-或者7,8取代的。在另一实施方案中,当y是3时,每个取代基R61可以是相同的或不同的。取代基可以以任意组合连接到在C-5、C-6、C-7或者C-8的碳,即化合物(7c)可以是5,6,7-、5,6,8-、5,7,8-或者6,7,8取代的。在另一实施方案中,y为4并且每个取代基R61连接到C-5、C-6、C-7和C-8。在这种情况中,每个取代基R61可以是相同的或不同的。
在一个实施方案中,x和y是0,即化合物(7c)是异喹啉。
优选地,R60选自-OH、-CN、-CONR62R63、-CO2R62、-CO2R63、N-(未取代的C1-C10烷基)-吡咯烷基、未取代的C1-C10烷基、取代的C2-C10烯基、-SO2-R63、-N=N-(取代的C6-C20芳基)、未取代的吡啶基。优选地,取代基选自-CN、-CONH2、-CONHMe、-CONHEt、-CONMe2、-CONEt2、-COH、-CO2H、-CO2Me、-CO2Et、-OH、-NH2、=N-OH、-NMe2、-NEt2、-NMeEt中的至少一种(例如1、2、3、4或5)。优选R62和R64独立地选自H、-OH、甲基、乙基、丙基(正-或异-)和丁基(正-、异-或叔-)。优选R63和R65独立地选自H、-OH、甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)、-NH2、-NHMe、-NHEt、-NHPr(正-或异-)、-NHBu(正-、异-或叔-)、-NMe2、-NEt2、-NPr2(其中每个Pr基团独立地是正-或异-)、-NBu2(其中每个Bu基团独立地是正-、异-或叔-)和-CH2-CO2H。在一个优选的实施方案中,R60选自甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)、-CN、-CO2H、-COH、-CONH(OH)、-CONH(NH2)、-CONH2、-N-Me-吡咯烷基-2-基、-CO2Me、-CONMe2、-CO2Et、-CONEt2、-CONMeEt、-C=C-CO2H、-SO2OH、-N=N-(2,4-二羟基-苯基)、-吡啶基、-C(NOH)(NH2)、-C(NOH)(NMe2)、-C(NOH)(NEt2)、-C(NOH)(NMeEt)和-CONH(CH2CO2H)。在一个优选的实施方案中,R61选自甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)、-CN、-CO2H、-COH、-CONH(OH)、-CONH(NH2)、-CONH2、-N-Me-吡咯烷基-2-基、-CO2Me、-CONMe2、-CO2Et、-CONEt2、-CONMeEt、-C=C-CO2H、-SO2OH、-N=N-(2,4-二羟基-苯基)、-吡啶基、-C(NOH)(NH2)、-C(NOH)(NMe2)、-C(NOH)(NEt2)、-C(NOH)(NMeEt)和-CONH(CH2CO2H)。在另一优选的实施方案中,R61选自甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)、-CN、-CO2H、-COH、-CONH(OH)、-CONH(NH2)、-CONH2、-CO2Me、-CONMe2、-CO2Et、-CONEt2、-CONMeEt、-C(NOH)(NH2)、-C(NOH)(NMe2)、-C(NOH)(NEt2)和-C(NOH)(NMeEt)。
式(7a)、(7b)和(7c)的化合物的例子包括但不限于4-氰基吡啶、2-氰基吡啶、烟碱酰肼、异烟酰胺、烟酰胺、异烟酸、烟酸、烟碱、烟酸甲酯、N,N-二甲基烟酰胺、反式-3-(3-吡啶基)丙烯酸、反式-3-(4-吡啶基)丙烯酸、吡啶-3-磺酸、4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚、异烟碱醛、烟碱醛、联吡啶(2,2’-和4,4’-)、喹啉、异喹啉或者下列所示式(7a)、(7b)或(7c)的其他化合物。
在用于本发明的镀浴中的条件下,式(7)的化合物可能转变成式(7)的另一种化合物,即,例如式(7a)的一种化合物转变成式(7a)的另一化合物,化合物(7b)转变成另一化合物(7b)或者化合物(7c)转变成另一化合物(7c)。例如,4-氰基吡啶、异烟酰胺和异烟碱醛均可以转变成异烟酸,而3-氰基吡啶、烟酰胺、烟碱醛和烟酰肼均可以转变成烟酸。因此,式(7)的化合物在其范围内包括式(7)的起始化合物,式(7)的转变后化合物和它们的混合物。在该实施方案中,无法想象例如化合物(7a)将转变为例如化合物(7c),反之亦然。
当式(7a)、(7b)或(7c)的化合物是加成盐时,该盐可以是碱金属盐、碱土金属盐或铵盐。在一个优选的实施方案中,该盐是钠、钾、钙或铵盐。式(7a)、(7b)或(7c)的化合物的盐的例子包括但不限于烟酸钠盐、烟酸钾盐、烟酸钙盐、烟酸铵盐、异烟酸钠盐、异烟酸钾盐、异烟酸钙盐和异烟酸铵盐。
当整平剂是取代的或未取代的三唑时,三唑可以是1,2,3-或1,2,4-三唑。在一个实施方案中,整平剂是式(8)的化合物:
其中R70选自H、-CO2R72和-NR72R73;
R71选自H和未取代的C1-C10烷基;
R72和R73独立地选自H和末取代的C1-C10烷基;
X1和X2之一是C-R74并且X1和X2的另一个为N;和
R74选自如R70定义的基团。
在一个实施方案中,X1是C-R74并且X2为N。在另一实施方案中,X2是C-R74并且X1为N。
优选地,R70选自H、-CO2H、-CO2Me、-CO2Et、-CO2Pr(正-或异-)、-CO2Bu(正-、异-或叔-)、-NH2、-NHMe、-NHEt、-NHPr(正-或异-)、-NHBu(正-、异-或叔-)、-NMe2、-NEt2、-NPr2(其中每个Pr基团独立地是正-或异-)和-NBu2(其中每个Bu基团独立地是正-、异-或叔-)。因此,R72和R73独立地选自H、甲基、乙基、丙基(正-或异-)和丁基(正-、异-或叔-)。优选R71选自H、甲基、乙基、丙基(正-或异-)和丁基(正-、异-或叔-)。优选R74选自H、-CO2H、-CO2Me、-CO2Et、-CO2Pr(正-或异-)、-CO2Bu(正-、异-或叔-)、-NH2、-NHMe、-NHEt、-NHPr(正-或异-)、-NHBu(正-、异-或叔-)、-NMe2、-NEt2、-NPr2(其中每个Pr基团独立地是正-或异-)和-NBu2(其中每个Bu基团独立地是正-、异-或叔-)。式(8)的化合物的例子包括但不限于3-氨基-1,2,4-三唑和3-氨基-1,2,4-三唑-5-羧酸。
整平剂可以是取代的或未取代的吡啶盐。优选地,整平剂是式(9a)、(9b)或(9c)的化合物:
其中R60和R61独立地选自-OH、-CN、-CONR62R63、-CO2R62、-CO2R63、N-(未取代的C1-C10烷基)-吡咯烷基、未取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、未取代的C2-C10烯基、取代的C2-C10烯基、-SO2-R63、-N=N-(末取代的C6-C10芳基)、-N=N-(取代的C6-C20芳基)、未取代的吡啶基、取代的吡啶基,
其中取代基独立地选自-CN、-CONR64R65、-COR65、-CO2R64、-OH、-NR64R65和=NR64中的至少一种(例如1、2、3、4或5);
R62选自H、-OH和末取代的C1-C10烷基;和
R63选自H、-OH、未取代的C1-C10烷基、未取代的C1-C10烷基-CO2H、-NH2、-NH(未取代的C1-C10烷基)、-N(未取代的C1-C10烷基)2;
R64选自如R62定义的基团;
R65选自如R63定义的基团;
R82选自-O-和未取代的C1-C10烷基;
当R82为未取代的C1-C10烷基时,Z是平衡离子;
x均为0、1、2或者3;和
y均为0、1、2、3或者4。
在一个实施方案中,整平剂是式(9a)的化合物。在另一实施方案中,整平剂是式(9b)的化合物。在另一实施方案中,整平剂是式(9c)的化合物。
对于R60、R61、R62、R63、R64、R65的不同实施方案中,x和y总体上与上面关于式(7a)、(7b)和(7c)的化合物所述的相同,并且这些例子的每一个都可以认为关于式(9a)、(9b)和(9c)的化合物在此列举。
R82是连接到氮原子的取代基。在一个实施方案中,R82可以是-O-,即式(9a)、(9b)或(9c)的化合物是N-氧化物。在这种情况中,一般不需要平衡离子Z来稳定吡啶基N原子。在另一实施方案中,R82可以是未取代的C1-C10烷基,例如甲基、乙基、丙基(正-或异-)、丁基(正-、异-或叔-)。在这个实施方案中,需要平衡离子Z,并且可以使用任何合适的平衡离子,例如卤素离子,如F-、Cl-、Br-或者I-。
在用于本发明的镀浴中的条件下,式(9)的化合物可能转变成式(9)的另一种化合物,即,例如式(9a)的一种化合物转变为式(9a)的另一化合物,化合物(9b)转变为另一化合物(9b)或者化合物(9c)到另一化合物(9c)。因此,式(9)的化合物在其范围内包括式(9)的起始化合物,式(9)的转变后化合物和它们的混合物。在该实施方案中,无法想象例如化合物(9a)将转变为例如化合物(9c),反之亦然。
式(9a)、(9b)和(9c)的化合物的例子包括但不限于如下所示的那些:
注释:Hal-=卤素=F-、Cl-、Br-或者I-
替代地,整平剂可以是取代的或未取代的聚亚烷基亚胺。在这种情况中,整平剂优选是未取代的聚乙烯亚胺或乙氧基化聚乙烯亚胺。
在镀覆过程中使使用镀浴之前,整平剂可以是不溶于、部分溶于或基本上完全溶于其他镀浴组分中。然而,当镀浴在使用中时,理想的是在所需镀覆温度下整平剂基本上完全溶解。
整平剂可以以任何合适的量加入,例如约0.0001g/l-约10g/l。在一个实施方案中,整平剂的浓度为约≥0.001g/l,在另一实施方案中为约≥0.01g/l,在另一实施方案中为约≥0.1g/l。在另一实施方案中,整平剂的浓度为约≤9g/l,在另一实施方案中为约≤8g/l,在另一实施方案中为约≤7g/l,在另一实施方案中为约≤6g/l,在另一实施方案中为约≤5g/l。在另一实施方案中,整平剂的浓度为约0.01g/l-约5g/l。
在一个实施方案中,水性铂电镀浴可以包含多于一种的整平剂,例如2、3、4或5种整平剂。在这种情况中,每种整平剂可以独立地选自如上所述的那些。
如果需要,本发明的镀浴可以包含一种或多种其他镀盐或络合物,例如铂族金属(PGM)镀盐或络合物,或者贱金属镀盐或络合物。PGM盐或络合物可以是铑、钯、铱、钌或铼镀盐或络合物,例如HReO4。贱金属镀盐包括但不限于氯化六氢合镍(II)。
可以通过以任何合适的顺序加入组分来制备镀浴,例如在一种方法中,向铂离子的水溶液加入酸(如果使用的话),然后加入多磷酸根阴离子源、碱(如果使用的话)、整平剂(如果使用的话)和其他组分(如果使用的话)。在另一方法中,向铂的多磷酸盐的水溶液加入碱(如果使用),然后加入整平剂(如果使用的话)和其他组分(如是使用的话)。
取决于要镀覆的基底,镀浴还可以包括一种或多种光亮剂或其他组分,例如表面活性剂或润湿剂以抑制基底上产生气泡。合适的润湿剂/表面活性剂包括聚乙二醇50%的水溶液或者长链烷基肌氨酸。
另一方面,本发明包括一种在基底上镀PGM的方法,包括使用本发明的镀浴进行电镀。优选该基底是导电基底,例如金属、导电塑料或导电陶瓷。
另一方面,本发明包括一种铂盐,其是焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)或Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。在一个实施方案中,该铂镀盐是焦磷酸二氢四氨合铂(II)。在另一实施方案中,该铂镀盐是焦磷酸二[四氨合铂(II)]。在另一实施方案中,该铂镀盐是Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。
另一方面,本发明包括上述水性铂镀浴用于在基底上镀覆铂或铂合金的用途。在一个实施方案中,在基底上镀铂。在另一实施方案中,在基底上镀铂合金。基底可以是金属(例如金属制品或金属粉末)、导电塑料或导电陶瓷(例如机动车或飞行器上的氧化锆传感器或者陶瓷臭氧破坏器)。
另一方面,本发明包括一种用于制备焦磷酸二氢四氨合铂(II)的方法,包括使Pt(NHH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HHCO3)2与焦磷酸在水中反应的步骤,其中,Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2:焦磷酸的摩尔比为约1:约1。
另一方面,本发明包括一种用于制备焦磷酸二[四氨合铂(II)]的方法,包括使Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2与焦磷酸在水中反应的步骤,其中,Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2:焦磷酸的摩尔比为约1:约0.5。
另一方面,本发明包括一种用于制备Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]的方法,包括使Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2与Na2H2P2O7在水中反应的步骤,其中,Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2:Na2H2P2O7的摩尔比为约1:约1。
如果需要,焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)]或Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]可以以水溶液的形式使用。替代地,铂的络合物可以使用已知的方法以固体形式分离。
下面将通过下述非限制性实施例和参照如下附图对本发明进行说明,附图中:
图1显示了给定尺寸的成形部件,其用于评估在成形部件上的铂(或铂合金)的沉积。
图2是图1所指示的位置1-8处的铂厚度的分布图。
实施例
概要
除非另有说明,基底是9×2.5cm的板,厚1mm的316不锈钢和厚2mm的黄铜。黄铜板使用人工磨光或者使用150型和180/220型的褐色航天级磨光粉进行喷砂处理;不锈钢板使用1M氢氧化钠溶液净化和去油脂,然后在6M盐酸中浸泡。
图1所示的成形部件是Iconel或者316不锈钢,并且在使用前采用180/220褐色航天级磨光粉的喷砂处理,并使用1M氢氧化钠溶液在至少60℃的温度下碱洗处理6分钟,然后在室温下在6M盐酸中浸泡(1-2分钟)。基底在各个处理步骤之间进行彻底冲洗。
在150、400或600ml的玻璃烧杯中,将板浸入镀浴中5cm深度。如果使用400ml的烧杯,阳极和阴极间距为4cm,如果使用150ml的烧杯,间距是2.5cm。基底用作阴极,阳极是直接设置在阴极对面的镀铂的钛薄板(双面镀覆)或者是环绕在阴极周围的环形镀铂的钛网。该环形镀铂的钛网围绕玻璃烧杯的内周壁设置。
实施例1
在搅拌下将45%的磷酸逐滴加入50ml20Q磷酸氢四氨合铂(II)溶液中,直到pH值为约3。然后在溶液中溶解4.5g焦磷酸四钠·10H2O,并且加水至120ml。溶液的pH值为7。加入7ml1M的氢氧化钠溶液得到pH值为8的镀浴。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是约8.3g/l。
在如下条件下基底使用镀浴在喷砂处理的钢基底上镀铂:1.80V、075mA、80-85℃,下大约pH值=8下镀覆时间1小时,在沉积期间pH值稍微下降0.5。获得重0.3016g铂的吸引人的光亮镀层。
实施例2
在pH值10-11下由50ml20Q磷酸氢四氨合铂(II)溶液制备镀浴,向其中加入3g焦磷酸四钠.10H2O,并且加水至120ml。通过滴加20%的磷酸调节pH值至pH值=8。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是83g/l。
使用喷砂处理的钢基底和如下条件:1.90V、070mA、80℃,pH值=8,140分钟,获得吸引人的光亮镀层。最后获得总重0.4669g的铂镀层。
实施例3
在搅拌下将1.2ml纯磷酸逐滴加入50ml20Q磷酸氢四氨合铂(II)溶液,直到pH值为约1。然后加入溶解于100ml水的2.4g焦磷酸四钠.10H2O,以得到pH值为2的最终镀浴。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是10g/l。使用喷砂处理的钢基底和在如下条件:2.04V、066mA、80℃,pH值=2,镀覆时间1小时,获得0.0428g铂的光亮沉积物,不过在镀覆期间从阳极和阴极都产生了猛烈的气泡。
实施例4
将1.35g碳酸氢四氨合铂(II)溶解于120ml水中,和逐滴加入熔融的焦磷酸直到达到pH值=1。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是5.7g/l。未能成功镀覆喷砂处理的钢,这是因为在基底上产生大量气体。然而,当向该溶液中加入1.6g焦磷酸四钠·10H2O时,气体生成停止并且在如下条件下钢表面镀覆良好和均匀:1.83V、062mA、pH值=2,80-85℃,镀覆时间1小时,得到0.2571g的光亮铂镀层。
实施例5(对比例)
用水将50ml20Q磷酸氢四氨合铂(II)溶液稀释到120ml,其中包含1g Pt。通过周期性地加入50%的氨以将pH值保持在10-11。在如下条件下镀覆喷砂处理的钢基底:2.06V、072mA、90-92℃,pH值=10-11,镀覆时间1小时,得到重0.1931g的光亮铂镀层。
实施例6
由5.3g四硝基铂酸(II)钾(Alfa Aesar)、0.5ml45%正磷酸、2.5g焦磷酸四钾和250ml水制成镀浴。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是9g/l。使用的电镀条件是1.37V、065mA、pH值=8、90℃,镀覆时间1小时,在抛光的黄铜基底两侧都获得吸引人的镜面光亮的镀层。
实施例7
实施例7a
8.3g/l Pt镀浴
在搅拌下向125ml Johnson Matthey的20Q磷酸氢四氨合铂(II)溶液加入175ml水(20g/l)。加入45%正磷酸将pH值从10调节至7(约0.5-0.75ml)。加热溶液并且加入2.5g焦磷酸四钾。制成pH值约为8的澄清溶液,并且如果需要的话加入整平剂(约0.01-1g)。将镀浴加热到90℃,从而准备镀浴用于镀覆。
实施例7b
10g/l Pt镀浴
与实施例7a相比不同的是,使用150ml20Q溶液和150ml水。
实施例7c
20g/lPt镀浴
与实施例7a相比不同的是,使用300ml20Q溶液,不加水,含磷组分质量加倍。
实施例8
制备焦磷酸二氢四氨合铂(II)
使1mol Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2与1mol焦磷酸(H4P2O7)在水中反应,制备焦磷酸二氢四氨合铂(II)([Pt(NH3)4][H2P2O7])。
制备焦磷酸二[四氨合铂(II)]
使1mol Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2与0.5mol焦磷酸(H4P2O7)在水中反应,制备焦磷酸二[四氨合铂(II)([Pt(NH3)4]2[P2O7])。
制备Na 2 [Pt(NH 3 ) 4 ][H 2 P 2 Q 7 ]
使1mol Pt(NH3)4(OH)2或者Pt(NH3)4(HCO3)2与1mol Na2H2P2O7在水中反应,制备Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。
实施例8a
8.3g/l Pt镀浴
在搅拌下向250ml焦磷酸二氢四氨合铂(II)溶液或者焦磷酸二[四氨合铂(II)]加入50ml水(10g/l)。加热溶液并且加入焦磷酸四钾直到pH值从3增加到pH值为5-8。制成澄清溶液,并且如果需要的话加入整平剂。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是约8.3g/l。将镀浴加热到90℃,从而准备镀浴用于镀覆。
实施例8b
10g/l Pt镀浴
与实施例8a相比不同的是,使用300ml焦磷酸二氢四氨合铂(II)或者焦磷酸二[四氨合铂(II)]溶液,pH值为3,作为金属的Pt为10g/l。加入焦磷酸四钾或者氢氧化钠使得pH值增加到7-8。制成澄清溶液,并且如果需要的话加入整平剂。将镀浴加热到90℃,从而准备镀浴用于镀覆。
实施例9
实施例9a
由10g/lPt的250ml焦磷酸氢四氨合铂(II)溶液和50ml水制成镀浴。加入5g焦磷酸四钾以使得pH值从3增加到7.5。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是10g/l。使用的镀覆条件是1.13V、072mA、90℃、pH值=7.5,镀覆时间1小时,用℃.1798g光亮的铂沉积物镀覆板。
当向镀浴中加入0.04g整平剂4-氰基吡啶时,在60分钟内用0.03g经过整平的(leveHed)Pt镀覆成形测试部件。
实施例9b
由10g/l Pt的250ml焦磷酸二氢四氨合铂(II)溶液和50ml水制成镀浴。加入5g焦磷酸四钾以使得pH值从3增加到7.5。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是10g/l。使用的镀覆条件是1.10V、071mA、90℃、pH值=7.5,镀覆时间60分钟,连续镀覆5个黄铜板(两侧,3.5×2.5cm),每个60分钟。
板编号 | 镀覆的Pt量/g | 评价 |
1 | 0.2208 | 光亮的反射外观 |
2 | 0.2349 | 光亮的反射外外观 |
3* | 0.3613 | 光亮的无光泽外观 |
4++ | 0.3125 | 光亮的无光泽外观 |
5 | 0.1911 | 光亮的反射外观 |
*在1.8V、140mA镀覆
++在1.3V、100mA镀覆
实施例9c
由10g/l Pt的250ml焦磷酸二氢四氨合铂(II)溶液和50ml水制成镀浴。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是10g/l。镀浴中不加入焦磷酸四钾。使用的电镀条件是1.69V、071mA、90℃、pH值=4,镀覆时间1小时,用0.2018g光亮的Pt沉积物镀覆抛光的黄铜板(两侧,3.5×2.5cm)。沉积期间镀浴的pH值升高到pH值为5。
实施例10
使用实施例7-9中所述的条件,发现如下整平剂在本发明的镀浴中有用:
++在本发明的镀浴的条件下,每个腈基团能够随时间经由-CONH2基团转变为-COOH基团。
+在本发明的镀浴的条件下,能够随时间转变为异烟酸。
◇在本发明的镀浴的条件下,能够随时间转变为烟酸。
实施例11
由125ml20Q溶液(20g/l作为金属的铂)、175ml水、0.7ml40%磷酸、2.5g焦磷酸钾和0.04g烟酸N-氧化物制成镀浴。镀浴中作为金属的Pt的初始浓度是8.3g/l。使用如下表所示的镀覆条件,连续镀覆两个测试部件(参见图1)。
实施例12
在如下条件下,将异烟酰胺、异烟酸和烟酸作为镀浴中的整平剂进行测试:
由125ml20Q溶液(20g/l作为金属的铂)、0.5-1ml40%磷酸、2.5g焦磷酸钾、175ml水和0.04g整平剂制成镀浴。
电镀条件是在90℃、12cm2成形测试部件上、072mA、pH值为7.5-8.5。
实施例13
将1ml HReO4溶液(75-80%HReO4)加入到125ml20Q溶液(20g/l Pt金属)和175ml水中,这样得到白色沉淀。加入2.5g焦磷酸钾,并且将反应混合物加热到90℃,使得白色沉淀溶解。使用镀浴,在90℃、1.7V、064mA、pH值为8.5的条件下镀覆成形部件(参见图1)60分钟,得到0.1741g光亮的银色镀层,该镀层不如仅用Pt光亮和反射。该镀层是铂-铼合金。
在1.87V、069mA、90℃和pH值为8的条件下,在镀浴中镀覆抛光的黄铜的第二个样品(尺寸4×2.5cm)60分钟,得到0.1980g合金镀层。
在1.87V、069mA、90℃和pH值为8的条件下,在镀浴中镀覆抛光的不锈钢的第三个样品(尺寸4×2.5cm)60分钟,得到0.1710g合金镀层。
实施例14
使用如图1所示的成形部件评估所选的整平剂对铂镀覆分布的影响。镀覆该部件,切半,然后固定并磨光后,测量围绕该部件的8个点处的镀覆厚度(参见图2)。
可商购的Q盐的分布曲线显示,在位置2、4、6和8处的厚度增加,以及在位置3和7处的厚度减少。由于指定整平剂的存在,全部其他的曲线显示较小变化。
实施例15
由300ml20Q溶液(pH值为10-11和20g/l作为金属的Pt)制备原液,在搅拌下逐滴加入50%磷酸直到pH值降低到3。
由50ml原液、3g三聚磷酸钠(85%工业级)和120ml水制备铂镀浴。该镀浴的pH值为7。
使用1.66V、076mA、80-85℃和pH值为7的条件镀覆钢(尺寸6×2.5cm)60分钟,得到0.2020g光亮的铂镀层。
Claims (30)
1.一种水性铂电镀浴,其包含:
a)铂离子源;和
b)多磷酸根阴离子源,
并且其中该电镀浴在使用中或备用时,其pH值在约2-约9的范围。
2.根据权利要求1的电镀浴,其中铂离子源是至少一种铂镀盐或络合物。
3.根据权利要求2的电镀浴,其中铂镀盐或络合物选自二硝二氨合铂(II)、正磷酸氢四氨合铂(II)、硝酸四氨合铂(II)、碳酸氢四氨合铂(II)、氢氧化四氨合铂(II)和硫酸四氨合铂(II)。
4.根据权利要求2的电镀浴,其中铂镀盐或络合物选自六羟基铂酸(IV)碱金属盐、四硝基铂酸(IV)碱金属盐、六氯铂酸(IV)氢碱金属盐、二硝基硫酸铂酸(IV)氢碱金属盐、四卤代铂酸(II)碱金属盐和卤化四氨合铂(II)。
5.根据前述权利要求中任一项的电镀浴,其中多磷酸根阴离子源是多磷酸的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,或者它们的混合物。
6.根据前述权利要求中任一项的电镀浴,其中多磷酸根阴离子源选自焦磷酸二氢二钠、焦磷酸二氢二钾、焦磷酸四钠、十水合焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸锂、六偏磷酸锂·6H2O、六偏磷酸钾、焦磷酸钾、磷酸钠或它们的混合物。
7.根据权利要求1的电镀浴,其中多磷酸根阴离子源是多磷酸。
8.根据权利要求1的电镀浴,其中铂离子源和多磷酸根离子源是多磷酸铂盐或络合物。
9.根据权利要求8的电镀浴,其中多磷酸铂盐选自焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)]、Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]或它们的混合物。
10.根据前述权利要求中任一项的电镀浴,其中铂离子浓度为约1-约30g/l。
11.根据前述权利要求中任一项的电镀浴,其中多磷酸根离子浓度为约0.1-约90g/l。
12.根据前述权利要求中任一项的电镀浴,还包含至少一种整平剂。
13.根据权利要求12的电镀浴,其中整平剂包含不饱和C-C键或不饱和C-杂原子键的至少一种。
14.根据权利要求12或13的电镀浴,其中整平剂选自如下至少一种:
a)取代的或未取代的糖精或它的盐;
b)取代的或未取代的苯并吡喃酮;
c)取代的或末取代的苯甲醛或它的衍生物;
d)取代的或未取代的除了乙烯之外的烯烃;
e)取代的或未取代的除了乙炔之外的炔烃;
f)取代的或未取代的烷基腈;
g)取代的或未取代的吡啶或它的加成盐;
h)取代的或未取代的三唑;和
i)取代的或未取代的吡啶盐。
21.根据权利要求12-14中任一项的电镀浴,其中整平剂是式(7a)、(7b)或(7c)的化合物:
其中R60和R61独立地选自-OH、-CN、-CONR62R63、-CO2R62、-CO2R63、N-(未取代的C1-C10烷基)-吡咯烷基、未取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、未取代的C2-C10烯基、取代的C2-C10烯基、-SO2-R63、-N=N-(未取代的C6-C10芳基)、-N=N-(取代的C6-C20芳基)、末取代的吡啶基、取代的吡啶基,
其中取代基独立地选自-CN、-CONR64R65、-COR65、-CO2R64、-OH、-NR64R65和=NR64中的至少一种;
R62选自H、-OH和未取代的C1-C10烷基;
R63选自H、-OH、末取代的C1-C10烷基、未取代的C1-C10烷基-CO2H、-NH2、-NH(未取代的C1-C10烷基)、-N(未取代的C1-C10烷基)2;
R64选自如R62定义的基团;
R65选自如R63定义的基团;
x均为0、1、2或者3;和
y均为0、1、2、3或者4。
23.根据权利要求12-14中任一项的电镀浴,其中整平剂是式(9a)、(9b)或(9c)的化合物:
其中R60和R61独立地选自-OH、-CN、-CONR62R63、-CO2R62、-CO2R63、N-(未取代的C1-C10烷基)-吡咯烷基、末取代的C1-C10烷基、取代的C1-C10烷基、未取代的C2-C10烯基、取代的C2-C10烯基、-SO2-R63、-N=N-(未取代的C6-C10芳基)、-N=N-(取代的C6-C20芳基)、未取代的吡啶基、取代的吡啶基,
其中取代基独立地选自-CN、-CONR64R65、-COR65、-CO2R64、-OH、-NR64R65和=NR64中的至少一种;
R62选自H、-OH和未取代的C1-C10烷基;和
R63选自H、-OH、末取代的C1-C10烷基、未取代的C1-C10烷基-CO2H、-NH2、-NH(未取代的C1-C10烷基)、-N(未取代的C1-C10烷基)2;
R64选自如R62定义的基团;
R65选自如R63定义的基团;
R82选自-O-和未取代的C1-C10烷基;
当R82为末取代的C1-C10烷基时,Z是平衡离子;
x均为0、1、2或者3;
y均为0、1、2、3或者4。
24.根据权利要求12的电镀浴,其中整平剂是取代的或未取代的聚亚烷基亚胺中的至少一种。
25.根据前述权利要求任一项的电镀浴,还包含一种或多种其他铂族金属或贱金属镀盐或络合物。
26.根据前述权利要求任一项的电镀浴,其中镀覆速率为约≥0.5微米铂或铂合金厚度/小时。
27.根据前述权利要求任一项的电镀浴,其中电镀浴的使用温度为约室温至约100℃。
28.根据前述权利要求任一项的电镀浴,还包含一种或多种光亮剂、表面活性剂或润湿剂。
29.一种铂盐,其是焦磷酸二氢四氨合铂(II)、焦磷酸二[四氨合铂(II)]或Na2[Pt(NH3)4][H2P2O7]。
30.根据权利要求1-28任一项的水性铂电镀浴的用途,用于在基底上镀铂或铂合金。
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