CZ20003372A3

CZ20003372A3 - Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické nanášení niklwolframové slitiny a způsob nanášení této slitiny

Info

Publication number: CZ20003372A3
Application number: CZ20003372A
Authority: CZ
Inventors: Danielle Rodriguez
Original assignee: Enthone Omi
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2001-05-16

Abstract

Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické nanášení niklwolframové slitiny obsahuje efektivní množství v lázni rozpustných přísad obecných vzorců (a) nebo (b) nebo (c), v nichž R, znamená skupinu vybranou z atomu vodíku, alkylové skupiny, alkenylové skupiny, hydroxylové skupiny, atomu halogenu, karboxyskupiny a karbonylové skupiny, AR znamená benzenovou nebo naftalenovou skupinu, R2 znamená skupinu vybranou z atomu vodíku nebo alkylsulfonové kyseliny, soli alkylsulfonové skupiny s kovem skupiny I nebo skupiny II, benzenu, sulfonátu, naftalensulfonátu, benzensulfonamidu, naftalensulfonamidu, ethylenalkoxyskupiny a propylenalkoxyskupiny, přičemž R2 může být napojena na AR za vzniku cyklické části, a R3 znamená skupinu vybranou z benzenu, naftalenu, nenasycené CO alifatické skupiny a benzensulfonátové skupiny.

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká vodné lázně elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny a způsobu potahování této slitiny. Zvláště se předložený vynález týká tvárné přísady pro použití v lázni pro galvanické potahování wolframové slitiny, která této wolframové slitině dává galvanický potah pro použití při nahrazení potahem šestimocným chromém jinými tvrdými kluznými potahy.

Dosavadní stav techniky

Chromované potahování pro účely dekorativního a funkčního potahování bylo vždy žádoucí. Nejčastěji se potahování chromém provádí v elektrolytech s šestimocným chromém. Funkční potahování v lázních se šestimocným chromém má obvykle tloušťku od 0,000508 cm do 0,502 cm a poskytuje velmi tvrdé, kluzné a vůči korozi odolné potahy. Dekorativní potahování elektrolyty s šestimocným chromém je mnohem tenší, typicky 0,0000127 cm až 0,0000762 cm a je žádoucí pro svoji modro-bílou barvu a pro odolnost vůči oděru a vůči zmatnění. Tyto potahy jsou téměř vždy potahovány na dekorativní nikl nebo kobalt nebo na slitiny niklu obsahující kobalt nebo železo.

V nedávných letech se objevila vládní omezení týkající se toxických odpadů včetně šestimocného chrómu přítomného v konvenčních chromových potahovacích lázních. Omezení některých států a místních vlád jsou mimořádně přísná. To je zvláště případ týkající se dýmů vznikajících elektrolýzou lázní s šestimocným chromém. V některých místech jsou nepřijatelná dokonce maličká množství chrómu ve vzduchu. To okamžitě vyvolalo alternativní lázně pro galvanické potahování, které jsou určeny pro získání barvy a vlastností chromových potahů.

• · • · • · · ·

Jedním možným řešením je galvanické potahování wolframových slitin. Typicky se v těchto lázních používají soli niklu, kobaltu, železa nebo jejich směsí v kombinaci se solemi wolframu, aby se získaly potahy wolframové slitiny na různých vodivých substrátech. V tomto případě ionty niklu, kobaltu a/nebo železa katalyzují ukládání wolframu, takže se může potáhnout slitina obsahující až 50 % hmotn. wolframu. Tyto potahy mají vynikající odolnost vůči otěru, tvrdost, kluznost a přijatelnou barvu, jestliže se srovnávají s chromém.

Zatímco tyto potahy jsou žádoucí jako náhrady za chrom, vlastnosti výsledných potahů a současná omezení výroby způsobů v oblasti techniky však neumožňovaly, aby tyto potahy nahradily dekorativní nebo funkční chromové potahy. I když byly známy alkalické komplexní nikl-wolframové současné potahy, potahy získané těmito elektrolyty měly často nízkou tvárnost, často u nich působením napětí docházelo ke vzniku trhlin apod. Použití galvanických wolframových galvanických potahování bylo omezeno na tenké potahy nebo takové potahy, u kterých jsou povoleny trhlinky.

Předcházející USA patent č. 5 525 206 Wieczemiaka se týká zjasňujících činidel pro zlepšení kvality povrchu a kvality vzhledu. V oblasti techniky však zůstává potřeba získat galvanická potahování wolframové slitiny se zlepšenými fyzikální vlastnostmi tvárnosti.

Podstata vynálezu

V souladu se shora uvedenými cíly se podle předloženého vynálezu získává elektrolyt pro galvanické potahování tvárné wolframové slitiny.

Lázeň elektrolytu podle předloženého vynálezu obsahuje efektivní množství wolframových iontů a také efektivní množství iontů kovu nebo směsí iontů kovů slučitelných s ionty wolframu pro galvanické potahování slitiny wolframu z elektrolytu. Elektrolyt obsahuje také jedno nebo více komplexních činidel pro usnadnění galvanického potahování galvanického potahu wolframové slitiny. Rozhodující podle před3 loženého vynálezu je získat efektivní množství tvárné zesilující přísady rozpustné v lázni.

Galvanické potahy wolframové slitiny, jestliže jsou potaženy podle předloženého vynálezu, poskytují tvárné wolframové galvanické potahy.

Další příznivé vlatnosti a výhody předloženého vynálezu budou snadno realizovatelné odborníky z oblasti techniky po projití popisu výhodných provedení, příkladů a řady nároků zde dále uvedených.

V další části spisu je uveden podrobný popis výhodných provedení.

Podle nejširších aspektů předloženého vynálezu se získává lázeň elektrolytu pro galvanické potahování zjasněné wolframové slitiny. Elektrolyt obsahuje efektivní množství iontů wolframu a iontů kovu, který je slučitelný s wolframem, pro galvanické potahování slitiny wolframem z elektrolytu. Pro usnadnění potahování wolframové slitiny z elektrolytu se v elektrolytu používá jedno nebo více komplexních činidel. Jako rozhodující složka podle předloženého vynálezu je přítomno efektivní množství přísady zvyšující tvárnost současným potahováním sírou.

Elektrolyt podle předloženého vynálezu typicky obsahuje od 4 g/l do 100 g/l wolframových iontů v elektrolytu, s výhodou 25 g/l až 60 g/l wolframových iontů. Wolframové ionty se získávají v lázni, jak je známo odborníkům z oblasti techniky, ve formě solí wolframu, jako je wolframan sodný nebo podobné.

Kovy, které jsou slučitelné s potahováním wolframem pro výrobu galvanických potahů kovové slitiny s wolframem, patří železo, kobalt a nikl s tím, že nikl je výhodnou složkou v předloženém vynálezu. Tyto kovové složky vyžadují rozpustnost v elektrolytu a proto se typicky používají síranové nebo uhličitanové soli vybraných kovů. V předloženém vynálezu se obvykle používá od 0,20 g/l do 40 g/l iontu kovu slitiny. Výhodné rozmezí pro koncentraci iontu niklu v elektrolytu je však od 3 g/l do 7 g/l

iontů niklu. Nikl, železo, kobalt nebo jiná složka lázně je nutné při potahování wolframu z elektrolytů, protože působí jako katalyzátor, který umožňuje, aby se wolfram potahoval z roztoku.

Mezi komplexní činidla užitečná v předloženém vynálezu patří ta činidla, která se obvykle používají v jiných elektrolytech pro galvanické potahování, jako jsou citráty, glukonáty, vínany a další alkylhydroxykarboxyiové kyseliny. Tato komplexní činidla se obvykle používají v množstvích od 10 g/1 do 150 g/1, při čemž výhodná množství v předložené lázni jsou od 45 g/1 do 90 g/1. Ve výhodném elektrolytu podle předloženého vynálezu je vedle jednoho nebo více shora uvedených komplexních činidel přítomen zdroj amoniových iontů. Zdroj amoniových iontů stimuluje potahování wolframu z lázně a napomáhá udržovat kovy v roztoku během potahování. Výhodnými množstvími amoniových iontů v lázních podle předloženého vynálezu jsou množství od 5 g/1 do 20 g/1 amoniových iontů. Amoniové ionty mohou být dodávány v různých formách, výhodným činidlem je hydroxid amonný. Amoniové sloučeniny mohou být dodávány ovšem také v takové sloučenině, jako je citran nikelnatoamonný, jestliže se používá v předloženém elektrolytu.

Pro efektivní galvanické potahování se pH elektrolytů podle předloženého vynálezu udržuje na hodnotě 6 až 9, s typickým rozmezím pH od 6,5 do 8,5. Elektrolyt podle předloženého vynálezu je užitečný při teplotách od 20 do 90 °C s výhodnými pracovními teplotami předloženého elektrolytu od 40 do 70 °C.

Jak bylo shora uvedeno, podle předloženého vynálezu je rozhodující zahrnout do prostředků současně ukládanou síru jako tvárnou přísadu v lázni. Mezi přísady, které současně ukládají síru, patří sulfonamidy, sulfonimidy, sulfonové kyseliny, sulfonáty a podobné sloučeniny. Pro použití u niklwolframu jsou výhodné takové současně ukládané složky, které obsahují relativně vysoká množství wolframu (větší než 30 % hmotn.), sulfonimidy, sulfonamidy a sulfonové kyseliny. Tyto sulfonimidy mohou být cyklické.

• ·

Sulfosalicylové kyseliny jsou výhodné tehdy, jestliže obsah wolframu ve slitině není rozhodující.

S výhodou se jako tvárná činidla používají sulfonové kyseliny a jejich deriváty, které jsou rozpustné v lázni, zvláště výhodnými činidly jsou aromatické sulfonové kyseliny.

Zvláště výhodná tvárná přísada současně ukládající síru u většiny niklwolframových sloučenin je sloučenina obecného vzorce o

II

Ri-AR-S-NH-ÍL,

O O

II II

R3-S-NH-R2 nebo Ri-AR-S-OH , v nichž R1 znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku, alkylové skupiny, alkenylové skupiny, hydroxylové skupiny, atomu halogenu, karboxyskupiny a karbonylové skupiny,

AR znamená benzenovou nebo naftalenovou část,

R₂ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku nebo alkylsulfonové kyseliny, soli alkylsulfonové skupiny s kovem skupiny I nebo skupiny II, benzenu, sulfonátu, naftalensulfonátu, benzensulfonamidu, naftalensulfonamidu, ethylenalkoxyskupiny a propylenalkoxyskupiny a R₂ může být napojena na AR za vzniku cyklické části, a

R₃ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z benzenu, naftalenu, nenasycené alifatické skupiny a benzensulfonátové skupiny.

Přísada způsobuje zlepšení tvárnosti galvanických potahů z roztoku u této wolframové slitiny.

• ·

Mezi výhodné přísady pro použití podle předloženého vynálezu patří benzensulfonamid, bisbenzensulfonamid, sodná sůl sacharinu, sulfosalicylová kyselina, benzensulfonová kyselina, jejich soli a jejich směsi.

Výhodným tvárným činidlem podle předloženého vynálezu je benzensulfonamid, který se používá v množstvích od 0,1 mg/l do 20 g/l. Přísada se typicky používá v množstvích od 100 mg/l do 5 g/l, s výhodou v množstvích od 0,5 g/l do 3 g/l, podle tloušťky výsledného potahu.

U přísady podle předloženého vynálezu se tvárné potahy wolframové slitiny mohou získávat s hustotami proudu obecně od 10,8 ampéru na m² do 1345 A/m², s výhodným pracovním proudem pro galvanické potahování od 676 do 861 A/m².

Přísady podle předloženého vynálezu jsou slučitelné s obvyklými niklwolframovými lázněmi a zjasňujícími posadami, jako jsou ta, která jsou uvedena v USA patentu č. 5 525 206 Wieczemiaka a spol.

Potahy podle předloženého vynálezu se mohou používat jako vhodná náhrada chromových potahů bez požadavku stupně obrábění. Potahy podle předloženého vynálezu jsou zvláště užitečné pro funkční aplikace, jako jsou potahy na hřídelech absorbentů nárazu, ventilech strojů, trasmisních částech, hydraulických válcových površích a na mnoha dalších aplikacích obvykle používajících chromované galvanické potahy.

Dalšímu porozumění předloženého vynálezu slouží odkazy na následující příklady, které jsou zde uvedeny jako ilustrace, nikoliv jako omezení.

• ·

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Vodná (1 litr) lázeň pro galvanické potahování se vyrobí podle dále uvedené tabulky 1.

Tabulka 1

složky lázně	množství
kovový nikl*	5 g/l
kovový wolfram**	28 g/l
amoniak	10 gn
bisbenzensulfonamid	0,9 g/l
kyselina citrónová	70 g/l

* ze síranu nikelnatého ** z wolframanu sodného

Hodnota pH lázně se upraví a udržuje tak, aby byla od 7 do 8, a teplota se udržuje na 50 °C. Řada ocelových katod se potáhne při proudových hustotách 10,8 až 861 A/m² Bylo ukázáno, že potahy z této lázně představují komerčně přijatelné galvanické potahy při proudových hustotách od 10,9 do 861 A/m² s vysokou tvárností. Obsah wolframu ve výsledných potazích je 38 % hmotn.

* ·

Příklad 2

Vodná (1 litr) lázeň pro galvanické potahování se vyrobí podle dále uvedené tabulky 2.

Tabulka 2

složky lázně	množství
kovový nikl*	8 g/l
kovový wolfram**	30 g/l
amoniak	12 g/l
benzensulfonamid	1,6 g/i
kyselina citrónová	72 g/l

* ze síranu nikelnatého z wolframanu sodného

Ocelová katoda v tomto roztoku se galvanicky potáhne při proudové hustotě 676 A/m² Galvanické potahy z tohoto roztoku poskytují vynikající tvárný níklwolframový potah při proudové hustotě 676 A/m² s vynikající tvárností. Obsah wolframu v potahu byl 35 % hmotn.

Příklad 3

Použije se složení lázně z příkladu 1, ale bisbenzensulfonamidová přísada se nahradí různými přísadami A uvedenými v tabulce 3. Množství každé přísady A použité v každé lázni je uvedeno níže v tabulce 3. Vzorky galvanických potahů se pak testují na % hmotn. niklu, wolframu a síry ve výsledné galvanicky potažené slitině. Výsledky jsou také uvedeny níže v tabulce 3. Potahy jsou tvárné bez jakéhokoliv tvoření trhlinek vlivem napětí.

• ·

Tabulka 3

množství	analýza galvanického potahu slitiny (% hmotnostní)
přísady v roztoku	přísada (A)
Ni	W	S
1,4 g/l	sodná sůl sacharinu	63,73944	36,17021	0,090351
1 % obj.	sulfosalicylová kyselina	84,6203	15,04083	0,338876
2 g/l	sodná sůl ben- zensulfonové kyseliny	64,07172	35,77733	0,150948
1,6 g/l	benzensulfonamid	I 60,86492	39,0494	0,085683
0,9 g/l	bisbenzensulfon- amid	66,23565	33,63783	0,126527

I když byl shora uvedený popis a příklady uvedeny kvůli popisu výhodného provedení podle předloženého vynálezu, nejsou zkonstruovány tak, aby omezovaly předložený vynález.

Odborník z oblasti techniky si uvědomí, že předložený vynález lze v praxi používat jinak, než je zde specificky uvedeno. Tento vynález tedy může být podroben modifikaci, obměně a změně, aniž by se odchýlil od příslušného rozsahu a správného významu připojených nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahováni niklwolframové slitiny, vyznačující se tím, že obsahuje:

efektivní množství wolframových iontů, efektivní množství iontů kovu slučitelného s galvanickým potahováním slitiny wolframem z lázně elektrolytu, jedno nebo více komplexních činidel a efektivní množství v lázni rozpustných tvárných přísad schopných současně ukládat síru v galvanickém potahu niklwolframu.
2. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že tvárná přísada obsahuje efektivní množství v lázni rozpustné tvárné přísady obecného vzorce

Ri-AR-S-NH-R₂,

R3-S-NH-R2 nebo Ri-AR-S-OH , v nichž R1 znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku, alkylové skupiny, alkenylové skupiny, hydroxylové skupiny, atomu halogenu, karboxyskupiny a karbonylové skupiny,

AR znamená benzenovou nebo naftalenovou část,

R₂ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku nebo alkylsulfonové kyseliny, soli alkylsulfonové skupiny s kovem skupiny I nebo skupiny II, benzenu, sulfonátu, naftalensulfonátu, benzensulfonamidu, naftalensulfonamidu, ethylenalkoxyskupiny a propylenalkoxyskupiny a R₂ může být napojena na AR za vzniku cyklické části, a

R₃ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z benzenu, naftalenu, nenasycené alifatické skupiny a benzensulfonátové skupiny.

• · • · • » • · • · • · • ·
3. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že tvárná přísada rozpustná v lázni je vybrána ze skupiny sestávající z benzensulfonamidu, bisbenzensulfonamidu, sodné soli sacharinu, sulfosalicylové kyseliny, benzensulfonové kyseliny, solí těchto přísad a jejich směsí.
4. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že se přísada používá v množstvích od 0,1 mg/l do 20 g/l.
5. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se t í m, že se přísada používá v množstvích od 100 mg/l do 5 g/l.
6. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že se přísada používá v množstvích od 0,5 g/l do 3 g/l.
7. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se t í m, že se jako přísada používá benzensulfonamid.
8. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 6, vyznačující se tím, že se benzensulfonamid používá v množstvích od 0,5 g/l do 3 g/l.
9. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se t í m, že obsahuje od 4 g/l do 100 g/l wolframových iontů a od 0,20 g/l do 40 g/l nikelnatých iontů.

φ φ • ·
10. Vodná lázeň elektrolytu pro galvanické potahování niklwolframové slitiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje od 25 g/l do 60 g/l wolframových iontů a od 3 g/l do 7 g/l nikelnatých iontů.
11. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny, vyznačující se tím, že zahrnuje:

a) získání lázně pro galvanické potahování, která obsahuje efektivní množství nikelnatých a wolframových iontů pro galvanické potahování nikl-wolframové slitiny z této lázně, efektivní množství jednoho nebo nebo více komplexních činidel a efektivní množství tvárné přísady rozpustné v lázni, která je schopna současně ukládat síru v niklwolframovém galvanickém potahu,

b) získání anody a katody v této lázni a

c) získání efektivního množství proudu na anodě a katodě pro potahování tvárného niklwolframového potahu na této katodě.
12. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že obsahuje efektivní množství tvárné přísady rozpustné v lázni obecného vzorce

Ri-AR-S-NH-R₂, R3-S-NH-R2 nebo Ri-AR-S-OH ,

II o

II o

v nichž R1 znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku, alkyiové skupiny, alkenylové skupiny, hydroxylové skupiny, atomu halogenu, karboxyskupiny a karbonylové skupiny,

AR znamená benzenovou nebo naftalenovou část,

R₂ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z atomu vodíku nebo alkylsulfonové kyseliny, soli alkylsulfonové skupiny s kovem skupiny I nebo skupiny II, benzenu, sulfonátu, naftalensulfonátu, benzensulfonamidu, • · naftalensulfonamidu, ethylenalkoxyskupiny a propylenalkoxyskupiny a R₂může být napojena na AR za vzniku cyklické části, a

R₃ znamená skupinu vybranou ze skupiny sestávající z benzenu, naftalenu, nenasycené alifatické skupiny a benzensulfonátové skupiny.
13. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že tvárná přísada rozpustná v lázni je vybrána ze skupiny sestávající z benzensulfonamidu, bisbenzensulfonamidu, sodné soli sacharinu, sulfosalicylové kyseliny, benzensulfonové kyseliny, solí těchto přísad a jejich směsí.
14. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že se přísada používá v množstvích od 0,1 mg/l do 20 g/l.
15. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že se přísada používá v množstvích od 100 mg/l do 5 g/l.
16. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že se přísada používá v množstvích od 0,5 g/l do 3 g/l.
17. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že se jako přísada používá benzensulfonamid.
18. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že se benzensulfonamid používá v množstvích od 0,5 g/l do 3 g/l.
19. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že lázeň obsahuje od 4 do 100 wolframových iontů a od 0,20 g/l do 40 g/l nikelnatých iontů.

• · • · » · • · · · • ♦ ·· • · · · • · · · ·· · ·
20. Způsob potahování tvárné niklwolframové slitiny podle nároku 11, vyznačující se t í m, že lázeň obsahuje od25g/l do60g/l wolframových iontů a od 3 g/l do 7 g/l nikelnatých iontů.