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Tauchbad zum Aufbringen eines Goldüberzuges auf metallische Grundlagen
durch Ionenaustausch Die Erfindung betrifft die Aufbringung von Überzügen aus Gold
durch Tauchen.
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Bei der Tauchabscheidung wird das zu überziehende Metall durch eine
chemische Austauschreaktion mit dem Metallüberzug oder -film versehen, wobei an
der Oberfläche befindliches Metall des zu überziehenden Körpers durch das Metall
des Tauchbades ersetzt wird und in Lösung geht.
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Die bisher praktisch durchgeführte Tauchabscheidung von Metallen war
etwas beschränkt, da kein geeignetes Bad zur Verfügung stand. Die Tauchbäder bekannter
Zusammensetzung leiden unter einer raschen, unerwünschten Verunreinigung durch das
ausgetauschte Metall, die zu einer schlechten Haftfestigkeit oder einer Ungleichmäßigkeit
der Abscheidungen auf dem zu überziehenden Metall beruht. Zum Beispiel erhält man
bei der Tauchvergoldung von Nickel unter Verwendung der gewöhnlichen Tauchbäder
eine schlechte Haftfestigkeit des Goldes, und der Goldfilm besitzt an Stelle der
erwünschten glänzendgelben Goldfärbung ein bräunliches Aussehen.
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Durch Tauchen aufgebrachte Filme oder Schichten besitzen eine größere
Dichte als bei galvanischer Aufbringung und sind als solche korrosions- und verschleißfester
als auf galvanischem Wege abgeschiedene Filme gleicher Dicke.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Tauchbäder erhalten die zu überziehenden
Körper im Gegensatz zu den ungleichmäßigen galvanischen Überzügen unabhängig von
einer konkaven Form und nach innen eingewölbten Teilen der Oberfläche oder einem
ungleichmäßigen Umriß der Körper Niederschläge von gleichmäßiger Dicke, während
elektrolytische Überzüge an den Stellen höherer elektrischer Dichte der Kathode
stärker sind.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Gold-Tauchbades, mit welchem
auf einem geeigneten Grundlagemetall helle Goldfilme abgeschieden werden können.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Gold-Tauchbades, das
unabhängig von der Ansammlung und zunehmenden Konzentration das während der Abscheidung
in Lösung gehenden ausgetauschten Metalls mit höchstem Wirkungsgrad arbeitet. Weitere
Vorteile und Zweckangaben der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
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Gemäß der Erfindung besteht das Tauchbad im wesentlichen aus einer
wäßrigen Lösung eines löslichen Goldsalzes und einer Ammoniumverbindung, die in
Abhängigkeit von dem verwendeten Goldsalz auf ein geeignetes pH gepuffert ist.
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Im einzelnen werden als Bestandteile eine Goldverbindung, wie Natrium-
oder Kaliumgoldeyanid, und Ammoniumhydroxyd verwendet, das mit Zitronen-, Bor- oder
Weinsteinsäure auf ein geeignetes pH gepuffert ist. Ein zufriedenstellendes Bad
wird erhalten, indem man Kaliumgoldcyanid in Ammoniumhydroxyd löst und durch Zusatz
von Zitronensäure das pH auf etwa 6,0 einstellt. Ein Überschuß an Ammoniumzitrat
ist vorteilhaft. Dieser Komplextyp ergibt zwar allein für sich eine gute Goldabscheidung,
aber die Güte des Niederschlages nimmt rasch ab, wenn nicht ein Komplexbildner oder
chelatisierendes Mittel zugesetzt wird, um mit dem das Gold des Bades ersetzenden
bzw. austauschenden Metall Komplexe zu bilden.
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Die Bäder können verschiedene wirksame Chela.-tisierungsmittel oder
Komplexbildner in Kombination mit einer Edelmetallverbindung und einer Ammoniumverbindung
als Puffermittel enthalten. Nachfolgend sind Beispiele für die Badbestandteile (bezogen
auf 11) angegeben.
| 1. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Harnstoff ......................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 2. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Äthylendinitril-tetraessigsäure . . . . . . . . 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 3. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Tetranatriumsalz der Äthylendinitril- |
| tetraessigsäure ................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 4. KAu(CN)Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Acetamid ......................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 5. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Cyanacetamid ..................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 6. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Dicyandiamid...................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 7. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Sulfosalicylsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
g |
| Wasser ........................... 11 |
| B. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Harnstoff ......................... 25 g |
| Ammoniumhydroxyd ...... auf pH 9 bis 10 |
| 9. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Äthylendiamin ..................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 10. KAu(CN)z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 5 g |
| Ammoniumeitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Äthylacetoacetat ................... 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 11. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 5 g |
| Ammoniumcitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g |
| Harnstoff ......................... 25 g |
| Äthylendinitril-tetraessigsäure |
| (Tetranatriumsalz) . . . . . . . . . . . . . . . . 15 g |
| Wasser ........................... 11 |
| 12. KAu(CN)2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 5 g |
| Ammoniumborat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 g |
| Äthylendinitril-tetraessigsäure . . . . . . . . 25 g |
| Wasser ........................... 11 |
Die Gewichtsmenge der Goldverbindungen ist zwar in den obigen Beispielen jeweils
in der bevorzugten Weise mit 5g/1 angegeben, man kann aber die Goldverbindungen
auch in Mengen bis 30 g/1 oder mehr verwenden, und die Chelatisierungsmittel oder
Komplexbildner müssen in genügender Menge anwesend sein, um mit dem gesamten das
Gold im Bad ersetzenden Metall Komplexe oder Chelate zu bilden. Bei der Aufbringung
von Gold auf Nickel zeigt sich, daß zumindest 1,25g Äthylendinitril-tetraessigsäure
(Tetranatriumsalz) je Gramm abgeschiedenes Gold erforderlich sind.
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Die Geschwindigkeit, mit welcher das Gold auf die Metallgrundlage
abgeschieden wird, ist eine Funktion von Zeit und Temperatur. Zum Beispiel wird
das Gold aus Goldbädern bei einer Temperatur zwischen 90 und 100°C in einer Menge
von etwa 0,16 mg/cml in einer Minute und weniger abgeschieden. Die gleichen Bäder
erfordern bei 60°C zur Erzielung eines vergleichbaren Niederschlages etwa 3 Minuten
und bei 40°C etwa 15 Minuten. Im allgemeinen liegt bei einer Temperatur von 20 bis
100°C die Abscheidungszeit zwischen weniger als einer Minute und etwa einer Stunde.
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Vorteilhaft wird ein großer Überschuß an dem Chelatisierungs- oder
komplexbildenden Mittel verwendet, und als solches ist das Chelatisierungs- oder
komplexbildende Mittel in der zumindest dreifachen Menge der Goldverbindung anwesend.
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Im allgemeinen kann die Tauchabscheidung bei Temperaturen zwischen
20 und 100°C erfolgen. Bei den niederen Temperaturen, z. B. 25°C, leidet die Haftfestigkeit
des Goldes an der Metallgrundlage, z. B. Nickel, und ist weniger gut als bei den
höheren Temperaturen, vorzugsweise 60 bis 100°C.
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Das folgende Beispiel erläutert die erfindungsgemäßen Bäder.
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Beispiel Ein Goldbad wird hergestellt, indem man 5 g Kaliumgoldcyanid
in 30 cm3 28°/oigem Ammoniumhydroxyd löst und mit Wasser auf 11 auffüllt. Zu der
ammoniakalischen Goldeyanidlösung setzt man 25 g Äthylendinitril-tetraessigsäure
(Tetranatriumsalz) hinzu. Dann wird Zitronensäure in einer ausreichenden Menge zugesetzt,
um das pH auf 6,5 einzustellen, wobei man eine Ammoniumcitratkonzentration von etwa
10 g je Liter erhält. Das Bad wird auf 70°C erhitzt. Ein Streifen aus nickelplattiertem
Messing von 2,5 X 8,9 cm x 0,25 mm wird mittels Tetrachlorkohlenstoffdampf entfettet
und dann einer kathodischen elektrolytischen Reinigung in einer siedenden Trinatriumphosphatlösung
unterworfen. Der Streifen wird dann mit Wasser gewaschen und 3 Minuten in das Bad
eingetaucht. Nach der Entnahme aus dem Bad wird der goldüberzogene Streifen getrocknet.
Der Unterschied im Gewicht vor und nach der Tauchbehandlung ergibt eine Goldabscheidung
von etwa 0,00013 mm Dicke auf dem Streifen.
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Die Goldbäder arbeiten in einem breiten pH-Bereich, das heißt zwischen
1 und 14. Zum Beispiel arbeitet ein Goldbad für Nickel bei pH 5,5 bis 9 besonders
gut; für ein Goldbad auf Wolfram ist ein pH von etwa 14 erforderlich.
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Die Goldniederschläge stellen Überzüge dar, die mit ihrer Metallgrundlage
eine Einheit bilden. Hierunter ist zu verstehen, daß die Bindekraft oder Haftfestigkeit
zwischen Überzug und Unterlage zumindest gleich der kohäsiven Festigkeit des Überzuges
ist.
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Es wurde gefunden, daß die Goldüberzüge auf eine Vielfalt von Metallgrundlagen,
wie die Metalle Nickel, Kupfer und Kupferlegierungen, Cadmium, Zink, Aluminium und
Aluminiumlegierungen, Silberlegierungen, Stahl, spritzgegossene Metalle, Lote, Zinnlegierungen,
Alumel usw., aufgebracht werden können.
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Zu den auf diese Weise zu überziehenden Gegenständen gehören unter
anderem Kleiderschmuck, Trophäen, Zierteile für Automobile, Lampenteile, Uhrenteile,
Photorahmen, Flaschenkapseln, Radiobedienungsknöpfe, metallisierte Kunststoffteile,
Teile elektrischer Steckverbindungen usw. Ferner kann das erfindungsgemäße Bad zur
Farbkennzeichnung und dazu dienen, um Zwischenschichten für die anschließende Aufbringung
eines zweiten Metallüberzuges herzustellen.
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Das erfindungsgemäße Tauchbad ist oben zwar speziell für die Aufbringung
von Gold beschrieben, jedoch können auch Legierungen von Gold in entsprechender
Weise
auf Metallgrundlagen abgeschieden werden.
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Bei der Kombination der Badbestandteile einschließlich des Goldsalzes,
einer Ammoniumverbindung und eines Chelatisierungsmittels oder Komplexbildners in
einer wäßrigen Lösung arbeitet das Bad unabhängig von der Ansammlung und zunehmenden
Konzentration des ausgetauschten Metalls, das während der Abscheidung in Lösung
geht, immer mit höchster Wirksamkeit. Die erfindungsgemäßen Tauchbäder haben gegenüber
den bekannten Bädern den Vorteil, daß man auch dann noch glänzende und guthaftende
Überzüge erhält, wenn der Goldgehalt der Tauchbäder auf eine sehr geringe Konzentration
(wie etwa 10 mg/1) abgesunken ist.