DE1250712B - Galvanic nickel sulfamate bath and process for depositing nickel coatings - Google Patents
Galvanic nickel sulfamate bath and process for depositing nickel coatingsInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
C23bC23b
Deutsche Kl.: 48 a - 5/08 German class: 48 a - 5/08
Nummer: 1250 712Number: 1250 712
Aktenzeichen: J 25865 VI b/48 aFile number: J 25865 VI b / 48 a
Anmeldetag: 20. Mai 1964Filing date: May 20, 1964
Auslegetag: 21. September 1967Opened on: September 21, 1967
Bei der Herstellung galvanischer Niederschläge aus Nickel werden seit einiger Zeit überwiegend SuIfamatbäder verwendet, und zwar sowohl beim elektrolytischen Formen als auch bei der Schaffung dekorativer Überzüge. Dabei entsteht in den Niederschlagen im allgemeinen eine innere Spannung in Form einer Zugspannung. Die Niederschläge werden glänzend, wenn das Bad ein glanzerzeugendes Mittel enthält, andernfalls stumpf.For some time now, mainly sulphamate baths have been used in the production of galvanic deposits from nickel used both in electrolytic molding and in creating decorative ones Coatings. This generally creates an internal tension in the precipitates in the form of tensile stress. The deposits become glossy if the bath contains a gloss-producing agent, otherwise dull.
Obwohl das Bad durch direktes Auflösen von reinem Nickelsulfamat hergestellt werden kann, steht praktisch meist Nickelsulfamat in Form einer konzentrierten Lösung zur Verfügung, und das Bad wird dann in der Weise hergestellt, daß man die konzentrierte Lösung verdünnt und hierauf reinigt. Die Reinigung ist wesentlich, um die Narbenbildung möglichst gering zu halten und den Niederschlägen die beste Qualität zu verleihen. Sie wird im allgemeinen durch Elektrolyse bei niedriger Stromdichte und darauffolgender Elektrolyse bei den üblichen Stromdichten durchgeführt. Enthält die konzentrierte Lösung organische Stoffe, so kann Behandlung mit aktivierter Kohle notwendig werden.Although the bath can be made by directly dissolving pure nickel sulfamate, it stands practically mostly nickel sulfamate is available in the form of a concentrated solution, and the bath will then prepared in such a way that the concentrated solution is diluted and then purified. the Cleansing is essential to keep scarring and precipitation to a minimum to give the best quality. It is generally produced by electrolysis at low current densities and subsequent electrolysis carried out at the usual current densities. Contains the concentrated solution organic substances, treatment with activated charcoal may be necessary.
Im allgemeinen wird noch ein polierend wirkender Zusatz, fast immer Borsäure, und ein Stoff zur Förderung der Anodenkorrosion, und zwar in fast allen Fällen Nickelchlorid, der verdünnten Lösung beigegeben. Häufig fügt man auch Stoffe hinzu, um der Bildung von Wasserstoffnarben zu begegnen oder die innere Zugspannung in Druckspannung umzuwandeln.In general, an additive with a polishing effect, almost always boric acid, and a substance for promoting it are also used the anode corrosion, and in almost all cases nickel chloride, added to the diluted solution. Often one also adds substances to counter the formation of hydrogen scars or the to convert internal tensile stress into compressive stress.
Die Konzentration des Nickelsulfamats in der als Elektrolyt verwendeten Lösung hat in der Praxis von
250 bis 370 g/l geschwankt. Doch ist auch eine Lösung mit 450 g/l Gehalt an Nickelsulfamat gelegentlich
benutzt worden. Es ist bekannt, daß beim Galvanisieren
die Niederschlaggeschwindigkeit mit der Stromdichte steigt, daß aber unter den jeweils gegebenen
Galvanisierbedingungen der Stromdichte praktisch ein Maximum gezogen ist, oberhalb dessen sogenanntes
Verbrennen auftritt. Der Betrag dieses praktischen Maximums der Stromdichte hängt nicht nur von der
Betriebstemperatur, sondern auch von der Geschwindigkeit der Badbewegung und der Anordnung der
Anode und Kathode in der Wanne ab. Bei SuIfamatbädern,
in denen die Betriebstemperatur zwischen 25 und 6O0C liegt und die bei 6O0C mit einer Lösung
von 300 g/l Nickelsulfamatgehalt betrieben werden, beträgt ein typischer Wert der maximalen Stromdichte
22 A/dm*. In Verbindung mit Lösungen, deren Gehalt an Nickelsulfamat 450 g/l beträgt, sind Stromdichten
von 32 A/dm2 bei 60° C und 16 A/dm2 bei 380C beschrieben
worden. Die Erfinder haben jedoch ge-Galvanisches Nickelsulfamatbad und Verfahren
zum Abscheiden von NickelüberzügenThe concentration of nickel sulfamate in the solution used as the electrolyte has fluctuated in practice from 250 to 370 g / l. However, a solution with 450 g / l content of nickel sulfamate has also been used occasionally. It is known that during electroplating the rate of deposition increases with the current density, but that under the given electroplating conditions the current density is practically drawn to a maximum above which so-called burning occurs. The amount of this practical maximum of the current density depends not only on the operating temperature, but also on the speed of bath movement and the arrangement of the anode and cathode in the tub. In SuIfamatbädern in which the operating temperature is between 25 and 6O 0 C, and the at 6O 0 C and a solution of 300 g / l Nickelsulfamatgehalt be operated, a typical value of the maximum current density is 22 A / dm *. In connection with solutions whose content / l of nickel sulfamate is 450 g, are current densities of 32 A / dm 2 at 60 ° C and 2 have been described at 38 0 C 16 A / dm. However, the inventors have ge-galvanic nickel sulfamate bath and method
for the deposition of nickel coatings
Anmelder:Applicant:
International Nickel Limited, LondonInternational Nickel Limited, London
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. G. EichenbergDr.-Ing. G. Eichenberg
und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H. Sauerland, patent attorneys,
Düsseldorf, Cecilienallee 76Düsseldorf, Cecilienallee 76
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Richard John Kendrick,Richard John Kendrick,
Shirley, Solihull, Warwickshire;Shirley, Solihull, Warwickshire;
Sidney Alec Watson,Sidney Alec Watson,
Pedmore, Stourbridge, WorcestershirePedmore, Stourbridge, Worcestershire
(Großbritannien)(Great Britain)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 22. Mai 1963 (20 443),Great Britain of May 22, 1963 (20 443),
vom 25. September 1963 (37748)dated September 25, 1963 (37748)
funden, daß unter bestimmten Bedingungen der Badbewegung und Elektrodenanordnung, unter denen zufriedenstellende Ergebnisse beim Galvanisieren in einer Nickelsulfämatlösung erzielt werden, die maximale Stromdichte bei 6O0C in einer Lösung mit g/l Gehalt an Nickelsulfamat nur 27 A/dm2 beträgt.found that under certain conditions, the movement of the bath and electrode assembly in which satisfactory results are achieved during electroplating in a Nickelsulfämatlösung, the maximum current density at 6O 0 C in a solution containing g / l content of nickel sulfamate only 27 A / dm. 2
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es durch Arbeiten mit höheren als den üblichen Konzentrationen möglich ist, verschiedene vorteilhafte Resultate in Zusammenhang mit der jeweils verwendeten Stromdichte zu erhalten.The invention is based on the knowledge that by working with higher than usual concentrations it is possible to obtain various advantageous results in connection with the particular one used To obtain current density.
Die Erfindung besteht allgemein in der Lehre, bei der Herstellung galvanischer Nickelniederschläge mit einem Nickelsulfamatbad zu arbeiten, das 500 bis g/l Nickelsulfamat enthält. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Bad verwendet, dessen Gehalt an Nickelsulfamat 550 bis 650 g/l beträgt, und es wurde darüber hinaus gefunden, daß besonders günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn die Konzentration ungefähr 600 g/l beträgt.The invention consists generally in the teaching, in the production of galvanic nickel deposits with to work in a nickel sulfamate bath containing 500 to g / l nickel sulfamate. In the preferred Execution of the invention a bath is used, the content of nickel sulfamate 550 to 650 g / l is, and it has also been found that particularly favorable results are obtained when the concentration is approximately 600 g / l.
Es wurde gefunden, daß bei Änderung der Nickelsulfamatkonzentration sowohl die maximal statthafte Stromdichte als auch der innere Spannungszustand inIt was found that when the concentration of nickel sulfamate was changed both the maximum permissible current density and the internal stress state in
709 648/296709 648/296
dem Niederschlag sich in bemerkenswerter Weise ändern. Dies ist in iri-g. 1 und 2 dargestellt. In F i g. 1 ist über die Nickelsulf amatkonzentration in g/l der praktische Maximalwert der Stromdichte in A/dm2 aufgetragen. Kurve A in F i g. 1 wurde durch Variieren der Nickelsulfamatkonzentration bei 60°C erhalten. Kurvet hat,, wie Fig. 1 zeigt, ein ausgeprägtes Maximum in dem Bereich von 300 bis 900 g/l, ein Maximum, das ein unerwartetes Phänomen darstellt. Das Maximum selbst erstreckt sich über einen Bereich von etwa 500 bis 700 g/l. Dabei steigt die Kurve schnell auf 43 A/dm2 bei 600 g/l und fällt dann steil ab.the precipitation change in a remarkable way. This is in iri-g. 1 and 2 shown. In Fig. 1, the practical maximum value of the current density in A / dm 2 is plotted against the nickel sulfate concentration in g / l. Curve A in FIG. 1 was obtained by varying the nickel sulfamate concentration at 60 ° C. As shown in Fig. 1, Kurvet has a pronounced maximum in the range of 300 to 900 g / l, a maximum which is an unexpected phenomenon. The maximum itself extends over a range from about 500 to 700 g / l. The curve rises rapidly to 43 A / dm 2 at 600 g / l and then drops off steeply.
In F i g. 2 sind über der Nickelsulfamatkonzentration in g/l die inneren Spannungen im Niederschlag in kg/mm2 aufgetragen. Die gezeichnete Kurve B wurde bei 6O0C und einer Stromdichte von 5,5 A/dm2 erhalten. Kurve B hat -eine reziproke Ähnlichkeit mit Kurve A, zeigt also einen ausgeprägten Abfall in der Zugspannung in demjenigen Konzentrationsbereich, innerhalb dessen zu arbeiten die Erfindung lehrt.In Fig. 2, the internal stresses in the precipitate in kg / mm 2 are plotted against the nickel sulfamate concentration in g / l. The drawn curve B was carried out at 6O 0 C and a current density of 5.5 A / dm 2 is obtained. Curve B has a reciprocal similarity to curve A, that is to say shows a pronounced drop in the tensile stress in the concentration range within which the invention teaches to work.
Die Betriebstemperatur hat einen ausgeprägten Einfluß auf das Ergebnis. Wird die Lösung auf 7O0C erwärmt, so wandert Kurve A nach oben, und das praktische Maximum der Stromdichte wird auf den bemerkenswerten Betrag von 86 A/dm2 angehoben. Erhöhung der Bädtemperatur verlagert die Kurve .Β in der Richtung erhöhter Druckspannung. Demgemäß ist bei gegebener Stromdichte und bei einer höheren Badtemperatur die Druckspannung größer bzw. die Zugspannung kleiner. Herabsetzung der Temperatur auf 5O0C bewirkt, daß die innere Spannung sich scharf in der Richtung zunehmender Zugspannung verschiebt. The operating temperature has a marked influence on the result. The solution is heated to 7O 0 C, curve A so moves upwards, and the practical maximum of the current density to the remarkable amount of 86 A / dm 2 is raised. Increasing the bath temperature shifts the curve .Β in the direction of increased compressive stress. Accordingly, for a given current density and at a higher bath temperature, the compressive stress is greater or the tensile stress is smaller. Reduction in temperature causes at 5O 0 C, that the internal stress sharply shifts in the direction of increasing tension.
Die innere ,Spannung ändert sich auch mit der Stromdichte. Diese Abhängigkeit ist in F i g. 3 dargestellt, wo über der Stromdichte in A/dm2 die Spannung in kg/mm2 aufgetragen ist. Fig. 3 zeigt zwei Kurven C und D, die bei einer Nickelsulfamatkonzentration von' 600 g/l aufgenommen wurden, und zwar Kurve C bei 600G und Kurve D bei 70° C. Das Diagramm zeigt, daß bei dieser Konzentration die innere Spannung bei 600C auf Null sinkt, wenn die Stromdichte ungefähr 18 A/dm2 beträgt, während das gleiche bei 7O0C geschieht, wenn mit einer Stron> dichte von 33 A/dm2 gearbeitet wird.The internal voltage also changes with the current density. This dependency is shown in FIG. 3, where the voltage in kg / mm 2 is plotted against the current density in A / dm 2. Fig. 3 shows two curves C and D, which were taken at a Nickelsulfamatkonzentration l of '600 g /, and indeed curve C at 60 0 G and curve D at 70 ° C. The graph shows that at this concentration, the internal stress is carried out at 60 0 C decreases to zero, if the current density is 2 / dm about 18 a, while the same is done at 7O 0 C when a Stron> density of 33 a / dm 2.
Der pH-Wert der Lösung beträgt zweckmäßig 4,0, darf aber zwischen 2,0 und 5,5 schwanken. Das Bad kann in üblicher Weise während des Galvanisierens durch Luft bewegt werden. Vorzugsweise enthält es einen polierend wirkenden Bestandteil, insbesondere Borsäure, die in üblicher Menge anwesend sein kann, beispielsweise von 10 g/l bis zum Sättigungswert.The pH of the solution is expediently 4.0, but may vary between 2.0 and 5.5. The bathroom can be moved through air in the usual way during electroplating. Preferably it contains a polishing component, in particular boric acid, which can be present in the usual amount, for example from 10 g / l to the saturation value.
Bekanntlich sollte Hydrolyse des Nickelsulfamats vermieden werden. Erhöhung der Badtemperatur vermehrt die Geschwindigkeit der Hydrolyse, und gleiches gilt von einer Verminderung des pH-Werts des Bades und einer Herabsetzung der Konzentration unter den Wert von 600 g/l Nickelsulfamat innerhalb des Bereichs, den zu verwenden die Erfindung lehrt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Hydrolyse bei einer Badtemperatur von 700C (im Gegensatz zu einer solchen von 600C) ist dagegen praktisch durchaus statthaft. Wird beispielsweise ein Bad mit einem Gehalt von 600 g/l Nickelsulfamat und einem pH-Wert von 4 auf einer Temperatur von 65° C gehalten, so ist die Geschwindigkeit- der Akkumulation von Ammoniumionen in der Größenordnung von 1 g/l pro Jahr.It is known that hydrolysis of nickel sulfamate should be avoided. Increasing the bath temperature increases the rate of hydrolysis, and so does a decrease in the pH of the bath and a decrease in the concentration below the value of 600 g / l nickel sulfamate within the range which the invention teaches to be used. In contrast, an increase in the rate of hydrolysis at a bath temperature of 70 ° C. (in contrast to a bath temperature of 60 ° C.) is practically entirely permissible. If, for example, a bath with a content of 600 g / l nickel sulfamate and a pH value of 4 is kept at a temperature of 65 ° C, the rate of accumulation of ammonium ions is of the order of 1 g / l per year.
Wird eine ähnliche Lösung bei 700C aufbewahrt, so steigt die Geschwindigkeit der Akkumulation nur auf 5 bis 6 g/l pro Jahr. Diese Akkumulation entsteht durch Spaltung von nur ungefähr einem Hundertstel des ursprünglichen Nickelsulfamats. Es ist möglich, mit Hilfe einer Lösung zu galvanisieren, deren Temperaturen den beachtlich hohen Wert von 8O0C hat. Die Verbesserung in den erhaltenen Eigenschaften des Erzeugnisses wird jedoch zu einem großen TeilIf a similar solution is kept at 70 ° C., the rate of accumulation only increases to 5 to 6 g / l per year. This accumulation results from the cleavage of only about one hundredth of the original nickel sulfamate. It is possible to galvanize using a solution whose temperature has the considerably high value of 8O 0 C. The improvement in the obtained properties of the product, however, becomes a great part
ίο durch die Schwierigkeiten aufgehoben, die sich ergeben, wenn man ein derartiges Bad thermisch unter Kontrolle halten will. Die bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht daher nicht mehr als 700C als Betriebstemperatur vor.ίο lifted by the difficulties that arise when one wants to keep such a bath thermally under control. The preferred embodiment of the invention therefore provides no more than 70 ° C. as the operating temperature.
Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil beim elektrolytischen Präzisionsformen angewendet werden. In diesem Falle wird vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 55 und 7O0C gearbeitet und jedenfalls nicht bei weniger als 5O0C. Bekanntlich soll ein beim elektrolytischen Präzisionsformen hergestellter Niederschlag geringe innere Spannungen haben, sofern er die Dimensionsstabilität erhalten soll, die für viele Zwecke gefordert wird. Beispielsweise wird in der Herstellung von Metallscheiben, mittels deren Schallplatten gestanzt werden, eine innere Zugspannung bis zu 5,75 kg/mm2 zugelassen. Doch wäre es sehr wünschenswert, wenn die innere Spannung gleich Null wäre. Für manche anderen Zwecke wäre eine innere Druckspannung, beispielsweise bis zu 1,5 kg/mm2, durchaus erwünscht.The invention can be used with particular advantage in precision electrolytic molding. In this case, 0 C is preferably at a temperature between 55 and 7O worked and in any case a produced in the electrolytic precision molds precipitate is not intended to have low internal stress at less than 5O 0 C. As is well known, if it is to receive the dimensional stability required for many purposes will. For example, in the production of metal disks, which are used to punch records, an internal tensile stress of up to 5.75 kg / mm 2 is permitted. But it would be very desirable if the internal tension were zero. For some other purposes, an internal compressive stress, for example up to 1.5 kg / mm 2 , would be quite desirable.
Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Spannung sich sowohl mit der Stromdichte als auch mit der Temperatur ändert. Beim elektrolytischen Präzisionsformen ist es zweckmäßig, die Stromdichte und die Temperatur in der aus F i g. 4 ersichtlichen Weise in Beziehung miteinander zu setzen. Dort ist die Temperatur über der Stromdichte aufgetragen. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Stromdichte so gewählt, daß sie bei der jeweils benutzten Temperatur zwischen den Linien EF und GH It can be seen from Fig. 3 that the voltage changes with both current density and temperature. In precision electrolytic molding, it is useful to measure the current density and the temperature in the range shown in FIG. 4 obvious ways to relate them to each other. There the temperature is plotted against the current density. In the preferred embodiment of the invention, the current density is chosen so that it is between the lines EF and GH at the temperature used in each case
, liegt, also zwischen 10,8 und 19,0 A/dm2 bei 55°C,
zwischen 16,0 und 25,0 A/dm2 bei 60°C, zwischen 21,5
und 35,5 A/dm2 bei 650C und zwischen 27,0 und
48,5 A/dm2 bei 7O0C. Bei einer Konzentration von
600 g/l liegt dann die Spannung normalerweise zwischen 1,5 kg/mm2 Druckspannung und 5,75 kg/mm2
Zugspannung. Bei derselben Konzentration liegt die Spannung normalerweise zwischen 0,75 kg/mm2
Druckspannung und 3,0 kg/mm2 Zugspannung, wenn die Stromdichte bei der jeweiligen Temperatur
zwischen den Linien IJ und KL liegt, also zwischen 11,8 und 16,0 A/dm2 bei 55° C, zwischen 17,3
und 21,5 A/dm2 bei 6O0C, zwischen 22,5 und 26,5 A/dm2 bei 65° C und zwischen 28,0 und 36,5 A/dm2
bei 700C. Liegt die Stromdichte bei der jeweiligen Temperatur zwischen den Linien IJ und MN, übersteigt
sie also nicht 13,5 A/dm2 bei 55° C, 18,5 A/dm2
bei 60°C, 26,0 A/dm2 bei 650C und 31,0 A/dm2 bei
700C, dann überschreitet normalerweise die Spannung
nicht den Wert von 0,75 kg/mm2 als Zugspannung, so daß beim Arbeiten zwischen diesen beiden Linien IJ
und MN eine Annäherung an den Wert Null der Spannung im allgemeinen erhalten werden wird.
Wird kein Wert darauf gelegt, die innere Spannung niedrig zu halten, so kann die Erfindung benutzt
werden, um Nickelniederschläge mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Stromdichte steigt mit der
Temperatur, und gleiches gilt von dem Bereich, aus, is between 10.8 and 19.0 A / dm 2 at 55 ° C, between 16.0 and 25.0 A / dm 2 at 60 ° C, between 21.5 and 35.5 A / dm 2 at 65 0 C and between 27.0 and 48.5 A / dm 2 at 7O 0 C. At a concentration of 600 g / l, the stress is then normally between 1.5 kg / mm 2 compressive stress and 5.75 kg / mm 2 tensile stress. At the same concentration, the stress is normally between 0.75 kg / mm 2 compressive stress and 3.0 kg / mm 2 tensile stress when the current density at the respective temperature is between the lines IJ and KL , i.e. between 11.8 and 16.0 A / dm 2 at 55 ° C, between 17.3 and 21.5 A / dm 2 at 6O 0 C, between 22.5 and 26.5 A / dm 2 at 65 ° C and between 28.0 and 36, 5 A / dm 2 at 70 0 C. If the current density at the respective temperature between lines IJ and MN, so it does not exceed 13.5 A / dm 2 at 55 ° C, 18.5 A / dm 2 at 60 ° C, 26.0 A / dm 2 at 65 0 C and 31.0 A / dm 2 at 70 0 C, then normally the tension does not exceed the value of 0.75 kg / mm 2 as tensile stress, so that when working between these two lines IJ and MN an approximation of the zero value of the voltage will in general be obtained.
If it is not important to keep the internal stress low, the invention can be used to generate nickel deposits at high speed. The current density increases with temperature, and the same applies from the area
dem die Stromdichte mit größtem Vorteil für die benutzte Temperatur gewählt werden kann, wie sich aus F i g. 5 ergibt, in der ebenso wie in F i g. 4 die Temperatur über der Stromdichte aufgetragen ist. Die Stromdichte soll bei der gewählten Betriebstemperatur zwischen den Linien OP und QR liegen. Demgemäß wird bei 55° C die Stromdichte zwischen 19,0 und 27,0 A/dm2, bei 60° C zwischen 27,0 und 43,0 A/dm2, bei 65°C zwischen 38,0 und 65,0 A/dm2 und bei 70° C zwischen 48,5 und 86,0 A/dm2 gewählt. Bei einer Konzentration von 600 g/l und einem Arbeitspunkt, der zwischen den Linien OP und QR liegt, wird im allgemeinen eine innere Zugspannung erhalten werden, die zwischen 5,75 und 12,5 kg/mm2 liegt. Die Erzeugung von Niederschlägen mit solcher hohen Geschwindigkeit ist beispielsweise in den Fällen von Nutzen, wo es sich darum handelt, abgenutzte Oberflächen durch Galvanisieren aufzuarbeiten, weil dort eine Zugspannung in dem Niederschlag, die zwischen 5,75 und 10,0 kg/mm2 liegt, tragbar ist.which the current density can be selected with the greatest advantage for the temperature used, as can be seen from FIG. 5 results, in the same way as in FIG. 4 the temperature is plotted against the current density. The current density should lie between the lines OP and QR at the selected operating temperature. Accordingly, at 55 ° C. the current density becomes between 19.0 and 27.0 A / dm 2 , at 60 ° C. between 27.0 and 43.0 A / dm 2 , at 65 ° C. between 38.0 and 65.0 A / dm 2 and between 48.5 and 86.0 A / dm 2 at 70 ° C. At a concentration of 600 g / l and an operating point lying between the lines OP and QR , an internal tensile stress will generally be obtained which is between 5.75 and 12.5 kg / mm 2 . The generation of precipitates at such a high speed is useful, for example, in cases where it is a question of reconditioning worn surfaces by electroplating, because there is a tensile stress in the precipitate of between 5.75 and 10.0 kg / mm 2 , is portable.
Bei Niederschlägen, die unter den verschiedenen Bedingungen der Stromdichte und Temperatur hergestellt werden, wie sie oben angegeben sind, hängen die inneren Spannungen von der Konzentration ab. Innerhalb des Bereiches von 550 bis 650 g/l liegen sie jedoch in der gleichen Größenordnung wie die Spannungen in den Niederschlägen, die bei einer Konzentration von 600 g/l erhalten werden.With precipitation produced under the various conditions of current density and temperature as indicated above, the internal tensions depend on the concentration. However, within the range from 550 to 650 g / l they are in the same order of magnitude as the tensions in the precipitates obtained at a concentration of 600 g / l.
Die Härte der erhaltenen Niederschläge ändert sich mit der Stromdichte. Werden Nickelsulfamatlösungen verwendet, die 600 g/l Nickelsulfamat enthalten, so ergibt sich bei 21,5 A/dm2 eine Vickershärte von etwa 220. Bei 5,5 bis 7,5 A/dm2 und einer Temperatur im Bereich von 55 bis 70° C erhält man eine Vickershärte von 300. Wird dagegen die Stromdichte auf 3,25 A/dm2 herabgesetzt, so erhält man eine Vickershärte von 400. Auf diese Weise ist es möglich, die Härte aufeinanderfolgender Lagen von Nickelgalvanisierungen innerhalb des gleichen Galvanisierungsbades einfach dadurch zu variieren, daß man die Stromdichte bei fortschreitender Galvanisierung ändert. So kann beispielsweise zunächst eine dünne, sehr harte Nickelschicht niedergeschlagen werden, auf die eine etwas dickere Schicht geringerer Härte folgt, so daß man einen durch.elektrolytisches Präzisionsformen hergestellten Körper von harter Außenfläche erhält. Bei derart niedrigen Stromdichten entsteht in dem Niederschlag außerdem eine beträchtliche Druckspannung, was den Vorteil hat, daß die Dauerstandfestigkeit von Teilen, die mit einem Überzug aus einem solchen Niederschlag versehen werden, erhöht wird.The hardness of the precipitates obtained changes with the current density. If nickel sulfamate solutions are used which contain 600 g / l nickel sulfamate, a Vickers hardness of about 220 results at 21.5 A / dm 2. At 5.5 to 7.5 A / dm 2 and a temperature in the range from 55 to 70 ° C a Vickers hardness of 300 is obtained. If, on the other hand, the current density is reduced to 3.25 A / dm 2 , a Vickers hardness of 400 is obtained. In this way, it is possible to simply change the hardness of successive layers of nickel plating within the same plating bath to vary so that the current density changes as the electroplating proceeds. For example, a thin, very hard nickel layer can first be deposited, followed by a somewhat thicker layer of lower hardness, so that a body with a hard outer surface is obtained which is manufactured by precision electrolytic molding. At such low current densities, a considerable compressive stress also arises in the precipitate, which has the advantage that the creep strength of parts which are provided with a coating of such a precipitate is increased.
Die Niederschläge, die erhalten werden, wenn man beim elektrolytischen Formen in der beschriebenen Weise vorgeht, sind stumpf. Arbeitet man dagegen mit einer üblichen Stromdichte, also einer Dichte, die 7,5 A/dm2 nicht übersteigt, so kann ein glänzender Niederschlag ohne Hinzufügung eines glanzerzeugenden Mittels bei Temperaturen von 55 bis 70° C erhalten werden. Dies stellt wiederum ein überraschendes Phänomen dar. Ein derart glänzender Niederschlag hat überdies den Vorteil guter Duktilität. So wurde gefunden, daß die spezifische Dehnung, die nötig war, Risse in einem Niederschlag zu erzeugen, der auf einem hochduktilen Grundmetallkörper aufgebracht war, 12% betrug.The precipitates obtained by proceeding in the manner described in electrolytic forming are dull. If, on the other hand, one works with a customary current density, i.e. a density that does not exceed 7.5 A / dm 2 , a glossy precipitate can be obtained at temperatures of 55 to 70 ° C. without adding a gloss-producing agent. This in turn represents a surprising phenomenon. Such a glossy deposit also has the advantage of good ductility. It was found that the specific elongation which was necessary to produce cracks in a deposit applied to a highly ductile base metal body was 12%.
Arbeitet man mit hoher Stromdichte, beispielsweise zwischen 16,0 und 38,0 A/dm2, so können bei einer Temperatur von 55 bis 75° C unter Verwendung eines"; glanzerzeugenden Mittels glänzende Niederschläge, äußerst schnell erhalten werden. Derartige Nieder-; schlage stehen unter mäßiger innerer Spannung, was: allerdings im allgemeinen bedeutungslos ist, wenn essich lediglich um eine dekorative Schicht handelt.: Wird ein glanzerzeugendes Mittel verwendet, so kann, man sich irgend eines derartigen Mittels bedienen, das auch sonst in üblichen Glanznickelbädern verwendet wird, die auf der Basis des Wattsbades beruhen. Als Beispiel seien p-Toluolsulfonamid, Saccharin, Arylsulfonsäuren oder Acetylenalkohole genannt.If you work with a high current density, for example between 16.0 and 38.0 A / dm 2 , then at a temperature of 55 to 75 ° C using a "; gloss-producing agent, glossy deposits can be obtained extremely quickly. Such low-; Strikes are under moderate internal tension, which: however, is generally meaningless if it is only a decorative layer: If a gloss-producing agent is used, one can use any such agent that is otherwise used in conventional bright nickel baths which are based on the Watt bath, such as p-toluenesulphonamide, saccharine, arylsulphonic acids or acetylene alcohols.
Wird mit Nickelsulfamatlösungen gearbeitet, die 500 bis 700 g/l Nickelsulfamat enthalten, dann ist es wünschenswert, reaktive Nickelanoden zu verwenden, beispielsweise solche, die eine kleine Menge von Schwefel enthalten, um gleichförmige Korrosion hervorzurufen. ; When working with nickel sulphamate solutions containing 500 to 700 g / l nickel sulphamate, it is desirable to use reactive nickel anodes, for example those containing a small amount of sulfur, in order to cause uniform corrosion. ;
Es kann vorteilhaft sein, der Lösung Nickelchlorid beizugeben, um eine gleichmäßige und allmähliche Auflösung der Anode zu bewirken. Ist die Anode, nicht reaktiv, dann kann die Stromdichte an der Anode nicht über etwa 22 A/dm2 erhöht werden,? ohne daß Gasbildung auftritt, und zwar selbst bei Anwesenheit der bevorzugten Menge an Nickelchlorid, nämlich etwa 5 g/l. Soll ein Gegenstand bei einer Stromdichte von etwa 43 A/dm2 mit einer schwefel-, freien Anode galvanisiert werden, dann muß die Oberfläche der Anode etwa zwei- bis dreimal größer sein als die des zu galvanisierenden Gegenstandes. Soll die Stromdichte 86 A/dm2 betragen, dann muß das Verhältnis zwischen den Oberflächen etwa 5:1 gemacht werden. Es wird einleuchten, daß es schwierig ist, eine Anode vorzusehen, deren Oberfläche zweimal oder womöglich noch größer ist als die Kathodenoberfläche, sofern man mit angepaßten Anoden arbeitet, also mit Anoden, die die Form der Kathode haben. .:It may be advantageous to add nickel chloride to the solution in order to bring about a uniform and gradual dissolution of the anode. If the anode is not reactive, then the current density at the anode cannot be increased above about 22 A / dm 2 ,? without gas formation, even in the presence of the preferred amount of nickel chloride, namely about 5 g / l. If an object is to be electroplated with a sulfur-free anode at a current density of about 43 A / dm 2 , the surface of the anode must be about two to three times larger than that of the object to be electroplated. If the current density is to be 86 A / dm 2 , then the ratio between the surfaces must be made about 5: 1. It will be evident that it is difficult to provide an anode whose surface is twice or possibly even larger than the cathode surface if one works with adapted anodes, that is to say with anodes which have the shape of the cathode. .:
Verwendet man eine schwefelhaltige Anode aus Elektrolytnickel oder eine andere geeignete reaktive Anode, so kann man mit der Stromdichte auf 58,0 A/dm2 heraufgehen, sofern die Konzentration des Nickelchlorids in; der Lösung mindestens 30 g/l beträgt. ; If a sulfur-containing anode made of electrolyte nickel or another suitable reactive anode is used, the current density can go up to 58.0 A / dm 2 , provided that the concentration of the nickel chloride in; of the solution is at least 30 g / l. ;
Obwohl das Nickelchlorid die Wirkung hat,, die Spannung in den gebildeten Niederschlagen zu erhöhen und aus diesem Grunde die Konzentration so niedrig wie möglich gehalten werden sollte, so stehen doch andererseits die bei den höchsten Stromdichten erhaltenen Niederschläge ohnehin unter beträchtlicher Spannung, so daß eine weitere Heraufsetzung der Spannung bedeutungslos ist.Although the nickel chloride has the effect of increasing the tension in the precipitates formed and for this reason the concentration should be kept as low as possible, so stand but, on the other hand, the precipitations obtained at the highest current densities are already less than considerable Tension, so that any further increase in tension is meaningless.
Galvanische Bäder, die 500 bis 700 g/l Nickelsulfamat enthalten, besitzen im Vergleich zu üblichen galvanischen Bädern weitere Vorteile. Insbesondere ist ihr Streuvermögen demjenigen einer üblichen Sulfamatlösung und einem Elektrolyten vom Watts-Typ überlegen. Dabei bestimmt man das Streuvermögen nach der bekannten Fieldschen Formel:Galvanic baths, which contain 500 to 700 g / l nickel sulfamate, have compared to conventional baths galvanic baths have further advantages. In particular, their throwing power is that of a common one Superior to sulfamate solution and a Watts-type electrolyte. This determines the scattering power according to the well-known Field formula:
T= -T = -
100 (P - M)
(P + M - 2) 100 (P - M)
(P + M - 2)
in der T das Streuvermögen in %, P das Primärstromverhältnis und M die Metallverteilung sind.where T is the scattering power in%, P is the primary current ratio and M is the metal distribution.
Das Streuvermögen nimmt im allgemeinen ab, wenn die Stromdichte in einem galvanischen Nickelbad erhöht wird. Ein erfindungsgemäßer Elektrolyt mitThe scattering power generally decreases when the current density is in a galvanic nickel bath is increased. An electrolyte according to the invention with
600 g/l Nickelsulfamat und ungefähr 5 g/l Nickelchlorid wurde bei 60°C mit einer üblichen Nickelsulfamatlösung verglichen, die 300 g/l Nickelsulfamat und 5 g/l Nickelchlorid enthielt. Ein weiterer Vergleich wurde mit einer üblichen Watts-Lösung angestellt, die aus Nickelsulfamat, Nickelchlorid und Borsäure bestand. Dabei wurden eine Hull-Zelle verwendet und die Messungen bei einem Primärstromverhältnis von 5:1 sowie durchschnittlichen Stromdichten von 5,5 und 16,0 A/dm2 durchgeführt. Bei der niedrigeren durchschnittlichen Stromdichte betrug das Streuvermögen der Watts-Lösung 8°/0, diejenige der üblichen Sulfamatlösung 10°/0 und diejenige der erfindungsgemäßen Lösung 13%. Bei der höheren durchschnittlichen Stromdichte waren die entsprechenden Ergebnisse der drei Vergleichslösungen 4, 7 und 8 °/0.600 g / l nickel sulphamate and approximately 5 g / l nickel chloride were compared at 60 ° C. with a conventional nickel sulphamate solution containing 300 g / l nickel sulphamate and 5 g / l nickel chloride. Another comparison was made with a standard Watts solution consisting of nickel sulfamate, nickel chloride and boric acid. A Hull cell was used and the measurements were carried out at a primary current ratio of 5: 1 and average current densities of 5.5 and 16.0 A / dm 2 . In the lower average current density of the scattering power was Watts solution at 8 ° / 0, that of the conventional sulfamate 10 ° / 0 and the solution of the invention that 13%. At the higher average current density, the corresponding results of the three comparative solutions 4, 7 and 8 ° / 0 were.
Schließlich ist auch die Leitfähigkeit von Nickelsulfamatlösungen, die 500 bis 700 g/l Nickelsulfamat enthalten, durchaus befriedigend. Die Leitfähigkeit einer nur aus Chloriden bestehenden Lösung ist besser als die Leitfähigkeit von erfindungsgemäß gestalteten Lösungen. Die letzteren haben aber höhere Leitfähigkeiten als sowohl die übliche Watts-Lösung als auch die übliche Nickelsulfamatlösung.Finally, the conductivity of nickel sulfamate solutions is also which contain 500 to 700 g / l nickel sulfamate, quite satisfactory. The conductivity a solution consisting only of chlorides is better than the conductivity of the invention designed solutions. The latter, however, have higher conductivities than both the usual Watts solution as well as the usual nickel sulfamate solution.
Bei der Verwendung des Elektrolyten beispielsweise im elektrolytischen Präzisionsformen empfiehlt es sich, mit niedriger Stromdichte eine Elektrolyse in einer Hilfswanne durchzuführen, durch welche der Hauptelektrolyt kontinuierlich zirkuliert. Dies gibt die Gewähr dafür, daß metallische Verunreinigungen wie Kupfer, Eisen und Zink, die den Elektrolyten vergiften und der Niederschlagbildung entgegenwirken, kontinuierlich entfernt werden.When using the electrolyte, for example, in precision electrolytic molding, it is recommended conduct electrolysis in an auxiliary tank with a low current density, through which the Main electrolyte circulates continuously. This ensures that metallic impurities such as copper, iron and zinc, which poison the electrolyte and counteract the formation of precipitation, be removed continuously.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen Elektrolyten aus einer gereinigten Lösung aus Nickelsulfat in Wasser, die 500 bis 700 g/l Nickelsulfamat und außerdem einen glanzbildenden Bestandteil, vorzugsweise Borsäure, enthält sowie unter Umständen auch Nickelchlorid.The invention also extends to an electrolyte made from a purified solution of nickel sulfate in Water containing 500 to 700 g / l nickel sulfamate and also a gloss-forming component, preferably Boric acid, and possibly also nickel chloride.
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