DE1915762B2

DE1915762B2 - Verfahren zur Erzeugung einer haftfähigen Zwischenschicht aus Kupfer auf Aluminium und Aluminiumlegierungen als Unterlage für galvanisch abgeschiedene Metallüberzüge

Info

Publication number: DE1915762B2
Application number: DE19691915762
Authority: DE
Inventors: Ernst 8000 Muenchen Andrascek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-04-01
Filing date: 1969-03-27
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE1915762A1; CH519585A

Description

Der haftfähige Untergrund wird dabei von einer 65

auf der Aluminiumoberfläche aufgebrachten Zwischen- Während des Tauchens entsteht auf der Aluminiumschicht, welche beispielsweise aus Zink, Nickel oder oberfläche ein grauschwarzer schwammiger Nieder-Zinn besteht, gebildet. schlag aus Cu⁰ und AlCl₃. Das leicht wasserlösliche

schwammige AlCl₃ läßt sich mit einer kräftigen einer Temperatur von 25° C anodisch bsi einer

Sprühbrause abbrausen, und auf der Aluminium- Stromdichte von 2A/dm^a passjviert. Während der

oberfläche verbleibt eine grauschwarze samtartige Passivierung werden die von einer Kupferanlagerung

Struktur, die aus der Ablagerung von Cu⁰ besteht. eventuell frei gebliebenen mikroskopisch kleinen

Nachfolgend werfen unter (UI) bis (VIl) die 5 Stellen der Aluminiumoberfläche durch Aufnahme

Teilreaktionen aufgeführt, die sich beim Tauchen des von Sauerstoff in A1_SO₃ übergeführt.

Aluminiumteils in der in (I) bezeichneten Lösung Nach dem Passivieren des Alunvniuinteils wird es

vollziehen: kurz in 10%iger Schwefelsäure dekapiert, in Wasser

αϊ η J-A ηγί -^. ί αιγί _ι_ ι u r\ n\i\ gespült und 1 Minute in eine Reinigungs- und Desoxy-

/AJ₂W₃ "T o ni^i —*■ Z- /\1Λ^1₃ -J- j xl#U * AIII ,. , * *» .. _n.. «

Al⁰ + 3 HCl -*- AlCl + I¹/ H (IV) ^1O dier-Losung getaucht, wo Verunreinigungen, Ruck-

³ ' stände sowie Kupferoxidschichten entfernt werden und

Das auf der Aluminiumoberfläche in Form einer eine gleichmäßige Benetzung erzielt wird,

dünnen Schicht befindliche Aluminiumoxid sowie die Nach einem letzten Spülvorgang in Leitungswasser

Oberfläche des Aluminiums selbst werden unter und entsalztem Wasser wird das Aluminiumteil zur

Einwirkung 4er Salzsäure in ein Aluminiumsalz (AlCl₃) 15 Galvanisierung unter Strom in einen sauren oder

übergeführt, wobei Wasser bzw. Wasserstoff entsteht. alkalischen Kupfersulfatelektrolyten eingehängt

CuCl +H-* CuCl + HCl (V) ^^e' ^^er Galvanisierung derart vorbehandelter AIu-

q_uq\ < H -> Cu + HCl (VD miniumteile werden die Teile vorzugsweise unter

AlCl + 3 H -> Al + 3 HCl (Viii Strom eingehängt, und zur schnelleren Deckung der

³ 20 Oberfläche unit Kupfer wird anfangs die doppelte

Das in der Lösung nach (I) enthaltene Kupfer(II)- maximal zulässige Stromdichte gewählt. Nach der

Chlorid wird unter jeweiliger Aufnahme von Wasser- allseitigen Verkupferung wird wieder mit normaler

stoff zunächst in Kupfer(I)-Chlorid und in einem oder geringerer Stromdichte galvanisiert. Den Erfor-

zweiten Schritt in Kupfer übergeführt; aus den in dernissen entsprechend, kann nun jede beliebige

Teilreaktion (III) entstandenen Aluminiumsalz (AlCl₃) 25 Metallkombination, beispielsweise Kupfer, Nickel

wird unter Aufnahme von Wasserstoff reines Alu- und Gold, aufgebracht werden.

mjnium gebildet. Nach diesem Verfahren hergestellte galvanisierte

Für die Ablagerung des Kupfers auf dem Alu- Aluminiumteile weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit

minium gilt dann folgende Gesamtreaktion: und Beständigkeit gegenüber starken Beanspruchun-

P_upi , Aipj 1 5 jj 30 gen, wie sie beim Temperaturtest, Salzsprühtest sowie

-> CuAl + 5 HCl (VIIH ^den Feuchteraumtest auftreten, sowie eine gute

Korrosionsfestigkeit auf. Wegen des verhältnismäßig

wobei die Metallbindung zwischen Kupfer und geringen Gewichtes von Aluminium eignen sich derart

Aluminium in der Form Cu₉ ¹Al₄ ¹¹¹ bfsteht, welche ein oberflächenvergütete Aluminiumteile sehr gut für die

kubisches Gitter bildet. 35 Herstellung von Mikrowellenbauteilen, wie Mikro-

Aus der Reaktion ist zu ersehen, daß auf der wellen-Schaltkreise, Mikrowellenresonatoren oder -re-

Aluminiumoberfläche eine Kupferschicht aufgebaut sonatorabschnitte sowie für die Dünnfilmtechnik,

wird, die mit dem Aluminium eine Metallbindung insbesondere dann, wenn es neben einer Raum-

darsteüt und damit einen guten Haftgrund für die einsparung auch auf eine Gewichtseinsparung an-

Galvanisierung in einem sauren Kupfersulfatelektro- 40 kommt, wie dies bei Bauelementen für Geräte der

lyten bildet. Satellitentechnik und Raumfahrt der Fall ist. Auch

Vor der eigentlichen Verkupferung des Aluminiums Leitungsdrähte oder Hohlleiter können auf diese

wird die Oberfläche 15 bis 20 Minuten lang in einem Weise durch überziehen mit einer Kupfer- oder GoId-

25gewichtsprozentigen Schwefelsäureelektrolyten mit schicht gewichtssparend hergestellt werden.

Claims

; Bei einer starken Beanspruchung der Aluminium-Patentansprüche: teile, wie z. B. einem Temperaturtest bei sehr hohen Temperaturen, einem Salzsprühtest oder einem Feuchte-

1. Verfahren zur Erzeugung einer haftfähigen räumtest, zeigen sich dann häufig Blasenbildung, oder Zwischenschicht aus Kupfer auf Aluminium und 5 die gesamte galvanische Schicht hebt sich vom Aluminiumlegierungen als Unterlage für galvanisch Aluminiumteil ab. Ferner treten auf der Aluminiumabgeschiedene Metallüberzüge, ge kennzeich- oberfläche Korrosionserscheinungen (Metallfraß) auf. net durch die Behandlung der aus Aluminium In dem Aufsatz »Galvanische Überzüge auf AIuqder einer Aluminiumlegierung bestehenden Teile minium« in der »Technischen Rundschau« wird auf in einer Lösung aus Salzsäure, Kupfer(II)-chlorid io S. 9, zweite Spalte, vorletzter Absatz, ein Verfahren und Kupferpulver. beschrieben, bei dem Aluminium oder Aluminium-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- legierungen in einer Lösung aus Salzsäure und zeichnet, daß die Kupferzwischenschicht passi- Kupferchlorid vorbehandelt wird. Das Wesen des viert wird. Verfahrens besteht darin, daß der dabei gebildete

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 15 Schwermetallfilm in Salpetersäure wieder abgebeizt zeichnet, daß die Passivierung durch anodische und das Stück nachher sofort mit dem galvanischen Oxydation in Schwefelsäure vorgenommen wird. Überzug versehen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dadurch gekennzeichnet, daß das Passivieren so Lösung zur Schaffung einer haftfesten Galvanisierung lange vorgenommen wird, bis die passive Oxid- 20 von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit schicht eine Stärke von etwa 6 μΐη aufweist. hoher Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, über starken Beanspruchungen anzugeben,
gekennzeichnet durch die Anwendung bei der Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Oberflächenvergütung von Mikrowellcnbauteilen, Verfahren zur Erzeugung einer haftfähigen Zwischeninsbesondere Mikrowellen-Schaltkreisen, Mikro- 25 schicht aus Kupfer auf Aluminium und Aluminiumwellenresonatoren oder -resonatorabschnitten. legierungen als Unterlage für galvanisch abgeschiedene

Metallüberzüge gelöst, bei dem die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Teile in

einer Lösung aus Salzsäure, Kupfer(II)-chlorid und

30 Kupferpulver behandelt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungs-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur gegenstandes ist vorgesehen, daß die Kupferzwischen-Erzeugung einer haftfähigen Zwischenschicht aus schicht passiviert wird, die Passivierung durch anodi-Kupfer auf Aluminium und Aluminiumlegierungen sehe Oxydation in Schwefelsäure vorgenommen wird als Unterlage für galvanisch abgeschiedene Metall- 35 und weiter so lange vorgenommen wird, bis die überzüge. passive Oxidschicht eine Stärke von etwa 6 μπι

Aluminium läßt sich nur sehr schwer mit haftfesten aufweist.

edleren Metallen galvanisch überziehen, da es auf Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteil-

Grund seines stark negativen Metallpotentials von harter Weise bei der Oberflächenvergütung von — 1,3 V sehr schnell oxydiert und schon beim bloßen 40 Mikrowellenbauteilen, insbesondere Mikrowellen-Eintauchen des Aluminiums in Elektrolyte eine Schaltkreisen, Mikrowellenresonatoren oder -reso-Metallabscheidung erfolgt. Die Hauptschwierigkeit natorabschnitten angewendet,
bildet die Gegenwart des natürlichen Oxidfilms, der Die zu metallisierenden Aluminiumteile werden

trotz seiner geringen Dicke von nur etwa 10 ⁶ mm zunächst 3 Minuten lang in einer geeigneten ätzausreicht, die Haftung von Metallüberzügen zu ver- 45 alkalischen Abkochentfettung von 86⁰C durch Tauhindern, und der sich sehr schnell nach seiner Ent- chen entfettet, kurz gespült, danach in einem heißen fernung bei Berührung mit der Luft wieder bildet. ätzalkalischen elektrolytischen Entfettungsbad katho-

Zur Erzielung gut haftender metallischer Überzüge disch mit 4 A/dm² entfettet und erneut gespült. Diesem auf Aluminium und seinen Legierungen ist es erforder- Reinigungsvorgang folgt eine 2 Minuten Aktivierung lieh, die Aluminiumoberfläche zunächst von Ver- 50 der Aluminiumoberfläche in einem 25gewichtsprounreinigungen und Oxidschichten zu befreien und zentigen Schwefelsäureelektrolyten bei 25⁰C und dann so vorzubereiten, daß eine erneute Oxydation 2 A/dm². Dadurch werden die beim Entfetten an ausgeschlossen ist, andererseits muß auch eine Grund- der Oberfläche anhaftenden Rückstände an Legielage geschaffen werden, auf der eine gute Haftung rungsbestandteilen restlos entfernt. Nach einer Zwimöglich ist. 55 schenspülung wird das Aluminiumteil maximal 7 Se-

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die es künden in eine Lösung mit folgendem Ansatz gegestatten Aluminium und seine Legierungen zu gal- taucht:

vanisieren. Sie gliedern sich im allgemeinen in drei ur\ π An n/n _u p„ri n«,/n

„ , rn~i 1.ItO g/i; -r *~u«-i2 \ijj g/i;

^Muten· ₆ + Cu⁰ Pulver (10 g/l) (I)

ZAkSIlng und Schaffung eines haftfähigen Diese Lösung enthält also ein zweiwertiges Kupfer

Untergrundes ^und Kupfer, ^aus denen ein einwertiges Kupfer gebildet

3. Niederschlagen des Überzugmetalls. ^{wkd nach der Beziehu}»g