DE1951952A1

DE1951952A1 - Elektroplattierungsverfahren

Info

Publication number: DE1951952A1
Application number: DE19691951952
Authority: DE
Inventors: Kreitz Donald Bruce; Esola Charles Henry
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-12-06
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1970-06-25
Also published as: JPS4829696B1; US3537960A; FR2025499A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektroplattierter Abscheidungen, die Einschlüsse enthalten.

Der Einbau fester Einschlüsse in elektroplattierten Überzügen wurde bisher dadurch erreicht, dass die Feststoffe in dem Elektroplattierbad suspendiert wurden, was im allgemeinen durch Rühren des Bades oder dadurch erreicht wurde, dass in dem Bad eine Zirkulation aufrechterhalten und die

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Feststoffe dadurch im suspendierten Zustand gehalten wurden. Wahlweise kann das zu plattierende Substrat mit seiner grösseren Fläche etwa horizontal gelagert werden, so dass sich die Feststoffe lediglich durch Wirkung der Schwerkraft auf dieser Fläche absetzen und im Laufe des Plattierverfahrens eingeschlossen werden. Das erste der genannten Verfahren leidet an dem Kachteil, dass die gleiche Zirkulation, welche die Feststoffe in Suspension hält, dazu neigt, sie vom Substrat zu transportieren, ehe sie durch Abscheidung des plattierten Überzuges verfestigt werden. Das zweite Verfahren hat den Nachteil, dass jegliches Fremdmaterial, das in das Bad eindringt oder in ihm gebildet wird (beispielsweise Schlamm) auf das Substrat fällt. Wie schwer der zuletzt genannte Nachteil wirkt, geht daraus hervor, dass in der Praxis des Elektroplattierens das Werkstück im allgemeinen auf Unterlagen gelegt wird, die es vom Boden des Plattiergefässes entfernt halten.

Ein Substrat kann für die Elektroplattierung mit Aluminium dadurch vorbereitet werden, dass es mit wässerigen Lösungen gereinigt und anschliessend das wässerige Material mit einer Lösung von Oleinsäure in Isopropylalkohol abgespült wird. Während das Substrat noch mit der Fettsäurelösung bedeckt ist, wird es in ein Aluminiumplattierbad getaucht, das aus einer Lösung aus organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Diäthyläther, besteht. Durch die Badlösung wird der Überzug aus Fettsäure abgelöst und der Plattiervorgang ermöglicht.

Es wurde festgestellt, dass die auf dem Substrat abgeschiedene Fettsäurelösung ausreichend klebrig ist, dass Fasern, wie z.B. / dünne Siliciumdioxidfasern, Kristallnadeln aus Aluminiumoxid oder Spinell (die in der Technik als "Whiskers" bekannt sind), Graphitfasern oder anderes unlösliches Material, das z.. B_; eine

und dadurch, hohe Bruchfestigkeit aufweist,/wenn es eingeschlossen ist, als Verstärkung wertvoll sein kann, auf dem überzogenen Substrat' abgeschieden werden kann und darauf kleben bleibt. Ein auf diese Weise überzogenes Substrat wird anschliessend in das Plattierbad eingetaucht und sogleich eine hohe Stromdichte angelegt, so

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dass so schnell wie möglich eine erste Abscheidung erfolgt, damit die Fasern auf dem Substrat kleben, ehe der Fettsäureüberzug mit Hilfe der Plattierbadlösungsmittel vollständig entfernt wird. Wahrscheinlich wird der Überzug örtlich an den Stellen entfernt, an denen Abscheidung auftritt, während der Überzug an anderen Stellen lang genug erhalten bleibt, so dass die Fasern festgehalten werden bis der Vorgang des Anklebens so weit fortgeschritten ist, dass die Fasern festgehalten v/erden. Ist dieser Zustand erreicht, so kann die Stromdichte auf - V/er te eingestellt werden, durch welche die gewünschte Abscheidung erreicht und der Plattiervorgang so lange fortgesetzt werden, bis die erforderliche Dicke der Plattierung erhalten wird. Die Ver-Stärkungen sind dann in dem plattierten Überzug eingebettet.

Da die Einschlüsse auf das festhaftende überzogene Substrat nur auf mechanische Weise aufgebracht werden, kann die jeweilige Orientierung der Fasern beliebig gesteuert, und ihre Dichte an verschiedenen Stellen der Oberfläche willkürlich so weit verändert werden,dass durch ihre Dichte der Kontakt weiterer Zugaben mit dem Substrat verhindert wird. Es können auch gemischte Einschlüsse verschiedener Dichten Anwendung finden, ohne dass zu befürchten wäre, dass eine Entmischung eintritt, wie dies bei allen Verfahren zu befürchten ist, bei denen die Einschlüsse in einem in Zirkulation gehaltenen Plattierbad suspendiert sind. Gleichfalls ist die Ausnützung der Fasern sehr wirkungsvoll, was für den Fall wichtig ist, dass die Einschlussmaterialien teuer sind, wie dies bei einigen Fasern mit hoher Reissfestigkeit der Fall ist. Es bleiben nach den Verfahren auch keine grösseren Mengen ungenutzter Fasern zurück, die aus einem gebrauchten Bad wiedergewonnen werden müssen. Nachdem die Wirksamkeit der Ausnützung gross ist, ist der Anteil der Fasern oder der anderen Einschlüsse, die tatsächlich in dem Produkt eingeschlossen werden, besser kontrollierbar, da es nicht erforderlich ist, einen grossen Materialüberschuss zuzusetzen, der anschliessend in den Bad auf eine schwierig voraussehbare Weise zurückbleibt.

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Die Erfindung \vird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der

Figur 1 ein mit Fasern überzogenes erfindungsgemässes Substrat darstellt,

Figur 2 eine herkömmliche Plattiervorrichtung bedeutet, in der das Substrat plattiert wird und

Figur 3 ein unter teilweiser Weglassung dargestelltes plattiertes Produkt zeigt.

Im einzelnen zeigt Figur 1 ein Substrat 10, das am besten aus Aluminium oder aus einer Legierung auf Basis Aluminium bestehen kann. Das Substrat 10 kann mit Hilfe herkömmlicher Verfahren zur Entfernung von Fett oder anderen Abscheidungen gereinigt

« und anschliessend mit einer Lösung aus gleichen Teilen Wasser und konzentrierter Salzsäure abgespült werden. Diese Lösung wird wiederum mit einer Lösung aus 60 Gew.% Oleinsäure in Isopropy!alkohol abgespült, das nach dem letzten Abspülen noch anhaftende Material an der Luft so lange getrocknet, bis es durch Verdunsten des Alkohols etwas klebrig geworden ist. Wahlweise kann konzentrierte Oleinsäure ohne Lösungsmittel aufgebracht und in einem Ofen mit Luftzirkulation so lange getrocknet werden, bis sie etwas viskos geworden ist. Anschliessend werden die Einschlüsse 12, die als Fasern dargestellt sind, da faserverstärkte Metalle als Strukturmaterial von geringem Gewicht allgemein bekannt sind, auf die klebrige Oberfläche aufgebracht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass sie mit Hilfe einer flachen Schaufel aufgeschüttet werden. Gegebenenfalls können sie anschliessend mit Hilfe eines flachen Spachtels auf die klebende Oberfläche aufgepresst werden. Ein Überschuss oder lose Fasern werden abgeschüttelt und das Substrat in ein Plattierbad, wie es in Figur 2 dargestellt ist, getaucht.

Figur 2 zeigt ein umschlossenes Gefäss 14 mit einem Deckel 16 und einer Inertgasquelle 18 zur Erzeugung einer inerten ,.-..;;, 009826/ .1 886

Atmosphäre über dem Bad 20, wobei ein Überschuss mittels 21 ^abgelassen werden kann. Das Bad 20 kann ein Aluminiumplattierbad nach der US Patentschrift 2 651 603 sein. Eine Anode 22 und der Träger 24 für das Substrat sind mit einer herkömmlichen Plattierstromquelle 26 verbunden gezeigt, die einfach durch ein Rechteck dargestellt ist. Unmittelbar nach dem Eintauchen wird während 0,25-1,0 Minuten ein Plattierstrom angelegt, der

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eine Dichte von etwa 64 -130 mA/cm (60-120 Amperes per square foot) aufweist. Diese hohe Stromdichte bewirkt das "Kleben" der Fasern, worauf anschliessend die Stromdichte auf einen Wert erniedrigt werden kann, der sich besser dazu eignet, die Abscheidung 28 auf die gewünschte Dicke zu bringen. Während des Plattierverfahrens löst das Bad 20 die Oleinsäure und den Isopropylalkohol, der noch von der Oleinsäure zurückgehalten wird. Nach Beendigung des Plattierens auf die gewünschte Dicke wird das die Abscheidung 28 mit den darin eingebetteten Fasern 12 tragende Substrat 10 aus dem Bad entfernt, zur Entfernung des Badrückstandes gewaschen und getrocknet.

Das gleiche prinzipielle Verfahren kann einfacher bei konventionellen wässerigen Badflüssigkeiten angewendet werden, da es sehr viele wasserlösliche Adhäsive gibt, die bereits seit langem als günstige Zusatzstoffe bei der Herstellung feinkörniger elektroplattierter Niederschläge bekannt sind. Dies wird von Alexander "Colloid-Chemistry", D. van Nostrand Company, 3. Auflage, 1929, Seite 190 , erwähnt und hierfür insbesondere auf Müller und Bahntje, Zeitschrift für Elektrochemie 1906, Band 12, Seite 317, wegen der Tatsache verwiesen, dass Gelatine und Eieiweiss tatsächlich eine etwas dichtere elektrische Kupferabscheidung bewirken, als dies in dem gleichen Plattierbad ohne sie der Fall ist.

Ein klebender Gelatineüberzug kann auf das Werkstück aufgebracht * dazu Verwendung finden, die während des Plattierens aufgebrachten Einschlüsse ebenso wie im vorstehenden Beispiel festzuhalten.

Soll mehr als eine Schicht von Einschlüssen erhalten werden, kann eine plattierte Abscheidung, die eine erste Schicht von Eih-

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Schlüssen enthält und auf die vorstehend beschriebene V/eise erhalten wurde, selbst als Substrat für die "wiederholmiß des Verfahrens verwendet v/erden, indem eine weitere Schicht von Einschlüssen aufgebracht und auf diese Schicht plattiert wird. Dieses Verfahren kann so oft wiederholt werden wie es erforderlich, ist, um eine Abscheidung mit so vielen Einschlussschichten su erhalten wie benötigt v/erden.

Die plattierte Abscheidung kann mit ihren Einschlüssen als Abscheidung auf dem ursprünglichen Substrat verwendet v/erden oder wahlweise vom ursprünglichen Substrat auf bekannte Vieise abgelöst werden und für sich allein das Verfahrensprodukt darstellen, das ein verstärktes Metall ist und eine hohe Zerreissfestigkeit aufweist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

!„Verfahren zur Herstellung einer Einschlüsse enthaltenden, durch Elektroplattierung erhaltenen Abscheidung, d a durch gekennzeichnet, dass

a) auf ein metallisches Substrat ein Überzug aus einem klebenden Material aufgebracht wird, das in einem Elektroplattierbad löslich ist,

b) aul dem auf diese Weise überzogenen Substrat eine Schicht aus EinscfrJussmaterial abgeschieden wird, das in Form von Einschlüssen in einer elektroplattieren Abscheidung eingeschlossen wird,

e) das Substrat in das Elektroplattierbad eingetaucht wird,

d) sogleich ein Plattierstrom hoher Dichte an das Substrat angelegt wird, um das Einschlussriaterial durch Plattierung von Metall aus dem Elektroplattierbad auf dem Substrat zu fixieren,

e) die Dichte des Plattierstroms auf einen Wert eingestellt wird, der für die Abscheidung eines elektroplattieren Niederschlags aus dem Elektroplattierbad geeignet ist und dass auf dem Substrat und um dessen Einschlussmaterial herum ein elektroplattierter Niederschlag aufplattiert wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet , dass das klebende Material eine Fettsäure und das Elektroplattierbad eine Lösung eines organischen Lösungsmittels aufweist.
3, Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r e h ge k e η η zeichnet, dass die Fettsäure Oleinsäure ist,

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass das organische Lösungsmittel Diäthyiäther ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da d u r c h gekennzeichnet, dass das Elektroplattier— bad für die Elektroplattierung von Aluminium eingerichtet ist. ·
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet , dass die hohe Stromdichte

ο des Plattierstroms einen Wert von mindestens 64 mA/cm und

ο
nicht mehr als 130 mA/cm aufweist.

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