DE1965641A1 - Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Edelstahl - Google Patents

Description

• "Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Edelstahl" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Oberflachen aus Edelstahl zwecks Erleichterung der Kalterrormung, bei dem die Metalloberflachen mit wässrigen sauren Lösungen, die lösliche Titansalze enthalten, und anschließend mit an sich bekannten Lösungen zum Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten behandelt werden.
• Der zusammenfassende Ausdruck "Kupfer enthaltende Metallschichterf' soll in diesem Zusammenhang sowohl Schichten aus reinem Kupfer als auch Kupfer-Zinn-Schichten bezeichnen.
• Derartige Metallschichten haben sich bei der Herstellung von Draht aus Eisen oder gewöhnlichem Stahl als Mittel zur Erleichterung der Kaltverformung besonders bewährt. Die Metallschichten können aus wässrigen MetallsalzlösunCen elektrolytisch oder stromlos auf den Eisen- oder Stahlteilen niedergeschlagen werden.
• Im allgemeinen wird die stromlose Abscheidung bevorzugt, da sie ohne größeren apparativen Aufwand durchgeführt werden kann.
• Stromlos abgeschiedene, Kupfer enthaltende Metallschichten lasscn sich auch mit Vorteil zur Erleichterung der Kaltverformung von Material aus Edelstählen, insbesondere solchen mit austenitischer Struktur verwenden. Die gebräuchlichen Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallüberzilgen lassen sich hier jedoch nicht ohne weiteres anwenden. Da die Edeistahilegierungen weitaus edler sind als Eisen und gewöhnlicher Stahl, gelingt die stromlose Abscheidung von Kupfer, und Kupfer-Zinn-Schichten nur dann, wenn die zu verkupfernden Teile in der Lösung mit einem unedle-ren Metall wie Eisen oder Aluminium in leitendem Kontakt stehen. Darüber hinaus müssen die Edelstahloberflächen vor der Metallabscheidung aktiviert werden. Dies kann durch eine Beizbehandlung mit Lösungen auf Basis von nichtoxydierenden Mineralsauren erfolgen.
• Auf derart vorbereiteten Oberflächen können jedoch nur dann befriedigende Überzüge erzeugt werden, wenn diererkstücke aus dem Beizbad unverz!uglich in das Verkupferungsbad gebracht werden. An der Luft tritt nämlich in kürzester Zeit eine Passivierung der blanken Oberfläche ein. So genügt der in der Praxis für das Ausheben aus dem Beizbad und das Einbringen in das Verkupferungsbad benötigte Zeitraum, um die Aktivierung der Edelstahloberflächen wieder gänzlich rückgängig zu machen.
• Es ist bis jetzt kein Verfahren bekannt, das es durch eine Stabilisierung des aktiven Zustandes der Metalloberflache ermöglicht, die stromlose Abscheidung von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Edelstählen unter praxisgerechten Bedingungen durchzuführen.
• Es wurde nun gefunden, daß man die genannten Mängel beheben kann, wenn man sich zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Oberflachen aus Edelstahl des nachstehend beschriebenen Verfahrens sowie der entsprechenden Lösungen bedient. Das neue Verrahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die delstahloberflchen mit wässrigen Lösungen, die nichtoxydierende Mineralsäuren und )O - 100 g/l lösliche Titansalze enthalten, und anschließend mit an sich bekannten Lösungen zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten behandelt werden.
• Als nichtoxydierende Mineralsüuren kommen Flußsåure und Phosphorsäure, insbesondere aber Salzsäure und Schwefelsäure infrage. Die Säuren können einzeln oder im Gemisch zum Einsatz kommen. Die gesamte Säuremenge kann im Berei-ch von 50 -600 g/l, vorzugsweise 9Q - 450 g/l liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die Lösungen 90 - 140 g/l Salzsäure. In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird ein Gemisch aus Salzsäure und Schwefelsaure verwendet, indem die-Konzentration der Salzsäure 90 - iko g/l und die Konzentration der Sehwefelsaure 170 - 350 g/l beträgt.
• Unter löslichen Titansalzen werden in diesem Zusammenhang solche Titanverbindungen verstanden, die in stark sauren Milieu der erfindungsgemäßen Bader so gut löslich sind, daß die geforderte Titansalzkonzentration von 30 - 100 g/l erreicht wird. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise Titanylsulfat, Titanylammoniumoxalat und Titanylkaliumoxalat. Besonders bewährt haben sich jedoeh Natrium-, Kalium- und Ammoniumhexafluorotitanat.
• Die Gegenstände aus Edelstahl werden zweckmäßig im Tauchverfahren mit den erfindungsgemäßen Lösungen behandelt. Die Badtemperatur kann dabei im Bereich von 15 - 80°C liegen.
• Die Dauer der Behandlung richtet sich nach der Säurekonzentrat ion und der Badtemperatur; sie liegt im allgemeinen zwischen 5 und 15 Minuten. Nach der Behandlung mit den erfindungsgemaBen Lösungen werden die Gegenstande aus Edelstahl mit Wasser gespült.
• Zur Erzeugung der Kupfer enthaltenden Metallschichten auf den Edelstahloberflächen werden die gleichen sauren Bäder verwendet, die für die stromlose Abscheidung von Kupfer- und Kupfer-Zinn-Schichten auf Eisen und gewöhnlichem Stahl bekannt sind.
• Bei der Erseugung-von reinen Kupferschichten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Verkupferungslösungen anzuwenden, die 1 - 20 gXl Kupfer, 1 - 10- g/l Chlorid, 15 - 4CO o/l Schwefelsäure und 0,01 bis 3,0 g/l Inhibitor enthalten. Der Inhibitorzusatz soll einerseits einen Angriff- der in der Lösung vorhandenen freien Säure auf die Metalloberfläche verhindern und andererseits zu einer langsameren, kontrollierbaren Kupferabscheidung führe. Als besonders geeignet für diesen Zweck haben sich wasserlösliche Kondensationsprodukte aus o-Toluidin und Formaldehyd-im Molverhältnis 1 : 1 bis 1 : 1,5 erwiesen.
• Derartige Kondensationsprodukte können in einer der folgenden Vorschrift analogen Arbeitsweise hergestellt werden: 215 g o-Toluidin werden bei 20 0C nach und nach unter Rühren mit einer konzentrierten wässrigen Formaldehydlösung versetzt, die 85 g Formaldehyd enthält. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch 1 Stunde lang bei Raumtemperatur weitergerührt. Danach werden 200 g 50 gew.-ige Schwefelsäure eingetropft, wobei die 1 Temperatur der Mischung, eventuell durch Kühlung, zwischen 75 und 800C gehalten wird. Das gewünschte Kondensationsprodukt ist in der erhaltenen Lösung mit einem Anteil von etwa 60 Gew.-enthalten und wird in dieser Form den Verkupferungslösungen zugegeben.
• Verfahren zum Abscheiden von Kupfer-Zinn-Schichten sind u.a.
• bekannt aus den deutschen Auslegeschriften 1 248 419 und 1 281 220.
• Das Abscheiden der Kupfer enthaltenden Metallschichten auf den Edelstahloberflächen erfolgt im Tauchverfahren unter den üblichen Arbeitsbedingungen. Wie bereits ausgeführt wurde, ist es dabei erforderlich, daß die Edelstahlteile während der Metallabscheidung mit einem unedleren Metall leitenden Kontakt haben. Die Kontaktgabe kann beispielsweise durch Umwickeln der Edelstahlteile mit dünnem Aluminiumdraht erfolgen. Eine weitere Möglichkeit der Kontaktgabe besteht darin, Edelstahldraht in sich nicht berührenden Windungen auf einen Eisennylinder zu wickeln. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Umwickeln mit Aluminiumdraht oder das Aufwickeln auf Eisenzylinder bereits vor dem Einbringen des Edelstahls in die Aktivierungslösung vorzunehmen.
• Durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise wird das stromlose Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metallschichten auf Edelstahl oberflächen unter den Bedingungen der Praxis ermöglicht. Das hier beschriebene Verfahren führt zu festhaftenden Kupfer-und Kupfer-Zinn-Überzügen, die insbesondere zur Erleichterung der Kaltverformung geeignet sind.
• Beispiel 1 Draht aus Cbrom-Nickel-Edelstahl DIN 4301 wurde 10 Minuten lang bei 20 0C mit einer wässrigen Lösung behandelt, die 115 g/l HCl und 50 g/l K2TiF6 enthielt. Danach wurde der Draht mit kaltem Wasser gespült.
• Die anschließende Verkupferung des Drahtes erfolgte mit einer wässrigen Lösung folgender Zusammensetzung: 18 g/l CuS04 H2O 6 g/l Na2SO4 8 g/l NaCl 280 g/l H2S°4 0,03 g/l Kondensationsprodukt aus o-Toluidin und Formaldehyd im Molverhältnis 1 : 1,4 Die Tauchzeit betrug 8 Minuten, die Badtemperatur 650C.
• Zur Kontaktgabe war der Edelstahldraht in Spiralen mit dümiem Aluminiumdraht umwickelt.
• Nach dieser Behandlung wiesen die Edelstahloberflächen einen festhaftenden Kupferüberzug auf, der zur Erleichterung der Kaltverformung sehr gut geeignet war.
• Beispiel 2 Draht aus Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl DIN 4401 wurde 12 Minuten lang bei 18°C mit einer wässrigen Lösung behandelt, die 130 g/l HCI, 55 g/l HF und 30 g/l Na2TiF6 enthielt. Nach einer anschließenden Spüliing mit kaltem Wasser wurde der Edelstahldraht unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verkuprert.
• Die Kontaktgabe erfolgte in diesem Fall durch spiralige Aufwickeln des Drahtes auf ein Eisenrohr.
• Durch die Behandlung wurde auf der Edelstahloberfläche eine gut ausgebildete, festhaftende Kupferschicht erhalten.
• Beispiel 3 Draht aus Chrom-Nickel-Molybdä.n-Edelstahl DIN 4571 wurde mit einer wässrigen Lösung folgender Zusammensetzung behandelt: 265 g/l 2S04 1 120 g/l HC1 50 g-/l (NH4)2 TiF6 Die Temperatur der Lösung betrug dabei 350C, die Behandlungsdauer 5 Minuten. Nach einer anschließenden Zwischenspülung mit kaltem Wasser wurde auf den Edelstahldraht eine Kupfer-Zinn-Schicht aufgebracht, wobei ein Bad folgender Zusammensetzung verwendet wurde: 12 g/l CüSQ4 5 5 H20 12 g/l Sn SO4 15 g/l H2S04 1 g/l Äthylendiamintetraessigsäure Die Behandlungsdauer betrug 4 Minuten, die Arbeitstemperatur 22 0C. Die Kontalctgabe erfolgte durch Umwickeln mit dünnem Aluminiumdraht.
• Es wurde ein festhaftender, bronzefarbener Kupfer-Zinn-Uberzug erhalten.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden Metalls.chichten auf Edelstahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen mit wässrigen Lösungen, die nichtoxydierende Mineralsäuren und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz enthalten, und anschließend mit an sich bekannten Lösungen zum stromlosen Abscheiden von Kupfer enthaltenden ~Metallschichten behandelt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen mit wässrigen Lösungen behandelt werden, die 90 - 140 g/l Salzsäure und 30 - 100 g/l lösliches Titansaz enthalten.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen mit wässrigen Lösungen behandelt werden, die 90 - 140 g/l Salzsäure, 170 - 350 g/l Schwefelsäure und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz enthalten.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis ), dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen mit wässrigen Lösungen behandelt werden, die 30 - 100 g/l Natrium-, Kalium- oder Ammoniumfluorotitanat enthalten.

=5.) Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen bei Temperaturen von 15 bis 800C 5 - 15 Minuten lang mft wässrigen Lösungen behandelt werden, die nichtoxydierende Mineralsäuren und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz enthalten.

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahloberflächen mit wässrigen Lösungen behandelt werden, die nichtoxydierende Mineralsäuren Und 30 - 100. g/l lösliches Titansalz enthalten, und anschließend mit Hilfe von wässrigen Ldsungen verkupfert werden, die 1 - 20 g/l Kupfer, 1 - 10 g/l Chlorid, 15 - 400 g/1 Schwefelsäure und /0,01 - 3 g/l Inhibitor enthalten.

7.) Lösungen für die Behandlung von Edelstahloberflächen vor dem stromlosen Aufbringen von Kupferüberzügen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an nichtoxydierenden- Mineralsäuren und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz.

8.) Lösungen für die Behandlung von Edelstahloberflächen nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 90 - 140 gZl Salzsäure und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz.

9.) Lösungen für die Behandlung von Edelstahloberflächen nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 90 - 140 g/l Salzsäure, 170 --350 g/l Schwefelsäure und 30 - 100 g/l lösliches Titansalz.