DE2122455B2 - Aqueous solution for the electroless deposit of a nickel-copper-phosphorous alloy with a maximum of 25% by weight of copper - Google Patents
Aqueous solution for the electroless deposit of a nickel-copper-phosphorous alloy with a maximum of 25% by weight of copperInfo
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Description
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine wäßrigeThe object of the invention is therefore to provide an aqueous
35 Lösung für die stromlose Ablagerung eines Nickel35 Solution for the electroless deposition of a nickel
enthaltenden Überzuges anzugeben, mit deren Hilfecontaining coating, with the help of which
es möglich ist, glatte, porenfreie und von Oberflächendefekten freie Überzüge von Nickel oder Nickellegierungen herzustellen.it is possible to be smooth, pore-free and from surface defects to produce free coatings of nickel or nickel alloys.
40 Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß man eine wäßrige Lösung für die stromlose Ablagerung einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung mit höchstens 25 Ge-40 It has now been found that this object can be achieved by an aqueous Solution for the electroless deposition of a nickel-copper-phosphorus alloy with a maximum of 25 parts
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Lösung für die wichtsprozent Kupfer verwendet, die neben Nickelstromlose Ablagerung einer Nickel-Kupfer-Phosphor- 45 ionen, Hypophosphit als Reduktionsmittel für die Legierung mit höchstens 25 Gewichtsprozent Kupfer, Nickelionen, einem Puffer zur Einstellung des pH-die Nickelionen, Hypophosphit als Reduktionsmittel Wertes noch Kupfer(I)-ionen mit/oder Kupfer(II)-für die Nickelionen, einen Puffer zur Einstellung des ionen enthält und praktisch frei von einer SchwefelpH-Wertes und Kupferionen enthält, zur Herstellung verbindung ist, die in der Lösung Sulfid- und/oder von Oberflächenüberzügen mit einem verbesserten 50 Hydrosulfidionen liefert.The invention relates to an aqueous solution for the weight percent copper used in addition to electroless nickel Deposition of a nickel-copper-phosphorus ion, hypophosphite as a reducing agent for the Alloy with a maximum of 25 percent by weight copper, nickel ions, a buffer to adjust the pH Nickel ions, hypophosphite as a reducing agent value nor copper (I) ions with / or copper (II) for which contains nickel ions, a buffer for adjusting the ions and is practically free of a sulfur pH value and contains copper ions, to produce a compound that is sulfide and / or in the solution of surface coatings with an improved 50 hydrosulfide ions.
Aussehen. Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen,Appearance. When using the above-described,
Lösungen und Verfahren zur stromlosen Ablage- den Gegenstand der Erfindung bildenden wäßrigen
rung von Nickel enthaltenden Überzügen auf einem Lösung erhält man glänzende Nickellegierungsüber-Substrat
sind beispielsweise aus den US-Patentschrif- züge, die außerordentlich korrosionsbeständig sind
ten 26 90 401, 26 90 402, 27 62 723, 29 29 742, 55 und sich hervorragend als dekorative Schutzüberzüge
29 25 425 und 33 38 7?6 bereits bekannt. Andere eignen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen wäßrigen
geeignete Lösungen für die Ablagerung von Nickel Lösung lassen sich glatte, porenfrei und von Ober-
und Nickellegierungen sind in der 35. jährlichen Aus- flächendefekten praktisch frei Oberflächenüberzüge
gäbe des »Metal Finishing Handbook«, 1967, Metal herstellen, die einen spiegelähnlichen Glanz aufwei-
and Plastics Publications, Inc., Westwood. New 60 sen, nicht anlaufen und deren Korrosionsbeständigjersey,
S. 483 bis 486, beschrieben. keit, bestimmt im Salzsprühtest, um mehr als das Die bekannten wäßrigen Lösungen für die strom- 5fache besser ist als die Korrosionsbeständigkeit der
lose Ablagerung von Nickelüberzügen enthalten im bisher bekannten Nickelüberzüge,
allgemeinen Nickelionen, ein Reduktionsmittel, wie Ein außerordentlich wichtiges Merkmal der be-
1. B. Hypophosphit, einen Puffer zur Einstellung des 65 anspruchten wäßrigen Lösung ist die Tatsache, daß
gewünschten pH-Wertes und einen Komplexbildner sie frei von Schwefelverbindungen ist, die in der Löfür
die Metallionen, der ihre Ausfällung aus der Lö- sung Sulfid- und/oder Hydrosulfidionen liefern. Wähjung
verhindern soll. rend die bisher bekannten wäßrigen stromlosen Be-Solutions and methods for electroless deposition - the subject of the invention forming aqueous coating of nickel-containing coatings on a solution one obtains shiny nickel alloy over-substrate are for example from the US patents, which are extremely corrosion-resistant th 26 90 401, 26 90 402, 27 62 723, 29 29 742, 55 and are already known to be excellent as decorative protective coatings 29 25 425 and 33 38 7-6. Others are suitable. With the aid of the aqueous solutions suitable for the deposition of nickel solution according to the invention, smooth, pore-free and surface and nickel alloys are practically free of surface defects in the 35th annual surface coatings would be produced in the Metal Finishing Handbook, 1967, Metal and Plastics Publications, Inc., Westwood. New 60 sen, do not tarnish and their corrosion-resistant jersey, pp. 483 to 486, described. The known aqueous solutions are 5 times better than the corrosion resistance of the loose deposits of nickel coatings contained in the previously known nickel coatings, determined in the salt spray test,
general nickel ions, a reducing agent such as an extremely important feature of the 1. B. hypophosphite, a buffer for adjusting the 65 claimed aqueous solution is the fact that the desired pH and a complexing agent it is free of sulfur compounds, which in the Lö for the metal ions, which are precipitated from the solution by sulfide and / or hydrosulfide ions. Wähjung should prevent. the previously known aqueous electroless loading
3 43 4
scbichtungsbäder stets Schwefel oder Schwefelverbin- ßen wäßrigen Lösung hergestellten Legierungsüber-coating baths always use sulfur or sulfur compounds in aqueous solution
dungen in stabilisierenden Mengen enthielten, weil zügen.dung contained in stabilizing amounts because trains.
Schwefel als ausgezeichneter Badstabilisator bekannt Wie bereits erwähnt, nimmt man an, daß die Kupist, ist es anmeldungsgemäß durch Absieden auch der fer(I)-ionen für die erhöhte Stabilität des Bades, die letzten Spuren von Schwefelverbindungen, die in der 5 erhöhte Korrosionsbeständigkeit der Ablagerung und Lösung Sulfid- und/oder Hyposulfidionen liefern, ge- das verbesserte Aussehen der Ablaeerung veranlwortlungen, ein Bad anzugeben, mit dessen Hilfe es auf hch sind und daß die Kupfer(II)-ionen~eine Ablageüberraschend wirksame Weise möglich ist, helle, stark rung mit einem verbesserten Aussehen liefern. Infolglänzende, duktile Überzüge herzustellen. Eine Sta- gedessen können zu einer stromlosen Nickelablagebilisierung der erfindungsgemäßen wäßrigen I lösung io rungslösung sowohl Kupfer(I)- als auch Kupfer(II)-durch Sulfidionen oder Hydrosulfidionen ist nicht er- Verbindungen zugegeben werden, wobei die Kupfer(I)-forderlich. Es wird angenommen, daß die in der erfin- Verbindungen bevorzugt sind.Sulfur is known as an excellent bath stabilizer As already mentioned, it is assumed that the cupist, According to the application it is also the fer (I) ions for the increased stability of the bath, which last traces of sulfur compounds, which in the 5 increased corrosion resistance of the deposit and Solution supply sulphide and / or hyposulphide ions, because the improved appearance of the deposit is responsible, to indicate a bath, with the help of which it is on high and that the copper (II) ions ~ a deposit surprisingly effective way is possible to deliver bright, strong tion with an improved appearance. As a result, glossy, to produce ductile coatings. A stage can lead to electroless nickel deposit bilization the aqueous solution according to the invention io approximate solution both copper (I) and copper (II) through Sulphide ions or hydrosulphide ions are not to be added, the copper (I) compounds being required. It is believed that those in the invention compounds are preferred.
dungsgemäßen wäßrigen Lösung enthaltenen Kup- Sowohl die einfachen als auch die komplexen, inaccording to the aqueous solution contained Kup- Both the simple and the complex, in
fer(I)-ionen eine stabilisierende Wirkung auf die der stromlosen Beschichtungslösung löslichen Kup-fer (I) ions have a stabilizing effect on the copper that is soluble in the electroless coating solution
wäßrige Lösung haben. i5 ferverbindungen sind als Quelle für die Kupferionenhave aqueous solution. i 5 ferrous compounds are used as a source for the copper ions
Aus »Metallwissenschaft und Technik«, Februar für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet.From "Metallwissenschaft und Technik", February suitable for the purposes of the present invention.
1960, Heft 2, S. 109 bis 112, ist es zwar bereits be- Typische Beispiele für geeignete Verbindungen sind1960, No. 2, pp. 109 to 112, it has already been Typical examples of suitable compounds are
kannt, daß Kupfer(I)-ionen in wäßrigen Beschich- Kupfer(l)-acetat, Kupfer(II)-acetat, Kupfer(I)-ben-knows that copper (I) ions in aqueous coating- copper (l) acetate, copper (II) acetate, copper (I) -ben-
tungsbädern die stromlose Nickelabscheidung be- zoat, Kupfer(II)-benzoat, Kupfer(I)-bromid, Kup-treatment baths electroless nickel deposition bezoate, copper (II) benzoate, copper (I) bromide, copper
schleunigen, von einer stabilisierenden Wirkung auf ao fer(II)-citrat, Kupfer(II)-bromid, Kupfer(I)-carbonat,accelerate, from a stabilizing effect on ao fer (II) citrate, copper (II) bromide, copper (I) carbonate,
das wäßrige Bad und von der Verwendung von Kupfer(II)-carbonat, Kupfer(I)-chlorid, Kupfer(II)-the aqueous bath and the use of copper (II) carbonate, copper (I) chloride, copper (II) -
Kupfer(I)-ionen in schwefelfreien Beschichtungs- chlorid, Kupfer(I)-fluorid, Kupfer(II)-fluorid, Kup-Copper (I) ions in sulfur-free coating chloride, copper (I) fluoride, copper (II) fluoride, copper
bädern ist darin jedoch nicht die Rede. fer(II)-nitrat, Kupfer(I)-hydroxid, Kupfer(II)-sulfat,bathing is not mentioned in it. fer (II) nitrate, copper (I) hydroxide, copper (II) sulfate,
Ahnliche, wenn auch etwa weniger vorteilhafte Er- Kupfer(I)-ammoniumchlorid und Kupfer(II)-ammo-Similar, albeit less advantageous, Er- copper (I) ammonium chloride and copper (II) ammonium
gebnisse erhält man, wenn man der wäßrigen Lösung 25 niumchlorid.Results are obtained when the aqueous solution is 25 sodium chloride.
der Erfindung, die praktisch frei von einer Schwefel- Um das Kupfer in Lösung zu halten, kann ein
verbindung ist, die in der Lösung Sulfid- und/oder Komplexbildner erforderlich sein, insbesondere dann,
Hydrosulfidionen liefert, Kupfer(II)-ionen zusetzt. wenn das Kupfer in verhältnismäßig großen Mengen
Dadurch wird ebenfalls das Aussehen der unter Ver- vorhanden ist. Komplexbildner für Kupfer sind bewendung
dieser Lösung hergestellten Nickellegie- 30 kannt und beispielsweise, in den US-Patentschriften
rungsüberzüge wesentlich verbessert, wenn auch die 29 38 805, 33 12 430 und 33 83 224 beschrieben.
Stabilität dieser Lösung und die Korrosionsbeständig- Bezüglich der Kupfer(I)-Verbindung sei darauf hinkeit
der damit hergestellten Überzüge etwas geringer gewiesen, daß viele dieser Verbindungen in wäßriger
sind als bei Verwendung von Kupfer(I)-ionen oder Lösung nicht vollständig löslich sind und daß einige
einer Kombination von Kupfer(I)- und Kupfer(II)- 35 SOgar unlöslich sind. Die Kupfer(I)-Verbindung ist jeionen.
Wenn die wäßrige Lösung der Erfindung nur doch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nur
Kupfer(II)-ionen enthält, ist es zweckmäßig, ihr einen in einer solchen Menge erforderlich, die Konzentraanderen
Badstabilisator zuzusetzen, bei dem es sich tionen an Kupfer(I)-ionen in der Größenordnung von
nicht um eine Schwefelverbindung handelt, die in der nur einigen ppm (Teilen pro Million) liefert. Infolge-Lösung
Sulfid- und/oder Hydrosulfidionen liefert. 40 dessen genügt es, wenn Kupfer(I)-Verbindungen, dieThe invention, which is practically free of a sulfur compound, can be used to keep the copper in solution, which sulphide and / or complexing agents may be required in the solution, in particular when it provides hydrosulphide ions and adds copper (II) ions. if the copper is present in comparatively large quantities this will also change the appearance of the under-use. Complexing agents for copper are known and, for example, in the US patents approximately improved coatings, even if 29 38 805, 33 12 430 and 33 83 224 are described using nickel alloys produced using this solution.
Stability of this solution and the corrosion resistance. With regard to the copper (I) compound, the coatings produced with it should be pointed out somewhat less that many of these compounds are not completely soluble in water than when using copper (I) ions or solution and are not completely soluble that some of a combination of copper (I) - and copper (II) - 35 SO are completely insoluble. The copper (I) compound is jeionen. If the aqueous solution of the invention contains only copper (II) ions for the purposes of the present invention, it is expedient to add one to it in such an amount that the other bath stabilizer is concentrated in which it contains copper (I) ions. ions in the order of magnitude is not a sulfur compound, which only provides a few ppm (parts per million). As a result, solution delivers sulfide and / or hydrosulfide ions. 40 of which it is sufficient if copper (I) compounds that
Die den Gegenstand der Erfindung bildende wäß- als in wäßriger Lösung praktisch unlöslich angesehenThe aqueous solution forming the subject of the invention is regarded as practically insoluble in aqueous solution
rige Lösung für die stromlose Ablagerung einer werden, bis zu einem solchen Grade löslich sind, daßrige solution for the electroless deposition of a be, are soluble to such an extent that
Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung mit höchstens sie Kupfer(I)-ionen liefern, deren Konzentration fürNickel-copper-phosphorus alloy with at most they provide copper (I) ions whose concentration is for
25 Gewichtsprozent Kupfer, die neben Nickelionen, die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausreicht.25 percent by weight copper, which, in addition to nickel ions, is sufficient for the purposes of the present invention.
Hypophosphit, einem Puffer und Kupfer(I)- und/oder 45 Leicht lösliche Kupfer(I)-Verbindungen sind jedochHypophosphite, a buffer and copper (I) - and / or 45 Easily soluble copper (I) compounds are however
Kupfer(Il)-ionen gegebenenfalls noch einen Korn- bevorzugt.Copper (II) ions optionally also a grain preferred.
plexbildner für die Nickel- und/oder Kupferionen Bei ihrer Verwendung lagern sich bei der Bildungplexing agents for the nickel and / or copper ions. When they are used, they are deposited during formation
enthalten kann, weist vorzugsweise einen pH-Wert von Metallablagerungen aus der Beschichtungslösungmay contain, preferably has a pH of metal deposits from the coating solution
zwischen 4,0 und 13,0, insbesondere zwischen 4,0 und Kupfer und Nickel gemeinsam ab unter Bildung einerbetween 4.0 and 13.0, in particular between 4.0 and copper and nickel together from with the formation of a
5,5, auf, und sie enthält vorzugsweise 5 bis 200, ins- 50 Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung. Es gibt mehrere5.5, and it preferably contains 5 to 200, ins- 50 nickel-copper-phosphorus alloy. There are several
besondere 15 bis 100 ppm Kupfer(I)-ionen. Faktoren, die zu der Menge des in der stromlosenespecially 15 to 100 ppm copper (I) ions. Factors contributing to the amount of in the electroless
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme Legierung gemeinsam abgelagerten Kupfers in Be-The invention is described below with reference to the alloy of commonly deposited copper in
auf die Zeichnungen näher erläutert. Dab?i zeigt ziehung stehen. Ein solcher Faktor ist beispielsweiseexplained in more detail on the drawings. Dab? I shows a drawing. One such factor is, for example
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Kupfer- der pH-Wert der Lösung, und es wurde gefunden,F i g. 1 is a graph of the copper- the pH of the solution, and it has been found
konzentration in einem Nickel-Kupfer-Phosphor- 55 daß ein niedriger pH-Wert, insbesondere unterhalbconcentration in a nickel-copper-phosphorus 55 that a low pH, especially below
Legierungsüberzug als Funktion des pH-Wertes der 4,5, eine höhere Konzenvration des mitabgelagertenAlloy coating as a function of the pH value of 4.5, a higher concentration of the co-deposited
stromlosen wäßrigen Beschichtungslöcung, mit deren Kupfers begünstigt. Die Beziehung zwischen demelectroless aqueous coating solution, favored with its copper. The relationship between the
Hilfe der Überzug hergestellt worden ist, pH-Wert der Lösung und der Konzentration des mit-The coating has been made, the pH of the solution and the concentration of the
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Kupfer- abgelagerten Kupfers ist in F i g. 1 dargestellt, in derF i g. FIG. 2 is a graph of the copper deposited in FIG. 1 shown in the
konzentration in einem Nickel-Kupfer-Phosphor- 60 zu Erläuterungszwecken die stromlose Lösung desconcentration in a nickel-copper-phosphorus 60 for explanatory purposes the electroless solution of the
Legierungsüberzug als Funktion der Kupferionen- weiter unten folgenden Beispiels 1 unter den angege-Alloy coating as a function of the copper ions - Example 1 below under the specified
konzentration in der zu seiner Herstellung verwen- henen Bedingungen verwendet wurde, der 200 ppmconcentration was used in the conditions used for its production, the 200 ppm
deten stromlosen wäßrigen Beschichtungslösung. Kupfer(I)-ionen in Form von Kupfer(I)-chlorid zuge-the electroless aqueous coating solution. Copper (I) ions in the form of copper (I) chloride added
F i g. 3 vier Mikrophotographien der Oberfläche geben worden waren. Der pH-Wert wurde durch Zuverschiedener Legierunfsüberzüge mit und ohne 65 gäbe von Ammoniumhydroxid eingestellt. Aus Fig. 1 Kupfer und/oder mitausgefälltem Schwefel und ist zu ersehen, daf' die Kupferablagerung beträchtlichF i g. 3 four photomicrographs of the surface had been given. The pH was varied by different Alloy coatings with and without 65 would be adjusted from ammonium hydroxide. From Fig. 1 Copper and / or with precipitated sulfur and it can be seen that the copper deposition is considerable
Fig. 4 zwei Mikrophotographien des Querschnit- zunimmt, wenn der pH-Wert unter 5,0 abfällt,Fig. 4 two photomicrographs of the cross-section increasing when the pH falls below 5.0,
tes von zwei unter Verwendung der erfindungsgemä- Ein weiterer Faktor, der die Kupferkonzentrationtes of two using the invention- Another factor affecting the copper concentration
in der Ablagerung zu beeinflussen scheint, ist die Kupferkonzentration in der Beschichtungslösung. Diese Beziehung ist in Fi g. 2 für ein saures Bad dargestellt, wobei die Kurve A die Beziehung zwischen dem Gehalt an Kupfer(I)-ionen in der Lösung und dem Kupfergehalt in der erhaltenen Nickelablagerung erläutert, während in der Kurve B die Beziehung zwischen dem Kupfer(II)-Gehalt in der Lösung und dem Kupfergehalt in der Ablagerung dargestellt ist. Die stromlose Ablagerungslösung ist diejenige des nachfolgend angegebenen Beispiels 1 unter Anwendung der angegebenen Bedingungen.What seems to affect the deposit is the copper concentration in the plating solution. This relationship is shown in FIG. 2 for an acid bath, curve A illustrating the relationship between the content of copper (I) ions in the solution and the copper content in the nickel deposit obtained, while curve B illustrates the relationship between the copper (II) content in the solution and the copper content in the deposit. The electroless deposition solution is that of Example 1 given below using the conditions given.
Ein dritter Faktor, der die Kupferkonzentration in der Ablagerung zu beeinflussen scheint, ist die Temperatur der Lösung. Es wurde gefunden, daß in Säurebädern mit einem pH-Wert zwischen etwa 4,0 und 5,0 die Konzentration des Kupfers in der Ablagerung wesentlich ansteigt, wenn die Lösungstemperatur auf einen Wert unterhalb etwa 88° C abfällt.A third factor that appears to affect the concentration of copper in the deposit is temperature the solution. It has been found that in acid baths with a pH between about 4.0 and 5.0, the concentration of copper in the deposit increases significantly as the solution temperature drops to a value below about 88 ° C.
Aus den vorstehenden Angaben ist zu ersehen, daß der Kupfergehalt in der Ab'agerung verhältnismäßig hoch sein kann im Vergleich zum Kupfergehak in der Lösung, insbesondere dann, wenn die Lösung bei niedrigem pH-Wert, bei niedriger Lcsungstemperatur oder beiden ein eingesetzt wird. Die obigen Versuche zeigen, daß die Kupferablagerung gegenüber der Nickelablagerung bevorzugt sein kann, und es kann eine häufige Regenerierung mit einem Kupfersalz erforderlich sein. In der Regel variiert die Kupferkonzentration in der Ablagerung zwischen 0,1 und 12 Gewichtsprozent, sie kann jedoch auch bis zu 25 Gewichtsprozent betragen, insbesondere in dünnen Ablagerungen, z. B. solchen mit einer Dicke von 0,635 mm oder weniger.From the above it can be seen that the copper content in the deposit is proportionate can be high compared to the copper hook in the solution, especially if the solution is at low pH, low solution temperature, or both. The above attempts show that copper deposition can and can be preferred to nickel deposition frequent regeneration with a copper salt may be necessary. Usually the copper concentration varies in the deposit between 0.1 and 12 percent by weight, but it can also be up to 25 percent by weight, especially in thin deposits, e.g. B. those with a thickness of 0.635 mm or less.
Der in der Ablagerung in den Zeichnungen angegebene numerische Wert für die Kupferkonzentration kann etwas irreführend sein. Ohne an diese Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß mindestens in sauren Lösungen mit einem pH-Wert von weniger als 5 auf einer hochaktiven Oberfläche das Kupfer zuerst allein oder zusammen mit etwas Nickel in Form eines dünnen Filmes und dann zusammen mit Nickel unter Bildung einer ersten, an Kupfer hochkonzentrierten Schicht, die mit der Kombination von Nickel und Kupfer überzogen ist, abgelagert wird. Es wird angenommen, daß dies insbesondere bei niedrigem pH-Wert der Lösung und bei niedriger Badtemperatur zutrifft. Infolgedessen nimmt man an, daß die erhaltene Gesamtdicke der Ablagerung aus einer Grenzschicht, die mit dem überzogenen Substrat in Berührung steht, mit der höchsten Konzentration an mitabgelagertem Kupfer und der von dem Substrat am weitesten entfernten Oberfläche mit der niedrigsten Kupferkonzentration besteht, wobei zwischen diesen beiden Schichten ein Kupferkonzentrationsgradient existiert. Wenn während der Ablagerung eines bestimmten Substrats die Lösung mit Kupfer wieder regeneriert wird, so entsteht außerdem eine Struktur, bei der die Konzentration in dem Teil der Ablagerung hoch ist, der zur Zeit der Regenerierung gebildet wird, wobei ein neuer Kupferkonzentrations-Gradient entsteht. Dies ist in den F i g. 4 A und 4 B erläutert, die Querschnitte durch Ablagerungen darstellen, wobei in F i g. 4 A während der Ablagerung zweimal regeneriert wurde, während bei F i g. 4 B nicht regeneriert wurde. Die Schichtstruktur ist aus F i g. 4 A klar ersichtlich.The numerical value for the copper concentration given in the deposit in the drawings can be a bit misleading. Without being bound by theory, it is believed that at least in acidic solutions with a pH value of less than 5 on a highly active surface the copper first alone or together with some nickel in the form of a thin film and then together with Nickel with the formation of a first layer, which is highly concentrated in copper, which is combined with Nickel and copper plated is deposited. It is believed that this is particularly the case at low pH of the solution and at a low bath temperature applies. As a result, it is believed that the total thickness of the deposit obtained from a boundary layer connected to the coated substrate in Contact is with the highest concentration of co-deposited copper and that of the substrate furthest surface with the lowest copper concentration, with between a copper concentration gradient exists in these two layers. If during the deposit If the solution is regenerated with copper for a certain substrate, then a Structure where the concentration is high in the part of the deposit that is at the time of regeneration is formed, a new copper concentration gradient being created. This is shown in FIGS. 4 A and 4 B explained, which represent cross-sections through deposits, wherein in F i g. 4 A during the deposit was regenerated twice, while in FIG. 4 B was not regenerated. The layer structure is off F i g. 4 A clearly visible.
Die Menge an in der Lösung lolerierbarem Kupfer hängt von verschiedenen Faktoren ab. Beispielsweise führt eine Änderung der Grundlösung, z. B. eine Änderung in bezug auf den Komplexbildner, eine Änderung in bezug auf den Nickel- oder Hypophosphit-Gchalt, zu einer Änderung der maximaler Menge an in der Lösung tolerierbarem Kupfer. Außerdem sind die Arbeitsbedingungen, z. B. der pH-Wirt und die Temperatur, Faktoren, welche zu dem maximalen Kupfergehak in der Lösung in BeziehungThe amount of tolerable copper in the solution depends on various factors. For example leads to a change in the basic solution, e.g. B. a change in relation to the complexing agent, a Change in relation to the nickel or hypophosphite content, to a change in the maximum Amount of copper tolerable in the solution. In addition, the working conditions, e.g. B. the pH host and the temperature, factors related to the maximum copper content in the solution
ίο stehen. In dieser Hinsicht wird unter bevorzugten Arbeitsbedingungen der Gehalt an Kupfer(I)-ionen in der Lösung vorzugsweise zwischen 5 und 200 ppm der Lösung, insbesondere zwischen 15 und 100 ppm der Lösung, gehalten. Erfindungsgemäß bevorzugte Arbeitsbedingungen sind ein pH-Wert zwischen 4,0 und 7,0, vorzugsweise zwischen 4,0 und 5,5. Innerhalb des pH-Wertbereiches von 4,0 bis 5,5 liegt eine bevorzugte Arbeitstemperatur für die stromlosen Lösungen bei mindestens 88° C. Unter diesen Bedingungen werden bei verhältnismäßig hoher Konzentration der Lösung an Kupfer(I), z. B. von mehr als etwa 200 ppm, aus noch nicht geklärten Gründen, Ablagerungen mit einem eher matten als glänzenden Aussehen und einer körnigen Struktur erhalten. Es sei darauf hingewiesen, daß die hier angegebenen Kupferionenkonzentrationsbereiche nur Richtlinien sind und daß die Kupferionenkonzentration in der Lösung am zweckmäßigsten auf einem Wert gehalten wird, der ausreicht, um die oben angegebenen Zieleίο stand. In this regard it is preferred among Working conditions the content of copper (I) ions in the solution is preferably between 5 and 200 ppm the solution, in particular between 15 and 100 ppm of the solution held. Preferred according to the invention Working conditions are a pH between 4.0 and 7.0, preferably between 4.0 and 5.5. Within the pH range from 4.0 to 5.5 is a preferred working temperature for the electroless Solutions at at least 88 ° C. Under these conditions are at a relatively high concentration the solution of copper (I), e.g. B. of more than about 200 ppm, for reasons that have not yet been clarified, Deposits with a matt rather than glossy appearance and a grainy structure are obtained. It It should be noted that the copper ion concentration ranges given here are guidelines only and that the copper ion concentration in the solution is most suitably kept at a value that is sufficient to achieve the goals stated above
einer verbesserten Korrosionsbeständigkeil und eines verbesserten Aussehens zu erreichen bei gleichzeitiger Vermeidung der Bildung von pulverförmigen, matten Ablagerungen.an improved corrosion resistance wedge and a to achieve an improved appearance while at the same time avoiding the formation of powdery matting Deposits.
Wie bereits oben angegeben, wird eine erhöhte Badstabilität erhalten, wenn das Kupfer in Form von Kupfer(I)-ionen vorliegt. Obwohl stromlose Nickellösungen seit vielen Jahren bereits verwendet werden, haben die bisherigen technisch verwendeten Bäder bekanntlich den Nachteil, daß sie verhältnismäßig niedrige Ablagerungsgeschwindigkeiten ergeben und instabil sind. Es wurde auch festgestellt, daß die Ablagerungsgeschwindigkeit bis zu einem gewissen Grade von der Konzentration des Reduktionsmittels oder der in der Lösung vorhandenen Nickelionen abhängt und daß eine höhere Konzentration im allgemeinen zu einer höheren Ablagerungsgeschwindigkeit führt. Eine höhere Konzentration an Reduktionsmittel und/oder Nickelionen führt jedoch zu einer geringeren Badstabilität. Dies äußert sich in einerAs already stated above, increased bath stability is obtained when the copper is in the form of Copper (I) ions is present. Although electroless nickel solutions have been used for many years, The baths used to date have the disadvantage, as is known, that they are relatively result in low deposition rates and are unstable. It was also found that the rate of deposition to some extent on the concentration of the reducing agent or of the nickel ions present in the solution depends and that a higher concentration generally leads to a higher deposition rate leads. However, a higher concentration of reducing agent and / or nickel ions leads to a lower bath stability. This is expressed in a
5" Herabsetzung des Zeitraumes, innerhalb dessen die Lösung einer nicht kontrollierbaren Zersetzung unterliegt. Es ist auch bekannt, daß bestimmte Zusätze, die zu einer stromlosen Nickellösung zugegeben werden, in richtig gesteuerten Spurenmengen als Stabilisatoren wirken und die Geschwindigkeit der Badzersetzung verzögern. Allgemein stellen diese Stabilisatoren jedoch katalytische Gifte dar, und ihre Konzentration in der Lösung ist sehr kritisch. Spurenrnengen, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von einigen ppm5 "Reduction of the period within which the Solution is subject to uncontrollable decomposition. It is also known that certain additives that be added to an electroless nickel solution, in properly controlled trace amounts, as stabilizers act and retard the rate of bath decomposition. In general, however, these stabilizers represent catalytic poisons and their concentration in the solution is very critical. Trace amounts, preferably within the range of a few ppm
der Lösung, fähren je nach dem verwendeten speziellen Stabilisator zu einer Stabilisierung. Ein Überschuß an Stabilisator stoppt aber teilweise oder vollständig die stromlose Ablagerung von Metall.of the solution, lead to stabilization depending on the particular stabilizer used. An excess on the stabilizer, however, partially or completely stops the electroless deposition of metal.
Ein solcher Stabilisator, der auch ein katalytischesOne such stabilizer that is also a catalytic
Gift ist, ist beispielsweise in der US-Patentschrift 27 62 723 beschrieben. In dieser Patentschrift ist eine saure Nickelbeschichtungslösung beschrieben, die mit Sulfidionen und einem »Sulfidionenregulator« stabili-Is poison is described in US Pat. No. 2,762,723, for example. In this patent there is one acidic nickel plating solution described which stabilizes with sulfide ions and a "sulfide ion regulator"
siert ist, der sich mit den Sulficlioncn verbindet, um die Freisetzung aus einer heißen oder siedenden Lösung zu verhindern. Solche Sulfidionenregulatoren sind Blei, Wismut, Zinn, Selen, Tellur, Wolfram, Thorium, Titan, Kupfer, Zink, Mangan und Rhenium. Die Sulfidionen, welche den aktiven Bestandteil der stabilisierenden Kombination darstellen, sind Katalysatorgiftc und setzen als solche die Ablagcrungsgcschwindigkeit in Spurenmengen herab und verhindern die Ablagerung größerer Mengen. Erfindungsgemäß wird mit kleinen Mengen an Kupfer(l)-ionen eine wesentlich bessere Stabilität erzielt, und es tritt nur ein vernachlässigbar geringer Effekt auf die Ablagerungsgeschwindigkeit auf, da Kupfer(T)-ionen kein Katalysatorgift darstellen.is sated, which combines with the sulficlions to prevent release from a hot or boiling solution. Such sulfide ion regulators are lead, bismuth, tin, selenium, tellurium, tungsten, thorium, titanium, copper, zinc, manganese and rhenium. The sulfide ions, which are the active constituents of the stabilizing combination, are catalyst poisons and as such reduce and prevent the rate of deposition in trace amounts the deposition of larger quantities. According to the present invention, with small amounts of copper (I) ions, one becomes essential better stability is achieved, and there is only a negligible effect on the rate of deposition, since copper (T) ions are not a catalyst poison represent.
Bezüglich der Verwendung von Sulfidionen als Stabilisator, wie sie in der US-Patentschrift 27 62 723 angegeben ist, wurde gefunden, daß die Anwesenheit von Sulfidionen oder irgendeiner anderen Schwefelverbindung, die sich zusammen mit der Ni-Cu-P-Legierung mindestens teilweise stromlos ablagert und/oder dissoziiert unter Bildung von Schwefel in der Lösung in Form des Sulfid- oder Hydrosulfidions, nachteilig sowohl für das Aussehen der Ablagerung als auch für ihre sonstigen Eigenschaften, wie beispielsweise die Korrosionsbeständigkeit, ist. Obwohl die Zugabe von Kupfer zu der Lösung eine Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierungsab'agerung liefert, die glatt und dicht und deshalb glänzend in ihrem Aussehen und korrosionsbeständig ist, gehen diese vorteilhaften Eigenschaften verloren, wenn in der Beschichtungslösung des beschriebenen Typs auch Schwefel vorhanden ist. Schwefelverbindungen, die in der Lösung in einem begrenzten Maße toleriert werden können, sind solche, die kovalent an Kohlenstoffatome gebunden sind, wodurch die Einführung des Schwefels in Form von Sulfid- oder Hvdrosulfidionen in die Lösung verhindert wird. Die wäßrige Lösung der Erfindung ist vorzugsweise frei von Schwefelverbindungen, die in Lösung dissoziieren unter Bildung von nachteiligen Sulfid- und Hydrosulfidionen, und am meisten bevorzuet sind solche Lösungen, die frei von allen Schwefelverbindungen sind.Regarding the use of sulfide ions as a stabilizer, as described in US Pat. No. 2,762,723 indicated, it has been found that the presence of sulfide ions or any other sulfur compound, which is deposited together with the Ni-Cu-P alloy at least partially without current and / or dissociates with the formation of sulfur in the solution in the form of the sulfide or hydrosulfide ion, detrimental both to the appearance of the deposit and to its other properties, such as the corrosion resistance, is. Although the addition of copper to the solution creates a nickel-copper-phosphorus alloy deposit supplies that are smooth and dense and therefore shiny in appearance and corrosion resistant, these go beneficial Properties lost when in the coating solution of the type described too Sulfur is present. Sulfur compounds that are tolerated in the solution to a limited extent can are those that are covalently bonded to carbon atoms, thereby introducing the sulfur in the form of sulfide or hydrogen sulfide ions is prevented from entering the solution. The watery one Solution of the invention is preferably free of sulfur compounds which dissociate in solution with the formation of detrimental sulfide and hydrosulfide ions, and most preferred are such Solutions that are free from all sulfur compounds.
Der Effekt von Schwefel in der Lösung ist leicht aus F i g. 3 ersichtlich, welche vier Mikrophotographien zeigt, welche die Oberfläche von vier Nickelablagerungen in 5000facher Vergrößerung erläutern. Die Mikrophotographie A zeig-: eine Ablagerung aus einer sowohl von Kupfer- als auch von Schwefelverbindungen freien Nickd-Hvpophosphit-Lösung. Daraus ist zu ersehen, daß die Ablagerung ein rauhes, unregelmäßiges Aussehen hat. Die Mikrophotographie B zeigt eine Ablagerung aus der gleichen Lösung, die jedoch 10 ppm Thioharnstoff, bezogen auf die Lösung, enthielt. Zwischen den Ablagerungen der Mikrophotographie A und B ist ein geringer Unterschied festzustellen. Die Mikrophotographie C zeigt eine aus der gleichen Lösung wie A hergestellte Ablagerung, die jedoch 100 ppm Kupfer(I)-chlorid, bezoeen auf die Lösung, enthielt. Ein Vergleich der Mikrophotographie C mit den Mikrophotographien A und B zeigt den scharfen Kontrast, der darin besteht, daß auf der Oberfläche der in der Mikrophotographie C dargestellten Ablagerung überhaupt keine Unvollkommenheiten zu erkennen sind. Die Mikrophotographie D zeigt eine Ablagerung aus der gleichen Lösung wie die Mikrophotographie C, die jedoch 100 ppm Thioharnstoff in der Ablagerung enthielt. Daraus ist zu ersehen, daß die Ablagerung eine rauhe Oberfläche aufweist, die nur geringfügig verbessert ist gegenüber den in den Mikrophotographien A und B gezeigten Ablagerungen.The effect of sulfur in the solution is readily apparent from FIG. 3 which shows four photomicrographs illustrating the surface of four nickel deposits magnified 5000 times. Microphotograph A shows a deposit of a nickel-phosphite solution free of both copper and sulfur compounds. From this it can be seen that the deposit has a rough, irregular appearance. Photomicrograph B shows a deposit from the same solution but containing 10 ppm thiourea based on the solution. There is little difference between the deposits in photomicrographs A and B. Photomicrograph C shows a deposit made from the same solution as A , but containing 100 ppm cupric chloride, based on the solution. A comparison of photomicrograph C with photomicrographs A and B shows the sharp contrast which consists in the fact that no imperfections are seen at all on the surface of the deposit shown in photomicrograph C. Photomicrograph D shows a deposit from the same solution as photomicrograph C but containing 100 ppm thiourea in the deposit. From this it can be seen that the deposit has a rough surface which is only slightly improved over the deposits shown in photomicrographs A and B.
Die jeweils als Quelle für die Kupferionen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausgewählte spezielle Kupferverbindung ist nicht kritisch, solange sie genügend Kupferionen liefert und solange das AnionThe particular selected as the source of the copper ions for the purposes of the present invention Copper compound is not critical as long as it provides enough copper ions and as long as the anion
ίο der Kupferverbindung auf die Beschichtungslösung keinen nachteiligen Einfluß ausübt. So ist beispielsweise bekannt, daß bestimmte Anionen in genügend großen Mengen, wie z. B. Cyanid, für stromlose Beschichtungslösungen schädlich sind, und Salze, welche diese Anionen oder andere, als schädlich bekannte Anionen, enthalten, sollten vermieden werden.ίο the copper compound on the coating solution exerts no adverse influence. For example, it is known that certain anions are sufficient in large quantities, such as B. cyanide, are detrimental to electroless plating solutions, and salts, which these anions or other anions known to be harmful should be avoided.
Die erfindungsgemäße Lösung kann Hypophosphit als Reduktionsmittel enthalten. Es ist bekannt, daß die erhaltene Ablagerung als LegierungselementThe solution according to the invention can be hypophosphite contained as reducing agent. It is known that the deposit obtained is used as an alloying element
ao Phosphor enthält, wenn der Phosphorgehalt in der Regel innerhalb des Bereiches von 5 bis 15 Gewichtsprozent liegt, in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, wie z. B. dem Verhältnis von Hypophosphit zu Nickel in der Lösung, dem pH-Wert der Lösungao contains phosphorus when the phosphorus content is usually within the range of 5 to 15 percent by weight depending on numerous factors such as B. the ratio of hypophosphite to Nickel in the solution, the pH of the solution
u. dgl. Der gebräuchlichste Bereich für solche Ablagerungen unter Verwendung von üblichen bekannten Verfahren variiert zwischen 5 und lO°/o, obwohl gewiinschtenfalls auch höhere Phosphorgehalte innerhalb des Bereiches zwischen 10 und 15 °/o erhältlich sind.and the like. The most common range for such deposits using commonly known ones Procedure varies between 5 and 10%, although if desired higher phosphorus contents within the range between 10 and 15% are also available are.
Die erfindungsgemäße stromlose Nickellegierungsbeschichtungslösung wird zur Ablagerung einer Nickellegierung auf die gleiche Art und Weise verwendet wie die bekannten stromlosen Nickellösungen.The electroless nickel alloy coating solution of the present invention is used in the same way to deposit a nickel alloy like the well-known electroless nickel solutions.
Die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats sollte frei von Fett und Verunreinigungen sein. Wenn eine nichtmetallische Oberfläche beschichtet werden soll, muß der Oberflächenbereich, auf den die Ablagerung aufgebracht werden soll, zuerst sensibilisiert werden, um ihn für die Aufnahme des stromlos aufgebrachten Nickellegierungsüberzugs empfänglich zu machen, indem man ihn auf an sich bekannte Weise mit einer sauren wäßrigen Lösung von Zinn(II)-chlorid und anschließend mit einer verdünnten wäßrigen sauren Lösung von Palladiumchlorid behandelt. Die Sensibilisierung von nichtmetallischen Oberflächen kann auch dadurch erzielt werden, daß man sie mit einem Katalysator in Berührung bringt, der durch Vermischen von Zinn(II)-chlorid und einem Edelmetallchlorid, vorzugsweise Palladiumchlorid, hergestellt wurde, wobei das Zinn(II)-chlorid in stöchiometrischem Überschuß gegenüber der Menge des Edelmetallchlorids vorliegt.The surface of the substrate to be coated should be free of grease and impurities. When a If the non-metallic surface is to be coated, the surface area on which the deposit is to be deposited must be is to be applied, first be sensitized to him for the reception of the currentless applied To make nickel alloy coating receptive by treating it in a manner known per se with a acidic aqueous solution of tin (II) chloride and then with a dilute aqueous acidic Treated solution of palladium chloride. Sensitization of non-metallic surfaces can can also be achieved by bringing them into contact with a catalyst, by mixing of tin (II) chloride and a noble metal chloride, preferably palladium chloride was, with the tin (II) chloride in stoichiometric Excess over the amount of noble metal chloride is present.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung ar Hand der folgenden Beispiele näher erläutert, ir denen die Stabilität einer Lösung durch die Zeit bestimmt wurde, die verstrich, bis ein Bad sich spontar zersetzte, wenn ein katalysiertes Gewebe oder akt: viertes Aluminium beschichtet wurde. Die Ablage rungseigenschaften wurden durch Beschichten eine; verchromten Stahlsubstrats bestimmt. Das katalysiert« Gewebe wurde durch Behandlung eines Baumwoll gewebes nach den folgenden Stufen hergestellt:For a better understanding, the invention ar the following examples is described in detail, ir which the stability of a solution was determined by the time elapsed, decomposed spontar to a bath when a catalyzed tissue or akt: fourth aluminum was coated. The depositing properties were by coating a; chrome-plated steel substrate. The catalyzed fabric was made by treating a cotton fabric according to the following steps:
1. 5minütiges Spülen des Gewebes in einer 20ge wichtsprozentigen Ammoniumhydroxidlösung die bei Raumtemperatur gehalten wurde, Ab spülen mit kaltem Wasser;1. Rinsing the tissue for 5 minutes in a 20 weight percent ammonium hydroxide solution which was kept at room temperature, from rinsing with cold water;
609 510/3S609 510 / 3S
2. 5minütiges Spülen mit einer 20°/oigen Essigsäurelösung, die bei Raumtemperatur gehalten wurde, Abspülen mit kaltem Wasser;2. Rinsing for 5 minutes with a 20% acetic acid solution which was kept at room temperature, Rinse with cold water;
3. 20 bis 40 Sekunden langes Eintauchen des Gewebes in eine Sensibilisierungslösung eines Palladiumkolloids mit einem Zinn(IV)-säurescliutzküiioid, die bei Raumtemperatur gehalten wurde, Abspülen mit kaltem Wasser;3. Immerse the tissue in a sensitizing solution for 20 to 40 seconds Palladium colloids with a tin (IV) acid cliioid, kept at room temperature, rinsing with cold water;
4. 1- bis 3minütiges Eintauchen in eine verdünnte, bei Raumtemperatur gehaltene Chlorwasserstoffsäurclösung, Abspülen mit kaltem Wasser;4. 1 to 3 minute immersion in a diluted, hydrochloric acid solution kept at room temperature, rinsing with cold water;
5. Trocknen des Gewebes und Zuschneiden auf die geeignete Größe.5. Dry the fabric and cut it to the appropriate size.
Bei dem verwendeten aktivierten Aluminium handelte es sich um eine durch 2minütiges Eintauchen in eine 37%ige Chlorwasserstoffauslösung aktivierte 2024-Legierung.The activated aluminum used was one obtained by immersion for 2 minutes a 37% hydrogen chloride release activated 2024 alloy.
In allen Beispielen wurden jeweils 930 cm2 des katalysierten Gewebes bzw. des aktivierten Aluminiums pro 3,79 1 Lösung zur Ingangsetzung der Ablagerung und der spontanen Zersetzung zur Bestimmung der Stabilität verwendet. Um eine Verschmutzung durch Verunreinigungen zu vermeiden, wurden destilliertes Wasser und Chemikalien von Reagensqualität verwendet.In all examples, 930 cm 2 of the catalyzed tissue or of the activated aluminum per 3.79 1 of solution were used to initiate the deposition and the spontaneous decomposition to determine the stability. To avoid contamination from contaminants, distilled water and reagent grade chemicals were used.
Nickelsulfathexahydrat 35 gNickel sulfate hexahydrate 35 g
Natriumhypophosphitmonohydrat 15 gSodium hypophosphite monohydrate 15 g
Natriumacetat 15 gSodium acetate 15 g
Wasser ad 11Water ad 11
Temperatur 91 bis 96° CTemperature 91 to 96 ° C
pH-Wert 5,0pH 5.0
Das aktivierte Aluminium führte zu einer Zersetzung des obengenannten Bades innerhalb von Minuten, wobei innerhalb von etwa 8 Minuten eine starke Ablagerung an den Seitenwänden auftrat. Wenn 50 ppm Kupfer(I)-ionen [in Form von Kupfer(I)-chlorid] zu dem Bad zugegeben wurden, zersetzte es sich innerhalb von 60 Minuten nicht.The activated aluminum caused the above bath to decompose within Minutes with severe build-up on the sidewalls within about 8 minutes. When 50 ppm of cuprous ions [in the form of cuprous chloride] were added to the bath, decomposed it does not change within 60 minutes.
Dieses Bad zersetzte sich innerhalb von etwa 20 Minuten bei Verwendung von aktiviertem Aluminium. Bei Zugabe von 50 ppm, bezogen auf die Lösung, an Kupfcr(I)-ioncn fin Form von Kupfer(I)-chlorid] trat 40 bis 45 Minuten lang keine Zersetzung auf.This bath decomposed in about 20 minutes using activated aluminum. When adding 50 ppm, based on the solution, of copper (I) ions in the form of copper (I) chloride] no decomposition occurred for 40 to 45 minutes.
Nickelchloridhexahydrat .... 30 gNickel chloride hexahydrate .... 30 g
Natriumhypophosphitmonohydrat 10 gSodium hypophosphite monohydrate 10 g
Ammoniumchlorid 25 gAmmonium chloride 25 g
Ammoniumhydroxid bis auf einenAmmonium hydroxide except for one
pH-Wert von 8,5pH 8.5
Wasser ad 11Water ad 11
Temperatur 820CTemperature 82 0 C
Die Zugabe des katalysierten Gewebes zu der obi-The addition of the catalyzed tissue to the obi-
gen Lösung führte zu einer Zersetzung derselben innerhalb von etwa 1 bis 2 Minuten. Bei Zugabe von etwa 25 ppm Kupfcr(I)-ionen in Form von Kupferchlorid trat innerhalb von 4 Minuten keine Zersetzung auf. Bei Erhöhung des Kupfer(l)-ionengehaltesThe solution caused its decomposition within about 1 to 2 minutes. When adding about 25 ppm of copper (I) ions in the form of copper chloride no decomposition occurred within 4 minutes. When the copper (l) ion content is increased
auf 40 ppm, bezogen auf die Lösung, trat etwa 7 bis 8 Minuten lang keine Zersetzung auf. Eine Erhöhung des Kupfer(I)-ionengehalte·. auf 50 ppm, bezogen auf die Lösung, führte zu einer Zersetzung innerhalb von etwa 10 bis 12 Minuten. Wenn schließlich derto 40 ppm based on the solution, no decomposition occurred for about 7 to 8 minutes. An increase of the copper (I) ion content ·. to 50 ppm based on the solution, decomposed in about 10 to 12 minutes. When finally the
Kupfer(I)-ionengehalt auf 200 ppm der Lösung erhöht wurde, trat 12 bis 15 Minuten lang keine Zersetzung auf, jedoch war das Aussehen des abgelagerten Nickels matt, und es wies eine Pulverstruktur (körnige Struktur) auf. Aus dem Vorstehenden ist zuCopper (I) ion content increased to 200 ppm of the solution no decomposition occurred for 12 to 15 minutes however, the appearance of the deposited nickel was dull and had a powder structure (granular structure). From the above is to
ersehen, daß der Kupfer(I)-ionenstabilisator in sauren Nickelbädern wirksamer ist als in alkalischen Badern, daß in letzteren aber auch eine gewisse Verbesserung erzielt wird.see that the copper (I) ion stabilizer is more effective in acidic nickel baths than in alkaline baths Badern that in the latter, however, a certain improvement is also achieved.
Nickelchloridhexahydrat .... 30 gNickel chloride hexahydrate .... 30 g
Natriumhypophosphitmonohydrat 10 gSodium hypophosphite monohydrate 10 g
Ammoniumchlorid 100 gAmmonium chloride 100 g
Ammoniumhydroxid bis auf einenAmmonium hydroxide except for one
pH-Wert von 9pH of 9
Wasser ad 11Water ad 11
Temperatur 91 bis 96° CTemperature 91 to 96 ° C
Beispiele 4 bis 10Examples 4 to 10
Nickelsulfathexahydrat 35 gNickel sulfate hexahydrate 35 g
Natriumhypophosphitmonohydrat 15 gSodium hypophosphite monohydrate 15 g
Natriumacetat 15 g Sodium acetate 15 g
Schwefelstabilisator 1) 5 ppm Sulfur stabilizer 1) 5 ppm
Wasser ad n Water ad n
Temperatur 91 bis 960CTemperature 91 to 96 0 C
PH-Wert etwa 5,0P H value about 5.0
') Zugegeben in Form von Thioharnstoff.') Admitted in the form of thiourea.
f me £uPfer(I)-ionen wurden in Form von Kupn';*nd zugegeben, und zur Bestimmung der Stabilität auf die oben beschriebene Art und Weise ™urde e'n katalysiertes Gewebe verwendet. Es wurden auch der Glanz und die Korrosionsbeständigkeit bestimmt, wobei die folgenden Ergebnisse erhaltenfm e £ u P fer (I) ions were in the form of Kup n '* nd added and urde to determine stability in the above described manner ™ e' n used catalyzed tissue. The gloss and corrosion resistance were also determined, with the following results being obtained
Nr.1)No. 1 )
Kupfer(l)-gchalt Copper (l) -gchalt
(ppm)(ppm)
Glanz'-) Korrosionshestiindigkeit:l)Gloss () corrosion resistance : l )
Stabilität (Minuten)Stability (minutes)
starke Gasbildung innerhalb von > 60
30 Sekunden, sofortige Bildung von
schwarzem Schmutzstrong gas formation within> 60 30 seconds, immediate formation of
black dirt
Gasbildung in 3Va Minuten, > 60Gas formation in 3Va minutes,> 60
schwarze Streifen in 1 Minuteblack stripes in 1 minute
Gasbildung in 40 Minuten, > 60Gas formation in 40 minutes,> 60
schwarze Streifen in 14'/2 Minutenblack stripes in 14 '/ 2 minutes
keine Gasbildung oder Streifen- > 60 bildung innerhalb von 8 Stundenno gas formation or formation of streaks> 60 within 8 hours
wegen nicht ausreichender 2due to insufficient 2
Plattierungszeit konnte die Probe
nicht bewertet werdenPlating time failed the sample
not be rated
keine Gasbildung oder Streifen- > 60 bildung innerhalb von 72 Stundenno gas formation or formation of streaks> 60 within 72 hours
keine Gasbildung oder Streifen- > 60 bildung innerhalb von 150 Stundenno gas formation or formation of streaks> 60 within 150 hours
') In den Beispielen 8, 9 und 10 wurden Zusammensetzungen verwendet, in denen der Thioharnstoff weggelassen wurde.') In Examples 8, 9 and 10 compositions were used in which the thiourea was omitted.
2) Willkürlich festgelegte Skala, die durch visuelle Betrachtung bestimmt wurde, wobei die Ziffer 1 eine matte, nicht refiektic nde Oberfläche und die Ziffer 5 eine glänzende, spiegelahnliche Oberfläche bedeuten; die Ziffern zwischen 1 und 5 stellen Abstufungen in der Reflexionsfähigkeit dar. 2 ) Arbitrary scale determined by visual inspection, the number 1 being a matt, non-reflective surface and the number 5 being a glossy, mirror-like surface; the numbers between 1 and 5 represent degrees of reflectivity.
3) Bestimmt durch Eintauchen des plattierten Teils in eine 6 n-Chlorwasserstoffsäure bei 38° C. 3 ) Determined by immersing the plated part in 6N hydrochloric acid at 38 ° C.
Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß Thioharnstoff einen wirksamen Stabilisator darstellt, daß er jedoch keine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit oder des Glanzes der Ablagerung bewirkt und daß er in Gegenwart von Kupfer(I)-ionen eine nachteilige Wirkung auf die Ablagerung ausübt. Darüber hinaus verbessern Kupfer(I)-ionen ohne Thioharnstoff den Glanz und die Korrosionsbeständigkeit der Ablagerung sowie die Stabilität der Losung beträchtlich. Infolgedessen sind die von Schwefel enthaltenden Verbindungen des oben beschriebenen Typs freien stromlosen Legierungslösungen für die Zwecke der Erfindung bevorzugt.The table above shows that thiourea is an effective stabilizer however, that it does not improve the corrosion resistance or the gloss of the deposit and that it has an adverse effect on the deposit in the presence of copper (I) ions. In addition, copper (I) ions without thiourea improve gloss and corrosion resistance the deposit and the stability of the solution are considerable. As a result, those of sulfur are containing compounds of the type described above for free electroless alloy solutions preferred the purposes of the invention.
45 Beispiele 11 bis 1645 Examples 11 to 16
Zu der Zusammensetzung des Beispiels 1 wurde Kupfer(II)-chlorid in variierenden Mengen zugegeben, und die erhaltene Zusammensetzung wurde zur Plattierung von chromiertem Stahl verwendet. An- 50 Beispiel Nr. schließend wurden die so erhaltenen AblagerungenCopper (II) chloride was added in varying amounts to the composition of Example 1, and the obtained composition was used for plating chromium-plated steel. An 50 example no. the deposits thus obtained were then
von dem Substrat abgezogen, und jede wurde auf peeled off the substrate, and each was on
ihren Kupfergehalt hin analysiert. Die Menge an zu der Lösung zugegebenem Kupfer und die Menge an in der Ablagerung bei jedem plattierten Substrat gefundenem Kupfer sind in der folgenden Tabelle angegeben. analyzed their copper content. The amount of copper added to the solution and the amount of Copper found in the deposit on each plated substrate are reported in the table below.
Die Ablagerungen der Beispiele 12 bis 15 hatten ein glänzendes Aussehen, und es wurde keine Gasbildung oder Streifenbildung beobachtet, wenn die Folien der abgelagerten Legierungen bei 38° C in 6 n-Chlorwasserstoffsäure eingetaucht wurden. Die Ablagerung des Beispiels 16 war matt in ihrem Aussehen und wies eine pulverförmige (körnige) Struktur auf.The deposits of Examples 12-15 had a glossy appearance and no gas formation occurred or streaking was observed when the foils of the deposited alloys were placed in 6N hydrochloric acid at 38 ° C were immersed. The deposit of Example 16 was dull in appearance and color exhibited a powdery (granular) structure.
Beispiele 17 bis 22Examples 17-22
Das Verfahren der Beispiele 11 bis 16 wurde wiederholt, wobei diesmal das Kupfer(ll)-chloric durch Kupfer(I)-chlorid ersetzt wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabellt zusammengestellt.The procedure of Examples 11-16 was followed repeated, this time the copper (II) -chloric was replaced by copper (I) chloride. The results obtained are in the following table compiled.
Kupfer(Il)-gehalt Kupfergehalt in der in der Lösung AblagerungCopper (II) content Copper content in the deposit in the solution
(ppm) (Gewichtsprozent)(ppm) (weight percent)
17 18 19 2017 18 19 20
KupferffD-gehalt
in der LösungCopper ffD content
in the solution
(ppm)(ppm)
Kupfergehalt in der
AblagerungCopper content in the
deposit
(Gewichtsprozent)(Weight percent)
21 6021 60
100100
200200
0,01 0,39 0,76 1,40 1,90 3,900.01 0.39 0.76 1.40 1.90 3.90
2020th
4040
8080
100100
200200
0,01
0,36
0,68
1,28
1,50
3,44 Die Ergebnisse der Beispiele 11 bis 22 sind ii
F i g. 2 der Zeichnung dargestellt, in der die Kurve /
65 die Kurve für die Kupfer(I)-Zugabe und die Kurve I die Kurve für die Kupfer(II)-Zugabe darstellen
Daraus ist zu ersehen, daß die beiden Kurven fas parallel zueinander verlaufen.0.01
0.36
0.68
1.28
1.50
3.44 The results of Examples 11-22 are iiF i g. 2 of the drawing, in which the curve / 65 represents the curve for the copper (I) addition and curve I the curve for the copper (II) addition. It can be seen from this that the two curves are almost parallel to one another.
Natriumhypophosphitmonohydrat 15 g Sodium hypophosphite monohydrate 15 g
Natriumacetat 15 g Sodium acetate 15 g
Thiodiäthylenglykol 25 ppm Thiodiethylene glycol 25 ppm
Kupfer(I)-chlorid 100 ppm Copper (I) chloride 100 ppm
Wasser ad 11Water ad 11
Temperatur 91 bis 96° C Temperature 91 to 96 ° C
pH-Wert etwa 5,0 pH about 5.0
Die Korrosionsbeständigkeiten der Ablagerungen mit variierenden Dicken waren folgende:The corrosion resistance of the deposits with varying thicknesses was as follows:
Salzsprühtest (ASTM B-17-57T) Salt Spray Test (ASTM B-17-57T)
Dicke auf dem StahlThickness on the steel
Aus der obigen Zusammensetzung wurde eine stromlose Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung abgelagert. Sie hatte ein glänzendes Aussehen. Es wurde keine Gasbildung oder Streifenbildung festgestellt, wenn die Folie der Legierung bei 38° C in 6n-Chlorwasserstoffsäure eingetaucht wurde. Dies zeigt, daß bestimmte Typen von Schwefelverbindungen in der Lösung toleriert werden können, ohne daß ein nachteiliger Effekt auf die Ablagerung auftritt, wobei die Stabilität der Plattierungslösung verbessert wird.An electroless nickel-copper-phosphorus alloy was deposited from the above composition. She had a shiny appearance. No gas formation or streaking was observed when the foil of the alloy was immersed in 6N hydrochloric acid at 38 ° C. This indicates that certain types of sulfur compounds can be tolerated in the solution without adversely affecting the deposit, thereby improving the stability of the plating solution.
Nickelsulfathexahydrat 35 gNickel sulfate hexahydrate 35 g
HydroxyessigsäureHydroxyacetic acid
(7O°/oige Lösung) 30 g(70% solution) 30 g
Natriumhypophosphitmonohydrat 15gSodium hypophosphite monohydrate 15g
Natriumacetat 15gSodium acetate 15g
Kupfer(I)-chlorid 75 ppmCopper (I) chloride 75 ppm
Wasser ad 11Water ad 11
Temperatur 93°CTemperature 93 ° C
pH-Wert etwa 5,0pH about 5.0
Aus der obigen Zusammensetzung wurde eine glänzende, korrosionsbeständige Ablagerung erhalten, die etwa 3,0 Gewichtsprozent mitabgelagertes Kupfer in einer Probe einer Dicke von 0,254 mm enthielt. Sie hatte die folgenden Eigenschaften:A shiny, corrosion-resistant deposit was obtained from the above composition, containing about 3.0 weight percent co-deposited copper in a sample 0.254 mm thick. she had the following characteristics:
Spezifisches Gewicht .... etwa 8,20 g/cm3 Specific weight .... about 8.20 g / cm 3
Schmelzpunkt (0C) etwa 1000Melting point ( 0 C) about 1000
Vickers-Härte (plattiert) 600Vickers hardness (plated) 600
Maximale Vickers-Härte durchMaximum Vickers hardness through
Wärmebehandlung 1100Heat treatment 1100
Wasserstoffgehalt (ppm) 30 bis 50Hydrogen content (ppm) 30 to 50
Magnetische Eigenschaften .... nichtMagnetic properties ... not
magnetisch *)magnetic *)
Spezifischer Widerstand (Mikro-Specific resistance (micro
ohm · cm) 150ohm cm) 150
BehandlungszeitTreatment time
0,0254 mm0.0254 mm
0,0127 mm0.0127 mm
0,0076 mm0.0076 mm
0,0051 mm0.0051 mm
mindestens 500 Stunden *)
mindestens 240 Stunden *)
mindestens 96 Stunden *)
mindestens 48 Stunden *)at least 500 hours *)
at least 240 hours *)
at least 96 hours *)
at least 48 hours *)
*) Magnetisches Moment =*) Magnetic moment =
10001000
von reinem Ni.of pure Ni.
") Nach der Behandlung mit dem 5% Salzspray konnte auf j, den Oberflächen keine Rostbildung oder Verfärbung festgestellt werden. ") After the treatment with the 5% salt spray, no rust formation or discoloration could be found on the surfaces.
Die Bereitstellung eines neuen Schmuckmetalloberflächenüberzugs nach der Erfindung stellt einen beträchtlichen technischen Fortschritt dar. Derzeit ist der am meisten verwendete Schmuckmetalloberflächenüberzug Chrom, das auf ein Substrat elektroplattiert wird. In einem Verfahren zur Ablagerung von Chrom, be;spielsweise zur Herstellung von glatten Schichten, korrosionsbeständigen Schichten und wenn ein Nicht-Leiter, beispielsweise Kunststoff, plattiert werden soll und zur Herstellung einer leitfähigen Schicht sind viele Stufen erforderlich. Durch Verwendung der stromlosen Plattierungszusammensetzung der Erfindung kann ein Schmuckmetalloberflächenüberzug allein durch stromlose Ablagerung aus der Metallisierungslösung der Erfindung hergestellt werden, wobei die Ablagerung bis zur vollständigen Dicke fortschreitet.The provision of a new jewelry metal surface coating according to the invention represents a significant technical advance. At present, the most widely used jewelry metal surface coating is chromium which is electroplated onto a substrate. In a process for the deposition of chromium, be ; For example, for the production of smooth layers, corrosion-resistant layers and when a non-conductor, for example plastic, is to be plated and for the production of a conductive layer, many steps are required. By using the electroless plating composition of the invention, a decorative metal surface coating can be made from the plating solution of the invention by electroless deposition alone, the deposition proceeding to full thickness.
Wegen ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften sind die stromlosen Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierungsablagerungen für viele neue technische Zwecke verwendbar. Obwohl sie ein spiegelähnliches Aussehen haben, kann ihr Aussehen beispielsweise durch eine Schnellbeschichtung von Chrom geändert werden zur Erzielung eines blauweißen Oberflächenaussehens, das charakteristisch ist für mit Chrom plattierte Oberflächen. Es wurde auch gefunden, daß sich die Legierungsablagerung selbst zum Löten, Hartlöten,Because of their unusual properties, the electroless nickel-copper-phosphorus alloy deposits usable for many new technical purposes. Although they have a mirror-like appearance their appearance can be changed for example by a quick plating of chrome Achieving a blue and white surface appearance characteristic of chrome plated Surfaces. The alloy deposit has also been found to lend itself to soldering, brazing,
Verbinden mittels Ultraschall und zur Herstellung sonstiger Metall-Metail-Bindungen nach an sich bekannten Verfahren eignet. Da der Phosphorgehalt beständig oberhalb 8 und vorzugsweise oberhalb 10 °/o gehalten werden kann, hat die abgelagerte Legierung nichtmagnetische Eigenschaften, wodurch sie für ein Metallsubstrat für die anschließende Ablagerung von magnetischen Überzügen geeignet ist. Dies eilt insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß die Legierung eine ungewöhnlich glatte Oberfläche aufweist, welche eine gleichmäßige Verteilung des magnetischen Überzugsmaterials auf der nichtmagnetischen Legierungsbasis ermöglicht. Eine weitere erwünschte Eigenschaft ist die Härte der Legierung, welche dieselbe als vzrschleißbeständige Oberfläche geeignet macht. Schließlich ist die Legierung durch einen hohen Bicgeduktilitätsgrad charakterisiert, dei überraschend ist im Hinblick auf den hohen Phosphorgehalt, der bisher immer zu einer Sprödigkeil führte. Deshalb kann die Legierungsablagerung auch bei solchen Verwendungszwecken verwendet werden bei denen eine Bewegung der Legierung selbst odei der Kombination der Legierung mit dem Substrat auf das sie aufplattieri: ist, auftritt. In dieser HinsichiConnecting by means of ultrasound and for the production of other metal-metal bonds according to known methods Procedure is suitable. Since the phosphorus content is consistently above 8 and preferably above 10% can be maintained, the deposited alloy has non-magnetic properties, making them suitable for a metal substrate for subsequent deposition of magnetic coatings is suitable. This is particularly urgent in view of the fact that the alloy has an unusually smooth surface, which results in an even distribution of the Magnetic coating material on the non-magnetic alloy base allows. Another desirable one Property is the hardness of the alloy, which is the same as a wear-resistant surface makes suitable. Finally, the alloy is characterized by a high degree of flexural ductility, dei It is surprising in view of the high phosphorus content, which so far has always been a brittle wedge led. Therefore, the alloy deposit can also be used in such uses in which there is movement of the alloy itself or the combination of the alloy with the substrate on which it is plated, occurs. In this respect
kann die Legierung allein ohne ein Substrat, beispielsweise zur Herstellung von Metallgebläsen, verwendet werden. Die Duktilität wird selbst dann beibehalten, wenn die Legierung beim Gebrauch hohen Temperaturen ausgesetzt ist oder bis zu etwa 100 Minutenthe alloy can be used alone without a substrate, for example to make metal fans will. The ductility is maintained even when the alloy is subjected to high temperatures in use exposed or up to about 100 minutes
lang einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von bis zu 260° C ausgesetzt wird. Die Duktilität kann auf einen geringen Wasserstoffgehalt zurückzuführen sein, der vorzugsweise 100 ppm nicht übersteigt und gewöhnlich zwischen etwa 20 und 60 ppm variiert.is exposed to heat treatment at temperatures of up to 260 ° C for a long time. The ductility can be due to a low hydrogen content, which preferably does not exceed 100 ppm and usually varies between about 20 and 60 ppm.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
enthält. ao Das gilt auch für das in der US-Patentschrift3. Solution according to claim 1, characterized in that they have good corrosion resistance to show that they effectively protect the substrate from 15 to 100 ppm of copper (I) ions,
contains. ao That also applies to that in the US patent
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US4324270A | 1970-06-03 | 1970-06-03 | |
US4324270 | 1970-06-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2122455A1 DE2122455A1 (en) | 1972-01-27 |
DE2122455B2 true DE2122455B2 (en) | 1976-03-04 |
DE2122455C3 DE2122455C3 (en) | 1976-10-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3034877A1 (en) * | 1980-09-16 | 1982-04-29 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Electroless copper-nickel phosphorous plate - with low phosphorus content and wide range of copper contents |
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DE3034877A1 (en) * | 1980-09-16 | 1982-04-29 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Electroless copper-nickel phosphorous plate - with low phosphorus content and wide range of copper contents |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA936305A (en) | 1973-11-06 |
GB1322081A (en) | 1973-07-04 |
ZA712751B (en) | 1972-04-26 |
ES399606A1 (en) | 1975-06-16 |
NL7107368A (en) | 1971-12-07 |
JPS5317534B1 (en) | 1978-06-09 |
DE2166060A1 (en) | 1972-12-28 |
BR7103261D0 (en) | 1973-05-17 |
DE2122455A1 (en) | 1972-01-27 |
BE767985A (en) | 1971-12-02 |
ES390975A1 (en) | 1974-08-01 |
FR2094006B1 (en) | 1975-02-21 |
SE400094B (en) | 1978-03-13 |
FR2094006A1 (en) | 1972-02-04 |
SE383643B (en) | 1976-03-22 |
DE2166059A1 (en) | 1972-12-21 |
SE7410415L (en) | 1974-08-15 |
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