DE2508130A1

DE2508130A1 - Gold-platin-plattierbad

Info

Publication number: DE2508130A1
Application number: DE19752508130
Authority: DE
Inventors: Harold Jerome Wiesner
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1975-08-28
Also published as: JPS5110130A; FR2262132A1; USB445740I5; US3923612A; GB1448549A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.

Gold-Platin-Plattierbad

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrische Abscheidung von Gold-Platin-Legierungen.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurde die Goldplattierforschung stark durch die Anforderungen der elektronischen und verwandter Industrien angeregt, die dickere Überzüge mit größerer Härte, größerer Abriebfestigkeit, größerem Korrosionswiderstand und geringerer Porosität erforderlich machten. Ein weiteres Anwendungsgebiet für die elektrolytische Abscheidung von Goldlegierungen ist das der Hochtemperaturanwendungsfälle. Elektroplattierte Gold-Kupfer-Legierungen wurden zu diesem Zweck untersucht, wobei aber allgemein ein Hauptnachteil dieser Legierungen in ihren schlechten mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur zu sehen ist. Darüber hinaus vermindert die eine niedrige

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Dichte aufweisende Kupferkomponente in unerwünschter Weise die Dichte der Legierung. Von den auf Hochtemperaturanwendung untersuchten binären Legierungen haben sich die Gold-Platin-Legierungen als am zweckmäßigsten herausgestellt. Platin härtet Gold in äußerst wirksamer Weise und erhöht auch dessen Widerstand gegenüber Oxydation und Korrosion. Gold-Platin-Legierungen werden über viele Jahre hinweg als Spinndüsen- in der Viskose-Kunstseidenindustrie verwendet, wo sie über lange Zeitperioden hinweg korrodierenden und schwierigen mechanischen Belastungen standhalten. Die Gold-Platin-Legierungen sind auch als Tiegel für Alkalischmelzen geeignet.

Die elektrolytische Abscheidung von Legierungen umfaßt kompliziertere Verfahren, als die Abscheidung reiner Metalle. Die Legierungsabscheidung ist gegenüber einer Vielzahl von Faktoren empfindlicher als die Abscheidung eines einzigen Metalls. Die Variablen müssen genauer geregelt werden als bei der Abscheidung eines einzigen Metalls, um Abscheidungen oder Überzüge von gleichmäßiger Farbe, Korrosionswiderstand, Zusammensetzung und Aussehen zu erreichen. Der tragende Elektrolyt muß derart gewählt sein, daß das Reduktionspotential der Metalle ziemlich dicht liegt. Es ist in der Tat häufig schwierig, die Zusammensetzung einer Legierung aus dem Elektrolyten und den Plattierbedingungen vorauszusagen.

Die elektrolytischen Abscheidungsverfahren für solche Goldlegierungen, wie Gold-Kupfer-Legierungen und Gold-Silber-Legierungen verwenden im allgemeinen Zyanidkomplexlösungen. Metalle der Platingruppe werden aber nicht aus wässrigen Zyanidlösungen abgeschieden, da die Zyanidkomplexe dieser Metalle so stabil sind, daß ihre Abscheidung an der Kathode entweder unmöglich oder nur bei sehr geringen Stromdichten möglich ist. Für Untersuchungen über die Abscheidung von Gold-Platin-Legierungen aus Halogenidsystemen vergleiche die folgende Literaturstelle: A.K. Graham, S.Heiman und H.L. Pinkerton, Plating, Febr. 1949, Seiten 148-153. In diesem Artikel ist erwähnt, daß die erhaltenen Abscheidungen äußerst dunkel waren.

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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Elektroplattierbad sowie Betriebsbedingungen für die Elektroabscheidung von Gold-Platin-Legierungen vorzusehen, wobei eine ausgezeichnete Qualität und Wiederholbarkeit erreicht wird.

Zusammenfassung der Erfindung. Es wurde festgestellt, daß Gold-Platin-Legierungsabscheidungen von einer ständigen ausgezeichneten Qualität durch Elektroabscheidung erreicht werden können, und zwar aus einem wässrigen Elektroplattierbad, welches ein Alkalimetallhexahydroxyplatinat und ein Alkalimetallaurat enthält. Die Konzentration des Alkalimetallhexahydroxyplatinats sollte hinreichend hoch sein, um die Abscheidung von Platin an der Kathode zu gewährleisten. Es wurde festgestellt, daß eine Konzentration an Alkalimetallhexahydroxyplatinat äußerst geeignet für die vorliegende Erfindung ist, welche von im wesentlichen 15 bis im wesentlichen 25 Gramm Platin pro Liter wässriger Lösung vorsieht. Für die besten Ergebnisse sollte eine Menge an Platin in der Lösung im Bereich von im wesentlichen 19 bis im wesentlichen 22 Gramm pro Liter bevorzugt werden, wobei die Konzentration des Alkalimetallaurats entsprechend der Konzentration des Goldes eingestellt ist, welches in der schließlichen Abscheidung erwünscht ist. Durch die erfindungsgemäßen Bäder können Abscheidungen erhalten werden, die von im wesentlichen 15% bis im wesentlichen 95% Gold enthalten. Für Hochtemperaturanwendungen werden Legierungsabscheidungen bevorzugt, die im wesentlichen 70% bis zu im wesentlichen 95% Gold enthalten. Der pH-Wert der Lösung ist eine der Variablen, die bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Bäder gesteuert werden muß. Es ist wichtig, daß das Elektroplattierbad stark alkalisch ist; das pH der Lösung sollte oberhalb von im wesentlichen 11,0 gehalten werden. Wenn das pH der Lösung unter im wesentlichen 11,0 fällt, so hat das Alkalimetallhexahydroxyplatinat die Tendenz, eine Ausfällung zu bilden. Allgemein besitzen die durch Auflösung eines

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Alkalimetallhexahydroxyplatinats und eines Alkalimetallaurats erzeugten Lösungen ein hinreichend hohes pH zur Verwendung gemäß der Erfindung, wobei aber, wenn erforderlich, das pH der Lösung vor und/oder während der Verwendung eingestellt werden kann, und zwar durch die Hinzufügung geeigneter Mengen wasserlöslicher alkalisch wirkender Substanzen, wie beispielsweise von Alkalimetallsalzen schwacher Säuren, beispielsweise von Phosphorsäure, Essigsäure oder Zitronensäure.

Eine andere Variable, die gesteuert oder geregelt werden muß, ist die Plattiertemperatur. Die Temperatur beeinflußt nicht nur die Struktur und das Aussehen der elektroabgeschiedenen Legierungen, sondern auch ihre chemische Zusammensetzung. Allgemein liegt die bevorzugte Temperatur im Bereich von im wesentlichen 50 C bis im wesentlichen 65°C.

Es sei nunmehr die Erfindung im einzelnen beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Elektroplattierbad zur Elektroabscheidung von Gold-Platin-Legierungen vorgesehen, welches ein Alkalimetallhexahydroxyplatinat und eine Alkalimetallaurat in wässriger Lösung aufweist.

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das wässrige Elektroplattierbad von im wesentlichen 15 bis im wesentlichen 25 Gramm pro Liter von Platin als Alkalimetallhexahydroxyplatinat und Gold als Alkalimetallaurat in einer Konzentration, die ausreicht, um eine GoId-Platinabscheidung der gewünschten Zusammensetzung zu ergeben. Vorzugsweise sind im wesentlichen 0,5 bis im wesentlichen 3,0 Gramm Gold als Alkalimetallaurat pro Liter Lösung vorhanden.

Die vorliegende Erfindung sieht insbesondere ein wässriges Elektroplattierbad für die Elektroabscheidung von Gold-Platin-Legierungen vor, welches von im wesentlichen 19 bis im wesentlichen 22 Gramm pro Liter Platin als Natriumoder Kalium-Hexahydroxyplatinat und von im wesentlichen

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0,5 bis im wesentlichen 3,0, vorzugsweise von im wesentlichen 1,0 bis im wesentlichen 2,0 Gramm pro Liter Gold als Natrium- oder Kalium-Aurat enthält, wobei das pH der Lösung oberhalb von im wesentlichen 1,0 und vorzugsweise oberhalb von im wesentlichen 11,5 gehalten ist.

Die für irgendeinen speziellen Plattieranwendungsfall erforderlichen Betriebsbedingungen können vom Fachmann ohne weiteres festgestellt werden. Die zu verwendende durchschnittliche Kathodenstromdichte hängt von der gewünschten Legierung und der Form und Größe des zu plattierenden Gegenstandes ab. Vorzugsweise werden Kathodenstromdichten verwendet, die unterhalb von im wesentlichen

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20 Ampere/Fuß , vorzugsweise im Bereich von im wesentlichen

5 bis im wesentlichen 8 Ampere/Fuß , liegen, und zwar bei normalen Gleichstromplattierbedingungen mit einer Abscheidungsrate von im wesentlichen 0,0002 bis im wesentlichen 0,00025 Zoll/Stunde.

Allgemein wird die Elektrolytlösung mit unlöslichen Platinoder mit platinüberzogenen Anoden verwendet, wobei es erforderlich ist, das aus der Elektrolytlösung abgeschiedene Gold und Platin durch Hinzufügen von frischen Gold- und Platinverbindungen zu ersetzen.

Wie bereits oben bemerkt, ist es wichtig, das pH der Lösung oberhalb von im wesentlichen 11,0 zu halten, und zwar vorzugsweise oberhalb von im wesentlichen 11,5, um das Ausfällen des Alkalimetallhexahydroxyplatinats zu verhindern. Wenn erforderlich, können wasserlösliche alkalische Substanzen, wie beispielsweise Alkalimetallsalze schwacher Säuren, beispielsweise Kaliumphosphat, Kaliumazetat oder Kaliumzitrat, hinzugefügt werden, und zwar vor und/oder während der Verwendung in ausreichenden Mengen, um das pH der Lösung im erforderlichen Bereich zu halten. Geeignete wohlbekannte Aufhellungsagenzien können von Zeit zu Zeit hinzugefügt werden, um die gewünschten

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physikalischen Eigenschaften der abgeschiedenen Legierung aufrechtzuerhalten.

Zur Erreichung bester Ergebnisse wird der erfindungsgemäße Elektrolyt bei einer Temperatur von im wesentlichen 50 C bis M wesentlichen 65°C verwendet.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die erfindungsgemäßen Elektroplattierlösungen.

Beispiel I

Es wurde eine 25o ml wässrige Elektroplattierlösung hergestellt, die 21 Gramm/Liter an Platin als K₂Pt(OH)₆ und o,7 Gramm/Liter an Gold als KAuO₂ enthielt. Das pH'der Lösung lag oberhalb 11,5. Das Bad wurde bei einer Temperatur von 55°C betrieben. Der Elektrolyt wurde verwendet, um saubere Messingteile zu plattieren. Die Zusammensetzung der abgeschiedenen Legierung war 10% Au-90% Pt. Es wurde festgestellt, daß der überzug oder die Abscheidung glatt war.

Beispiel II

Es wurde eine wässrige Elektroplattierlösung wie im Beispiel I hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Konzentration des (als KAuO ) vorhandenen Goldes 2,8 Gramm/Liter war. Der Elektrolyt wurde zur Plattierung von sauberen Messingteilen verwendet. Das Bad wurde bei einer Temperatur von 65 C benutzt. Als Strom wurden 0,2 Ampere verwendet. Die Zusammensetzung der endgültigen Abscheidung war 30% Pt-70% Au, Die Abscheidung hatte eine ausgezeichnete Qualität.

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Beispiel III

Eine 250 ml wässrige Elektroplattierlösung wurde hergestellt, die 20 Gramm/Liter an Platin als K₂Pt(OH), und 1,55 Gramm/Liter Gold als KAuO₂ enthielt. Das pH der Lösung lag oberhalb 11,5. Das Bad wurde bei einer Temperatur von 53 C und 0,4 Ampere verwendet, um eine saubere Messingplatte zu plattieren. Die sich ergebende Abscheidung enthielt 37,5-38% Pt.

Beispiel IV

Ein Bad, welches 2,ο g/lAu (als KAu0„) und ungefähr 20 g/l Pt als K₉Pt(OH) enthielt, wurde bei 53-55°C ver-

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wendet, wobei ein Strom von 0,2 Ampere eine Abscheidung erzeugte, die 55% Pt enthielt.

Die in den obigen Beispielen veranschaulichten erfindungsgemäßen E1ektrop1attierlösungen können auch mit anderen Alkalimetallhexahydroxyplatinaten, insbesondere Na₅Pt(OH)₆, und mit anderen Alkalimetallauraten, insbesondere NaAuO-, hergestellt werden. Von dem Standpunkt einer Langzeitstabilität aus gesehen, werden Kaliumsalze bevorzugt .

Legierungsabscheidungen, die von im wesentlichen 15 bis im wesentlichen 95% Gold enthalten, können durch Verwendung von Elektroplattierbädern ähnlich den oben beschriebenen erhalten werden. Zur Erreichung bester Ergebnisse sollte die Konzentration von Alkalimetallhexahydroxyplatinat derart sein, daß von im wesentlichen 15 bis im wesentlichen 25 Gramm und vorzugsweise von im wesentlichen 19 bis im wesentlichen 22 Gramm Platin pro Liter Lösung vorgesehen sind, wobei die Konzentration des Alkalimetallaurats derart eingestellt ist, daß die gewünschte Konzentration des Golds in der sich ergebenden Abscheidung erzeugt wird. Allgemein ergibt die Änderung der Konzentration

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des Alkalimetallaurats zur Erzeugung von im wesentlichen 0,5 bis im wesentlichen 3,0 Gramm von Gold pro Liter der Lösung Gold-Platin-Legierungsabscheidungen innerhalb des Zusammensetzungsbereichs, der von der vorliegenden Erfindung ins Auge gefaßt wird, unter der Voraussetzung, daß eine konstante Stromdichte benutzt wird. Um daher eine spezielle Legierungszusammensetzung aufrechtzuerhalten, müssen die Platin- und Gold-Gehalte des Bades ebenso wie die Stromdichte sorgfältig kontrolliert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1... Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von GoId^v" Platin-Legierungen aus einer wässrigen Elektrolytlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Elektrolytlösung eine wässrige Lösung eines Alkalimetallhexahydroxyplatinats und eines Alkalimetallaurats ist, wobei das pH der Lösung oberhalb von im wesentlichen 11,ο liegt.

2. Elektrolytlösung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallhexahydroxyplatinat Natriumhexahydroxyplatinat oder Kaliumhexahydroxyplatinat ist, und daß das Alkalimetallaurat Natriumaurat oder Kaliumaurat ist.

3. Elektrolytlösung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkalimetallhexahydroxyplatinats ausreicht, um im wesentlichen 15 bis im wesentlichen 25 Gramm Platin pro Liter Lösung zu erzeugen.

4. Elektrolytlösung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkalimetallaurats ausreicht, um von im wesentlichen 0,5 bis im wesentlichen 3,0 Gramm Gold pro Liter Lösung zu erzeugen.

5. Elektrolytlösung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallhexahydroxyplatinat Kaliumhexahydroxyplatinat in einer Konzentrat ist, die ausreicht, um von im wesentlichen 19 bis im wesentlichen 22 Gramm Platin pro Liter Lösung zu erzeugen, und daß das Alkalimetallaurat Kaliumaurat in einer Konzentration ist, die ausreicht, um von im wesentlichen o,5 bis im wesentlichen 3,ο Gramm Gold pro Liter Lösung zu erzeugen,

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und wobei das pH der Lösung oberhalb im wesentlxchen 11,0 gehalten wird.

6. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zur elektrolytischen Abscheidung von Gold-Platin-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen im wesentlxchen 50°C und im wesentlxchen 65°C liegt.

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