DE2545654A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING ELECTRIC COATING FROM CHROME AND CHROME ALLOYS - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING ELECTRIC COATING FROM CHROME AND CHROME ALLOYSInfo
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Description
Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Ämtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: UK 974 501Official file number: New registration File number of the applicant: UK 974 501
Verfahren zum Herstellen galvanischer überzüge aus Chrom und Chromlegierungen Process for the production of galvanic coatings from chromium and chromium alloys
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen galvanischer überzüge aus Chrom und Chromlegierungen : und insbesondere auch auf ein dafür verwendetes Bad.The present invention relates to a method for producing galvanic coatings from chromium and chromium alloys : and especially a bath used for it.
Bisher hat man allgemein Chromüberzüge galvanisch dadurch aufgebracht, daß man die mit einem überzug zu versehenden Teile in wässrige Chromsäurebäder eingebracht hat, die aus Chromoxid (CrO_) und Schwefelsäure zusammengesetzt sind.So far, chrome coatings have generally been applied by electroplating, that the parts to be provided with a coating have been introduced into aqueous chromic acid baths made from chromium oxide (CrO_) and sulfuric acid are composed.
Solche Bäder, in denen das Chrom in sechswertiger Form vorliegt, sind insbesondere durch den niedrigen Wirkungsgrad des hindurchgeschickten Stromes gekennzeichnet. Die aus dem Bad aufsteigenden Chromsäuredämpfe, die durch das Entweichen von Wasserstoff hervorgerufen werden, stellen eine beträchtliche Gesundheitsgefährdung dar.Such baths, in which the chromium is present in hexavalent form, are in particular due to the low efficiency of the passed through Stromes marked. The chromic acid vapors rising from the bath caused by the escape of hydrogen caused pose a considerable health risk.
Gemäß der Erfindung wird eine zum galvanischen Aufbringen von Chrom oder einer Chromlegierung dienende Lösung vorgeschlagen, bei der das das Chrom enthaltende Ausgangsmaterial ein ChromAccording to the invention, a solution serving for the galvanic application of chromium or a chromium alloy is proposed, in which the starting material containing the chromium is chromium
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(III)-Thiocyanatkomp1ex ist.(III) thiocyanate complex.
Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zum galvanischen \ Aufbringen von Chrom oder einer chromhaltigen Legierung vor-. geschlagen, bei welchem in einem galvanischen Bad zwischen : Anode und Kathode ein elektrischer Strom durchgeleitet wird, wobei in dem Bad als chromhaltiges Material einen Chrom(III)-Thiocyanatkomplex verwendet wird. Vorzugsweise werden bei der Erfindung Aquo-Chrom(III)-Thiocynatkomplexverbindungen benutzt. Diese können beispielsweise aus Chromperchlorat und Natriura- \ thiocyanat in wässriger Lösung hergestellt werden, wie dies weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird. Die so gebildeten Komplexverbindungen haben die allgemeine FormelFurther, a method for electroplating \ applying chromium or a chromium-containing alloy is proposed by the invention. beaten, in which in a galvanic bath between: anode and cathode an electric current is passed through, a chromium (III) thiocyanate complex being used as the chromium-containing material in the bath. Aquo-chromium (III) thiocyanate complex compounds are preferably used in the invention. These can be for example, chromium perchlorate and Natriura- \ thiocyanate in aqueous solution prepared as will be further described in detail below. The complex compounds thus formed have the general formula
(H2O)6<_n Cr111 (NCS) ^2~"n) wobei η = 1, 6,(H 2 O) 6 < _ n Cr 111 (NCS) ^ 2 ~ " n) where η = 1, 6,
In dem galvanischen Bad sind verschiedene Formen der Komplexverbindungen in einer im Gleichgewicht befindlichen Mischung vorhanden .There are various forms of complex compounds in the galvanic bath present in a balanced mixture.
Das Galvanisierverfahren läuft, wie angenommen wird, etwa wie folgt abs Der Galvanisierstrom wird vorzugsweise durch die in der Lösung vorhandenen Natriumionen gebildet, die sich aus einer Dissociation des ursprünglich vorhandenen Natriumthiocyanats ergeben. Da das Thiocyanat ein brückenbildendes Bindeglied ist, werden die Komplexverbindungen leicht an der Kathode absorbiert, so daß Chrom und nicht Natrium bevorzugt niedergeschlagen wird. Der Transport der Komplexverbindungen nach dem Bereich der Kathode findet durch Diffusion und nicht unter Einwirkung des Galvanisierfeldes statt. Daher wird Chrom nicht nur aus den positiv geladenen, sondern auch aus den negativ geladenen und neutralen Komplexverbindungen niedergeschlagen. Praktisch wird fast alles Thiocyanat als das Anion NCS durch Absetzen an die Lösung abgegeben, obgleich der Niederschlag einen geringen Anteil an Thiocyanat enthalten kann.The electroplating process goes as is believed to be something like follows abs The electroplating current is preferably supplied by the in The sodium ions present in the solution are formed, which result from a dissociation of the sodium thiocyanate originally present result. Since the thiocyanate is a bridging link, the complex compounds easily become attached to the cathode absorbed so that chromium and not sodium is preferentially precipitated. The transport of the complex compounds after the The area of the cathode takes place through diffusion and not under Action of the electroplating field instead. Therefore, chromium is not only made from the positively charged, but also from the negatively charged and neutral complex compounds. Virtually all thiocyanate is passed through as the NCS anion Settling released into the solution, although the precipitate may contain a small amount of thiocyanate.
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- Obgleich nur zwei Aquokomplexverbindungen untersucht worden sind, scheint es in der Theorie jedoch keinen Grund zu geben, warum andere Chrom(III)-Thiocyanatkomplexverbindungen, wie z.B. die Äminokomplexverbindungen, zu einer zufriedenstellenden Galvanisierung führen sollten, die sich aus den gleichen brückenbildenden Verbindungsmechanismus ergeben.- Although only two aquocomplex compounds have been investigated, in theory there does not seem to be any reason why other chromium (III) thiocyanate complex compounds, such as e.g. the amino complex compounds, to a satisfactory level Electroplating should result from the same bridging connection mechanism.
Chromüberzüge wurden aus erfindungsgemäß angesetzten Lösungen niedergeschlagen, die in ihrer Zusammensetzung innerhalb folgender Bereiche lagen.Chromium coatings were deposited from solutions prepared according to the invention, which in their composition within the following Areas were.
ChromCIII) 0,03 - 0,5 MChromium CIII) 0.03-0.5 M.
Thiocyanat 0,05 - 1,0 MThiocyanate 0.05-1.0 M.
Borsäure Sättigung (50 g/l)Boric acid saturation (50 g / l)
Die Plattierlösung war in jedem Fall wässrig und wurde aus Chromperchlorat und Natriumthiocyanat hergestellt.The plating solution in each case was aqueous and turned off Chromium perchlorate and sodium thiocyanate are produced.
Die beim Galvanisieren in dem oben angegebenen Bereich der Lösungszusammensetzung benutzten Bedingungen waren wie folgt:The conditions used in electroplating in the above range of solution composition were as follows:
2 Stromdichte 20 - 120 mA/cm2 current density 20-120 mA / cm
Zellenspannung 7-15 Volt Temperatur 20 - 25 0CCell voltage 7-15 volts, temperature 20-25 0 C
pH-Wert 2-3,5pH value 2-3.5
Bei den Versuchsläufen zum Galvanisieren von Chromüberzügen oder Chromlegierungsüberzügen innerhalb der oben angegebenen Grenzen der Zusammensetzung der Galvanisierlösung wird mit konstantem Strom gearbeitet. Einige der Ergebnisse wurden auch unter potentiostatischen Bedingungen erzielt, bei denen das Potential der Kathode in bezug auf eine Standard-Calomel- oder Quecksilber-Chloryr-Elektrode konstant gehalten wurde, die zur Ermittlung der jeweiligen Verhältnisse in unmittelbarer Nachbarschaft der Kathode in der Lösung angeordnet war.In the trial runs for electroplating chrome plating or chrome alloy plating within those specified above Limits to the composition of the electroplating solution will be with constant current worked. Some of the results were also obtained under potentiostatic conditions where the The potential of the cathode was kept constant with respect to a standard calomel or mercury chlorine electrode which was used for Determination of the respective conditions in the immediate vicinity of the cathode was arranged in the solution.
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Die Apparatur, mit der die verschiedenen Versuchläufe durchgeführt wurden, enthielt eine platinisierte Titiananode. Für Langzeitbetrieb des Bades wurde es für notwendig erachtet, diese Anode durch eine semiperiable Sperre in einer Natriumperchlor at-Anolytlösung zu isolieren. Wurde dies nicht getan, dann fiel der pH-Wert des Elektrolyten ständig ab und die Galavanisierung hörte bei einem pH-Wert von 1,5 auf. Im Verlauf der Versuchsreihen wurde Chrom auf einer Kupferkathode in einer Hull-Zelle und auf Kupfer und auf metallisierte Glaskathoden in verschiedenen galvanischen Zellenanordnungen aufgalvanisiert. Dabei wurden Schichten bis zu einer Stärke von 0,0254 mm niedergeschlagen. The apparatus with which the various test runs were carried out contained a platinized titanium anode. For long-term operation of the bath it was considered necessary to isolate this anode by means of a semiperiable barrier in a sodium perchlorate anolyte solution. Hasn't this been done then the pH of the electrolyte fell steadily and the galvanization stopped at a pH of 1.5. In the course of the test series was chromium on a copper cathode in a Hull cell and on copper and on metallized glass cathodes electroplated in different galvanic cell arrangements. Layers up to a thickness of 0.0254 mm were deposited.
Die aufgebrachte Chromschicht war im wesentlichen reines Chrom, obgleich ein geringer Anteil an Schwefel anzeigte, daß eine kleine Menge des Thiocyanate in dem Niederschlag enthalten war. Dies kann jedoch eine günstige Wirkung dadurch haben, daß Zugspannungen in dem Niederschlag verringert werden. Die niedergeschlagene Chromschicht war glänzend und relativ hart (700 j Vickers Härte). Die Niederschläge zeigten keine Risse und hatten ! vermutlich gerade deswegen einen sehr hohen Korrosionswiderstand. The chrome layer applied was essentially pure chrome, although a small amount of sulfur indicated that a small amount of the thiocyanate was included in the precipitate. However, this can have a beneficial effect in that tensile stresses in which precipitation will be reduced. The deposited chrome layer was shiny and relatively hard (700 j Vickers hardness). The precipitation showed no cracks and had! probably because of this very high corrosion resistance.
Bei diesen Versuchsläufen wies das Galvanisierverfahren ein j gutes Streuvermögen auf und ließ sich über einen großen Bereich ' der einzelnen Betriebsbedingungen durchführen. Der Wirkungs- : grad des das Bad durchfließenden Stromes war größer als bei dem üblichen Chromsäurebad, wo normalerweise Stromdichten von 200 Milliampere/cm erforderlich sind.In these test runs, the electroplating had a j good throwing power and settled 'perform over a wide range of different operating conditions. The efficiency of the current flowing through the bath was greater than that of the conventional chromic acid bath, where current densities of 200 milliamperes / cm are normally required.
Zusätzlich zum galvanischen Aufbringen von reinem Chrom hat man auch Lösungen, die Aquo-Chrom(III)-Thiocyanatkomplexverbindüngen enthalten, auch zum galvanischen Aufbringen oder Niederschlagen von Chromlegierungen benutzt. Insbesondere wurde eine Legierung aus Kobalt und Chrom aus einer Lösung niedergeschlagen, die als Quellenmaterial für Kobalt das Kobaltsulfat ent-In addition to the galvanic application of pure chromium, solutions are also available that contain aquo-chromium (III) thiocyanate complex compounds also used for the galvanic application or deposition of chrome alloys. In particular, a Alloy of cobalt and chromium precipitated from a solution that contains cobalt sulfate as the source material for cobalt.
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hielt. Ferner wurde eine Legierung aus Nickel und Chrom aus einer Lösung niedergeschlagen, die ein Nickelsulfat als Quelle für das Nickel enthielt.held. Furthermore, an alloy of nickel and chromium was precipitated from a solution using a nickel sulfate as a source for the nickel contained.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der nachfolgenden Beispiele \ bevorzugter Galvanisierlösungen und Verfahren gemäß der Erfindung ! im einzelnen beschrieben. ιThe invention will now by the examples below \ preferred plating solutions and methods of the invention! described in detail. ι
Beim Ansetzen der Galvanisierlösung gemäß der Erfindung wird zunächst eine Lösung aus Chromperchlorat in Wasser hergestellt. Dabei gibt man 150 g Natriumdichromat (Na2Cr2O7) zu 485 ml Perchlorsäure (HC10.) und 525 ml zu Wasser und Wasserstoffsuperoxid wird dann tropfenweise so lange zugegeben, bis die Lösung eine tiefblaue Farbe annimmt. Nach Erreichen dieses Zustandes wird die Lösung so lange gekocht, bis sie nur noch die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens hat, wobei Wasserstoffsuperoxid ausgetrieben wird, so daß schließlich die gewünschte Lösung von Chromperchlorat Cr(ClO )_ übrigbleibt. ; Diese Lösung wird weiter auf eine Konzentration von 0,15 M ; verdünnt und stellt damit eine Quelle von dreiwertigem Chrom für die Galvanisierung dar.When preparing the electroplating solution according to the invention, a solution of chromium perchlorate in water is first prepared. 150 g of sodium dichromate (Na 2 Cr 2 O 7 ) are added to 485 ml of perchloric acid (HC10.) And 525 ml to water and hydrogen peroxide is then added dropwise until the solution takes on a deep blue color. After this state has been reached, the solution is boiled until it has only half of its original volume, hydrogen peroxide being expelled, so that finally the desired solution of chromium perchlorate Cr (ClO) _ remains. ; This solution is further reduced to a concentration of 0.15 M; thinned, making it a source of trivalent chromium for electroplating.
[ Zur Herstellung der Galvanisierlösung werden 150 ml der verdünnten Chromperchloratlösung mit Borsäure gesättigt. Dann wird Natriumhydroxid tropfenweise zum Einstellen des pH-Wertes der [ To prepare the electroplating solution, 150 ml of the dilute chromium perchlorate solution are saturated with boric acid. Then sodium hydroxide is added dropwise to adjust the pH of the
'. Lösung auf 1 bis 2 zugegeben. 2 g Natriumthiocyanat (NaNCS) werden der Lösung beigegeben und die sich dabei ergebende Mischung wird anschließend für 1 std auf 80 C erwärmt und ergibt eine Galvanisierlösung, die aus einer im Gleichgewicht be- '. Solution to 1 to 2 added. 2 g of sodium thiocyanate (NaNCS) are added to the solution and the resulting mixture is then heated to 80 C for 1 hour and results in an electroplating solution that consists of an equilibrium
■ findlichen Mischung aus Aquo-Chrom(III)-Thiocyanat-Komplexverbindungen besteht. Eine solche Herstellung von Komplexverbindungen läuft unter fortschreitendem Ersetzen von SCN-Gruppen durch H2O-Gruppen in dem hydrathaltigen Chromion Cr (H2O)6 , ab, das sich in der Chromperchloratlösung befindet. Der pH-Wert der Lösung wird zum Schluß auf 2,5 eingestellt.■ sensitive mixture of Aquo-Chrom (III) -thiocyanate complex compounds. Such a production of complex compounds proceeds with progressive replacement of SCN groups by H 2 O groups in the hydrated chromium ion Cr (H 2 O) 6 , which is located in the chromium perchlorate solution. Finally, the pH of the solution is adjusted to 2.5.
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, Die Konzentration der verschiedenen Bestandteile dieser Galvani- ; sierlösung war wie folgt:, The concentration of the various constituents of this electroplating ; Solution was as follows:
i Cr(III) 0,1 Mi Cr (III) 0.1M
I NCS 0,2 MI NCS 0.2 M.
H2BO3 50 gm/1H 2 BO 3 50 gm / 1
Na 2 MNa 2 M
ClO4 0,5 MClO 4 0.5 M.
Ein Galvanisierverfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung ■ der gemäß Beispiel 1 hergestellten Lösung wurde wie folgt durchgeführt:An electroplating process according to the invention using the solution prepared according to Example 1 was as follows carried out:
Die Galvanisierlösung wurde in eine Galvanisierzelle mit einer platinisierten Titananode und einer Messingkathode mit einer flachen Oberfläche eingegeben. Die Anode wurde von der eigentlichen Galvanisierlösung durch eine kathionisch selektive Ionen- Austauschermembran isoliert und wurde von einem Anolyten aus Natriumperchlorat mit einer Konzentration von 0,5 Molar umgegeben. Der pH-Wert des Anolyten war 2.The plating solution was in a plating cell with a platinized titanium anode and a brass cathode with a flat surface. The anode was from the actual Electroplating solution isolated by a cationically selective ion exchange membrane and was from a Sodium perchlorate anolytes with a concentration of 0.5 Surrounded by the molar. The pH of the anolyte was 2.
2 Ein Galvanisierstrom mit einer Stromdichte von 25 mA/cm wurde für eine Dauer von 15 min von Anode nach Kathode durch die Lösung geschickt. Dieser Strom wurde über die angegebene Zeit konstant gehalten. Die Temperatur der Lösung betrug 20 C. Insgesamt wurden 0,021 g Chrom niedergeschlagen.2 An electroplating current with a current density of 25 mA / cm was made for a period of 15 min from anode to cathode through the Solution sent. This current was kept constant over the specified time. The temperature of the solution was 20 C. A total of 0.021 g of chromium was precipitated.
Der niedergeschlagene Chromüberzug erschien für das Auge blank und zeigte bei einer Prüfung unter einem Mikroskop keine Risse. Die gemessene Härte betrug 700 VICKERSHÄRTE. Die Korrosionsbeständigkeit in einer Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und hohem Gehalt an Schwefeldioxid war ausgezeichnet.The deposited chrome coating appeared bright to the eye and showed no cracks when examined under a microscope. The measured hardness was 700 VICKERS HARDNESS. The corrosion resistance in a high humidity, high sulfur dioxide atmosphere was excellent.
Eine Legierung aus Kobalt und Chrom wurde in einer der im Beispiel I verwendeten Zelle ähnlichen Zelle auf einer Kupfer-An alloy of cobalt and chromium was used in one of the examples I used cell-like cell on a copper
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kathode niedergeschlagen. Die Galvanisierlösung hatte die folgende Zusammensetzung:cathode down. The plating solution was as follows Composition:
Die Galvanisierung wurde mit einem konstanten Strom mit einer
Stromdichte von 150 mA/cm für 2 min durchgeführt. Die Temperatur
der Lösung betrug während des Galvanisierens 20 0C. Insgesamt
wurden 3 mg einer Kobaltchromlegierung niedergeschlagen.
Die Zusammensetzung der Legierung war 20(At) % Kobalt, Diese , j Legierung ist magnetj sch und die Koerzitivkraft wurde zu 30 Oe !
gemessen. Die elektrochemisch gemessene Korrosionsbeständigkeit
war ausgezeichnet. jThe electroplating was carried out with a constant current with a
Current density of 150 mA / cm was carried out for 2 min. The temperature of the solution was 20 ° C. during electroplating. A total of 3 mg of a cobalt chromium alloy were deposited.
The composition of the alloy was 20 (At)% cobalt. This, j alloy is magnetic, and the coercive force became 30 Oe ! measured. The electrochemically measured corrosion resistance
was excellent. j
i Beispiel III ji Example III j
Eine Legierung aus Nickel und Chrom wurde auf eine Kathode in i einer Zelle aufgalvanisiert, die ähnlich aufgebaut war wie die |
im Beispiel 1 verwendete Zelle. Die Galvanisierlösung hatte die
folgende Zusammensetzung:An alloy of nickel and chromium was electroplated onto a cathode in a cell, which was constructed similarly to the | cell used in example 1. The electroplating solution had the
the following composition:
NiSO4. 6H2O 0,25 M "jNiSO 4 . 6H 2 O 0.25 M "j
Cr(III) 0,1 M jCr (III) 0.1 M j
NCS 0,2 M !NCS 0.2 M!
H3BO3 50 g/lH 3 BO 3 50 g / l
Na 2 MNa 2 M
ClO4 0,5 M JClO 4 0.5 MJ
Das Galvanisieren wurde bei konstantem Strom und einer Strom- : The electroplating was carried out at constant current and a current :
2
dichte von 150 mA/cm durchgeführt. Die Lösungstemperatur2
density of 150 mA / cm. The solution temperature
während des Galvanisierens betrug 20 0C. Der Strom wurde für | 2 min durch die Lösung geleitet. Der Niederschlag war raagne- :during electroplating was 20 ° C. The current was for | 2 min passed through the solution. The rainfall was raagne-:
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tisch, so daß man daraus schließen konnte» daS eine Nickel-Chroialegierung niedergeschlagen worden war» Jn diesem Beispiel wurden die magnetischen Eigenschaften nicht gemessen.table, so that one could conclude from this that it was a nickel-chromium alloy had been knocked down "In this example the magnetic properties were not measured.
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