DE2705158C2

DE2705158C2 - Verfahren zum Teilgalvanisieren

Info

Publication number: DE2705158C2
Application number: DE2705158A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. Dettke; Wolfgang Dr.-Ing. 1000 Berlin Weishaupt
Original assignee: Schering AG
Current assignee: Bayer Pharma AG
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1977-02-04
Publication date: 1986-02-27
Also published as: FR2384865B1; CH635871A5; JPS5397936A; US4140590A; JPS585274B2; DE2705158A1; FR2384865A1; GB1599832A; NL7800686A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Teilgalvanisieren von leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Elektrolytlösungen, insbesondere zur Erzeugung von funktionsgerechten Schichtdickenverteilungen.

Verfahren zum Teilgalvanisieren sind bereits bekannt. Diese bekannten Verfahren gehen auf zwei grundsätzliche Prinzipien zurück. So werden die zu galvanisierenden Teile einerseits unter Vermeidung von Badbehältern nur an den gewünschten Stellen mit dem Elektrolyten in Berührung gebracht, was zum Beispiel durch Verwendung von Rollen (DE-PS 1 86 654), Rädern (DE-PS 23 24 834) und offenen Hohlkörpern (DE-PS 18 07 481) erreicht wird. Nach einem anderen Verfahrensprinzip verwendet man die konventionellen Behälter, beeinflußt die Metallionen-Zufuhr und elektrische Feldverteilung an den zu behandelnden Oberflächen jedoch durch Zwischenschaltung von zum Beispiel Blenden (DE-PS 22 63 642), Abdeckungsvorrichtungen (DE-PS 23 62 489), auf Rollen laufenden elektrisch-isolierten Bändern (DE-PS 20 09 118), Körben (DE-PS 22 30 891) oder Lackschichten (DE-PS 22 53 196).

Diese bekannten Verfahren haben aber den Nachteil, daß mit ihnen nur die Abscheidung von nahezu gleichmäßigen Schichtdicken möglich ist. Zur Verbesserung der Funktionseigenschaften von technischen Oberflächen, beispielsweise von Steck- oder Schaltkontakten, ist jedoch nur im Kontaktbereich eine dicke Schicht erwünscht und notwendig, während für die restliche Oberfläche eine dünnere Schicht als Korrosionsschutz genügt. Der Überzug zwischen den verschiedenen Schichtdicken soll dabei gleichmäßig sein und bei Steck- und Schaltkontakten im Kontaktbereich beispielsweise eine linsenförmige Verteilung zeigen.

Weitere Nachteile der bekannten Verfahren bestehen auch darin, daß sie entweder eine meist nur ungenügende Metallionenzufuhr ermöglichen, was zu einer mangelhaften Metallbeschichtung führt, oder aber material-, kosten- und zeitaufwendig sind, da die erforderlichen Abdeckungen erst angebracht und dann wieder entfernt und Masken nach einiger Zeit aufgrund von Abnutzungserscheinungen erneuert werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zum Teilgalvanisieren von

bo leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Elektrolytlösungen, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht besitzt und insbesondere die Erzeugung von funktionsgerechten Schichtdickenverteilungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrolytlösung in Form eines Haft- oder Wandstrahls an definierter Stelle auf die zu galvanisierende Oberflä-

h5 ehe aufgebracht und mit Hilfe einer Saugvorrichtung an ebenfalls definierter Stelle wieder entfernt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin, daß

a) die Elektrolytlösung aus einer Düse auf die zu behandelnde Oberfläche strömt und durch eine oder mehrere Fangdüsen die abströmende Elektrolytlösung abgesaugt wird.

b) die Düse oder ein Teil der Düse oder der Elektrolytzuführung als Anode und die zu galvanisierende Oberfläche als Kathode geschaltet sind,

c) die Fangdüse oder ein Teil der Fangdüse oder der Elektrolytabführung als Hilfsanode geschahei ist, :.

d) die Fangdüsen an der zu galvanisierenden Oberfläche anliegsn.

e) der Haft- oder Wandstrahl durcn eine durch die Fangdüse erzeugte Luftströmung an definierter Stelle von der zu behandelnden Oberfläche abgelöst wird und

f) bei eng beieinander liegenden Oberflächen für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet werden, wobei die Haft- oder Sandstrahlen gegebenenfalls ineinander übergehen.

Unter leitenden Oberflächen sollen hierfür Oberflächen verstanden werden, die bevorzugt elektronenleitend aber auch ionenleitend sind, zum Beispiel Metalle. Metalloxide und/oder Metallsulfide.

Unter leitend gemachten Oberflächen sind andererseits Oberflächen zu verstehen, die durch dünne metallische, metalloxidische und/oder metallsulfidische Schichten leitend gemacht worden sind. ι -,

Der Elektrolytstrahl wird bei dem erfindungsgemäßen Verführen vorzugsweise zwischen einer Düse 1 und einer Fangdüse 2 als Senke aufgebaut (Fig. 1). Wird dieser Strahl tangential an die zu behandelnde Oberfläche herangeführt, so liegt der Elektrolytstrahl durch den Coanda-Effekt als Haft- oder Wandstrahl an der Oberfläche an (F i g. 2). Gleichzeitig wird das Werkstück 3 als Kathode und Düse 1 als Anode geschaltet. Zur Verbesserung der elektrischen Stromlinienverteilung kann die Fangdüse auch als Hilfsanode geschaltet werden. :o

Die Ablösung des Elektrolytstrahls von der zu behandelnden Oberfläche richtet sich nach der Form des Werkstückes und der Anordnung Fangdüse/Düsen. Sie kann zum Beispiel durch eine an der Oberfläche anliegende Fangdüse oder durch eine durch die Fangdüse erzeugte Luftströmung erfolgen.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Teilgalvanisieren von eng beieinander liegenden Oberflächen. Hierbei können für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet :i werden, wobei die einzelnen Haft- oder Wandstrahlen auch ineinander übergehen können.

In Fig. 3 ist als Beispiel die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Behandlung von zwei gegenüberliegenden Kontaktflächen einer gabelförmigen Kontaktfeder dargestellt. Der Elektrolytstrahl berührt hierbei die Kontaktfeder an den gleichen Stellen, die spater auch vom Kontaktstift besonders beansprucht werden. Dies gilt nicht nur für den statischen Kontaktbercich. sondern auch für die Flachen, die jo beim Steck- bzw. Trennvorgang durch Reibung besonders beansprucht werden.

Die Auswertung von Schichtdickenmessungen an in der beschriebenen Weise behandelten Konmktfedern ergab, daß an den Stellen, die elektrisch und mechanisch am stärksten beansprucht werden, auch das Maximum der Schichtstärke lag und der Übergang zu den nicht galvanisierten Flächen gleichförmig erfolgte.

Die Schichtdickenverteilung auf der behandelten Oberfläche ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren j3 abhängig vom Strömungsprofil des Elektrolyten an der Oberfläche. Dieses Strömungsprofil hängt hauptsächlich ab von der Form der benutzten Düsen und kann durch Verwendung von Düsen mit unterschiedlichen Querschnitten in gewünschter Weise verändert werden. Wird durch die Fangdüse auch Luft aus der Umgebung abgesaugt, kann der Elektrolytstrahl zusätzlich geformt werden.

Eine weitere Beeinflussung des Strömungsprofils kann dadurch erreicht werden, daß die Düsen und/oder die -w zu galvanisierenden Oberflächen Bewegungen zueinander ausführen.

Die Schichtdickenverteilung läßt sich darüber hinaus auch noch beeinflussen durch Veränderung des Elektrolytangebots an der zu behandelnden Fläche, beispielsweise durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolytstrahls und/oder durch eine Änderung der elektrischen Stromdichte.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können an sich bekannte Elcktrolytlösungen vcrwen- ^ > det werden.

Gewünschtenfalls kann die Schichtenfolge durch Verwendung von Elektrolytlösungen unterschiedlicher Zusammensetzung in kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Wechsel variiert werden.

Darüber hinaus können auch gleichzeitig mehrere Flächen, insbesondere an einem Werkstück, verschiedenartig behandelt werden, wenn mehr als ein Haft- oder Wandstrahl erfindungsgemäß benutzt wird. -,o

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise dann angewendet werden, wenn wertvolle Metalle eingespart werden sollen oder wenn wegen der Funktion der Beschichtung eine bestimmte Form gewünscht wird. So kann dieses Verfahren beispielsweise in der Elektrotechnik zur selektiven, funktionsgerechten Edclmctallbeschichtung von Kontaktfedern im Bereich der Kontaktflächen Verwendung finden. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß es auch bei solchen Fertigteilen anwendbar ist, bei denen mit den bisher v, bekannten Verfahren eine selektive Beschichtung nicht oder nur unbefriedigend möglich ist.

Die Metallionen-Zufuhr an die zu galvanisierenden Oberflächen ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal und überraschenderweise gleich oder sogar größer als bei Elektrolyten, die in Badbchältcrn betrieben werden. Da das Verfahren ohne Installation irgendwelcher Abdeckungen arbeitet, kann es material-, kosten- und zeitsparend durchgeführt werden. _bo

Ein weiterer Vorteil besteht außerdem darin, kathodische Stromdichten anzuwenden, die um den Faktor 10 bis 100 höher liegen als bei den konventionellen Galvanisiercinrichtungen. wodurch sich eine außerordentliche Steigerung der Abscheidungsgcschwindigkeit ergibt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, ir technisch einfachster Weise und in einer bisher nicht erreichten Qualität ausgewählte Oberflächenbezirke gezielt zu behandeln und mit einer funktionsgeiech- hi ten Metallbeschichtung zu versehen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1 Vergoldung von Kontakten

Das Grundmaterial der Kontakte ist in fast allen Fällen eine Legierung mit dem Hauptbestandteil Kupfer. Aus den bekannten Diffusionsmechariismen Kupfer-Gold muß für einen auf Dauer funktionsfähigen Kontakt eine ausreichend starke Nickel-Diffusions-Barricre aufgebaut werden.

Die crfindungsgeinäße Vorrichtung ermöglicht es, die Abscheidung beider Schichten und die Vorvergoldung ohne die Erfordernis eines Transportweges durchzuführen. ίο Die Zusammensetzung eines Elektrolyten und dessen Arbeitsbedingungen sind zum Beispiel wie folgt:

Nickelsulfat NiSO₄ · 6 H₂O 300 g/Liter

Nickelchlorid NiCI₂ ■ 6 H₃O 45 g/Liter

Borsäure HjBOj 40 g/Liter

υ Natriumlaurylsulfoaeetat 2 g/Liter

pH-Wert 4,0

Temperatur 65°C

Kathodische Stromdichte 20 bis 50 A/dm² Expositionszeit für 1 tun beträgt 10 Sekunden

Die abgeschiedenen Nickelschichten sind seidenmatt. Ihre Struktur ist säulenförmig. Die Vickershärte der Überzüge beträgt 200 ± 20 kp/mm².

Nach einer erfolgten Spülung werden die Kontakte vorvergoldet, wodurch sich eine extrem gute Haftfestigkeit ergibt.

>5 Die Zusammensetzung und die Arbeitsbedingungen derartiger Vorvergoldungselektrolyte sind zum Beispiel wie folgt:

a) Gold als K Au (CN)₂ 0,5 g/Liter Natriumeitrat 60 g/Liter

jo Tetraaethylenpentamin 10 g/Liter

Kobalt als Komplex mit dem Dikaliumsalz der

Äthylendiamintetraessigsäure 1 g/Liter

pH-Wert 3,8

Temperatur 20 bis 25° C

j5 Stromdichte 5 bis 10 A/dm²

Expositionszeit 10 Sekunden

b) GoWaIsKAu(CN)₂ 8,0 g/Liter Ammoniumsulfat (NH₄)ISO₄ 30,0 g/Liter

Borsäure H₃BO₃ 60,0 g/Liter

Äthylenglykoi HO-CH₂-CH₂-OH 60,0 g/Liter

Cadmiumsulfat CdSO₄ · ⁶Zj H₂O 3,5 g/Liter

Äthylendiamintetraessigsäure-Dikaliumsalz 4,0 g/Liter

Formaldehyd CH₂O 10,0 g/Liter

Hydrazinsulfat N₂H₄ ■ H₂SO₄ 30,0 g/Lit er

Natriumarsenit Na₃AsO₃ 6,5 g/Liter

pH-Wert 8,0

Temperatur 60°C

Stromdichte 30 bis 60 A/dm² Expositionszeit für 1 um beträgt 2 Sekunden

Die Überzüge sind etwa 23.8karäiig. Die aus dem Elektrolyten abgeschiedenen Überzüge sind hochgläp.zend und anlaufbeständig. Die Schichtdickenverteilung auf dem Kontakt nimmt nach oben hin sehr stark ab. Auf den Flanken des Kontaktes, die nicht als Kontaktflächen dienen, befinden sich bei Verwendung von Düsen mit 1,0 mm Durchmesser V₅ der Schichtstärke.

c) GoWaIsKAu(CN)₂ 12 g/Liter

Kaliumdihydrogencitrat 150 g/Liter

Kobalt als Chelatkomplex 1,5 g/Liter

Vt Netzmittel 2,0 g/Liter

pH-Wert 4,0

Temperatur 35°C

Stromdichte 20 bis 100 A/dm² Expositionszeit für 1 .um beträgt 1 bis 10 Sekunden

Die Überzüge haben sehr gute elektrische Eigenschaften und zeichnen sich durch den Einbau von 0,3 bis 0,5% Co durch eine hervorragende Abriebsfestigkeit aus. Die Schichtdickenverteilung ist gleich gut wie im vorhergehenden BeisDiel.

Beispiel 2

Versilberung von Kontakten
Anstelle der Vergoldung kann auch eine Versilberung der Kontakte wie folgt durchgeführt werden:

Silber als Silberthiosulfai Na₁ Ag(S₂Oj)₂	25 g/Liter
Nalriumlhiosulfal Na₂S₂O₁ · 5 H₂O	120 g/Liter
Borax Na₂B₄O₇ · 10 H₂O	IO g/Liter
Polyäthylenimin MG 500- 1000	0,2 g/Liter
Natriumsulfit Na^SOj	20 g/Liter
pH-Wert	8,8
Temperatur	28° C
Stromdichte	30 bis 40 A/dm²
Abscheidungsgeschwindigkcit 1 μηι in 1,5 bis 2 Sekunden
Silber als Kaliumsilbercyanid K Ag(CN)₂	30 g/Liter
Kaliumcyanid KCN	120 g/Liter
Antimontrichlorid als Triäthanolaminkomplex	5 g/Liter
Netzmittel	0,8 g/Liter
pH-Wert	>12
Temperatur	25° C
Stromdichte	10 bis 30 A/dm²

Abscheidungsgeschwindigkeit 1 μιτι in 5 Sekunden

Da die Abriebbeständigkeit der Hartsilberüberzüge geringer ist als die der Vergoldungen, ist es nötig, die
Kontakte auf Aufgleitzonen der Steckverbinder möglichst gleichmäßig zu versilbern. Das wird erreicht durch
einen möglichst großen Düsendurchmesser.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Teilgalvanisieren von leitenden oder leitend gemachten Oberflächen durch Abscheidung von Metallen oder Metallegierungen aus Etektrolyflösungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung in Form eines Haft- oder Wandstrahls an definierter Stelle auf die zu galvanisierende

Oberfläche aufgebracht und riiit Hilfe einer Saugvorrichtung an ebenfalls definierter Stelle wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung aus einer Düse auf die zu behandelnde Oberfläche strömt und durch eine oder mehrere Fangdüsen die abströmende Elektrolytlösung

ίο abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangdüse oder ein Teil der Fangdüse oder der Elektrolytabführung als Hilfsanode geschaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangdüsen an der zu galvanisierenden Oberfläche anliegen.

is

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haft- oder Wandstrahl durch eine durch

die Fangdüse erzeugte Luftströmung an definierter Stelle von der zu behandelnden Oberfläche abgelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei eng beieinander liegenden Oberflächen für mehrere Oberflächen gemeinsame Düsen und/oder Fangdüsen verwendet werden, wobei die Haft- oder Wandstrahlen gegebenenfalls ineinander übergehen.

7. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen mit unterschiedlichen Querschnitten benutzt werden.

8. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen und/oder die zu galvanisierenden Oberflächen Bewegungen zueinander ausführen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolytangebot an der zu galvanisierenden Oberfläche durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit verändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der elektrischen Stromdichte erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrolytlösungen unterschiedlicher Zusammensetzung in kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Wechsel verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Oberflächen, insbesondere an einem Werkstück, auch verschiedenartig behandelt werden.