DE2819537A1

DE2819537A1 - Elektrolyt fuer die elektrolytische abscheidung einer goldlegierung

Info

Publication number: DE2819537A1
Application number: DE19782819537
Authority: DE
Inventors: Paul Cedric Hydes; Harry Middleton
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1978-11-09
Also published as: NL7804728A; CH612217A5; IT1109483B; US4199416A; IT7822998A0; FR2389690A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten für die elektrolytische Abscheidung einer Goldlegierung, bestehend aus einer wäßrigen, eine Goldverbindung enthaltenden Lösung. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Goldlegierungssalz für die elektrolytische Abscheidung einer Goldlegierung auf einem Träger.

Die hier gebrauchten Ausdrücke "elektrolytische Abscheidung" und "Elektroabscheidung" beziehen sich auf entweder eine Elektroplattierung, d.h. ein Verfahren, bei dem ein relativ dünner Film eines Metalles auf einem Träger elektrolytisch abgeschieden wird, sowie auf das sogenannte Elektroformungsverfahren, bei dem ein etwas dickerer Metallfilm auf elektrolytischem Wege auf einem Substrat abgeschieden wird, das später entfernt wird, unter Erzeugung eines selbsttragenden oder vertieften oder ausgehöhlten Metallkörpers oder beiden, je nachdem, wie es der Einzelfall erfordert.

Um bestimmte Effekte mittels einer Gold-Elektroplattierung, beispielsweise auf Substraten, wie Schmuckstücken oder auf metallischen Brillengestellen, zu erreichen, ist es üblich, auf dem Substratmaterial eine Schicht aus praktisch reinem Gold zu elektroplattieren, worauf man eine sehr dünne, sogenannte "Blitzschicht" oder "Übergoldung" oder einen "Goldanstrich" aufbringt, beispielsweise aus einer Legierung, die zu 50% aus Gold und zu 5Oi aus Kupfer oder Nickel besteht. Die auf diese Weise erzeugte "Blitzschicht" ist durchsichtig, so daß in Kombination mit der praktisch reinen Goldschicht der erwünschte dekorative Effekt erzielt wird.

Die speziellen Legierungsmetalle der Blitzschicht sowie ihre entsprechenden Verhältnisse werden dabei je nachjdem im Einzelfalle erwünschten dekorativen Effekt ausgewählt. Die Blitzschicht dient dabei des weiteren auch dem Schutz der relativ weichen Goldschicht.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß die Blitzschicht, um durchsichtig zu sein, sehr dünn sein muß, weshalb sie extrem

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leicht durch Abrieb verletzbar ist, und zwar sogar unter milden Abriebbedingungen, was zu einem Verlust oder einer Veränderung des dekorativen Effektes, mindestens in bestimmten Bezirken, führt. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Blitzschicht bisher stets, ausgehend von Cyanid enthaltenden Elektrolyten hergestellt wurde. Derartige Elektrolyte sind bekanntlich giftig und müssen unter Einhaltung besonderer Vorsichtsmaßnahmen gehandhabt werden. Hinzu kommt, daß sie schwer aufzuarbeiten sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Arbeitsweise besteht darin, daß die Elektroplattierung der praktisch reinen Goldschicht langsam verläuft.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß diese geschilderten Nachteile sowie andere Nachteile vermieden werden können, wenn man auf ein Substrat auf elektrolytischem Wege eine Schicht einer Goldlegierung abscheidet. Es wurde gefunden, daß sich unter Verwendung des im folgenden näher beschriebenen Elektrolyten eine vergleichsweise dicke Schicht schnell abscheiden läßt, und zwar ohne daß es erforderlich ist, noch eine Blitzschicht des beschriebenen Typs zu erzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrolyt für die elektrolytische Abscheidung einer Goldlegierung, bestehend aus einer wäßrigen Lösung, die einen Nitosulphito-Goldkomplex sowie ferner ein oder mehrere der im folgenden aufgeführten Metalle: Kupfer, Nickel, Zink, Kobalt, Silber, Cadmium, Blei, Quecksilber, Arsen, Zinn, Selen, Tellur, Mangan, Indium, Antimon, Eisen, Wismut und/oder Thallium und/oder ein oder mehrere Metalle der Platingruppe enthält, und zwar in Form einer Verbindung oder eines Komplexes.

Unter Metallen der Platingruppe sind dabei gemeint: Platin, Rhodium, Ruthenium, Indium, Palladium sowie Osmium.

Der Nitrosulphito-Goldkomplex kann dabei nach einer der Methoden hergestellt werden, die in der britischen Patentanmeldung 14808/75

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beschrieben werden. Wie in dieser Patentanmeldung im einzelnen beschrieben wird, ist der Nitrosulphito-Goldkomplex gewöhnlich mit dem Nitrit assoziiert, das zur Herstellung des Komplexes verwendet wird. So ist beispielsweise der Goldkomplex, der unter Verwendung von Natriumnitrit erzeugt wird, gewöhnlich mit einer äquimolaren Menge von Natriumnitrit assoziiert. Für die Verwendung in einem elektrolytischen Abscheidungsbade ist es nicht erforderlich, den Komplex von dem zur Herstellung des Komplexes verwendeten Nitrit zu trennen. Die Mischung aus Komplex und Nitrit wird der Einfachheit halber als 'Goldsalz" bezeichnet.

Die MetallVerbindung oder der Metallkomplex, der mit dem Goldkomplex im Elektrolyten nach der Erfindung vermischt wird, kann dem für die elektrolytische Abscheidung verwendeten Bade selbst zugegeben werden oder aber dem Goldkomplex oder Goldsalz, bevor das zur Verwendung benötigte Bad bereitet wird. Unter/feinem "Plattierungsbad" ist hier das gesamte elektrolytische Abscheidungssystem zu verstehen, d. h. das System einschließlich Tank, Elektrolyt, Rührvorrichtung, falls vorhanden, elektrische Verbindungen und dergl.

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren ein Goldlegierungssalz mit oder aus einem Nitrosulphito-Goldkomplex und einem oder mehreren der Metalle: Kupfer, Nickel, Zink, Kobalt, Silber, Cadmium, Blei, Quecksilber, Arsen, Zinn, Selen, Tellur, Mangan, Magnesium, Indium, Antimon, Eisen, Wismut, Thallium und einem oder mehreren der Metalle der Platingruppe, und zwar in Form einer Verbindung oder eines Komplexes.

Ein Bad, das unter Verwendung eines für die Abscheidung einer Goldlegierung geeigneten Elektrolyten oder unter Verwendung eines Salzes nach der Erfindung bereitet worden ist, ist von Cyaniden vollständig frei. Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß

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das Legierungsmetall mit Gold entweder als Verbindung zugesetzt werden kann, beispielsweise in Form eines Nicht-Cyanidsalzes, als ein Komplexanion oder in Form eines geeigneten Komplexes. Ein Beispiel für ein geeignetes Salzanion ist das Sulfitanion und Beispiele für geeignete Komplexbildner sind die Äthylendiamintetraessigsäure (EDTA) und Sulfite. Beispiele für andere geeignete Salzanionen sind das Nitrit- und Acetatanion.

Bevorzugt verwendete Legierungsmetalle sind Kupfer, Cadmium, Silber, Palladium, Kobalt, Nickel, Arsen, Zinn, Zink und Indium. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung der Metalle Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Arsen, Palladium und Cadmium erwiesen.

Die im Einzelfalle günstigsten relativen Mengen von Gold und Legierungsmetall richten sich nach den erwünschten Eigenschaften der elektrolytischen Abscheidung, beispielsweise nach der Farbe, der Porösität, dem Korrosionswiderstand und der Härte. Es wurde gefunden, daß in vielen Fällen das Gewichtsverhältnis von Legierungsmetall zu Gold nicht über 1:10 zu liegen braucht. Liegt beispielsweise die Konzentration an Gold im Elektrolyten bei 10 g/Liter, kann die Konzentration an Legierungsmetall beispielsweise bei weniger als 1,0 g/Liter liegen.

In manchen Fällen jedoch kann es zweckmäßig oder vorteilhaft sein, wenn das Verhältnis von Legierungsmetall zu Gold über oder wesentlich über 1:10 liegt, beispielsweise bei bis zu etwa 1:1. Für die direkte Elektroabscheidung von 9-karätigem Gold beispielsweise wurde gefunden, daß ein Elektrolyt mit 50 Gew.-I Gold und 50 Gew.-I Legierungsmetall oder Legierungsmetallen, vorzugsweise Kupfer, Silber oder Cadmium, vorteilhaft sein kann. Für die direkte Elektroabscheidung von 18-karätigem Gold kann des weiteren beispielsweise ein Elektrolyt mit 66 Gew.-* Gold und 33 Gew.-) eines Legierungsmetalles oder von Legierungsmetallen zweckmäßig oder vorteilhaft sein. Die angegebenen Prozentsätze jedoch sind variabel für einen gegebenen Karat-Wert

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und die absolute Konzentration von Legierungsmetall hat offensichtlich eine größere Bedeutung als die Menge bezüglich zum Gold.

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer Goldlegierung auf einem Substrat unter Verwendung eines Elektrolyten der angegebenen Zusammensetzung oder unter eines Goldlegierungssalzes des angegebenen Typs.

Die im Einzelfalle günstigsten Bedingungen der elektrolytischen Abscheidung hängen von der Natur und den relativen Konzentrationen des zugesetzten Legierungsmetalles ab, der Dicke des erforderlichen Niederschlages und dergl. Die Zusammensetzung des erzeugten Niederschlages, ausgedrückt in relativen Verhältnissen der Legierungsbestandteile, reflektiert nicht notwendigerweise direkt die Zusammensetzung des Elektrolyten wieder. So wurde beispielsweise gefunden, daß ein Elektrolyt mit 10 g Gold pro Liter (10 g.1 ) und 5 g Kupfer pro Liter (5 g.1~ ) zu einer Abscheidung führen kann, die zu 81 % aus Gold und zu 18 % aus Kupfer besteht, wohingegen ein ähnlicher Elektrolyt mit 5 g Kobalt pro Liter (5 g.1" ) anstatt Kupfer unter entsprechenden Bedingungen zu einem Niederschlag führt, der zu ungefähr 99,8% aus Gold und zu weniger als 0,11 aus Kobalt besteht.

Die Variablen der elektrolytischen Abscheidung sollen im folgenden diskutiert werden:

a) Bewegung. Diese läßt sich beispielsweise erreichen durch das Rühren der Lösung, eine Bewegung der Kathode oder durch beides. Was für eine Methode auch immer verwendet wird, um eine dichte oder übereinstimmende Niederschlagsfarbe, ausgehend von einem bestimmten Elektrolyten, zu erhalten, sollte die Art und Stärke der Bewegung im wesentlichen konstant gehalten werden.

Andere Möglichkeiten einer Bewegung bestehen darin, ein Gas durch den Elektrolyten zu führen oder in einer Ultraschall-

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Einwirkung.

b) pH-Wert. Der im Einzelfalle optimale pH-Wert eines bestimmten Elektrolyten hängt von der Natur des Legierungsmetalles ab. Arsen, Kupfer und Cadmium beispielsweise liefern Niederschläge eines stabilen Farbtones bei hohen pH-Werten (d. h. pH-Werten von größer als 11,0), wohingegen andere Legierungsmetalle in vorteilhafterer Weise bei niedrigeren pH-Werten eingesetzt werden. Es wurde gefunden, daß, um vorteilhafte Ergebnisse bei vergleichsweise niedrigen pH-Werten zu erzielen, es zweckmäßig oder vorteilhaft sein kann, zusätzliche Additive, wie beispielsweise Polydentat-Amine, zuzusetzen.

c) Stromdichte. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen der Effekt einer erhöhten Stromdichte auf das Aussehen des Niederschlages, sofern vorhanden, von der Art der Bewegung abhängt und zu einer Erhöhung oder Verstärkung einer Streifenbildung (streaking) führen kann, zu einer Kantenverbrennung (edge burning) sowie zu einem Ausblühen, daß jedoch andererseits eine bessere Steuerung des Farbtones und der Zusammensetzung des Niederschlages erreicht werden kann.

d) Temperatur. Die für die elektrolytische Abscheidung verwendeten Bäder mit erfindungsgemäßen Elektrolyten arbeiten zufriedenstellend bei Rauntemperatur, obgleich gegebenenfalls auch bei höheren Temperaturen gearbeitet werden kann, beispielsweise bei bis zu 50⁰C, z. B. bei Verwendung bestimmter Legierungsmetalle, wie beispielsweise Palladium, bei Konzentrationen von über 1 g pro Liter (1 g.1 ) in einem Elektrolyten mit 10 g pro Liter Gold (10 g.T¹).

Es wurde gefunden, daß, insbesondere bei der elektrolytischen Abscheidung von niederkarätigen Goldlegierungen, die elektrolytische Abscheidung nicht aus einer richtigen Legierung besteht, sondern in der Praxis aus Legierungsteilchen, im Gee£*ch

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mit Teilchen der einzelnen Legierungselemente unter Erzeugung von Zonen innerhalb des Niederschlages und von verschiedener Zusammensetzung. Unter diesen Umständen kann es erforderlich sein, die Abscheidung durch eine Wärmebehandlung zu homogenisieren, wodurch die Bildung einer richtigen Legierung gefördert wird. Eine derartige Wärmebehandlung kann je nach der Zusammensetzung des Elektrolyten, der Dicke der abgeschiedenen Schicht und dergl. in vorteilhafter Weise bei Temperaturen von 300 bis 400⁰C unter einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, beispielsweise einer zu 901 aus N~ und 10% aus H- bestehenden Atmosphäre, wobei die Behandlungsdauer verschieden sein kann und einige wenige Minuten bis mehrere Stunden betragen kann.

Herstellung von Elektrolyten. Erfindungsgemäße Elektrolyte lassen sich beispielsweise herstellen durch Lösen einer ausreichenden Menge eines Nitrosulphito-Goldsalzes in Wasser unter Erzeugung einer Lösung mit der erforderlichen Konzentration des Metalles, vorzugsweise mit 0,1 - 50 g/Liter Au, insbesondere 2-30 g/Liter Au. Des weiteren können beispielsweise Natriumnitrit und/oder andere verträgliche Alkalimetallsalze zugesetzt werden. Des weiteren kann Natriumhydroxyd oder eine andere alkalische Verbindung zugesetzt werden, um den pH-Wert auf den erforderlichen Wert zu bringen, je nach der Natur des Legierungsmetalles. Auch kann beispielsweise Äthylendiamintetraessigsäure zugesetzt werden, um den pH-Wert zu vermindern. Da der pH-Wert während der Abscheidung abnimmt, wird dem Elektrolyten in vorteilhafter Weise eine Puffersubstanz zugesetzt, beispielsweise Na₂B₄O₇ (Borax), Na₂HPO. oder NaHCO₃, vorzugsweise jedoch Na₂B-O₇, sofern in einem pH-Wertsbereich von 9 bis 11 gearbeitet wird, oder beispielsweise Natriumacetat (CH₃COONa), wenn unter praktisch neutralen Bedingungen oder annähernd neutralen Bedingungen gearbeitet wird. Die Pufferkonzentration liegt dabei in vorteilhafter Weise in der Größenordnung von 10 g pro Liter. Des weiteren wird ein Salz, Komplex oder eine Verbindung mit einem komplexen Anion des Legierungsmetalles in einer Menge zugesetzt, die ausreicht, um die erforderliche Konzentration zu erzielen.

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Das Salz, der Komplex oder die Verbindung kann dem Elektrolyten direkt oder in Form einer Lösung zugesetzt werden. Gegebenenfalls kann danach eine pH-Wert-Neueinstellung erfolgen.

Eine Alternative und besonders vorteilhafte Methode der Herstellung eines Elektrolyten nach der Erfindung besteht darin, ein Goldlegierungssalz des angegebenen Typs in Wasser zu lösen und dann in der beschriebenen Weise weiter zu arbeiten. Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß die pH-Werts-Einstellung erfolgen kann, nachdem sämtliche für die elektrolytische Abscheidung erforderlichen Komponenten zugesetzt sind, so daß eine weitere Einstellung unnötig wird.

Die Abscheidung von Goldlegierungen aus diesen Lösungen läßt sich verbessern durch Zusatz von sogenannten Chelat-Bildnern, wie beispielsweise Äthylendiamintetraessigsäure. Letztere läßt sich beispielsweise in Form des Natriumsalzes oder eines anderen Salzes verwenden.

Um klare, helle oder leuchtende Abscheidungen einer Goldlegierung zu erzielen, kann der Zusatz eines Aufhellmittels (brightener) zweckmäßig oder vorteilhaft sein. Besonders vorteilhafte Aufhellmittel sind solche mit Arsen, Antimon oder Selen. Geeignete Aufhellmittel dieses Typs sind bekannt. Ein besonders vorteilhaftes Aufhellmittel oder Abklärer läßt sich beispielsweise durch Umsetzung von As₂O, mit Äthylendiamintetraessigsäure herstellen. Arsen läßt sich beispielsweise dem Elektrolyten zusetzen oder dem Elektroabscheidungssalz. Andererseits kann es jedoch auch separat zugesetzt werden.

In manchen Fällen, insbesondere im Falle von Elektroformverfahren, bei denen das Legierungsmetall in einer relativen Konzentration zu Gold von etwa 0,03:1 oder darüber vorliegt, kann es vorteilhaft sein, dem Elektrolyten eine eine Spannung aufhebende Verbindung (stress relieving agent) zuzusetzen. Beispiele für der-

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artige Verbindungen sind hochsiedende organische Verbindungen, wie beispielsweise Türkisch-Rotöl. Zur Verminderung des Auftretens einer Spannung in der elektrolytischen Abscheidung oder der erzeugten Schicht kann alternativ oder zusätzlich die Methode der elektrolytischen Impulsabscheidung angewandt werden.

Die erfindungsgemäßen Elektrolyte eignen sich für eine sogenannte Bottich- oder Trog-Elektroplattierung sowie für eine sogenannte Trommel-Elektroplattierung sowie ferner für Elektroformverfahren. Sie können über lange Zeiträume hinweg verwendet werden, d.h. der Metallgehalt kann mehrfach umgesetzt werden, durch entsprechende Ergänzung des Gehaltes an Gold und Legierungsmetall durch weiteres Plattierungssalz und gegebenenfalls Aufhellmittel oder Abklärer, sofern erforderlich, und Einstellung des pH-Wertes, sofern notwendig.

Im Falle einer Bottich- oder Trog-Elektroplattierung (vat electroplating) wird das Substrat in den Elektrolyten in einem geeigneten Behälter gebracht und an den elektrischen Stromkreis angeschlossen und zur Kathode gemacht. Im Falle einer Trommel-Elektroplattierung (barrel electroplating) gemäß eirar Ausführungsform der Erfindung liegt der Elektrolytbehälter in Form einer Trommel oder eines Bechers λογ, in welchem Falle der Boden mit Stiften oder Kontakten versehen ist, die als Kathoden wirken. Die Anode wird im allgemeinen von einem zentralen Stab, beispielsweise aus platiniertem Titan, gebildet und die Achse der Trommel oder des Bechers ist zur Vertikalen hin geneigt. Die zu elektroplattierenden Gegenstände werden in den Behälter gebracht, der dann langsam unter Ablauf des Elektroplattierungsprozesses gedreht wird. Andererseits kann jedoch beispielsweise auch eine perforierte Trommel mit den zu elektroplattierenden Gegenständen in einen Behälter mit dem Elektrolyten getaucht werden. Die Trommel wird dann rotiert, wobei nach Herstellung geeigneter elektrischer Verbindungen die zu plattierenden Gegenstände im Inneren der Trommel hin- und herbewegt werden und ein Niederschlag von Metall oder

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Metalllegierung abgeschieden wird.

Im Falle des Elektroformprozesses wird eine mäßig dicke Schicht, d.h. von 25μ bis 1000_μ oder darüber, vorzugsweise 100μ bis 500μ, aus Metall oder Legierung auf einem kathodischen Substrat abgeschieden, das nachfolgend von der elektrolytischen Abscheidung entfernt wird, wobei ein Hohlkörper oder ausgehöhlter oder ausgesparter Gegenstand aus Metall oder Legierung von hoher Festigkeit hinterbleibt, der in seiner Form dem Reliefbild des Substrates entspricht.

Als ein Beispiel eines Gold- oder Goldlegierungs-Elektroformverfahrens sei folgendes Verfahren erwähnt: Ein Wachs-Substrat wird zunächst mit einer Silberschicht beschichtet, und zwar durch Aufsprühen einer Silbernitratlösung, und Reduktion des gebildeten Niederschlages zu metallischem Silber. Das versilberte Substrat erhält dann eine relativ dicke Schicht aus Gold oder Goldlegierung durch elektrolytische Abscheidung, worauf das Wachs ausgeschmolzen und das Silber gelöst wird. Andererseits kann beispielsweise ein Kupferdorn (copper mandrel) eine vergleichsweise dicke Schicht aus Gold oder einer Goldlegierung, die durch Elektroabscheidung aufgebracht wurde, aufweisen, worauf das Kupfer nachfolgend gelöst wird.

Die folgenden Beispiele und Tabellen sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Die Reihe von Experimenten dieses Beispiels veranschaulicht den Effekt des Zusatzes der Legierungsmetalle Kupfer, Nickel, Kobalt, Zink und Palladium in verschiedenen Konzentrationen zu einem Elektrolyten mit 10 g pro Liter (10 g.l"¹) Goldnitrosoiulphit auf die Zusammensetzung und das Aussehen der Abscheidung. Das

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Palladium wurde in Form von (Pd(NO₂)-(NH₃)-)2 verwendet und die übrigen Metalle in Form ihrer Äthylendiamintetraessigsäure-Komplexe.

Der Kupfer-Äthylendiamintetraessigsäure-Komplex wurde hergestellt durch Lösen von 59 g Kupfer(II)nitrat in 250 ml Wasser bei 50°C und Zusatz von 90 g Äthylendiamintetraessigsäure unter einstündigem Rühren. Die Lösung wurde dann, ohne sie zum Sieden zu bringen, auf ein Volumen von 150 ml eingedampft. Beim Abkühlen auf 20°C bildete sich ein blauer Niederschlag, der abfiltriert, mit Aceton gewaschen und an der Luft getrocknet wurde. Die Ausbeute betrug 98 g.

Im Falle eines jeden Legierungsmetalles wurden bei jeder Konzentration 2 Stromdichten getestet. In jedem Versuch betrug die Elektroplattierungsdauer eine halbe Stunde. In jedem Falle wurden des weiteren 10 ml Aufhellmittel oder Abklärer pro Liter zugesetzt. Der pH-Wert des Elektrolyten lag bei 11,4.

Die Kathoden-Wirksamkeit, die Zusammensetzung der abgeschiedenen Niederschläge und das Aussehen der Niederschläge ergeben sich aus der später folgenden Tabelle I.

Beispiel 2

Tabelle II zeigt den Einfluß verschiedener pH-Werte auf die Kathoden-Wirksamkeit und den Farbton der Abscheidung im Falle der Vawendung eines Elektrolyten mit 10 g pro Liter Gold-Nitrosulf it, dem zugesetzt wurden: 2,5 g oder 5,0 g Kupfer (als Äthylendiamintetraessigsäurekomplex) und 2,5 g oder 5,0 g pro Liter Palladium in Form von (Pd(NO₂)₂(NHj)₂ . Die Versuchsdauer betrug in jedem Falle eine halbe Stunde, wobei der pH-Wert und die Stromdichte konstant gehalten wurden, die letztere bei einem Wert von 0,144 Ad»"².

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Beispiel 3

Aus Tabelle III ergibt sich die Härte eines Niederschlages, der unter Verwendung eines Elektrolyten mit 5 g/t und 10 g/t Gold-Nitrosulphitokomplex unter Zusatz von 0,05 g/t bis 5,0 g/t Kupfer bei verschiedenen pH-Werten erhalten wurde. Die Härte wurde unter Verwendung eines Härte-Meßgerätes (Leitz Miniload hardness tester) mit einer Belastung von 25 g ermittelt.

Beispiel 4

Es wurden Elektrolyten mit 5 g/t und 10 g/t Gold-Nitrososulfit hergestellt und bei Stromdichten von 0,144 Adm und einem pH-Wert von 11,4 bei verschiedenen Kupfergehalten verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle IVa zusammengestellt. Die Elektrolyten wurden dann zur Erzeugung von Niederschlägen mit einer nominalen Dicke von 5μ verwendet. Die physikalischen Eigenschaften dieser Niederschläge sind in Tabelle IVb zusammengestellt. Die Daten, die sich auf das reflektierte Licht beziehen, beziehen sich auf weißes Licht und sind relativ zu einem 2μ starken, durch Zerstäubung erhaltenen Niederschlag von reinem Gold auf einem optisch flachen Glasträger.

Der Prozentsatz an reflektiertem Licht ergibt sich dabei aus: Intensität von reflektiertem Licht χ 100

Intensität des reflektierten und gestreuten Lichtes.

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Beispiel 5

•Um die Zusammensetzung von Niederschlägen zu bestimmen, wurden Elektrolyten mit 5 g/t und 10 g/i Gold in Form des Nitrosulfit-Komplexes und verschiedenen Kupferkonzentrationen verwendet. Die Elektrolyten wurden dabei unter Verwendung der Kathoden-Wirksamkeiten von fiüheren experimentellen Versuchen zur Berechnung der Zeitspanne, die zur Erzeugung eines Niederschlages von 0,5 g erforderlich ist, verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle V zusammengestellt.

Beispiel 6

Bottich- oder Trog-Plattierungsversuche.

Aus Tabelle VI ergeben sich die Ergebnisse von Bottich- oder Trog-Plattierungsversuchen unter Verwendung von erfindungsgemäßen Elektrolyten, die pro Liter enthielten: 10 g Gold, 0,02 g Kupfer, 15 g Gold, 0,02 g Kupfer und 30 g Gold bzw. 0,02 g Kupfer, im Vergleich zu den entsprechenden Elektrolyten ohne Kupferzusatz.

Es wurde gefunden, daß alle Niederschläge bei einer Stromdichte

_2
von bis zu 0,36 Adm im Falle von 10 g Gold und 0,02 g Kupfer

_2
pro Liter, bis zu 0,4 Adm für 15g Gold und 0,02 g Kupfer und

_?
bis zu 0,8 Adm für 30 g Gold und 0,02 g Kupfer, jeweils pro Liter Lösung, klar, kohärent und haftend waren. Oberhalb der angegebenen Konzentrationen nahm die Reflektivität geringfügig ab und die Niederschläge zeigten ein geringes oder schwaches Ausblühen und eine Kanten-Verbrennung (edge burning). Die Prüflinge der besten Niederschläge wurden analysiert. Danach bestanden die Niederschläge zu 99,85 Gew.-% aus Gold, 0,08 - 1,0 Gew.-* aus Kupfer und zu <0,08 Gew.-I aus Arsen. Der zuletzt genannte Wert entspricht dem bestimmbaren Grenzwert des Elementes.

— 1 O -

Beispiel 7

Plattierungsversuche in dner Trommel.

Die Plattierungsversuche wurden mit "Optecon"-Kontaktnieten aus Kupfer mit einem silbernen Kopf als Substrat in einer sich langsam drehenden geneigten, 500 ml fassenden Polythen-Trommel mit 300 ml Elektrolyt durchgeführt. Der elektrische Kontakt mit der in der Trommel befindlichen Charge erfolgte über Stifte oder Kontakte, die in den Boden des Bechers eingesetzt waren, und ein zentrisch eingetauchter Streifen aus platiniertem Titan wurde als Anode verwendet. Die normale Beschickung lag bei 1000 Kontaktnieten m
95,42 g.

2 nieten mit einer Oberfläche von 203 cm , bei einem Gewicht von

Untersucht wurden Elektrolyten mit 10 g und 15g Gold pro Liter, jeweils unter Zusatz von 0,02 g Kupfer pro Liter und jeweils mit einem pH-Wert von 11,4. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle VII zusammengestellt.

Beispiel 8

Elektroformverfahren.

Elektroformversuche wurden unter Verwendung von Elektrolyten mit 15 und 30 g Gold pro Liter unter jeweiligem Zusatz von 0,02 g Kupfer pro Liter durchgeführt. Der Elektrolyt mit 15g Gold pro Liter wurde dazu verwendet, um einen nominal 25Ομ dicken Niederschlag auf einer Kupferplatte bei einen pH-Wert von 11,4 unter

Verwendung einer Stromdichte von 0,4 Adm zu erzeugen. Die Versuchsdauer betrug 17 Stunden unter schwacher Bewegung des Elektrolyten. Gold, Kupfer und Arsen wurden im voraus "ergänzt". Ein ähnlicher Niederschlag wurde auf einer Platte einer geringeren Oberfläche erzeugt, um die Menge an Gold, Kupfer und Arsen, die erforderlich war, um den Elektrolyten im voraus zu ergänzen, zu vermindern. Die Platten wurden dann in Salpetersäure gelöst und

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die Niederschläge auf Kupfer (0,11) und Arsen (<0,08l) untersucht. Aufgrund des schwach knötchenartigen Aussehens der Niederschläge wurden weitere Versuche unter kontinuierlicher Filtration des Elektrolyten durchgeführt.

Beide Elektrolyten wurden 24 Stunden lang zur Abscheidung von Niederschlägen nach dem Elektroformverfahren verwendet, in jedem Falle 16 Stunden lang bei niedriger Stromdichte und daraufhin weitere 8 Stunden unter Verwendung einer frischen Platte. Dann wurde nach dem Elektroformverfahren eine Form von einer nominalen Stärke von 25Ομπι hergestellt, um das Relief des Niederschlages untersuchen zu können. In jedem Falle hatten die erzeugten Niederschläge ein ausgezeichnetes Aussehen und das Formrelief war perfekt ausgebildet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle VIII zusammengestellt.

Aus erfindungsgemäßen Elektrolyten erzeugte Niederschläge wurden des weiteren auf ihre Porosität, ihren Korrosionswiderstand, ihre Verlötbarkeit oder Verschmelzbarkeit (solderability) und ihren Kontaktwiderstand untersucht. Untersucht wurden des weiteren die Niederschlagsspannung (deposit stress) und die Elektrolyt-Streufähigkeit (throwing power). Die erhaltenen Ergebnisse werden im folgenden diskutiert.

Porosität:

Es wurden Niederschläge einer Stärke von <1 bis 12,5μ auf Kupferplatten hergestellt und elektrographisch unter Verwendung von CdS-Papier und einer Stromdichte von 0,8 Adm getestet. Es zeigte sich, daß eine Porosität nur in Niederschlägen einer Dicke von weniger als 3μ auftrat.

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Korrosionswiderstand:

Die Prüflinge wurden in einem Dessicator 24 Stunden lang der Einwirkung einer feuchten Atmosphäre mit W v/v SO₂ und anschließend 24 Stunden lang der Einwirkung einer feuchten Atmosphäre mit 1 % v/v H-S ausgesetzt. Ein beschleunigter oder verkürzter Test bestand darin, die Prüflinge 30 Minuten lang der Einwirkung einer konzentrierten Ammoniumpolysulphitatmosphäre auszusetzen. Es zeigte sich, daß ganz allgemein Niederschläge einer Dicke von mehr als 2,5 bis 3μ wenig unter Korrosionserscheinungen litten.

Verschmelzbarkeit oder Verlötbarkeit (Solderability):

Ein 188Ομ dicker Kupferdraht wurde mit verschieden starken Schichten aus einer Goldlegierung plattiert und horizontal in einen 200 mg Block aus aufgeschmolzenem Lötmittel eingeführt. Draht und Lötmittel wurden miteinander verschmolzen (fluxed). Die Verschmelzbarkeit oder Verlötbarkeit wurde bestimmt durch Ermittlung der Zeitspanne, die das Lötmittel benötigte, um vollständig um den Draht zu fließen. Es wurde gefunden, daß von den getesteten Elektrolyten (5 g Gold mit 0,02 g, 0,05 g, 0,15 g bzw. 0,35 g Kupfer) die Lötzeiten am geringsten im Falle des 0,05 g Kupfer pro Liter enthaltenden Elektrolyten waren und daß auch höhere Kupferkonzentrationen noch zu geringeren Lötzeiten führten als eine Konzentration von 0,02 g Kupfer pro Liter Elektrolyt.

Kontakt-Widerstandsfähigkeit:

Paare von Kontaktstücken, die mit Niederschlägen einer Stärke von 5, 7,5 bzw. 10μ plattiert worden waren, und zwar unter Verwendung von Elektrolyten mit 10 g Gold/0,02 g Kupfer pro Liter und 15 g Gold/0,02 g Kupfer pro Liter wurden auf ihre Kontakt-Widerstandsfähigkeit untersucht. Jedes Paar wurde unter Anwendung einer Kraft von 0,1 und 0,25 Newtons zusammengehalten.

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Gemessen wurde der Spannungsabfall im Falle einer jeden angewandten Kraft, bei Durchleiten eines Stromes von 0,5A. Es zeigte sich, daß die Niederschläge von diesen Elektrolyten eine wesentlich bessere Kontakt-Widerstandsfähigkeit, d.h. eine höhere Kontakt-Widerstandsfähigkeit, zeigten als entsprechende Niederschläge von Elektrolyten mit Nitrosulfit-Goldsalzen ohne Kupfergehalt.

Spannung (Stress):

Ein Streifen von völlig normalisiertem oder getempertem Beryllium-Kupfer (Be/Cu 10 χ 0,9 χ 0,01 cm) wurde auf einer Seite mit einem Anstrichmittel vom Typ "Donodep"-stopping off paint maskiert und vertikal in eine feste Klemme in der Schwebe gehalten. Die Ablenkung oder der Ausschlag des Streifens, plattiert mit einem 12,5μ Niederschlag aus Gold oder einer Goldlegierung, ist kennzeichnend für die Spannung oder Deformation des Niederschlages. Es zeigte sich, daß der Zusatz von Kupfer zu einem Elektrolyten mit 10 g Gold pro Liter zu einer Erhöhung der Spannung führte, daß jedoch der Effekt nachließ, wenn die Konzentration an Gold auf 15g und 30 g pro Liter erhöht wurde.

Streukraft (Throwing power):

Die Streukraft läßt sich definieren als das prozentuale Verhältnis von kleinster und größter Beschichtungsdicke an verschiedenen Punkten eines Gegenstandes. Es wurde gefunden, daß die Streukraft von erfindungsgemäßen Elektrolyten mit einem Gehalt an 0,02 g Kupfer pro Liter der Streukraft von Elektrolyten auf Basis Gold-Nitrososulfit ohne Kupfergehalt überlegen ist. Gegebenenfalls können die Polarisationsmittel zugesetzt werden, um die Streukraft weiter zu erhöhen.

Tabelle I

Strom-

Me- dichte C.E. Zusammensetzung der abgeschiedetall g/l A.dm-2 (%) nen Schicht Aussehen

Cu 0,1 0,144 95,0 99,8% Au, 0,15% Cu, <0,05% As klar, cohärent, haftend

0,288 95,0

0,5 0,144 69,3 98% Au, 1,2% Cu, <0,08% As klar, rosa-Farbton, cohärent, haftend, jedoch unter Spannung

0,288 69,1 (stressed)

1,0 0,144 43,2 90% Au, 9% Cu, 0,1% As matt-rosaroter Farbton bei 0,288 A.dm" , rosa-Farbton bei

0,144 A.dm" , cohärent, haftend, unter Spannung (stressed)

O> 5,0 0,144 30,7 81,3% Au, 18% Cu, <0,08% As hell-rosaroter Farbton in beiden Fällen, cohärent,

O 0,288 36,0 haftend, jedoch unter Spannung (stressed)

<O

⁰⁵ Ni 0,1 0,144 98,0 99,8% Au, 0,15% As, <0,05% Nl klar, cohärent, haftend

£* 0,288 99,0 klar mit schwachen Streifen

^ 0,5 0,144 94,0 " " " sehr klar, cohärent, haftend

_». 0,288 95,0

O 1,0 0,144 95,0 " " " sehr klar, cohärent, haftend, goldener Farbton, beträchtlich

O 0,288 95,0 heller

-"* 5,0 0,144 97,0 99,8% Au, <0,08% As, 0,12% Ni sehr klar, hell-farbiger Niederschlag, stark unter

0,288 89,0 Spannung (stressed)

Co 0,1 0,144 96,0 ca. 99,8% Au, 0,1% As, <0,l% Co Bei 0,144Δ.απΓ waren die Niederschläge sehr klar,

0,288 96,0 während bei 0,288 &.dm""² eine schwache Verbrennung

0,5 0,144 96,0 " " " " an den Rändern erfolgte

0,288 96,0

1,0 0,144 94,0 "

0,288 95,0

5,0 0,144 90,0 " " " " Q₀

0,288 91,0 _>

CD Ol CO

Tabelle

(Fortsetzung)

Strom-

Me- dichte CE. Zusammensetzung der abgeschiedenen tall g/l A/dm"² (%) Schicht

Aussehen

0,1 0,144 89,0 99,8% Au, 0,15% As, Zn nicht festgest. Bei 0,144 Δ.dm" waren alle Niederschläge klar,

0,288 94,0 während bei 0,288 A.dnT² alle Niederschläge

0,5 0,144 96,0 " " " starke Ausblühungen zeigten (bloomed)

0,288 95,0

1,0 0,144 98,0 "

0,288 96,0

5,0 0,144 94,0 " "

0,288 99,0

Pd 0,1 0,144 94,0 99,78% Au, 0,1% Pd, 0,1% As

0,288 98,0

0,5 0,144 90,0 99,8% Au, 0,1% Pd, <0,08% As

0,288 91,0

1,0 0,144 86,0 99% Au, 0,85% Pd, <0,08% As

0,288 84,0

5,0 0,144 54,0 92% Au, 7,8% Pd, 1,0% As

klar, cohärent, haftend

schwache Ausblühungen (bloom), cohärent, haftend

gold war von hellem Farbton bei beiden

Stromdichten

sehr hell, Niederschlag von hohen Spannungen

Tabelle II

Konzentration pH-Wert der Kathoden-Wirksamkeit Farbton des Niederg/1 Lösung % Schlages

2,5 Cu 10 52 klar rosa - Kupfer

klar rosa - rot
Kupfer rot, gelbe Streifen Kupfer rot, gelbe Streifen

5,0 Cu 10 35 klar - Kupfer

10	52
11	51
12	42
13	41
10	35
11	32
12	30
13	28
10	74
11	76
12	85
13	86
10	50
11	47
12	53
13	55

2,5 Pd 10 74 hell - Palladium

sehr hell - Palladium grau - gelb

If

5,0 Pd 10 50 klar - Palladium

matt grau - gelb

809845/1007

Tabelle

III

(Au) pH	5g/l 10,4	lOg/1 10,4	5g/l 11,4	lOg/1 11,4	5g/l 12,4	lOg/1 12,4
Kupfer- Konzentration g/l			Härte VPN
0,05	170-180	195-210	180-185	175-185	140-150	150-160
0,1	175-185	195-205	175-185	185-190	130-150	145-160
0,2	170-185	200-210	175-185	190-200	130-150	130-150
0,25	180-190	210-215	180-200	185-210	140-160	150-160
0,3	180-190	230-245	180-200	205-210	150-160	140-160
0,4	200-220	240-245	200-210	195-205	150-153	130-170
0,5	200-220	230-250	200-210	200-205	130-160	150-160
0,75	210-240	250-265	210-230	200-210	150-170	145-150
1,0	220-230	280-290	220-240	215-230	160-170	155-160
1,5	220-240	280-290	230-240	225-250	150-170	150-160
2,0	250-270	280-290	240-260	235-250	170-180	180-185
2,5	260-270	290-320	240-260	295-310	170-180	160-180
5,0	280-290	320-330	260-270	290-310	170-180	170-190

809Ö4S/1

2813537

Tabelle IV

Gold- Kupfer- Kathoden- Nieder-

Konzentration Konzentration Wirksamkeit schlagsdicke Aussehen des g/l g/l % pm Niederschlages

₁₀ « XA VZ ^sehr klar,

,1 V"" S 6,5 sehr klar, gelblich

r\ -t ort c η

sehr klar, messing-gelb klar, sehr hell-rosa

klar, sehr hell-rosa

5 0,3 70 5,3 , ,, ,__

₁₀ „' ₇₆ ₅'₅ sehr klar, hell-rosa

η λ ca κ η

sehr klar, hell-rosa do ο, —

5 0,5 62 4,9 , , , . .

₁₀ „ ^_n r . klar dunkel-rosa

₁₀ V" Γο Vo klar rot-gold

₁₀ ^'" Vc o'c ^sehr klar, rot-gold

₁₀ «'" Vc Vc ^sehr klar, rot-gold

₁₀ η'" on o'c klar, dunkel-rot

₁₀ ^'" ^ o'c klar, dunkel-rot

5 zi, υ ^o . ^f-I , _ ..

10 - 30 2,2 kupfer-farben

0	87	6,4
"	90	6,5
0,05	88	6,4
Il	89	6,5
0,1	80	6,0
■I	80	6,0
0,2	72	5,4
It	76	5,5
0,25	73	5,4
Il	76	5,5
0,3	70	5,3
■1	76	5,5
0,4	64	5,0
Il	68
0,5	62	4,9
Il	68	5,1
0,75	50	3,9
¹¹	52	3,9
1,0	34	2,6
H	36	2,6
1,5	31	2,4
Il	36	2,6
2,0	30	2,4
•I	35	2,6
2,5	30	2,4
η	35	2,6
5,0	28	2,1
H	30	2,2

809845/1007

Tabelle

Gold-	Kupfer-	0	Dicke des	Härte	% reflek	Porösität und Spaltung
Konzen	Konzen	If	Nieder	VPN	tiertes	keine
tration	tration	0,05	schlages	125-150	weißes	keine
g/i	g/i	Il	(im	130-150	Licht	keine
5	0,1	5,0	160-170	98	keine
10	■1	5,1	175-185	98	keine
5	0,2		170-175	95	keine
10	It	4,9	185-190	94	keine
5	0,25		185-195	95	keine
10	Il	4,9	190-200	96	sehr schwache Porösität
5	0,3		185-195	95	Il Il Il
10	Il	5,2	185-210	94	sehr schwache Spaltung an den
5	0,4		175-195	95	Kanten und Porösität
10	Il	4,8	195-205	96	Spaltung an den Kanten und
5	0,5		190-200	94	Porösität
10	Il	5,2	205-210	97	Spaltung an den Kanten und
5	0,75		185-200	92	Porösität
10	■1	5,1	200-205	90	starke Spaltung an den Kanten
5	1,0		190-200	91	starke Porösität
10	Il	5,0	200-210	88	Niederschlag mit starken
5	1,5		200-205	82	Spaltungen
10	Il	5,1	215-230	86	Niederschlag mit starken
5	2,0		215-250	81	Spaltungen
10	π	5,0	225-250	84	Niederschlag mit sehr
5	2,5		220-230	82	starken Spaltungen
10	Il	5,0	235-250	81	rissiger Niederschlag
5	5,0		260-275	83
10	■1	4,9	295-310	80	rissiger Niederschlag
5		280-300	80
10	4,9	290-310	80
5		72
10	5,0	70

Tabelle VI

Dicke des Niederschlages	Verschmelzdauer	Cu, 0,05 g/l	(Sekunden),	5 g/l Au
lim	Cu, 0,02 g/l	4,78	Cu, 0,15 g/l	Cu, 0,35 g/l
0,0	4,76	3,6	4,76	4,76
0,5	5,62	2,4	3,8	4,6
1,0	3,7	1,38	2,8	3,1
1,5	3,6	0,85	2,1	2,4
2,0	3,85	0,31	1,2	1,24
2,5	3,8	0,58	1,3	1,45
3,0	4,72	0,35	1,4	2,1
5,0	4,0	0,98	2,05

Tabelle

VII

Elektrolyt

Gold- Kathoden

Konzen- Kupfer- wirksam-

tration zusatz keit g/l g/l

Niederschlag

0,02

1,0

1,5

2,5

5,0

in %	Gold %	Kupfer %	Arsen %	Karat
88	99,85	0,1	> 0,08	24
90	98,85	0,1	> 0,08
35	87,5	11,68	0,82	21
36	87,8	11,4	0,80	21
31	82,8	15,9	1,50	19,8
36	83,4	15,1	1,50	20,0
30	74,2	23,6	2,2	17,8
35	74,1	23,7	2,2	17,8
28	40,0	54,4	5,8	9,6
30	39,2	54,3	6,5	9,4

•09141/1001

Claims

PATENTANWÄLTE

Reg.Nr. 125 654 _w

OO1QCO7 Dn-lng. Wolff

ZÖ I yOO/ H.Bartels

Dipl.-Chem. Dr Brandes Johnson, Matthey & Co., Limited, Dr.-lng.Held

London, ECIN 8EE, England Dipi.-Phys.Wolff

' 8 München 22,ThierschstraBe

Elektrolyt für die elektrolytische S£5JS£-»o «o

Abscheidung einer Goldlegierung Telegrammadresse:

° oo wolffpatent,munchen

Postscheckkonto Stuttgart 7211

; (BLZ 60010070)

Deutsche Bank AG, 14/28630 (BLZ 60070070) Bürozeit: 8-12 Uhr, 13-16.30 Uhr außer samstags

3. Mai 1978 25/65

Patentansprüche

1. Elektrolyt für die elektrolytisehe Abscheidung einer Goldlegierung, bestehend aus einer wäßrigen, eine Goldverbindung enthaltenden Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt als Goldverbindung einen Nitrosulphito-Goldkomplex und zusätzlich ein oder mehrere der folgenden Metalle: Kupfer, Nickel, Zink, Kobalt, Silber, Cadmium, Blei, Quecksilber, Arsen, Zinn, Selen, Tellur, Mangan, Indium, Antimon, Eisen, Wismut oder Thallium und/oder ein oder mehrere Metalle der Platingruppe, und zwar in Form einer Verbindung oder eines Komplexes enthält.

2. Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen pH-Wert von größer als 11,0 aufweist.

3. Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen pH-Wert von unter 11,0 aufweist und ein Polydentat-Amin enthält.

4. Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Chelatbildner enthält.

5. Elektrolyt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als

8Ö984S/1ÖÖ?

ORIGINAL INSPECT!©

Chelatbildner Äthylendiamintetraessigsäure (EDTA) enthält.

6. Elektrolyt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er als Chelatbildner das Natriumsalz oder ein anderes Salz der Äthylendiamintetraessigsäure enthält.

7. Goldlegierungssalz, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht aus einem Nitrosulphito-Goldkomplex und einem oder mehreren der folgenden Metalle: Kupfer, Nickel, Zink, Kobalt, Silber, Cadmium, Blei, Quecksilber, Arsen, Zinn, Selen, Tellur, Mangan, Magnesium, Indium, Antimon, Eisen, Wismut und/oder Thallium und/oder einem Metall der Platingruppe, und zwar in Form einer Verbindung oder eines Komplexes.

8. Goldlegierungssalz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der Metalle in Form einer Verbindung oder eines Komplexanions zugesetzt werden.

9. Goldlegierungssalz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Verbindung um ein Nicht-Cyanidsalz des Metalles bzw. der Metalle handelt.

10. Goldlegierungssalz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Komplexanion das Sulfit des Metalles oder der Metalle ist.

11. Goldlegierungssalz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Gold zu Metall bei bis zu 2:1 liegt.

809845/1007