DE3032469A1

DE3032469A1 - Cyanidische goldbaeder und verfahren zur galvanischen abscheidung von feststoffschmiermittel-haltigen gold-dispersionsueberzuegen und seine anwendung

Info

Publication number: DE3032469A1
Application number: DE19803032469
Authority: DE
Inventors: Georg 8501 Roßtal Behringer; Hans Dr. 8500 Nürnberg Laub
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-08-28
Filing date: 1980-08-28
Publication date: 1982-04-01
Also published as: EP0046912A1; EP0046912B1; ATE8415T1

Description

^;; / "■·■- .3, ' ' 30324

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München ^^A 80 P 7 5 5 8 QE

Cyanidisehe Goldbäder und Verfahren zur galvanischen Abscheidung" von Feststoffschmiermittel-haitigen \ Gold-Dispersionsüberzügen und seine Anwendung .,.__

Die Erfindung betrifft cyanidisehe, Glanzzusätze enthaltende, alkalische und saure Goldbäder zur galvanischen Abscheidung von Feststoffschmiermittel enthaltenden... Gold-Dispersionsüberzügeni

Mechanisch beanspruchte Kontaktteile, z.B. an Steckver*- bindern oder Relais werden vielfach vergoldet, um die an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu erfüllen.

Galvanische Goldbäder bzw. alkalische Goldbäder be>stehend aus Kaliumgoldcyanid (K JAu(GN)₂I > Kaliumcyanid (KCN), Dinatriumphosphat (Na₂HPO^) unter Zusatz'von Kaliumsilbercyanid, KrAg(CN)₂^ als Glanzzusatz oder saure' Gold-Kobaltbäder, bestehend beispielsweise aus Kaliumgoldcyanid, Kobaltsulfat (GoSO^.7H₂O), Kaliumcitrat und Citronensäure, wobei das Kobaltsalz als Glanzzusatz wirkt, sind bekannt. Bei sauren Goldbädern können an Stelle von Citronensäure auch andere organische Säuren, und zwar aliphatisehe Carbonsäuren oder Dicarbonsäuren bzw. deren Alkalisalze wie Weinsäure, Essigsäure oder Malonsäure als Puffer- bzw. Leitsalze verwendet werden. Aus solchen Bädern abgeschiedene Goldschichten und auch sogenannte Hartgoldüberzüge sind aber für Kontaktteile noch nicht hinreichend verschleißbeständig. Ein Auftragen von Gold in höheren Schichtdieken scheidet meist aus Kostengründen aus. Andererseits sind Goldüberzüge für manche technische Zwecke unerläßlich, beispielsweise für Kontakte der / Td 2 Dm7 26.8.1980

-β- VPA 80 ρ 7 5 5 8 QE

Schwachstromtechnik. Man hat so versucht, die Verschleißbeständigkeit von Goldüberzügen durch Mitabscheidung von anderen Metallen, beispielsweise Kobalt oder Nickel (Legierungsüberzüge) zu verbessern. .

Es ist bekannt, daß der Verschleiß von mechanisch, z.B. durch Reibung beanspruchten Oberflächenschichten durch Graphit herabgesetzt werden kann. Aus einem von Löffler, D., in Galvanotechnik (65) 1974, Nr. 5, S.360, veröffentlichten Aufsatz sind graphithaltige Nickel- und Eisenüberzüge bekannt. Diese Nickel- bzw. Eisendispersionsüberzüge sind galvanisch erzeugte Metallüberzüge, die eine nichtmetallische Phase in feiner, möglichst gleichmäßiger Verteilung, hier Graphit, enthalten und aus sauren Bädern abgeschieden werden. Auch für galvanisch abgeschiedene Silberschichten ist bekannt, daß durch Graphiteinlagerung die Abriebbeständigkeit erhöht werden kann.(DE-PS 25 43 082).

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung von konventionellen Goldbädern Überzüge mit erhöhter Verschleißbeständigkeit (verbessertem Abriebverhalten) und hoher Korrosionsbeständigkeit auf galvanischem Wege zu erreichen. Die Schichten sollen für mechanisch stark beanspruchte Kontaktteile z.B. an Steckverbindern und Relais auch bei Schwachstrom einsetzbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst mit alkalischen oder sauren Glanzzusätze enthaltenden Goldbädern, die erfindungsgemaß 10-200 g/l eines feinkörnigen Feststoffschmiermittels und 1-30 g/l» vorzugsweise 5-15 g/l, mindestens eines in sauren und alkalischen wäßrigen Goldbädern löslichen Isoalkylsulfats enthalten. Ein Zusatz von 50-150 g/l an feinkörnigem Feststoffschmiermittel hat sich als besonders günstig erwiesen.

Aus erfindungsgemäßen Goldbädern auf galvanischem Wege

.£■;:."..." :.■■■" 303246

VPA 80 P 7 5 5 8 DE

erhaltene Feststoffschmiermittel-haltige Überzüge sind gleichmäßig, blank, glatt und porenfrei. Bei Kontakten ist der Verschleiß gegenüber herkömmlichen Kontakten stark herabgesetzt und damit ihre Lebensdauer und Qualität verbessert bei wesentlicher Goldeihsparung.

Das Feststoffschmiermittel, beispielsweise Graphit, liegt im Gold-Graphit-Dispersionsüberzug in außerordentlich feiner und gleichmäßiger Verteilungvor. Der.Graphitgehalt der Überzüge kann je nach Verwendungszweck 0,1-5 Gew.% betragen. Solche Gold-Graphit-Dispersionsüberzüge zeigten gegenüber reinen Goldschichten eine wesentlich erhöhte Verschleißbeständigkeit bei stark verminderter Klebneigung.

Die hervorragende Verschleißbeständigkeit von Goldüberzügen bei Verwendung von Graphit als Feststoffschmiermittel geht aus Verschleißversuchen hervor. Die Reibungszahl ' von Gold/Graphitschichten für verschiedene Reibpartner beträgt in der Regel = 0,25,Im Vergleich dazu liegt sie bei Reingold jedochv um 1 * 5, zum Teil sogar darüber. Sie beträgt also mindestens _ das 6fache. Dauerschaltversuche an Relais, die mit Gold bzw. Gold/Graphitkontakten ausgerüstet waren, ergaben, daß die Klebneigung von Goldschichten durch Graphiteinbau sehr stark vermindert werden kann.

Geeignete Feststoffschmiermittel sind z.B. Sulfide und Selenide von Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal. Die Korngröße ist = 0,1-5 μπι.

'Unter Reibungszahl μ versteht· man bei Reibversuchen (hin-* und hergehende Relativbewegung einer zu prüf enden Oberfläche, z.B. Gold/Graphit, und eines Reibpartners, z.B. eines Kontaktniets aus Silber/Palladium) da$ .Verhältnis von Abzugskraft Fp und Normalkraft F_M (Belastung). ; . ■ ■ .: . ; -

80' P 7 5 5 8 OE. ■

Besonders geeignete Isoalkylsulfate entsprechen der allgemeinen Formel

«-R--OSO^Me
3,13

worin R₁ ein gesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff rest (allgemeine Formel C_nH_2n) mit 3-20 C-Atomen, vorzugsweise 5-12 C-Atomen und R₂ ein gesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest (allgemeine Formel C_nH₂^₊₁) mit 1-10 C-Atomen, vorzugsweise 1-4 C-Atomen sein kann. Me bedeutet ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium·

Geeignete Isoalkylsulfate sind z.B.

2-Methyl-pentylsulfat C₅H₁₀(CH₃)OSO₃Na 2-Äthyl-hexylsulfat C₆H₁₂(C₂H₅)OSO₃Na 2-Äthyl-heptylsulfat C₇H₁₄(C₂H₅)OSO₃Na 2-Propyl-laurylsulfat C₁₂H₂₄(C₃H₇)OSO₃Na .

Zur Herstellung von Feststoffschmiermittel-haltigen - . Gold-Dispersionsüberzügen gemäß der Erfindung werden konventionelle Glanzmittel enthaltende alkalische oder saure Goldbäder mit 10-200 g/l, vorzugsweise 50-150 g/l, eines feinkörnigen Feststoffschmiermittels und 1-30 g/l, vorzugsweise 5-15 g/l» mindestens eines in sauren und alkalischen,wäßrigen Goldbädern löslichen Isoalkylsulfats versetzt und bei einer Temperatur von 20-70⁰C und einer Stromdichte von 0,2-40 A/dm unter starker Badbewegung betrieben. Die aus einem Bad gemäß der Erfindung erhaltenen Feststoffschmiermittel-haltigen Gold-Dispersionsüberzüge können nach entsprechender Vorbehandlung in der Regel über Nickelschichten auf beliebigen Grundmetallen abgeschieden werden. Bevorzugte Grundmetalle sind Kupfer und Kupferlegierungen.

Goldüberzüge gemäß der Erfindung finden viel als Kontakt-

SÖP75 Si Q|;

schichten Verwendung. Sie können z.B. für Relaiskontakte an Steckvertiindern, Schieifringkontakten eingesetzt werden.. . "

Die Erfindting wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.. ,_■".- , ;_: ' . _/v

Beispiel 1 . /: , ..; . > ... ■', = Gegenständeaus Metall, z.B. elektrische Kontakte, deren Oberfläche einer Verschleißbeanspruchung unterworfen werden soll_? wurden nach einer in der Galvanotechnik üblichen Vorbehandlung und^^ dem Auf bringen einer Nickelzwisehenschicht in einem Elektrolyten folgender Zusammensetzung mit einem Gold/Graphit-Dispersionsüberzug beschichtet.

Kaliumgoldcyanid K[Au(CN)₂I 12 g/l (8,5 g/l Au) Käliumcyanid ; KCN 35 g/l Dinatriumphosphat Na₂HPO^ 10 g/l Kaliumsilbercyanid KrAg(CN)₂"] 0*5-1 g/l :

2-Methyl-pentylsulfat C₅H₁₀(CH₃)OSO₃Na 15 g/l

80 g/l

Graphit (0,1-1	μηι)	11,5
pH-Wert;		20-25⁰C
Temperatür		0,4 A/dm²
Stromdichte		2 um
Schichtdicke

Graphitgehalt d.Überzugs 0,66 Gew.%

.."■-"Beispiel 2
Gegenstände aus Metall, z.B. elektrische Kontakte, deren Oberfläche einer Verschleißbeanspruchung unterworfen werden soll, wurden nach einer in der Galvanotechnik Üblichen Vorbehandlung und dem Aufbringen einer Nickelzwischenschicht in einem Elektrolyten folgender Zusammensetzung mit einem Gold/Graphit-Dispersionsüberzug beschichtet.

VPA 80 P 7 5 5 8 DE

Kaliumgoldcyanid KJAu(CN)£] 24 g/1 (17 g/1 Au) Kaliumcitrat CgH₅K₃O₇^₂O 60 g/l Citronensäure CgHgOy. KLjO 60 g/l Kobaltsulfat CoSO₄.7H₂O 0,6 g/1 2_rÄthyl-heptylsulfat C₇H₁₄(C₂H₅)OSO₃Na 10 g/l Graphit (0,1-1 μπι) 100 g/1

pH-Wert 3,8-4,5

Temperatur 35⁰C
Stromdichte 3 A/dm²
Schichtdicke 3 μπι

Graphitgehalt d.Überzugs 1,1 Gew.%

Beispiel 3

Gegenstände aus Metall, z.B. elektrische Kontakte, deren

Oberfläche einer Verschleißbeanspruchung unterworfen werden sollen, wurden nach einer in der Galvanotechnik üblichen Vorbehandlung und dem Aufbringen einer Nickelzwischenschicht in einem Elektrolyten folgender Zusammensetzung mit einem Gold/Graphit-Dispersionsüberzug be-

schichtet,

Kaliumgoldcyanid K[Au(CN)₂I 24 g/1 (17 g/1 Au)" ■ Kaliumcitrat CgH₅K₅O₇-H₂O 60 g/1 Citronensäure CgH₃O₇.H₂O 60 g/1 Kobaltsulfat CoSO₄.7H₂O 0,6 g/l 2-Propyl-laurylsulfat C₁₂H₂₄(C₃H₇)OSO₃Na 20 g/l Graphit (0,1-5 (im) 150 g/1

pH-Wert 4
Temperatur 35°C
Stromdichte 2 A/dm²

Schichtdicke 10 μΐη

Graphitgehalt d.Überzugs 2 Gew.$6

Beispiel 4

Gegenstände aus Metall, z.B. elektrische Kontakte, deren Oberfläche einer Verschleißbeanspruchung unterworfen werden soll, wurden nach einer in der Galvanotechnik

.■■■■■■/:.- λ' ' η ■/;.'■ 3032463

-¹?- VPA 80 P7 5 58 DE

üblichen Vorbehandlung und dem Aufbringen einer Nickelzwischenschicht in einem Elektrolyten folgender Zusammensetztmg mit einem Gold/Molybdänsulfid-Dispersionsüberzug beschichtet.

Kaliumgoldcyanid K[Au(CN)₂"] 12 g/l (8,5 g/l Au) Kaliumcyanid . KCN 35 g/l Mnati^umphö;sphat Na₂HPO^ 10 g/l Kaliumsiibercyanid K[Ag(CN)₂V 0,5-1 g/l 2-Äthyl-heptylsulfat C₇H₁^(C₂H₅)OSO₃Na 10 g/l Molybdänsulfid (0,1-1 ^) 25 g/l pH-Wei-t V-.-:-. ."■■/ 11,5 :
Temperatur 20-25⁰C
Stromdichte 0,4 A/dm
Schichtdicke 2,5 μΐη

Mölybdänsulfidgehalt 0,95 Gew.%

des Überzugs - : ■

8 Patentansprüche
0 Figuren

Claims

Patentansprüche

■' ct. Cyanidische Glanzzusätze enthaltende, alkalische und saure Goldbäder zur galvanischen Abscheidung von Feststoffschmiermittel-haltigen Gold-Dispersionsüberzügen, d a d ure h gekennzeichnet, daß sie 10-200 g/l eines feinkörnigen Feststoffschmiermittel s und 1-30 g/l mindenstens eines in sauren und alkalischen, wäßrigen Goldbädern löslichen Isoalkylsulfats enthalten.
2. Cyanidische Goldbäder nach Anspruch 1, dadurch g e ken η ze ic h η e t , daß die Feststoffschmiermittel eine Teilchengröße von = 0,1-5 wa haben.
3. Cyanidische Goldbäder nach Anspruch 1 und 2, d a du r c h g e k e η ή ζ e i c h net , daß sie 50-150 g/l des feinkörnigen Feststoffschmiermittels

enthalten. . -...'- t
4. Cyanidische Goldbäder nach Anspruch 1 und 2, d a .-du rc h g e k e η η ζ e i c h η et , daß sie 5-15 g/l mindestens eines in sauren oder alkalischen Goldbädern löslichen Alkylsulfats enthalten.
5. Cyanidische Goldbäder nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e ken nzeichnet , daß sie als Feststoffschmiermittel feinkörnigen Graphit enthalten.
6. Verfahren zur Herstellung von Feststoffschmiermittelhaltigen Gold-Dispersionsüberzügen mit einem Bad gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ e i ch η et , daß bei einei* Temperatur von 20-70⁰C

-' ■ ρ ■■■-■-

und einer Stromdichte von 0,2-40 A/dm abgeschieden wird.

^γρΑ 80 P 75 5 8 DE
7. Verwendung eines Bades nach. Anspruch 1 bis 6 zum Herstellen von Goldüberzügen bei Relaiskontakten.
8. Verwendung eines Bades nach Anspruch 1 bis 6 zur Herstellung von Goldüberzügen bei Steckverbindern.