EP0122416A1 - Bath for the electrodeposition of composite coatings - Google Patents
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- Experiment 1 is repeated with the exception that 100 g / l titanium carbide particles, TiC, with a particle size of 0.4 ⁇ m are now used instead of the SiC particles. An optimal installation rate of 5% by weight of the particles in the deposited Ni matrix is achieved.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bad bzw. einen Elektrolyten zur galvanischen Abscheidung von Metallschichten mit eingelagerten Partikeln nichtmetallischer Substanz, wobei das Bad einen Suspensionsstabilisator für die in der Badflüssigkeit suspendierten, einzulagernden Partikel aufweist.The invention relates to a bath or an electrolyte for the electrodeposition of metal layers with embedded particles of non-metallic substance, the bath having a suspension stabilizer for the particles to be stored suspended in the bath liquid.
Die galvanische Abscheidung von Metallschichten mit einge- lagerten Partikeln fremder Substanzen - kurz galvanische Dispersionsabscheidung genannt - ist ein bequemer Weg zur Herstellung von Dispersionswerkstoffen. Während der Elektrolyse scheiden sich die im Bad suspendierten Partikel zusammen mit dem Matrixmetall auf der Kathode ab und werden von diesem umwachsen und eingebaut.Abbreviated galvanic dispersion deposition - - the electrodeposition of metal layers with einge- la g Erten particles of foreign substances is a convenient way for the production of dispersion materials. During the electrolysis, the particles suspended in the bath are deposited on the cathode together with the matrix metal and are overgrown and incorporated by it.
Eine wesentliche Rolle für die Güte einer galvanischen Dispersionsabscheidung spielt dabei die Art und Beschaffenheit des im Bad enthaltenen, als Suspensionsstabilisator wirkenden, oberflächenaktiven Mittels, welches die im Elektrolyten suspendierten Partikel einwandfrei benetzen muß. Ist diese Bedingung nicht oder nur unvollkommen erfüllt, so setzen sich die Partikel im Elektrolyten, selbst wenn man diesen umrührt oder in anderer Weise bewegt, zu rasch ab mit dem Ergebnis, daß sich die Konzentration des Bades an suspendierten Teilchen während der Elektrolyse ändert und die Partikelverteilung im abgeschiedenen Matrixmetall uneinheitlich wird.The type and nature of the surface-active agent contained in the bath, acting as a suspension stabilizer, which contains the particles suspended in the electrolyte, plays an important role in the quality of a galvanic dispersion deposition must moisten wall-free. If this condition is not or only incompletely fulfilled, the particles in the electrolyte, even if stirred or moved in some other way, set off too quickly with the result that the concentration of the bath of suspended particles changes during the electrolysis and the Particle distribution in the deposited matrix metal becomes non-uniform.
Gemäß der DE-PS 26 44 035 läßt sich eine galvanische Dispersionsabscheidung erfolgreich durchführen, wenn man dem Elektrolyten als Suspensionsstabilisator ganz speziell Imidazolinderivate zusetzt, welchen durch angegliederte Carboxylgruppen und/oder Sulfonsäuregruppen ein amphoterer Charakter verliehen worden ist. Kationenaktive Suspensionsstabilisatoren kennt die genannte Patentschrift nicht.According to DE-PS 26 44 035, galvanic dispersion deposition can be carried out successfully if the electrolyte is added as a suspension stabilizer, especially imidazoline derivatives which have been given an amphoteric character by attached carboxyl groups and / or sulfonic acid groups. Cation-active suspension stabilizers are not known from the patent mentioned.
Kationenaktive Substanzen sind zwar auch schon auf ihre Brauchbarkeit als Suspensionsstabilisatoren untersucht worden, doch lehrt die US-PS 42 22 828, daß nur solche kationenaktiven Substanzen für den genannten Zweck geeignet sind, wenn sie längerkettige Fluorkohlenstoffreste enthalten.Cation-active substances have already been examined for their usefulness as suspension stabilizers, but US Pat. No. 4,222,828 teaches that only such cation-active substances are suitable for the stated purpose if they contain longer-chain fluorocarbon residues.
Nunmehr wurde überraschenderweise gefunden, daß entgegen der Lehre der genannten US-PS dennoch gewisse kationenaktive Stoffe, welche kein Fluor enthalten, hervorragende Suspensionsstabilisatoren bei der galvanischen Dispersionsabscheidung sind. Diese neu aufgefundenen Stoffe sind gewisse kationenaktive Imidazolinderivate. Es war dies um so weniger vorhersehbar, als in Kenntnis der Lehre der DE-PS 26 44 035 zu erwarten war, daß Imidazolinderivate, um als Suspensionsstabilisator brauchbar zu sein, einen amphoteren Charakter besitzen müßten.It has now surprisingly been found that, contrary to the teaching of the US patent mentioned, certain cation-active substances which do not contain fluorine are nevertheless excellent suspension stabilizers in the galvanic dispersion deposition. These newly found substances are certain cation-active imidazoline derivatives. This was all the less predictable, given the knowledge of the teaching of DE-PS 26 44 035 that it could be expected that imidazoline derivatives would have to be amphoteric in order to be useful as a suspension stabilizer.
Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung, ein einen Suspensionsstabilisator enthaltendes Bad zur galvanischen Dispersionsabscheidung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Suspensionsstabilisator ein kationenaktives Imidazolinderivat der allgemeinen Formel:
Suspensionsstabilisatoren, bei denen in der obigen allgemeinen Formel R1 ein Gemisch von alipathischen, gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffresten mit 8 bis 18 C-Atomen, vorzugsweise mit 16 bis 18 C-Atomen (Talgreste), insbesondere ein Heptadecenylrest; R2 eine Äthylengruppe; und X eine primäre Aminogruppe oder eine Hydroxylgruppe ist, sind besonders bevorzugt.Suspension stabilizers in which, in the general formula R 1 above, a mixture of aliphatic, saturated and unsaturated hydrocarbon radicals with 8 to 18 carbon atoms, preferably with 16 to 18 carbon atoms (valley residues), in particular a He p tadecenyl radical; R 2 is an ethylene group; and X is a primary amino group or a hydroxyl group are particularly preferred.
Die Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Versuchsdurchführungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to the following experiments:
In entionisiertem Wasser werden aufgelöst:
- 630 ml/l wässrige Nickelsulfamatlösung einer Konzentration von 600 bis 680 g festem Sulfamat je Liter,
- 5 g/1 Nickelchlorid NiCl2 - 6H20 und
- 40 g/l Borsäure H3BO3.
- 630 ml / l aqueous nickel sulfamate solution with a concentration of 600 to 680 g solid sulfamate per liter,
- 5 g / 1 nickel chloride NiCl 2 - 6H 2 0 and
- 40 g / l boric acid H 3 BO 3 .
2,5 1 der obigen Lösung werden als Basiselektrolyt angewandt und dieser wird während der Versuchsdurchführung mittels eines mechanischen Rührers in Bewegung gehalten. Als Anode dient eine Platte aus carbonisierten Nickel (DIN 1702), als Kathode eine Platte aus Nickellegierung X10 CrNiTi 189 der Abmessungen 50 x 100 mm. Vor der Versuchsdurchführung wurde die Kathode in an sich bekannter Weise elektrolytisch entfettet, anodisch geätzt und vorvernickelt.2.5 l of the above solution are used as the base electrolyte and this is kept in motion during the test by means of a mechanical stirrer. A plate made of carbonized nickel (DIN 1702) serves as the anode, and a plate made of nickel alloy X10 CrNiTi 189 measuring 50 x 100 mm serves as the cathode. Before the experiment was carried out, the cathode was degreased electrolytically, anodically etched and pre-nickel-plated in a manner known per se.
In den obigen Basiselektrolyten werden nun 150 g/l Siliciumcarbid, SiC, einer Partikelgröße von etwa 2 µm eingerührt und 0,8 g/l Suspensionsstabilisator hinzugegeben. Dieser Stabilisator ist im vorliegenden Falle ein 1-Aminoäthyl-2-alkyl-alkenyl-imidazolin, wobei hier unter "-alkyl-alkenyl-" ein Gemisch von Alkyl- und Alkenylresten mit 16 bis 18 C-Atomen verstanden werden soll, wie diese insbesondere im tierischen Talg vorkommen.150 g / l silicon carbide, SiC, with a particle size of about 2 μm, are then stirred into the above base electrolytes and 0.8 g / l suspension stabilizer is added. In the present case, this stabilizer is a 1-aminoethyl-2-alkyl-alkenyl-imidazoline, with "-alkyl-alkenyl" here being understood to mean a mixture of alkyl and alkenyl radicals having 16 to 18 carbon atoms, as is particularly the case occur in animal sebum.
Nun wird die galvanische Dispersionsabscheidung von SiC bei einer Badtemperatur von 50 ± 1 °C durchgeführt. Der pH-Wert des Bades beträgt dabei etwa 3,8 bis 4,0.Now the galvanic dispersion deposition of SiC is carried out at a bath temperature of 50 ± 1 ° C. The pH of the bath is about 3.8 to 4.0.
Es werden mehrere Einzelversuche mit verschiedenen kathodischen Stromdichten durchgeführt, wobei man die Elektrolysedauer so wählt, daß kathodisch eine Schichtdicke von etwa 20 µm abgeschieden wird. Als Richtlinie sei hierzu angegeben, daß eine solche Schichtdicke von etwa 20 µm bei einer kathodischen Stromdichte von 2A/dm2 in etwa einer Stunde aufgetragen wird, während man die gleiche Schichtdicke bei 10A/dm2 in etwa 10 Minuten erreicht. Die in den Einzelversuchen angewandten Stromdichten und die dabei erzielten Einbauraten an suspendierten SiC-Teilchen in die abgeschidene Ni-Matrix (in Gew.-%), ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben:
Die gewonnenen Dispersionsabscheidungen wurden durch Biegen der Kathodenbleche um 90° auf ihre Haftfestigkeit am Substrat geprüft. Es zeigte sich, daß die Haftfestigkeit in allen Fällen ausgezeichnet war. Eine Versprödung der Abscheidungen wurde in keinem Fall beobachtet.The dispersion deposits obtained were tested for their adhesive strength to the substrate by bending the cathode sheets by 90 °. It was found that the adhesive strength was excellent in all cases. No embrittlement of the deposits was observed.
Es wird der Versuch 1 wiederholt mit der Ausnahme, daß als Suspensionsstabilisator' anstelle des 1-Aminoäthyl-2-alkyl-alkenyl-imidazolins, nunmehr 1-Hydroxyäthyl-2-heptadecenyl- imidazolin verwendet wird. Auch hier erzielt man eine Partikeleinbaurate von optimal 7,3 Gew.-% bei guthaftenden, nicht versprödenden Dispersionsabscheidungen.The experiment 1 is repeated with the exception that 1-hydroxyethyl-2-heptadecenyl imidazoline is now used as the suspension stabilizer instead of the 1-aminoethyl-2-alkyl-alkenyl-imidazoline. Here too, a particle incorporation rate of optimally 7.3% by weight is achieved with well-adhering, non-embrittling dispersion deposits.
Es wird der Versuch 1 wiederholt mit der Ausnahme, daß man anstelle der SiC-Partikel nunmehr 100 g/l Titancarbidpartikel, TiC, einer Teilchengröße von 0,4 µm verwendet. Man erzielt eine Einbaurate von optimal 5 Gew.-% der Partikel in die abgeschiedene Ni-Matrix.Experiment 1 is repeated with the exception that 100 g / l titanium carbide particles, TiC, with a particle size of 0.4 μm are now used instead of the SiC particles. An optimal installation rate of 5% by weight of the particles in the deposited Ni matrix is achieved.
Der Versuch 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß man anstelle der SiC-Partikel nunmehr 100 g/l Aluminiumoxydpartikel, Al2O3, einer Teilchengröße von 0,6 µm verwendet. Man erzielt eine Einbaurate von optimal 6 Gew.-% der Partikel in die abgeschiedene Ni-Matrix.Experiment 1 is repeated with the exception that 100 g / l of aluminum oxide are now used instead of the SiC particles particle, Al 2 O 3 , a particle size of 0.6 microns used. An optimal installation rate of 6% by weight of the particles in the deposited Ni matrix is achieved.
Der Versuch 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß man anstelle der SiC-Partikel nunmehr 100 g/l Titandioxydpartikel, TiO2, einer Teilchengröße von 3 - 5 um verwendet. Man erzielt eine Einbaurate von optimal 8 Gew.-% der Partikel in die abgeschiedene Ni-Matrix.The experiment 1 is repeated with the exception that 100 g / l titanium dioxide particles, TiO 2 , with a particle size of 3-5 μm are now used instead of the SiC particles. An optimal installation rate of 8% by weight of the particles in the deposited Ni matrix is achieved.
Man verwendet einen Basiselektrolyten aus:
Es wird eine Dispersionsabscheidung von Partikeln selbstschmierenden Polytetrafluoräthylens (PTFE, FlounL 170) aus folgendem Bad mit den nachstehenden Bedingungen durchgeführt:
Es wird eine Dispersionsabscheidung von Partikeln selbstschmierenden Bornitrids (BN) aus folgendem Bad unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt:
Es wird die Abhängigkeit der Partikeleinbaurate von der Partikelkonzentration im Bad untersucht. Badzusammensetzung und Versuchsbedingungen entsprechen im wesentlichen denjenigen des Versuchs 1 mit Ausnahme der in Tabelle II angegebehen Abweichungen:The dependence of the particle incorporation rate on the particle concentration in the bath is examined. Bath composition and test conditions essentially correspond to those of test 1 with the exception of the deviations listed in Table II:
Wie aus vorstehender Tabelle II ersichtlich, steigt die Partikeleinbaurate mit der Partikelkonzentration im Bad an.As can be seen from Table II above, the particle incorporation rate increases with the particle concentration in the bath.
Es wird die Abhängigkeit der Partikeleinbaurate in die Matrix in Abhängigkeit von der Konzentration an Suspensionsstabilisator im Bad untersucht. Badzusammensetzung und Versuchsbedingungen entsprechen im wesentlichen denjenigen des Versuchs 1 mit Ausnahme der in Tabelle III angegebenen Abweichungen:
Wie aus vorstehender Tabelle III ersichtlich, steigt die Partikeleinbaurate mit der Stabilisatorkonzentration im Bad an, wobei bei einer Konzentrationssteigerung von 0,6 auf 0,8 g Stabilisator je Liter, der größte Einbauratenzuwachs zu verzeichnen ist.As can be seen from Table III above, the particle incorporation rate increases with the stabilizer concentration in the bath, with the greatest increase in installation rate being recorded when the concentration increases from 0.6 to 0.8 g of stabilizer per liter.
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