EP0149830A2 - Bain électrolytique pour le dépôt de couches minces d'or pur - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/48—Electroplating: Baths therefor from solutions of gold
Definitions
- the present invention relates to an electrolytic bath for depositing thin layers (of the order of at least 0.5 p) of pure gold on passive surfaces (for example stainless steel, Ti, Mo, alloys based on Cr and Ni, etc.).
- passive surfaces for example stainless steel, Ti, Mo, alloys based on Cr and Ni, etc.
- the baths used for the galvanic deposition of gold are generally prepared from potassium auricyanide solutions KAu (CN) 2 , to which various salts, acids or alkaline products are added, according to the methods, to improve the electrical conductivity. of the bath and the conditions of crystallization of the metal.
- the aurocyanide is only stable up to a pH of around 3 and, below this value, it decomposes into insoluble and yellow AuCN gold cyanide. HCN hydrocyanic acid.
- baths with very low pH is especially essential to deposit a thin layer of adherent pure gold on objects whose surface is highly passive, that is to say for example stainless steel, alloys containing a high proportion of chromium and nickel, in titanium, in molybdenum, or on surfaces having previously undergone galvanic chromium plating, chemical nickel plating or a coating of molybdenum-manganese alloy.
- the object of this invention therefore consists in providing an electrolytic bath for the deposition of thin layers (of the order of ⁇ C, 5 p) of pure gold (24cts) on passive surfaces, which adhere perfectly to said passive surfaces and can serve as a bonding layer for the subsequent deposition of thicker layers of a gold alloy.
- the electrolytic bath according to the invention aimed at achieving the above-mentioned aim, is characterized in that it contains from 0.5 to 20 g / 1 of gold in the form of the auricyanide of an alkali metal and at least one acid. present in sufficient concentration for the pH of this bath to be at most 0.4.
- this bath can contain the auricocyanide in the form of potassium auricyanide KAu (CN) 4 or sodium auricyanide NaAu (CN) 4 , and its pH is preferably between 0.1 and 0, 3.
- the acid concentration being relatively high, it does not prove necessary to add conductive salts, the solution being sufficiently electrically conductive.
- These acids can be used either alone or mixed with each other, in concentrations of 40 to 500 g / l, except for sulfamic acid, the solubility of which in water is limited and which can be present in 100 g / 1 at saturation, which is reached for a concentration of approximately 150 g / 1 at room temperature.
- organic complexing agents for example sodium, potassium, ammonium or amine salts, diethylene-triamine-penta (methylene-phosphonic), ethylene- diamine-tetra (methylene-phosphonic) and ethylene-diamine-tetra-acetic (EDTA), which are preferably used in concentrations of 1 to 20 g / l.
- complexing agents as well as other complexing agents such as amino-carbonic acids (see for example DE 3,012,999), cannot be used in large quantities because they risk precipitating.
- other compounds mentioned below can be introduced into the electrolytic bath according to the invention, therefore having a pH of less than 0.4, as complexing agents and without precipitating, in quantities at least greater than 20 g / 1.
- These compounds are N-carboxymethyl-aspartic acids and N, N-bis (carboxymethyl) aspartic having the formulas following:
- R is an alkyl or alkylene group having 1 to 5 C atoms, or the salts thereof.
- the baths are generally used at room temperature, with platinum titanium or g phite anodes.
- platinum titanium or g phite anodes For certain applications, in particular for coating particularly passive surfaces, it is possible to raise the working temperature of these baths up to 80 o C.
- the chemicals that go into their composition are not volatile, and having perfect stability at this temperature, there does not result any loss or any change in the behavior of the bath during electrolysis.
- a stainless steel wafer was treated in the bath, at room temperature, with a current density of 3 A / dm 2 for 5 minutes.
- the pure gold deposit obtained is both perfectly adherent to the substrate and brilliant.
- a stainless steel plate was treated in this bath, at room temperature, with a current density of 4 A / dm 2 for 4 minutes.
- the deposit obtained is both perfectly adherent and shiny.
- the deposit obtained is both perfectly adherent and shiny.
- a stainless steel plate was treated in this bath, at room temperature, with a density current of 4 A / dm 2 for 3 minutes.
- the deposit obtained is both perfectly adherent and shiny.
- This bath was intentionally polluted with 50 mg / 1 of iron.
- the addition of 4 g / 1 of EDTA makes it possible to obtain, under the same electrolysis conditions, a deposit of pure yellow and shiny gold.
- the stainless steel wafer treated in this bath at a current density of 5 A / dm 2 for 5 minutes, had an adherent and shiny gold layer of 0.2 to 0.3 p.
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Abstract
Le bain électrolytique, permettant de déposer des couches minces (environ 0, 5 µ) d'or pur sur des surfaces passives, contient de 0,5 à 20 g/l d'or sous forme d'auricya- nure de K ou Na, ainsi qu'un acide ou un mélange d'acides en une quantité telle que le pH du bain soit d'au plus 0,4, et de préférence entre 0,1 et 0,3.
Description
- La présente invention concerne un bain électrolytique pour le dépôt de couches minces (de l'ordre de 0,5 p au moins) d'or pur sur des surfaces passives (par exemple acier inoxydable, Ti, Mo, alliages à base de Cr et de Ni, etc.).
- Les bains utilisés pour la déposition galvanique de l'or sont en général préparés à partir de solutions d'auricyanure de potassium KAu (CN)2, auxquelles on ajoute différents sels, acides ou produits alcalins, selon les procédés, pour améliorer la conductibilité électrique du bain et les conditions de cristallisation du métal. L'aurocyanure n'est toutefois stable que jusqu'à un pH d'environ 3 et, au-dessous de cette valeur, il se décompose en cyanure d'or AuCN jaune insoluble et. un acide cyanhydrique HCN. Dans la pratique, il est parfois souhaitable de pouvoir déposer de l'or ou un alliage d' or en milieu très acide, donc en utilisant des solutions dont le pH est inférieur à 3. Pour y parvenir, il est nécessaire d'utiliser un sel d'or stable à un pH bas, ce qui est le cas pour l'auricyanure de potassium KAu(CN)4, dans lequel l'or est trivalent.
- Ce complexe cyanuré d'or trivalent est déjà mentionné dans les brevets US 3.598.706 et US 4.168.314, qui décrivent des bains opérant avec des acides phosphorique et chlorhydrique. Il est également présent dans les bains décrits dans les brevets DE 2.658.003 relatif à la déposition d'un alliage or-étain, DE 3.012.999 qui divulgue la déposition d'or avec différents métaux, et DE 3.021.665 qui concerne la déposition d'un alliage or-platine. Selon ces publications, l'utilisation de solutions dont le pH est inférieur à 1,5 permet la déposition d'alliages d'or dont les caractéristiques physiques et l'homogénéité sont meilleures que celles d'alliages obtenus dans des solutions dont le pH est supérieur à 3.
- L'emploi de bains à pH très bas est surtout indispensable pour effectuer la déposition d'une couche mince d'or pur adhérente sur des objets dont la surface est fortement passive, c'est-à-dire par exemple en acier inoxydable, en alliagescontenant une forte proportion de chrome et de nickel, en titane, en molybdène, ou sur des surfaces ayant subi préalablement un chromage galvanique, un nickelage chimique ou un revêtement d'alliage molybdène-manganèse.
- Il est en effet bien connu que, sur de telles surfaces, un dépôt électrolytique d'or obtenu au moyen de bains dont le pH est égal ou supérieur à 3, ne possède aucune adhérence et s'écaille rapidement. Cela est expliqué par la présence, à la surface de ces objets, d'une couche mince d'oxyde qui permet la conductibilité électrique, mais empêche le contact direct du métal de base et du dépôt galvanique. Pour obtenir l'adhérence de ce dépôt, il est nécessaire d'éliminer cette couche d'oxyde par un décapage approprié dans une solution fortement acide, et de procéder ensuite à l'électrolyse dans un bain très acide pour éviter que la couche d'oxyde ne se reforme avant la déposition du métal. On utilise souvent, dans ce cas, un bain de nickel de Wood contenant une forte concentration d'acide chlorhydrique, ce qui permet l'obtention d'une couche adhérente de ce métal. Toutefois, il est parfois souhaitable, pour des impératifs techniques, de déposer de l'or pur directement sur des surfaces passives, c'est-à-dire d'éviter la déposition préalable d'une sous-couche de nickel ou d'autre métal. L'expérience a montré que cette couche d'or pur, dont l'épaisseur est de préférence inférieure à un micron, peut servir d'ancrage à une couche d'épaisseur plus forte, constituée elle-même par un alliage d'or obtenu au moyen d'un procédé galvanique du commerce. Si, au contraire, on dépose sur la surface passive un alliage d'or avec un autre métal, comme c'est le cas avec le procédé décrit dans le brevet DE 3.012.999,les caractéristiques de cristallisation de l'alliage provoquent, après un certain temps, une diminution de l'adhérence du dépôt, qui se traduit par une exfoliation de celui-ci.
- Le but de cette invention consiste donc à fournir un bain électrolytique pour le dépôt de couches minces (de l'ordre de ≤C,5 p) d'or pur (24cts) sur des surfaces passives, qui adhèrent parfaitement auxdites surfaces passives et pouvant servir de couche d'accrochage pour le dépôt subséquent de couches plus épaisses d'un alliage d'or.
- Le bain électrolytique selon l'invention, visant à atteindre le but précité, est caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 à 20 g/1 d'or sous forme d'auricyanure d'un métal alcalin et au moins un acide présent en concentration suffisante pour que le pH de ce bain soit au plus de 0,4.
- Plus précisément, ce bain peut contenir l'auri- cyanure sous forme d'auricyanure de potassium KAu(CN)4 ou d'auricyanure de sodium NaAu (CN)4, et son pH est de préférence compris entre 0,1 et 0,3. En outre, la concentration en acide étant relativement élevée, il ne s'avère pas nécessaire de procéder à l'adjonction de sels conducteurs, la solution étant suffisamment conductrice de l'électricité.
- Les acides pouvant être utilisés dans le bain selon l'invention peuvent être choisis parmi les composés suivants:
- acide 1-hydroxy-1,1-éthylidène-diphosphonique, acide amino-tris(méthylène-phosphonique), acide hydroxy-méthyl-phosphonique, acide sulfurique, acide sulfamique, acide pyrophosphorique, acide mono-chloracétique, acide dichloracétique, acide trichloracétique et acide malique.
- Ces acides peuvent être utilisés soit seuls, soit mélangés les uns avec les autres, en concentrations de 40 à 500 g/1, sauf pour l'acide sulfamique dont la solubilité dans l'eau est restreinte et qui peut être présent de 100 g/1 à la saturation, qui est atteinte pour une concentration d'environ 150 g/1 à la température ambiante.
- Lors du traitement de pièces dans le bain décrit précédemment, certains métaux peuvent passer en solution et, comme impuretés, perturber le dépôt d'or pur. On peut y remédier en ajoutant dans le bain d'or très acide des complexants organiques, par exemple des sels de sodium, de potassium, d'ammonium ou d'amines des acides diéthylène-triamine-penta(méthylène-phosphonique), éthyléne-diamine-tétra(méthyléne-phosphonique) et éthyléne-diamine-tétra-acétique (EDTA), qui sont de préférence utilisés en concentrations de 1 à 20 g/1.
- Les exemples de complexants ci-dessus, de même que d'autres complexants tels que des acides amino-carboniques (voir par exemple DE 3.012.999), ne peuvent pas être utilisés en quantités importantes car ils risquent de précipiter. On a par contre trouvé que d'autres composés mentionnés ci-après peuvent être introduits dans le bain électrolytique selon l'invention, ayant donc un pH inférieur à 0,4, en tant qu'agents complexants et sans précipiter, en quantités au moins supérieures à 20 g/1. Ces composés sont les acides N-carboxyméthyl-aspartique et N,N-bis(carboxyméthyl)aspartique ayant les formules suivantes:
- ou les sels de ceux-ci, ainsi que le composé représenté par la formule suivante,
- Les bains sont utilisés généralement à la température ambiante, avec des anodes en titane platiné ou en g phite. Pour certaines applications, en particulier pour le revêtement de surfaces particulièrement passives, il est possible d'élever la température de travail de ces bains jusqu'à 80o C. Les produits chimiques qui entrent dans leur composition n'étant pas volatils, et présentant une parfaite stabilité à cette température, il ne s'ensuit aucune perte ni aucun changement dans le comportement du bain lors de l'électrolyse.
- Les exemples qui suivent illustrent l'invention en donnant notamment plusieurs possibilités de compositions de bains utilisables pratiquement. Dans chacun de ceux-ci, la surface des objets traités dans le bain d'o a été préalablement décapé selon les procédés préparatoires habituels.
- Bain utilisé:
- Une plaquette en acier inoxydable a été traitée dans le bain, à température ambiante, avec une densité de courant de 3 A/dm2 pendant 5 minutes. Le dépôt d'or pur obtenu est à la fois parfaitement adhérent au substrat et brillant.
- Bain utilisé:
- Une plaquette en acier inoxydable a été traitée dans ce bain, à température ambiante, avec une densité de courant de 4 A/dm2 pendant 4 minutes. Le dépôt obtenu est à la fois parfaitement adhérent et brillant.
- Bain utilisé:
- Une plaquette de laiton, recouverte d'une couche de nickel chimique (dépôt nickel-phosphore), a été traitée dans ce bain, à température ambiante, avec une densité de courant de 3 A/dm2 pendant 4 minutes. Le dépôt obtenu est à la fois parfaitement adhérent et brillant.
- Bain utilisé:
- Une plaquette en acier inoxydable a été traitée dans ce bain, à température ambiante, avec une densité de courant de 4 A/dm2 pendant 3 minutes. Le dépôt obtenu est à la fois parfaitement adhérent et brillant.
- Bain utilisé:
- Ce bain a été intentionnellement pollué par 50 mg/1 de fer. Le dépôt obtenu sur une plaquette d'acier inoxydable avec une densité de courant de 3 A/dm2, durant 2 minutes, est alors sombre, brunâtre et terne. L'adjonction de 4 g/1 d'EDTA permet d'obtenir, dans les mêmes conditions d'électrolyse, un dépôt d'or pur jaune et brillant.
- Bain utilisé:
- La plaquette en acier inoxydable traitée dans ce bain, à une densité de courant de 5 A/dm2 pendant 5 minutes, présentait une couche d'or adhérente et brillante de 0,2 à 0,3 p.
- Aucun précipité n'a été constaté, alors qu'un bain identique, mais contenant la même quantité d'EDTA, au lieu du complexant mentionné ci-dessus, devient rapidement trouble par suite de la formation d'un précipité.
- Bain utilisé:
- L'utilisation de ce bain a conduit à des résultats similaires à ceux obtenus avec le bain de l'exemple 6.
Claims (10)
1. Bain électrolytique pour le dépôt de couches minces d'or pur sur des surfaces passives, caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 à 20 g/1 d'or sous forme d'auricyanure d'un métal alcalin et au moins un acide, présent en concentration suffisante pour que le pH de ce bain soit au plus de 0,4.
2. Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce que son pH est compris entre 0,1 et 0,3.
3. Bain selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'acide est choisi parmi le groupe comprenant l'acide sulfurique, l'acide sulfamique, l'acide pyrophosphorique, les acides mono-chloracétique, dichloroacétique et trichloracétique, l'acide malique, et les acides 1-hydroxy-1,1-éthylidène-diphos- phonique, hydroxy-méthyl-phosphonique et amino-tris(méthylène-phosphonique), et les mélanges de ceux-ci.
4. Bain selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acide est présent en une quantité comprise entre 40 et 500 g/l.
5. Bain selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient en outre au moins un agent complexant organique.
6. Bain selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent complexant organique est choisi parmi les sels alcalins des acides diéthylène-triamine-penta-(méthylène-phosphonique), éthylène-diamine-tétra(mê- thylène-phosphonique), hexaméthylène-diamine-tétra-(méthylène-phosphonique) et éthylène-diamine-tétra-acétique, et les mélanges de ceux-ci.
7. Bain selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'agent complexant organique est présent en une quantité comprise entre 1 et 20 g/1.
8. Bain selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent complexant organique est l'acide N-carboxyméthyl-aspartique ou l'acide N,N-bis(carboxyméthyl)aspartique, ou un sel de ceux-ci.
9, Bain selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent complexant organique est un composé ayant la formule suivante:
où R est un groupe alkyleou alkylène ayant de 1 à 5 atomes de C, ou un sel de celui-ci.
10. Bain selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que l'agent complexant organique est présent en une quantité supérieure à 20 g/l.
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| CH6961/83 | 1983-12-29 | ||
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| EP0149830B2 EP0149830B2 (fr) | 1992-05-13 |
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Citations (6)
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| FR2254658A1 (fr) * | 1973-12-13 | 1975-07-11 | Engelhard Min & Chem | |
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-
1983
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1984
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- 1984-12-20 DE DE8484115879T patent/DE3477588D1/de not_active Expired
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| EP0149830B1 (fr) | 1989-04-05 |
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