EP4251792A1 - Ruthenium alloy layer and its layer combinations - Google Patents

Ruthenium alloy layer and its layer combinations

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EP4251792A1
EP4251792A1 EP21820188.7A EP21820188A EP4251792A1 EP 4251792 A1 EP4251792 A1 EP 4251792A1 EP 21820188 A EP21820188 A EP 21820188A EP 4251792 A1 EP4251792 A1 EP 4251792A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrolyte
ruthenium
acid
layer
metal
Prior art date
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Pending
Application number
EP21820188.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sascha Berger
Klaus Bronder
Uwe Manz
Martin Pohl
Martin Stegmaier
Matthias Wahl
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Umicore Galvanotechnik GmbH
Original Assignee
Umicore Galvanotechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Umicore Galvanotechnik GmbH filed Critical Umicore Galvanotechnik GmbH
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    • C25D5/10Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium

Definitions

  • the present invention is directed to an aqueous electrolyte for depositing a ruthenium alloy layer onto metallic surfaces, particularly base metallic surfaces.
  • Another subject of the present invention is the use of the electrolyte according to the invention for the production of ruthenium alloy layers on corresponding surfaces by an electrolytic process, which is also a subject of the invention.
  • the invention also encompasses layer sequences which have a ruthenium alloy layer deposited in this way.
  • palladium is often used as a coating for, for example, electrical connectors, printed circuit boards, decorative applications and many other industrial and commercial uses.
  • palladium represents an economical, more cost-effective alternative, since palladium also has a wide range of possible uses. Alloys of palladium with base metals such as nickel or cobalt are less expensive than pure precious metals, so such alloys have been and are used for a long time. Coatings of such palladium alloys are often produced by electrodeposition from Palladiumle alloy electrolytes.
  • the ruthenium baths and processes described in the prior art often relate to the deposition of black ruthenium and ruthenium alloy layers and may contain toxicologically questionable compounds such as thio compounds as blackening additives (e.g. DE102011105207B4 and the literature cited there). Due to their acidic character, these baths often only allow deposition on metals that are relatively noble in character (e.g. DE1959907A1).
  • a nitridochloro complex of ruthenium can be used in an aqueous, non-acidic bath for the electrodeposition of ruthenium. Such a method is described in US4297178. It also contains oxalic acid or an oxalate anion. According to this, only pure ruthenium deposits are generated, which, however, cannot replace palladium and palladium alloy deposits in this form without disadvantages.
  • Ruthenium deposits are mentioned, inter alia, in US3692641 or GB2101633. In the former, deposits of ruthenium with other precious metals, among others, are propagated. In the latter, ruthenium alloy deposits in an acidic environment are addressed.
  • WO18142430A1 describes the production of differently colored ruthenium or ruthenium alloy deposits, inter alia, with metals such as Ni, Co, Cu, Sn, etc. It is mentioned that deposits on base metallic substrates are possible. However, only strongly acidic electrolytes are presented here, which is why direct deposition on these substrates is certainly not possible. A possibility is also being sought of successfully avoiding palladium-containing layers in electrolytic deposition practice. For this, the replacing layers should have properties that are as similar as possible to layers containing palladium. This should apply in particular with regard to, inter alia, appearance, corrosion resistance, abrasion resistance and cracking characteristics. It should also be possible to deposit corresponding layers on base metal surfaces in order to be able to replace the Pd strike depositions that are frequently used for this purpose. In addition, replacing the palladium should of course result in cost savings.
  • Claims 2 to 7 are directed to preferred configurations of the electrolyte according to the invention.
  • Claims 8, 12 and 15, respectively, are directed with the corresponding subclaims to the use of the electrolyte, a method for electrolytic deposition from the electrolyte and a layer sequence obtainable therewith.
  • an aqueous electrolyte for the deposition of ruthenium alloys on base metal surfaces in particular, comprising: a) ruthenium as a binuclear, anionic ruthenium nitrido complex of the formula [RU 2 N(H 2 0) 2 X 8 ] 3 , where X is one or more simple or multiply negatively charged counterions, such as halide ions, hydroxide ions or other anionic ligands (eg sulfate, phosphate, oxalate, citrate), in a concentration of 0.5-20 g/l based on ruthenium as the metal; b) one or more alloying metals dissolved in ionic form, selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt in a concentration of 0.5 - 10 g/l each related to the metal; c) one or more anions of a di-, tri- or tetracarboxy
  • Ruthenium is preferably used in the form of a water-soluble compound known to those skilled in the art as a binuclear, anionic nitridohalogeno complex compound of the formula [RU 2 N(H 2 O) 2 X 8 ] 3 , where X is a halide ion.
  • the chloro complex [Ru 2 N(H 2 O) 2 Cl 8 ] 3 is particularly preferred in this context.
  • the amount of the complex compound in the electrolyte according to the invention can preferably be chosen such that the concentration of ruthenium after complete dissolution of the compound is between 1 and 20 grams per liter of electrolyte, calculated as ruthenium metal.
  • the finished electrolyte particularly preferably contains 1 to 10 grams of ruthenium per liter of electrolyte, very particularly preferably 3 to 7 grams of ruthenium per liter of electrolyte.
  • the electrolyte contains certain organic compounds that have one or more carboxylic acid groups.
  • these are di-, tri-, or tetracarboxylic acids.
  • these are well known to those skilled in the art and can be found, for example, in literature (Beyer-Walter, Textbook of Organic Chemistry, 22nd edition, S. Hirzel-Verlag, p. 324 ff). be removed.
  • acids selected from the group consisting of oxalic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, maleic acid, glutaric acid, adipic acid, malonic acid and malic acid.
  • Oxalic acid is particularly preferred in this connection.
  • the acids are naturally present in their anionic form in the electrolyte at the pH value to be set.
  • the carboxylic acids mentioned here are added to the electrolyte in a concentration of 0.05-2 moles per liter, preferably 0.1-1 mole per liter and very particularly preferably between 0.2-0.5 mole per liter. This applies in particular to the use of oxalic acid, which is believed to also serve as a conducting salt in the electrolyte.
  • anionic surfactants are used as wetting agents. These are, for example, those selected from the group consisting of fatty alcohol sulfates, alkyl sulfates, alkyl sulfonates, aryl sulfonates, alkylaryl sulfonates, heteroaryl sulfates and their salts and in particular their alkoxylated derivatives (see also: Kanani, N: Galvanotechnik; Hanser Verlag, Kunststoff Vienna, 2000; page 84 ff). Ethoxylated sodium fatty alcohol (C12-C14) ether sulfate or sodium fatty alcohol sulfate (C12-C14) are particularly preferred.
  • the pH of the electrolyte is preferably in the only slightly acidic to slightly alkaline range. According to the invention, the pH is adjusted to a range between 5 and 10. More preferably, the pH of the electrolyte in use is between 6 and 9, most preferably between 7 and 8 pH adjusted to approx. 7.5.
  • the pH value is kept constant during the electrolysis by adding buffer substances. These are well known to those skilled in the art (Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 66th Edition, D-144 ff). Preferred buffer systems are borate, phosphate and carbonate buffers.
  • Compounds for producing these buffer systems can be selected from the group consisting of boric acid, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, potassium hydrogen carbonate or dipotassium carbonate.
  • the buffer system comes in a concentration of 0.08-1.15 moles per liter, preferably 0.15-0.65 moles per liter and very particularly preferably 0.2-0.4 moles per liter (based on the anion) for use.
  • conductive salts and brightening additives are those selected from the group consisting of alkali metal sulfates, ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium oxalate.
  • dissolved metals are also present in the electrolyte. These are electrolytically deposited together with the ruthenium as a ruthenium alloy layer. There are those selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt in question. These are usually dissolved as salts, in particular as sulfates in the electrolyte. In this context, it is particularly preferred if the alloying metal is selected from the group consisting of Ni, Sn, Zn, Co and Pd. It is extremely preferred to use Ni.
  • the alloying metals are present in the electrolyte in a concentration of 0.1 - 10 g/l each.
  • the concentration of the alloying metal is preferably 1-6 g/l and very particularly preferably 2-5 g/l. It has been found that the addition of the alloying metal to the electrolyte according to the invention in the specified concentration ranges helps in particular to improve the corrosion resistance and the tendency for the ruthenium layer to form cracks. Ni in particular has shown good results here.
  • the present electrolyte can contain sulphur-containing compounds, such as the wetting agents or surfactants mentioned above. However, it is advantageous if the electrolyte does not contain any sulfur-containing compounds in which the sulfur is present in an oxidation state of ⁇ +4. In particular, blackening additives based on sulfur compounds are not present in the electrolyte according to the invention.
  • the present electrolyte does not produce a black or dark anthracite-colored deposit, but rather a greyish, metallic-looking deposit. It is thus even similar in appearance to the Pd and Pd alloy deposits to be replaced.
  • the a* value is preferably between -3 and +3 and the b* value between -7 and +7 according to the Cielab color system (EN ISO 11664-4 - latest version on the filing date).
  • the present invention also relates to the use of the electrolyte just described for the production of articles with an electrolytically deposited alloy metal layer, in particular on base metal surfaces, containing the metals ruthenium and one or more of the alloy metals dissolved in ionic form, selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt, where the alloy metal layer has a corrosion resistance similar to that of the corresponding palladium containing layers.
  • the alloying of the listed metals also means that the tendency to form cracks during electrolytic deposition is significantly reduced compared to pure ruthenium deposits.
  • the tendency to form cracks is preferably determined by optical assessment in a light microscope at 20x magnification.
  • base metal surfaces include those which are unstable in an acidic or more basic environment and tend to dissolve.
  • Preferred base metal sub-layers for the ruthenium alloy layer are those selected from the group consisting of copper, copper alloys, nickel or nickel alloys.
  • the ruthenium alloy layer that can be obtained by using the electrolyte according to the invention can have a specific thickness as determined by a person skilled in the art.
  • the thickness of the alloy metal layer is 0.05 - 5 ⁇ m, more preferably 0.05 - 2 ⁇ m, and most preferably 0.05 - 1 ⁇ m.
  • the alloy metal layer is preferably used as a sub-layer for a further metal layer to be electrolytically deposited, just as is the case, for example, for Pd or Pd-Ni layers.
  • the metal layer deposited on the ruthenium alloy layer can consist, for example, of noble metals such as Ag, Au, Pt, Rh or their alloys and generally has a thickness of 0.03-10 ⁇ m, preferably 0.05-3 ⁇ m and very preferably 0 ,1 - 1 p.m. It has been found that the metal deposits discussed here (for the ruthenium alloy layer itself and for the layer sequence) have a very high abrasion resistance, which is particularly advantageous both for jewelry and for technical applications (e.g. as a contact material).
  • the metal deposits of the ruthenium alloy also achieve values below 0.25 ⁇ m/1000 strokes with the electrolyte according to the invention. Further advantageous are even less than 0.1 ⁇ m/1000 strokes and very advantageously less than 0.08 ⁇ m/1000 strokes in the realm of feasibility.
  • the composition of the ruthenium alloy layer is very preferably 95:5 to 80:20, most preferably 90:10 to 80:20, based on the weight ratio of ruthenium to the other metal(s).
  • the subject matter of the present invention is also a method for depositing an alloy metal layer on, in particular, base metal surfaces, in which: a) the metal surface as the cathode is contacted with an aqueous electrolyte as just described; b) contacting an anode with the electrolyte; c) and established a sufficient current flow between cathode and anode.
  • the current density established during the deposition process in the electrolyte between the cathode and the anode can be chosen by those skilled in the art based on the efficiency and quality of the deposition.
  • the current density in the electrolyte is advantageously set to 0.1 to 50 A/dm 2 depending on the application and the type of coating system. If necessary, the current densities can be increased or decreased by adjusting the system parameters such as the structure of the coating cell, flow rates, anode and cathode conditions, etc.
  • a current density of 0.2-25 A/dm 2 , preferably 0.25-15 A/dm 2 and very particularly preferably 0.25-10 A/dm 2 is typically advantageous. Most preferably, the current density is 0.25-5 A/dm 2 .
  • the selected current density value is also determined by the type of coating process. In a drum coating process lies the preferred current density between 0.25 to 5 A/dm2. In rack coating processes, a current density of 0.5 to 10 A/dm2 gives better results.
  • thin layer thicknesses in the range from 0.1 to 0.3 ⁇ m are produced in rack operation.
  • low current densities in the range from 0.25 to 5 A/dm 2 are advantageously used.
  • Another application of low current densities is in drum or vibration technology, for example when coating contact pins.
  • approx. 0.25 to 0.5 ⁇ m thick layers are applied in the current density range from 0.25 to 0.75 A/dm 2 .
  • Layer thicknesses in the range from 0.1 to 1.0 ⁇ m are typically deposited in rack operation, primarily for decorative applications with current densities in the range from 0.25 to 5 A/dm 2 .
  • Pulsed direct current can also be used instead of direct current.
  • the current flow is interrupted for a certain period of time (pulse plating).
  • pulse plating With reverse pulse plating, the polarity of the electrodes is reversed so that the coating is partially anodicly detached. In this way, the layer structure is controlled in constant alternation with cathodic pulses.
  • simple pulse conditions such as 1 s current flow (t on ) and 0.5 s pulse pause ( ) with medium current densities leads to more homogeneous coatings (pulse plating, J.-C. Puippe, F. Leaman, Eugen G. Leu- zeverlag, Bad Saulgau, 1990).
  • insoluble anodes can preferably be used.
  • the insoluble anodes used are preferably those made from a material selected from the group consisting of platinized titanium, graphite, mixed metal oxides, glassy carbon anodes and special carbon material (“diamond-like carbon” DLC) or combinations of these anodes.
  • Insoluble anodes made of platinized titanium or titanium coated with mixed metal oxides are advantageous, the mixed metal oxides preferably being selected from iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide and mixtures thereof.
  • Iridium transition metal oxide mixed oxide anodes particularly preferably mixed oxide anodes made from iridium-ruthenium mixed oxide, iridium-ruthenium-titanium mixed oxide or iridium-tantalum mixed oxide, are also used advantageously for carrying out the invention. More can be found at Cobley, AJ et al. (The use of insoluble anodes in Acid Sulphate Copper Electrodeposition Solutions, Trans IMF, 2001, 79(3), p. 113 and 114). The deposition of the ruthenium alloy layers on, in particular, base metallic objects according to the present invention can be carried out as follows, taking into account the above:
  • the pieces of jewelry, decorative goods, consumer goods or technical objects to be coated are immersed in the electrolytes according to the invention (collectively referred to as substrates). These form the cathode.
  • An anode made of, for example, platinized titanium (product information PLATINODE ® from Umicore Galvanotechnik GmbH) is also immersed in the electrolyte. A corresponding current flow is then ensured between the anode and the cathode.
  • a maximum current density of 10 amperes per square decimeter [A/dm 2 ] has proven advantageous in order to obtain adherent, uniform layers.
  • the temperature which the electrolyte has during the deposition can be adjusted accordingly by a person skilled in the art.
  • the temperature range to be set is advantageously a range of 20-80.degree.
  • a temperature of 50° to 75° C. and particularly preferably 60° to 70° C. is preferably set. It can be advantageous if the electrolyte under consideration is stirred during the deposition.
  • Suitable substrate materials that are advantageously used here are copper-based materials such as pure copper, brass or bronze, ferrous materials such as iron or stainless steel, nickel, gold and silver.
  • the substrate materials can also be multi-layer systems that have been coated galvanically or with another coating technique. This applies, for example, to circuit board base material or iron materials that have been nickel- or copper-plated and then optionally gold-plated or coated with pre-silver.
  • Another substrate material is, for example, a wax core that has been pre-coated with conductive silver lacquer (so-called electroforming).
  • a further object of the present invention is a metallic layer sequence comprising a substrate equipped with a base metal surface in particular, an alloy metal layer electrolytically applied thereto produced by the method according to the invention with a thickness as described above and a metal layer of noble metals such as e.g. Ag, Au, Pt or Rh and their alloys with a thickness also as previously described.
  • the thicknesses of the layers can be in the ranges given above preferred areas vary.
  • the preferred embodiments described for the electrolyte, its use and the method according to the invention are also used mutatis mutandis for the layer sequence described here.
  • the ruthenium alloy layer described here represents an adequate replacement for the expensive Pd or Pd alloy layers, in particular Pd-Ni layers. Wherever the latter are used advantageously, the ruthenium alloy layer described here can represent a more cost-effective alternative.
  • a precious metal layer can be applied as a finish to the ruthenium alloy layer according to the invention, particularly in the case of items of jewelry. Rhodium, platinum, gold and silver are particularly suitable as noble metals. The person skilled in the art knows how to carry out such a finish.
  • the ruthenium alloy layer can also be established as a Pd or Pd-Ni substitute in electronic articles.
  • rhodium Rhodium alloys e.g. RhRu), platinum, platinum alloys (PtRh, PtRu) or gold preferred top layers.
  • Thin palladium or palladium-nickel layers can also be applied as top layers. The top layer to be applied and its layer thickness depends on the application and is known to the person skilled in the art.
  • the present invention can be preferably used in barrel and rack coating processes.
  • electrolyte described here it is possible to achieve particularly crack-free, corrosion-resistant and abrasion-resistant deposits of ruthenium alloys on a corresponding substrate that are similar to Pd deposits.
  • electrolyte in the neutral range which for the first time allows the deposition of ruthenium alloy coatings on base metals without having to provide them with a noble intermediate layer beforehand.
  • 1 liter of the electrolyte specified in the respective exemplary embodiment is heated to the temperature specified in the exemplary embodiment using a magnetic stirrer while stirring with a 60 mm long cylindrical magnetic stirring rod at at least 200 rpm. This agitation and temperature is also maintained during coating.
  • a mechanically polished brass sheet with a surface area of at least 0.2 dm 2 is used as the cathode.
  • This can be coated beforehand with at least 5 ⁇ m of nickel from an electrolyte, which produces high-gloss layers.
  • a gold layer approximately 0.1 ⁇ m thick can also be deposited on the nickel layer.
  • the cathode is positioned in the electrolyte between the anodes and moved parallel to them at at least 5 cm/second. The distance between anode and cathode should not change.
  • the cathode is coated by applying an electrical direct current between the anode and cathode.
  • the amperage is chosen so that at least 0.5 A/dm 2 is reached on the surface. Higher current densities can be selected if the electrolyte mentioned in the application example is intended to be used to produce layers that can be used for technical and decorative purposes.
  • the duration of the current flow is chosen so that at least a layer thickness of 0.5 to 1 ⁇ m is achieved on average over the area. Higher layer thicknesses can be produced if the electrolyte mentioned in the application example is intended to produce layers with a quality that can be used for technical and decorative purposes.
  • the cathode is removed from the electrolyte and rinsed with deionized water.
  • the cathodes can be dried by compressed air, hot air or centrifugation.
  • the area of the cathode, the level and duration of the applied current and the weight of the cathode before and after coating are documented and used to calculate the average coating thickness and the efficiency of the deposition determine.

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Abstract

Aqueous electrolyte for deposition of a ruthenium alloy layer on metal surfaces, in particular base metal surfaces, its use and a corresponding electrolytic process, and a correspondingly produced layer sequence.

Description

Rutheniumlegierungsschicht und deren Schichtkombinationen Ruthenium alloy layer and their layer combinations
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung ist auf einen wässrigen Elektrolyten zur Abscheidung einer Rutheniumlegierungsschicht auf metallische Oberflächen, insbesondere unedle metalli sche Oberflächen gerichtet. Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrolyten zur Herstellung von Rutheniumlegie rungsschichten auf entsprechenden Oberflächen durch ein elektrolytisches Verfahren, welches ebenfalls einen Gegenstand der Erfindung darstellt. Schlussendlich sind von der Erfindung ebenfalls Schichtenfolgen umfasst, welche eine derart abgeschiedene Ru theniumlegierungsschicht aufweisen. The present invention is directed to an aqueous electrolyte for depositing a ruthenium alloy layer onto metallic surfaces, particularly base metallic surfaces. Another subject of the present invention is the use of the electrolyte according to the invention for the production of ruthenium alloy layers on corresponding surfaces by an electrolytic process, which is also a subject of the invention. Finally, the invention also encompasses layer sequences which have a ruthenium alloy layer deposited in this way.
Gebrauchsgüter und technische Gegenstände, Schmuckstücke und Dekorgüter werden zum Schutz vor Korrosion und/oder zur optischen Aufwertung mit dünnen oxidations stabilen Metallschichten veredelt. Diese Schichten müssen mechanisch stabil sein und sollen auch bei längerem Gebrauch keine Anlauffarben oder Abnutzungserscheinungen zeigen. Ein probates Mittel zur Erzeugung solcher Schichten sind galvanische Verfah ren, mit denen eine Vielzahl von Metall- und Legierungsschichten in qualitativ hochwer tiger Form erhalten werden können. Aus dem Alltag gut bekannte Beispiele sind galva nische Bronze- und Messingschichten auf Türklinken oder Knöpfen, Chromüberzüge von Fahrzeugteilen, verzinkte Werkzeuge oder Goldüberzüge auf Uhrenarmbändern.Consumer goods and technical items, pieces of jewelry and decorative items are finished with thin, oxidation-resistant metal layers to protect against corrosion and/or to enhance their appearance. These layers must be mechanically stable and should not show any tarnishing or signs of wear even after prolonged use. A tried and tested means of producing such layers are galvanic processes, with which a large number of metal and alloy layers can be obtained in high-quality form. Well-known examples from everyday life are galvanic bronze and brass layers on door handles or buttons, chrome coatings on vehicle parts, galvanized tools or gold coatings on watch straps.
In diesem Zusammenhang sind seit langer Zeit auch galvanische Palladium- und seine Legierungsabscheidungen bekannt. Palladium wird aufgrund seiner hellen Farbe, her ausragenden elektrischen Eigenschaften, seiner Härte, seines Kontaktwiderstandes und seiner Korrosionsbeständigkeit sowie seiner Stabilität häufig als Überzug für z.B elektri- sehe Steckverbindungen, Leiterplatten, dekorative Anwendungen und viele andere in dustrielle und kommerzielle Verwendungen genutzt. Als Ersatzmaterial für Gold und Pla tin stellte Palladium eine wirtschaftliche, kostengünstigere Alternative dar, da Palladium ebenfalls vielfältige Einsatzmöglichkeiten besitzt. Legierungen von Palladium mit uned len Metallen wie Nickel oder Cobalt sind kostengünstiger als das reine Edelmetall, so dass solche Legierungen lange verwendet wurden und werden. Beschichtungen solcher Palladiumlegierungen werden häufig durch galvanische Abscheidung aus Palladiumle gierungselektrolyten hergestellt. Heutzutage ist der Palladiumpreis exorbitant in die Höhe geschossen, so dass nach günstigeren Alternativen gesucht wird, mit denen man bei ansonsten gleichen Eigen schaften den Einsatz von Palladium umgehen kann. Hier ist der Blick des Fachmanns u.a. auch auf den Einsatz von wesentlich günstigerem Ruthenium gerichtet. In this context, galvanic deposits of palladium and its alloys have also been known for a long time. Because of its light color, outstanding electrical properties, hardness, contact resistance and corrosion resistance as well as its stability, palladium is often used as a coating for, for example, electrical connectors, printed circuit boards, decorative applications and many other industrial and commercial uses. As a substitute material for gold and platinum, palladium represents an economical, more cost-effective alternative, since palladium also has a wide range of possible uses. Alloys of palladium with base metals such as nickel or cobalt are less expensive than pure precious metals, so such alloys have been and are used for a long time. Coatings of such palladium alloys are often produced by electrodeposition from Palladiumle alloy electrolytes. Nowadays, the price of palladium has skyrocketed, so that cheaper alternatives are being sought, with which the use of palladium can be avoided with otherwise the same properties. Here, the view of the person skilled in the art is directed, among other things, to the use of much cheaper ruthenium.
Die im Stand der Technik beschriebenen Rutheniumbäder und Verfahren, beziehen sich häufig auf die Abscheidung schwarzer Ruthenium- und Rutheniumlegierungsschichten und enthalten evt. toxikologisch bedenkliche Verbindungen wie Thioverbindungen als Schwärzungszusatz (z.B DE102011105207B4 sowie dort zitierte Literatur). Häufig er lauben diese Bäder aufgrund ihres sauren Charakters ausschließlich die Abscheidung auf Metalle, welche relativ edlen Charakter aufweisen (z.B. DE1959907A1). The ruthenium baths and processes described in the prior art often relate to the deposition of black ruthenium and ruthenium alloy layers and may contain toxicologically questionable compounds such as thio compounds as blackening additives (e.g. DE102011105207B4 and the literature cited there). Due to their acidic character, these baths often only allow deposition on metals that are relatively noble in character (e.g. DE1959907A1).
Laut der US4082625 können helle Rutheniumabscheidungen auch im basischen Be reich erhalten werden. Beschrieben ist ein Verfahren zur Abscheidung von Ruthenium, welches in einem pH-Wertebereich von 9 - 10 arbeitet. Das Ruthenium wird in diesem pH-Bereich durch komplexierende Anionen (EDTA, NTA, CDTA) in Lösung gehalten. Es werden stabile und helle Abscheidungen von Ruthenium erhalten. According to US4082625, light-colored ruthenium deposits can also be obtained in the basic range. A process for the deposition of ruthenium is described, which works in a pH range of 9-10. In this pH range, the ruthenium is kept in solution by complexing anions (EDTA, NTA, CDTA). Stable and bright deposits of ruthenium are obtained.
Ein Nitridochlorokomplex des Rutheniums kann im wässrigen, nicht sauren Bad zur Elektroabscheidung von Ruthenium verwendet werden. Ein solches Verfahren ist in der US4297178 beschrieben. Darin enthalten ist außerdem Oxalsäure oder ein Oxalat-An- ion. Hiernach werden ausschließlich reine Rutheniumabscheidungen generiert, welche allerdings in dieser Form Palladium- und Palladiumlegierungsabscheidungen nicht ohne Nachteile ersetzen können. A nitridochloro complex of ruthenium can be used in an aqueous, non-acidic bath for the electrodeposition of ruthenium. Such a method is described in US4297178. It also contains oxalic acid or an oxalate anion. According to this, only pure ruthenium deposits are generated, which, however, cannot replace palladium and palladium alloy deposits in this form without disadvantages.
Rutheniumabscheidungen werden u.a. in der US3692641 oder der GB2101633 erwähnt. In ersterer werden Abscheidungen von Ruthenium mit u.a. anderen Edelmetallen pro pagiert. In letzterer sind wiederum Rutheniumlegierungsabscheidungen im sauren Milieu adressiert. Ruthenium deposits are mentioned, inter alia, in US3692641 or GB2101633. In the former, deposits of ruthenium with other precious metals, among others, are propagated. In the latter, ruthenium alloy deposits in an acidic environment are addressed.
Die WO18142430A1 beschreibt die Herstellung verschiedenfarbiger Ruthenium- bzw. Rutheniumlegierungsabscheidungen u.a. mit Metallen wie Ni, Co, Cu, Sn etc. Es wird erwähnt, dass Abscheidungen auf unedlen metallischen Untergründen möglich sind. Al lerdings werden hier nur stark saure Elektrolyte vorgestellt weshalb eine direkte Abschei dung auf diesen Untergründen sicher nicht erfolgreich möglich ist. Gesucht wird weiterhin eine Möglichkeit, palladiumhaltige Schichten in der elektrolyti schen Abscheidungspraxis erfolgreich zu vermeiden. Dafür sollten die ersetzenden Schichten möglichst ähnliche Eigenschaften wie palladiumhaltigen Schichten aufweisen. Dies sollte insbesondere hinsichtlich u.a. des Aussehens, der Korrosionsbeständigkeit, der Abriebfestigkeit und Rissbildungscharakteristik gelten. Es sollte weiterhin möglich sein, entsprechende Schichten auf unedle Metalloberflächen abscheiden zu können, um die hierfür häufig genutzten Pd-strike-Abscheidungen ersetzen zu können. Darüber hin aus sollte durch den Ersatz des Palladiums natürlich eine Kostenersparnis resultieren.WO18142430A1 describes the production of differently colored ruthenium or ruthenium alloy deposits, inter alia, with metals such as Ni, Co, Cu, Sn, etc. It is mentioned that deposits on base metallic substrates are possible. However, only strongly acidic electrolytes are presented here, which is why direct deposition on these substrates is certainly not possible. A possibility is also being sought of successfully avoiding palladium-containing layers in electrolytic deposition practice. For this, the replacing layers should have properties that are as similar as possible to layers containing palladium. This should apply in particular with regard to, inter alia, appearance, corrosion resistance, abrasion resistance and cracking characteristics. It should also be possible to deposit corresponding layers on base metal surfaces in order to be able to replace the Pd strike depositions that are frequently used for this purpose. In addition, replacing the palladium should of course result in cost savings.
Diese und weitere sich dem Fachmann erschließende Aufgaben werden durch die An gabe eines Elektrolyten gemäß vorliegendem Anspruch 1 gelöst. Ansprüche 2 bis 7 sind auf bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektrolyten gerichtet. Ansprü che 8, 12 und 15, respektive, sind mit den entsprechenden Unteransprüchen auf die Verwendung des Elektrolyten, ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung aus dem Elektrolyten und eine damit erhältliche Schichtenfolge gerichtet. These and other tasks to be solved by those skilled in the art are solved by specifying an electrolyte according to present claim 1. Claims 2 to 7 are directed to preferred configurations of the electrolyte according to the invention. Claims 8, 12 and 15, respectively, are directed with the corresponding subclaims to the use of the electrolyte, a method for electrolytic deposition from the electrolyte and a layer sequence obtainable therewith.
Dadurch, dass man einen wässriger Elektrolyt zur Abscheidung von Rutheniumlegierun gen auf insbesondere unedlen Metalloberflächen aufweisend: a) Ruthenium als zweikernige, anionische Rutheniumnitridokomplexverbindung der For mel [RU2N(H20)2X8]3 , wobei X ein oder mehrere einfach oder mehrfach negativ gelade nen Gegenionen, wie z.B. Halogenidionen, Hydroxidionen oder andere anionische Lig anden (z.B. Sulfat, Phosphat, Oxalat, Citrat), sind , in einer Konzentration von 0,5 - 20 g/l bezogen auf Ruthenium als Metall; b) ein oder mehrere Legierungsmetalle in ionischer Form gelöst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt in einer Konzentration von jeweils 0,5 - 10 g/l bezogen auf das Metall; c) ein oder mehrere Anionen einer Di-, Tri-, oder Tetracarbonsäure in einer Konzentra tion von 0,05 - 2 Mol pro Liter; d) ein oder mehrere anionische Tenside in einer Konzentration von 0,1 - 500 mg/l; wobei der Elektrolyt einen pH von 5 bis 10 angibt, gelangt man überraschend zur Lösung der oben dargestellten Aufgaben. Mit dem hiervorgestellten Elektrolyten lassen sich den Palladiumabscheidungen farblich ähnliche Schichten aus Rutheniumlegierungen ab scheiden, welche eine hohe Korrosionsbeständigkeit, geringe Rissbildungstendenz und hohe Härte und damit hohe Abriebsfestigkeit aufweisen. Ruthenium wird vorzugsweise in Form einer dem Fachmann bekannten wasserlöslichen Verbindung als zweikernige, anionische Nitridohalogenokomplexverbindung der Formel [RU2N(H20)2X8]3 , wobei X ein Halogenidion ist eingesetzt. Besonders bevorzugt ist der Chlorokomplex [Ru2N(H20)2Cl8]3 in diesem Zusammenhang. Die Menge der Kom plexverbindung im erfindungsgemäßen Elektrolyten kann bevorzugt so gewählt werden, dass die Konzentration des Rutheniums nach vollständigem Lösen der Verbindung zwi schen 1 und 20 Gramm pro Liter Elektrolyt, berechnet als Ruthenium-Metall, liegt. Be sonders bevorzugt enthält der fertige Elektrolyt 1 bis 10 Gramm Ruthenium pro Liter Elektrolyt, ganz besonders bevorzugt 3 bis 7 Gramm Ruthenium pro Liter Elektrolyt.By using an aqueous electrolyte for the deposition of ruthenium alloys on base metal surfaces in particular, comprising: a) ruthenium as a binuclear, anionic ruthenium nitrido complex of the formula [RU 2 N(H 2 0) 2 X 8 ] 3 , where X is one or more simple or multiply negatively charged counterions, such as halide ions, hydroxide ions or other anionic ligands (eg sulfate, phosphate, oxalate, citrate), in a concentration of 0.5-20 g/l based on ruthenium as the metal; b) one or more alloying metals dissolved in ionic form, selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt in a concentration of 0.5 - 10 g/l each related to the metal; c) one or more anions of a di-, tri- or tetracarboxylic acid in a concentration of 0.05-2 moles per liter; d) one or more anionic surfactants in a concentration of 0.1 - 500 mg/l; where the electrolyte indicates a pH of 5 to 10, one surprisingly achieves the solution to the problems presented above. With the electrolyte presented here, layers of ruthenium alloys that are similar in color to the palladium deposits can be deposited, which have high corrosion resistance, low cracking tendency and high hardness and thus high abrasion resistance. Ruthenium is preferably used in the form of a water-soluble compound known to those skilled in the art as a binuclear, anionic nitridohalogeno complex compound of the formula [RU 2 N(H 2 O) 2 X 8 ] 3 , where X is a halide ion. The chloro complex [Ru 2 N(H 2 O) 2 Cl 8 ] 3 is particularly preferred in this context. The amount of the complex compound in the electrolyte according to the invention can preferably be chosen such that the concentration of ruthenium after complete dissolution of the compound is between 1 and 20 grams per liter of electrolyte, calculated as ruthenium metal. The finished electrolyte particularly preferably contains 1 to 10 grams of ruthenium per liter of electrolyte, very particularly preferably 3 to 7 grams of ruthenium per liter of electrolyte.
Der Elektrolyt enthält bestimmte organische Verbindungen, welche eine oder mehrere Carbonsäuregruppen aufweisen. Insbesondere sind dies Di-, Tri-, oder Tetracarbonsäu ren. Diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und können beispielsweise der Lite ratur (Beyer-Walter, Lehrbuch der Organischen Chemie, 22. Auflage, S. Hirzel-Verlag, S. 324 ff) entnommen werden. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Zitronensäure, Wein säure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Malonsäure, Äpfelsäure. Besonders bevorzugt ist Oxalsäure in diesem Zusammenhang. Die Säuren liegen natur gemäß bei dem einzustellenden pH-Wert in ihrer anionischen Form im Elektrolyten vor. Die hier erwähnten Carbonsäuren werden dem Elektrolyten in einer Konzentration von 0,05 - 2 Mol pro Liter, bevorzugt 0,1 - 1 Mol pro Liter und ganz besonders bevorzugt zwischen 0,2 - 0,5 Mol pro Liter zugesetzt. Dies gilt insbesondere für den Einsatz von Oxalsäure, von dem man annimmt, dass es im Elektrolyten auch als Leitsalz dient.The electrolyte contains certain organic compounds that have one or more carboxylic acid groups. In particular, these are di-, tri-, or tetracarboxylic acids. These are well known to those skilled in the art and can be found, for example, in literature (Beyer-Walter, Textbook of Organic Chemistry, 22nd edition, S. Hirzel-Verlag, p. 324 ff). be removed. In this context, particular preference is given to acids selected from the group consisting of oxalic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, maleic acid, glutaric acid, adipic acid, malonic acid and malic acid. Oxalic acid is particularly preferred in this connection. The acids are naturally present in their anionic form in the electrolyte at the pH value to be set. The carboxylic acids mentioned here are added to the electrolyte in a concentration of 0.05-2 moles per liter, preferably 0.1-1 mole per liter and very particularly preferably between 0.2-0.5 mole per liter. This applies in particular to the use of oxalic acid, which is believed to also serve as a conducting salt in the electrolyte.
Im erfindungsgemäßen Elektrolyten werden als Netzmittel anionische Tenside einge setzt. Diese sind z.B. solche ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fettalkoholsul fate, Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Arylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Heteroaryl sulfate und deren Salze und insbesondere deren alkoxylierte Derivate (siehe hierzu auch: Kanani, N: Galvanotechnik; Hanser Verlag, München Wien, 2000; Seite 84 ff). Besonders bevor zugt kommen ethoxyliertes Natriumfettalkohol(C12-C14)ethersulfat oder Natriumfettal- koholsulfat(C12-C14) zum Einsatz. In the electrolyte according to the invention, anionic surfactants are used as wetting agents. These are, for example, those selected from the group consisting of fatty alcohol sulfates, alkyl sulfates, alkyl sulfonates, aryl sulfonates, alkylaryl sulfonates, heteroaryl sulfates and their salts and in particular their alkoxylated derivatives (see also: Kanani, N: Galvanotechnik; Hanser Verlag, Munich Vienna, 2000; page 84 ff). Ethoxylated sodium fatty alcohol (C12-C14) ether sulfate or sodium fatty alcohol sulfate (C12-C14) are particularly preferred.
Der pH-Wert des Elektrolyten liegt vorzugsweise im nur leicht sauren bis leicht alkali schen Bereich. Erfindungsgemäß wird der pH-Wert auf einen Bereich zwischen 5 und 10 eingestellt. Mehr bevorzugt beträgt der pH-Wert des Elektrolyten bei der Anwendung zwischen 6 und 9, besonders bevorzugt zwischen 7 und 8. Äußerst bevorzugt wird ein pH-Wert um ca. 7,5 eingestellt. Die Konstanthaltung des pH-Wertes während der Elekt rolyse erfolgt dabei durch Zugabe von Puffersubstanzen. Diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt (Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 66th Edition, D- 144 ff). Bevorzugte Puffersysteme sind Borat, Phosphat- und Carbonat-Puffer. Verbin dungen zur Herstellung dieser Puffersysteme können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Borsäure, Kaliumdihydrogenphosphat, Dikaliumhydrogenphos- phat, Kaliumhydrogencarbonat oder Dikaliumcarbonat. Das Puffersysteme kommt in ei ner Konzentration von 0,08 - 1,15 Mol pro Liter, bevorzugt 0,15 - 0,65 Mol pro Liter und ganz besonders bevorzugt 0,2 - 0,4 Mol pro Liter (bezogen auf das Anion) zum Einsatz.The pH of the electrolyte is preferably in the only slightly acidic to slightly alkaline range. According to the invention, the pH is adjusted to a range between 5 and 10. More preferably, the pH of the electrolyte in use is between 6 and 9, most preferably between 7 and 8 pH adjusted to approx. 7.5. The pH value is kept constant during the electrolysis by adding buffer substances. These are well known to those skilled in the art (Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 66th Edition, D-144 ff). Preferred buffer systems are borate, phosphate and carbonate buffers. Compounds for producing these buffer systems can be selected from the group consisting of boric acid, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, potassium hydrogen carbonate or dipotassium carbonate. The buffer system comes in a concentration of 0.08-1.15 moles per liter, preferably 0.15-0.65 moles per liter and very particularly preferably 0.2-0.4 moles per liter (based on the anion) for use.
Dem hier besprochenen Elektrolyten können naturgemäß weitere für die Abscheidung vorteilhafte Stoffe zugesetzt werden. Diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Bevorzugt werden solche ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Leitsalzen und Glanzzusätze etc. (Praktische Galvanotechnik, 5. Auflage, Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau, S. 39 ff ). Bevorzugte Leitsalze sind solche ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Alkalisulfate, Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumoxalat. Naturally, further substances that are advantageous for the deposition can be added to the electrolyte discussed here. These are well known to those skilled in the art. Preference is given to those selected from the group consisting of conductive salts and brightening additives, etc. (Praktische Galvanotechnik, 5th edition, Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau, p. 39 et seq.). Preferred conductive salts are those selected from the group consisting of alkali metal sulfates, ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium oxalate.
Im Elektrolyten ebenfalls vorhanden sind neben dem Ruthenium weitere gelöste Metalle. Diese werden mit dem Ruthenium zusammen als Rutheniumlegierungsschicht elektro lytisch abgeschieden. Es kommen solche ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cu, W, Fe, Co, Ni, , In, Zn, Sn, Pd, Pt in Frage. Diese sind gewöhnlich als Salze, insbe sondere als Sulfate im Elektrolyten gelöst. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusam menhang, wenn das Legierungsmetall ausgewählt ist aus der Gruppe Ni, Sn, Zn, Co, Pd. Äußerst bevorzugt kommt Ni zum Einsatz. Die Legierungsmetalle sind im Elektroly ten in einer Konzentration von jeweils 0,1 - 10 g/l vertreten. Bevorzugt beträgt die Kon zentration des Legierungsmetalls 1 - 6 g/l und ganz besonders bevorzugt 2 - 5 g/l. Es hat sich herausgestellt, dass die Beimengung des Legierungsmetalls zum erfindungsge mäßen Elektrolyten in den angegeben Konzentrationsbereichen insbesondere die Kor rosionsbeständigkeit und die Rissbildungstendenz der Rutheniumschicht verbessern hilft. Insbesondere Ni hat hier gute Resultate gezeigt. In addition to the ruthenium, other dissolved metals are also present in the electrolyte. These are electrolytically deposited together with the ruthenium as a ruthenium alloy layer. There are those selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt in question. These are usually dissolved as salts, in particular as sulfates in the electrolyte. In this context, it is particularly preferred if the alloying metal is selected from the group consisting of Ni, Sn, Zn, Co and Pd. It is extremely preferred to use Ni. The alloying metals are present in the electrolyte in a concentration of 0.1 - 10 g/l each. The concentration of the alloying metal is preferably 1-6 g/l and very particularly preferably 2-5 g/l. It has been found that the addition of the alloying metal to the electrolyte according to the invention in the specified concentration ranges helps in particular to improve the corrosion resistance and the tendency for the ruthenium layer to form cracks. Ni in particular has shown good results here.
Der vorliegende Elektrolyt kann schwefelhaltige Verbindungen enthalten, wie z.B. die oben angegeben Netzmittel bzw. Tenside. Allerdings ist es von Vorteil, wenn der Elekt rolyt keine schwefelenthaltenden Verbindungen, bei denen der Schwefel in einer Oxida tionsstufe von < +4 vorliegt, enthält. Insbesondere Schwärzungszusätze auf Basis von Schwefelverbindungen sind im erfindungsgemäßen Elektrolyten nicht vorhanden. Der vorliegende Elektrolyt liefert eine nicht schwarze bzw. nicht dunkl anthrazitfarbene, sondern bevorzugt eher eine ins gräuliche gehende, metallisch anmutende Abschei dung. Damit ähnelt sie den zu ersetzenden Pd- und Pd-Legierungsabscheidungen sogar im Aussehen.. Die abgeschiedene Legierungsmetallschicht weist vorteilhaft einen L*- Wert von über 65 auf. Der a*-Wert liegt vorzugsweise bei -3 bis +3 und der b*-Wert zwischen -7 und +7 gemäß Cielab-Farbsystem (EN ISO 11664-4 - neueste Fassung am Anmeldetag). The present electrolyte can contain sulphur-containing compounds, such as the wetting agents or surfactants mentioned above. However, it is advantageous if the electrolyte does not contain any sulfur-containing compounds in which the sulfur is present in an oxidation state of <+4. In particular, blackening additives based on sulfur compounds are not present in the electrolyte according to the invention. The present electrolyte does not produce a black or dark anthracite-colored deposit, but rather a greyish, metallic-looking deposit. It is thus even similar in appearance to the Pd and Pd alloy deposits to be replaced. The a* value is preferably between -3 and +3 and the b* value between -7 and +7 according to the Cielab color system (EN ISO 11664-4 - latest version on the filing date).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls die Verwendung des eben be schriebenen Elektrolyten zur Herstellung von Artikeln mit einer elektrolytisch abgeschie denen Legierungsmetallschicht auf insbesondere unedlen Metalloberflächen aufwei send die Metalle Ruthenium und eines oder mehrere der in ionischer Form gelösten Le gierungsmetalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt, wobei die Legierungsmetallschicht eine Korrosionsbeständigkeit ähnlich der der entsprechenden palladiumhaltigen Schichten aufweist. Das Zulegieren der aufge führten Metalle führt ebenfalls dazu, dass die Rissbildungstendenz bei der elektrolyti schen Abscheidung gegenüber reinen Rutheniumabscheidungen wesentlich verringert wird. Die Rissbildungstendenz wird vorzugsweise bestimmt durch optische Begutach tung im Lichtmikroskop bei 20-facher Vergrößerung. Edle Metallunterschichten, auf de nen die Rutheniumlegierungsschicht abgeschieden werden kann, sind dem Fachmann bekannt. Als unedle Metalloberflächen sind erfindungsgemäß solche zu zählen, die im sauren bzw. stärker basischen Milieu instabil sind und zur Auflösung neigen. Bevorzugte unedle Metallunterschichten für die Rutheniumlegierungsschicht sind solche ausgewählt aus der Gruppe Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel oder Nickellegierungen. The present invention also relates to the use of the electrolyte just described for the production of articles with an electrolytically deposited alloy metal layer, in particular on base metal surfaces, containing the metals ruthenium and one or more of the alloy metals dissolved in ionic form, selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt, where the alloy metal layer has a corrosion resistance similar to that of the corresponding palladium containing layers. The alloying of the listed metals also means that the tendency to form cracks during electrolytic deposition is significantly reduced compared to pure ruthenium deposits. The tendency to form cracks is preferably determined by optical assessment in a light microscope at 20x magnification. Noble metal underlayers upon which the ruthenium alloy layer can be deposited are known to those skilled in the art. According to the invention, base metal surfaces include those which are unstable in an acidic or more basic environment and tend to dissolve. Preferred base metal sub-layers for the ruthenium alloy layer are those selected from the group consisting of copper, copper alloys, nickel or nickel alloys.
Die durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrolyten erhältliche Ruthenium legierungsschicht kann eine bestimmte Dicke nach Maßgabe des Fachmanns aufwei sen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Legierungsmetallschicht 0,05 - 5 pm, mehr be vorzugt 0,05 - 2 pm und ganz bevorzugt 0,05 - 1 pm. Weiterhin vorzugsweise wird die Legierungsmetallschicht als Unterschicht für eine weitere elektrolytisch abzuscheidende Metallschicht benutzt, ganz so wie es z.B. für Pd- bzw. Pd-Ni-Schichten zutrifft. Die auf der Rutheniumlegierungsschicht abgeschiedenen Metallschicht kann z.B. aus Edelme tallen wie z.B. Ag, Au, Pt, Rh oder deren Legierungen bestehen und hat in der Regel eine Dicke von 0,03 - 10 pm, bevorzugt 0,05 - 3 pm und ganz bevorzugt 0,1 - 1 pm. Es hat sich herausgestellt, dass die hier besprochenen Metallabscheidungen (für die Rutheniumlegierungsschicht selbst als auch für die Schichtenfolge) eine sehr hohe Ab riebfestigkeit besitzen, was sowohl für den Schmuckbereich als auch für technische An wendungen (z.B. als Kontaktwerkstoff) besonders vorteilhaft ist. Im sogenannten Bosch- Weinmann-Test (Bosch-Weinmann, A. M. Erichsen GmbH, Druckschrift 317 / D - V / 63, oder Weinmann K., Farbe und Lack 65 (1959), pp 647-651) erreichen die Metallabschei dungen der Rutheniumlegierung mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten Werte von unter 0,25 pm/1000 Hübe. Weiter vorteilhaft sind sogar weniger als 0,1 pm/1000 Hübe und ganz vorteilhaft kleiner 0,08 pm/1000 Hübe im Bereich des Machbaren. Für derartig abriebfeste Metallabscheidungen liegt die Zusammensetzung der Rutheniumlegierungs schicht ganz bevorzugt bei 95:5 bis 80:20, äußerst bevorzugt bei 90:10 bis 80:20 bezo gen auf das Gewichtsverhältnis von Ruthenium zu dem oder den anderen Metall(en).The ruthenium alloy layer that can be obtained by using the electrolyte according to the invention can have a specific thickness as determined by a person skilled in the art. Preferably, the thickness of the alloy metal layer is 0.05 - 5 µm, more preferably 0.05 - 2 µm, and most preferably 0.05 - 1 µm. Furthermore, the alloy metal layer is preferably used as a sub-layer for a further metal layer to be electrolytically deposited, just as is the case, for example, for Pd or Pd-Ni layers. The metal layer deposited on the ruthenium alloy layer can consist, for example, of noble metals such as Ag, Au, Pt, Rh or their alloys and generally has a thickness of 0.03-10 μm, preferably 0.05-3 μm and very preferably 0 ,1 - 1 p.m. It has been found that the metal deposits discussed here (for the ruthenium alloy layer itself and for the layer sequence) have a very high abrasion resistance, which is particularly advantageous both for jewelry and for technical applications (e.g. as a contact material). In the so-called Bosch-Weinmann test (Bosch-Weinmann, AM Erichsen GmbH, publication 317 / D - V / 63, or Weinmann K., Farb und Lack 65 (1959), pp 647-651), the metal deposits of the ruthenium alloy also achieve values below 0.25 μm/1000 strokes with the electrolyte according to the invention. Further advantageous are even less than 0.1 μm/1000 strokes and very advantageously less than 0.08 μm/1000 strokes in the realm of feasibility. For such abrasion-resistant metal deposits, the composition of the ruthenium alloy layer is very preferably 95:5 to 80:20, most preferably 90:10 to 80:20, based on the weight ratio of ruthenium to the other metal(s).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Abscheidung ei ner Legierungsmetallschicht auf insbesondere unedlen Metalloberflächen, bei dem man: a) die Metalloberfläche als Kathode mit einem wie eben beschriebenen wässrigen Elektrolyten kontaktiert; b) eine Anode mit dem Elektrolyten in Kontakt bringt; c) und zwischen Kathode und Anode einen ausreichenden Stromfluss etabliert.The subject matter of the present invention is also a method for depositing an alloy metal layer on, in particular, base metal surfaces, in which: a) the metal surface as the cathode is contacted with an aqueous electrolyte as just described; b) contacting an anode with the electrolyte; c) and established a sufficient current flow between cathode and anode.
Es sei erwähnt, dass die für den Elektrolyten und dessen Verwendung als bevorzugt titulierten Ausführungsformen mutatis mutandis auch für das hier angesprochene Ver fahren gelten. Die Stromdichte, die während des Abscheidungsverfahrens im Elektroly ten zwischen der Kathode und der Anode etabliert wird, kann vom Fachmann nach Maß gabe der Effizienz und Güte der Abscheidung gewählt werden. Vorteilhafterweise wird im Elektrolyten die Stromdichte je nach Anwendung und Beschichtungsanlagentyp auf 0,1 bis 50 A/dm2 eingestellt. Gegebenenfalls können die Stromdichten durch Anpassung der Anlagenparameter wie Aufbau der Beschichtungszelle, Strömungsgeschwindigkei ten, Anoden-, Kathodenverhältnisse, usw. erhöht bzw. verringert werden. Vorteilhaft ist typischerweise eine Stromdichte von 0,2 - 25 A/dm2, bevorzugt 0,25 - 15 A/dm2 und ganz besonders bevorzugt 0,25 - 10 A/dm2. Äußerst bevorzugt liegt die Stromdichte bei 0,25 - 5 A/dm2. Der gewählte Wert der Stromdichte wird auch von der Art des Beschich tungsverfahrens bestimmt. In einem Trommelbeschichtungsverfahren liegt die bevorzugte Stromdichte hierzwischen 0,25 bis 5 A/dm2. In Gestellbeschichtungsverfah ren führt eine Stromdichte von 0,5 bis 10 A/dm2 zu besseren Ergebnissen. It should be mentioned that the embodiments described as preferred for the electrolyte and its use also apply, mutatis mutandis, to the process addressed here. The current density established during the deposition process in the electrolyte between the cathode and the anode can be chosen by those skilled in the art based on the efficiency and quality of the deposition. The current density in the electrolyte is advantageously set to 0.1 to 50 A/dm 2 depending on the application and the type of coating system. If necessary, the current densities can be increased or decreased by adjusting the system parameters such as the structure of the coating cell, flow rates, anode and cathode conditions, etc. A current density of 0.2-25 A/dm 2 , preferably 0.25-15 A/dm 2 and very particularly preferably 0.25-10 A/dm 2 is typically advantageous. Most preferably, the current density is 0.25-5 A/dm 2 . The selected current density value is also determined by the type of coating process. In a drum coating process lies the preferred current density between 0.25 to 5 A/dm2. In rack coating processes, a current density of 0.5 to 10 A/dm2 gives better results.
Typischerweise werden dünne Schichtdicken im Bereich von 0,1 bis 0,3 pm im Gestell betrieb hergestellt. Hierbei kommen niedrige Stromdichten im Bereich von 0,25 bis 5 A/dm2 vorteilhaft zum Einsatz. Eine weitere Anwendung von niedrigen Stromdichten kommt bei der Trommel- oder Vibrationstechnik, beispielsweise beim Beschichten von Kontaktstiften, zum Einsatz. Hier werden ca. 0,25 bis 0,5 pm dicke Schichten im Stromdichtebereich von 0,25 bis 0,75 A/dm2 aufgebracht. Schichtdicken im Bereich von 0,1 bis 1 ,0 pm werden typischerweise im Gestellbetrieb vorwiegend für dekorative An wendungen mit Stromdichten im Bereich von 0,25 bis 5 A/dm2 abgeschieden. Typically, thin layer thicknesses in the range from 0.1 to 0.3 μm are produced in rack operation. Here, low current densities in the range from 0.25 to 5 A/dm 2 are advantageously used. Another application of low current densities is in drum or vibration technology, for example when coating contact pins. Here, approx. 0.25 to 0.5 μm thick layers are applied in the current density range from 0.25 to 0.75 A/dm 2 . Layer thicknesses in the range from 0.1 to 1.0 μm are typically deposited in rack operation, primarily for decorative applications with current densities in the range from 0.25 to 5 A/dm 2 .
Statt Gleichstrom kann auch gepulster Gleichstrom angewendet werden. Dabei wird der Stromfluss für eine gewisse Zeitdauer unterbrochen (Pulseplating). Bei Reverse Pulse- plating wird die Polarität der Elektroden gewechselt, so dass eine teilweise anodische Ablösung der Beschichtung erfolgt. Im ständigen Wechsel mit kathodischen Pulsen wird auf diese Weise der Schichtaufbau gesteuert. Die Anwendung einfacher Pulsbedingun gen wie z.B. 1 s Stromfluss (ton) und 0,5 s Pulspause ( ) bei mittleren Stromdichten führt zu homogeneren Überzügen (Pulse-Plating, J.-C. Puippe, F. Leaman, Eugen G. Leu- zeverlag, Bad Saulgau, 1990) . Pulsed direct current can also be used instead of direct current. The current flow is interrupted for a certain period of time (pulse plating). With reverse pulse plating, the polarity of the electrodes is reversed so that the coating is partially anodicly detached. In this way, the layer structure is controlled in constant alternation with cathodic pulses. The use of simple pulse conditions such as 1 s current flow (t on ) and 0.5 s pulse pause ( ) with medium current densities leads to more homogeneous coatings (pulse plating, J.-C. Puippe, F. Leaman, Eugen G. Leu- zeverlag, Bad Saulgau, 1990).
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Elektrolyten können vorzugsweise unlösliche Ano den zum Einsatz kommen. Als unlösliche Anoden werden bevorzugt solche aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus platiniertem Titan, Graphit, Misch metalloxiden, Glaskohlenstoffanoden und speziellem Kohlenstoffmaterial („Diamond Like Carbon“ DLC) oder Kombinationen dieser Anoden eingesetzt. Vorteilhaft sind un lösliche Anoden aus platiniertem Titan oder mit Mischmetalloxiden beschichtetem Titan, wobei die Mischmetalloxide bevorzugt ausgewählt sind aus Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Tantaloxid und Gemischen davon. Vorteilhaft werden auch Iridium-Übergangsme- talloxid-Mischoxidanoden, besonders bevorzugt Mischoxid-Anoden aus Iridium-Ruthe- nium-Mischoxid, Iridium-Ruthenium-Titan-Mischoxid oder Iridium-Tantal-Mischoxid zur Ausführung der Erfindung herangezogen. Weitere können bei Cobley, A.J. et al. (The use uf insoluble Anodes in Acid Sulphate Copper Electrodeposition Solutions, Trans IMF, 2001,79(3), S. 113 und 114) gefunden werden. Die Abscheidung der Rutheniumlegierungsschichten auf insbesondere unedlen metalli schen Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Berücksichtigung des oben Stehenden beispielhaft wie folgt ausgeführt werden: When using the electrolyte according to the invention, insoluble anodes can preferably be used. The insoluble anodes used are preferably those made from a material selected from the group consisting of platinized titanium, graphite, mixed metal oxides, glassy carbon anodes and special carbon material (“diamond-like carbon” DLC) or combinations of these anodes. Insoluble anodes made of platinized titanium or titanium coated with mixed metal oxides are advantageous, the mixed metal oxides preferably being selected from iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide and mixtures thereof. Iridium transition metal oxide mixed oxide anodes, particularly preferably mixed oxide anodes made from iridium-ruthenium mixed oxide, iridium-ruthenium-titanium mixed oxide or iridium-tantalum mixed oxide, are also used advantageously for carrying out the invention. More can be found at Cobley, AJ et al. (The use of insoluble anodes in Acid Sulphate Copper Electrodeposition Solutions, Trans IMF, 2001, 79(3), p. 113 and 114). The deposition of the ruthenium alloy layers on, in particular, base metallic objects according to the present invention can be carried out as follows, taking into account the above:
Zur galvanischen Aufbringung der Rutheniumlegierungsschicht taucht man die zu be schichtenden Schmuckstücke, Dekorgüter, Gebrauchsgüter oder technischen Gegen stände (zusammenfassend als Substrate bezeichnet) in den erfindungsgemäßen Elekt rolyten ein. Diese bilden die Kathode. Eine Anode aus z.B. platiniertem Titan (Produk tinformationen PLATINODE® der Umicore Galvanotechnik GmbH) wird ebenfalls in den Elektrolyten getaucht. Zwischen der Anode und der Kathode wird anschließend ein ent sprechender Stromfluss gewährleistet. Um haftfeste, gleichmäßige Schichten zu erhal ten, hat sich eine maximale Stromdichte von 10 Ampere pro Quadratdezimeter [A/dm2] als vorteilhaft erwiesen. For the galvanic application of the ruthenium alloy layer, the pieces of jewelry, decorative goods, consumer goods or technical objects to be coated are immersed in the electrolytes according to the invention (collectively referred to as substrates). These form the cathode. An anode made of, for example, platinized titanium (product information PLATINODE ® from Umicore Galvanotechnik GmbH) is also immersed in the electrolyte. A corresponding current flow is then ensured between the anode and the cathode. A maximum current density of 10 amperes per square decimeter [A/dm 2 ] has proven advantageous in order to obtain adherent, uniform layers.
Die Temperatur, welche der Elektrolyt während der Abscheidung aufweist, kann vom Fachmann entsprechend eingestellt werden. Vorteilhafter Weise beträgt der einzustel lenden Temperaturbereich eine Spanne von 20 - 80 °C. Bevorzugt wird eine Temperatur von 50° bis 75°C und besonders bevorzugt 60° bis 70°C eingestellt. Es kann von Vorteil sein, wenn der betrachtete Elektrolyt während der Abscheidung gerührt wird. The temperature which the electrolyte has during the deposition can be adjusted accordingly by a person skilled in the art. The temperature range to be set is advantageously a range of 20-80.degree. A temperature of 50° to 75° C. and particularly preferably 60° to 70° C. is preferably set. It can be advantageous if the electrolyte under consideration is stirred during the deposition.
Geeignete Substratmaterialien, die hier vorteilhafterweise zum Einsatz kommen sind Kupferbasismaterialen wie reines Kupfer, Messing oder Bronze, Eisenmaterialien wie z.B. Eisen oder Edelstahl, Nickel, Gold und Silber. Bei den Substratmaterialien kann es sich auch um Mehrfachschichtsysteme handeln, die galvanisch oder mit anderer Be schichtungstechnik beschichtet wurden. Dies betrifft beispielsweise Leiterplatten-Basis- material oder Eisenwerkstoffe, die vernickelt oder verkupfert und anschließend optional vergoldet oder mit Vorsilber beschichtet wurden. Ein weiteres Substratmaterial ist z.B. ein Wachskern, der mit Silberleitlack vorbeschichtet wurde (sogenanntes Galvanofor- ming). Suitable substrate materials that are advantageously used here are copper-based materials such as pure copper, brass or bronze, ferrous materials such as iron or stainless steel, nickel, gold and silver. The substrate materials can also be multi-layer systems that have been coated galvanically or with another coating technique. This applies, for example, to circuit board base material or iron materials that have been nickel- or copper-plated and then optionally gold-plated or coated with pre-silver. Another substrate material is, for example, a wax core that has been pre-coated with conductive silver lacquer (so-called electroforming).
Einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine metallische Schich tenfolge aufweisend ein mit einer insbesondere unedlen Metalloberfläche ausgestattetes Substrat, eine darauf elektrolytisch aufgebrachte Legierungsmetallschicht hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer wie weiteroben beschriebenen Dicke und eine auf dieser Schicht elektrolytisch abgeschiedene Metallschicht aus Edelmetallen wie zB. Ag, Au, Pt oder Rh und deren Legierungen mit einer wie ebenfalls weiter vorne beschriebenen Dicke. Die Dicken der Schichten können in den oben angegeben bevorzugten Bereichen variieren. Die für den Elektrolyten, seine Verwendung und das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen kommen mutatis mutandis auch für die hier beschriebene Schichtenfolge zur Anwendung. A further object of the present invention is a metallic layer sequence comprising a substrate equipped with a base metal surface in particular, an alloy metal layer electrolytically applied thereto produced by the method according to the invention with a thickness as described above and a metal layer of noble metals such as e.g. Ag, Au, Pt or Rh and their alloys with a thickness also as previously described. The thicknesses of the layers can be in the ranges given above preferred areas vary. The preferred embodiments described for the electrolyte, its use and the method according to the invention are also used mutatis mutandis for the layer sequence described here.
Die hier beschriebene Rutheniumlegierungsschicht stellt einen adäquaten Ersatz der teuren Pd- bzw. Pd-Legierungschichten, insbesondere Pd-Ni-Schichten dar. Überall dort, wo letztere vorteilhaft zum Einsatz kommen, kann die hier beschriebene Rutheni umlegierungsschicht eine kostengünstigere Alternative darstellen. Insbesondere bei Schmuckgegenständen kann als Finish auf die erfindungsgemäße Rutheniumlegie rungsschicht eine Edelmetallschicht aufgebracht werden. Als Edelmetalle kommen ins besondere Rhodium, Platin, Gold und Silber in Frage. Der Fachmann weiß, wie er ein derartiges Finish auszuführen hat. The ruthenium alloy layer described here represents an adequate replacement for the expensive Pd or Pd alloy layers, in particular Pd-Ni layers. Wherever the latter are used advantageously, the ruthenium alloy layer described here can represent a more cost-effective alternative. A precious metal layer can be applied as a finish to the ruthenium alloy layer according to the invention, particularly in the case of items of jewelry. Rhodium, platinum, gold and silver are particularly suitable as noble metals. The person skilled in the art knows how to carry out such a finish.
Allerdings lässt sich die Rutheniumlegierungsschicht auch in elektronisch genutzten Ar tikeln als Pd- oder Pd-Ni-Ersatz etablieren. Hier bilden Rhodium. Rhodiumlegierungen z.B. RhRu), Platin, Platinlegierungen (PtRh, PtRu) oder Gold bevorzugte Deckschichten. Auch dünne Palladium- bzw. PalladiumNickelschichten können als Deckschichten auf gebracht werden. Die aufzubringende Deckschicht und deren Schichtdicke hängt vom Anwendungszweck ab und ist dem Fachmann bekannt. However, the ruthenium alloy layer can also be established as a Pd or Pd-Ni substitute in electronic articles. Here form rhodium. Rhodium alloys e.g. RhRu), platinum, platinum alloys (PtRh, PtRu) or gold preferred top layers. Thin palladium or palladium-nickel layers can also be applied as top layers. The top layer to be applied and its layer thickness depends on the application and is known to the person skilled in the art.
Die vorliegende Erfindung kann bevorzugt in Trommel- und Gestellbeschichtungsverfah ren eingesetzt werden. Mit dem hier beschriebenen Elektrolyten ist es möglich, beson ders rissfreie, korrosionsbeständige sowie abriebbeständige und den Pd-Abscheidun- gen ähnliche Abscheidungen von Rutheniumlegierungen auf einem entsprechenden Substrat zu bewerkstelligen. Weiterhin ist es möglich, mit dem Elektrolyten im neutralen Bereich zu arbeiten, was erstmals das Abscheiden von Rutheniumlegierungsüberzügen auf unedlen Metallen gestattet, ohne dass diese vorher mit einer edlen Zwischenschicht versehen werden müssen. Dieses war vor dem Hintergrund des bekannten Standes der Technik mitnichten nahe liegend. Beispiele: The present invention can be preferably used in barrel and rack coating processes. With the electrolyte described here, it is possible to achieve particularly crack-free, corrosion-resistant and abrasion-resistant deposits of ruthenium alloys on a corresponding substrate that are similar to Pd deposits. Furthermore, it is possible to work with the electrolyte in the neutral range, which for the first time allows the deposition of ruthenium alloy coatings on base metals without having to provide them with a noble intermediate layer beforehand. Against the background of the known state of the art, this was by no means obvious. Examples:
1 Liter des im jeweiligen Ausführungsbeispiel genannten Elektrolyten werden mit Hilfe eines Magnetrührers unter Rühren mit einen 60 mm langen zylindrischen Magnetrühr stäbchen bei mindestens 200 rpm auf die im Ausführungsbeispiel genannte Temperatur erwärmt. Diese Rührung und Temperatur wird auch während der Beschichtung beibe halten. 1 liter of the electrolyte specified in the respective exemplary embodiment is heated to the temperature specified in the exemplary embodiment using a magnetic stirrer while stirring with a 60 mm long cylindrical magnetic stirring rod at at least 200 rpm. This agitation and temperature is also maintained during coating.
Nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur wird der pH Wert des Elektrolyten mit Hilfe einer KOH Lösung (c=0,5 g/ml) und Schwefelsäure (c=25%) auf den im Aus führungsbeispiel genannten Wert eingestellt. Als Anoden dienen Streckmetallabschnitte aus platiniertem Titan. After the desired temperature has been reached, the pH of the electrolyte is adjusted to the value specified in the exemplary embodiment using a KOH solution (c=0.5 g/ml) and sulfuric acid (c=25%). Expanded metal sections made of platinized titanium serve as anodes.
Als Kathode dient ein mechanisch poliertes Messingblech mit mindestens 0,2 dm2 Flä che. Diese kann zuvor mit mindestens 5 pm Nickel aus einem Elektrolyten beschichtet werden, welcher hochglänzende Schichten erzeugt. Auf der Nickelschicht kann auch eine circa 0,1 pm dicke Goldschicht abgeschieden sein. Diese Kathoden werden vor dem Einführen in den Elektrolyten mit Hilfe einer elektroly tischen Entfettung (5-7 V) und einer schwefelsäurehaltigen Dekapierung (c= 5% Schwe felsäure) gereinigt. Zwischen jedem Reinigungsschritt und vor dem Einführen in den Elektrolyten wird die Kathode mit deionisiertem Wasser gespült. A mechanically polished brass sheet with a surface area of at least 0.2 dm 2 is used as the cathode. This can be coated beforehand with at least 5 μm of nickel from an electrolyte, which produces high-gloss layers. A gold layer approximately 0.1 μm thick can also be deposited on the nickel layer. Before being introduced into the electrolyte, these cathodes are cleaned with the aid of electrolytic degreasing (5-7 V) and desmutting containing sulfuric acid (c= 5% sulfuric acid). Between each cleaning step and before entering the electrolyte, the cathode is rinsed with deionized water.
Die Kathode wird im Elektrolyten zwischen den Anoden positioniert und parallel zu die- sen mit mindestens 5 cm/Sekunde bewegt. Dabei sollte sich der Abstand zwischen Anode und Kathode nicht ändern. The cathode is positioned in the electrolyte between the anodes and moved parallel to them at at least 5 cm/second. The distance between anode and cathode should not change.
Im Elektrolyten wird die Kathode durch Anlegen eines elektrischen Gleichstroms zwi schen Anode und Kathode beschichtet. Die Stromstärke wird dabei so gewählt, dass auf der Fläche mindestens 0,5 A/dm2 erreicht werden. Höhere Stromdichten können gewählt werden, falls der im Anwendungsbeispiel genannte Elektrolyt dafür bestimmt ist, mit die sem technisch-dekorativ verwendbare Schichten zu erzeugen. In the electrolyte, the cathode is coated by applying an electrical direct current between the anode and cathode. The amperage is chosen so that at least 0.5 A/dm 2 is reached on the surface. Higher current densities can be selected if the electrolyte mentioned in the application example is intended to be used to produce layers that can be used for technical and decorative purposes.
Die Dauer des Stromflusses wird so gewählt, dass mindestens eine Schichtdicke von 0,5 bis 1 pm im Durchschnitt über die Fläche erreicht wird. Höhere Schichtdicken können erzeugt werden, falls der im Anwendungsbeispiel genannte Elektrolyt dafür bestimmt ist, Schichten mit technisch-dekorativ verwendbarer Qualität zu erzeugen. Nach der Beschichtung wird die Kathode aus dem Elektrolyten entfernt und mit deioni- sierten Wasser gespült. The duration of the current flow is chosen so that at least a layer thickness of 0.5 to 1 μm is achieved on average over the area. Higher layer thicknesses can be produced if the electrolyte mentioned in the application example is intended to produce layers with a quality that can be used for technical and decorative purposes. After coating, the cathode is removed from the electrolyte and rinsed with deionized water.
Die Trocknung der Kathoden kann durch Druckluft, Warmluft oder Zentrifugieren erfol gen. Die Fläche der Kathode, Höhe und Dauer des angelegten Stroms und Gewicht der Ka thode vor und nach Beschichtung werden dokumentiert und dazu verwendet, die durch schnittliche Schichtdicke sowie den Wirkungsgrad der Abscheidung zu bestimmen.The cathodes can be dried by compressed air, hot air or centrifugation. The area of the cathode, the level and duration of the applied current and the weight of the cathode before and after coating are documented and used to calculate the average coating thickness and the efficiency of the deposition determine.
Abscheidung von Ruthenium-Legierungsschichten Deposition of ruthenium alloy layers

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Wässriger Elektrolyt zur Abscheidung von Rutheniumlegierungen auf insbeson dere unedlen Metalloberflächen aufweisend: a) Ruthenium als zweikernige, anionische Rutheniumnitridokomplexverbindung der Formel [Ru2N(H20)2X8]3 , wobei X ein oder mehrere einfach oder mehrfach negativ geladene Gegenionen sind, in einer Konzentration von 0,5 - 20 g/l bezo gen auf Ruthenium als Metall; b) ein oder mehrere Legierungsmetalle in ionischer Form gelöst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt, in einer Kon- zentration von jeweils 0,1 - 10 g/l bezogen auf das Metall; c) ein oder mehrere Anionen einer Di-, Tri-, oder Tetracarbonsäure in einer Kon zentration von 0,05 - 2 Mol pro Liter; d) ein oder mehrere anionische Tenside in einer Konzentration von 0,1 - 500 mg/l; wobei der Elektrolyt einen pH-Wert von 5,0 bis 10,0 aufweist. 1. Aqueous electrolyte for the deposition of ruthenium alloys on base metal surfaces in particular, comprising: a) ruthenium as a binuclear, anionic ruthenium nitrido complex of the formula [Ru 2 N(H 2 0) 2 X 8 ] 3 , where X is one or more singly or multiply negatively charged Counterions are in a concentration of 0.5 - 20 g/l based on ruthenium as the metal; b) one or more alloying metals dissolved in ionic form selected from the group consisting of: Cu, W, Fe, Co, Ni, In, Zn, Sn, Pd, Pt, in a concentration of 0.1 - 10 g each /l related to the metal; c) one or more anions of a di-, tri- or tetracarboxylic acid in a concentration of 0.05-2 moles per liter; d) one or more anionic surfactants in a concentration of 0.1 - 500 mg/l; wherein the electrolyte has a pH of 5.0 to 10.0.
2. Elektrolyt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Zitro nensäure, Weinsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Malonsäure, Äpfelsäure. 2. Electrolyte according to claim 1, characterized in that the carboxylic acid is selected from the group consisting of oxalic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, maleic acid, glutaric acid, adipic acid, malonic acid, malic acid.
3. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fettalkoholsulfate, Al kylsulfate, Alkylsulfonate, Arylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Heteroarylsulfate Salze derselbe und deren alkoxylierte Derivate. 3. Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized in that the surfactant is selected from the group consisting of fatty alcohol sulfates, alkyl sulfates, alkyl sulfonates, aryl sulfonates, alkylaryl sulfonates, heteroaryl sulfates, salts of the same and their alkoxylated derivatives.
4. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Elektrolyten in einem Bereich von 7 - 8 liegt. 4. Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized in that the pH of the electrolyte is in a range of 7-8.
5. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Puffersystem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Borat, Phosphat- und Carbonat-Puffer aufweist. 5. Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte has a buffer system selected from the group consisting of borate, phosphate and carbonate buffers.
6. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmetall ausgewählt ist aus der Gruppe Ni, Pd, Pt, Sn, Zn, Co.6. Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized in that the alloying metal is selected from the group Ni, Pd, Pt, Sn, Zn, Co.
7. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser keine schwefelenthaltenden Verbindungen, bei denen der Schwefel in ei ner Oxidationsstufe von < +4 vorliegt, enthält. 7. Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized in that it contains no sulfur-containing compounds in which the sulfur is present in an oxidation state of <+4.
8. Verwendung eines wässrigen Elektrolyten gemäß einem der Ansprüche 1 - 7 zur Herstellung von Artikeln mit einer elektrolytisch abgeschiedenen Legierungsme tallschicht auf insbesondere unedlen Metalloberflächen aufweisend die Metalle Ruthenium und eines oder mehrere der in ionischer Form gelösten Legierungs metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cu, W, Fe, Co, Ni, , In, Zn, Sn, Pd, Pt. 8. Use of an aqueous electrolyte according to any one of claims 1-7 for the production of articles with an electrolytically deposited alloy metal layer on in particular base metal surfaces comprising the metals ruthenium and one or more of the alloy metals dissolved in ionic form selected from the group consisting of: Cu , W, Fe, Co, Ni, , In, Zn, Sn, Pd, Pt.
9. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsmetallschicht eine Dicke von 0,05 - 5 pm aufweist 9. Use according to claim 7, characterized in that the alloy metal layer has a thickness of 0.05-5 μm
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsmetallschicht als Unterschicht für eine weitere elektrolytisch abge schiedene Metallschicht aus Edelmetallen oder deren Legierungen dient, wobei letztere eine Dicke von 0,05 - 5 pm aufweist. 10. Use according to one of claims 8 - 9, characterized in that the alloy metal layer serves as a sub-layer for a further electrolytically deposited metal layer made of precious metals or their alloys, the latter having a thickness of 0.05 - 5 μm.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Metallschicht/erzeugten Metallschichten eine Abriebsfestigkeit von unter 0,25 pm/1000 Hübe besitzt (im Bosch-Weinmann-Test). 11. Use according to one of Claims 8-10, characterized in that the metal layer/metal layers produced has an abrasion resistance of less than 0.25 μm/1000 strokes (in the Bosch-Weinmann test).
12. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung einer Legierungsmetallschicht auf insbesondere unedlen Metalloberflächen, in dem man: a) die Metalloberfläche als Kathode mit einem wässrigen Elektrolyten gemäß ei nem der Ansprüche 1 - 7 kontaktiert; b) eine Anode mit dem Elektrolyten in Kontakt bringt; und c) zwischen Kathode und Anode einen ausreichenden Stromfluss etabliert. 12. A process for the electrolytic deposition of an alloy metal layer on, in particular, base metal surfaces, in which: a) the metal surface as cathode is contacted with an aqueous electrolyte according to one of claims 1-7; b) contacting an anode with the electrolyte; and c) establishing a sufficient current flow between cathode and anode.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte im Elektrolyten bei 0,1 - 50,0 A/dm2 beträgt. 13. The method according to claim 12, characterized in that the current density in the electrolyte is 0.1-50.0 A/dm 2 .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Elektrolyse zwischen 20°C und 80°C liegt. 14. The method according to any one of claims 12 or 13, characterized in that the temperature during the electrolysis is between 20°C and 80°C.
15. Metallische Schichtenfolge aufweisend ein mit einer insbesondere unedlen Me- talloberfläche ausgestattetes Substrat, eine darauf elektrolytisch aufgebrachte Legierungsmetallschicht hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 12 - 14. 15. Metallic layer sequence comprising a substrate equipped with an in particular base metal surface, an alloy metal layer electrolytically applied thereto and produced according to a method of claims 12-14.
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