ES2339614T3 - SOLUTION AND METHOD TO ELECTROCHEMICALLY DEPOSIT A METAL ON A SUBSTRATE. - Google Patents
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Abstract
Description
Solución y método para depositar electroquímicamente un metal sobre un sustrato.Solution and method to deposit electrochemically a metal on a substrate.
La presente invención se refiere a un método de formar una multicapa de níquel resistente a la corrosión sobre un sustrato. Se emplean tales sistemas multicapa de níquel resistente a la corrosión, p.ej. en industria de la automoción, industria sanitaria, industria de accesorios para muebles, industria de las gafas y para joyería.The present invention relates to a method of form a corrosion-resistant nickel multilayer on a substratum. Such multi-layer systems of nickel resistant to corrosion, eg in the automotive industry, industry sanitary, furniture accessories industry, furniture industry Glasses and jewelry.
Ahora es del estado de la técnica conseguir la resistencia a la corrosión de artículos dotados de una capa de recubrimiento metálico (= metalizados) principalmente en la industria de la automoción por deposición de una multicapa de níquel sobre un sustrato y sobre ella una fina capa de cromo. La última capa de níquel de tal sistema produce poros minúsculos (microporos) en la capa de capa de cromo, invisibles a simple vista, pero que son los puntos de partida de un ataque corrosivo.Now it is the state of the art to get the corrosion resistance of articles provided with a layer of metallic coating (= metallized) mainly in the automotive industry by deposition of a multilayer of nickel on a substrate and on it a thin layer of chromium. The last nickel layer of such a system produces tiny pores (micropores) in the chrome layer, invisible to the naked eye, but which are the starting points of a corrosive attack.
La multicapa de níquel normalmente está formada por dos o tres capas de níquel: una primera capa opcional que tiene un potencial eléctrico noble (positivo), una segunda capa de níquel que es una capa de níquel brillante y que es menos noble que la primera capa de níquel y una tercera capa de níquel que se metaliza sobre la parte superior de la segunda capa (brillante) de níquel. La segunda capa de níquel puede dividirse además en dos capas de níquel: una capa de níquel de alto contenido en azufre, que es muy activa y que se deposita sobre la primera capa de níquel y otra capa activa de níquel activa, brillante y alto efecto nivelador. La deposición de la capa de níquel más externa (la tercera) se realiza co-depositando partículas que se incorporan a esta tercera capa de níquel. Finalmente se metaliza una capa de cromo sobre la parte superior de la tercera capa de níquel. La capa de cromo contiene agujeros (poros), debidos a las partículas que se incorporan a la tercera capa de níquel. Todos los ataques corrosivos tienen lugar a través de estos agujeros y en primer lugar provocarán la disolución de la segunda capa de níquel (brillante) menos noble. Hasta que la tercera capa de níquel (la superior) y la capa de cromo no se derrumban, la corrosión continúa siendo invisible. La corrosión se interrumpe en la primera capa de níquel, más noble, que protege al material de la base contra cualquier corrosión y progresa en sentido lateral hasta que se haya disuelto todo el níquel menos noble de la segunda capa de níquel (brillante).The nickel multilayer is usually formed by two or three layers of nickel: an optional first layer that has a noble (positive) electrical potential, a second layer of nickel which is a layer of bright nickel and that is less noble than the first layer of nickel and a third layer of nickel that is metallized on top of the second layer (shiny) nickel. The second layer of nickel can also be divided into two layers of nickel: a layer of high sulfur nickel, which is very active and deposited on the first layer of nickel and other Active layer of active nickel, bright and high leveling effect. The deposition of the outermost nickel layer (the third) is performed co-depositing particles that are incorporated into this third layer of nickel. Finally a chrome layer is metallized on top of the third layer of nickel. The layer of Chrome contains holes (pores), due to the particles that are incorporate the third layer of nickel. All attacks corrosives take place through these holes and first will cause the dissolution of the second layer of nickel (bright) less noble Until the third layer of nickel (the upper one) and the chrome layer do not collapse, corrosion continues to be invisible. Corrosion is interrupted in the first layer of nickel, more noble, which protects the base material against any corrosion and progresses laterally until it has dissolved all the less noble nickel of the second layer of nickel (sparkly).
El sistema descrito funciona sobre artículos de plástico metalizados, en los que la capa metálica depositada en primer lugar es normalmente cobre, igual que sobre artículos de acero. Sus propiedades se evalúan con el ensayo CASS (ensayo acelerado de pulverización de ácido acético y sal sobre cobre, ASTM B368: Copper-Accelerated Acetic Acid-Salt Spray Testing). Los resultados de este ensayo se indican con una puntuación entre 1 y 10, en la que el "10" significa: no se observa cambio por comparación con una superficie sin ataque corrosivo y el "1" significa que la superficie se ha destruido. El ensayo permite distinguir además entre el aspecto de una superficie después de una corrosión prolongada y la corrosión del material de la base. Para ello se recurre a un par de números, p.ej. el 10/9 significa: no hay ataque del material de la base material, pero se observa un cambio poco importante en el aspecto de la superficie. Con solo 48 horas de ensayo CASS, un sistema multicapa de níquel y cromo debidamente ajustado debería ser capaz de proteger plenamente la superficie, conduciendo a un resultado 10/10. El ensayo CASS guarda relación con el número de poros producidos en la capa de cromo, que a su vez se deben a la incorporación de partículas inertes en la tercera capa de níquel (E.P. Harbulak y col., "Chromium Microporosity and Active Sites", Plating and Surface Finishing, 58-61, (1989)).The described system works on articles of metallized plastic, in which the metallic layer deposited in firstly it is usually copper, just like on articles of steel. Its properties are evaluated with the CASS test (test Accelerated spray of acetic acid and salt on copper, ASTM B368: Copper-Accelerated Acetic Acid-Salt Spray Testing). The results of this assay are indicated with a score between 1 and 10, in which the "10" means: no change is observed by comparison with a surface without corrosive attack and the "1" means that the surface has been destroyed. The essay also distinguishes between the appearance of a surface after corrosion Prolonged and corrosion of the base material. To do this use a couple of numbers, eg 10/9 means: no attack of the material of the material base, but a little change is observed important in the appearance of the surface. With only 48 hours of CASS test, a multi-layer nickel and chrome system properly adjusted should be able to fully protect the surface, leading to a 10/10 result. The CASS trial is related to the number of pores produced in the chromium layer, which in turn due to the incorporation of inert particles in the third layer of nickel (E.P. Harbulak et al., "Chromium Microporosity and Active Sites ", Plating and Surface Finishing, 58-61, (1989)).
La corrosión se hace visible los agujeros producidos se van haciendo mayores, o cuando la acción protectora de la tercera capa de níquel y la capa de cromo se derrumbar, porque ya no hay suficiente capa de níquel brillante que las soporte.Corrosion becomes visible holes produced are getting older, or when the protective action of the third layer of nickel and the chrome layer will collapse, because there is not enough bright nickel layer to support them.
Hay diversos parámetros que influyen en el sistema multicapa de níquel. Estos son principalmente el grosor de las capas metálicas, sus potenciales eléctricos individuales relativos y los poros producidos en la capa superior de cromo. Debido a que la segunda capa de níquel (brillante) es la que autosacrifica, si esta capa fuera más gruesa, entonces resistiría los ataques durante un tiempo más prolongado. Si la tercera capa de níquel o la capa de cromo son muy finas, entonces las capas protectoras se derrumbarán antes. Una de las principales influencias consiste en los diferentes potenciales eléctricos de las capas de níquel. Los aditivos orgánicos que tienen dobles enlaces o que contienen cloruros pueden hacer que el níquel electrodepositado sea más noble. Los aditivos bien conocidos, idóneos para este fin, son por ejemplo el ácido vinilsulfónico, el ácido alilsulfónico y el cloral hidratado. Otros aditivos orgánicos, que aumentan el contenido de azufre incrustado en la capa de níquel, la convierten en menos noble. Otro miembro de este grupo es la sacarina. Normalmente, empleando aditivos adecuados puede ajustarse la diferencia entre los potenciales eléctricos de la primera capa de níquel (semibrillante) y la segunda capa de níquel (brillante) para que se sitúe en el intervalo comprendido entre 90 mV y 140 mV. El potencial eléctrico y la diferencia de potencial resultante pueden determinarse con el ensayo STEP (determinación simultánea del grosor y del potencial electroquímico de capas individuales de un depósito multicapa de níquel, ASTM B764: "Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit"). Al igual que la primera capa de níquel, la tercera capa de níquel tiene que ser más noble que la segunda capa de níquel, debido a que la tercera capa de níquel con sus poros delgados tiene que cubrir la segunda capa de níquel (brillante) sin sufrir ninguna disolución, una vez se ha iniciado la corrosión. Con el fin de conseguir esto, normalmente se ajusta la diferencia de potenciales entre la tercera capa de níquel y la segunda capa de níquel en un intervalo comprendido entre 20 mV y 60 mV.There are various parameters that influence the multilayer nickel system. These are mainly the thickness of the metallic layers, their individual electrical potentials relative and pores produced in the top layer of chromium. Because the second layer of nickel (shiny) is what self-sacrifice, if this layer were thicker, then it would resist the attacks for a longer time. If the third layer of nickel or chrome layer are very thin, then the layers Protectors will collapse before. One of the main influences consists of the different electrical potentials of the nickel layers. Organic additives that have double bonds or which contain chlorides can make electrodeposited nickel Be more noble. Well-known additives, suitable for this purpose, they are for example vinyl sulfonic acid, allylsulfonic acid and the hydrated chloral. Other organic additives, which increase the sulfur content embedded in the nickel layer, convert it In less noble. Another member of this group is saccharin. Normally, using suitable additives, the difference between the electrical potentials of the first layer of nickel (semi-gloss) and the second layer of nickel (bright) for that is in the range between 90 mV and 140 mV. He electrical potential and the resulting potential difference can determined with the STEP test (simultaneous thickness determination and of the electrochemical potential of individual layers of a reservoir multi-layer nickel, ASTM B764: "Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit "). Like the first layer of nickel, the third layer of nickel has to be more noble than the second layer of nickel, because the third layer of nickel with its thin pores have to cover the second layer of nickel (bright) without suffering any dissolution once it has started corrosion In order to achieve this, it usually fits the potential difference between the third layer of nickel and the second nickel layer in a range between 20 mV and 60 mV.
Sin asegurar que los poros delgados de las dos últimas capas metálicas estén distribuidos uniformemente, la corrosión tiene lugar de modo menos uniforme, de modo algo temprano, produciendo unos agujeros que son pocos pero grandes, visibles a simple vista, que pronto serán capas incluso de destruir la capa de níquel semibrillante y atacar al material de la base. Para ello, el ataque corrosivo debería distribuirse de manera uniforme (M. Häp y col., "DUR-NI 4000 - Verbesserter Korrosionsschutz mit größerer Prozesssicherheit" = mejor protección anticorrosiva con mayor seguridad de proceso, Galvanotechnik, 894-897, (2004)). Esto se consigue con el uso de un material no conductor que esté contenido en la solución de deposición para la tercera capa de níquel. El material no conductor provoca dichos poros delgados (superficie "microporosa"). Por lo tanto, la tercera capa de níquel (discontinua) se denomina "níquel microporoso". Las partículas de óxido de aluminio, óxido de titanio, tierra filtrante, óxido de hierro, óxido de cromo y óxido de molibdeno se indican en la patente US 3,449,223 como idóneas para este fin.Without ensuring that the thin pores of the two last metal layers are evenly distributed, the corrosion takes place less evenly, somewhat early, producing holes that are few but large, visible to simple sight, which will soon be layers even to destroy the layer of Semi-gloss nickel and attack the base material. To do this, the corrosive attack should be distributed evenly (M. Häp and col., "DUR-NI 4000 - Verbesserter Korrosionsschutz mit größerer Prozesssicherheit "= better corrosion protection with greater process safety, Galvanotechnik, 894-897, (2004)). This is achieved with the use of a non-conductive material that is contained in the solution of deposition for the third layer of nickel. Non-conductive material causes such thin pores ("microporous" surface). By therefore, the third layer of nickel (discontinuous) is called "microporous nickel". Aluminum oxide particles, titanium oxide, filter earth, iron oxide, chromium oxide and molybdenum oxide are indicated in US Patent 3,449,223 as suitable for this purpose.
Se han realizado muchos intentos por conseguir una distribución uniforme de los poros y un recuento fiable de los mismos. Se cree que el número de poros debería ser mayor que 10.000 cm^{-2} (E.P. Harbulak y col., lugar citado). Se cuenta el número de poros después de depositar cobre sobre una probeta en un electrolito ácido de cobre, que no deposita el cobre el cromo, sino únicamente sobre el níquel (ensayo Dubpernell, ASTM B604, B456). Normalmente se añade el material inorgánico a la tercera solución de electrolito de níquel para producir los poros. Este material puede ser sílice (patente US 3,825,478, en combinación con iones de Al^{+++} [ej. I]), óxido de titanio (EP 0 431 228 A1, en combinación con Ca^{++}), óxido de titanio recubierto con Al_{2}O_{3} o SiO_{2} (JP 04371597 A) o un producto de reacción insoluble, por ejemplo un compuesto de níquel que sea insoluble en la solución del baño (patente US 3,736,108). Se han empleado fibras orgánicamente no conductoras eléctricamente, que también se incorporan a una capa de níquel (patente GB 1,118,167).Many attempts have been made to achieve a uniform distribution of pores and a reliable count of same. It is believed that the number of pores should be greater than 10,000 cm -2 (E.P. Harbulak et al., cited place). The number is counted of pores after depositing copper on a specimen in a Acid copper electrolyte, which does not deposit copper to chromium, but only on nickel (Dubpernell test, ASTM B604, B456). Normally the inorganic material is added to the third solution of Nickel electrolyte to produce pores. This material can be silica (US Patent 3,825,478, in combination with ions of At +++ [ex. I]), titanium oxide (EP 0 431 228 A1, in combination with Ca ++), titanium oxide coated with Al 2 O 3 or SiO 2 (JP 04371597 A) or a product of insoluble reaction, for example a nickel compound that is insoluble in the bath solution (US Patent 3,736,108). They have employed organically non-electrically conductive fibers, which they are also incorporated into a nickel layer (GB patent 1,118,167).
Hay inconvenientes sustanciales en las partículas inorgánicas que se emplean para incorporarse a la tercera capa de níquel: las partículas de material inorgánico finamente molido tienen una densidad específica mayor que el agua y que el electrolito de níquel, por lo cual tienen una fuerte tendencia a sedimentar sobre el fondo del tanque de deposición. Para evitar la sedimentación, se realiza una fuerte agitación con aire, que, a su vez, es un inconveniente, porque todas las partículas que entran en contacto con la superficie del artículo a metalizar son expulsadas de inmediato, a pesar de que deberían quedarse allí con el fin de incorporarse a la capa de níquel. Un inconveniente de las partículas de SiO_{2} se ha definido como el riesgo que comportan de obturar las bolsas del ánodo. Esto se cree que se debe a que las partículas de SiO_{2} tienen una carga negativa de red cuando están en el baño de electrodeposición. G. Vidrich y col. (comportamiento de dispersión de las nanopartículas de Al_{2}O_{3} y SiO_{2} en baños de deposición de sulfamato de níquel de diferentes composiciones, "Dispersion Behavior of Al_{2}O_{3} and SiO_{2} Nanoparticles in Nickel Sulfamate Plating Baths of Different Composition", J. Electrochem. Soc., 152(5), C294-C297, 2005) han publicado la co-deposición de iones metálicas y partículas dispersadas de Al_{2}O_{3} y SiO_{2}. Indican que una razón de la falta de investigaciones dedicadas a la deposición del material de matriz de SiO_{2}-níquel pueda ser la carga negativa de red que se observa a menudo en el SiO_{2} incluso cuando las concentraciones iónicas son bajas en la solución acuosa, cuyo pH se sitúe en números superiores a 3 ó 4.There are substantial drawbacks in inorganic particles that are used to incorporate the third layer of nickel: particles of finely ground inorganic material have a specific density greater than water and that of nickel electrolyte, so they have a strong tendency to settle on the bottom of the deposition tank. To avoid sedimentation, strong agitation is carried out with air, which, in turn, is an inconvenience, because all the particles that come into contact with the surface of the article to be metallized are immediately expelled, although they should remain there. in order to join the nickel layer. A drawback of the SiO2 particles has been defined as the risk involved in sealing the anode bags. This is believed to be due to SiO2 particles having a negative network charge when they are in the electrodeposition bath. G. Vidrich et al. (dispersion behavior of the Al 2 O 3 and SiO 2 nanoparticles in nickel sulfamate deposition baths of different compositions, "Dispersion Behavior of Al_ {2} 3 and SiO_ {2} Nanoparticles in Nickel Sulfamate Plating Baths of Different Composition ", J. Electrochem. Soc., 152 (5), C294-C297, 2005) have published the co-deposition of metal ions and dispersed particles of Al_ {2} 3 and SiO_ {2}. They indicate that one reason for the lack of investigations dedicated to the deposition of the SiO2-nickel matrix material may be the negative network charge that is often observed in the SiO2 even when the ionic concentrations are low in the aqueous solution, whose pH is in numbers greater than 3 or 4.
Con el fin de invertir la carga superficial del sílice, C.J. Brinker y G.W. Scherrer (ciencia sol-gel: física y química del proceso sol-gel, "Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", 1ª ed., Academic Press, 1990, pp. 410-415) han indicado la absorción del material cargado sobre la superficie del mismo, pero sin referirse a la electrodeposición del níquel. El material cargado idóneo para invertir la carga del sílice a positiva se indica que son p.ej. los metales tri- y tetravalentes, por ejemplo el Al, Cr, Ga, Ti y Zr. En lugar de estos metales pueden absorberse también la sílice los cationes orgánicos polivalentes. En una alternativa, en WO 2005/106106 A1 se describe una dispersión acuosa que puede utilizarse como agente de acabado para textiles, dicha dispersión contiene un polvo de dióxido agregado, producido por pirogénicamente, y un polímero catiónico, que es soluble en la dispersión. Además, en EP 1 894 888 A1 se describe una dispersión acuosa de sílice, que está estabiliza con cationes. Dicha dispersión se menciona para el una pintura que se aplica sobre papel, láminas o sobre medios de impresión, como un recubrimiento sobre un sustrato, por ejemplo madera, plástico, metal, textil y láminas, para mejorar las propiedades mecánicas y ópticas del mismo, como recubrimiento sobre láminas para mejorar la separación de dos láminas entre sí y también para agentes de molienda y de pulido.In order to reverse the surface charge of the silica, C.J. Brinker and G.W. Scherrer (science sol-gel: physical and chemical process sol-gel, "Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing ", 1st ed., Academic Press, 1990, pp. 410-415) have indicated the absorption of the material loaded on the surface of the same, but without referring to the electrodeposition of nickel. He loaded material suitable for inverting silica charge to positive indicates that they are eg tri- and tetravalent metals, for example the Al, Cr, Ga, Ti and Zr. In place of these metals silica can also be absorbed organic cations versatile In an alternative, WO 2005/106106 A1 describes an aqueous dispersion that can be used as a finishing agent for textiles, said dispersion contains a dioxide powder aggregate, produced by pyrogenically, and a cationic polymer, which is soluble in the dispersion. In addition, in EP 1 894 888 A1, describes an aqueous dispersion of silica, which is stabilized with cations Said dispersion is mentioned for the one painting that applied on paper, sheets or on print media, such as a coating on a substrate, for example wood, plastic, metal, textile and sheets, to improve the mechanical properties and optics thereof, as a coating on sheets to improve the separation of two sheets from each other and also for agents grinding and polishing.
Además, en DE 24 32 724 A1 se describe una solución de deposición de níquel que contiene silicatos de metales alcalinos y caolín para formar partículas en la capa depositada de níquel. Se indica que los silicatos de metales alcalinos cambian la carga de las partículas de caolín con el fin de hacer posible la incorporación de las mismas al depósito de níquel.In addition, DE 24 32 724 A1 describes a nickel deposition solution containing metal silicates alkali and kaolin to form particles in the deposited layer of nickel. It is indicated that alkali metal silicates change the loading of the kaolin particles in order to make possible the incorporation of them to the nickel deposit.
En US 4,655,882 A se describe un proceso para fabricar acero metalizado con un compuesto de cinc-sílice. El baño de galvanización contiene iones de cinc, por ejemplo ZnSO_{4}, y partículas de sílice. Después de la deposición electroquímica del compuesto de cinc-sílice sobre el acero se realiza un tratamiento con alcoxisilano para la adición de silano.US 4,655,882 A describes a process for manufacture metallized steel with a compound of zinc-silica The galvanization bath contains Zinc ions, for example ZnSO4, and silica particles. After electrochemical deposition of the compound of zinc-silica on steel a treatment is performed with alkoxysilane for the addition of silane.
En GB 1 421 975 A se describe un proceso para la deposición de un recubrimiento metálico sobre una superficie. La deposición se efectúa con un baño acuoso, de modo más específico por electrodeposición. La solución contiene iones del metal, por ejemplo NiSO_{4} y un sólido finamente dividido, por ejemplo carburo de silicio u otros compuestos no metálicos, por ejemplo óxidos. El baño acuoso contiene un compuesto de amino-organosilicio, que contiene por lo menos un grupo H_{2}N. El compuesto de amino-organosilicio se hace reaccionar con preferencia con el sólido.In GB 1 421 975 A a process for the deposition of a metallic coating on a surface. The deposition is performed with an aqueous bath, more specifically by electrodeposition The solution contains metal ions, by example NiSO4 and a finely divided solid, for example silicon carbide or other non-metallic compounds, for example oxides The aqueous bath contains a compound of amino-organosilicon, which contains at least one group H 2 N. The amino organosilicon compound it is reacted preferably with the solid.
Después de ver lo que antecede, un objeto de la presente invención es proporcionar una solución para depositar electroquímicamente un metal sobre un sustrato. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para depositar electroquímicamente un metal sobre un sustrato. Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un método para formar una multicapa de níquel resistente a la corrosión sobre un sustrato. Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un medio para mejorar la uniformidad de la resistencia al ataque corrosivo contra la superficie de un recubrimiento metálico, en particular un recubrimiento de níquel, de modo incluso más particular un recubrimiento de níquel recubierto con un recubrimiento de cromo. Más en especial, otro objeto de la presente invención es proporciona medios para mejorar la uniformidad de los poros formados en el recubrimiento de cromo y en particular proporcionar medios para mejorar la uniformidad de distribución de las partículas no conductoras incorporadas a la capa de níquel que se deposita directamente por debajo del recubrimiento de cromo. De modo muy específico, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una solución y un método para depositar electroquímicamente un metal, más específicamente el níquel, sobre un sustrato que contiene partículas de sílice que se depositan simultáneamente con el níquel.After seeing the above, an object of the present invention is to provide a solution to deposit electrochemically a metal on a substrate. Another object of the present invention is to provide a method for depositing electrochemically a metal on a substrate. Another object over the present invention is to provide a method for forming a corrosion resistant nickel multilayer on a substrate. A further object of the present invention is to provide a means to improve the uniformity of resistance to corrosive attack against the surface of a metallic coating, in particular a nickel plating, even more particularly a Nickel coating coated with a chrome coating. More especially, another object of the present invention is provides means to improve pore uniformity formed in the chrome coating and in particular provide means to improve the uniformity of distribution of non-conductive particles incorporated into the nickel layer that deposits directly below the chrome coating. From very specific way, an object of the present invention consists in provide a solution and a method to deposit electrochemically a metal, more specifically nickel, about a substrate containing silica particles that are deposited simultaneously with nickel.
Para el uso en esta descripción se aplican las definiciones siguientes:For use in this description the following definitions:
"Alquilo" significa cualquier resto
saturado o insaturado, monovalente o divalente, que tenga una cadena
hidrocarburo. Por consiguiente, alquilo puede ser una cadena
hidrocarburo saturado monovalente que, si está sin sustituir, tiene
la fórmula química general C_{n}H_{2n+1}, en la que n es un
número entero mayor que cero, por ejemplo el metilo, etilo,
n-propilo, iso-propilo,
n-butilo, iso-butilo,
tert-butilo, n-pentilo,
iso-pentilo, tert-pentilo,
neo-pentilo, hexilo, heptilo, octilo y similares,
con preferencia especial el metilo, o una cadena alquilo saturada
divalente, que, si está sin sustituir, tiene la fórmula química
general C_{n}H_{2n}, en la que n es un número entero mayor que
cero, por ejemplo metileno (-CH_{2}-),
etileno
(-CH_{2}-CH_{2}-), n-propileno
(-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-),
isopropileno (-CH(CH_{3})-CH_{2}-) y
similares. Además, el alquilo puede ser una cadena hidrocarburo
insaturado monovalente, es decir, una cadena hidrocarburo que tiene
por lo menos un doble enlace o por lo menos un triple enlace o las
dos cosas, por lo menos un doble enlace y por lo menos un triple
enlace. Las cadenas hidrocarburo monovalente que tienen por lo menos
un doble enlace, si están sin sustituir, tienen la fórmula química
general C_{n}H_{2n-1}, en la que n es un número
entero mayor que cero, por ejemplo etenilo (-CH=CH_{2}) y
propenilo (-CH=CH-CH_{3},
-CH_{2}-CH=CH_{2}). Las cadenas hidrocarburo
divalente que tienen por lo menos un doble enlace, si están sin
sustituir, tienen la fórmula química general
C_{n}H_{2n-2}, por ejemplo el etenileno
(-CHCH-). Las cadenas hidrocarburo que tienen por lo menos un
triple enlace, si están sin sustituir, tienen la fórmula química
general C_{n}H_{2n-3}, en la que n es un número
entero mayor que cero, por ejemplo el etinilo (-C\equivCH). Las
cadenas hidrocarburo divalente, que tienen por lo menos un triple
enlace, si están sin sustituir, tienen la fórmula química general
C_{n}H_{2n-4}, por ejemplo el etinileno
(-C\equivC-). En las definiciones anteriores, n puede ser un
número entero de 1 a 16, con mayor preferencia de 1 a 12, incluso
con mayor preferencia de 1 a 10, con mayor preferencia todavía de 1
a 6, con mayor preferencia todavía de 1 a 5 y con preferencia
especial de 1 a 4. En lo que respecta a estas definiciones, n en
una forma de ejecución alternativa puede ser por lo menos 2 o por lo
menos 3. Por ello, alquilo puede ser alquilo
C_{1}-C_{6} o alquilo
C_{1}-C_{5} o alquilo
C_{1}-C_{4}."Alkyl" means any saturated or unsaturated, monovalent or divalent moiety having a hydrocarbon chain. Therefore, alkyl can be a monovalent saturated hydrocarbon chain which, if unsubstituted, has the general chemical formula C n H 2 n + 1, in which n is an integer greater than zero, for example methyl , ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, tert-pentyl, neo-pentyl, hexyl, heptyl, octyl and the like, with special preference methyl, or a divalent saturated alkyl chain, which, if unsubstituted, has the general chemical formula C n H 2 n, in which n is an integer greater than zero, for example methylene (-CH_ { 2}-),
ethylene (-CH 2 -CH 2 -), n-propylene (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -), isopropylene (-CH (CH 3) - CH_ { 2} -) and the like. In addition, the alkyl can be a monovalent unsaturated hydrocarbon chain, that is, a hydrocarbon chain having at least one double bond or at least one triple bond or both, at least one double bond and at least one triple link. Monovalent hydrocarbon chains that have at least one double bond, if unsubstituted, have the general chemical formula C n H 2 n-1, in which n is an integer greater than zero, for example ethenyl ( -CH = CH2) and propenyl (-CH = CH-CH3, -CH2 -CH = CH2). Divalent hydrocarbon chains having at least one double bond, if unsubstituted, have the general chemical formula C n H 2n-2, for example ethenylene (-CHCH-). Hydrocarbon chains that have at least one triple bond, if unsubstituted, have the general chemical formula C n H 2 n-3, in which n is an integer greater than zero, for example ethynyl ( -C \ equivCH). Divalent hydrocarbon chains, which have at least one triple bond, if unsubstituted, have the general chemical formula C n H 2n-4, for example ethylene (-C \ equivC-). In the above definitions, n may be an integer from 1 to 16, more preferably from 1 to 12, even more preferably from 1 to 10, more preferably still from 1 to 6, more preferably still from 1 to 5 and with special preference from 1 to 4. With regard to these definitions, n in an alternative embodiment may be at least 2 or at least 3. Therefore, alkyl may be C 1 -C_ { 6 or C 1 -C 5 alkyl or C 1 -C 4 alkyl.
El alquilo puede estar sustituido, en tal caso por lo menos un átomo de hidrógeno se reemplaza por cualquier resto, por ejemplo arilo, heteroarilo, OR, NR'R'', COOR, CONR'R'', en los que R, R' y R'' se eligen con independencia entre hidrógeno, alquilo, arilo y heteroarilo.The alkyl may be substituted, in that case at least one hydrogen atom is replaced by any residue, for example aryl, heteroaryl, OR, NR'R '', COOR, CONR'R '', in which R, R 'and R' 'are independently chosen from hydrogen, alkyl, aryl and heteroaryl.
"Arilo" significa un resto hidrocarburo aromático C_{5}-C_{12} que está sustituido o sin sustituir. En el arilo sustituido, por lo menos un átomo de hidrógeno se ha reemplazado por cualquier resto, por ejemplo alquilo, arilo, heteroarilo, OR, NR'R'', COOR, CONR'R'', en los que R, R', R'' se eligen con independencia entre sí entre hidrógeno, alquilo, arilo y heteroarilo. El arilo más preferido es el fenilo."Aryl" means a hydrocarbon residue C5-C12 aromatic which is substituted or without replace. In the substituted aryl, at least one atom of hydrogen has been replaced by any remainder, for example alkyl, aryl, heteroaryl, OR, NR'R '', COOR, CONR'R '', in which R, R ', R' 'are independently chosen from each other among hydrogen, alkyl, aryl and heteroaryl. The most preferred aryl is the phenyl.
"Heteroarilo" significa un resto aromático que tiene de 5 a 12 eslabones en el anillo y como eslabones tiene, además de los átomos de carbono, por lo meno un átomo de N, S u O. Los restos heteroarilo pueden estar sin sustituir o sustituidos. En el heteroarilo sustituido por lo menos un átomo de hidrógeno se ha reemplazado por cualquier grupo funcional del tipo alquilo, arilo, heteroarilo, OR, NR'R'', COOR, CONR'R'', en los que R, R', R'' se eligen con independencia entre sí entre hidrógeno, alquilo, arilo y heteroarilo. El heteroarilo más preferido es el piridilo, pirrilo, tiofenilo, furanilo, pirazolilo y similares."Heteroaryl" means an aromatic moiety which has 5 to 12 links in the ring and as links it has, in addition to carbon atoms, at least one atom of N, S or O. Heteroaryl moieties may be unsubstituted or substituted. In the heteroaryl substituted at least one hydrogen atom has been replaced by any functional group of the alkyl, aryl type, heteroaryl, OR, NR'R '', COOR, CONR'R '', in which R, R ', R' 'is independently choose between hydrogen, alkyl, aryl and heteroaryl. The most preferred heteroaryl is pyridyl, pyrrile, thiophenyl, furanyl, pyrazolyl and the like.
"Amino" significa un resto -NR'R'', en el que R' y R'' se eligen con independencia entre sí entre el grupo formado por hidrógeno, alquilo, arilo, heteroarilo o, como alternativa, pueden formar un único grupo divalente, que junto con el átomo de N forman un anillo."Amino" means a remainder -NR'R '', in the that R 'and R' 'are independently chosen from each other among the group formed by hydrogen, alkyl, aryl, heteroaryl or, as alternatively, they can form a single divalent group, which together with the atom of N forms a ring.
"Imino" significa el resto -NR- o =NR, en el que R es hidrógeno, alquilo, arilo, heteroarilo, y puede formar dos enlaces con otros dos átomos (-NR-) o un doble enlace con otro átomo (=NR)."Imino" means the remainder -NR- or = NR, in which R is hydrogen, alkyl, aryl, heteroaryl, and can form two bonds with two other atoms (-NR-) or a double bond with another atom (= NR).
"Sílice" en sentido amplio es el dióxido de silicio. Las partículas de sílice pueden variar, según el método de producción, en cuanto a tamaño de partícula, grado de aglomeración, grado de cristalinidad, superficie específica por unidad de peso, porosidad y similares. Según la presente invención, "sílice" puede entenderse también como un material formado por partículas de cualquier otro material, por ejemplo alúmina, cuando las partículas del otro material están completamente recubiertas de sílice, por ejemplo cuando la superficie de las partículas se comporta de modo predominante como si fuera una superficie de sílice. El sílice es un producto comercial que se suministra con nombres del tipo Aerosil® (Evonik Degussa), HDK® (Wacker Chemie) y Cab-O-Sil® (Cabot). La sílice puede ser cristalina o amorfa. La sílice puede suministrarse también en forma de coloide."Silica" in a broad sense is the dioxide of silicon. Silica particles may vary, depending on the method of production, in terms of particle size, agglomeration degree, degree of crystallinity, specific area per unit weight, porosity and the like. According to the present invention, "silica" it can also be understood as a material formed by particles of any other material, for example alumina, when the particles of the other material are completely coated with silica, for example when the surface of the particles behaves so predominantly as if it were a silica surface. Silica is a commercial product supplied with names of the Aerosil® type (Evonik Degussa), HDK® (Wacker Chemie) and Cab-O-Sil® (Cabot). Silica can Be crystalline or amorphous. Silica can also be supplied in colloid form.
Los objetos antes mencionados se consiguen con el método de formar una multicapa de níquel resistente a la corrosión sobre un sustrato según la reivindicación 1. Las formas preferidas de ejecución de la invención se indican en las reivindicaciones secundarias.The aforementioned objects are achieved with the method of forming a multilayer of nickel resistant to corrosion on a substrate according to claim 1. The forms Preferred embodiments of the invention are indicated in the secondary claims.
Ahora se ha descubierto que la distribución uniforme de los poros en la capa exterior de cromo puede conseguirse fácilmente si la capa de níquel se deposita con partículas de sílice depositadas simultáneamente, dichas partículas de sílice confieren una carga eléctrica positiva suficientemente grande para asegurar que estas partículas se transfieren efectivamente a la superficie de la pieza. Por lo tanto, la invención utiliza las partículas que tienen propiedades mejores en cuanto a su comportamiento en electrolitos metálicos, con preferencia en electrolitos de níquel y en un campo eléctrico. Las partículas permiten la creación de números elevados de poros y un amplio intervalo de tamaños de poro. La carga eléctrica positiva de las partículas de sílice se imparte a dichas partículas de sílice proporcionando a las mismas por lo menos un resto orgánico que contenga silicio, confiriendo a las partículas de sílice esta carga eléctrica positiva mientras están en contacto con la solución.Now it has been discovered that the distribution uniform pores in the outer layer of chrome can be achieved easily if the nickel layer is deposited with particles of silica deposited simultaneously, said silica particles confer a positive electric charge large enough to ensure that these particles are effectively transferred to the surface of the piece. Therefore, the invention uses the particles that have better properties in terms of their behavior in metallic electrolytes, preferably in nickel electrolytes and in an electric field. The particles allow the creation of large numbers of pores and a wide pore size range. The positive electrical charge of the silica particles are imparted to said silica particles providing them with at least one organic residue that contain silicon, giving silica particles this charge positive electrical while in contact with the solution.
Un aspecto de la presente invención es, pues, proporcionar una solución para depositar electroquímicamente níquel sobre un sustrato, dicha solución contiene los iones níquel a depositar y partículas de sílice, en la que se proporciona por lo menos un resto orgánico que contiene silicio que imparte a las partículas de sílice una carga eléctrica positiva mientras están en contacto con la solución. Por lo menos uno de dichos restos orgánicos que contienen silicio contiene por lo menos un grupo funcional elegido entre el grupo formado por amino, amonio cuaternario, fosfonio cuaternario y arsonio cuaternario y está unido con preferencia a las partículas de sílice. Dicho grupo funcional, por lo menos uno, imparte a las partículas de sílice la carga eléctrica positiva requerida mientras está en contacto con dicha solución.An aspect of the present invention is thus provide a solution for electrochemically depositing nickel on a substrate, said solution contains nickel ions at deposit and silica particles, in which it is provided so less an organic residue that contains silicon that imparts to silica particles a positive electrical charge while they are in contact with the solution. At least one of said remains organic containing silicon contains at least one group Functional chosen from the group consisting of amino, ammonium quaternary, quaternary phosphonium and quaternary arsonium and is attached preferably silica particles. Said functional group, at least one, imparts to the silica particles the charge positive electrical required while in contact with said solution.
Otro aspecto de la presente invención es proporcionar un método para depositar electroquímicamente un metal sobre un sustrato, dicho método consta de los pasos siguientes: (a) poner en contacto el sustrato y por lo menos un ánodo con la solución para depositar electroquímicamente un metal según la presente invención y (b) aplicar una corriente eléctrica que fluya a través del sustrato y por lo menos un ánodo, de modo que el metal se deposite sobre el sustrato.Another aspect of the present invention is provide a method to electrochemically deposit a metal on a substrate, said method consists of the following steps: (a) contact the substrate and at least one anode with the solution to electrochemically deposit a metal according to the present invention and (b) apply a flowing electric current through the substrate and at least one anode, so that the metal It is deposited on the substrate.
Se deposita una capa de níquel producida con arreglo al método de la presente invención y empleando la solución de la presente invención como parte de una estructura multicapa de níquel, p.ej., una multicapa de dos, tres o cuatro capas de níquel, que se remata con preferencia con una capa de cromo superpuesta.A layer of nickel produced with according to the method of the present invention and using the solution of the present invention as part of a multilayer structure of nickel, eg, a multilayer of two, three or four layers of nickel, which is finished off preferably with a layer of superimposed chrome.
Por consiguiente, otro aspecto de la presente invención es proporcionar un método para formar una multicapa de níquel resistente a la corrosión sobre un sustrato, dicho método consta de los pasos siguientes: (a) depositar una primera capa de níquel que tenga un primer potencial eléctrico, (b) depositar una segunda capa de níquel que tenga un segundo potencial eléctrico más negativo que el primer potencial eléctrico (es decir, la segunda capa de níquel es menos noble que la primera capa de níquel) sobre la primera capa de níquel, y (c) depositar una tercera capa de níquel empleando la solución para depositar electroquímicamente un metal de la invención sobre la segunda capa de níquel.Therefore, another aspect of the present invention is to provide a method for forming a multilayer of corrosion resistant nickel on a substrate, said method It consists of the following steps: (a) deposit a first layer of nickel that has a first electrical potential, (b) deposit a second nickel layer that has a second electrical potential plus negative than the first electrical potential (i.e. the second nickel layer is less noble than the first nickel layer) on the first layer of nickel, and (c) deposit a third layer of nickel using the solution to electrochemically deposit a metal of the invention on the second layer of nickel.
En agua, la sílice desarrollará normalmente una carga negativa de red y por tanto no se transferirá al cátodo, en el que se pretende producir los poros. En su lugar se transferirá al ánodo y, en concentraciones elevadas, puede incluso bloquear las bolsas del ánodo. Proporcionando por lo menos un resto orgánico que imparta a las partículas de sílice una carga eléctrica positiva cuando están en contacto con la solución, se consigue un número uniforme y elevado de poros en la capa de cromo. Esta ventaja se combina con la sílice que tiene otras ventajas con respecto a partículas de otros materiales que puedan incorporarse a la tercera capa de níquel, estas ventajas adicionales son que la sílice es muy porosa y que presenta una superficie hidrófila. La sílice hidrófila porosa (o partículas de vidrio) que son productos comerciales que se suministran en casi cualquier tamaño y porosidad deseable) se elige en lugar de la alúmina molida o de minerales de tipo talco, porque se puede dispersar en agua o en el electrolito con mayor facilidad y durante un tiempo más prolongado. La porosidad elevada de las partículas de sílice ofrece el beneficio adicional de atribuir a las partículas una baja gravedad específica, que, a su vez, produce una distribución más uniforme de las mismas en la solución de deposición por su menor tendencia a sedimentar. Esto a su vez hace innecesaria la inyección sofisticada y complicada de aire en la solución del baño, que en los demás casos se requiere para mantener las partículas en suspensión.In water, silica will normally develop a negative network charge and therefore will not be transferred to the cathode, in which is intended to produce pores. Instead it will be transferred to anode and, in high concentrations, can even block the anode bags. Providing at least one organic residue that imparts a positive electrical charge to silica particles when in contact with the solution, you get a number uniform and elevated pores in the chrome layer. This advantage is combines with the silica that has other advantages over particles of other materials that can be incorporated into the third nickel layer, these additional advantages are that silica is very porous and has a hydrophilic surface. Hydrophilic silica porous (or glass particles) that are commercial products that are supplied in almost any size and desirable porosity) is chosen instead of ground alumina or talc type minerals, because it can be dispersed in water or electrolyte more easily and for a longer time. The high porosity of silica particles offer the additional benefit of attributing to particles a low specific gravity, which, in turn, produces a more uniform distribution of the same in the solution of deposition due to its lower tendency to settle. This in turn does unnecessary and complicated injection of air into the bath solution, which in other cases is required to maintain the suspended particles.
Las partículas de sílice tienden a precipitar en agua. Por esta razón, las partículas de sílice pueden aplicarse a una solución de electrolito en forma de suspensión, lo cual hace que la reposición sea muy simple y fiable. Otros materiales inorgánicos, en especial el talco, en una concentración de poros ligeramente elevada (p.ej., > 20.000 cm^{-2}) produce un depósito turbio de cromo, el polvo de nueva invención no produce ninguna turbidez visible cuando el número de poros es mucho mayor de 100.000 cm^{-2}.Silica particles tend to precipitate in Water. For this reason, silica particles can be applied to an electrolyte solution in suspension form, which makes The replacement is very simple and reliable. Other materials inorganic, especially talc, in a concentration of pores slightly elevated (e.g.,> 20,000 cm -2) produces a cloudy chromium deposit, the new invention powder does not produce no visible turbidity when the number of pores is much greater than 100,000 cm -2.
Otra gran ventaja de la presente invención es que un gran número de tipos diferentes de sílice son productos comerciales. Las partículas de sílice que tienen una porosidad y tamaño comprendidos en un amplio intervalo son productos comerciales y pueden obtenerse fácilmente con los restos orgánicos que contienen silicio que se desee. Dado que las partículas después de la modificación con los restos orgánicos tienen una carga eléctrica positiva definida, el número de poros puede ajustarse simplemente eligiendo la densidad de corriente y ajustando la concentración de las partículas de sílice modificadas en el electrolito del metal, en particular en el electrolito de níquel. No es necesario construir una arquitectura sofisticada ni complicada para la agitación con aire, que podría desembocar en resultados imprevisibles.Another great advantage of the present invention is that a large number of different types of silica are products commercial. Silica particles that have a porosity and size in a wide range are products commercial and can be easily obtained with organic remains They contain silicon as desired. Since the particles later of modification with organic remains have a burden positive electrical defined, the number of pores can be adjusted simply by choosing the current density and adjusting the concentration of the modified silica particles in the metal electrolyte, in particular in the nickel electrolyte. It is not necessary to build a sophisticated or complicated architecture for agitation with air, which could lead to results unpredictable.
Las partículas de sílice recubiertas con alúmina poseen por ejemplo una carga positiva de red en el pH en el que se procesa el electrolito de níquel (pH = de 3,5 a 5,5) para asegurar que estas partículas se transferirán a la pieza. Además, dichas partículas recubiertas son más hidrófilas que la alúmina sólida, se humectan y se dispersan con mayor facilidad en la solución de electrolito que las partículas de alúmina sólida. Sin embargo, estas partículas no poseen la misma cantidad de carga superficial que las partículas de sílice que se obtiene proporcionando la misma con el resto orgánico según la presente invención.Silica particles coated with alumina they have, for example, a positive network charge at the pH at which Process the nickel electrolyte (pH = 3.5 to 5.5) to ensure that these particles will be transferred to the piece. In addition, said Coated particles are more hydrophilic than solid alumina, it they moisturize and disperse more easily in the solution of electrolyte than solid alumina particles. But nevertheless, these particles do not have the same amount of surface charge than the silica particles that are obtained by providing the same with the organic moiety according to the present invention.
Los restos orgánicos son restos orgánicos que contienen silicio. Los silanos y siloxanos o similares, como compuestos orgánicos que contienen silicio, reaccionan fácilmente con los restos orgánicos que contienen silicio y están unidos, con preferencia mediante enlace covalente, a la superficie de las partículas de sílice.Organic remains are organic remains that They contain silicon. Silanes and siloxanes or the like, such as organic compounds that contain silicon, react easily with organic residues that contain silicon and are united, with preference by covalent bond, to the surface of the silica particles
Con arreglo a una forma preferida de ejecución de la presente invención, el resto orgánico, por lo menos uno, está unido a las partículas de sílice. Esto significa que se forma un enlace químico (covalente) entre los centros reactivos correspondientes del resto orgánico por un lado y la superficie de la sílice por otro lado. El enlace químico asegura que los restos que imparten a las partículas de sílice la posible carga positiva no se desorben ni se arranca de otro modo de las partículas de sílice. Por lo tanto, la carga positiva aportada a las partículas de sílice por los restos orgánicos es constante y no depende de ningún efecto superficial, por ejemplo el equilibrio que se forma en la solución de deposición del electrolito.According to a preferred form of execution of the present invention, the organic moiety, at least one, is bonded to silica particles. This means that a chemical bond (covalent) between reactive centers corresponding to the organic residue on the one hand and the surface of The silica on the other hand. The chemical bond ensures that the remains that impart the possible positive charge to silica particles they are not desorbed or otherwise torn from the particles of silica. Therefore, the positive charge contributed to the particles of silica by organic remains is constant and does not depend on no surface effect, for example the balance that forms in the electrolyte deposition solution.
Con el fin de impartir a las partículas de sílice una carga eléctrica positiva, los restos orgánicos tienen una carga eléctrica positiva por lo menos en uno de sus átomos, es decir, en un átomo de nitrógeno, fósforo o arsénico. La carga eléctrica positiva puede aportarse con un resto químico que forme parte del resto orgánico que forma o tiene una carga eléctrica positiva. La última forma de ejecución de los restos químicos posee una carga eléctrica positiva permanente, es decir, los restos amonio, fosfonio y arsonio. Los restos químicos forman dicha carga eléctrica positiva solamente en las condiciones de la deposición del metal, es decir, debido a las condiciones de pH existentes en la solución de deposición del metal. Los restos químicos que forman dicha carga eléctrica positiva son por ejemplo restos amina. Por lo tanto, la carga eléctrica positiva se forma o aporta por lo menos mediante un grupo funcional elegido entre el grupo formado por amino, amonio cuaternario, fosfonio cuaternario y arsonio cuaternario. El amonio cuaternario, fosfonio cuaternario y arsonio cuaternario poseen una carga eléctrica positiva permanente, mientras que el amino posee una carga eléctrica positiva solamente cuando el pH de la solución de deposición del metal está por debajo de un cierto valor umbral, que puede definirse como pH en torno a 7, con mayor preferencia pH en torno a 6, con mayor preferencia pH en torno a 5,5, con mayor preferencia todavía pH en torno a 5 y con preferencia especial pH en torno a 4,5. Por consiguiente, si el pH está por debajo de uno cualquiera de las límites superiores aquí mencionados, el amino se protonizará para formar iones amonio y por consiguiente impartirá a las partículas de sílice una carga eléctrica positiva. El límite inferior de pH de la solución de deposición del metal dependerá del tipo de solución de deposición del metal y será un pH en torno a 0, con mayor preferencia en torno a 1, incluso con mayor preferencia un pH en torno a 2, con mayor preferencia todavía un pH en torno a 3, con mayor preferencia todavía un pH en torno a 3,5 y con preferencia especial un pH en torno a 4.In order to impart to the particles of silica a positive electrical charge, the organic remains have a positive electric charge in at least one of its atoms, is that is, in a nitrogen, phosphorus or arsenic atom. Load positive electrical can be provided with a chemical residue that forms part of the organic residue that forms or has an electric charge positive. The last form of execution of chemical remains has a permanent positive electrical charge, that is, the remains ammonium, phosphonium and arsonium. The chemical remains form this charge positive electrical only in the conditions of the deposition of the metal, that is, due to the existing pH conditions in the metal deposition solution. The chemical remains that form said positive electric charge are for example amine residues. For the therefore, the positive electrical charge is formed or contributes at least through a functional group chosen from the group formed by amino, quaternary ammonium, quaternary phosphonium and arsonium quaternary. Quaternary ammonium, quaternary phosphonium and arsonium quaternary possess a permanent positive electrical charge while that the amino has a positive electrical charge only when the pH of the metal deposition solution is below a certain threshold value, which can be defined as pH around 7, with more preferably pH around 6, more preferably pH in around 5.5, more preferably still pH around 5 and with Special preference pH around 4.5. Therefore, if the pH is below any one of the upper limits here mentioned, the amino will be protonized to form ammonium ions and by consequently it will impart a charge to the silica particles positive electrical The lower pH limit of the solution metal deposition will depend on the type of deposition solution of the metal and will be a pH around 0, more preferably around to 1, even more preferably a pH around 2, with greater preference still a pH around 3, more preferably still a pH around 3.5 and with special preference a pH in around 4.
En una forma más preferida de ejecución de la presente invención, las cargas positivas se introducen en las partículas de sílice uniendo un silano, por ejemplo un aminosilano, a la superficie de las partículas de sílice. Como alternativa se une un silano a la superficie de las partículas de sílice que tiene por lo menos uno de los grupos amonio, fosfonio y arsonio o que no tiene tales grupos cuando el silano está unido a la superficie de las partículas de sílice, pero en la que dichos grupos onio se forman posteriormente, es decir, cuando los silanos ya están unidos a la superficie de las partículas de sílice.In a more preferred form of execution of the In the present invention, positive charges are introduced into the silica particles joining a silane, for example an aminosilane, to the surface of the silica particles. As an alternative binds a silane to the surface of the silica particles that have at least one of the ammonium, phosphonium and arsonium groups or not it has such groups when the silane is attached to the surface of the silica particles, but in which said onium groups are subsequently formed, that is, when the silanes are already united to the surface of the silica particles.
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De modo todavía más preferido, el resto orgánico, por lo menos uno, se forma por reacción de las partículas de sílice con un reactivo, dicho reactivo tiene las fórmulas químicas generales I, II, III o IV:Even more preferred, the rest organic, at least one, is formed by reaction of the particles of silica with a reagent, said reagent has the formulas General chemicals I, II, III or IV:
en las quein the that
Q es N (nitrógeno), P (fósforo) o As (arsénico), Q es con preferencia N;Q is N (nitrogen), P (phosphorus) or As (arsenic), Q is preferably N;
R^{1} y R^{2}, con independencia entre sí, son alquilo sin sustituir o sustituido o arilo sin sustituir o sustituido, con preferencia alquilo sin sustituir o sustituido, dicho R^{1} es con mayor preferencia alquilo C_{1}-C_{5} y R^{2} es con mayor preferencia alquilo C_{1}-C_{6}, R^{1} puede ser también hidrógeno;R1 and R2, independently of each other, they are unsubstituted or substituted alkyl or unsubstituted aryl or substituted, preferably unsubstituted or substituted alkyl, said R1 is more preferably alkyl C 1 -C 5 and R 2 is more preferably C 1 -C 6 alkyl, R 1 can also be hydrogen;
R^{3}, R^{4} y R^{5} son hidrógeno, alquilo sin sustituir o sustituido, arilo sin sustituir o sustituido, dichos R^{3}, R^{4} y R^{5}, con independencia entre sí, pueden contener además por lo menos un grupo funcional que contenga restos amino e imino.R 3, R 4 and R 5 are hydrogen, unsubstituted or substituted alkyl, unsubstituted aryl or substituted, said R 3, R 4 and R 5, independently each other, they can also contain at least one functional group containing amino and imino residues.
Las partículas de sílice provistas del resto orgánico presentan un efecto arrollador: solamente 50 mg/l de sílice modificado con este material pueden producir más de 100.000 poros por centímetro cuadrado cuando se depositan simultáneamente con una capa de níquel. Mientras otras partículas de material requieren una concentración de > 300 mg/l y una distribución cuidadosa del aire dentro del electrolito, la sílice porosa proporcionada con el resto orgánico no necesita ningún cuidado especial en cuanto a la agitación con aire o a la distribución del aire.Silica particles provided with the rest Organic have an overwhelming effect: only 50 mg / l of silica modified with this material can produce more than 100,000 pores per square centimeter when deposited simultaneously with a layer of nickel. While other material particles require a concentration of> 300 mg / l and a distribution careful of the air inside the electrolyte, the porous silica provided with the organic rest does not need any care special in terms of agitation with air or the distribution of air.
Más específicamente, el resto orgánico, por lo menos uno, se forma por reacción de las partículas de sílice con el (3-aminopropil)trietoxisilano. Se cree que esta reacción es una reacción de condensación en la superficie de las partículas de sílice, que, por hidrólisis, tienen normalmente grupos Si-OH expuestos en su superficie. Esta reacción de condensación del compuesto que tiene la fórmula química general I con los grupos SiOH de la superficie de las partículas de sílice podría ser la siguiente:More specifically, the organic rest, so minus one, is formed by reacting the silica particles with the (3-aminopropyl) triethoxysilane. It is believed that this reaction is a condensation reaction on the surface of silica particles, which, by hydrolysis, normally have Si-OH groups exposed on its surface. This condensation reaction of the compound having the chemical formula general I with the SiOH groups of the surface of the particles of silica could be the following:
Si-OH + (R^{1}O)_{3}Si-R^{2}-NR^{3}R^{4} \rightarrow Si-O-Si(OR^{1})_{2}-R^{2}-NR^{3}R^{4} + R^{1}-OHSi-OH + (R 1 O) 3 Si-R 2 -NR 3 R 4 \ rightarrow Si-O-Si (OR 1) 2 -R 2 -NR 3 R 4 + R1 -OH
Se cree que otros pasos de reacción pueden tener lugar con los Si-OH grupos de la superficie, por ejemplo los siguientes:It is believed that other reaction steps may have place with the Si-OH surface groups, by example the following:
y:Y:
Las partículas de sílice provistas del resto orgánico pueden producirse por reacción de las partículas de sílice con un compuesto silano mezclándolos en un disolvente no acuoso, por ejemplo acetona o cloroformo y dejando que la mezcla reaccionante reaccione durante un corto período de tiempo, por ejemplo durante una hora. Después se separa el precipitado formado dentro de la mezcla reaccionante, por ejemplo por filtración. Como alternativa, se mezcla un silano con un ácido en un medio acuoso. Después se dispersa la sílice en esta mezcla reaccionante, con preferencia manteniendo la mezcla reaccionante en agitación. Más productos de transformación y diversas formas de ejecución y ejemplos de obtención de las partículas de sílice modificadas por la unión de uno o más de diferentes aminosilanos con la superficie de las mismas se han descritos en EP 1 894 888 A1, cuyas diversas fuentes y tipos de sílice, de disolvente empleado para la reacción de las partículas de sílice con los aminosilanos, el ácido empleado en la mezcla reaccionante así como el pH predominante durante el paso de reacción, los tipos de compuestos aminosilano (R_{a}SiX(_{4-a})), en las que uno o varios aminosilanos se emplean para unirse a la superficie de las partículas de sílice, la concentración y la proporción de concentraciones de sílice y aminosilanos, las operaciones para la reacción de las partículas de sílice con los aminosilanos (mezclado, agitación), la concentración de las partículas de sílice suspendidas en la mezcla reaccionante, el tipo de aditivos empleados en el producto obtenido y similares descritos en la EP 1 894 888 A1 se incorporan a la descripción de la presente solicitud.Silica particles provided with the rest Organic can be produced by reaction of silica particles with a silane compound by mixing them in a non-aqueous solvent, by example acetone or chloroform and letting the reaction mixture react for a short period of time, for example for one hour. Then the precipitate formed within the reaction mixture, for example by filtration. As an alternative, a silane is mixed with an acid in an aqueous medium. Later disperses the silica in this reaction mixture, preferably keeping the reaction mixture under stirring. More products from transformation and various forms of execution and examples of obtaining the silica particles modified by the union of one or more of different aminosilanes with the surface thereof have been described in EP 1 894 888 A1, whose various sources and types of silica, of solvent used for the reaction of the particles of silica with aminosilanes, the acid used in the mixture reactant as well as the predominant pH during the passage of reaction, types of aminosilane compounds (R_ SiX (4-a)), in which one or several aminosilanes are used to join the surface of the silica particles, concentration and proportion of concentrations of silica and aminosilanes, the operations for reaction of silica particles with aminosilanes (mixing, stirring), the concentration of silica particles suspended in the reaction mixture, the type of additives used in the product obtained and similar described in EP 1 894 888 A1 are incorporated into the description herein request.
Las partículas de sílice empleadas con arreglo a la presente invención tienen con preferencia una superficie específica por unidad de peso de 300 m^{2}/g. El límite inferior de la superficie específica por unidad de peso es con preferencia 40 m^{2}/g. Con mayor preferencia, el límite superior es 250 m^{2}/g y el límite inferior es 140 m^{2}/g. Los límites superior e inferior de los intervalos indicados pueden combinarse para producir cualquier intervalo. Los valores anteriores de la superficie específica por unidad de peso se eligen para conseguir la carga superficial positiva óptima después de que las partículas de sílice hayan reaccionado para unir el resto orgánico con la superficie de la misma. La superficie específica por unidad de peso se determina aplicando el método BET.The silica particles used according to the present invention preferably have a surface specific per unit weight of 300 m2 / g. Lower limit of the specific surface area per unit of weight is preferably 40 m 2 / g. More preferably, the upper limit is 250 m 2 / g and the lower limit is 140 m 2 / g. Limits upper and lower of the indicated intervals can be combined to produce any interval. The previous values of the specific surface area per unit of weight are chosen to achieve the optimal positive surface charge after the particles of silica have reacted to join the organic residue with the surface of it. The specific area per unit weight It is determined by applying the BET method.
Además, las partículas de sílice tienen con preferencia un diámetro medio comprendido entre 0,3 \mum y 15 \mum, con mayor preferencia entre 0,6 \mum y 12 \mum y con preferencia especial entre 0,6 \mum y 5 \mum. La expresión "diámetro medio" se emplea aquí para indicar el valor d_{50} de la distribución de tamaños de partícula resultante, que se obtiene p.ej., por medición de la dispersión láser dinámica. Los expertos ya conocen estos métodos de determinación de las distribuciones de los tamaños de partícula. Por consiguiente, el límite inferior del diámetro medio es con preferencia 0,3 \mum y con mayor preferencia 0,6 \mum. El límite superior es con preferencia 15 \mum, con mayor preferencia 12 y con preferencia especial 5 \mum. Los límites superior e inferior del tamaño medio pueden combinarse para obtener cualquier intervalo que tenga estos límites. Los valores medios anteriores del diámetro medio se eligen para obtener una dispersabilidad óptima (distribución uniforme) en el dispersante (baño de deposición del metal).In addition, silica particles have with preferably an average diameter between 0.3 µm and 15 µm, more preferably between 0.6 µm and 12 µm and with special preference between 0.6 µm and 5 µm. The expression "mean diameter" is used here to indicate the value d_ {50} of the resulting particle size distribution, which is obtains, for example, by measuring the dynamic laser dispersion. The experts already know these methods of determining the particle size distributions. Therefore, the lower limit of the average diameter is preferably 0.3 µm and more preferably 0.6 µm. The upper limit is with preferably 15 µm, more preferably 12 and preferably special 5 µm. The upper and lower limits of the average size can be combined to obtain any interval that has these limits. The average values above the average diameter are chosen to obtain optimum dispersibility (uniform distribution) in the dispersant (metal deposition bath).
La sílice puede estar contenida en la solución de electrolito de la invención a una concentración de 2 mg/l a 10 g/l, con mayor preferencia de 10 mg/l a 1 g/l, con mayor preferencia todavía de 20 a 500 mg/l y con preferencia especial de 35 a 100 mg/l. Por tanto, el límite inferior de esta concentración puede ser 2 mg/l, con mayor preferencia 10 mg/l, con mayor preferencia todavía 20 mg/l y con preferencia especial 35 mg/l y el límite superior de esta concentración puede ser 10 g/l, con mayor preferencia 1 g/l, con mayor preferencia todavía 500 mg/l y con preferencia especial 100 mg/l. Los valores de los límites superior e inferior pueden combinarse de cualquier modo para obtener un intervalo preferido de concentraciones. La concentración de sílice en la solución de electrolito puede situarse en torno a 50 mg/l.The silica may be contained in the solution. of electrolyte of the invention at a concentration of 2 mg / l at 10 g / l, more preferably from 10 mg / l to 1 g / l, more preferably still from 20 to 500 mg / l and with special preference from 35 to 100 mg / l Therefore, the lower limit of this concentration may be 2 mg / l, more preferably 10 mg / l, more preferably still 20 mg / l and with special preference 35 mg / l and the limit higher than this concentration can be 10 g / l, with higher preference 1 g / l, more preferably still 500 mg / l and with special preference 100 mg / l. The upper limit values e bottom can be combined anyway to get a preferred range of concentrations. Silica concentration in the electrolyte solution it can be around 50 mg / l.
El metal puede depositarse sobre el sustrato empleando una corriente continua o corriente pulsante, incluida la corriente pulsante unipolar o bipolar. Como alternativa, el metal puede depositarse empleando una secuencia de período de tiempo, en la que los períodos de tiempo de corriente continua se alternen con los períodos de tiempo de corriente pulsante. Además la deposición puede realizarse en una planta convencional empleando tanques de inmersión y bastidores para soportar los artículos a metalizar y sumergir los mismos dentro de la solución de electrolito de la invención contenida en dichos con ánodos frente a los artículos a metalizar. Los artículos pueden estar también situados dentro de cilindros que se sumergen en la solución de deposición. Como alternativa, los artículos a metalizar pueden estar colocados y tratarse en una planta de deposición sobre cinta transportadora, que emplea bandejas para la acomodación de los artículos. Los ánodos puede colocarse en uno o, con preferencia en los dos artículos a metalizar y pueden ser ánodos solubles, es decir, ánodos que se disuelven debido a la operación de electrodeposición porque son sustancialmente del mismo metal que el metal que se pretende depositar. O los ánodos se fabrican con un material que no se disuelve durante la operación de electrodeposición, es decir, un material que es inerte en la solución y en las condiciones de deposición. La deposición se realiza efectuando una agitación más o menos vigorosa de la solución, incluida la inyección de aire.The metal can be deposited on the substrate using a direct current or pulsating current, including the unipolar or bipolar pulsating current. As an alternative, metal can be deposited using a sequence of time period, in the time periods of direct current alternate with the periods of pulsating current time. In addition the deposition It can be done in a conventional plant using tanks immersion and racks to support the items to be metallized and immerse them inside the electrolyte solution of the invention contained in said anodes with respect to articles a metallize. Items may also be located within cylinders that are submerged in the deposition solution. How alternatively, the items to be metallized can be placed and treated in a deposition plant on conveyor belt, which uses trays for the accommodation of the articles. Anodes it can be placed in one or, preferably in the two articles to metallize and can be soluble anodes, that is, anodes that are dissolve due to the electrodeposition operation because they are substantially of the same metal as the metal that is intended to deposit. Or the anodes are manufactured with a material that is not dissolves during the electrodeposition operation, that is, a material that is inert in the solution and in the conditions of deposition The deposition is done by making a more agitation or less vigorous solution, including air injection.
El sustrato puede ser cualquier pieza idónea para el metalizado por deposición de una capa metálica, p.ej. una pieza metálica o una pieza de material plástico o de cualquier otro material no conductor. Un sustrato no conductor puede metalizarse en primer lugar por deposición de cualquier metal molido, con o sin aplicación de la corriente eléctrica, es decir, por electrodeposición por inmersión o por deposición sin electrodos. A continuación se deposita la capa metálica empleando una solución según la invención. Y finalmente, pueden depositarse más capas metálicas sobre la capa metálica depositada con la solución de la invención.The substrate can be any suitable piece for the metallization by deposition of a metallic layer, eg a metal part or a piece of plastic material or any other non-conductive material A non-conductive substrate can metallize firstly by deposition of any ground metal, with or without application of electric current, that is, by electrodeposition by immersion or by deposition without electrodes. TO The metal layer is then deposited using a solution according to the invention. And finally, more layers can be deposited metallic on the metallic layer deposited with the solution of the invention.
Además de los iones del metal a depositar y de las partículas de sílice modificadas con restos orgánicos que contienen silicio, la solución de deposición contiene con preferencia un agente para ajustar el pH, por ejemplo un ácido o un tampón.In addition to the metal ions to deposit and of the modified silica particles with organic residues that contain silicon, the deposition solution contains with preferably an agent for adjusting the pH, for example an acid or a tampon.
En una forma más preferida de ejecución de la presente invención, el metal a depositar es níquel. El níquel puede aportarse con la solución de deposición del metal que actúa como fuente de iones níquel, de modo más específico como sal de níquel y con preferencia especial como sulfato de níquel, cloruro de níquel, carbonato de níquel, acetato de níquel, borato de níquel, sulfamato de níquel, metanosulfonato de níquel.In a more preferred form of execution of the In the present invention, the metal to be deposited is nickel. Nickel can contribute with the solution of deposition of the metal that acts as source of nickel ions, more specifically as nickel salt and with special preference as nickel sulfate, nickel chloride, nickel carbonate, nickel acetate, nickel borate, sulfamate of nickel, nickel methanesulfonate.
Con preferencia la solución de deposición de metal, con preferencia de níquel, puede contener además por lo menos un ácido, con preferencia un ácido inorgánico y con preferencia especial un ácido que tiene un contra-ion, que es el mismo que el contra-ion de la sal de níquel, por ejemplo de ácido sulfúrico, ácido sulfámico, ácido metanosulfónico, ácido bórico y ácido acético. Con preferencia especial, la solución de deposición de metal, con preferencia de níquel, de la invención contiene ácido bórico como ácido o como agente para ajustar el pH.Preferably the deposition solution of metal, preferably nickel, may also contain less an acid, preferably an inorganic acid and with special preference an acid that has a counter-ion, which is the same as the counter-ion of the nickel salt, for example of acid sulfuric acid, sulfamic acid, methanesulfonic acid, boric acid and acetic acid. With special preference, the deposition solution metal, preferably nickel, of the invention contains acid boric acid or as a pH adjusting agent.
Se da por supuesto además que el ácido puede ser el mismo como agente para ajustar el pH o como parte del agente de ajuste del pH, este último puede ser una mezcla tampón.It is also assumed that the acid can be the same as an agent to adjust the pH or as part of the pH adjustment, the latter can be a buffer mixture.
Además, la solución de deposición de metal, con preferencia de níquel, contiene aditivos que sirven para controlar el baño de deposición del metal, por ejemplo compuestos orgánicos que influyen en las propiedades del depósito metálico, por ejemplo el brillo, el nivelado, el comportamiento anticorrosivo (potencial eléctrico de corrosión) y similares. Estos compuestos pueden ser compuestos insaturados, por ejemplo el ácido vinil-sulfónico, el ácido alilsulfónico, también el cloral hidratado y compuestos orgánicos que tienen átomos de azufre en un estado de oxidación bajo, por ejemplo la sacarina.In addition, the metal deposition solution, with Nickel preference, contains additives that serve to control the metal deposition bath, for example organic compounds that influence the properties of the metallic deposit, for example brightness, leveling, anticorrosive behavior (potential electrical corrosion) and the like. These compounds can be unsaturated compounds, for example acid vinyl sulfonic acid, allylsulfonic acid, also the hydrated chloral and organic compounds that have sulfur atoms in a low oxidation state, for example saccharin.
Puede depositarse una multicapa de níquel sobre
la superficie de un sustrato. Opcionalmente puede depositarse una
capa de cromo en la parte superior de la multicapa de níquel. Esta
multicapa de níquel y la capa de cromo son bien conocidas en la
técnica por ser muy resistentes a la corrosión. La multicapa de
níquel está formada en general por dos o tres capas de níquel: una
primera capa opcional de níquel que tiene un potencial eléctrico
noble (positivo), una segunda capa de níquel que es una capa
brillante de níquel y que es menos noble que la primera capa de
níquel y una tercera capa de níquel que se deposita en la parte
superior de la segunda capa de níquel (brillante). Sobre la parte
superior de la tercera capa de níquel, que además contiene
partículas de sílice co-depositadas en ella, se
deposita una capa de cromo. El ataque corrosivo tendrá lugar a
través del gran número de poros creados en la capa de cromo y en la
tercera capa de níquel y progresará en primer lugar en la segunda
capa de níquel (brillante) menos nobles. Por lo tanto, no tendrá
lugar un cambio visible en el recubrimiento metálico. La primera
capa de níquel puede depositarse empleando el electrolito llamado
de Watts que contiene cloruro de níquel, sulfato de níquel y ácido
bórico, por ejemplo aprox. 60 g de NiCl_{2}\cdot6
H_{2}O, 270 g de NiSO_{4}\cdot6 H_{2}O y 45 g de ácido
bórico por litro de solución de deposición. De modo típico, aparte
del ácido salicílico, este baño contiene derivados de etino, por
ejemplo el hexinodiol o el butinodiol o derivados del alcohol
propargílico como aditivos o una mezcla de varios aditivos. La
segunda capa de níquel puede depositarse empleando un electrolito de
Watts que difiera del electrolito empleado para depositar la
primera capa de níquel porque emplea típicamente compuestos que
contienen azufre, por ejemplo el ácido toluenosulfónico o
sulfonatos de propargilo y además sacarina en lugar de ácido
salicílico como aditivos o mezcla de varios aditivos. La tercera
capa de níquel puede depositarse empleando un electrolito de níquel
de Watts como en el caso de la deposición de las capas de níquel
primera y segunda, pero que además contiene sacarina o una sal de
la misma y el cloral hidratado como mezcla de aditivos y además
sílice tal como se ha descrito para la formación de los poros.
Todas las soluciones de electrolito mencionadas pueden contener
además otros aditivos, por ejemplo un abrillantador o un agente
humectante, por ejemplo el sulfato de etilhexilo. El pH de la
solución de electrolito puede situarse entre 2,5 y 6, con mayor
preferencia entre 3 y 4,5 y con preferencia especial en 4,0. La
temperatura del electrolito durante la operación de la
electrodeposición del níquel puede ser elevada, por ejemplo
40-70ºC, más específicamente 50-60ºC
y con preferencia especial 55ºC.A multilayer of nickel can be deposited on the surface of a substrate. Optionally a chrome layer can be deposited on the top of the nickel multilayer. This nickel multilayer and chrome layer are well known in the art for being very resistant to corrosion. The nickel multilayer is generally formed by two or three layers of nickel: an optional first layer of nickel that has a noble (positive) electrical potential, a second layer of nickel that is a bright layer of nickel and that is less noble than the first layer of nickel and a third layer of nickel that is deposited on top of the second layer of nickel (bright). A chromium layer is deposited on top of the third layer of nickel, which also contains silica particles co-deposited therein. The corrosive attack will take place through the large number of pores created in the chrome layer and in the third layer of nickel and will progress first in the second layer of nickel (shiny) less noble. Therefore, a visible change in the metallic coating will not take place. The first nickel layer can be deposited using Watts called electrolyte containing nickel chloride, nickel sulfate and boric acid, for example approx. 60 g NiCl2 \ cdot6
H 2 O, 270 g of NiSO 4 • H 2 O and 45 g of boric acid per liter of deposition solution. Typically, apart from salicylic acid, this bath contains derivatives of ethyne, for example hexinodiol or butynediol or derivatives of propargyl alcohol as additives or a mixture of various additives. The second nickel layer can be deposited using a Watts electrolyte that differs from the electrolyte used to deposit the first nickel layer because it typically uses sulfur-containing compounds, for example toluenesulfonic acid or propargyl sulfonates and also saccharin instead of salicylic acid such as additives or mixture of various additives. The third nickel layer can be deposited using a Watts nickel electrolyte as in the case of the deposition of the first and second nickel layers, but also contains saccharin or a salt thereof and the hydrated chloral as a mixture of additives and also silica as described for the formation of pores. All of the electrolyte solutions mentioned can also contain other additives, for example a brightener or a wetting agent, for example ethylhexyl sulfate. The pH of the electrolyte solution can be between 2.5 and 6, more preferably between 3 and 4.5 and with a special preference at 4.0. The temperature of the electrolyte during the operation of the electrodeposition of the nickel can be high, for example 40-70 ° C, more specifically 50-60 ° C and with special preference 55 ° C.
A continuación se describe la invención con mayor claridad mediante los ejemplos que siguen. Las formas de ejecución presentadas en las figuras y en los ejemplos no deberán tomarse como limitadoras del alcance de la invención.The invention is described below with greater clarity through the examples that follow. The forms of execution presented in the figures and in the examples shall not be taken as limiting the scope of the invention.
En la figura 1 se representa la relación entre el número de poros y la densidad de corriente para la solución de electrolito según la invención (P305b) y para una solución de electrolito de la técnica anterior que contiene alúmina y partículas de sílice que no se han modificado con un resto orgánico (GZZ).Figure 1 shows the relationship between the number of pores and the current density for the solution of electrolyte according to the invention (P305b) and for a solution of prior art electrolyte containing alumina and silica particles that have not been modified with an organic residue (GZZ).
En la figura 2 se representa la relación entre el número de poros y la concentración de partículas de polvo empleando partículas de sílice modificadas.Figure 2 shows the relationship between the number of pores and the concentration of dust particles using modified silica particles.
En la figura 3 se representa un esquema de un panel curvado que se emplea para investigar la distribución de los poros.Figure 3 shows a scheme of a curved panel used to investigate the distribution of pores
En la figura 4 se representa un esquema de un panel curvado de acero que se emplea para investigar la distribución de los poros.Figure 4 shows a diagram of a curved steel panel used to investigate the distribution of the pores.
En la figura 5 se representa una pieza metalizada según la invención.Figure 5 shows a piece metallized according to the invention.
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Se disuelven 3,0 ml de (3-aminopropil)trietoxisilano en 200 ml de acetona seca. Se vierte la solución sobre 15 g de polvo SD-530 (sílice poroso de Hang Tian SaiDe/Pekín, R.P. China, pico de volumen del 26,2% en el tamaño de partícula de 5 \mum). Se hace reaccionar la mezcla a temperatura ambiente durante una hora. Se lava el polvo con acetona y se seca a temperatura ambiente hasta alcanzar un peso constante.3.0 ml of dissolved (3-aminopropyl) triethoxysilane in 200 ml of dry acetone The solution is poured onto 15 g of powder SD-530 (Porous silica from Hang Tian SaiDe / Beijing, R.P. China, volume peak of 26.2% in particle size of 5 \ mum). The mixture is reacted at room temperature for one hour. The powder is washed with acetone and dried at temperature ambient until reaching a constant weight.
Se llena un tanque rectangular de PVC equipado con dos ánodos de níquel en lados opuestos con 2 l de un electrolito de níquel de Watts (60 g/l de NiCl_{2}\cdot6 H_{2}O, 270 g/l de NiSO_{4}\cdot6 H_{2}O, 45 g/l de ácido bórico). Se calienta el electrolito a 55ºC. Después se ajusta añadiendo 0,2 ml/l de una solución de un agente humectante basado en el sulfato de etilhexilo, 0,7 g/l de sacarato sódico, 50 mg/l de cloral hidratado y un abrillantador. Después de las adiciones se encuentra que el pH del electrolito es de pH = 4,0. A los 2 l de electrolito se les añaden 100 mg de sílice modificada. La solución continúa transparente, sin turbidez apreciable. Se realiza la agitación de la solución solamente con una inyección moderada de aire.A rectangular PVC tank equipped is filled with two nickel anodes on opposite sides with 2 l of an electrolyte nickel Watts (60 g / l NiCl2 \ cdot6 H2O, 270 g / l of NiSO 4 • 6 H 2 O, 45 g / l boric acid). Be heats the electrolyte at 55 ° C. It is then adjusted by adding 0.2 ml / l of a solution of a sulfate-based wetting agent of ethylhexyl, 0.7 g / l sodium sucrate, 50 mg / l hydrated chloral and a brightener. After the additions it is found that the pH of the electrolyte is pH = 4.0. The 2 l of electrolyte are given add 100 mg of modified silica. The solution continues transparent, without noticeable turbidity. The agitation of the solution only with a moderate injection of air.
Se tratan previamente de forma adecuada paneles rectangulares de acero y se metalizan con aproximadamente 10 \mum de níquel semibrillante y aproximadamente con 10 \mum de níquel brillante. Estos paneles preparados se metalizan seguidamente en el electrolito antes descrito con una densidad de corriente de 3 A/dm^{2} durante tres minutos y después durante tres minutos con un electrolito de cromo que es un producto comercial (Unichrome® 843 de Atotech).Panels are pretreated properly rectangular steel and are metallized with approximately 10 µm of semi-gloss nickel and approximately 10 µm nickel sparkly. These prepared panels are then metallized in the electrolyte described above with a current density of 3 A / dm 2 for three minutes and then for three minutes with a chromium electrolyte that is a commercial product (Unichrome® 843 from Atotech).
Se encuentra que el grosor promedio de la capa de cromo es de 0,23 \mum en los bordes de los paneles y de 0,16 \mum en el centro de los paneles. El grosor total de todas las capas de níquel es de 17 \mum/25 \mum.It is found that the average thickness of the layer Chrome is 0.23 µm at the edges of the panels and 0.16 \ mum in the center of the panels. The total thickness of all Nickel layers is 17 µm / 25 µm.
El potencial eléctrico entre la capa de níquel semibrillante y la capa de níquel brillante se sitúa entre 121 mV y 135 mV y el potencial entre las dos últimas capas de níquel (entre la segunda y la tercera capa de níquel) se sitúa entre 28 mV y 35 mV. El número promedio de poros es de 55.000 cm^{-2}. Después de un ensayo CASS de 198 horas CASS, la puntuación (promedio de la puntuación otorgada por cinco inspectores independientes) del brillo es 9,33 y de la protección es 9,72.The electrical potential between the nickel layer semi-gloss and the bright nickel layer is between 121 mV and 135 mV and the potential between the last two layers of nickel (between the second and third layer of nickel) is between 28 mV and 35 mV. The average number of pores is 55,000 cm -2. After a CASS trial of 198 CASS hours, the score (average of score awarded by five independent inspectors) of brightness It is 9.33 and the protection is 9.72.
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Se seca el Syloid 244FP (Grace, pico de volumen 15,2% a 3,3 \mum) en un horno a 110ºC durante dos horas. El polvo de sílice pierde un 4,2% en peso. Se disuelven 5,0 ml del (3-aminopropil)trietoxisilano en 100 ml de cloroformo (calidad HPLC, agua < 0,001%) y se vierten sobre 15 g del polvo de sílice en un frasco de PP, que después se cierra herméticamente. Después de un breve tiempo de reacción, el gel opaco se convierte en una suspensión. Pasada una hora se vierte la suspensión sobre un papel de filtro en un embudo Buchner, se elimina el cloroformo por succión con vacío y se lava el material restante cuidadosamente con cloroformo. Se seca de nuevo el material resultante a 110ºC hasta que su peso ya no cambia. El aumento de peso después de la reacción es del 9,5%Syloid 244FP dries (Grace, peak volume 15.2% at 3.3 µm) in an oven at 110 ° C for two hours. Dust of silica loses 4.2% by weight. 5.0 ml of the (3-aminopropyl) triethoxysilane in 100 ml of chloroform (HPLC quality, water <0.001%) and poured over 15 g of the silica powder in a PP jar, which is then closed hermetically. After a short reaction time, the opaque gel It becomes a suspension. After an hour the suspension on a filter paper in a Buchner funnel, it removes the chloroform by vacuum suction and the material is washed remaining carefully with chloroform. It dries again resulting material at 110 ° C until its weight no longer changes. He weight gain after the reaction is 9.5%
Ejemplo 2.1Example 2.1
Se repite el ensayo del ejemplo 2 con SD-530.The test of example 2 is repeated with SD-530
Para diferentes concentraciones del aminosilano, el aumento de peso resultante es solo ligeramente diferente:For different concentrations of aminosilane, The resulting weight gain is only slightly different:
Se comparan dos tipos de partículas: un SD-530 modificado del modo descrito en el ejemplo 1, pero con 5 ml de aminosilano para 15 g de polvo y una sílice modificada con alúmina que es un producto comercial. A partir de una solución patrón de 5 l de electrolito de níquel de Watts, un litro se ajusta con sacarina, tensioactivo y abrillantador, del modo descrito en el anterior ejemplo 1. En una célula de Hull de 250 ml se emplea el electrolito ajusta para metalizar con níquel microporoso con una corriente de célula de 2 A durante tres minutos. Se calcula la cantidad de poros frente a la corriente. En la figura 1 se representa la relación obtenida entre el número de poros y la densidad de corriente para la solución de electrolito según la invención (A) y para una solución de electrolito de la técnica anterior que contiene alúmina y partículas de sílice que no están modificadas con un resto orgánico según la invención. El número de poros realiza en el material que contiene alúmina no obedece a la densidad creciente de la corriente, mientras que el comportamiento de número de poros/densidad de corriente del material modificado con grupos amino es lineal. Por consiguiente, se puede influir en el número de poros para conseguir los valores elevados de número de poros deseados aumentando la densidad de la corriente. Por ejemplo, el número de poros para las partículas convencionales de sílice en el baño de electrodeposición de níquel se sitúa aprox. en 27.000 cm^{-2} para una densidad de corriente de 5 A/dm^{2}, mientras que los poros obtenidos con partículas de sílice modificadas con restos orgánicos que contienen silicio según la invención se sitúa en 50.000 cm^{-2} para la misma densidad de corriente.Two types of particles are compared: a SD-530 modified as described in example 1, but with 5 ml of aminosilane for 15 g of powder and a silica Alumina modified which is a commercial product. From a standard solution of 5 l of Watts nickel electrolyte, a liter fits with saccharin, surfactant and brightener, from mode described in the previous example 1. In a 250 Hull cell ml the electrolyte is used to metallize with nickel microporous with a cell current of 2 A for three minutes. The amount of pores is calculated against the current. In the figure 1 represents the relationship obtained between the number of pores and the current density for the electrolyte solution according to the invention (A) and for an electrolyte solution of the art anterior containing alumina and silica particles that are not modified with an organic moiety according to the invention. The number of pores made in the material containing alumina does not obey the increasing density of the current while the behavior of pore number / current density of the modified material With amino groups it is linear. Therefore, it can influence the number of pores to achieve high values of number of desired pores increasing the density of the current. For example, the number of pores for conventional silica particles in The nickel electrodeposition bath is approx. in 27,000 cm -2 for a current density of 5 A / dm 2, while that the pores obtained with silica particles modified with organic residues containing silicon according to the invention are situated at 50,000 cm -2 for the same current density.
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Se introducen en un tanque rectangular 2 litros de electrolito de níquel descrito en el ejemplo 1 y se emplean para metalizar con una capa de níquel microdiscontinua unos paneles, metalizados previamente con aproximadamente 10 \mum de níquel brillante, con diferentes concentraciones de polvo SD-530 modificado con aminosilano del modo descrito en el ejemplo 1. Se obtiene una relación entre el número de poros y la concentración de polvo que se representa en la figura 2. Esta relación es lineal hasta valores altos de concentración de polvo y números de poros, respectivamente. Se encuentra que el número de poros aumenta hasta aprox. 200.000 cm^{-2} cuando se emplea una concentración de polvo de 100 mg/l y se espera que siga aumentado cuando la concentración aumente.They are introduced in a rectangular tank 2 liters of nickel electrolyte described in example 1 and are used to metallize panels with a layer of microdiscontinuous nickel, pre-metallized with approximately 10 µm nickel bright, with different concentrations of dust SD-530 modified with aminosilane as described in example 1. A relationship between the number of pores and the dust concentration shown in figure 2. This ratio is linear to high dust concentration values and pore numbers, respectively. It is found that the number of pores increases to approx. 200,000 cm -2 when a powder concentration of 100 mg / l and is expected to continue to increase When the concentration increases.
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Ejemplo comparativo 5Comparative example 5
Se prepara un electrolito de del modo descrito en el ejemplo 1. Se repite la deposición en el mismo tanque de deposición. Esta vez se emplea el polvo SD-530 sin modificación con silano. El electrolito contiene 2 g/l de polvo. Se encuentra que el número de poros se sitúa solamente en 2.300 cm^{-2}.An electrolyte is prepared as described. in example 1. Repeat the deposition in the same tank of deposition This time SD-530 powder is used without Modification with silane. The electrolyte contains 2 g / l of powder. Be finds that the number of pores is only 2,300 cm -2.
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En un tanque de 250 se introduce una solución de níquel de Watts (concentraciones de los componentes principales: NiCl_{2}, NiSO_{4}, ácido bórico, como las descritas en el ejemplo 1). Se calienta la solución a 55ºC y se ajusta del modo descrito en el ejemplo 1 con aditivos orgánicos, por ejemplo tensioactivo, sacarina y abrillantador. Después de ajustar el pH a 4,2 y añadir 50 mg/l de polvo de sílice modificada, se fija un panel curvado (figura 3) en el centro del tanque, paralelo a los ánodos y se inicia la deposición con una densidad de corriente de 5 A/dm^{2}. La deposición tiene lugar durante tres minutos. Después se enjuaga el panel y se deposita la capa de cromo. A continuación se divide el panel en piezas y se cuentan los poros de la superficie del cromo después de la deposición del cobre (ensayo de Dubpernell). Se obtienen los números de poros recogidos en la tabla 1.In a tank of 250 a solution of Watts nickel (concentrations of the main components: NiCl2, NiSO4, boric acid, as described in the Example 1). The solution is heated to 55 ° C and adjusted in the manner described in example 1 with organic additives, for example surfactant, saccharin and brightener. After adjusting the pH to 4.2 and add 50 mg / l of modified silica powder, fix a curved panel (figure 3) in the center of the tank, parallel to the anodes and deposition begins with a current density of 5 A / dm 2. The deposition takes place for three minutes. After the panel is rinsed and the chrome layer is deposited. Then the panel is divided into pieces and the pores of the chrome surface after copper deposition (test of Dubpernell). The numbers of pores collected in the table are obtained one.
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Se deposita una multicapa de níquel y una capa de cromo sobre la parte superior de la multicapa de níquel sobre una plancha curvada de acero (representado en la figura 4). Los ensayos se realizan en tanques de en 100 l.A multilayer of nickel and a layer is deposited chrome over the top of the nickel multilayer on a curved steel plate (shown in figure 4). The tests are carried out in tanks of 100 l.
En el primer paso de deposición de níquel se deposita sobre la plancha de acero una capa de níquel semibrillante de 16 \mum de grosor (20 min con 4 A/dm^{2}) empleando un baño de deposición de níquel semibrillante que es un producto comercial (Duplalux® Step, Atotech). A continuación, sobre la parte superior de la primera capa de níquel se deposita una capa de níquel brillante de unos 8 \mum de grosor (10 min con 4 A/dm^{2}) empleando un baño de deposición de níquel brillante que es un producto comercial (Makrolux® NF, Atotech). Se determina el potencial eléctrico de esta segunda capa de níquel y se encuentra que es de 140 mV con respecto a la primera capa de níquel. Seguidamente, sobre la parte superior de la capa de níquel brillante se deposita una capa de níquel de unos 2 \mum de grosor (4 min con 3 A/dm^{2}) incorporando simultáneamente sílice a esta tercera capa de níquel. La solución para depositar esta capa de níquel es la misma que la del ejemplo 1, pero la solución de deposición en lugar de contener como aditivos el sulfato de etilhexilo, sacarato sódico y cloral hidratado ahora contiene un ácido carboxílico insaturado (ácido alil-carboxílico, ácido vinil-carboxílico), sacarina y un abrillantador (Makrolux®, Atotech). Los diferentes tipos de sílice empleados en este caso se recogen en la tabla 2. Se determina el potencial eléctrico de esta tercera capa de níquel y se encuentra que es de 30 mV con respecto a la segunda capa de níquel. Los ánodos empleados en todos los pasos de deposición de níquel son piezas de níquel que contienen azufre, que se alojan dentro de cestas. Finalmente, en la parte superior de la tercera capa de níquel se deposita una capa de cromo de unos 0,4 \mum de grosor (4 min con 10 A/dm^{2}) con un baño de deposición de cromo que es un producto comercial (Glanzchrombad Cr 843, Atotech).In the first step of nickel deposition, deposit a layer of semi-gloss nickel on the steel plate 16 µm thick (20 min with 4 A / dm 2) using a bath deposition of semi-gloss nickel which is a commercial product (Duplalux® Step, Atotech). Then on top a nickel layer is deposited from the first nickel layer bright about 8 µm thick (10 min with 4 A / dm 2) employing a bright nickel deposition bath which is a commercial product (Makrolux® NF, Atotech). The electrical potential of this second layer of nickel and is which is 140 mV with respect to the first nickel layer. Next, on top of the shiny nickel layer a layer of nickel about 2 µm thick is deposited (4 min with 3 A / dm 2) simultaneously incorporating silica into this third layer of nickel. The solution to deposit this layer of nickel is the same as in example 1, but the solution of deposition instead of containing as sulfate additives ethylhexyl, sodium saccharide and hydrated chloral now contain a unsaturated carboxylic acid (acid allyl carboxylic acid vinyl carboxylic), saccharin and a brightener (Makrolux®, Atotech). The different types of silica used in this case is shown in table 2. The potential is determined electrical of this third layer of nickel and is found to be 30 mV with respect to the second nickel layer. The anodes used in all the steps of nickel deposition are pieces of nickel that They contain sulfur, which are housed inside baskets. Finally, in the top of the third layer of nickel is deposited a layer of chrome about 0.4 µm thick (4 min with 10 A / dm 2) with a chrome deposition bath which is a commercial product (Glanzchrombad Cr 843, Atotech).
Para determinar el número de poros se emplea el programa automatizado del Fuhrmann-Tester (programa: 30 s con 1,0 V; 30 s con 0 V; 30 s con -0,4 V; poros > 4 \mum, 50 x; Markus Häp y col., lugar citado). Los resultados de los números de poros encontrados en la capa de cromo se recogen en la tabla 3.To determine the number of pores the Fuhrmann-Tester automated program (program: 30 s with 1.0 V; 30 s with 0 V; 30 s with -0.4 V; pores> 4 \ mum, 50 x; Markus Häp et al., Place cited). The results of the numbers of pores found in the chrome layer are collected in the table 3.
De la tabla 3 resulta evidente que el número de poros es mucho mayor en el caso de la solución de la invención que en el caso de las soluciones de la técnica anterior. Además, las variaciones en los números de poros son mucho más grandes en el caso de las soluciones de la técnica anterior que en el caso de la solución de la invención. Por lo tanto, con la solución de la invención se obtienen resultados mucho más consistentes en términos de distribución de números de poros sobre la plancha curvada de acero que las composiciones que la técnica anterior.From table 3 it is clear that the number of pores is much larger in the case of the solution of the invention than in the case of prior art solutions. In addition, the variations in pore numbers are much larger in the case of the prior art solutions than in the case of the solution of the invention. Therefore, with the solution of the invention you get much more consistent results in terms of distribution of pore numbers on the curved plate of steel than the compositions than the prior art.
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Se realiza otro ensayo en una planta de producción de dimensiones mayores empleando tanques de 1400 l. Las piezas a metalizar se representan en la figura 5. El procedimiento de deposición de las capas de níquel primera (semibrillante), segunda (brillante) y tercera y de la capa de cromo es el descrito en el ejemplo 7. Para depositar la tercera capa de níquel que contiene partículas, la composición empleada es también la descrita en el ejemplo 7. Las partículas empleadas en este caso se recogen en la tabla 4.Another test is performed in a plant production of larger dimensions using 1400 l tanks. The Pieces to be metallized are shown in Figure 5. The procedure deposition of the first nickel layers (semi-gloss), second (bright) and third and the chrome layer is as described in example 7. To deposit the third layer of nickel that Contains particles, the composition used is also described in example 7. The particles used in this case are collected in table 4.
Para determinar el número de poros se emplea el programa automatizado del Fuhrmann-Tester (programa: 30 s con 1,0 V; 30 s con 0 V; 30 s con -0,4 V; poros > 4 \mum, 50 x; Markus Häp y col., lugar citado). Los resultados de los números de poros encontrados en la capa de cromo se recogen en la tabla 5.To determine the number of pores the Fuhrmann-Tester automated program (program: 30 s with 1.0 V; 30 s with 0 V; 30 s with -0.4 V; pores> 4 \ mum, 50 x; Markus Häp et al., Place cited). The results of the numbers of pores found in the chrome layer are collected in the table 5.
De la tabla 5 resulta evidente que el número de poros es mucho mayor en el caso de la solución de la invención que en el caso de las soluciones de la técnica anterior. Además, las variaciones en los números de poros son mucho más grandes en el caso de las soluciones de la técnica anterior que en el caso de la solución de la invención. Por lo tanto, con la solución de la invención se obtienen resultados mucho más consistentes en términos de distribución de números de poros sobre la plancha curvada de acero que las composiciones que la técnica anterior.From table 5 it is clear that the number of pores is much larger in the case of the solution of the invention than in the case of prior art solutions. In addition, the variations in pore numbers are much larger in the case of the prior art solutions than in the case of the solution of the invention. Therefore, with the solution of the invention you get much more consistent results in terms of distribution of pore numbers on the curved plate of steel than the compositions than the prior art.
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