ES2615337T3 - Electrolito y método para depositar una capa metálica mate - Google Patents

Electrolito y método para depositar una capa metálica mate Download PDF

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Andreas KÖNIGSHOFEN
Danica Elbick
Helmut Starke
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Abstract

Método para depositar electrolíticamente una capa de metal mate de un metal del grupo que consiste en Co, Ni, Cu, Sn o una aleación de estos metales sobre una superficie de sustrato desde un electrolito que forma una emulsión y/o una dispersión, mediante aplicación de una corriente entre un sustrato puesto en contacto con un cátodo y un ánodo, comprendiendo el método las etapas de a) seleccionar una primera composición de un electrolito capaz de depositar una capa de metal mate de un metal del grupo anteriormente mencionado sobre la superficie del sustrato, teniendo dicha composición una concentración del metal a depositar y en donde la composición comprende un poli(óxido de alquileno) sustituido o no sustituido o un derivado de un poli(óxido de alquileno) sustituido o no sustituido o un agente humectante para formar una emulsión y/o una dispersión, en donde el agente humectante es un agente humectante fluorado o perfluorado o un compuesto de amonio cuaternario sustituido con el poli(óxido de alquileno); b) preparar un electrolito para revestimiento metálico basado en la primera composición, en el que del 10 al 50 % en peso del metal a depositar de acuerdo con la primera composición se sustituye por al menos un compuesto que aumenta la densidad de halogenuro, sulfato o sulfonato de un elemento del grupo que consiste en sodio, potasio, aluminio, magnesio o boro, para reducir la concentración del metal a depositar en comparación con la primera composición y en donde la concentración del compuesto que aumenta la densidad está en el intervalo comprendido entre el 20 % y el 100 % en peso de la concentración del metal a depositar; c) poner en contacto la superficie del sustrato con el electrolito de revestimiento metálico resultante de la etapa b) y aplicar la corriente.

Description

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DESCRIPCION
Electrolito y metodo para depositar una capa metalica mate
La presente invencion se refiere a un electrolito, asi como a un metodo para depositar una capa de metal mate sobre la superficie de un sustrato. En particular, la invencion se refiere a un electrolito que tiene una baja concentracion del metal de deposito y un metodo para depositar una capa de metal mate mediante el uso de dichos electrolitos.
En general, cuando se depositan capas de metal sobre las superficies de un sustrato se pretende obtener una capa de metal brillante sobre la superficie del sustrato. La capa de metal depositada puede tener propiedades funcionales, dichas propiedades pueden optimizar la superficie del sustrato para la ultima propuesta, o se pueden tener efectos decorativos. Dependiendo del uso previsto del sustrato, a veces se prefiere tener una capa de metal no brillante, mate, o lo que se denomina pearlbrite, sobre la superficie del sustrato. Por una parte, esta intencion se puede basar en el aspecto optico del deposito, por otra parte, los depositos mate, tambien denominados pearlbrite, tienen propiedades tecnicas especificas, como, por ejemplo, no tener brillos, dichas propiedades pueden ser deseables para uso decorativo o tecnico. El area de aplicacion de dichas capas de metal mate o pearlbrite es, por ejemplo, industria de la joyeria, industrias auxiliares de automocion, industria del automovil, asi como industria optica o de mecanica de precision. Especialmente en estas zonas, se desean capas metalicas sin brillo. En el campo de la industria de la joyeria, se requiere la deposicion de capas de metal mate o pearlbrite de metales no alergicos o poco alergenicos. Lo mismo se requiere para la aplicacion de capas de metal mate o pearlbrite en el campo de la maquinaria de cocina y accesorios de cocina.
En el campo de las industrias optica o de mecanica de precision, en la deposicion de capas de metal mate o pearlbrite de diferentes metales es de interes debido a las diferentes caracteristicas que comunican los diferentes metales, de esta forma, la superficie del sustrato se puede adaptar al uso tecnico posterior. A este respecto, por ejemplo, la ductilidad, la dureza, la resistencia a la corrosion, o propiedades mecanicas comparables de la superficie del sustrato, se pueden optimizar de esta forma.
La solicitud de patente internacional WO 2007/076898 divulga un electrolito, asi como un metodo para la deposicion de capas de metal mate, especialmente de los metales vanadio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, niquel, cobre, cinc, rutenio, rodio, paladio, plata, indio, estano, antimonio, teluro, renio, platino, oro, talio, bismuto, o aleaciones de los mismos. Para el deposito de dichos metales sobre la superficie de un sustrato, de acuerdo con el documento WO 2007/076898, se forma una emulsion y/o dispersion en el electrolito mediante la adicion de un agente de emulsion y/o un agente de dispersion, o un agente humectante.
Se pueden encontrar algunos documentos mas en la bibliografia de patentes que estan relacionados con las capas de metal depositado de forma electrolitica a partir de banos que comprenden, entre otro, oxidos de alquileno, por ejemplo, los documentos US 3928149 A, US 03100137 A2, GB 1236811 A, US 4119502 A, DE 2522130 B1, EP 1001054 A2, JP 2005120425 A, US 3700570 A, US 2006283715 A1, D10 WO 0068464A2 y US 3839165 A.
Un inconveniente tanto del electrolito como del metodo conocido del estado de la tecnica es que a veces es dificil conseguir depositos sobre la superficie del sustrato. De esta manera, es un objetivo de la presente invencion optimizar tanto el electrolito como el metodo conocidos del estado de la tecnica.
Este objetivo se consigue mediante un electrolito para la deposicion de una capa de metal mate de un metal del grupo que consiste en Co, Ni, Cu, Sn, o una aleacion de estos metales sobre la superficie de un sustrato, en donde el electrolito comprende un poli(oxido de alquileno) sustituido o no sustituido o un derivado de un poli(oxido de alquileno) sustituido o no sustituido, o un agente humectante, en donde el agente humectante esta fluorado o perfluorado, o es un compuesto de amonio cuaternario sustituido con un poli(oxido de alquileno), para preparar una emulsion y/o dispersion en el electrolito, caracterizado por que el electrolito comprende al menos un halogenuro, sulfato, o sulfonato de un elemento del grupo que consiste de sodio, potasio, aluminio, magnesio, o boro. En una realizacion, un metanosulfonato de sodio, potasio, o y magnesio son los preferidos. En otra realization, se prefiere el sulfato de aluminio y/o tetrafluoruro de boro.
Se ha descubierto sorprendentemente que la adicion de compuestos solubles de cationes pesados, especialmente un halogenuro de alquilo o un halogenuro de metal alcalinoterreo, un sulfato alcalino o sulfato alcalinoterreo, o un sulfonato alcalino o sulfonato alcalinoterreo, asi como un sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, o tetrafluoruro de boro, solo o en combination, puede superar los inconvenientes conocidos del estado de la tecnica. Estos compuestos se pueden usar para aumentar la densidad del electrolito en la forma inventiva.
Al aumentar la densidad del electrolito, el punto de turbidez se supera, cuyo efecto se debe evitar mediante los electrolitos de revestimiento metalico normal, pero esto conduce al efecto mate deseado de la capa de metal depositado. La adicion de los compuestos inertes mencionados que no comprenden ningun cation metalico depositable aumenta la densidad, de forma que se deposita una capa de metal mate incluso a una concentracion muy baja de revestimiento metalico.
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De acuerdo con la invencion, el electrolito comprende un compuesto que aumenta la densidad con una concentracion en el intervalo del 20 % al 100 % en peso de la concentracion del metal a depositar. Preferentemente, el compuesto alcalino o el compuesto alcalinoterreo esta comprendido en el electrolito inventivo en un intervalo entre el 20 % y 60 % en peso de la concentracion del metal a depositar.
Adicionalmente, se ha descubierto sorprendentemente que es posible la adicion de un agente tensioactivo humectante al electrolito inventivo. La adicion de un agente tensioactivo humectante respalda el deposito uniforme de capas metalicas adicionales. No es posible anadir agentes tensioactivos humectantes a los electrolitos conocidos del estado de la tecnica, ya que dichos agentes tensioactivos humectantes afectarian la formacion de una emulsion y/o dispersion en el electrolito, afectando de esta forma al efecto mate o pearlbrite del electrolito. Si se anadieran agentes tensioactivos humectantes a los electrolitos conocidos del estado de la tecnica, las capas de metal depositado se vuelven brillantes en lugar de sin brillos.
En el electrolito inventivo, la adicion de los agentes tensioactivos humectantes es posible sin alterar el efecto mate del electrolito.
El agente tensioactivo humectante que se puede anadir al tensioactivo humectante puede ser un agente humectante del grupo que consiste en sulfatos de alquilo, acido sulfosuccinico y betainas.
El agente tensioactivo humectante puede estar incluido en el electrolito inventivo en una concentracion comprendida entre 0,01 mol/l y 100 mol/l, preferentemente entre 0,1 mol/l y 10 mol/l.
En una realizacion preferida, el compuesto que aumenta la densidad del electrolito inventivo es sulfato de sodio, sulfato de magnesio, o sulfato de aluminio.
En terminos del metodo, el objetivo de la invencion se consigue por un metodo para deposicion electrolitica de una capa de metal mate sobre la superficie de un sustrato, donde la capa de metal mate se deposita desde un electrodo que forma una emulsion y/o dispersion mediante la conduccion de una corriente entre la superficie de un sustrato en contacto catodico y un anodo, metodo que se caracteriza porque de 10 al 50 % en peso del metal a depositar incluido en el electrolito se sustituye por al menos un compuesto que aumenta la densidad de halogenuro, sulfato, o sulfonato de un elemento del grupo que consiste en sodio, potasio, aluminio, magnesio, o boro.
Es la idea de la invencion sustituir parte de la concentracion del metal a depositar en el electrolito por un compuesto que aumenta la densidad, reduciendo de esta forma la concentracion del metal a depositar y aumentando la densidad del electrolito.
Cuando se hace esto, por una parte, debido a la menor cantidad de metal a depositar en el electrodo, se obtiene un beneficio economico, ya que se debe usar menos metal de deposito para formular el electrolito. Por otra parte, debido a la adicion de un compuesto alcalino y/o un compuesto alcalinoterreo, se aumenta la densidad del electrodo, que conduce a un deposito mas uniforme del metal sobre la superficie del sustrato. Adicionalmente, se descubrio que, debido a la mayor densidad del electrolito, la adicion de un agente tensioactivo humectante es posible sin alterar el aspecto mate del metal depositado de una forma no intencionada.
La invencion se describe adicionalmente en terminos de ejemplos, aunque la materia sujeto de la invencion no esta limitada a dichos ejemplos.
Ejemplos
Ejemplo 1:
A partir de un electrolito de tipo Watts que comprende:
190 g/l de sulfato de niquel 6 ac.
40 g/l de acido borico 30 g/l de cloruro de niquel 6ac 5 g/l de sacarina de sodio y 300 g/l de sulfato de magnesio 7ac 3 mg/l de PEG 10.000
se deposito una capa de niquel mate en 10 minutos a una temperatura de 52° C y una densidad de corriente de 5 A/dm2. El valor de pH del electrolito fue de aproximadamente 4,2. El sustrato a revestir con metal se desplazo a traves del electrolito a una velocidad de 2 m/min. La estructura de la capa de niquel mate depositada fue identica a la estructura de una capa de niquel mate desde un electrolito que comprende 3 mg/l de un polietilenglicol que tiene un peso molecular promedio en peso de 10.000 g/mol, electrodo que comprende:
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440 g/l de sulfato de mquel 6 ac. 40 g/l de acido borico 30 g/l de cloruro de mquel 6 ac. 5 g/l de sacarina de sodio y 3 mg/l de PEG 10.000
Ejemplo 2:
A partir de un electrolito de tipo Watts que comprende:
190 g/l de sulfato de mquel 6 ac.
40 g/l de acido borico
30 g/l de cloruro de mquel 6 ac.
5 g/l de sacarina de sodio y 300 g/l de sulfato de magnesio 7ac 3 mg/l de PEG 10.000
se deposito una capa de mquel mate en 10 minutos a una temperatura de 52° C y una densidad de corriente de 5 A/dm2. El valor de pH del electrolito fue de aproximadamente 4,2. El sustrato a revestir con metal se desplazo a traves del electrolito a una velocidad de 2 m/min. La estructura de la capa de mquel mate depositada fue identica a la estructura de una capa de mquel mate desde un electrolito que comprende 3 mg/l de un polietilenglicol que tiene un peso molecular promedio en peso de 10.000 g/mol, electrodo que comprende:
440 g/l de sulfato de mquel 6 ac. 40 g/l de acido borico 30 g/l de cloruro de mquel 6 ac. 5 g/l de sacarina de sodio y 3 mg/l de PEG 10.000
Ejemplo 3:
A partir de un electrolito de tipo Sn/Co que comprende:
120 g/l de gluconato de sodio 50 g/l sulfato de cobalto (II) 7 ac. 25 g/l sulfato de estano (II)
260 g/l de sulfato de sodio y 1 mg/l de PEG 35.000
en 5 minutos a una temperatura de 45 °C y una densidad de corriente de 0,5 A/dm2, se deposito una capa mate muy fina de aleacion de estano-cobalto. El valor de pH del electrolito fue de aproximadamente 8,4 y el sustrato a revestir con metal se desplazo a traves del electrolito a una velocidad de 2 m/min. La capa mate muy fina depositada fue identica a una capa depositada desde un electrodo que comprende
120 g/l de gluconato de sodio 100 g/l sulfato de cobalto (II) 7 ac. 50 g/l de sulfato de estano (II) y 1 mg/l de PEG 35.000.
Las realizaciones anteriores muestran claramente que la adicion inventiva de un compuesto alcalino o compuesto alcalinoterreo a una composicion de electrolito conocida del estado de la tecnica permite la reduction de la concentration de metal de revestimiento metalico en el electrolito, sin alterar el resultado del revestimiento metalico. Esto permite que los electrodos de revestimiento metalico que tienen una concentracion muy baja de metal de revestimiento metalico proporcionen un importante beneficio economico.
Ejemplo 4:
A partir de un electrolito de Ni que comprende:
225 g/l de sulfato de mquel 7ac
50 g/l de cloruro de mquel
40 g/l de acido borico
225 g/l de sulfato de magnesio 7ac
2,6 g/l de sulfonimida del acido benzoico
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1,5 mg/l de polietilenglicol-dimetil eter y 1,8 mg/l de 2-propenosulfonato de sodio
sobre una superficie de sustrato, se deposito una capa de mquel mate en 10 min a una densidad de corriente de 5 A/dm2 y una temperatura de 55 °C, dicha capa tiene las mismas propiedades que una capa depositada en las mismas condiciones desde un electrolito que comprenden 550 g/l de sulfato de niquel y sin sulfato de magnesio.
Ejemplo 5:
A partir de un electrolito de tipo Sn/Co que comprende:
120 g/l de gluconato de sodio 50 g/l sulfato de cobalto (II) 7 ac.
25 g/l sulfato de estano (II)
120 g/l sulfato de magnesio y 1 mg/l de PEG 35.000
en 5 minutos a una temperatura de 45 °C y una densidad de corriente de 0,5 A/dm2, se deposito una capa mate muy fina de aleacion de estano-cobalto. El valor de pH del electrolito fue de aproximadamente 8,4 y el sustrato a revestir con metal se desplazo a traves del electrolito a una velocidad de 2 m/min. La capa mate muy fina depositada fue identica a una capa depositada desde un electrodo que comprende
120 g/l de gluconato de sodio 100 g/l sulfato de cobalto (II) 7 ac.
50 g/l sulfato de estano (II)
1 mg/l de PEG 35.000.
Las realizaciones anteriores muestran claramente que la adicion inventiva de un compuesto que aumenta la densidad a una composicion de electrolito conocida del estado de la tecnica permite la reduccion de la concentracion de metal de revestimiento metalico en el electrolito, sin alterar el resultado del revestimiento metalico. Esto permite que los electrodos de revestimiento metalico que tienen una concentracion muy baja de metal de revestimiento metalico proporcionen un importante beneficio economico.

Claims (3)

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    REIVINDICACIONES
    1. Metodo para depositar electroliticamente una capa de metal mate de un metal del grupo que consiste en Co, Ni, Cu, Sn o una aleacion de estos metales sobre una superficie de sustrato desde un electrolito que forma una emulsion y/o una dispersion, mediante aplicacion de una corriente entre un sustrato puesto en contacto con un catodo y un anodo, comprendiendo el metodo las etapas de
    a) seleccionar una primera composicion de un electrolito capaz de depositar una capa de metal mate de un metal del grupo anteriormente mencionado sobre la superficie del sustrato, teniendo dicha composicion una concentracion del metal a depositar y en donde la composicion comprende un poli(oxido de alquileno) sustituido o no sustituido o un derivado de un poli(oxido de alquileno) sustituido o no sustituido o un agente humectante para formar una emulsion y/o una dispersion, en donde el agente humectante es un agente humectante fluorado o perfluorado o un compuesto de amonio cuaternario sustituido con el poli(oxido de alquileno);
    b) preparar un electrolito para revestimiento metalico basado en la primera composicion, en el que del 10 al 50 % en peso del metal a depositar de acuerdo con la primera composicion se sustituye por al menos un compuesto que aumenta la densidad de halogenuro, sulfato o sulfonato de un elemento del grupo que consiste en sodio, potasio, aluminio, magnesio o boro, para reducir la concentracion del metal a depositar en comparacion con la primera composicion y en donde la concentracion del compuesto que aumenta la densidad esta en el intervalo comprendido entre el 20 % y el 100 % en peso de la concentracion del metal a depositar;
    c) poner en contacto la superficie del sustrato con el electrolito de revestimiento metalico resultante de la etapa b) y aplicar la corriente.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la composicion seleccionada en la etapa a) comprende un agente tensioactivo humectante en una concentracion en el intervalo de 0,01 mol/l y 100 mol/l, dicho agente tensioactivo humectante se selecciona entre el grupo que consiste en sulfatos de alquilo, acido sulfosuccinico y betainas.
  3. 3. El metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el electrolito de acuerdo con la etapa b) comprende al menos un compuesto del grupo que consiste en metanosulfonato de sodio, metanosulfonato de potasio, metanosulfonato de magnesio, sulfato de aluminio o tetrafluoruro de boro.
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