JP2012508322A - 電着浴、電着システム、及び電着方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1つの態様では、電着浴が提供される。前記電着浴は、タングステンイオン種及び/又はモリブデンイオン種と、第2金属のイオン種と、を含む。前記電着浴は更に、アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤を含む。
、非イオン性、または両性フルオロカーボン化合物を含む濡れ剤を含む。
電着浴は、金属源(群)及び添加剤(群)の流体担体を含む。幾つかの実施形態では、流体担体は水である。しかしながら、とりわけ、溶融塩、極低温溶媒、アルコール浴のような他の流体担体を使用してもよいことを理解されたい。この技術分野の当業者であれば、適切な流体担体を選択することができる。
キシアルキンとすることができる。幾つかの実施形態では、光沢剤は、次の化学式を有する化合物を含むことができる:
とができる。例えば、上に説明したR1,R2、及び/又はR3は、ヒドロキシル基または硫酸基を含むように選択することができる。
コーティング品質を、光沢化、平滑化により、表面孔食が低減する傾向になることにより向上させることができる。
le(許容可能な)」とは、この技術分野の当業者には公知の化学の原子価則に従うという意味で用いられる。幾つかの場合では、「substituted(置換された)」とは普通、本明細書において説明しているように、水素を置換基で置換することを指す。しかしながら、本明細書において使用するように、「substituted(置換された)」とは、主官能基により分子が識別されるときの主官能基の置換及び/又は変換を含まないので、例えば「置換された」官能基は、置換により、異なる官能基となる。例えば、「置換されたヘテロアルキル」は、ヘテロアルキル部分をずっと含み続ける必要があり、この定義では、置換によって修飾されて、例えばアルキル基になるということはできない。広義には、許容可能な置換基は、有機化合物の非環式置換基及び環式置換基、分岐置換基及び非分岐置換基、炭素環式置換基及びヘテロ環式置換基、芳香族置換基及び非芳香族置換基を含む。例示的な置換基として、例えば本明細書において記載される置換基を挙げることができる。許容可能な置換基は、適切な有機化合物の場合には、1つ以上とすることができ、同じとするか、または異ならせることができる。本発明の目的の場合、窒素のようなヘテロ原子は、本明細書において記載される有機化合物の水素置換基及び/又はいずれかの許容可能な置換基を有することができ、これらの置換基は、ヘテロ原子の原子価を満たす。本発明は、有機化合物の許容可能な置換基によって決して限定されるものではない。
形回帰のような方法を使用して、結果として得られるプロットにフィッティングさせることにより、一般式を導出することができ、濡れ剤の未知の濃度を有するサンプル中の濡れ剤の濃度を、サンプル、溶媒、及び指示薬溶液の混合液に滴定する塩化ベンゼトニウムの量を式に代入することにより計算することができる。電着浴中の濡れ剤の濃度を求めることにより、電着浴に対する調整を行なって、所望濃度の濡れ剤を生成することができる。
含む。幾つかの実施形態は、複数の順方向パルス及び逆方向パルスを含む両極性波形を含むことができ、各パルスは特定の電流密度及び期間を有する。幾つかの場合では、反転パルス列を使用することにより、形成されるコーティングの組成及び/又は粒子サイズを変化させることができる。
幾つかの場合では、コーティングは特定の微細構造を有することができる。例えば、コーティングの少なくとも一部分はナノ結晶微細構造を有することができる。本明細書において使用するように、「nanocrystalline(ナノ結晶)」構造とは、結晶粒子の数平均サイズが1ミクロン未満である構造を指す。結晶粒子の数平均サイズは、等しく統計的な重量を各粒子に付与し、等価球状粒子直径群の全ての合計値を、本体の代表体積に含まれる粒子の合計数で割った値として計算される。幾つかの実施形態では、コーティングの少なくとも一部分はアモルファス構造を有することができる。この技術分野において知られているように、アモルファス構造は、長距離対称性を原子位置に持たないことにより特徴付けられる非結晶構造である。アモルファス構造の例として、ガラス構造またはガラス状構造を挙げることができる。幾つかの実施形態は、ナノ結晶構造を、コーティングのほぼ全体に亘って有するコーティングを提供することができる。幾つかの実施形態は、アモルファス構造を、コーティングのほぼ全体に亘って有するコーティングを提供することができる。
(実施例)
本発明の幾つかの実施形態を示すために幾つかの実験を行なった。これらの実験では、Ni−W合金コーティングを水溶性電着液で形成した。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるためにアルキニルアルコキシアルカンを光沢剤として使用することができることが明らかになる。艶消し仕上げ鋼物品にNi−W合金のコーティングを、電着により水性電着浴から施した。各物品を電着浴に浸漬し、DC電流を、ステンレス鋼製の対向電極群を使用して流した。3アンペア及び60℃で10分間に亘って電着浴を空気撹拌しながら作動する267mL Hull Cell(ハルセル:電解槽)を使用して、コーティング済み物品を形成した。コーティング済み物品は、この方法を使用して、約0アンペア/平方フィート(ASF)〜225ASFの見積もり範囲の電流密度を供給する条件の下で形成された。物品は、この技術分野では公
知の如く、めっき前に化学的に作製された。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるためにヒドロキシアルキンを光沢剤として使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した例1における方法と同じ方法で作製された。
物品2B〜Dを、溶液A、及び約0.02〜約0.1g/Lの範囲の濃度のヒドロキシアルキン添加剤を含む電着浴から作製した。コーティング済み物品の表面仕上げは、添加剤濃度及び電流密度の関数として変化し、添加剤を含む電着浴を使用して作製された例2の各コーティング済み物品は、基準サンプル(物品1A)と比較して、電着コーティングの光沢性/平滑性が向上した。濃度が高くなると、コーティングの光沢性が低電流密度から中電流密度の条件で向上した。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるためにベタインを光沢剤として使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した実施例1における方法と同じ方法で作製された。
物品3B〜Eを、溶液A、及び約0.1g/L〜約10g/Lの範囲の濃度のベタイン添加剤を含む電着浴から作製した。コーティング済み物品の表面仕上げは、添加剤濃度及び電流密度の関数として変化し、添加剤を含む電着浴を使用して作製された例3の各コーティング済み物品は、基準サンプル(物品1A)と比較して、電着コーティングの光沢性/平滑性が向上した。濃度が高くなると、コーティングの光沢性が低電流密度から中電流密度の条件で向上した。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるためにポリアルコキシル化ナフトールを濡れ剤として使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した例1における方法と同じ方法で作製された。
物品4B〜Fを、溶液A、及びポリアルコキシル化ナフトール及びアニオン性フルオロカーボン系から選択される0.1〜1g/Lの濃度の濡れ剤を含む電着浴から作製した。わずかな光沢が、基準サンプル(物品1A)と比較して、濡れ剤の全ての濃度で認められた。孔食が溶液Aから得られる堆積物に形成されることが判明したコーティング条件を、濡れ剤を使用して、溶液Aに関連付けながら見積もった。濡れ剤を含有させると、コーティングの孔食欠陥が減り、幾つかの場合に、完全に無くなったことが明らかになった。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるために2種類の光沢剤を組み合わせて使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した実施例1における方法と同じ方法で作製された。
で使用した光沢剤(0.12,0.5g/L)、例2で使用した光沢剤(0.05g/L)、及び例3で使用した光沢剤(2g/L)を組み合わせて添加した。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるために光沢剤と濡れ剤とを組み合わせて使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した例1における方法と同じ方法で作製された。
この例から、Ni−W合金コーティングを堆積させるために2種類の光沢剤と1種類の濡れ剤とを組み合わせて使用することができることが明らかになる。この例の物品は、上に説明した例1における方法と同じ方法で作製された。
されたコーティング済み物品と比較すると、実施例5及び6において説明した2種類の添加剤を含む電着浴を使用して作製されたコーティング済み物品と比較すると、補完的に影響する光沢性/平滑性、及び表面孔食の低減傾向が、各電着浴を使用して作製されたコーティング済み物品に観察された。実施例7の各物品は、基準サンプル(物品1A)と比較して、堆積済みコーティングの光沢性/平滑性が向上した。
Claims (72)
- タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、
第2金属のイオン種と、
アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤とを含む、電着浴。 - 前記第2金属はニッケルである、請求項1に記載の電着浴。
- 前記光沢剤は、化学式
を有する化合物を含み、nは1〜100の整数であり、R1は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルである、請求項1に記載の電着浴。 - R1は、OHまたはSO3で任意に置換されたアルキル基である、請求項3に記載の電着浴。
- R1は、化学式(R2)mを有する基を含み、R2は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルであり、mは3〜103の整数であり、nは(m−2)以下になる、請求項3に記載の電着浴。
- nは1〜5の整数である、請求項3に記載の電着浴。
- mは3〜7の整数である、請求項5に記載の電着浴。
- 前記光沢剤はPOPDHを含む、請求項1に記載の電着浴。
- 前記光沢剤はPOPSを含む、請求項1に記載の電着浴。
- 前記浴は、0.05g/L〜0.15g/Lの前記光沢剤を含む、請求項1に記載の電着浴。
- 更に補助光沢剤を含む、請求項1に記載の電着浴。
- 前記補助光沢剤は、ヒドロキシアルキン化合物を含む、請求項11に記載の電着浴。
- 前記補助光沢剤は、化学式
を有する化合物を含み、R3及びR4は、同じとするか、または異ならせることができ、R3及びR4の各々は、任意に置換されたH、アルキル、ヒドロキシアルキル、またはアミノであり、x及びyは、同じとするか、または異ならせることができ、x及びyの各々は1〜100の整数である、請求項11に記載の電着浴。 - R3またはR4のうちの少なくとも1つは、ヒドロキシアルキル基を含む、請求項13に記載の電着浴。
- x及びyは、同じとするか、または異ならせることができ、1〜5の整数であり、R3及びR4のうちの少なくとも1つは、ヒドロキシアルキル基を含む、請求項13に記載の電着浴。
- 前記浴は、0.02g/L〜0.1g/Lの補助光沢剤を含む、請求項13に記載の電着浴。
- 前記補助光沢剤はベタイン化合物を含む、請求項11に記載の電着浴。
- 前記浴は、0.1g/L〜10g/Lの補助光沢剤を含む、請求項17に記載の電着浴。
- 前記アルキンは2−ブチン−1,4−ジオールである、請求項13に記載の電着浴。
- 更に、濡れ剤を含む、請求項1に記載の電着浴。
- 前記濡れ剤は、スルホプロピル化ポリアルコキシナフトール化合物を含む、請求項20に記載の電着浴。
- 前記濡れ剤は、アニオン性、非イオン性、または両性フルオロカーボン化合物を含む、請求項20に記載の電着浴。
- 前記浴のpHは7〜9である、請求項1に記載の電着浴。
- 更に水を含む、請求項1に記載の電着浴。
- 更に錯化剤を含む、請求項1に記載の電着浴。
- タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、
第2金属のイオン種と、
スルホプロピル化ポリアルコキシナフトール化合物を含む濡れ剤と、
を含む、電着浴。 - 前記濡れ剤は、一般化学式SO3−C3H6−[O−(R5)]z−C10H8Oを有し、R5はアルキル基であり、zは1〜100の整数である、請求項26に記載の電着浴。
- 更にアルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤を含む、請求項26に記載の浴。
- 前記光沢剤は、化学式
を有する化合物を含み、nは1〜100の整数であり、R1は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルである、請求項28に記載の電着浴。 - R1は、OHまたはSO3で任意に置換されたアルキル基である、請求項29に記載の電着浴。
- R1は、化学式(R2)mを有する基を含み、R2は、任意に置換されたアルキルまたは
ヘテロアルキルであり、mは3〜103の整数であり、nは(m−2)以下になる、請求項29に記載の電着浴。 - nは1〜5の整数である、請求項29に記載の電着浴。
- mは3〜7の整数である、請求項31に記載の電着浴。
- タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、
第2金属のイオン種と、
アニオン性、非イオン性、または両性フルオロカーボン化合物を含む濡れ剤と、
を含む、電着浴。 - 前記濡れ剤は、一般化学式SO3−C3H6−[O−(R5)]z−C10H8Oを有し、R5はアルキル基であり、zは1〜100の整数である、請求項34に記載の電着浴。
- 更に、アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤を含む、請求項34に記載の電着浴。
- 前記光沢剤は、
を有する化合物を含み、nは1〜100の整数であり、R1は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルである、請求項36に記載の電着浴。 - R1は、OHまたはSO3で任意に置換されたアルキル基である、請求項37に記載の電着浴。
- R1は、化学式(R2)mを有する基を含み、R2は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルであり、mは3〜103の整数であり、nは(m−2)以下になる、請求項37に記載の電着浴。
- nは1〜5の整数である、請求項37に記載の電着浴。
- mは3〜7の整数である、請求項39に記載の電着浴。
- タングステン系コーティング又はモリブデン系コーティングのうちの少なくとも一方を電着させる方法において、
アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、前記アノード及び前記カソードに接続される電源とを設ける工程を備え、
前記電着浴は、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤とを含み、前記方法では更に、
前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板に電着させる工程を備える、
方法。 - 前記波形は、少なくとも1つの順方向パルスと、少なくとも1つの逆方向パルスと、を含む、請求項42に記載の方法。
- タングステン系コーティング又はモリブデン系コーティングのうちの少なくとも一方を電着させるための方法において、
アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設ける工程を備え、
前記電着浴は、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、スルホプロピル化ポリアルコキシナフトールを含む濡れ剤とを含み、前記方法では更に、
前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板に電着させる工程を備える、
方法。 - 前記波形は、少なくとも1つの順方向パルスと、少なくとも1つの逆方向パルスと、を含む、請求項44に記載の方法。
- タングステン系コーティング又はモリブデン系コーティングのうちの少なくとも一方を電着させる方法において、
アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、前記アノード及び前記カソードに接続される電源と、を設ける工程を備え、
前記電着浴は、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、アニオン性、非イオン性、または両性フルオロカーボン化合物を含む濡れ剤とを含み、前記方法では更に、
前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板に電着させる工程を備える、
方法。 - タングステン系コーティング又はモリブデン系コーティングのうちの少なくとも一方を電着させる方法において、
アノードと、カソードと、前記アノード及び前記カソードを浸漬させた電着浴と、前記アノード及び前記カソードに接続される電源とを設ける工程を備え、
前記電着浴は、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、アルキン化合物を含む光沢剤とを含み、前記方法では更に、
前記電源を駆動して波形を生成することによりコーティングを基板に電着させる工程を備え、前記波形は、少なくとも1つの順方向パルスと、少なくとも1つの逆方向パルスとを含む、方法。 - 前記アルキンはヒドロキシアルキンである、請求項47に記載の方法。
- 前記アルキンはアミノアルキンである、請求項47に記載の方法。
- 電気めっき浴中のアルキニルアルコキシアルカン化合物を分析する方法において、
サンプルを、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤とを含む電気めっき浴から採取する工程と、
金属化合物を前記サンプルに添加して、金属配位化学種を、前記アルキニルアルコキシアルカン化合物を前記金属化合物と反応させることにより形成する工程と、
前記金属配位化学種を分析する工程とを備える、方法。 - 前記金属化合物は銀を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記金属化合物は硝酸銀を含む、請求項51に記載の方法。
- 前記金属化合物は銅を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記金属化合物は塩化銅(I)を含む、請求項53に記載の方法。
- 前記金属配位化学種の分析では、濁度を測定する、請求項50に記載の方法。
- 前記金属配位化学種の分析では、電位差測定法を用いる、請求項50に記載の方法。
- 前記第2金属はニッケルである、請求項50に記載の方法。
- 前記光沢剤は、化学式
を有する化合物を含み、nは1〜100の整数であり、R1は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルである、請求項50に記載の方法。 - 前記光沢剤はPOPDHを含む、請求項50に記載の方法。
- 前記光沢剤はPOPSを含む、請求項50に記載の方法。
- 前記金属配位化学種は金属アセチリドを含む、請求項50に記載の方法。
- 電気めっき浴中のアルキン化合物を分析する方法において、
サンプルを、タングステンイオン種又はモリブデンイオン種のうちの少なくとも一方と、第2金属のイオン種と、アルキニルアルコキシアルカン化合物を含む光沢剤と、アルキン化合物を含む補助光沢剤とを含む電気めっき浴から採取する工程と、
前記アルキン化合物を前記サンプルから、有機溶媒を前記サンプルに添加することにより抽出する工程と、
前記アルキンを酸化剤と反応させて、反応済みアルキンを生成する工程と、
前記反応済みアルキンを分析する工程とを備える、方法。 - 前記有機溶媒は酢酸ブチルを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記酸化剤は過マンガン酸塩を含む、請求項62に記載の方法。
- 前記酸化剤はクロム化合物を含む、請求項62に記載の方法。
- 前記反応済みアルキンの分析では、比色定量法を用いる、請求項62に記載の方法。
- 前記アルキンはヒドロキシアルキンを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記ヒドロキシアルキンは2−ブチン−1,4−ジオールである、請求項67に記載の方法。
- 前記第2金属はニッケルである、請求項62に記載の方法。
- 前記光沢剤は、化学式
を有する化合物を含み、nは1〜100の整数であり、R1は、任意に置換されたアルキルまたはヘテロアルキルである、請求項62に記載の方法。 - 前記光沢剤はPOPDHを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記光沢剤はPOPSを含む、請求項62に記載の方法。
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