SE447137B - Galvaniseringsbad for avsettning av svart nickelbeleggning - Google Patents

Description

44-7 157 kan anpassas för användning på olika ledande underlag under stän- digt erhållande av i huvudsak likformiga svarta nickelbeläggnin- gar vid såväl låga, medelhöga som höga strömtätheter. De mörka nickelheläggningarna kännetecknas vidare av god kohesionsbestän- dighet, vidhäftning och receptivitet för en rad olika klara lack- beläggningar.

Fördelarna med uppfinningen uppnås med ett bad, som innefattar en vattenlösning med ett pH 4-12 och innehållande 2-25 g/l nickeljo- ner och en i badet löslig amin närvarande i ett molförhållande nic- kel till amin i lösningen mellan 1:1 och 1:4, vilken amin motsva- rar formeln: R - NH - /_(CH2)n - NH/m - (CH2)p - X - R' i vilken n, m och p är heltal, varvid n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3; X är O eller NH och R och R' är samma eller olika och betecknar H, -CHZCH = CH2, -CHZCHZCHZSOS eller -CH ?HCH2OH, och som kännetecknas av att badet dessutom innehåller OH minst 7 g/l boratjoner och minst 10 g/l av i badet lösliga och där- 2 med kompatibla, inerta ledande salter.

Representativa exempel på nämnda aminer är trietylentetramin, di- propylentriamin och 2-(2-aminoetylamino)etanol.

Badet kan vidare eventuellt innehålla mörkhetsförbättrande medel innefattande alkalimetallsalter av svavelhaltiga föreningar, såsom tiocyanater, tiosulfater, bisulfiter, sulfiter och liknande, vil- ka kan föreligga i mängder upp till ca 25 g/l. Badet kan eventuellt dessutom innehålla små reglerade mängder vätmedel av de typer, som konventionellt användes i nickelpläteringslösningar.

Enligt uppfinningen kan pläteringsbadet fungera utmärkt vid tempe- raturer mellan ca 21°C och 6600 vid en strömtäthet mellan ca 0,2 och 2,5 A/dmz minuter alltefter badets sammansättning och processvariablerna.

. Pläteringstiderna kan variera mellan ca 1 och 10 Ytterligare fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den ef- terföljande beskrivningen av föredragna utföringsformer.

Det nya galvanopläteringsbadet enligt uppfinningen för avsättning 447 157 av s.k. svarta nickelbeläggningar innefattar en vattenlösning, vilken som väsentliga beståndsdelar innehåller en reglerad verk- sam mängd nickeljoner, i badet lösliga inerta salter för att öka lösningens konduktivitet, boratjoner och en i badet löslig amin närvarande i en reglerad mängd allt efter koncentrationen av när- varande nickeljoner. Nickeljonkoncentrationen kan variera mellan 2 och 25 g/l och företrädesvis mellan 6-10 g/l. Nickeljonkoncent- rationer över ca 25 g/l är i vissa fall ej önskvärda eftersom de avsatta nickelbeläggningarna har en benägenhet till gråaktigt ut- seende vid så höga koncentrationer. Nickeljonerna kan lämpligen tillföras badet i form av med badet kompatibla och däri lösliga nickelsalter, såsom nickelsulfat, nickelhalogenidsalter, nickel- sulfonat, nickelfluoborat och liknande. Av dessa föredras nickel- sulfat i form av hexahydratet. Nickelhalogenidsalterna kan med för- del användas när en nickelanod användes i badet men är ej önskvär- da när inerta anoder, såsom kolanoder, används på grund av att mot- svarande halogenidgas utvecklas vid anoden. Nickelsulfat medför en extra fördel när en nickelanod användes genom att lösningen in- te så lätt angriper anodens yta och uppbyggnaden av nickeljonkon- centrationen i badet är avsevärt långsammare, vilket underlättar regleringen av badet.

En andra väsentlig beståndsdel i galvanopläteringsbadet är en reg- lerad mängd boratjoner närvarande i en mängd av minst 7 g/l upp till gränsen för badets löslighet, företrädesvis i mängder av 15- 30 g/l. Boratjonerna kan tillföras som borsyra och som i badet lösliga alkalimetall-, ammonium- och jordalkalimetallsalter och blandningar därav. Bland dessa utgör borsyra det föredragna mate- rialet.

En annan väsentlig beståndsdel i galvanopläteringsbadet är en amin, som är kompatibel med och löslig i badet och uppvisar formeln: R _ NH - /_(cH2)n - Nnjm - (cH2)P - x - R' i vilken n, m och p är heltal, varvid n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3; X är 0 eller NH och R och R' är samma eller olika och betecknar H, -CH2CH = CH2, -CH2CH2CH2SO3 eller -CH2çHCH2OH.

OH 447 137 Representativa exempel på aminer lämpliga att använda i badet motsvarande ovannämnda formel är trietylentetramin, i vilken R 'och R' betecknar H, X betecknar NH och n, m och p är 2, dipropy- lentriamin, i vilken R och R' är H, X är NH, m är 1 och n och p är 3 samt 2-(2-aminoetylamino)etanol, i vilken R och R' är H, X är 0, m är 1 och n och p är 2.

Aminkoncentrationen regleras i relation till mängden närvarande nickeljoner i badet. Molförhållandet nickeljoner till i lösningen närvarande amin kan uppgå till mellan 1:1 och 1:4, företrädesvis mellan 1:1,5 och 1:2,5 och i synnerhet i ett förhållande av 1:2.

Molförhållanden överstigande 1:4 är ej önskvärda, eftersom så hö- ga aminkoncentrationer inhiberar avsättningen av nickel ur badet, medan förhållanden under 1:1 ej ger en i huvudsak svart nickelbe- läggning.

Förutom nickeljonerna, boratjonerna och aminen innehåller badet dessutom som väsentlig beståndsdel ett eller flera i badet lösli- ga och därmed kompatibla och inerta salter för att förbättra elekt- rolytens konduktivitet. Dessa salter innefattar vanligen alkalime- tallsulfat och -halogenider samt magnesiumsulfat och magnesiumha- logenidsalter. Termen "alkalimetall" användes här i vid mening för att inkludera alkalimetallerna natrium, kalium, litium liksom ammonium.

Dessa ledande salter eller blandningar därav används i mängder av minst 10 g/l upp till löslighetsgränsen och företrädesvis i mäng- der av mellan 30 och 50 g/l. Natriumsulfat i kombination med bor- syra bildar en särskilt gynnsam badkomposition.

Förutom ovannämnda beståndsdelar kan badet som valfri beståndsdel innehålla ett mörkhetsförbättrande medel, som är närvarande i reg- lerade mängder för att ytterligare förstärka mörkhetsgraden eller den svarta finishen på beläggningen. Lämpliga mörkhetsförbättran- de medel är alkalimetallsalter av svavelhaltiga föreningar inklu- derande tiocyanater, tiosulfater, bisulfiter, sulfiter eller liknande samt blandningar därav. När sådana mörkhetsförbättrande medel ingår, kan de användas i mängder upp till ca 25 g/l, före- trädesvis i mängder av ca 1-5 g/l. I normala fall är det inte önskvärt att använda koncentrationer av dessa mörkhetsförbättrande L.. 447 157 medel över ca 25 g/l på grund av att nedbrytningsprodukter bil- das vid användning av så höga koncentrationer, vilket i vissa fall försämrar likformigheten och täckningsförmågan hos den svar- ta nickelbeläggningen. Dessutom uppnås inga speciella ytterliga- re fördelar med att använda dessa tillsatser i mängder större än 25 g/l i jämförelse med vad som kan uppnås vid användning av mind- re mängder,sâsom ca 5 g/l.

Som ytterligare valfri beståndsdel kan badet innehålla någon bland många med badet kompatibla vätmedel av de olika typer, som normalt används i nickelpläteringslösningar. Normalt användes vätmedel av anjontyp i koncentrationer upp till ca 200 mg/l, företrädesvis i mängder mellan ca 50 - 100 mg/l. Representativa exempel på lämp- liga vätmedel som kan användas är sulfater av primära alkoholer innehållande 8-18 kolatomer, såsom natriumlaurylsulfat, natrium- lauryletoxisulfat eller -sulfonat och liknande.

Enligt uppfinningen kan badet hålla en temperatur mellan ca 21-66°C, företrädesvis en temperatur av ca 27-32°C om man ser till energi- besparingsaspekter. Den temperatur som man väljer varierar med målet att uppnå optimala svarta nickelbeläggningar alltefter den specifika sammansättningen på badet och de tillämpade driftbe- tingelserna.

Det vattenhaltiga badet regleras så att det håller ett pH av mel- lan ca 4-12, företrädesvis ett värde mellan ca 6-10. pH-värdet kan regleras med användning av syror, såsom svavelsyra och salt- syra eller med användning av en bas, såsom en alkalihydroxid in- klusive ammoniumhydroxid. alvaniska utfällningen av svartnickelbeläggningen kan åstad- ,2 - 2,5 A/dmz. /dmz.

Den g kommas med användning av en strömtäthet mellan ca 0 Företrädesvis inställes strömtätheten inom området 0,5-1,5 A Pläteringsprocessen kan fortgå under en tid mellan ca 1-10 min. beroende på det använda badets sammansättning, typen av underlag som skall beläggas, typen av önskad finish och utnyttjad strömtät- het. Normalt uppgår pläteringstiden till mellan ca 2-3 minuter.

Den galvaniska utfällningen av den svarta nickelbeläggningen kan med fördel åstadkommas på ledande metallunderlag, inklusive nic- 447 137 kel, koppar, mässing, galvaniskt utfälld zink, kadmium och lik- nande. För att få fram en glänsande, i huvudsak svart nickelbe- läggning bör underlaget vara ljust genom att det belagts med en ljus galvanobeläggning på ytan eller bearbetats mekaniskt såsom genom glanspolering eller liknande. Allteftersom underlaget är mindre blankt så har den resulterande nickelbeläggningen en be- nägenhet att bli allt grâare.

För att ytterligare belysa uppfinningen återges nedan utförings- exempel. Avsikten är att exemplen endast skall vara illustreran- de och ej begränsa uppfinningens ram såsom denna framgår av ef- terföljande patentkrav.

Exempel 1 En kommersiell galvanopläteringslösning bereddes bestående av 17 g/l NiSO4 . 6G20, 14 g/l 2-(2-aminoetylamino)etanol, 5 g/l NaCNS, 37,5 g/l Na2SO4 och 0,2 g/l av ett anjoniskt vätmedel. Lösningens pH inställdes på 6 med HZSO4. En upphängningsanordning innehållan- de flera rörarmaturer med komplex form sänktes ned i lösningen och pläterades under 2-3 minuter vid 1 A/dmz och 24°C. Beläggnin- gen var nöjaktig vidböga och mellanhöga strömtätheter men uppvi- sade otillfredsställande regnbågsskiftningar vid låg strömtäthet.

I ett försök att undanröja detta problem höjdes medelströmtäthe- ten vid galvanopläteringen till 1,5 A/dmz och en andra upphäng- ningsanordning med samma armaturer pläterades. Denna gång uppnåd- des en förbättring av beläggningen vid den låga strömtätheten men en smutsaktigt grå grumling erhölls i beläggningen vid hög ström- täthet .

Exempel 2 En galvanopläteringslösning bereddes som i exempel 1 men med skill- naden att förutom nämnda beståndsdelar ingick 22,5 g/l borsyra.

En upphängningsanordning innehållande samma rörarmaturer sänktes ned i lösningen och pläterades under 2-3 minuter vid 1 A/dmz och 24OC. Beläggningen var likformigt svart med god vidhäftning över hela ytan även i områden med låg strömtäthet. En andra upphäng- ningsanordning med nya rörarmaturer pläterades i denna lösning un- der samma betingelser men vid en medelströmtäthet av 1,5 A/dmz. Även här var beläggningen likformigt svart med god vidhäftning även i området för hög strömtäthet. 447 157 Användningen av boratjoner och ledande salter möjliggör galvanisk utfällning av likformiga svarta nickelbeläggningar på kortare tid till följd av den ökande förmågan hos badet att ge jämn ut- fällning på ojämna föremål och dess förbättrade pläteringsegen~ skaper.

Uppfinningens parametrar är självfallet kalkylerade för att upp- nå angivna fördelar och syften men uppfinningen kan modiferas, varieras och förändras utan att man går utanför uppfinningens ram.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 447 137 Patentkrav

1. Galvaniseringsbad för avsättning av en i huvudsak svart nickelbeläggníng på ett underlag. innefattande en vattenlös- ning med pH 4-12 och innehållande 2-25 g/l nickeljoner, och en i badet löslig amin i ett molförhållande nickel till amin i lösningen mellan 1:1 och 1:4. vilken amin motsvarar formeln: R - NH-f (caznrl-Nr-ym-(CHQP-x-R' i vilken n, m och p är heltal. varvid n är 2 eller 3, m är 1, 2 eller 3 och p är 2 eller 3; X är O eller NH och R och R' är samma eller olika och betecknar H, -CH CH = CH -CH CH CH SO eller -CH CHCHZOH. 2 2' 2223 2; on k ä n n e t e c k n a t av att badet dessutom innehåller minst 7 g/l boratjoner och minst 10 g/1 av i badet lösliga och därmed kompatibla, inerta ledande salter. av att nickel-

2. Bad enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t jonerna är närvarande i en mängd av 6-l0 g/1.

3. Bad enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att aminen är närvarande i ett molförhållande nickel till amin av mellan l:1.5 och l:2,5. av att aminen

4. Bad enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t är närvarande i ett molförhållande nickel till amin av 1:2.

5. Bad enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att borat- jonerna är närvarande i en mängd mellan 7 g/1 och upp till deras löslighetsgräns i badet. 10 15 20 25 30 35 447 137

6. Bad enligt krav 1. jonerna är närvarande i en mängd av 15-30 g/1. k ä n n e t e c k n a t av att borat-

7. Bad enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att de en mängd mellan 10 g/1 och badet. ledande salterna är närvarande i upp till deras löslighetsgräns i

8. Bad enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att de ledande salterna är valda bland alkalimetall- och ammonium- sulfater, alkalimetall- och ammoniumhalogenider, magnesium- sulfat. magnesíumhalogenid och blandningar därav och ingår i en mängd av 30-50 g/1.

9. Bad enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att borat- är närvarande i en mängd av 15-30 g/1 och att de salterna ingår i en mängd av 30-50 g/1. jonerna ledande

10. Bad enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att horat- jonerna är närvarande som borsyra i en mängd av 15-30 g/1 och de ledande salterna innefattar natriumsulfat i en mängd av 30-50 g/1.

11. Bad enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att det dessutom innehåller ett mörkhetsförbättrande medel i form av en alkalimetallsvavelförening vald bland tiocyanater, tíosul- fater, bisulfiter. sulfiter och blandningar därav ingående i mängder av upp till 25 g/1.

12. Bad enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t av att det mörkhetsförbättrande medlet är närvarande i en mängd av 1-5 g/1.

13. Bad enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att det innehåller upp till ca 200 mg/1 av ett med badet kompatibelt vätmedel.

14. Bad enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t av att vät- medlet innefattar ett anjoniskt vätmedel och är närvarande i en mängd av 50-100 mg/1. 447 137

15. Bad enligt krav 1, k ä n n e t. e c k n a t. av att amínen är vald bland tríetylentetramín. dípropylentríamin, 2-(2- -amínoetylamínomtanol och blandningar därav.