WO2002034964A1 - Bleifreie chemisch-nickel-legierung - Google Patents

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Alfons Holländer
Heinz-Peter Becker
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Ahc Oberflächentechnik Gmbh & Co. Ohg
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Definitions

  • the present invention relates to a lead-free, chemically, i.e. nickel alloy produced externally without current, a method for producing such a nickel alloy by electroless metal deposition in an aqueous electrolyte, and objects coated therewith.
  • Electroless nickel plating of metal surfaces on the outside is a process that is frequently used on an industrial scale to protect metals from corrosion. In order to achieve improved corrosion protection, it has proven necessary to achieve a nickel / phosphorus alloy by adding suitable compounds to the aqueous electrolyte.
  • the layers produced in accordance with this process have a bismuth content of at least 0.5% by weight and a maximum antimony content of 0.1% by weight of all components of the nickel alloy, have a matt surface, show one pronounced internal tensile stress and have inadequate corrosion resistance.
  • the object of the present invention is to provide a chemical nickel layer which contains no lead, is subject to residual compressive stress and at the same time has a sufficiently high corrosion resistance so that it can be used in the electronics industry in the production of printed circuits.
  • Another object of this invention is to provide a method by which such a layer can be produced on an industrial scale without the lead-free electrolyte decomposing.
  • the first object is achieved by containing a nickel alloy located on a metallic substrate surface
  • Antimony in a proportion of at least 1% by weight, the% by weight relating to all the constituents of the nickel alloy mentioned, i.e. on the elements in the alloy nickel, phosphorus, bismuth and antimony.
  • metal substrate surface is also understood to mean plastic surfaces which are first activated using processes known to the person skilled in the art and then nickel-plated.
  • the method according to the invention it is possible for the first time to provide a lead-free nickel alloy which, compared to conventional nickel / phosphor layers, has residual compressive stress, has a significantly improved corrosion resistance and at the same time a high degree of gloss.
  • the combination of bismuth and antimony also achieves a synergistic effect: the lack of antimony in the resulting nickel alloy would cause internal stresses, which in turn would lead to deteriorated corrosion resistance. Without bismuth, the overall stability of the electrolyte would be insufficient, which could be observed from spontaneous decomposition of the electrolyte.
  • both the corrosion resistance and the stability of the electrolyte are measurably increased.
  • a common layer thickness of this nickel alloy between 2 and 50 ⁇ m is sufficient for the corrosion resistance.
  • layer thicknesses of more than 100 ⁇ m can also be achieved using suitable methods.
  • a layer thickness of more than 40 ⁇ m results in level 4 resistance to the very strong corrosion stress according to DIN 50 966. This is particularly important for the coating of hydraulic cylinders.
  • the nickel alloy according to the invention is used in particular in the electronics industry in the manufacture of printed circuit boards as a corrosion protection and diffusion barrier.
  • the proportion of phosphorus in the resulting nickel alloy can be between 2 and 15% by weight of all components of the nickel alloy, based on all components of the nickel alloy, i.e. on the elements contained in the resulting alloy nickel, phosphorus, bismuth and antimony.
  • the proportion of bismuth can be between 0.01 and 0.2% by weight of all components of the nickel alloy.
  • a preferred embodiment of the nickel alloy according to the invention is achieved if the constituents nickel, phosphorus, bismuth and antimony are evenly distributed in the alloy layer.
  • the term “uniform” here and below means an alloy-typical distribution of the corresponding elements in the nickel matrix. This uniform distribution results in a uniform structure in the alloy, so that the mechanical and electrical properties of this layer are constant, even in narrow tolerance ranges, which is what especially for those Electronics industry is of particular importance in the context of the quality assurance that is customary there.
  • the second object of the invention is achieved by a method in which a metallic substrate is immersed in an aqueous electrolyte, and the aqueous electrolyte contains nickel cations, phosphinations, bismissions in a concentration of bismuth of at most 0.3 ppm and antimony ions in a concentration Contains antimony of at least 10 ppm, based on the electrolyte.
  • the proportion of nickel cations in the electrolyte can be between 79 and 97% by weight, based on the sum of the components nickel, phosphorus, bismuth and antimony in the aqueous electrolyte.
  • the proportion of phosphinations in the electrolyte can be between 2 and 15% by weight, based on the weight ratio of phosphorus to the sum of the constituents nickel, phosphorus, bismuth and antimony in the aqueous electrolyte.
  • the proportion of bismuth in the electrolyte can be between 0.01 and 0.4% by weight, in particular between 0.1 and 0.2% by weight, based on the sum of the nickel, phosphorus components in the aqueous electrolyte.
  • Bismuth and antimony that of antimony between 1 and 3% by weight.
  • the sum of the proportions of the components described above and containing the electrolyte is usually 100% by weight.
  • the process according to the invention is a continuous process in which at least the aqueous electrolyte is used to maintain the desired concentration of the respective components in the aqueous electrolyte i. a solution (I) containing the nickel cations and bismissions; and ii. a solution (II) containing the phosphinations and antimony ions is added.
  • a base is added to the aqueous electrolyte in the form of a solution (III) which contains, in particular, ammonia and / or an alkali metal carbonate, in particular sodium carbonate.
  • the desired concentrations or the pH value are maintained by conventional methods known to the person skilled in the art, such as e.g. by using dosing pumps.
  • Any compound which provides a sufficient concentration of bismuths under the process conditions for electroless deposition can be used as a suitable bismuth compound.
  • Bismuth compounds have been found to be particularly advantageous, obtained from the reaction of bismuth oxycarbonate (BiO) 2 CO 3 with phosphonic acid, diphosphonic acid and / or sulfonecarboxylic acids having 1 to 6 carbon atoms.
  • antimony compound Any substance which provides a sufficient concentration of antimony cations under the process conditions can be used as the antimony compound.
  • Those compounds which can be obtained by reacting a water-soluble antimony (III) compound with an aliphatic branched or unbranched carboxylic or hydrocarboxylic acid having 2 to 8 carbon atoms are particularly preferred.
  • the invention further relates to objects which have been coated with a chemical nickel layer using the method according to the invention described above, in particular printed circuit boards in the electronics industry.
  • an aqueous solution which contains 1.5 g / 1 antimony fluoride, 10 ml / 1 boron hydrofluoric acid 50% (HBF ⁇ ) and 100 mg / 1 allylthiourea.
  • the pH is then adjusted to 4.3 by adding a 25% aqueous ammonia solution and the solution is made up to 1,000 ml by adding deionized water.
  • the sheet is then rinsed and dried.
  • the layer thickness achieved is 12 ⁇ m.
  • the electrolyte is kept at working temperature (88 ° C.) for a further eight hours. No decomposition can be observed.
  • the corrosion resistance is determined in accordance with the regulations in accordance with DIN 50 018 KFW 0.2 S (Kesternich test).
  • the electrochemical potential of the resulting nickel alloy against the normal hydrogen electrode was determined.
  • the nickel alloy according to the invention has a positive potential.
  • the internal tension of a nickel alloy produced in this way is determined with a spiral contractometer according to Brenner / Senderoff (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) p.53).
  • the deposited layer is dissolved in concentrated HNO 3 and the individual elements are determined by atomic absorption spectroscopy.
  • the pH is then adjusted to 4.3 by adding a 25% aqueous ammonia solution and the solution is made up to 1,000 ml by adding deionized water.
  • the electrolyte is kept at working temperature (88 ° C). An onset of decomposition can be observed after an hour. After three hours, almost complete decomposition of the electrolyte can be observed.
  • the internal tension of a nickel alloy produced in this way is determined with a spiral contractometer according to Brenner / Senderoff (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) p.53).
  • the deposited layer is dissolved in concentrated HNO 3 and the individual elements are determined by atomic absorption spectroscopy.
  • the solution is then made up to 1,000 ml by adding deionized water.
  • the pH of the solution is 5.1.
  • 1 mm thick steel sheets of alloy St 37 with the dimensions 50 * 50 mm are suspended in the bath for 60 minutes after customary pretreatment (degreasing, rinsing, activating, rinsing).
  • the sheet is then rinsed and dried.
  • the layer thickness achieved is 13 ⁇ m.
  • the corrosion resistance is determined in accordance with the regulations in accordance with DIN 50 018 KFW 0.2 S (Kesternich test).
  • the internal tension of a nickel alloy produced in this way is determined with a spiral contractometer according to Brenner / Senderoff (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) p.53).
  • the deposited layer is dissolved in concentrated HNO 3 and the individual elements are determined by atomic absorption spectroscopy.
  • the table shows significantly improved properties of the nickel alloy according to the invention compared to the nickel layers of the prior art.

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Abstract

Bleifreie chemisch erzeugte Nickellegierung, enthaltend Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon, ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen Nickellegierung durch aussen stromlose Metallabscheidung in einem wässrigen Elektrolyten sowie damit beschichtete Gegenstände.

Description

Bleifreie Chemisch-Nickel-Legierung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bleifreie, chemisch, d.h. außen stromlos erzeugte Nickellegierung, ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen Nickellegierung durch stromlose Metallabscheidung in einem wäßrigen Elektrolyten sowie damit be- schichtete Gegenstände.
Die außen stromlose chemische Vernickelung von Metalloberflächen ist ein im industriellen Maßstab häufig angewandtes Verfahren zum Korrosionsschutz von Metallen. Zwecks Erzielen eines verbesserten Korrosionsschutzes hat es sich als notwendig erwiesen, durch Zusatz geeigneter Verbindungen zum wäßrigen Elektrolyten eine Nickel/Phosphorlegierung zu erreichen.
Reine Nickel und phosphinathaltige Elektrolyte für chemische Vernickelungen benötigen zur Verhinderung einer Spontanzersetzung zusätzlich Stabilisatoren. Eine für die industrielle Applikation ausreichende Stabilisierung wurde bislang nur durch den Zusatz von Bleiverbindungen erreicht. Bisher alternativ zugesetzte Stabilisatoren, wie beispielsweise Molybdän-, Cadmium oder Zinnverbindungen, zeigen im Vergleich zum Blei eine unzureichende Wirkungsweise. Jedoch genügt auch eine solch modifizierte Chemisch-Nickel-Schicht nicht den gestei- gerten Anforderungen in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit, wie sie beispielsweise in der Elektronikindustrie bei der Herstellung gedruckter Schaltungen existieren. Der Zusatz von Blei hat jedoch den Nachteil, dass bei einer Überschreitung des Sollwerts der Bleikonzentration zunehmend eine Kantenpassivität zu beobachten ist. Hierunter versteht man, dass an Kanten von Bauteilen ein verringerter Schichtaufbau zu beobachten ist. Dies bewirkt eine verschlechterte Korrosionsbeständigkeit in den entsprechenden Bereichen.
Dieses Problem ist besonders an den inneren Randbereichen von Bohrungen bei gedruckten Schaltungen zu beobachten, wodurch die elektrischen Eigenschaften von Löt- und/oder Bondingverbindungen nachhaltig verschlechtert werden. Darüber hinaus ist der Zusatz von Blei aus umweltpolitischen Gesichtspunkten nicht mehr zu vertreten; die resultierende Anwesenheit von Blei in gedruckten Schaltungen verhindert eine umweltgerechte Entsorgung der entsprechenden Leiterplatten. Ein Elektrolyt zur Herstellung bleifreier, außen stromlos erzeugter Nickelschichten ist aus der US 2 884 344 bekannt. Entsprechend dem dort beschriebenen Verfahren werden dem Elektrolyten mindestens zwei Kationen hinzugefügt, ausgewählt aus der Gruppe von Antimon, Arsen und Bismut. Dabei beträgt die Konzentration an Antimon- und Bismutionen mindestens 5 ppm bei einem Verhältnis zwischen Antimon zu Bismut zwischen 1 : 5 und 1 : 0,5.
Die entsprechend diesem Verfahren erzeugten Schichten weisen in der Nickellegierung einen Anteil an Bismut von mindestens 0,5 Gew.-% und einen Anteil an Antimon von höchstens 0,1 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung auf, haben eine matte Oberfläche, zeigen eine ausgeprägte Zugeigenspannung und weisen eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Chemisch-Nickel- Schicht, die kein Blei enthält, druckeigenspannungsbehaftet ist und gleichzeitig eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, so daß sie in der Elektronikindustrie bei der Herstellung gedruckter Schaltungen verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eine Verfahrens, mit dem im industriellen Maßstab eine solche Schicht erzeugt werden kann, ohne dass sich der bleifreie Elektrolyt zersetzt.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine sich auf einer metallischen Substratoberfläche befindliche Nickellegierung, enthaltend
• Nickel,
• Phosphor, • Bismut mit einem Anteil von höchstens 0,4 Gew.-%, und
• Antimon mit einem Anteil von mindestens 1 Gew.-%, wobei sich die Gew.-% auf alle genannten Bestandteile der Nickellegierung beziehen, d.h. auf die in der Legierung befindlichen Elemente Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
Unter dem Begriff "metallische Substratoberfläche" werden auch Kunststoffoberflächen verstanden, die zuerst anhand von dem Fachmann bekannten Verfahren aktiviert und anschließend vernickelt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, eine bleifreie Nickellegierung bereit zu stellen, die im Vergleich mit herkömmlichen Nickel/Phosphorschichten druckeigenspannungsbehaftet ist, eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig einen hohen Glanzgrad aufweist. Durch die Kombination von Bismut und Antimon wird darüber hinaus ein synergistischer Effekt erzielt: Das Fehlen von Antimon in der resultierenden Nickellegierung würde innere Spannungen verursachen, die wiederum eine verschlechterte Korrosionsbeständigkeit mit sich brächte. Ohne Bismut wäre die Gesamtstabilität des Elektrolyten unzureichend, was anhand von Spontanzersetzungen des Elektrolyten zu beobachten wäre.
Durch Kombination dieser beiden Elemente wird sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Stabilität des Elektrolyten messbar erhöht.
Eine übliche Schichtdicke dieser Nickellegierung zwischen 2 und 50 μm reicht für die Korrosionsbeständigkeit aus. Es können aber auch Schichtdicken mit mehr als 100 μm im Wege geeigneter Verfahren erreicht werden.
Eine Schichtdicke von mehr als 40 μm ergibt eine Beständigkeit der Stufe 4 der sehr starken Korrosionsbeanspruchung nach DIN 50 966. Dies ist insbesondere für die Beschichtung von Hydraulikzylindern von besonderer Bedeutung.
Als Substrat können alle geeigneten Metalle oder deren Legierungen verwendet werden. Im Hinblick auf die Umweltproblematik in bezug auf bleihaltige Nickelschichten findet die erfindungsgemäße Nickellegierung besonders als Korrosionsschutz und Diffusionsperre in der Elektronikindustrie bei der Herstellung von Leiterplatten Anwendung.
Der Anteil an Phosphor in der resultierenden Nickellegierung kann zwischen 2 und 15 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung liegen, bezogen auf alle Bestandteile der Nickellegierung, d.h. auf die in der entstandenen Legierung enthaltenden Elemente Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
Der Anteil an Bismut kann zwischen 0,01 und 0,2 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung liegen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nickellegierung wird erreicht, wenn die Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon gleichmäßig in der Legierungsschicht verteilt sind. Der Begriff „gleichmäßig" bedeutet hier und im folgenden eine legierungstypische Verteilung der entsprechenden Elemente in der Nickelmatrix. Durch diese gleichmäßige Verteilung wird ein einheitliches Gefüge in der Legierung erreicht, so daß die mechanischen und elektrischen Eigenschaften dieser Schicht auch in engen Toleranzbereichen konstant sind, was besonders für die Elektronikindustrie im Rahmen der dort üblichen Qualitätssicherung von besonderer Bedeutung ist.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren, wobei ein metalli- sches Substrat in einen wäßrigen Elektrolyten getaucht wird, und der wässrige Elektrolyt Nickelkationen, Phosphinationen, Bismutionen in einer Konzentration an Bismut von höchstens 0,3 ppm und Antimonionen in einer Konzentration an Antimon von mindestens 10 ppm, bezogen auf den Elektrolyten, enthält.
Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung einer chemisch erzeugten Nickellegierung durch außen stromlose Metallabscheidung in einem wäßrigen Elektrolyten sind prinzipiell bekannt. Dies gilt insbesondere für die Wahl geeigneter Verbindungen für die Nickelkationen und Phosphinationen,. Darüber hinaus ist dem Fachmann auch bekannt, welche Additive, Stabilisatoren, Komplexbildner oder sonstige Zusätze noch für eine entsprechende Nickellegierung erforderlich sind.
Diese Parameter sind jedoch für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht kritisch. Deshalb wird nicht im einzelnen auf dieses Grundwissen eingegangen sondern es wird vielmehr auf das Lehrbuch "Funktionelle Galvanotechnik" von Wolf- gang Riedel, E. Leuze Verlag, verwiesen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Anteil an Nickelkationen im Elektrolyten zwischen 79 und 97 Gew.-% liegen, bezogen auf die Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon. Der Anteil an Phosphinationen kann im Elektrolyten zwischen 2 und 15 Gew.-% lie- gen, bezogen auf das Gewichtsverhältnis von Phosphor zur Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon. Der Anteil an Bismut im Elektrolyten kann zwischen 0,01 und 0,4 Gew.-% liegen, insbesondere zwischen 0,1 und 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon; der von Antimon zwischen 1 und 3 Gew.-%.
Die Summe der Anteile der zuvor beschriebenen, im Elektrolyten enthaltenden Komponenten beträgt üblicherweise 100 Gew.-%.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, bei dem dem wäßrigen Elektrolyten zur Beibehaltung der gewünschten Konzentration der jeweiligen Komponenten im wäßrigen Elektrolyten mindestens i. eine die Nickelkationen und Bismutionen enthaltende Lösung (I); und ii. eine die Phosphinationen und Antimonionen enthaltende Lösung (II) zugesetzt werden.
Zur Stabilisierung des pH- Wertes wird dem wassrigen Elektrolyten eine Base in Form einer Lösung (III) zugesetzt, die insbesondere Ammoniak und/oder ein Alkalicarbonat, insbesondere Natriumcarbonat, enthält.
Die Beibehaltung der gewünschten Konzentrationen bzw. des pH- Wertes erfolgt durch dem Fachmann an sich bekannter, üblicher Verfahren, wie z.B. durch Verwendung von Dosierpumpen.
Als geeignete Bismutverbindung kann jede Verbindung genommen werden, die unter den Verfahrensbedingungen zur außen stromlosen Abscheidung eine ausreichende Konzentration an Bismutionen bereitstellt.
Als besonders vorteilhaft haben sich Verbindungen von Bismut herausgestellt, erhält- lieh aus der Umsetzung von Bismutoxycarbonat (BiO)2CO3 mit Phosphonsäure, Di- phosphonsäure und/oder Sulfoncarbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Als Antimonverbindung kann jede Substanz verwendet werden, die unter den Verfahrensbedingungen eine ausreichende Konzentration an Antimonkationen bereitstellt. Besonders bevorzugt sind solche Verbindungen, erhältlich durch Umsetzen einer wasserlöslichen Antimon(III)-verbindung mit einer aliphatischen verzweigten oder unverzweigten Carbon- oder Hydrocarbonsäure mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen.
Die Erfindung betrifft des weiteren Gegenstände, die mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Chemisch-Nickel-Schicht überzogen wurden, insbesondere Leiterplatten in der Elektronikindustrie.
Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung:
Beispiel:
In einem 1-1 Becherglas werden 500 ml vollentsalztes Wasser vorgelegt und unter Rühren folgende Verbindungen hinzugegeben: 30 g Nickelsulfat (NiSO4 * 6 H2O)
35 g Natriumphosphinat (NaH2PO2 * H2O) 30 g Malonsäure (CH2(COOH)2) 30 g Bernsteinsäure (HOOCCH2CH2COOH) 2 g Toluol-4-sulfonsäureamid (H3C-C6H4-S(O)2NH2) 0,5 mg Bismutmethansulfonat (Bi(OS(O)2CH3)3)
Anschließend werden 10 ml einer wassrigen Lösung hinzugegeben, die 1,5 g/1 Anti- monfluorid, 10 ml/1 Borfluorwasserstoffsäure 50 %ig (HBF^) und 100 mg/1 Allylthio- harnstoff enthält. Danach wird der pH- Wert durch Zugabe einer 25 %igen wassrigen Ammoniaklösung auf den Wert 4,3 eingestellt und die Lösung durch Zugabe von vollentsalztem Wasser auf 1.000 ml aufgefüllt.
Nach Aufheizen auf 88 °C werden 1 mm dicke Stahlbleche der Legierung St 37 mit den Abmessungen 50 * 50 mm nach üblicher Vorbehandlung (Entfettung, Spülen, Akti- vieren, Spülen) 60 Minuten lang in das Bad eingehängt.
Danach wird das Blech gespült und getrocknet. Die erzielte Schichtdicke beträgt 12 μm.
Nach der zuvor beschriebenen Beschichtung wird der Elektrolyt für weitere acht Stunden auf Arbeitstemperatur (88 °C) gehalten. Eine Zersetzung ist nicht zu beobachten. Die Korrosionsbeständigkeit wird entsprechend den Vorschriften gemäß der DIN 50 018 KFW 0,2 S (Kesternich-Test) bestimmt.
Des weiteren wurde das elektrochemische Potential der resultierenden Nickellegierung gegen die Normalwasserstoffelektrode bestimmt. Wie aus der Abbildung 1 ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Nickellegierung ein positives Potential auf. Darüber hinaus wird die innere Spannung einer so hergestellten Nickellegierung (Zugeigenspannung) mit einem Spiralkontraktometer nach Brenner/Senderoff bestimmt (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) S.53). Zur Bestimmung der in der Schicht enthaltenen Anteile wird die abgeschiedene Schicht in konzentrierter HNO3 gelöst und die einzelnen Elemente per Atomabsorp- tionsspektroskopie bestimmt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Vergleichsbeipiel 1:
In einem 1-1 Becherglas werden 500 ml vollentsalztes Wasser vorgelegt und unter Rühren folgende Verbindungen hinzugegeben: 30 g Nickelsulfat (NiSO4 * 6 H2O)
35 g Natriumphosphinat (NaH2PO2 * H2O) 30 g Malonsäure (CH2(COOH)2) 30 g Bernsteinsäure (HOOCCH2CH2COOH) 2 g Toluol-4-sulfonsäureamid (H3C-C6H4-S(O)2NH2) 2 mg Bleiacetat (PB(CH3COO)2)
1 mg Allylthioharnstoff
Danach wird der pH- Wert durch Zugabe einer 25 %igen wassrigen Ammoniaklösung auf den Wert 4,3 eingestellt und die Lösung durch Zugabe von vollentsalztem Wasser auf 1.000 ml aufgefüllt.
Nach Aufheizen auf 88 °C werden 1 mm dicke Stahlbleche der Legierung St 37 mit den Abmessungen 50 * 50 mm nach üblicher Vorbehandlung (Entfettung, Spülen, Aktivieren, Spülen) 60 Minuten lang in das Bad eingehängt. Danach wird das Blech gespült und getrocknet. Die erzielte Schichtdicke beträgt 12 μm.
Nach der zuvor beschriebenen Beschichtung wird der Elektrolyt weiter auf Arbeits- temperatur (88 °C) gehalten. Eine beginnende Zersetzung ist bereits nach einer Stunde zu beobachten. Nach drei Stunden ist eine nahezu vollständige Zersetzung des Elektrolyten zu beobachten.
Darüber hinaus wird die innere Spannung einer so hergestellten Nickellegierung (Zugeigenspannung) mit einem Spiralkontraktometer nach Brenner/Senderoff bestimmt (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) S.53). Zur Bestimmung der in der Schicht enthaltenen Anteile wird die abgeschiedene Schicht in konzentrierter HNO3 gelöst und die einzelnen Elemente per Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Vergleichsbeipiel 2 (nach US 2 884 344):
Entsprechend der US 2 884 344 werden in einem 1-1 Becherglas werden 500 ml vollentsalztes Wasser vorgelegt und unter Rühren folgende Verbindungen hinzugegeben: 25 g Nickelsulfat (NiSO4 * 7 H2O)
23 g Natriumphosphinat (NaH2PO2 * H2O) 8 g Natriumeitrat 1 g Natriumtartrat 8 g Natriumacetat 3,7 mg Antimon(III)chlorid
15,0 mg Bismut(III)chlorid
Danach wird die Lösung durch Zugabe von vollentsalztem Wasser auf 1.000 ml aufgefüllt. Der pH- Wert der Lösung beträgt 5,1. Nach Aufheizen auf 95 °C werden 1 mm dicke Stahlbleche der Legierung St 37 mit den Abmessungen 50 * 50 mm nach üblicher Vorbehandlung (Entfettung, Spülen, Aktivieren, Spülen) 60 Minuten lang in das Bad eingehängt.
Danach wird das Blech gespült und getrocknet. Die erzielte Schichtdicke beträgt 13 μm.
Die Korrosionsbeständigkeit wird entsprechend den Vorschriften gemäß der DIN 50 018 KFW 0,2 S (Kesternich-Test) bestimmt.
Des weiteren wurde das elektrochemische Potential der resultierenden Nickellegierung gegen die Normalwasserstoffelektrode bestimmt. Wie aus der Abbildung 2 ersichtlich, weist diese Nickellegierung ein negativen Potentialverlauf auf.
Darüber hinaus wird die innere Spannung einer so hergestellten Nickellegierung (Zugeigenspannung) mit einem Spiralkontraktometer nach Brenner/Senderoff bestimmt (A.Brenner, S.Senderoff, Proc. Amer. Electropol. Soc. 35 (1948) S.53). Zur Bestimmung der in der Schicht enthaltenen Anteile wird die abgeschiedene Schicht in konzentrierter HNO3 gelöst und die einzelnen Elemente per Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Tabelle
Figure imgf000010_0001
in Gew-%, bezogen auf alle in der Nickellegierung enthaltenen Elemente
Die Tabelle zeigt deutlich verbesserte Eigenschaften der erfindungsgemäßen Nickellegierung gegenüber den Nickelschichten des Standes der Technik.

Claims

Patentansprüche
1. Auf einer metallischen Substratoberfläche befindliche Nickellegierung, enthaltend
• Nickel,
• Phosphor,
• Bismut mit einem Anteil von höchstens 0,4 Gew.-%, und • Antimon mit einem Anteil von mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Nickellegierung.
2. Nickellegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Phosphor zwischen 2 und 15 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung liegt.
3. Nickellegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Bismut zwischen 0,01 und 0,2 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung liegt.
4. Nickellegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Antimon zwischen 1 und 3 Gew.-% aller Bestandteile der Nickellegierung liegt.
5. Nickellegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon gleichmäßig in der Nickellegierung verteilt sind.
6. Verfahren zur Herstellung einer Nickellegierung nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Substrat in einen wäß- rigen Elektrolyten getaucht wird, der Nickelkationen, Phosphinationen, Bismutionen in einer Konzentration an Bismut von höchstens 0,3 ppm und Antimonionen in einer Konzentration an Antimon von mindestens 10 ppm enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Nickelkationen in dem Elektrolyten zwischen 79 und 97 Gew.-% liegt, bezogen auf die Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Phosphinationen in dem Elektrolyten zwischen 2 und 15 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gewichtsverhältnis von Phosphor zur Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Bismut zwischen 0,01 und 0,4 Gew.-% liegt, insbesondere zwischen 0,1 und 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Antimon zwischen 1 und 3 Gew.-% liegt, bezogen auf die Summe der in dem wäßrigen Elektrolyten befindlichen Bestandteile Nickel, Phosphor, Bismut und Antimon.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der im Elektrolyten enthaltenen Bestandteile zusammen 100 Gew.-% betragen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein kontinuierliches Verfahren ist, bei dem dem wäßrigen Elektrolyten zur Bei- behaltung der gewünschten Konzentration der jeweiligen Komponenten im wäßrigen Elektrolyten mindestens i. eine die Nickelkationen und Bismutionen enthaltende Lösung (I); und ii. eine die Phosphinationen und Antimonionen enthaltende Lösung (II) zugesetzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Elektrolyten eine zusätzliche Lösung (III), enthaltend Ammoniak und/oder Alkalicar- bonat, insbesondere Natriumcarbonat, zugesetzt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bismutionen aus einer Verbindung stammen, erhältlich aus der Umsetzung von Bismutoxycarbonat (BiO)2CO3 mit Phosphonsäure, Diphosphonsäure und/oder Sulfoncarbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antimonionen aus einer Verbindung stammen, erhältlich durch Umsetzung einer wasserlöslichen Antimon(III)-verbindung mit einer aliphatischen verzweigten oder unverzweigten Carbon- oder Hydrocarbonsäure mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen.
16. Gegenstand mit einer Nickellegierung, erhältlich nach einem der Ansprüche 6 bis 15.
17. Gegenstand nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Leiterplatte für die Elektronikindustrie ist.
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