Раствор для химического никелирования

 

Изобретение относится к созданию растворов для химического никелирования изделий из металлов и диэлектриков и может быть использовано для экологически чистых технологий в радиотехнической, электронной, машиностроительной и других отраслях промышленности. Предлагаемый раствор содержит никель сернокислый 59 - 185,5 г/л, гипофосфит натрия 10 - 20 г/л, ацетат натрия 5 - 8 г/л, гипофосфит кальция 34 - 102 г/л и янтарную кислоту 1 - 3 г/л, причем, количество сернокислого никеля превышает количество гипофосфита кальция на 4 - 11% от стехиометрического. При этом повышается стабильность раствора и, как следствие, упрощается технология химического никелирования с помощью этого раствора за счет получения возможности расширения диапазона рабочих температур и кислотности среды. 1 табл.

Изобретение относится к созданию химических составов (растворов) для никелирования изделий из металлов и диэлектриков, и может быть использовано для экологически чистых технологий в радиотехнической, электронной, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известны многочисленные составы растворов для никелирования, например, органические кислоты и их соли, в которые входят соли никеля, гипофосфит натрия и добавки.

В качестве прототипа рассматривается состав, содержащий корректирующий раствор, содержащий, г/л: NaOH - 15-20, тринатрийфосфат - 30-80, вода - до 1 л и рабочий раствор (источник никелирования): сернокислый никель - 20, гипофосфит натрия - 25, ацетат натрия - 10, яблочная кислота - 20, тиомочевина - 0,003. Необходимые условия процесса никелирования: pH 4,5, Т^oC = 90^oC, плотность загрузки 1 дм²/л (Авт. св. СССР 1300040, Кл. C 23 C 18/32, опубл. 1985 г. Прототип).

Недостатки: малейшее отклонение от параметров приводит к нестабильности раствора, вызываемой накоплением в растворе и выпадением в осадок фосфита никеля в процессе никелирования.

Цель изобретения - повышение стабильности раствора и, как следствие, - упрощение технологии химического никелирования с помощью предлагаемого состава и полученной возможности расширения диапазона рабочих температур и кислотности среды.

Сущность заявленного технического решения состоит в разработке состава, включающего сернокислый никель, гипофосфит и ацетат натрия, органическую добавку, кроме этого, он дополнительно содержит гипофосфит кальция, а в качестве органической добавки используют янтарную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: никель сернокислый - 59-185,5, кальций гипофосфит - 34-102, натрий гипофосфит - 10-20, натрий ацетат - 5-8, янтарная кислота - 1-3, причем количество сернокислого никеля превышает количество гипофосфита кальция на 4-11% от стехиометрического.

Введение гипофосфита кальция обеспечивает, наряду с гипофосфитом натрия, образование гипофосфита никеля в рабочем растворе-источнике никелирования.

Кроме этого, гипофосфит кальция играет роль комплексообразователя и, связывая ионы никеля, предотвращает образование труднорастворимого фосфита никеля (что имеет место в прототипе), который, накапливаясь в рабочем растворе, приводит к шероховатости покрытия. Комплексное соединение гипофосфита никеля в сочетании с оптимальным количеством сернокислого никеля позволяет работать при температуре кипения раствора, то есть без его саморазложения. А заявленная высокая концентрация исходных солей-источников никелирования позволяет сократить в несколько раз количество коррекций в непрерывном процессе никелирования.

Введение в рабочий раствор никелирования ацетата натрия с янтарной кислотой поддерживает довольно широкий диапазон кислотности и приводит к саморегулированию pH от 4 до 6.

Заявляемый состав сохраняет стабильность работы не только при нагревании до 100^oC, но и при кипении раствора, то есть выше 100^oC, что очень важно в промышленных условиях эксплуатации раствора из-за возможности его перегрева.

Таким образом, с точки зрения технологии заявляемый раствор обладает двумя качественно новыми свойствами: сохраняет работоспособность и при кипении раствора, а оставшийся (отработанный) раствор после корректировки состава может продолжать использоваться, так как не содержит нерастворимых солей.

Экологическим преимуществом является полное исключение сброса никеля в виде растворимых и нерастворимых солей, содержащихся в отработанных растворах по прототипу.

Указанные преимущества - результат введения в раствор никелирования гипофосфита кальция и янтарной кислоты при оптимальном, экспериментально выявленном соотношении всех входящих в состав рабочего раствора никелирования компонент.

Пример 1 (серия 11).

В 1 л раствора, содержащего 125 г сернокислого никеля, 68 г гипофосфита кальция, 10 г гипофосфита натрия, 8 г ацетата натрия и 2 г янтарной кислоты (содержание сернокислого никеля превышает содержание гипофосфита кальция на 11% от стехиометр. ), при нагреве до кипения загрузили стальные детали при плотности загрузки 1 дм²/л. Стабильность раствора испытывали в течение 8 часов (периодически, по мере выкипания, добавляя воду до отметки 1 л). Изделия выгружали через каждый час. Все они имели гладкую, блестящую поверхность, без петтингов и шероховатостей. Оставшийся раствор (работоспособность его не ухудшилась после 8 часов никелирования и лишь наблюдалось некоторое снижение скорости осаждения никеля из-за понижения концентрации компонент в растворе), после корректировки, то есть восполнения расхода компонент, его еще раз эксплуатировали в течение 8 часов. Качество покрытий не ухудшилось. Затем отработанный раствор снова корректировали до заданных параметров и продолжали процесс никелирования.

Ни выпадения каких-либо осадков, ни снижения скорости никелирования не наблюдалось.

Примеры по другим параметрам (предельные и запредельные) сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, отклонение от заявленных параметров: повышение содержания никеля по отношению к соли кальция (пример 1, 4), превышение соотношения более 11% или менее чем на 4%, - приводит к отрицательным результатам.

При соблюдении же заявленных концентраций компонент рабочие растворы при систематической (нечастой) их корректировке работают без каких-либо осложнений.

Следует отметить, что, по-видимому, введение именно янтарной кислоты в раствор тормозит накопление в нем фосфита никеля, увеличивая срок его эксплуатации, и позволяет вести качественное никелирование при кипении раствора, то есть при температуре выше 100^oC, без саморазложения раствора и появления в нем частиц никеля.

Что касается других компонент раствора и их количеств, то было выявлено, что содержание янтарной кислоты в пределах 1 - 3 г/л позволяет создать оптимальные условия для химического никелирования. Величина 3 г/л не достигается из-за низкой растворимости кислоты в данном составе раствора, а при содержании ее менее 1 г/л вероятно снижение оптимального диапазона кислотности раствора.

Запредельные значения содержания гипофосфита натрия, то есть менее 10 или более 20 г/л, а также ацетата натрия - менее 5 и более 8 г/л - могут привести при увеличении их содержания к саморазложению раствора из-за избытка в нем ионов натрия, а, значит, и OH^- ионов. В случае уменьшения их содержания существенного влияния на работоспособность рабочего раствора не наблюдалось, однако, понижалось качество металлизируемых изделии.

Источник информации 1. Авт.св. СССР N 1300040, Кл. C 23 C 18/32, опубл. 1985 г. (Прототип).

Формула изобретения

Раствор для химического никелирования, включающий сернокислый никель, гипофосфит и ацетат натрия, органическую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гипофосфит кальция, а в качестве органической добавки берут янтарную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: Никель сернокислый - 59 - 185,5 Кальций гипофосфит - 34 - 102 Натрий гипофосфит - 10 - 20 Натрий ацетат - 5 - 8 Янтарная кислота - 1 - 3 причем количество сернокислого никеля превышает количество гипофосфита кальция на 4 - 11% от стехиометрического.

РИСУНКИ

Рисунок 1