ES2280652T3 - Soluciones de chapado no electrolitico de niquel. - Google Patents
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Abstract
Una solución acuosa de chapado de níquel no electrolítico que comprende: (A) una sal de níquel de un ácido alquil-sulfónico, y (B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito de potasio e hipofosfito de amonio, en donde la solución está exenta de hipofosfito de níquel añadido, y exenta de iones litio, iones calcio, iones bario, iones magnesio e iones estroncio.
Description
Soluciones de chapado no electrolítico de
níquel.
Esta invención se refiere a soluciones acuosas
de chapado no electrolítico de níquel, y más particularmente, a
soluciones de chapado de níquel basadas en sales de níquel de ácidos
alquil-sulfónicos como fuente de los iones
níquel.
El chapado no electrolítico de níquel es un
proceso de chapado muy utilizado que proporciona un depósito
continuo de un recubrimiento de níquel metálico o aleación de
níquel sobre sustratos metálicos o no metálicos sin necesidad de
una corriente eléctrica de chapado externa. El chapado no
electrolítico ha sido descrito como un proceso de reducción química
autocatalítico controlado para deposición de metales. El proceso
implica una acumulación continua de un recubrimiento de níquel
sobre un sustrato por inmersión del sustrato en un baño de chapado
de níquel adecuado en condiciones de chapado no electrolítico
apropiadas. Los baños de chapado comprenden generalmente una sal de
níquel no electrolítica y un agente reductor. Algunos baños de
níquel no electrolíticos utilizan iones hipofosfito como atente
reductor, y durante el proceso, los iones hipofosfito se oxidan a
iones ortofosfito, y los cationes níquel en el baño de chapado se
reducen para formar una aleación fosforosa de níquel como depósito
sobre la superficie deseada del sustrato. A medida que procede la
reacción, el nivel de iones ortofosfito en el baño aumenta, y los
iones ortofosfito se precipitan a menudo de las soluciones de
chapado como ortofosfitos metálicos insolubles. La precipitación de
ortofosfitos insolubles a partir de las soluciones de chapado puede
causar "rugosidad" sobre el artículo chapado. Típicamente, la
fuente de iones níquel en los baños de chapado no electrolítico
descritos en la técnica anterior ha incluido cloruro de níquel,
sulfato de níquel, bromuro de níquel, fluoroborato de níquel,
sulfonato de níquel, sulfamato de níquel, y
alquil-sulfonatos de níquel.
La patente de Estados Unidos 5.258,061 se
refiere a que estos dos componentes deben seleccionarse de dos
listas de las reivindicaciones.
La patente de Estados Unidos 6.099.624 se
refiere a una composición para producir recubrimientos
níquel-fósforo depositados por vía electrolítica,
siendo la composición un baño acuoso de chapado electrolítico exento
de sulfato que comprende alcano-sulfonato de níquel
en una proporción de aproximadamente 150 a 300 g/l, ácido fosforoso
en una proporción de aproximadamente 5 a 40 g/l, ácido fosfórico en
una proporción de aproximadamente 10 a 50 g/l y ácido
hipofosforoso en una proporción de aproximadamente 5 a 25 g/l.
Esta invención se refiere a soluciones de
chapado de níquel no electrolítico que utilizan sales de níquel de
ácidos alquil-sulfónicos, y a métodos de chapado de
sustratos que utilizan las soluciones de chapado de níquel no
electrolítico de la invención, de acuerdo con las reivindicaciones
independientes. Las soluciones de chapado de níquel de esta
invención producen depósitos de níquel aceptables durante un período
de tiempo prolongado y con una velocidad de chapado elevada. En
particular, los baños de chapado de la invención exhiben vidas de
chapado más largas y tasas de chapado más rápidas que los
electrólitos de níquel no electrolíticos convencionales basados en
sulfato de níquel.
En una realización, las soluciones acuosas de
chapado de níquel no electrolítico de la invención comprenden:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones de metales alcalinos o
alcalinotérreos capaces de formar un ortofosfito insoluble.
En otra realización adicional, las soluciones
acuosas de chapado de níquel no electrolítico de la invención se
preparan a partir de:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones de metales alcalinos o
alcalinotérreos capaces de formar un ortofosfito insoluble.
\newpage
\global\parskip0.940000\baselineskip
En otra realización adicional, la invención se
refiere a un proceso para la deposición no electrolítica de níquel
sobre un sustrato a partir de una solución de chapado de níquel que
comprende poner en contacto el sustrato con una solución preparada
a partir de:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones de metales alcalinos o
alcalinotérreos capaces de formar un ortofosfito insoluble.
En otra realización, la invención se refiere a
un proceso para la deposición no electrolítica de níquel sobre un
sustrato con una solución de chapado de níquel que comprende:
(A) preparar una solución de chapado de níquel
que comprende
(i) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico caracterizada por la fórmula
en donde R'' es hidrógeno, o un
grupo alquilo inferior que está insustituido o sustituido con
oxígeno, Cl, Br o I, CF_{3} o
-SO_{3}H
R y R' son cada uno independientemente
hidrógeno, Cl, F, Br, I, CF_{3} o un grupo alquilo inferior que
está insustituido o sustituido con oxígeno, Cl, F, Br, I, CF_{3}
o -SO_{3}H,
a, b y c son cada uno independientemente un
número entero de 1 a 3,
y es un número entero de 1 a 3, y la suma de
a+b+c+y = 4, y
(ii) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución de chapado de níquel está
exenta de hipofosfito de níquel añadido, y exenta de iones de
metales alcalinos o alcalinotérreos libres capaces de formar un
ortofosfito insoluble, y
(B) poner en contacto el sustrato con la
solución de chapado preparada en (A).
En una realización, las soluciones acuosas de
chapado de níquel no electrolítico de la invención comprenden:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio, en donde la solución está
exenta de hipofosfito de níquel añadido, y exenta de iones de
metales alcalinos o alcalinotérreos capaces de formar un ortofosfito
insoluble.
En una realización, el ácido
alquil-sulfónico de la sal de níquel puede
caracterizarse por la fórmula
en donde R'' es hidrógeno, o un
grupo alquilo inferior que está insustituido o sustituido con
oxígeno, Cl, Br o I, CF_{3} o
-SO_{3}H
\global\parskip1.000000\baselineskip
R y R' son cada uno independientemente
hidrógeno, Cl, F, Br, I, CF_{3} o un grupo alquilo inferior que
está insustituido o sustituido con oxígeno, Cl, F, Br, I, CF_{3}
o -SO_{3}H,
a, b y c son cada uno independientemente un
número entero de 1 a 3,
y es un número entero de 1 a 3, y la suma de
a+b+c+y = 4.
En una realización, el ácido
alquil-sulfónico es un ácido
alquil-monosulfónico o un ácido
alquil-disulfónico (es decir, y = 1 ó 2). En otra
realización, cada uno de los grupos alquilo inferior R, R' y R''
contiene independientemente de 1 a aproximadamente 4 átomos de
carbono.
Ácidos sulfónicos representativos incluyen los
ácidos alquil-monosulfónicos tales como ácidos
metanosulfónico, etanosulfónico y propanosulfónico y los ácidos
alquil-polisulfónicos tales como ácido
metanodisulfónico, ácido monoclorometanodisulfónico, ácido
diclorometanodisulfónico, ácido
1,1-etanodisulfónico, ácido
2-cloro-1,1-etanodisulfónico,
ácido
1,2-dicloro-1,1-etanodisulfónico,
ácido 1,1-propanodisulfónico, ácido
3-cloro-1,1-propanodisulfónico,
ácido 1,2-etileno-disulfónico y
ácido 1,3-propileno-disulfónico.
Debido a su disponibilidad, los ácidos
sulfónicos de elección son ácido metanosulfónico (MSA), y ácido
metanodisulfónico (MDSA). En una realización de la invención, el
contenido total de ion níquel del baño de chapado de níquel no
electrolítico puede suministrarse en la forma de las sales de ácidos
alquil-sulfónicos.
En las soluciones de níquel no electrolítico de
la invención, la concentración operativa de ion níquel está
comprendida por lo general entre aproximadamente 1 y aproximadamente
18 gramos por litro (g/l). En algunas realizaciones, se utilizan
concentraciones de aproximadamente 3 a aproximadamente 9 g/l. Dicho
de otro modo, la concentración de catión níquel estará comprendida
en el intervalo que va desde 0,02 a aproximadamente 0,3 moles por
litro, o en otra realización, en el intervalo de aproximadamente
0,05 a aproximadamente 0,15 moles por litro.
Los alquil-sulfonatos de níquel
que se utilizan como la fuente de cationes níquel en las soluciones
de chapado de la presente invención pueden prepararse por métodos
conocidos por los expertos en la técnica. En un método, puede
prepararse una solución saturada de un ácido
alquil-sulfónico de níquel tal como
metano-sulfonato de níquel a la temperatura
ambiente por disolución de carbonato de níquel en MSA. La reacción
transcurre como sigue:
NiCO_{3} +
2CH_{3}SO_{3}H \hskip0,3cm \longrightarrow \hskip0,3cm
Ni(CH_{3}SO_{3})_{2} + H_{2}O + CO_{2}
\uparrow
Otro proceso químico para preparar un
alquil-sulfonato de níquel implica la reacción de
níquel con, v.g., MSA. Esta reacción transcurre como sigue:
Ni^{o} +
2CH_{3}SO_{3}H + 1/2O_{2} \hskip0,3cm
\xrightarrow{\textstyle{calor}} \hskip0,3cm
Ni(CH_{3}SO_{3})_{2} +
H_{2}O
Un alquil-sulfonato de níquel
tal como metano-sulfonato de níquel puede producirse
también por una ruta electroquímica. La ruta electroquímica puede
representarse como sigue:
Ni^{o} +
2CH_{3}SO_{3}H \hskip0,3cm \xrightarrow{\textstyle{e^{-}}}
\hskip0,3cm Ni(CH_{3}SO_{3})_{2} + H_{2}
\uparrow
La preparación de
metano-sulfonato de níquel a partir de polvo de
níquel por el procedimiento químico se ilustra como sigue. Se
prepara una mezcla por adición de 236 partes en peso de MSA a 208
partes de agua desionizada, y la mezcla se calienta a 50ºC. Se
añade polvo de níquel (60 partes en peso) a la mezcla y se mantiene
la mezcla a 60ºC con lo cual se produce una reacción ligeramente
exotérmica. Debido a ello, el polvo de níquel no debe añadirse
demasiado rápidamente. Después que se ha añadido la totalidad del
polvo de níquel y ha disminuido la reacción exotérmica, se borbotea
oxígeno a través de la solución para mantener la reacción y elevar
el pH al final de la reacción. El pH de la mezcla de reacción se
eleva por el exceso de níquel y oxígeno. Después que se ha
completado la reacción, y el pH está comprendido entre 4 y 5 en el
mezclador, se termina el flujo de oxígeno. La mezcla se deja
enfriar, con lo cual el exceso de polvo de níquel se sedimenta en el
fondo del reactor. Después de dejar en reposo durante una noche, la
solución se filtra a través de un filtro de 1 micrómetro, y después
de ello se hace circular la mezcla a través de un nuevo filtro de 1
micrómetro durante 6 horas para eliminar cualquier material
adicional fino de níquel. Es posible separar los finos de níquel de
la solución utilizando un filtro magnético, y los finos de níquel
recuperados pueden utilizarse en otra reacción.
En algunas realizaciones, puede ser deseable
utilizar MSA purificado en la preparación de la sal de níquel. El
MSA disponible comercialmente puede purificarse por tratamiento con
peróxido de hidrógeno. Por ejemplo, una mezcla de 45 galones (1
galón = 3,78 litros) de MSA al 70% y 170 gramos de peróxido de
hidrógeno al 50% se calienta a 60ºC durante una hora. La mezcla se
filtra luego a través de carbono activado, y el filtrado es el MSA
purificado deseado.
\newpage
Las soluciones de chapado de níquel de la
invención contienen también, como agente reductor, iones hipofosfito
derivados de ácido hipofosforoso o una sal del mismo soluble en el
baño tal como hipofosfito de sodio, hipofosfito de potasio e
hipofosfito de amonio.
La cantidad del agente reductor empleada en el
baño de chapado es al menos suficiente para reducir
estequiométricamente el catión níquel en la reacción no
electrolítica de níquel a níquel metálico libre, y dicha
concentración está comprendida usualmente dentro del intervalo de
aproximadamente 0,05 a aproximadamente 1,0 moles por litro. Dicho
de otro modo, los iones reductores hipofosfito se introducen para
proporcionar una concentración de ion hipofosfito de
aproximadamente 2 hasta aproximadamente 40 g/l, o de aproximadamente
12 a 25 g/l o incluso de aproximadamente 15 a aproximadamente 20
g/l. Como práctica convencional, el agente reductor se repone
durante la reacción.
Se ha sugerido en la técnica que el hipofosfito
de níquel es una vía eficiente para introducir níquel e hipofosfito
en un baño de chapado de níquel no electrolítico dado que se
consumen ambos, y el ortofosfito formado como subproducto puede
eliminarse por adición de, por ejemplo, hidróxido de calcio o
hipofosfito de calcio. Sin embargo, el hipofosfito de níquel no
debe utilizarse en la preparación de las soluciones de chapado de la
presente invención dado que se desea que las soluciones de chapado
estén exentas de hipofosfito de níquel y exentas de iones de
metales alcalinos o alcalinotérreos que son capaces de formar un
ortofosfito insoluble tal como ortofosfito de calcio. Así pues, las
soluciones de chapado de níquel de la presente invención pueden
caracterizarse como exentas de hipofosfito de níquel y exentas de
cualquier hipofosfito de níquel añadido. Asimismo, como se ha
indicado, las soluciones de chapado de la presente invención están
exentas de iones de metales alcalinos o alcalinotérreos que son
capaces de formar un ortofosfito insoluble. Tales iones metálicos
son iones litio, iones calcio, iones bario, iones magnesio e iones
estroncio. En el contexto de la presente invención, el término
"exento de" tiene por objeto significar que las soluciones de
chapado están exentas esencialmente de los materiales indicados,
dado que estos materiales pueden estar presentes en cantidades muy
pequeñas que no afectan perjudicialmente a la solución de chapado o
al chapado de níquel depositado. Por ejemplo, tales materiales
pueden estar presentes en cantidades inferiores a 0,5 g/l o 500 ppm,
o incluso menores que 0,1 g/l o 100 ppm sin afectar
perjudicialmente al baño de chapado o al depósito de níquel. De
acuerdo con ello, como se ha indicado arriba, en una realización,
no se utiliza hipofosfito de níquel en la preparación de las
soluciones de chapado de níquel de la invención ni se añade
hipofosfito de níquel a las soluciones de chapado de esta
invención. Asimismo, no se añade ni se incluye intencionalmente en
las soluciones de chapado ion alguno de metales alcalinos o
alcalinotérreos que sean capaces de formar un ortofosfito
insoluble.
En una realización de la presente invención, las
soluciones de chapado están también exentas de sales de níquel de
aniones inorgánicos polivalentes, y en particular, exentas de sales
de níquel de aniones inorgánicos bivalentes. Ejemplos de dichas
sales de níquel incluyen sulfato de níquel, fluoroborato de níquel,
sulfonato de níquel, y sulfamato de níquel. En otra realización,
las soluciones de chapado de la presente invención están también
exentas de sales de níquel de aniones inorgánicos monovalentes tales
como cloruro de níquel y bromuro de níquel.
Las soluciones de chapado de la presente
invención que contienen níquel y los agentes reductores de fósforo
tales como hipofosfitos o las sales de sodio, potasio o amonio de
los mismos, proporcionan un depósito continuo de un recubrimiento
de aleación níquel-fósforo sobre sustratos metálicos
o no metálicos. Los depósitos de aleación de níquel no
electrolítica que contienen fósforo, producidos por el proceso de la
presente invención son depósitos de recubrimiento industriales
valiosos que tienen propiedades deseables tales como resistencia a
la corrosión y dureza. Niveles elevados de fósforo, generalmente
superiores a 10%, y hasta aproximadamente 14% en peso, son deseados
a menudo para muchas aplicaciones industriales tales como discos de
memoria de aluminio. Tales niveles elevados de fósforo pueden
obtenerse por conducción de la operación de chapado a un pH
comprendido entre aproximadamente 3 y aproximadamente 5. En otra
realización, la operación de chapado se lleva a cabo a un pH de
aproximadamente 4,3 a 4,8 para proporcionar un depósito de aleación
que tiene un alto contenido de fósforo.
En algunas realizaciones, los depósitos de
aleación níquel-fósforo obtenidos por el proceso de
la presente invención pueden caracterizarse también como aleaciones
con contenido medio de fósforo. Las aleaciones con contenido medio
de fósforo tendrán una concentración de fósforo de aproximadamente 4
a aproximadamente 9 por ciento en peso, más a menudo de
aproximadamente 6 a aproximadamente 9 por ciento en peso. Las
aleaciones con contenido medio de fósforo pueden obtenerse por
ajuste de la composición de la solución como es bien conocido por
los expertos en la técnica. Por ejemplo, pueden obtenerse depósitos
de níquel que tienen un contenido medio de fósforo por adición de
ciertos ácidos y estabilizadores a la solución de chapado. En una
realización, la presencia de estabilizadores basados en azufre
tales como tiourea da como resultado un depósito de aleación con
contenido medio de fósforo.
Pueden incluirse otros materiales en las
soluciones de chapado de níquel de la presente invención, tales como
tampones, agentes quelantes o complejantes, agentes humectantes,
aceleradores, inhibidores, abrillantadores, etc. Estos materiales
son conocidos en la técnica.
Así, en una realización, puede incluirse un
agente complejante o una mezcla de agentes complejantes en las
soluciones de chapado de la presente invención. Los agentes
complejantes han sido denominados también en la técnica agentes
quelantes. Los agentes complejantes deberían incluir en las
soluciones de chapado en cantidades suficientes para complejar los
iones níquel presentes en la solución y para solubilizar
adicionalmente los productos de degradación de hipofosfito formados
durante el proceso de chapado. Los agentes complejantes retardan
por regla general la precipitación de los iones níquel a partir de
la solución de chapado como sales insolubles tales como fosfitos,
por formación de un complejo de níquel más estable con los iones
níquel. Generalmente, los agentes complejantes se emplean en
cantidades de hasta aproximadamente 200 g/l, siendo más típicas
cantidades de aproximadamente 15 a aproximadamente 75 g/l. En otra
realización, los agentes complejantes están presentes en cantidades
de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 g/l.
En una realización, pueden emplearse ácidos
carboxílicos, poliaminas o ácidos sulfónicos, o mezclas de los
mismos, como los agentes complejantes o quelantes de níquel. Ácidos
carboxílicos útiles incluyen los ácidos mono-, di-, tri-, y
tetra-carboxílicos. Los ácidos carboxílicos pueden
estar sustituidos con diversos restos sustituyentes tales como
grupos hidroxi o amino, y los ácidos pueden introducirse en las
soluciones de chapado como sus sales de sodio, potasio o amonio.
Algunos agentes complejantes tales como ácido acético, por ejemplo,
pueden actuar también como agente tampón, y la concentración
apropiada de tales componentes aditivos puede optimizarse para
cualquier solución de chapado después de consideración de su
funcionalidad dual.
Ejemplos de ácidos carboxílicos de este tipo que
son útiles como los agentes complejantes o quelantes de níquel en
las soluciones de la presente invención incluyen: ácidos
monocarboxílicos tales como ácido acético, ácido hidroxiacético
(ácido glicólico), ácido aminoacético (glicina), ácido
2-amino-propanoico (alanina); ácido
2-hidroxi-propanoico (ácido
láctico); ácidos dicarboxílicos tales como ácido succínico, ácido
amino-succínico (ácido aspártico), ácido
hidroxi-succínico (ácido málico), ácido
propanodioico (ácido malónico), ácido tartárico; ácidos
tricarboxílicos tales como ácido
2-hidroxi-1,2,3-propano-tricarboxílico
(ácido cítrico); y ácidos tetracarboxílicos tales como ácido
etileno-diamina-tetra-acético
(EDTA). En una realización, se utilizan mezclas de dos o más de los
agentes complejantes/quelantes anteriores en las soluciones de
chapado de níquel de la presente invención.
Ejemplos de poliaminas que pueden utilizarse
como los agentes complejantes o quelantes en los baños de chapado
de níquel no electrolíticos de la presente invención incluyen, por
ejemplo, guanidina, dimetil-amina,
dietil-amina,
dimetil-amino-propilamina,
tris(hidroximetil)-amino-metano,
3-dimetil-amino-1-propano,
y
N-etil-1,2-dimetil-propil-amina.
Ejemplos de ácidos sulfónicos útiles como agentes complejantes
incluyen taurina, ácido
2-hidroxi-etano-sulfónico,
ácido ciclohexilaminoetano-sulfónico, ácido
sulfámico, etc.
Los baños acuosos de chapado de níquel no
electrolítico de la presente invención pueden operar dentro de un
intervalo de pH amplio tal como desde aproximadamente 4 a
aproximadamente 10. Para un baño ácido, el pH puede estar
comprendido por regla general entre aproximadamente 4 y
aproximadamente 7. En una realización, el pH de la solución es de
aproximadamente 4 a aproximadamente 6. Para un baño alcalino, el pH
puede variar desde aproximadamente 7 a aproximadamente 10, o desde
aproximadamente 8 a aproximadamente 9. Dado que la solución de
chapado tiene cierta tendencia a volverse más ácida durante su
utilización debido a la formación de iones hidrógeno, el pH puede
ajustarse periódica o continuamente por adición de sustancias
alcalinas solubles en el baño y compatibles con el baño tales como
hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de sodio, potasio o amonio.
La estabilidad del pH de operación de las soluciones de chapado de
la presente invención puede mejorarse por adición de diversos
compuestos tampón tales como ácido acético, ácido propiónico, ácido
bórico, o análogos, en cantidades de hasta aproximadamente 30 g/l,
siendo típicas cantidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 10
g/l. Como se ha indicado arriba, algunos de los compuestos tampón
tales como ácido acético y ácido propiónico pueden comportarse
también como agentes complejantes.
Las soluciones de chapado de níquel no
electrolítico de la presente invención pueden incluir también
agentes estabilizadores orgánicos y/o inorgánicos de los tipos
conocidos hasta ahora en la técnica que incluyen iones plomo, iones
cadmio, iones estaño, iones bismuto, iones antimonio e iones cinc,
que pueden introducirse convenientemente en la forma de sales
solubles y compatibles con el baño tales como los acetatos, etc.
Estabilizadores orgánicos útiles en las soluciones de chapado no
electrolítico de la presente invención incluyen compuestos que
contienen azufre tales como, por ejemplo, tiourea, mercaptanos,
sulfonatos, tiocianatos, etc. Los estabilizadores se utilizan en
cantidades pequeñas tales como 0,1 a aproximadamente 5 ppm de la
solución, y más a menudo en cantidades de aproximadamente 0,5 a 2 ó
3 ppm.
Las soluciones de chapado de la presente
invención pueden emplear opcionalmente uno o más agentes humectantes
de cualquiera de los diversos tipos conocidos hasta ahora que son
solubles y compatibles con los otros constituyentes del baño. En
una realización, el uso de tales agentes humectantes previene o
dificulta la picadura del depósito de aleación de níquel, y los
agentes humectantes pueden emplearse de hasta aproximadamente 1
g/l.
De acuerdo con el proceso de la presente
invención, un sustrato a chapar se pone en contacto con la solución
de chapado a una temperatura de al menos aproximadamente 40ºC hasta
el punto de ebullición de la solución. Los baños de chapado de
níquel no electrolítico de tipo ácido se emplean, en una
realización, a una temperatura de aproximadamente 70º a
aproximadamente 95ºC, y más a menudo, a una temperatura de
aproximadamente 80º a aproximadamente 90ºC. Los baños de chapado de
níquel no electrolítico en el lado alcalino operan generalmente
dentro del intervalo de operación amplio, pero generalmente a una
temperatura menor que las soluciones de chapado no
electrolítico
ácidas.
ácidas.
La duración del contacto de la solución de
níquel no electrolítica con el sustrato a chapar es una función que
depende del espesor deseado de la aleación
níquel-fósforo. Típicamente, el tiempo de contacto
puede variar desde un valor tan corto como aproximadamente 1 minuto
hasta varias horas o incluso varios días. Convencionalmente, un
depósito de chapado del orden de 5-38 \mum (0,2 a
aproximadamente 1,5 milésimas de pulgada) es un espesor normal para
muchas aplicaciones comerciales. Cuando se desea resistencia al
desgaste, pueden aplicarse depósitos mas gruesos, hasta
aproximadamente 0,13 mm (5 milésimas de pulgada).
Durante la deposición de la aleación de níquel,
se emplea generalmente agitación moderada, y dicha agitación puede
ser una agitación moderada con aire, agitación mecánica, circulación
del baño por bombeo, rotación de un tambor para chapado en tambor,
etc. La solución de chapado puede someterse también a un tratamiento
de filtración periódico o continuo para reducir el nivel de
contaminantes en ella. Puede realizarse también reposición de los
constituyentes del baño, en algunas realizaciones, sobre una base
periódica o continua para mantener la concentración de
constituyentes, y en particular, la concentración de iones níquel e
iones hipofosfito, así como el nivel de pH dentro de los límites
deseados.
Los ejemplos siguientes ilustran las soluciones
de chapado de níquel no electrolítico de la invención. A no ser que
se indique otra cosa en los ejemplos que siguen, en la descripción
descrita y en las reivindicaciones, todas las partes y porcentajes
se expresan en peso, las temperaturas están en grados centígrados y
la presión es la presión atmosférica o está próxima a la misma.
| Níquel como metano-sulfato de níquel | 6 g/l |
| Hipofosfito de sodio | 30 g/l |
| Ácido málico | 5 g/l |
| Ácido láctico | 30 g/l |
| Ácido succinico | 5 g/l |
| Plomo | 1 ppm |
| Tiourea | 1 ppm |
\vskip1.000000\baselineskip
| Níquel como metano-sulfato de níquel | 6 g/l |
| Hipofosfito de sodio | 25 g/l |
| Ácido málico | 20 g/l |
| Ácido láctico | 10 g/l |
| Ácido acético | 2 g/l |
| Ácido bórico | 5 ppm |
| Plomo | 1 ppm |
Las soluciones de chapado de níquel no
electrolítico de la presente invención pueden emplearse por
deposición de la aleación de níquel sobre una diversidad de
sustratos que pueden ser sustratos metálicos o no metálicos.
Ejemplos de sustratos metálicos incluyen aleaciones de aluminio, de
cobre o ferrosas; y ejemplos de sustratos no metálicos incluyen
plásticos y placas de circuitos.
Si bien la invención se ha explicado en relación
con sus realizaciones preferidas, debe entenderse que diversas
modificaciones de la misma serán evidentes para los expertos en la
técnica después de la lectura de la memoria descriptiva. Por tanto,
debe entenderse que la invención descrita en esta memoria tiene por
objeto abarcar tales modificaciones que caen dentro del alcance de
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (26)
1. Una solución acuosa de chapado de níquel no
electrolítico que comprende:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones litio, iones calcio, iones
bario, iones magnesio e iones estroncio.
2. La solución de la reivindicación 1, en la
cual el ácido alquil-sulfónico se caracteriza
por la fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en donde R'' es hidrógeno, o un
grupo alquilo inferior que está insustituido o sustituido con
oxígeno, Cl, Br o I, CF_{3} O
-SO_{3}H
R y R' son cada uno independientemente
hidrógeno, Cl, F, Br, I, CF_{3} o un grupo alquilo inferior que
está insustituido o sustituido con oxígeno, Cl, F, Br, I, CF_{3}
o -SO_{3}H,
a, b y c son cada uno independientemente un
número entero de 1 a 3,
y es un número entero de 1 a 3, y la suma de
a+b+c+y = 4.
3. La solución de la reivindicación 1, en donde
el ácido alquil-sulfónico es un ácido
alquil-monosulfónico o un ácido
alquil-disulfónico.
4. La solución de la reivindicación 2, en donde
cada uno de los grupos alquilo inferior R, R' y R'' contiene
independientemente de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono.
5. La solución de la reivindicación 1, en donde
el ácido alquil-sulfónico es ácido
metano-sulfónico o ácido
metano-disulfónico.
6. La solución de la reivindicación 1, que
comprende también uno o más tampones, estabilizadores, agentes
complejantes, aceleradores, inhibidores o abrillantadores.
7. La solución de la reivindicación 1, que está
también exenta de sales de níquel de aniones inorgánicos
polivalentes.
8. La solución de la reivindicación 1, que está
también exenta de sales de níquel de aniones inorgánicos
bivalentes.
9. Una solución acuosa de chapado de níquel no
electrolítico preparada a partir de:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones litio, iones calcio, iones
bario, iones magnesio e iones estroncio.
10. La solución de la reivindicación 9, en la
cual el ácido alquil-sulfónico se caracteriza
por la fórmula
en donde R'' es hidrógeno, o un
grupo alquilo inferior que está insustituido o sustituido con
oxígeno, Cl, Br o I, CF_{3} o
-SO_{3}H
R y R' son cada uno independientemente
hidrógeno, Cl, F, Br, I, CF_{3} o un grupo alquilo inferior que
está insustituido o sustituido con oxígeno, Cl, F, Br, I, CF_{3}
o -SO_{3}H, a, b y c son cada uno independientemente un
número entero de 1 a 3,
y es un número entero de 1 a 3, y la suma de
a+b+c+y = 4.
11. La solución de la reivindicación 9, en la
cual el ácido alquil-sulfónico es un ácido
alquil-monosulfónico o un ácido
alquil-disulfónico.
12. La solución de la reivindicación 10, en la
cual cada uno de los grupos alquilo inferior de R, R' y R''
contiene independientemente de 1 a aproximadamente 4 átomos de
carbono.
13. La solución de la reivindicación 9, en la
cual el ácido alquil-sulfónico es ácido
metano-sulfónico o ácido
metano-disulfónico.
14. La solución de la reivindicación 9, que
comprende también uno o más tampones, estabilizadores, agentes
quelantes, aceleradores, inhibidores o abrillantadores.
15. La solución de la reivindicación 9, que está
también exenta de sales de níquel de aniones inorgánicos
bivalentes.
16. Un proceso para la deposición no
electrolítica de níquel sobre un sustrato a partir de una solución
de chapado de níquel, que comprende poner en contacto el sustrato
con una solución preparada a partir de:
(A) una sal de níquel de un ácido
alquil-sulfónico, y
(B) ácido hipofosforoso o una sal del mismo
soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito
de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución está exenta de hipofosfito
de níquel añadido, y exenta de iones litio, iones calcio, iones
bario, iones magnesio e iones estroncio.
17. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual el ácido alquil-sulfónico se caracteriza
por la fórmula
en donde R'' es hidrógeno, o un
grupo alquilo inferior que está insustituido o sustituido con
oxígeno, Cl, Br o I, CF_{3} o
-SO_{3}H
R y R' son cada uno independientemente
hidrógeno, Cl, F, Br, I, CF_{3} o un grupo alquilo inferior que
está insustituido o sustituido con oxígeno, Cl, F, Br, I, CF_{3}
o -SO_{3}H, a, b y c son cada uno independientemente un
número entero de 1 a 3,
y es un número entero de 1 a 3, y la suma de
a+b+c+y = 4.
18. El proceso de la reivindicación 17, en el
cual cada uno de los grupos alquilo inferior de R, R' y R''
contiene independientemente de 1 a aproximadamente 4 átomos de
carbono.
19. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual el ácido alquil-sulfónico es un ácido
alquil-monosulfónico o un ácido
alquil-disulfónico.
20. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual el ácido alquil-sulfónico es ácido
metano-sulfónico o ácido
metano-disulfónico.
21. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual la solución comprende también uno o más de los siguientes:
tampones, estabilizadores, agentes quelantes, aceleradores,
inhibidores o abrillantadores.
22. El proceso de la reivindicación 16, en el
cual la solución está también exenta de sales de níquel de aniones
inorgánicos bivalentes.
23. Un proceso para la deposición no
electrolítica de níquel sobre un sustrato con una solución de
chapado de níquel que comprende:
(A) preparar una solución de chapado de níquel
que comprende:
- (i)
- una sal de níquel de ácido metano-sulfónico o ácido metano-disulfónico,
- (ii)
- ácido hipofosforoso o una sal del mismo soluble en el baño seleccionada de hipofosfito de sodio, hipofosfito de potasio e hipofosfito de amonio,
en donde la solución de chapado de níquel está
exenta de hipofosfito de níquel añadido, y exenta de iones litio,
iones calcio, iones bario, iones magnesio e iones estroncio, y
(B) poner en contacto el sustrato con la
solución de chapado preparada en (A).
24. El proceso de la reivindicación 23, en donde
(c) es una sal de níquel de ácido metanosulfónico.
25. El proceso de la reivindicación 23, en donde
la solución preparada en (A) está exenta de tiourea.
26. El proceso de la reivindicación 23, en donde
la solución de chapado (A) está exenta de sales de níquel de
aniones bivalentes.
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