Una composición para electrochapar un sustrato con estaño o aleaciones de estaño,

en la cual dicha composicióncomprende:

a) una fuente de iones de estaño;

b) ácido toluenosulfónico;

c) un material que se selecciona del grupo que consiste en fuentes de iones de amonio, fuentes de iones demagnesio y combinaciones de los mismos, en el cual la concentración de los iones de amonio y iones de magnesioen el agregado es de aproximadamente 3 a 50 g/l; y

d) al menos un aditivo de rendimiento de recubrimiento electrolítico que se selecciona del grupo que consiste enfenoles mono, di o trisustituidos que tienen al menos un sustituyente que contiene al menos un átomo de nitrógenosecundario, terciario o cuaternario.

Procedimiento y composición para electrochapado a alta velocidad con estaño y aleaciones de estaño

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de electrolitos adecuadas para electrochapar superficies con estaño y/o aleaciones de estaño a velocidades de producción relativamente altas.

En general, se prefiere para un procedimiento de recubrimiento electrolítico para mostrar tantas de las siguientes propiedades como fuere posible con el fin de lograr resultados de recubrimiento electrolítico óptimos: capacidad de recubrimiento electrolítico a lo largo de un amplio intervalo de densidades de corriente que incluyen densidades de corriente elevadas necesarias para un rendimiento global elevado, producción de depósitos metálicos de buena calidad que sean aceptables en sus propiedades físicas y aspecto, un electrolito con corrosividad baja y conductividad elevada, y un proceso que sea relativamente inocuo para la salud humana y el medioambiente. Como es de esperarse, los procesos de recubrimiento electrolítico disponibles logran los siguientes objetivos en mayor o menor medida.

Se conoce una variedad de soluciones de recubrimiento electrolítico para el electrochapado con estaño y aleaciones de estaño. Las soluciones de recubrimiento electrolítico típicas incluyen baños ácidos acuosos a base de fluoroborato y fluorosilicato como se describe en las patentes de los Estados Unidos Nos. 3, 769, 182 y 4, 118, 289, cuyos contenidos se incorporan en la presente por referencia en su totalidad. En una alternativa, los baños de electrochapado se formularon con base en ácidos aril o alquilsulfónicos. El ácido arilsulfónico de elección a este respecto fue el ácido fenolsulfónico como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 3, 905, 878, cuyo contenido se incorpora en la presente por referencia en su totalidad. Más recientemente, se utilizó el ácido metanosulfónico como un ejemplo preferido de un ácido alcanosulfónico en combinación con varios agentes de abrillantamiento para su uso en el electrochapado con estaño, plomo y aleaciones estaño-plomo como se describe en la patente de los Estados Unidos Nos. 4, 565, 610 y 4, 617, 097, cuyos contenidos se incorporan en la presente por referencia en su totalidad. No obstante, se probó que los sistemas basados en ácido fenolsulfónico son relativamente muy tóxicos y presentan problemas de olor y los sistemas basados en ácido metanosulfónico son muy costosos.

En la patente de los Estados Unidos No. 6, 030, 516 se divulga una composición de electrolitos de enchapado con estaño. La composición de electrolitos incluye una fuente de iones de estaño y ácido para-alquil bencenosulfónico, en la cual el ácido preferido es ácido paratoluenosulfónico. El electrolito incluye además un agente de adición con una estructura definida que puede contener una sal de amonio que puede servir como la fuente de iones de amonio. La patente de los Estados Unidos No. 5, 266, 103 se refiere a un baño para la deposición química de estaño y aleaciones de estaño-plomo. El baño incluye una fuente de iones de estaño y una fuente de iones de plomo. El baño contiene además un componente ácido que puede ser ácido toluenosulfónico. La adición de un ión de amonio o amonio cuaternario al baño de recubrimiento electrolítico está pensada para ajustar el pH y aumentar la solubilidad de las sales metálicas.

Se han propuesto varios agentes de adición que mejoran la calidad de la placa producida a partir de las soluciones de electrolitos anteriores. Estos aditivos pueden incluir condensados de compuestos orgánicos hidrófobos con óxidos de alquileno como alfa naftol 6 mol etoxilato, alcoxilatos de alquilbenceno, 2-alquilimidazolinas, aldehídos aromáticos como naftaldehído, derivados de 2, 2-bis (4-hidroxi fenil) propano y fenoles sustituidos. A este respecto, sírvase referirse a las patentes de los Estados Unidos Nos. 6, 217, 738 y 6, 248, 228, cuyos contenidos se incorporan en la presente por referencia en su totalidad.

Se utilizan grandes volúmenes de dichas soluciones de recubrimiento electrolítico con estaño y aleaciones de estaño para enchapar sustratos de acero en una forma continua, en un proceso llamado recubrimiento electrolítico en franjas. En este caso, es particularmente importante tener un sistema de recubrimiento electrolítico que sea capaz de proporcionar resultados satisfactorios sobre un amplio intervalo de densidades de corriente para dar cabida a grandes variaciones en la velocidad de producción.

Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso de recubrimiento electrolítico que sea capaz de enchapar sobre un gran espectro de densidades de corriente y que al mismo tiempo presente las ventajas de costos y toxicidad relativamente bajos. Estos y otros objetos se logran mediante la preparación de baños de electrochapado de conformidad con las demostraciones divulgadas en la presente.

Sumario de la invención

El inventor propone en la presente un proceso para enchapar con estaño o aleaciones de estaño, en el cual dicho proceso comprende poner en contacto un sustrato con una composición de recubrimiento electrolítico de conformidad con la reivindicación 1 presente.

Además de lo que antecede, la composición de recubrimiento electrolítico puede comprender además iones metálicos diferentes al estaño para producir una placa de aleación de estaño y también comprenderá preferentemente aditivos de rendimiento de recubrimiento electrolítico conocidos, como abrillantadores, niveladores y otros aditivos que optimizan el rendimiento de la composición de recubrimiento electrolítico.

Descripción detallada de la invención

Los inventores en la presente descubrieron una forma de formular una solución de recubrimiento electrolítico para el estaño y las aleaciones de estaño mediante el uso de un electrolito a base de ácido toluenosulfónico. Los intentos previos por utilizar ácido toluenosulfónico afrontaron dificultades debido a la baja solubilidad del ácido toluenosulfónico y la conductividad resultante de la solución relativamente baja. No obstante, los inventores descubrieron que mediante la combinación, en solución acuosa, de ácido toluenosulfónico con sales de amonio y/o sales de magnesio, puede aumentarse sustancialmente la solubilidad del ácido toluenosulfónico, también puede aumentarse la conductividad de la solución y pueden obtenerse excelentes resultados de recubrimiento electrolítico.

Por tanto, el inventor propone en la presente un proceso para enchapar con estaño o aleaciones de estaño, en el cual dicho proceso comprende poner en contacto un sustrato con una composición de recubrimiento electrolítico, de conformidad con la composición de la reivindicación 1 actual y aplicar un voltaje eléctrico a dicho sustrato de forma tal que dicho sustrato sea un electrodo negativo en dicha composición de recubrimiento electrolítico. Si se pretende que la composición de recubrimiento electrolítico enchape con una aleación de estaño, entonces también comprenderá iones metálicos que correspondan a los elementos de aleación deseados. La composición de recubrimiento electrolítico también comprenderá preferentemente aditivos de rendimiento de recubrimiento electrolítico conocidos que mejoran el aspecto y propiedades físicas del depósito así como la eficiencia con la cual se enchapa la composición de recubrimiento electrolítico.

La fuente de estaño debe ser una fuente de iones de estaño estannosa. Las fuentes de estaño adecuadas incluyen sulfato estannoso, cloruro estannoso, sulfanato de metano estannoso, fluoroborato estannoso y combinaciones de los mismos. La concentración de estaño en la composición de recubrimiento electrolítico puede oscilar entre 10 y 200 g/l pero preferentemente es de 30 a 90 g/l.

El ácido toluenosulfónico es un componente necesario del electrolito en la composición de enchapado de la presente invención. La concentración de ácido toluenosulfónico en la composición de enchapado puede oscilar entre 10 y 150 g/l pero preferentemente es de 40 a 90 g/l. Normalmente, estas concentraciones no pueden alcanzarse sin la presencia de iones de amonio y/o magnesio en la solución.

La composición de recubrimiento electrolítico debe comprender además una fuente de iones de amonio y/o una fuente de iones de magnesio. Estos iones proporcionan varias ventajas que incluyen (i) aumentar la solubilidad del ácido toluenosulfónico en la composición... [Seguir leyendo]

1. Una composición para electrochapar un sustrato con estaño o aleaciones de estaño, en la cual dicha composición comprende:

a) una fuente de iones de estaño;

b) ácido toluenosulfónico;

c) un material que se selecciona del grupo que consiste en fuentes de iones de amonio, fuentes de iones de magnesio y combinaciones de los mismos, en el cual la concentración de los iones de amonio y iones de magnesio en el agregado es de aproximadamente 3 a 50 g/l; y

d) al menos un aditivo de rendimiento de recubrimiento electrolítico que se selecciona del grupo que consiste en fenoles mono, di o trisustituidos que tienen al menos un sustituyente que contiene al menos un átomo de nitrógeno secundario, terciario o cuaternario.

2. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, en la cual el material se selecciona del grupo que consiste en sulfato de amonio, sulfato de magnesio y combinaciones de los mismos.

3. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, en la cual la composición comprende además una fuente soluble de un elemento de aleación que se selecciona del grupo que consiste en zinc, plomo, cobre, bismuto, níquel y combinaciones de los mismos.

4. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, en la cual la concentración del ácido toluenosulfónico es de aproximadamente 10 a 150 g/l.

5. Una composición de conformidad con la reivindicación 3, en la cual el material se selecciona del grupo que consiste en sulfato de amonio, sulfato de magnesio y combinaciones de los mismos.

6. Una composición de conformidad con la reivindicación 3, en la cual la concentración del ácido toluenosulfónico es de aproximadamente 10 a 150 g/l.

7. Un procedimiento para electrochapar un sustrato con estaño o aleaciones de estaño, en el cual dicho procedimiento comprende poner en contacto el sustrato con una composición que comprende:

a) una fuente de iones de estaño;

b) ácido toluenosulfónico;

c) un material que se selecciona del grupo que consiste en fuentes de iones de amonio, fuentes de iones de magnesio y combinaciones de los mismos, en el cual la concentración de los iones de amonio y iones de magnesio en el agregado es de aproximadamente 3 a 50 g/l; y

d) al menos un aditivo de rendimiento de recubrimiento electrolítico del grupo que consiste en fenoles mono, di

o trisustituidos que tienen al menos un sustituyente que contiene al menos un átomo de nitrógeno secundario, terciario o cuaternario,

y aplicar un voltaje eléctrico de forma tal que el sustrato se convierta en un electrodo negativo en la composición.

8. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 7, en el cual el material se selecciona del grupo que consiste en sulfato de amonio, sulfato de magnesio y combinaciones de los mismos.

9. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 7, en el cual la composición comprende además una fuente soluble de un elemento de aleación seleccionado del grupo que consiste en zinc, plomo, cobre, bismuto, níquel y combinaciones de los mismos.

10. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 7, en el cual la concentración del ácido toluenosulfónico es de aproximadamente 10 a 150 g/l.

11. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 9, en el cual el material se selecciona del grupo que consiste en sulfato de amonio, sulfato de magnesio y combinaciones de los mismos.

12. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 9, en el cual la concentración del ácido toluenosulfónico es de aproximadamente 10 a 150 g/l.