Baño electrolítico para la separación galvánica y procedimiento para su fabricación.

Baño electrolítico para la separación galvánica, que contiene en solución:

a) sal de níquel

b) ácido fosfórico

c) ácido fosfónico

d) ácido bórico.

Baño electrolítico para la separación galvánica y procedimiento para su fabricación La invención se refiere a un baño electrolítico para la separación galvánica y a un procedimiento para su fabricación, en particular para una separación galvánica de una capa de níquel y fósforo.

La separación galvánica de una capa de níquel t fósforo (capa de NiP) sobre sustratos es interesante para muchos casos de aplicación, puesto que una capa de NiP tiene una dureza alta y buenas propiedades de protección contra desgaste. Además del niquelado galvánico, se conoce también el niquelado químico.

Un baño electrolítico posibilita con preferencia un recubrimiento de alta calidad con una densidad de corriente y una tasa de separación altas, y en este caso es lo más económico posible.

El documento WO 99/02765 A1 muestra un baño electrolítico para el recubrimiento de NiP. El baño contiene carbonato de níquel, ácido fosfórico, ácido hipofosfórico (H3PO2) o ácido fosfórico (H3PO3) y ácido metanosulfónico.

Un problema de la invención es preparar un baño electrolítico nuevo para la separación galvánica y un procedimiento para su fabricación.

De acuerdo con la invención, el problema se soluciona por medio de un baño electrolítico de acuerdo con la reivindicación 1, por medio de un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 y por medio de una utilización de acuerdo con la reivindicación 12. Un baño electrolítico de este tipo es estable, permite una densidad de corriente alta, una tasa de separación alta, la generación de una capa de níquel y fósforo buena y es económico. Con preferencia, en el procedimiento se añade sacarina.

Otros detalles y desarrollos ventajosos de la invención resultan a partir de los ejemplos de realización descritos a continuación, que no deben entenderse de ninguna manera como limitación de la invención, así como a partir de las reivindicaciones dependientes.

Una instalación de galvanización típica tiene una bandeja, en la que se encuentra un baño (electrolito, baño galvánico) . El sustrato a recubrir (por ejemplo, un revestimiento cilíndrico de un bloque de motor) está rodeado en el electrolito y por un ánodo insoluble de forma estable o un ánodo soluble. Una fuente de corriente continua es conectada con la conexión positiva en el ánodo y con la conexión negativa en el sustrato (cátodo) , y a través de la corriente se realiza la separación galvánica de la capa sobre el sustrato. Una bomba de circulación proporciona unadistribución uniforme del baño, y se puede realizar una rotación del sustrato en el electrolito. Éste es sólo un ejemplo explicativo y se pueden utilizar también otras instalaciones de galvanización.

La composición del baño determina, entre otras cosas, qué densidades de corriente y, por lo tanto, qué tasas de separación son posibles en el recubrimiento y qué baños se pueden obtener en el mercado para muchos fines de aplicación.

Composición del baño de NiP

Se propone un baño, que es bien adecuado para el recubrimiento galvánico con una capa de níquel y fósforo y, dado el caso, otros ingredientes, por lo que el baño se designa a continuación como baño de NiP. Un recubrimiento de níquel y fósforo tiene, frente a un recubrimiento puro de níquel, una dureza más elevada y de esta manera abra campos de aplicación adicionales. La porción de níquel en la capa de níquel y fósforo tiene también influencia sobre las propiedades de protección contra desgaste y las propiedades de corrosión de la aleación. El contenido de fósforo en la capa determina la dureza y un porcentaje en masa habitual es, por ejemplo, de 6 a 8 % en peso de fósforo, pero en función de los requerimientos, pueden ser necesarios también porcentajes en masa más elevados de, por ejemplo, 12 % en peso.

Con preferencia se utiliza un baño de NiP con una composición, que contiene en solución:

! sal de níquel

! ácido fosfórico (H3PO4)

! ácido fosfónico (H3PO3)

! ácido bórico (H3BO3)

El níquel o bien con mayor exactitud los iones de níquel están presentes en la solución de una manera predominante como níquel (II) o bien Ni2+, pero pueden estar presentes también otros estados de oxidación.

Adicionalmente, el baño de NiP puede contener también sacarina y/u otros aditivos. Una adición de H3PO2 (ácido

fosfínico) es igualmente posible, pero en los ensayos no ha conducido a un resultado mejorado.

La combinación de los ingredientes ácido fosfórico, ácido fosfónico y ácido bórico se ha revelado como ventajoso, puesto que el baño acabado con esta combinación se ha revelado como relativamente estable, en particular en lo que se refiere al valor-pH. La combinación posibilita también una densidad de corriente alta y, por lo tanto, una tasa de separación alta. Además, los ingredientes son relativamente favorables.

El valor-pH de la preparación del baño acabado está con preferencia en el intervalo de 1, 6 a 2, 3, de manera más preferida en el intervalo de 1, 8 a 2, 2.

A continuación se indican datos de intervalos preferidos para los ingredientes individuales de la composición, con los que la separación electrolítica funciona bien (tasa de separación alta y capa de níquel y fósforo de buena calidad) , y en los que el contenido de fósforo en la capa separada corresponde a los requerimientos:

! níquel (II) : 90 – 130 g/l

! ácido fosfórico: 60 – 90 g/l

! ácido fosfónico: 20 – 40 g/l

! ácido bórico: 30 -40 g/l

! sacarina: 0 – 4 g/l

Puesto que los ingredientes en la solución (acuosa) están en parte disociados, para la medición de la concentración de los ingredientes, se pueden verificar mejor otras indicaciones de intervalos.

La sal de níquel se añade con preferencia en forma de sulfato de níquel en solución acuosa (NiSO4 · 6 H2O o bien níquel (ll) -sulfato-hexahidrato) . La concentración del sulfato (SO42-) es en este caso para la indicación superior del intervalo del níquel (II) :

! Sulfato: 147 – 213 g/l

Este intervalo de la concentración del sulfato se puede alanzar o bien puede ser influenciado, por ejemplo, también a través de la adición de ácido sulfúrico.

El ácido fosfórico y el ácido fosfónico están disociados en la solución de forma esencialmente completa, de manera que la concentración del ácido fosfórico o bien del ácido fosfónico de acuerdo con las indicaciones reintervalos anteriores se puede indicar también a través de la concentración del fosfato (PO43-) o bien del fosfito (PO33-) :

! Fosfato: 58 – 88 g/l

! Fosfito: 19 – 39 g/l

El ácido bórico está disociado de forma incompleta en la solución. Las moléculas disueltas (H3BO3) están, por lo tanto, en un equilibrio condones (3 H+ + (BO33-) . Un baño, según las indicaciones de intervalos anteriores para la concentración del ácido bórico contiene boro (parcialmente como ingrediente del borato y parcialmente como ingrediente del ácido bórico) con una concentración en el intervalo de 5, 2 a 7, 0 g/l.

Con el baño de NiP es posible el recubrimiento de diferentes sustratos. Así, por ejemplo, se puede recubrir cobre, acero o acero noble. Antes del recubrimiento se realiza con preferencia un desengrase, activación y decapado del sustrato, como se conoce por el técnico.

Ensayos realizados Se realizaron una pluralidad de ensayos con diferentes composiciones del baño para la separación de NiP. En los ensayos realizados a modo de ejemplo a continuación se pudo generar a través de separación galvánica una capa de NiP. La capa de NiP separada estaba libre de poros, era homogénea, brillante gris antracita y amoría, siendo posible una recristalización a través de atemperación. Como sustrato se utilizó un bulón de cobre, que había sido pretratado (desengrase, activación y decapado) . La temperatura era aproximadamente 65 ºC y la densidad de la corriente era hasta 30 A/dm2. La tasa de separación depende de la densidad de la corriente y se consiguieron tasas de separación de 0, 5∀m/min hasta más de 2 ∀m/min, sin que estos valores representen límites técnicos. Se realizaron ensayos con éxito con espesores de capa de hasta 100 ∀m.

Ejemplos I a V

El baño de NiP tenía la siguiente composición:

Ensayo Níquel (II) Ácido fosfórico Ácido fosfónico Ácido bórico Sacarina

I 100 g/l 75 g/l 30 g/l 35 g/l 2, 6 g/l

II 100 g/l 75 g/l 30 g/l 35 g/l 0 g/l

III 100 g/l 75 g/l 40 g/l 30 g/l 2, 5 g/l

IV 100 g/l 60 g/l 30 g/l 30 g/l 2, 6 g/l

V 100 g/l 45 g/l... [Seguir leyendo]

1. Baño electrolítico para la separación galvánica, que contiene en solución: a) sal de níquel b) ácido fosfórico

c) ácido fosfónico d) ácido bóric.

2. Baño electrolítico de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene en solución ácido fosfórico con una concentración en el intervalo de 60 – 90 g/l.

3. Baño electrolítico de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene en solución ácido fosfórico con una 10 concentración en el intervalo de 20 – 40 g/l.

4. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que contiene en solución ácido bórico con una concentración en el intervalo de 30 – 40 g/l.

5. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que contiene en solución níquel (II) con una concentración en el intervalo de 90 – 130 g/l.

6. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que contiene en solución 0 – 4 g/l de sacarina.

7. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que tiene un valor-pH en el intervalo de 1, 6 a 2, 3.

8. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal de níquel comprende 20 sulfato de níquel y en el que el níquel (II) en el baño procede más del 50 % desde el sulfato de níquel.

9. Baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que presenta en solución sulfato con una concentración en el intervalo de 147 – 213 g/l. 10. Procedimiento para la fabricación de un baño electrolítico, cuyo procedimiento presenta las siguientes etapas: A) se mezclan una sal de níquel, ácido fosfórico, ácido fosfónico y ácido bórico;

B) se añade carbonato de níquel, para elevar el valor-pH.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que se mide el valor-pH del baño y en el que para la elevación del valor-pH se añade carbonato de níquel hasta que se ha alcanzado un valor-pH predeterminado, en el que el valor-pH predeterminado está con preferencia en el intervalo de 1, 6 a 2, 3.

12. Utilización de un baño electrolítico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 para la separación galvánica de una capa que contiene níquel sobre una pieza de trabajo.