DE102011080745A1 - Process for the metallic coating of metallic surfaces by electroless copper plating - Google Patents

Process for the metallic coating of metallic surfaces by electroless copper plating Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Behandeln einer metallischen Oberfläche eines Gegenstandes mit einer wässerigen Verkupferungslösung, mit der auf sauberen metallischen Oberflächen des Gegenstandes oder nach einer Vorbehandlung auf gereinigten metallischen Oberflächen eine erste Verkupferungslösung, die Cyanid-frei und frei von starkem Reduktionsmittel ist, zur Ausbildung einer ersten Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht stromlos eingesetzt wird, sowie die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstände.The invention relates to methods for treating a metallic surface of an object with an aqueous copper plating solution, with which a first copper plating solution, which is cyanide-free and free of strong reducing agent, is formed on clean metallic surfaces of the object or after pretreatment on cleaned metallic surfaces first copper layer or copper alloy layer is used as a currentless barrier layer and / or as a conductive layer, and the use of the articles produced by the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Behandeln einer metallischen Oberfläche eines Gegenstandes – insbesondere zum Behandeln der metallischen Oberfläche eines Gegenstandes mit einer Oberfläche aus einem Eisenwerkstoff, aus einem Zinkwerkstoff oder/und aus einem Zinnwerkstoff wie z. B. aus Zink oder/und aus einer Zinklegierung – mit einer wässerigen Verkupferungslösung zum Aufbringen einer Kupferschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht, insbesondere nach einfacheren, kostengünstigeren und umweltfreundlicheren Verfahren. Der Gegenstand kann jedoch auch aus mindestens einem nichtmetallischen oder/und mindestens einem metallischen Werkstoff bestehen, der mit mindestens einer metallischen Schicht versehen ist.The invention relates to methods for treating a metallic surface of an article - in particular for treating the metallic surface of an article having a surface made of a ferrous material, a zinc material or / and a tin material such. As zinc and / or zinc alloy - with an aqueous copper plating solution for applying a copper layer as a barrier layer and / or as a conductive layer, in particular for simpler, cheaper and more environmentally friendly method. However, the article may also consist of at least one non-metallic or / and at least one metallic material, which is provided with at least one metallic layer.

Das Plattieren bezeichnet in der Metallbearbeitung das Aufbringen einer Metallschicht eines edleren Metalls auf ein anderes Metall mit geringerem Potential, zum Beispiel durch Aufwalzen, Aufschweißen, Angießen, Sprühen oder/und Tauchen. Werden galvanische Verfahren benutzt, spricht der Fachmann von einer Elektroplattierung.Plating in metalworking refers to the application of a metal layer of a more noble metal to another metal of lower potential, for example by rolling, welding, casting, spraying or / and dipping. If galvanic processes are used, the expert speaks of electroplating.

Das galvanische Behandeln ist eine bedeutsame Technologie für den Schutz und für das Veredeln metallischer und anderer Gegenstände. Das galvanische Behandeln umfasst jede Art elektrolytischer Behandlung, das heißt ein Beschichten oder/und Behandeln eines Metalls in einer wässrigen Lösung unter elektrischem Stromfluss. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Verkupfern, Verbronzen, Vernickeln, Vercadmen, Verchromen, Verbleien, Versilbern, Rhodinieren, Platinieren oder/und Vergolden handeln. In vielen Fällen wird ein Verkupfern, Vernickeln, Verchromen, Versilbern oder/und Vergolden genutzt. Oft ergeben sich mehrere aufeinander folgende galvanische Schichten. Auf ein Vernickeln kann dann beispielsweise auch ein Verchromen, Versilbern, Platinieren, Rhodinieren oder/und Vergolden folgen. Nur in seltenen Fällen gibt es nur eine einzige Deckschicht aus Kupfer. In fast allen Fällen folgt heute auf eine Kupfer-Deckschicht mindestens eine Nickel-Deckschicht. In fast allen Fällen folgen heute auf eine Nickel-Deckschicht mindestens eine andersartige Deckschicht wie z. B. mindestens eine Deckschicht aus Gold, Platin, Rhodium, Silber oder Chrom, wobei alle Deckschichten üblicherweise elektrolytisch und meistens aus sauren wässerigen Lösungen aufgebracht werden. Die Deckschichten können beispielsweise Glanzkupferschichten mit Schichtdicken üblicherweise im Bereich von 3 bis 50 μm und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 μm, Dickkupferschichten mit Schichtdicken üblicherweise im Bereich von 50 bis 5000 μm und vorzugsweise im Bereich von 80 bis 500 μm, Glanznickelschichten mit Schichtdicken üblicherweise im Bereich von 3 bis 20 μm oder/und Dicknickelschichten mit Schichtdicken üblicherweise im Bereich von 30 bis 250 μm sein.Galvanizing is a significant technology for protecting and refining metallic and other objects. The galvanic treatment includes any type of electrolytic treatment, that is, coating or / and treating a metal in an aqueous solution under electric current flow. These may be, for example, copper plating, sputtering, nickel plating, cadmium plating, chrome plating, staining, silver plating, rhodium plating, platinizing or gold plating. In many cases, copper plating, nickel plating, chrome plating, silver plating or gold plating are used. Often, several successive galvanic layers result. Nickel plating can then be followed, for example, by chrome plating, silver plating, platinizing, rhodium plating or gold plating. Only in rare cases, there is only a single cover layer of copper. In almost all cases, at least one nickel covering layer follows today on a copper cover layer. In almost all cases today follow on a nickel topcoat at least one other type of topcoat such. B. at least one cover layer of gold, platinum, rhodium, silver or chromium, wherein all cover layers are usually applied electrolytically and mostly from acidic aqueous solutions. The cover layers can, for example, usually be bright copper layers with layer thicknesses in the range of 3 to 50 μm and preferably in the range of 5 to 20 μm, thick copper layers with layer thicknesses usually in the range of 50 to 5000 μm and preferably in the range of 80 to 500 μm, bright nickel layers with layer thicknesses in the range of 3 to 20 microns and / or thick nickel layers with layer thicknesses usually be in the range of 30 to 250 microns.

Wird keine externe Stromquelle als Lieferant für die bei der Metallabscheidung nötigen Elektronen verwendet, und erfolgt diese Plattierung ohne Gehalt eines starken Reduktionsmittels, spricht der Fachmann von stromloser Plattierung, Beschichtung oder Behandlung. Die Zugabe und Verwendung von mindestens einem starken Reduktionsmittel zum/im ohne elektrischen Strom eingesetzten Bad bedeutet, dass die zur Metallabscheidung notwendigen Elektronen durch mindestens ein im Bad vorhandenes starkes Reduktionsmittel geliefert werden, wobei dann von chemischer oder außenstromloser Plattierung, Beschichtung oder Behandlung gesprochen wird. Auch die Begriffe „chemisch Kupfer” und „chemisch Nickel” bedeuten, dass mit mindestens einem starken Reduktionsmittel im Bad gearbeitet wird.If no external power source is used as the supplier for the electrons required in the metal deposition, and this plating is carried out without containing a strong reducing agent, the skilled person speaks of electroless plating, coating or treatment. The addition and use of at least one strong reducing agent to the bath used without electrical current means that the electrons necessary for the metal deposition are supplied by at least one strong reducing agent present in the bath, which is then referred to as chemical or electroless plating, coating or treatment. The terms "chemically copper" and "chemically nickel" mean that at least one strong reducing agent is used in the bath.

Schwache Reduktionsmittel finden in der Galvanotechnik zur Metallabscheidung keine Anwendung, da diese das zur Abscheidung nötige Potenzial nicht erreichen, denn ein chemisches (= außenstromloses) Kupferbad oder ein chemisches Nickelbad funktioniert allein mit schwachen Reduktionsmitteln nicht. Alle in chemischen Kupfer- oder Nickelbäder verwendeten Reduktionsmittel haben daher ein Potenzial mit Werten von höchstens –0,6 V oder vorzugsweise von höchstens –0,8 V und besonders bevorzugt von höchstens –1 V. Die Angaben zum Potenzial beziehen sich auf Messungen mit einer Standardwasserstoffelektrode. Und diese Reduktionsmittel werden als starke Reduktionsmittel angesehen, d. h. weisen Werte des Potenzials von höchstens –0,6 V und oft Werte im Bereich von –3 bis –1 V auf.Weak reducing agents are not used in electroplating for metal deposition because they do not achieve the potential required for deposition, because a chemical (= electroless) copper bath or a chemical nickel bath does not work with weak reducing agents alone. Therefore, all reducing agents used in chemical copper or nickel baths have potentials of at most -0.6 V, or preferably at most -0.8 V, and more preferably at most -1 V. The potential data refer to measurements with one standard hydrogen electrode. And these reducing agents are considered strong reducing agents, i. H. have potential values of at most -0.6V and often values in the range of -3 to -1V.

Stromlose Bäder sind in der Regel den galvanischen = elektrolytischen oder/und den außenstromlosen = chemischen = starkes Reduktionsmittel enthaltenden Bädern vorzuziehen, da sie zu einer schnelleren Schichtausbildung bei einem geringeren Arbeitsaufwand und bei einem geringeren Energieaufwand als bei elektrolytischen und außenstromlosen Bädern führen, soweit derartige Schichten überhaupt stromlos ausgebildet werden können. Aber vielfach lassen sich die gewünschten Metallschichten in geeigneter Schichtqualität nur elektrolytisch herstellen, wie z. B. bei einer alkalischen, cyanidischen elektrolytischen Verkupferung, bei einer alkalischen, cyanid-freien elektrolytischen Verkupferung oder bei einem sauren elektrolytischen Nickel-Strike-Verfahren. Daher wird heute fast immer elektrolytisch, d. h. energetisch und prozesstechnisch sehr aufwändig, gearbeitet, weil keine geeigneten stromlosen und meistens auch keine geeigneten außenstromlosen Beschichtungsverfahren bekannt sind.Electroless baths are usually the galvanic = electrolytic and / or the electroless = chemical = strong reducing agent containing baths preferable because they lead to faster film formation at a lower workload and lower energy consumption than in electrolytic and electroless baths, as far as such layers can be formed at all powerless. But in many cases, the desired metal layers in a suitable layer quality can only be produced electrolytically, such as. Example, in an alkaline, cyanide electrolytic coppering, in an alkaline, cyanide-free electrolytic copper plating or in an acidic electrolytic nickel-strike process. Therefore, today almost always electrolytic, ie energetic and process engineering very much consuming, worked because no suitable electroless and usually no suitable electroless plating process are known.

Alle hier und im Folgenden genannten Bäder sind wässerige Zusammensetzungen, weshalb bei konkreten Zusammensetzungen Wasser nicht immer genannt wird. Ein Verkupferungs- oder Vernickelungsbad enthält die wässerige Verkupferungs- oder Vernickelungslösung.All of the baths mentioned here and below are aqueous compositions, which is why water is not always mentioned in concrete compositions. A copper plating or nickel plating bath contains the aqueous copper plating or nickel plating solution.

Vielfach ist eine Sperrschicht auf der Oberfläche eines Werkstücks nötig, wenn sie ein unedles Metall aufweist, um danach elektrolytisch in wässerigem Medium weiterverarbeitet werden zu können. Eine Sperrschicht ist z. B. erforderlich, um eine unkontrollierte, in der Regel schlecht haftende Sudabscheidung auf dem Werkstück wie z. B. mit einer Oberfläche aus einem Metall mit elektronegativerem Potenzial als Kupfer aus einer Lösung mit höherem Potenzial zu vermeiden. Behandelt man ein Werkstück mit einer Oberfläche z. B. aus Eisen, aus einer Eisenlegierung, aus Zink oder/und aus einer Zinklegierung in einer schwefelsauren Kupfersulfatlösung, die der Glanz- und/oder Dickschichtverkupferung des Stand der Technik entspricht und von diversen Galvanofachfirmen elektrolytisch angewandt wird, so gehen Eisen oder/und analog z. B. auch Zink nach der Redoxreaktion Oxidation: Fe → Fe2+ + 2e Reduktion: Cu2+ + 2e → Cu unter Elektronenabgabe in Lösung. Dann scheidet sich metallisches Kupfer auf der Oberfläche in einem nicht haftenden Überzug ab. Da auf diese Weise bisher nur sehr dünne, schwammige, poröse, kaum bis nicht haftende Schichten abgeschieden werden können, kommt die Verwendung solcher Schichten für die Weiterverarbeitung im dekorativen oder funktionellen Bereich der Galvanotechnik nicht in Frage.In many cases, a barrier layer on the surface of a workpiece is necessary if it has a base metal in order then to be able to be further processed electrolytically in an aqueous medium. A barrier layer is z. B. required to an uncontrolled, usually poorly adhering sedimentation on the workpiece such. B. to avoid having a surface of a metal with more electronegativerem potential than copper from a solution with higher potential. Treating a workpiece with a surface z. As iron, an iron alloy, zinc and / or a zinc alloy in a sulfuric acid copper sulfate solution, which corresponds to the gloss and / or Dickschichtverkupferung of the prior art and is applied electrolytically by various galvanizing companies, so go iron and / or analog z. As well as zinc after the redox reaction Oxidation: Fe → Fe 2+ + 2e - Reduction: Cu 2+ + 2e - → Cu with electron donation in solution. Then, metallic copper deposits on the surface in a non-adherent coating. Since so far only very thin, spongy, porous, hardly to not adherent layers can be deposited in this way, the use of such layers for further processing in the decorative or functional field of electroplating is out of the question.

Ohne aufgetragene Sperrschicht erfolgt deshalb auch in sauren, elektrolytischen Verkupferungsbädern ein störender Beizangriff auf die saubere oder gesäuberte metallische Oberfläche. Der Beizangriff setzt dann die Sudabscheidung in Gang. Hierbei werden insbesondere Eisen- oder/und Zink-Ionen aus dem zu beschichtenden Gegenstand herausgebeizt. Sie gehen in Lösung. Dadurch werden Elektronen freigesetzt, die dann wiederum von den Ionen des nachfolgenden sauren galvanischen Bades aufgenommen werden. Die entsprechenden Metalle schlagen sich als nicht haftende Zementation auf dem Grundmaterial nieder. Teilweise führt dieser Beizangriff auch zur Zerstörung des Grundmaterials. Dadurch werden aber die nachfolgenden Galvanisierbäder verschmutzt. Eingetragene Fremdstoffe, gegebenenfalls einschließlich Fremdionen, scheiden sich bei der Elektrolyse unkontrolliert und bevorzugt im Bereich niedriger Stromdichte als Metallniederschlag mit ab. Sie verursachen dadurch matte, graue, schlierige, raue oder/und poröse Schichten, die für eine Weiterverarbeitung insbesondere im technischen oder dekorativen Bereich nicht geeignet sind. Die in das Bad eingetragenen Fremdstoffe lassen sich nur durch Selektivreinigung, Teilverwurf oder Verwurf des Galvanisierbades entfernen. Bröckelt der durch Zementation entstandene nicht-haftende Niederschlag in den nachfolgenden Galvanisierbädern zum Beispiel durch die Bewegung der Gegenstände oder/und des Bades ab, wird das niedergeschlagene Metall ebenfalls teilweise wieder in die abzuscheidende Schicht eingebaut. Es verursacht deutliche Fehlstellen, Poren, Rauheit oder/und Erhebungen. Derartige Metallbrösel können nur durch sehr intensive Filterung entfernt werden. Grundsätzlich werden beim Eintrag von Fremdstoffen in das nachfolgende Galvanisierbad Prozessstörungen, Einbußen in der Qualität, Mehrkosten oder/und ein Mehraufwand folgen, unabhängig davon, ob die Fremdstoffe als Ionen, als metallische Brösel oder/und als dünne Häute vorliegen.Without applied barrier layer therefore takes place in acidic electrolytic copper plating baths a disturbing pickling attack on the clean or cleaned metallic surface. The pickling attack then sets the Sudabscheidung in motion. In this case, in particular iron or / and zinc ions are leached out of the object to be coated. They go into solution. As a result, electrons are released, which in turn are absorbed by the ions of the subsequent acidic plating bath. The corresponding metals are deposited as non-adherent cementation on the base material. In part, this pickling attack also leads to the destruction of the base material. As a result, however, the subsequent plating baths are polluted. Registered impurities, optionally including foreign ions, are deposited uncontrolled during electrolysis and preferably in the range of low current density as metal precipitation. They thereby cause dull, gray, streaky, rough or / and porous layers which are not suitable for further processing, in particular in the technical or decorative field. The foreign substances introduced into the bath can only be removed by selective cleaning, partial scraping or throwing of the galvanizing bath. If the non-adhering precipitate formed by cementation in the subsequent plating baths is broken down, for example as a result of the movement of the articles or / and the bath, the precipitated metal is likewise partially re-incorporated into the layer to be deposited. It causes significant defects, pores, roughness and / or elevations. Such metal crumbs can only be removed by very intensive filtering. In principle, the entry of foreign substances into the subsequent plating bath will result in process disruptions, losses in quality, additional costs and / or additional expenditure, regardless of whether the foreign substances are present as ions, as metallic crumbs and / or as thin skins.

Eine Sperrschicht dient dazu, Werkstücke jeglicher Teilegeometrie aus einem Grundwerkstoff mit niedrigem elektrochemischem Potenzial wie zum Beispiel aus Eisen, aus Zink, aus Zinn oder/und aus einer deren Legierungen zu beschichten, um Beizangriff und Zerstörung auf das Grundmaterial, Verschleppung von Fremdionen in das galvanische Bad, Verschmutzung der Nachfolgebäder, Sudabscheidung, nicht haftende, blasige oder porige Schichten sowie nachfolgende Beschichtungsfehler wie matte, graue oder schlierige Schichten zu vermeiden.A barrier layer is used to coat workpieces of any part geometry from a base material with a low electrochemical potential such as iron, zinc, tin or / and one of their alloys, to pickle attack and destruction on the base material, carryover of foreign ions in the galvanic Bad, contamination of the successor baths, Sudabscheidung, non-adherent, vapourous or porous layers and subsequent coating defects such as dull, gray or streaky layers to avoid.

Sperrschichten aus Kupfer oder Nickel vor dem weiteren galvanischen Behandeln sind grundsätzlich bekannt. Bäder, mit denen solche Sperrschichten hergestellt werden, werden vom Fachmann in der Praxis auch Anschlagbäder genannt.Barrier layers of copper or nickel prior to further galvanic treatment are known in principle. Baths with which such barrier layers are produced are also called stop baths by the person skilled in the art.

Bis heute wird für die Herstellung einer Sperrschicht in der industriellen Praxis entweder 1.) ein cyanidisches alkalisches, elektrolytisches Verkupferungsbad, 2.) ein alkalisches, Komplexbildner-haltiges elektrolytisches Verkupferungsbad oder 3.) ein saures elektrolytisches Nickel-Strike-Bad eingesetzt. Bevorzugt, in etwa mehr als 85% der Fälle, wird in der industriellen Praxis in Mitteleuropa ein cyanid-haltiges alkalisches elektrolytisches Verkupferungsbad 1.) verwendet. Auf die in diesen Bädern ausgebildete Kupfer- oder Nickelsperrschicht kann dann direkt mindestens ein Metallüberzug eines Metalls mit höherem Potenzial als dem Grundmaterial der ursprünglichen metallischen Oberfläche elektrolytisch aufgebracht werden. Das kann dann mindestens ein Metall- oder/und mindestens ein Legierungsüberzug sein wie z. B. auf Basis von Cu, Ni, Cd, Cr, Ag, Au, Rh oder/und Pt, der über eine Verkupferung, Vernickelung, Vercadmung Verchromung, Versilberung, Vergoldung, Rhodinierung oder/und Platinierung insbesondere aus sauren, Cyanid-freien und Reduktionsmittel-freien Elektrolyten elektrolytisch aufgebracht wird, z. B. als mindestens eine Glanz- oder/und als mindestens eine Dickschicht.To date, either 1.) a cyanide alkaline electrolytic copper plating bath, 2.) an alkaline complexing agent-containing electrolytic copper plating bath, or 3.) an acidic electrolytic nickel strike bath are used for the production of a barrier layer in industrial practice. Preferred, in in more than 85% of cases, cyanide-containing alkaline electrolytic copper plating bath 1) is used in industrial practice in Central Europe. At least one metal coating of a metal having a higher potential than the base material of the original metallic surface can then be applied electrolytically directly to the copper or nickel barrier layer formed in these baths. This can then be at least one metal or / and at least one alloy coating such. B. based on Cu, Ni, Cd, Cr, Ag, Au, Rh and / or Pt, the copper over a copper plating, nickel plating, Vercadmung chrome plating, silver plating, gold plating, rhodium plating or / and platination in particular from acidic, cyanide-free and Reductant-free electrolyte is applied electrolytically, z. B. as at least one gloss and / or at least one thick film.

Die Sperrschichten sollen eine hervorragende Haftung auf dem Grundmaterial des Substrats, eine hohe Duktilität sowie einen hohen Reinheitsgrad besitzen und porenfrei sein. Das gelingt jedoch bei einem Gehalt an Fremdstoffen im Bad nur teilweise. Außerdem soll mindestens eine nachfolgende Oberflächenbehandlung wie zum Beispiel ein Galvanisieren, ein Lackieren, ein Beschichten mit einem Pulverlack oder mit einem kathodischen Tauchlack (KTL) oder ein Fügen mit einem anderen Gegenstand in jeder Behandlungsstufe ermöglicht werden.The barrier layers should have excellent adhesion to the base material of the substrate, a high ductility and a high degree of purity and should be free of pores. However, this succeeds only partially in the case of a content of foreign substances in the bath. In addition, at least one subsequent surface treatment such as electroplating, painting, coating with a powder coating or with a cathodic dip coating (KTL) or joining with another object should be made possible in each treatment stage.

Eine erfindungsgemäße Sperrschicht aus Kupfer dient neben den zuvor allgemein beschriebenen Zwecken außerdem dazu, Werkstücke jeglicher Teilegeometrie und gegebenenfalls auch mit Einschnitten und Hinterstichen aus einem Grundwerkstoff mit niedrigem elektrochemischem Potenzial wie zum Beispiel aus Eisen oder/und aus Zink oder/und aus einer deren Legierungen, umweltfreundlich, stromlos und qualitativ hochwertig sowie kostengünstig, effektiv und schnell gegenüber dem entsprechenden Prozess des Standes der Technik zu beschichten.In addition to the purposes generally described above, a copper barrier according to the invention also serves workpieces of any part geometry and possibly also with cuts and backstitches of a base material having a low electrochemical potential, such as iron and / or zinc and / or one of their alloys, Environmentally friendly, de-energized and high quality and cost-effective, effective and fast to coat the corresponding process of the prior art.

Beim Aufbringen einer Sperrschicht und beim Verhindern einer Sudabscheidung ist es daher heute immer noch notwendig und auch vor einer Weitergalvanisierung notwendig, Werkstücke, die aus einem Material mit einem sehr geringen Potenzial bestehen und insbesondere dekorativ oder technisch zu veredeln sind, zuerst elektrolytisch, d. h. unter Verwendung von Strom, mit einem Überzug aus einem cyanidischen alkalischen Elektrolyten 1.) oder selten stattdessen aus einem rein alkalischen Komplexbildnerhaltigen Bad 2.) zu beschichten. Da die Metallabscheidung aus einem Metall-Cyano-Komplex bei 1.) oder bei 2.) z. B. aus einem Phosphor-Komplex erfolgt, der außerordentlich hohe innermolekulare Bindungskräfte aufweist, wird eine Sudabscheidung beim Eintauchen des zu beschichtenden Teils in das Bad vermieden. Unter Sud wird hierbei eine unkontrollierte stromlose Abscheidung von Kupfer, Nickel oder/und anderen Metallen durch Elektronenaustausch verstanden. Diese unkontrollierte stromlose oder außenstromlose Abscheidung ergibt üblicherweise nicht oder schlecht haftende Niederschläge, die pulverig, porös, grieselig (= rau, körnig und entfernbar) oder/und körnig sind.Therefore, when applying a barrier layer and preventing sedimentation, it is still necessary today, and even before further galvanization, to make workpieces that are made of a material having a very low potential and, in particular, decorative or technical, first electrolytically, d. H. using electricity, with a coating of a cyanide alkaline electrolyte 1.) or rarely instead of a bath of a purely alkaline complexing agent 2.) to coat. Since the metal deposition of a metal-cyano complex at 1.) or at 2.) z. B. from a phosphorus complex, which has extremely high internal molecular binding forces, a sedimentation is avoided when immersing the part to be coated in the bath. Under Sud here is an uncontrolled electroless deposition of copper, nickel and / or other metals understood by electron exchange. This uncontrolled electroless or electroless deposition usually gives no or poorly adhering precipitates which are powdery, porous, gritty (= rough, grainy and removable) and / or grainy.

Eine Konduktivschicht ist eine Schicht, welche zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eines Gegenstandes genutzt wird, als dieser von sich aus besitzt. So kann zum Beispiel eine dünne Kupferschicht aufgebracht auf einem Stahldraht dessen Kontakt- oder/und Leitungswiderstand um das bis zu 20-fache verringern. Einsatz findet diese zum Beispiel zur Verringerung des elektrischen Leitungswiderstandes bei der Schweißdrahtherstellung oder zur Verringerung des Kontaktwiderstandes in Steckverbindungen im Elektronikbereich.A conductive layer is a layer which is used to increase the electrical conductivity of an object, as it has on its own. For example, a thin layer of copper deposited on a steel wire can reduce its contact and / or line resistance by up to 20 times. This is used, for example, to reduce the electrical line resistance in the production of welding wire or to reduce the contact resistance in connectors in the electronics sector.

In sauren Kupferbädern zerfallen die Badbestandteile üblicherweise in die entsprechenden Ionen. Deswegen kann in sauren Kupferbädern ein Grundwerkstoff von elektronegativerem Potenzial als Kupfer nicht ohne Strom und auch nicht mit Strom verkupfert werden, da sich das edlere Metall als Sud in einer nichthaftenden Schicht auf dem Grundwerkstoff abscheidet. Eine im Sudverfahren abgeschiedene Kupferschicht ist nicht kommerziell einsetzbar.In acidic copper baths, the bath constituents usually decompose into the corresponding ions. Therefore, in acidic copper baths, a base material of more electronegative potential than copper can not be copper-plated without electricity and also not with electricity because the nobler metal precipitates as a brew in a non-adherent layer on the base material. A deposited by beating copper layer is not commercially applicable.

In cyanidischen alkalischen Kupferbädern wie in 1.) ist der Kupfercyanid-Komplex so stabil, dass er nicht in Ionen zerfällt. Daher kann ein Grundwerkstoff von elektronegativerem Potenzial als Kupfer nicht ohne Strom, jedoch in mehreren Verfahrensvarianten elektrolytisch verkupfert werden. Daher werden heute meistens elektrolytische Kupferbäder alkalisch cyanidisch zum Auftragen einer Sperrschicht oder Konduktivschicht eingesetzt.In cyanide alkaline copper baths as in 1.) the copper cyanide complex is so stable that it does not decompose into ions. Therefore, a base material of more electronegative potential than copper can not be electrolytically coppered without power, but in several process variants. For this reason, electrolytic copper baths are usually used in alkaline cyanide for applying a barrier layer or conductive layer.

Diese cyanidischen, alkalischen elektrolytischen Verfahren sind heute prozesssicher und beherrschbar. Ein elektrolytisches Beschichtungsverfahren erfordert immer einen höheren Aufwand als ein stromloses Beschichtungsverfahren. Sie sind aufgrund der Metallabscheidung unter hohem Stromverbrauch und aufgrund der Aufheizung des Elektrolyten auf oft 60 bis 85°C energetisch aufwändig. Cyanid-haltige Bäder sind hochgiftig, gefährlich und umweltunfreundlich. Sie benötigen deshalb eine gesonderte Abwasserführung und -behandlung sowie bestimmte Lagerbedingungen. Nicht selten sind hin und wieder auch tödliche Arbeitsunfälle aufgrund des Cyanid-Gehalts zu verzeichnen.These cyanidic, alkaline electrolytic processes are today process-reliable and manageable. An electrolytic coating process always requires more effort than an electroless plating process. They are due to the metal deposition under high power consumption and due to the heating of the electrolyte to often 60 to 85 ° C energetically consuming. Cyanide-containing baths are highly toxic, dangerous and environmentally unfriendly. You therefore need a separate sewage system and - treatment and certain storage conditions. It is not uncommon for fatal work-related accidents to occur occasionally due to the cyanide content.

Anstelle des hochgiftigen, gefährlichen und umweltunfreundlichen Cyanid-Komplexes wird immer wieder versucht, weniger schädliche Komplexbildner und Komplexe für Verkupferungsbäder einzusetzen. Schwache Komplexe wie z. B. ein Citrat-, Hydroxo-, Ammonium-, Acetat-, Phosphat- und Diphosphat-Komplex zerfallen in sauren und in alkalischen Lösungen. Starke Komplexe wie z. B. Ethylendiamintetraacetat (EDTA) sind in sauren und in alkalischen Lösungen stabil, sind aber wegen ihrer Abwassergefährdung umweltunfreundlich. Sie werden daher selten kommerziell genutzt.Instead of the highly toxic, dangerous and environmentally unfriendly cyanide complex, attempts are made repeatedly to use less harmful complexing agents and complexes for coppering baths. Weak complexes such. As a citrate, hydroxo, ammonium, acetate, phosphate and diphosphate complex disintegrate in acidic and in alkaline solutions. Strong complexes such. B. Ethylenediaminetetraacetat (EDTA) are stable in acidic and alkaline solutions, but are environmentally unfriendly because of their wastewater hazard. They are therefore rarely used commercially.

Im Folgenden sollen die wichtigsten hierbei eingesetzten Bäder und Beschichtungsverfahren des Standes der Technik beschrieben werden:

  • 1.) Cyanidische alkalische elektrolytische Verkupferung: Üblicherweise, in mehr als 85% der Fälle, werden diese Sperrschichten heute in der großindustriellen Praxis insbesondere für die Grundmaterialien Eisen, Zink oder/und deren Legierungen noch immer aus cyanidischen alkalischen Verkupferungselektrolyten aufgebracht. Deren wässerige Zusammensetzungen und Behandlungsbedingungen sind oft folgendermaßen: Das Verkupferungsbad enthält etwa 50 g/L CuCN, etwa 75 g/L NaCN, etwa 40 g/L NaOH und falls nötig glanzbildende Additive, aber üblicherweise keine Reduktionsmittel und keine Säure. Sein pH-Wert liegt bei etwa 12. Es wird bei etwa 40°C und bei einer Stromdichte von etwa 1 A/dm2 über etwa 10 Minuten gearbeitet.
The most important baths and coating processes of the prior art used in this case are described below:
  • 1.) Cyanide Electrolytic Copper Plating: Usually, in more than 85% of cases, these barrier layers are still applied today from cyanide alkaline copper plating in large industrial practice, especially for the base materials iron, zinc and / or their alloys. Their aqueous compositions and treatment conditions are often as follows: The copper plating bath contains about 50 g / L CuCN, about 75 g / L NaCN, about 40 g / L NaOH and, if necessary, gloss-forming additives, but usually no reducing agents and no acid. Its pH is about 12. It is worked at about 40 ° C and at a current density of about 1 A / dm 2 for about 10 minutes.

Eine Metallabscheidung erfolgt nach folgenden Gleichungen: [Cu(CN)3]2- → [Cu(CN)] + 2CN [Cu(CN)] + e (von äußerer Stromquelle, Gleichrichter) → Cu + CN A metal deposition takes place according to the following equations: [Cu (CN) 3 ] 2 - → [Cu (CN)] + 2CN - [Cu (CN)] + e - (from external current source, rectifier) → Cu + CN -

Derartige Cyanid-haltige alkalische elektrolytische Verkupferungsbäder können aber auch zur Veränderung der technischen Eigenschaften eines Grundmaterials für bestimmte Verwendungszwecke genutzt werden, z. B. für die Herstellung einer Sperrschicht vor einem Nitrieren von Stahl oder für die Herstellung einer Schicht mit geringerem elektrischen Widerstand wie sie z. B. für ein konduktives Erwärmen von Werkstücken wie z. B. Schrauben benötigt wird. Als Vorteil ergibt sich dabei ein besserer Korrosionsschutz oder/und eine bessere elektrische Leitfähigkeit als das Grundmaterial von sich aus besitzt.Such cyanide-containing alkaline electrolytic copper plating baths can also be used to change the technical properties of a base material for certain uses, eg. B. for the production of a barrier layer before nitriding steel or for the production of a layer with lower electrical resistance as z. B. for a conductive heating of workpieces such. B. screws is needed. The advantage here is a better corrosion protection and / or a better electrical conductivity than the base material has on its own.

Nachteilig bei den Cyanid-haltigen Bädern ist auch, dass diese wegen ihrer Giftigkeit und Gefährlichkeit für Abwasser, Umwelt und Entsorgung problematisch sind. dass diese auf mindestens 50°C aufgeheizt werden müssen und dass die zur Metallabscheidung notwendigen Elektronen durch einen externen Gleichrichter (= energieintensiv) geliefert werden müssen.

  • 2.) Cyanid-freie, alkalische, elektrolytische Verkupferung: Cyanid-freie, alkalische Bäder sind nicht hochgiftig. In Cyanid-freien alkalischen Kupferbädern zerfallen die Badbestandteile üblicherweise ebenfalls nicht in die entsprechenden Ionen. Daher kann ein Grundwerkstoff von elektronegativerem Potenzial als Kupfer nicht stromlos, jedoch nur bei schwieriger Prozessführung und nach kritischer Vorbehandlung mit Strom verkupfert werden. Daher werden heute vereinzelt elektrolytische Kupferbäder alkalisch Cyanid-frei zum Auftragen einer Sperrschicht eingesetzt. Die Vorbehandlung des Grundmaterials sowie die Prozessführung sind deshalb jedoch wesentlich kritischer oder aufwändiger als bei 1.). Bisher ließen sich auch nicht alle Grundwerkstoffe damit behandeln. Auf die Vorbehandlung der Werkstücke ist größte Sorgfalt zu legen.
A disadvantage of the cyanide-containing baths is that they are problematic because of their toxicity and hazardousness for wastewater, the environment and disposal. that these must be heated to at least 50 ° C and that the electrons required for metal deposition must be supplied by an external rectifier (= energy-intensive).
  • 2.) Cyanide-free, alkaline, electrolytic copper plating: Cyanide-free, alkaline baths are not highly toxic. In cyanide-free alkaline copper baths, the bath components usually also do not decompose into the corresponding ions. Therefore, a base material of more electronegative potential than copper can not be de-energized, but can only be copper-plated with difficult process control and critical pretreatment. Therefore, nowadays electrolytic copper baths are occasionally used alkaline cyanide-free for the application of a barrier layer. However, the pretreatment of the base material as well as the process control are therefore much more critical or expensive than in 1.). So far, not all base materials could be treated with it. Great care should be taken in the pretreatment of the workpieces.

Deren wässerige Zusammensetzungen und Behandlungsbedingungen oft folgendermaßen sind: Das Verkupferungsbad enthält etwa 15 g/L Cu, etwa 50 g/L Pyrophosphat, bei Bedarf verdünnte KOH oder H3PO4 zur pH-Wertanpassung auf einen pH-Wert von etwa 9 und falls nötig glanzbildende Additive. Es kann manchmal frei von Reduktionsmittel, frei von Beizmittel oder/und frei von Säure sein. Es wird bei mindestens 60°C und bei etwa 1 A/dm2 Stromdichte über etwa 10 Minuten eingesetzt.Their aqueous compositions and treatment conditions are often as follows: The copper plating bath contains about 15 g / L Cu, about 50 g / L pyrophosphate, dilute KOH or H 3 PO 4 if necessary to adjust the pH to about 9 and if necessary gloss-forming additives. It may sometimes be free of reducing agent, free of pickling agent and / or free of acid. It is used at least 60 ° C and at about 1 A / dm 2 current density over about 10 minutes.

Nachteilig bei den Cyanid-freien, alkalischen, Komplexbildner-haltigen Bädern ist, dass ihre Prozessführung sehr kritisch ist, dass ihre Badparameter sehr eng einzuhalten sind, dass ihre Vorbehandlung sorgfältig auszuführen ist und dass ein Eintrag von Fremdstoffen kritisch ist. Falls Fremdstoffe als Verunreinigung in das Bad eingetragen werden, so scheiden sich diese in der abzuscheidenden Schicht mit ab und beeinträchtigen deren Qualität. Diese Sperrschichten können dann schlierig, grau, matt oder/und porös ausgebildet werden, sind jedoch dann nicht mehr unbedingt geschlossen, feinkristallin, porenfrei, duktil und gut haftend. Abhilfe könnte nur ein Verwurf oder Teilverwurf und Neuansatz des Bades schaffen. Außerdem können dann Teile aus Zinkdruckguß aufgrund deren schlechter Leitfähigkeit nicht im galvanischen Trommelverfahren, sondern nur im aufwändigen Gestellverfahren galvanisch beschichtet werden. Außerdem sind diese Bäder wiederum auf mindestens 60°C zu temperieren. Die zur Metallabscheidung notwendigen Elektronen bekommen sie ebenfalls durch einen externen Gleichrichter (= energieintensiv) geliefert.

  • 3.) Elektrolytisches, galvanisches Nickel-Strike-Bad: Für Werkstücke aus Eisen oder/und deren Legierungen werden heute auch sogenannte Nickel-Strike-Bäder zum Auftragen einer Sperrschicht verwendet.
A disadvantage of the cyanide-free, alkaline, complexing agent-containing baths is that their process management is very critical, that their bath parameters are to be kept very tight, that their pre-treatment has to be carried out carefully and that the input of foreign substances is critical. If foreign substances are introduced as an impurity in the bath, they are deposited in the layer to be deposited and impair their quality. These barrier layers can then be schlierig, gray, matte and / or porous, but then are no longer necessarily closed, fine crystalline, non-porous, ductile and well-adherent. Remedy could only create a Verwurf or Teilverwurf and new approach of the bath. In addition, then parts of zinc die casting due to their poor conductivity not in the galvanic drum process, but only galvanically coated in the elaborate frame method. In addition, these baths are again to temper at least 60 ° C. The electrons required for metal deposition are also supplied by an external rectifier (= energy-intensive).
  • 3.) Electrolytic, galvanic nickel strike bath: For workpieces made of iron and / or their alloys, so-called nickel strike baths are also used today to apply a barrier layer.

Seltener, in etwa 3% der Fälle, werden heute Nickel-Strike-Bäder für Sperrschichten in der industriellen Praxis, insbesondere für die Grundmaterialien Eisen oder deren Legierungen, eingesetzt. Deren wässerige Zusammensetzungen und Behandlungsbedingungen sind oft folgendermaßen:
Sie enthalten neben mindestens einer Nickelverbindung immer Säure und oft mindestens einen Glanzbildner. Sie enthalten gegebenenfalls z. B. NaCl als Beizverstärker oder/und falls nötig glanzbildende Additive. Sie sind üblicherweise frei von Laugen und Reduktionsmitteln. Sie arbeiten je nach Grundmaterial oft bei Konzentrationen von 200 bis 250 g/L NiCl2 und von etwa 200 g/L HCl bei pH-Werten kleiner 0,5 oder bei Konzentrationen von 200 bis 250 g/L NiCl2 und von etwa 40 g/L H3BO4 bei pH-Werten von etwa 4 bei etwa 40°C über etwa 5 Minuten.
Rarely, in about 3% of cases, nickel strike baths are used today for barrier layers in industrial practice, in particular for the basic materials iron or their alloys. Their aqueous compositions and treatment conditions are often as follows:
In addition to at least one nickel compound, they always contain acid and often at least one brightener. They may contain z. B. NaCl as pickling and / or if necessary gloss-forming additives. They are usually free of alkalis and reducing agents. Depending on the base material, they often operate at concentrations of 200 to 250 g / L NiCl 2 and from about 200 g / L HCl at pH values less than 0.5 or at concentrations of 200 to 250 g / L NiCl 2 and about 40 g / LH 3 BO 4 at pH's of about 4 at about 40 ° C for about 5 minutes.

Nachteilig bei solchen Nickel-Strike-Bädern ist, dass es hierbei durch den sehr hohen Anteil an Chlorid zu einem starken Beizangriff auf das Grundmaterial kommt, wobei dessen Versprödung kaum vermieden werden kann und wobei es teilweise sogar zur Zerstörung des Grundmaterials kommt. Außerdem wirkt sich die starke Korrosionswirkung der Chloride auf die gesamte Anlage und das gesamte Gebäude aus. Die alternativ vereinzelt eingesetzten Sulfamat-Anschlagbäder verringern die hochgradige Korrosion in der Umgebung der Bäder durch den geringeren Chloridgehalt ein wenig, können die Korrosion jedoch nicht vollständig verhindern. Außerdem ist es zwingend erforderlich, die Gase oberhalb der Bäder aufgrund der Möglichkeit einer Chlorgasbildung abzusaugen. Die Bäder sind aufgrund der eingeschleppten Fremdstoffe, gegebenenfalls einschließlich Fremdionen, kontinuierlich z. B. durch Filtern zur Beseitigung von Fremdstoffen wie Metallpartikeln zu reinigen. Durch den Beizangriff auf das Grundmaterial werden Fremdstoffe eingetragen. Hierbei wird bei diesen Bädern zeitweilig auch mit niedrigeren elektrischen Strömen als für die Abscheidung des edlen Metalls erforderlich selektiv gearbeitet, um die gelösten Fremdstoffe einschließlich Fremdionen auf dem zu beschichtenden Gegenstand abzuscheiden und um das Bad dadurch zu reinigen. Alternativ ist ein verschmutztes Bad zu verwerfen.

  • 4.) Mit einer sauren Glanz- oder Dickverkupferung kann zwar keine Sperrschicht erzeugt werden, sie wird jedoch genutzt, um hochwertige Kupferschichten zu bilden: Sie wird seit langem in der Galvanotechnik insbesondere für die Herstellung von dekorativen oder/und galvanoplastischen Beschichtungen verwendet. Werkstücke aus einem Grundmaterial mit elektronegativerem Potenzial als Kupfer ohne Sperrschicht können aufgrund der einsetzenden Sudabscheidung darin jedoch nicht behandelt werden.
A disadvantage of such nickel strike baths is that it comes here by the very high proportion of chloride to a strong pickling attack on the base material, whereby its embrittlement can hardly be avoided and where it sometimes comes even to the destruction of the base material. In addition, the strong corrosive effect of chlorides on the entire system and the entire building has an effect. The sulfamate stop baths, which are sometimes used separately, reduce the high level of corrosion around the baths a little because of the lower chloride content, but they can not completely prevent the corrosion. In addition, it is imperative to extract the gases above the baths due to the possibility of chlorine gas formation. The baths are due to the entrained foreign substances, optionally including foreign ions, continuously z. B. by filtering to remove foreign substances such as metal particles to clean. By the pickling attack on the base material foreign substances are registered. In this case, in these baths, it is also necessary to operate selectively with lower electric currents than required for the deposition of the noble metal in order to deposit the dissolved foreign substances, including foreign ions, on the object to be coated and to thereby clean the bath. Alternatively, discard a dirty bathroom.
  • 4.) Although it is not possible to produce a barrier layer with acidic or thick copper plating, it is used to form high-grade copper layers. It has long been used in electroplating, in particular for the production of decorative and / or electroformed coatings. However, workpieces made of a base material with a more electronegative potential than copper without a barrier layer can not be treated due to the onset of sedimentation.

Eine Glanzvernickelung kann nur elektrolytisch in einem sauren Bad erfolgen. Eine Glanzverkupferung kann nur elektrolytisch in einem sauren Bad wirtschaftlich erfolgen. Als wesentlich unwirtschaftlichere Alternative hierzu könnte eine cyanidische alkalische elektrolytische Verkupferung 1.) dienen. Die hiermit verkupferten Gegenstände müssen jedoch danach von Hand oder maschinell poliert werden, um den erforderlichen Glanz zu erreichen. Als noch unwirtschaftlichere Alternative könnte ein Cyanid-freies, alkalisches, Komplexbildner-haltiges Verkupferungsbad 2.) dienen, bei dem die Gegenstände ebenfalls anschließend poliert werden müssen. Schließlich noch unwirtschaftlicher wäre eine chemische Verkupferung aufgrund der notwendigen hohen Arbeitstemperatur, der hohen Kosten für die erforderlichen, hochreinen Chemikalien, deren Entsorgungsproblematik, deren kritischer Handhabung und Prozessführung, der sehr langsamen Abscheidungsgeschwindigkeit sowie des geringen Duktilitäts- und Glanzgrades der Kupferschichten.A bright nickel plating can only be done electrolytically in an acidic bath. A Glanzverkupferung can only be done electrolytically in an acidic bath economically. As a much more uneconomical alternative to this could be a cyanide alkaline electrolytic copper plating 1.) serve. However, the coppered articles must then be polished by hand or by machine to achieve the required gloss. As an even less economical alternative could be a cyanide-free, alkaline, complexing agent-containing copper plating 2.) serve, in which the objects must also be polished afterwards. Finally, even more uneconomical would be a chemical copper plating due to the necessary high working temperature, the high cost of the necessary, high-purity chemicals, their disposal problems, their critical handling and litigation, the very slow deposition rate and the low ductility and gloss level of the copper layers.

Eine Dickverkupferung oder Dickvernickelung kann nur elektrolytisch in einem sauren Bad wirtschaftlich erfolgen. Als wesentlich unwirtschaftlichere Alternative könnte eine chemische Dickvernickelung dienen, die jedoch eine deutlich langsamere Abscheidungsgeschwindigkeit, sehr lange Behandlungszeiten sowie sehr hohe Kosten für deren komplizierte Abwasserbehandlung sowie für den nötige hochreine Chemikalien benötigt.A Dickverkupferung or thick nickel plating can be done only electrolytically in an acidic bath economically. As a much more uneconomical alternative could serve a chemical Dickvernickelung, however, requires a much slower deposition rate, very long treatment times and very high costs for their complicated wastewater treatment and for the necessary high-purity chemicals.

Bei mit einer elektrolytisch hergestellten Sperrschicht beschichteten Werkstücken ergibt sich dabei ein besserer Korrosionsschutz, eine bessere elektrische Leitfähigkeit oder/und ästhetische und visuell bessere Schichten als das Grundmaterial von sich aus besitzt. Weitere Vorteile saurer elektrolytischer Kupferbäder sind hochglänzende duktile, feinporige Beschichtungen, die gute Deckfähigkeit und Metallverteilung aufweisen sowie die hohe Abscheidungsgeschwindigkeit und der hohe Wirkungsgrad. Sie sind deshalb den alkalischen, cyanidfreien, Komplexbildner-haltigen Verkupferungsbädern oder/und den cyanidischen Verkupferungsbädern oder/und Nickel-Strike-Bädern bei vorhandener Sperrschicht auf Werkstoffen mit unedlerem Potenzial deutlich vorzuziehen.In the case of workpieces coated with an electrolytically produced barrier layer, this results in better corrosion protection, better electrical conductivity and / or esthetically and visually better layers than the base material itself has. Further advantages of acidic electrolytic copper baths are high-gloss ductile, fine-pored coatings, which have good hiding power and metal distribution, as well as the high deposition rate and high efficiency. They are therefore clearly preferable to the alkaline, cyanide-free, complexing agent-containing copper plating baths and / or the cyanide copper plating baths and / or nickel strike baths with existing barrier layer on materials with less noble potential.

Nachteilig bei solchen Glanzverkupferungen ist nach wie vor, dass Grundwerkstoffe aus Metallen und Legierungen mit elektronegativerem Potenzial als Kupfer wie zum Beispiel Eisen, Stahl, Zink, Zinn oder Zinkdruckguss nicht direkt in diesen Bädern beschichtet werden können, denn sie müssen zuvor mit einer Sperrschicht versehen werden. A disadvantage of such Glanzverkupferungen is still that base metals and alloys with electronegativerem potential as copper such as iron, steel, zinc, tin or zinc die casting can not be coated directly in these baths, because they must be previously provided with a barrier layer ,

Nachteilig ist bei allen vier oben beschriebenen Varianten, dass zum Auftragen der notwendigen Sperrschicht nach einer der Varianten 1.) bis 3.) sowie anschließend im Glanz- oder Dickkupferbad 4.) zur Metallabscheidung Strom notwendig ist: Je nach Verfahren, Anwendung und Grundmaterial werden etwa zwischen 0,5 und 5 A/dm2 Stromdichte genutzt, ausnahmsweise auch bis zu 50 A/dm2. Für ein Glanz- oder Dicknickelbad beträgt die Stromdichte meistens etwa 2 bis 5 A/dm2. Für eine oft zusätzlich eingesetzte Vercadmung, Verchromung, Versilberung, Vergoldung, Rhodinierung oder/und Platinierung liegt die Stromdichte etwa, je nach Verfahren, im Bereich von 1 bis 10 A/dm2. Außerdem sind jeweils Behandlungszeiten zwischen 5 und 30 Minuten nötig. Daher werden diese Sperrschichten wie unter den Varianten 1.) bis 3.) beschrieben, nach einem vergleichsweise aufwändigen, energieaufwändigen und langsamen sowie oft nach einem sehr umweltunfreundlichen Verfahren hergestellt.A disadvantage of all four variants described above, that for applying the necessary barrier layer according to one of the variants 1.) to 3.) and then in the glossy or thick copper 4.) for metal deposition power is necessary: Depending on the method, application and base material approximately between 0.5 and 5 A / dm 2 current density used, exceptionally up to 50 A / dm 2 . For a gloss or thick nickel bath, the current density is usually about 2 to 5 A / dm 2 . For an often additionally used Vercadmung, chrome plating, silver plating, gold plating, rhodium plating or / and Platinierung the current density is about, depending on the method, in the range of 1 to 10 A / dm second In addition, treatment times between 5 and 30 minutes are needed. Therefore, these barrier layers are as described under the variants 1) to 3), produced by a comparatively complex, energy-consuming and slow and often after a very environmentally unfriendly process.

Ein heute immer noch üblicher Verfahrensgang bei der galvanischen Behandlung insbesondere von Stahl-, Zink- oder/und Zinkdruckguss-Teilen ist der folgende:

  • a) Heißentfetten in wässeriger Lösung von 10 g/L NaOH, 30 g/L Natriumpyrophosphat und 5 g/L Netzmittel bei 60–95°C über 5–10 Minuten,
  • b) Kaskadenspülen in VE-Wasser,
  • c) Beizen je nach Anwendung und Grundmaterial – Eisenteile: 15%ige HCl und 1 g/L Netzmittel, ohne Beizinhibitor, bei Raumtemperatur über 5–15 Minuten, Zinkteile: 3%ige HF und 1 g/L Netzmittel, ohne Beizinhibitor, bei Raumtemperatur über 5–60 Sekunden,
  • d) Kaskadenspülen in VE-Wasser,
  • e) Elektrolytisches Entfetten mit kathodischer Schaltung des Gegenstandes: 10 g/L KOH, 30 g/L Natriumsilicat, 10 g/L Pyrophosphat und 1 g/L Netz-Mittel bei 0,5–2 A/dm2, 1–5 V und 15–60°C über 0,5–5 Minuten,
  • f) Kaskadenspülen in VE-Wasser,
  • g) Cyanidisches Verkupfern in wässeriger Lösung bei 0,3–1,5 A/dm2, 1–3 V, 60°C, Wirkungsgrad des Stroms η 70% und max. 0,3 μm/min über 5–15 Minuten mit: 50 g/L CuCN, 50 g/L NaCN, 40 g/L NaOH, 1 g/L Netzmittel, 3 g/L Glanzbildner oder Alkalisches Verkupfern in wässeriger Lösung bei 0,1–1,0 A/dm2, 15–20 V, 60°C, Wirkungsgrad des Stroms η 90% und max. 0,25 μm/min über 5–15 Minuten mit: 15 g/L Cu, 50 g/L Pyrophosphat, 1 g/L Netzmittel, 3 g/L Glanzbildner und bei Bedarf verdünnter KOH oder verdünnter H3PO4 zur pH-Wert-Anpassung auf pH-Werte im Bereich von 8,5 bis 9,5,
  • h) Kaskadenspülen in VE-Wasser.
A process still common today in the galvanic treatment, in particular of steel, zinc and / or zinc die-cast parts, is the following:
  • a) hot degreasing in aqueous solution of 10 g / L NaOH, 30 g / L sodium pyrophosphate and 5 g / L wetting agent at 60-95 ° C for 5-10 minutes,
  • b) cascade rinsing in demineralised water,
  • c) pickling depending on application and base material - iron parts: 15% HCl and 1 g / L wetting agent, without pickling inhibitor, at room temperature for 5-15 minutes, zinc parts: 3% HF and 1 g / L wetting agent, without pickling inhibitor Room temperature over 5-60 seconds,
  • d) cascade rinsing in demineralised water,
  • e) Electrolytic degreasing with cathodic switching of the article: 10 g / L KOH, 30 g / L sodium silicate, 10 g / L pyrophosphate and 1 g / L wetting agent at 0.5-2 A / dm 2 , 1-5 V and 15-60 ° C over 0.5-5 minutes,
  • f) cascade rinsing in demineralised water,
  • g) cyanide copper plating in aqueous solution at 0.3-1.5 A / dm 2 , 1-3 V, 60 ° C, efficiency of the current η 70% and max. 0.3 μm / min for 5-15 minutes with: 50 g / L CuCN, 50 g / L NaCN, 40 g / L NaOH, 1 g / L wetting agent, 3 g / L brightener or alkaline copper plating in aqueous solution at 0 , 1-1.0 A / dm 2 , 15-20 V, 60 ° C, efficiency of the current η 90% and max. 0.25 μm / min for 5-15 minutes with: 15 g / L Cu, 50 g / L pyrophosphate, 1 g / L wetting agent, 3 g / L brightener and if necessary diluted KOH or diluted H 3 PO 4 for pH Value adjustment to pH values in the range of 8.5 to 9.5,
  • h) cascade rinsing in deionised water.

Mit diesem Behandlungsgang können alle Arten Werkstücke und dabei auch alle Grundmaterialien auf Basis von Eisen-, Zink-Werkstoffen oder/und Zinn verkupfert werden.With this treatment, all kinds of workpieces and also all base materials based on iron, zinc materials and / or tin can be copper-plated.

In der Regel werden diese anschlagverkupferten Werkstücke danach sauer glanzverkupfert oder sauer dickverkupfert. Eine Glanzverkupferung weist üblicherweise eine Schichtdicke im Bereich von 5 bis 50 μm auf. Sie kann elektrolytisch, aber in der industriellen Praxis nicht ohne Strom in geeigneter Qualität aufgebracht werden. Eine Dickverkupferung kann eine Schichtdicke im Bereich von mehr als 50 μm bis etwa 5 mm aufweisen, kann aber u. U. mehrere Wochen elektrolytischer oder außenstromloser (= chemischer) Kupferabscheidung bedingen. Werkstücke mit einer komplizierten Geometrie des zu behandelnden Teiles werden selten in einem stromlosen Tauchbad wie z. B. in DE 20 26 698 A1 noch einmal zwischenbehandelt, um nach einer elektrolytischen cyanidischen Verkupferung anschließend eine Glanz- oder Dickschicht aufzutragen. Jedoch ist auch in den dort beschriebenen Plattierungsbädern immer ein starker Komplexbildner wie z. B. Cyanid, Gluconat oder Ethylendiamintetraacetat (EDTA) mit entsprechender Umwelt-, Toxizitäts-, Abwasserbehandlungs- und Aufbereitungsproblematik von Nöten. Beispiele für solche Komplexbildner sind Amine und Carbonsäuren wie z. B. Gluconsäure, Milchsäure, Weinsäure sowie deren Derivate wie z. B. Natriumgluconat, Rochelle-Salze, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Diethanolglyoxim, Ethylendiamintetraessigsäure, Lactonitril, Ethylendinitrilotetra-Essigsaure (EDTA), Hydroxyethylethylendiamintri-Essigsäure (HEDTA), Diethylentrinitrilopenta-Essigsäure (DTPA), Nitrilotri-Essigsäure (NTA), Triethanolamin, Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin (THPED), Pentahydroxypropyldiethylentriamin und deren Derivate. Deren Abwasserbehandlung ist sehr problematisch. Alternative zu einem elektrolytischen Galvanisierbad könnte ein stromloses Tauchbad oder aber auch ein außenstromloses Beschichtungsbad sein. Vorzugsweise sollte eine Verkupferungslösung insbesondere zur Ausbildung einer Sperrschicht frei von starken Komplexbildnern oder frei von Komplexbildnern, frei von toxischen Inhaltsstoffen, ohne externe elektrische Energie für Metallabscheidung und Badheizung sowie ohne bedenkliche Abwasserbehandlung sein.As a rule, these impact-brazed workpieces are then acid-coated or sour-coated thick. A bright copper plating usually has a layer thickness in the range of 5 to 50 microns. It can be applied electrolytically, but in industrial practice without electricity of suitable quality. A thick copper plating may have a layer thickness in the range of more than 50 microns to about 5 mm, but may u. U. several weeks electrolytic or electroless (= chemical) copper deposition condition. Workpieces with a complicated geometry of the part to be treated are rarely in an electroless dip such. In DE 20 26 698 A1 then treated again to subsequently apply a gloss or thick layer after an electrolytic cyanide copper plating. However, in the plating baths described there is always a strong complexing agent such. As cyanide, gluconate or ethylenediaminetetraacetate (EDTA) with appropriate environmental, Toxizitäts-, Abwasserbehandlungs- and treatment problems of needs. Examples of such complexing agents are amines and carboxylic acids such. As gluconic acid, lactic acid, tartaric acid and derivatives thereof such. Sodium gluconate, Rochelle salts, ethylenediamine, diethylenetriamine, diethanolglyoxime, ethylenediaminetetraacetic acid, lactonitrile, ethylenedinitrilotetra-acetic acid (EDTA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), diethylenetrinitrilopenta-acetic acid (DTPA), nitrilotriacetic acid (NTA), triethanolamine, tetrakis ( 2-hydroxypropyl) ethylenediamine (THPED), pentahydroxypropyldiethylenetriamine and their derivatives. Their wastewater treatment is very problematic. An alternative to an electrolytic plating bath could be an electroless plating bath or else an electroless plating bath. Preferably, a copper plating solution, in particular for the formation of a barrier layer should be free of strong complexing agents or free of complexing agents, free of toxic ingredients, without external electrical energy for metal separation and bath heating, and without questionable wastewater treatment.

DE 20 26 698 A1 lehrt einen Herstellungsgang mit

  • a) 1. Kupferschicht elektrolytisch mit Cyanid,
  • b) Spülen,
  • c) 2. Kupferschicht hergestellt im stromlosen alkalischen Tauchbad, mit Cyanid oder mit einem anderen starken Komplexbildner,
  • d) Spülen und
  • e) Weitergalvanisieren.
DE 20 26 698 A1 teaches a production process
  • a) 1. Copper layer electrolytically with cyanide,
  • b) rinsing,
  • c) 2. copper layer produced in an electroless alkaline immersion bath, with cyanide or with another strong complexing agent,
  • d) rinse and
  • e) Continue to galvanize.

Im Vergleich hierzu werden bei der vorliegenden Erfindung hingegen die Prozessschritte a), b) und c) durch eine stromlose Cyanid-freie Verkupferung ersetzt.In contrast, in the present invention, by contrast, the process steps a), b) and c) are replaced by an electroless cyanide-free copper plating.

Da die in dem in DE 20 26 698 A1 beschriebenen stromlosen Tauchbad erzielten Niederschläge immer noch relativ porös sind, da die bisher bekannten Elektrolyte im alkalischen pH-Wertbereich sehr empfindlich gegenüber einer ungenügenden Teilereinigung sowie gegen Badverunreinigungen reagieren und da zu Haftungszwecken immer noch zusätzlich ein galvanisches, alkalisches, cyanidisches oder ein andersartiges alkalisches Vorbad als Anschlagbad notwendig ist und nur bei Teilen mit schwierigen Teilegeometrien eine Verbesserung im Vergleich zu einer Behandlung in einem cyanidischen, elektrolytischen Kupferbad ohne Tauchbadzwischenbehandlung festgestellt wird, fanden die dort beschriebenen Tauchbäder keinen größeren Einsatz. Deshalb ist auch in Fach- und Lehrbüchern sehr wenig oder nichts über stromlose Tauchbäder beschrieben.Since the in the in DE 20 26 698 A1 precipitation still obtained are relatively porous, since the previously known electrolytes in the alkaline pH range are very sensitive to inadequate parts cleaning and Badverunreinigungen and there for adhesion purposes still in addition a galvanic, alkaline, cyanide or a different alkaline prebath than Slip is necessary and only in parts with difficult part geometries an improvement compared to a treatment in a cyanide, electrolytic copper bath is detected without dip intermediate treatment, found the dip baths described there no greater use. Therefore, in textbooks and very little or nothing is described about electroless dip baths.

Eine stromlose Metallabscheidung erfolgt, wenn kein weiteres Reduktionsmittel der Lösung zugegeben wurde, durch Zementation bzw. durch Sudabscheidung. Das Abscheidungsprinzip basiert auf der Grundlage der Spannungsreihe der Metalle, wobei die zur Reduktion und der damit verbundenen Abscheidung benötigten Elektronen des edleren Metalls vom unedleren Metall durch einen Oxidationsvorgang geliefert werden.Electroless metal deposition occurs when no further reducing agent is added to the solution by cementation or by flash precipitation. The deposition principle is based on the series of metals, whereby the electrons of the nobler metal required for the reduction and the concomitant deposition are supplied by the more noble metal through an oxidation process.

Wie aus N. Kanani: Kupferschichten: Abscheidung, Eigenschaften, Anwendungen, Eugen-G.-Leuze-Verlag Bad Saulgau 2000, S. 73/74 entnommen werden kann, ist es bis heute nicht möglich, Werkstücke aus den Grundmaterialien Eisen, Zink oder/und deren Legierungen direkt mit einem Kupferüberzug aus sauren Glanz- oder/und Dickschichtkupferbad zu versehen. Deshalb ist es heute immer noch nötig, Werkstücke z. B. aus den Grundmaterialien Eisen, Zink oder/und deren Legierungen mit einer Sperrschicht zu versehen, damit ein Kontakt zwischen der Badlösung und dem Werkstück vermieden werden kann. Üblicherweise werden hierzu je nach Grundmaterial entweder 1.) ein cyanidisches alkalisches, elektrolytisches Verkupferungsbad, 2.) ein alkalisches, Komplexbildner-haltiges elektrolytisches Verkupferungsbad oder 3.) ein saures elektrolytisches Nickel-Strike-Bad eingesetzt.How out N. Kanani: Copper layers: deposition, properties, applications, Eugen-G.-Leuze-Verlag Bad Saulgau 2000, p. 73/74 can be removed, it is still not possible to provide workpieces made of the basic materials iron, zinc and / or their alloys directly with a copper coating of acidic glossy and / or thick-film copper. Therefore, it is still necessary today, workpieces z. B. from the base materials iron, zinc and / or their alloys with a barrier layer, so that contact between the bath solution and the workpiece can be avoided. Usually, depending on the base material, either 1.) a cyanide alkaline electrolytic copper plating bath, 2.) an alkaline complexing agent-containing electrolytic copper plating bath, or 3.) an acidic electrolytic nickel strike bath are used.

Ohne Sperrschicht wird ein saures Bad wie z. B. ein saures Verkupferungs- oder Vernickelungsbad einen störenden Beizangriff auf die saubere oder gesäuberte metallische Oberfläche auf Basis von Eisen oder/und Zink ausüben, wobei dann auch immer beim Eintauchen eines unedleren Metalls in die Lösung eines edleren Metalls eine Sudabscheidung erfolgt, weil dann insbesondere Eisen- oder/und Zink-Ionen aus dem zu beschichtenden Gegenstand herausgebeizt werden, in Lösung gehen und Elektronen dadurch freigesetzt werden, die dann wiederum von den Ionen des saures galvanischen Bades aufgenommen werden und eine Sudabscheidung bedingen.Without a barrier layer is an acidic bath such. B. an acidic copper plating or nickel plating a disturbing pickling attack on the clean or cleaned metallic surface based on iron and / or zinc exert, which then always occurs when immersing a less noble metal in the solution of a nobler metal a sedimentation, because then in particular Iron or / and zinc ions are leached out of the object to be coated, go into solution and electrons are released thereby, which in turn are taken up by the ions of the acid plating bath and cause a sedimentation.

Ziel jeder galvanischen (= mit Strom) Behandlung ist es, möglichst aus einer sauren wässerigen Lösung eine Deckschicht elektrolytisch auf dem metallischen Gegenstand aufzubringen, da der saure Elektrolyt im Vergleich zu einem alkalischen Elektrolyten erhebliche Vorteile in Bezug auf Abscheidungsgeschwindigkeit, Glanz, Metallverteilung, Deckfähigkeit, Porosität und Wirkungsgrad bietet. Saure Elektrolyte sind darüber hinaus gegenüber Verunreinigungen weniger empfindlich und stabiler einzusetzen als Cyanid-freie alkalische Elektrolyte. Denn alkalische Elektrolyte bedingen oft mehrere Nachteile.The aim of every galvanic (= with current) treatment is to electrolytically apply a cover layer from an acidic aqueous solution to the metallic object, since the acidic electrolyte has significant advantages in terms of deposition rate, gloss, metal distribution, opacity, compared to an alkaline electrolyte. Porosity and efficiency offers. In addition, acidic electrolytes are less sensitive and more stable to contamination than cyanide-free alkaline electrolytes. Because alkaline electrolytes often cause several disadvantages.

Daher werden Cyanid-freie alkalische galvanische Verfahren nur in seltenen Fällen eingesetzt, z. B. dann, wenn die Zahl der Bäder z. B. aus Platzgründen nicht für den Ausbau auf eine saure galvanische Behandlung ausreicht. Diese Bäder arbeiten dann bei pH-Werten von größer 10, wobei etliche Nachteile in Kauf genommen werden, wie z. B. Glanzgrad, Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und Fremdstoffen, langsamere Abscheidung und eine je nach Stromdichte schlechtere Metallverteilung und dementsprechend schlechtere Tiefenstreuung. Eine solche saure wässerige Lösung benötigt jedoch auf metallischen Oberflächen insbesondere von Eisen- und Zink-Werkstoffen eine Sperrschicht, um nicht mit der sauren wässerigen Lösung störende Verunreinigungen, Ionen und Elektronen aus dem metallischen Untergrund aufzunehmen und das elektrolytische Abscheidungsverfahren und die Qualität der galvanischen Deckschicht zu beeinträchtigen.Therefore, cyanide-free alkaline galvanic processes are used only in rare cases, eg. B. if the number of bathrooms z. B. for reasons of space not sufficient for expansion to an acidic galvanic treatment. These baths then work at pH values greater than 10, with several disadvantages to be taken into account, such. As gloss level, sensitivity to impurities and foreign substances, slower deposition and a worse depending on the current density metal distribution and accordingly inferior depth dispersion. However, such an acidic aqueous solution requires a barrier layer on metallic surfaces, especially of iron and zinc materials, so as not to interfere with the acidic aqueous solution to absorb interfering impurities, ions and electrons from the metallic substrate and to affect the electrolytic deposition process and the quality of the galvanic cover layer.

DE 39 14 180 02 offenbart Zusammensetzungen von außenstromlosen, chemischen Kupferbädern auf Basis von Kupfersulfat und Cyanid, die bei einem pH-Wert von mindestens 9,5 arbeiten und die zur Metallabscheidung notwendigen Elektronen aus einem Reduktionsmittel, meist Formaldehyd, geliefert bekommen. Außerdem enthält dieses Bad starke Komplexbildner wie zum Beispiel EDTA oder/und Cyanid. DE 39 14 180 02 discloses compositions of electroless copper sulphate and cyanide based copper baths which operate at a pH of at least 9.5 and which receive the electrons necessary for metal deposition from a reducing agent, mostly formaldehyde. In addition, this bath contains strong complexing agents such as EDTA and / or cyanide.

DE 15 21 200 A1 beschreibt alkalische außenstromlose Nickelbäder, die bei einem pH-Wert von wenigstens 8,5 arbeiten und die zur Metallabscheidung notwendigen Elektronen aus dem Reduktionsmittel Natriumhypophosphit erhalten. Außerdem enthalten diese Bäder Stabilisierungsmittel wie zum Beispiel Natriumcitrat oder/und Ammoniumchlorid. DE 15 21 200 A1 describes alkaline electroless nickel baths which operate at a pH of at least 8.5 and which receive the electrons necessary for metal deposition from the reducing agent sodium hypophosphite. In addition, these baths contain stabilizing agents such as sodium citrate and / or ammonium chloride.

US 3,715,793 offenbart außenstromlos und Cyanid-frei hergestellte Nickel-Dickfilme, die aus Lösungen mit einem pH-Wert von 3,5 oder 7,5 bis 9 bei etwa 55 bis 95°C oder mit einem pH-Wert von 7,5 bis 10 bei 40 bis 95°C abgeschieden werden. US 3,715,793 discloses off-current and cyanide-free nickel thick films prepared from solutions having a pH of 3.5 or 7.5 to 9 at about 55 to 95 ° C or at a pH of 7.5 to 10 at 40 be deposited to 95 ° C.

Nachteilig bei diesen außenstromlosen Verfahren ist, dass alle metallischen Gegenstände und auch die Fremdstoffe im Bad, ständig, solange sie sich in dem Bad befinden, beschichtet werden. Rein chemische, also außenstromlose Kupfer- und Nickelbäder, die die Metallabscheidung unter Zuhilfenahme eines starken Reduktionsmittels ermöglichen, haben sich aufgrund der notwendigen Arbeitstemperatur, den sehr hohen Kosten für die erforderlichen, hochreinen Chemikalien, deren Abwasser- und Entsorgungsproblematik, deren kritischen Handhabung und Prozessführung, des geringen Duktilitäts- und Glanzgrades sowie der sehr langsamen Abscheidungsgeschwindigkeit in der Praxis nicht stärker durchgesetzt.A disadvantage of these electroless methods is that all metallic objects and also the foreign substances in the bath, constantly, as long as they are in the bath, are coated. Purely chemical, ie electroless copper and nickel baths, which enable the metal deposition with the aid of a strong reducing agent, have due to the necessary working temperature, the very high cost of the required, high-purity chemicals, their wastewater and disposal problems, their critical handling and litigation, the low ductility and gloss level and the very slow deposition rate in practice not enforced stronger.

Bisher kann ein Werkstück aus Eisen-Werkstoffen einschließlich Stählen und Edelstählen nur haftfest und mit zur Weiterverarbeitung brauchbaren Schichten ohne Strom sauer verkupfert werden, wenn dem Bad mindestens ein starkes Reduktionsmittel wie z. B. Hypophosphit oder/und Pyrophosphit zugesetzt wird oder/und wenn vorab eine Sperrschicht aus einem cyanidischen, alkalischen elektrolytischen Kupferbad, aus einem cyanidfreien, alkalischen, Komplexbildner-haltigen elektrolytischen Kupferbad oder aus einem sauren Nickel-Strike-Bad abgeschieden wurde.So far, a workpiece made of iron materials, including steels and stainless steels only adherent and copper-plating with layers suitable for further processing without electricity, if the bath at least one strong reducing agent such. B. hypophosphite and / or pyrophosphite is added and / or if a barrier layer of a cyanide, alkaline electrolytic copper bath, a cyanide-free, alkaline, complexing agent-containing electrolytic copper bath or acidic nickel strike bath was previously deposited.

Bisher kann ein Werkstück aus Zink-Werkstoffen nicht haftfest und mit zur Weiterverarbeitung brauchbaren Schichten ohne Strom sauer verkupfert werden oder ohne Strom sauer oder alkalisch vernickelt werden, ohne dass dem Bad mindestens ein starkes Reduktionsmittel wie z. B. Hypophosphit oder/und Pyrophosphit zugesetzt wird oder/und ohne dass vorher eine Kupfersperrschicht aus einem cyanidischen alkalischen elektrolytischen Bad oder aus einem cyanidfreien, alkalischen, Komplexbildner-haltigen elektrolytischen Bad abgeschieden wurde.So far, a workpiece made of zinc materials are not adherent and copper-plating with no further usable for further processing without power or nickel-free acid or alkaline nickel-plated, without the bath at least one strong reducing agent such. As hypophosphite and / or pyrophosphite is added and / or without previously a copper barrier layer of a cyanide alkaline electrolytic bath or a cyanide-free, alkaline, complexing agent-containing electrolytic bath was deposited.

Bisher kann ein Werkstück aus Eisen- oder Zink-Werkstoffen nicht haftfest und mit zur Weiterverarbeitung brauchbaren Schichten ohne Strom alkalisch verkupfert oder ohne Strom alkalisch vernickelt werden, ohne dass dem Bad mindestens ein starkes Reduktionsmittel wie z. B. Hypophosphit oder/und Pyrophosphit zugesetzt wird.So far, a workpiece made of iron or zinc materials are not adherent and can be alkaline-copper-plated with current usable for further processing without power or nickel-plated without electricity, without the bath at least one strong reducing agent such. B. hypophosphite and / or pyrophosphite is added.

EP 1 495 157 B1 lehrt ein wässeriges, gefrier- und auftaustabiles Konzentrat zur Verkupferung auf Basis von basischem Kupfercarbonat und Komplexbildner(n). EP 1 495 157 B1 teaches an aqueous, freeze-thawing and thawing concentrate based on basic copper carbonate and complexing agent (s).

Es bestand die Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem eine Sperrschicht oder/und Konduktivschicht durch Verkupfern auf einfache, kostengünstige, umweltfreundliche und schnellere Weise insbesondere auf Eisen- und Zink-Werkstoffen aufgebracht werden kann.It was the task of proposing a method in which a barrier layer and / or conductive layer can be applied by coppering in a simple, cost-effective, environmentally friendly and faster manner, in particular on iron and zinc materials.

Es bestand die Aufgabe, Verfahren zur Beschichtung vorzuschlagen, bei denen Deckschichten wie z. B. Glanz- oder/und Dickschichten elektrolytisch aufgebracht werden, ohne dass vor dem Ausbilden der elektrolytischen Deckschicht(en) ein cyanidisches alkalisches Bad wie z. B. ein Vercadmungs-, Verkupferungs-, Vernickelungs- oder Verzinkungsbad oder ein außenstromloses Bad für die Ausbildung einer Sperrschicht verwendet wird.It was the task of proposing methods for coating, in which cover layers such. B. glossy and / or thick films are applied electrolytically, without prior to forming the electrolytic cover layer (s) a cyanide alkaline bath such. For example, a cadmium, copper plating, nickel plating or galvanizing bath or electroless bath is used to form a barrier layer.

Außerdem bestand die Aufgabe, Verfahren zur Beschichtung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig, schnell, qualitativ hochwertig und umweltfreundlich sind. Hierbei wäre es bevorzugt, Verfahren vorzuschlagen, die in breitem Umfang einfach und sicher anwendbar sind.In addition, the object was to propose methods of coating that are as cost-effective, fast, high quality and environmentally friendly. In doing so, it would be preferable to propose methods which are widely and easily applicable.

Es wurde jetzt überraschend gefunden, dass eine stromlose Verkupferung auch auf Eisen-, Zink- oder/und Zinn-Werkstücken einschließlich Werkstücken aus Stählen und Edelstählen problemlos, mit einem einfachen Verfahren und mit hoher Qualität der auszubildenden Sperrschicht möglich ist. Dieses Verfahren ist sogar überraschend einfach, kostengünstig, prozesssicher, schnell, umweltfreundlich und nicht toxisch. Es kann sogar frei von zugesetzten Reduktionsmitteln verwendet werden kann. It has now surprisingly been found that electroless copper plating is also possible without difficulty on iron, zinc or / and tin workpieces including workpieces made of steels and stainless steels, with a simple method and with high quality of the barrier layer to be formed. This process is even surprisingly simple, inexpensive, reliable, fast, environmentally friendly and non-toxic. It can even be used free of added reducing agents.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Behandeln einer metallischen Oberfläche eines Gegenstandes mit einer wässerigen Verkupferungslösung, bei dem auf sauberen metallischen Oberflächen des Gegenstandes oder nach einer Vorbehandlung auf gereinigten metallischen Oberflächen eine erste Verkupferungslösung, die Cyanid-frei ist und die frei ist von absichtlich zugesetztem starkem Reduktionsmittel, das ein Potenzial mit Werten von weniger als –0,6 V besitzt, oder die frei von absichtlich zugesetztem Reduktionsmittel ist, zur Ausbildung einer ersten Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht stromlos eingesetzt wird. Bei derartigen Prozessen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass z. B. durch Verschleppen von Reduktionsmittel aus einem anderen Prozessschritt oder/und Bereich innerhalb der Anlage oder/und aus der Luft eingetragen wird oder/und dass ein eingetragener Fremdstoff in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem Reduktionsmittel reagiert. Besonders bevorzugt ist die erste Verkupferungslösung hierbei Cyanid-frei und frei von starkem Reduktionsmittel, das ein Potenzial mit Werten von weniger als –0,6 V besitzt, oder sogar frei von Reduktionsmittel.The object is achieved with a method of treating a metallic surface of an article with an aqueous copper plating solution wherein on clean metallic surfaces of the article or after pretreatment on cleaned metallic surfaces a first copper plating solution which is free from cyanide and which is free from intentional added strong reducing agent having a potential with values of less than -0.6 V, or which is free from intentionally added reducing agent, is used for forming a first copper layer or copper alloy layer as a barrier layer and / or as a conductive layer without current. In such processes, however, can not be excluded that z. B. by entraining reductant from another process step and / or area within the plant and / or from the air is entered and / or that a registered foreign substance in the process according to the invention reacts to a reducing agent. More preferably, the first copper plating solution is cyanide-free and free of strong reducing agent having a potential of less than -0.6 V, or even free of reducing agent.

Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Oberflächen von Eisen, Zink, Zinn oder/und deren Legierungen verkupfert werden. Vorzugsweise wird ein Gegenstand aus einem Eisenwerkstoff, aus Zink oder/und aus einer Zinklegierung behandelt.In particular, metallic surfaces of iron, zinc, tin or / and their alloys can be copper-plated with the method according to the invention. Preferably, an article is treated from a ferrous material, zinc and / or a zinc alloy.

Vorzugsweise wird eine erste Verkupferungslösung Cyanid-frei stromlos für die Ausbildung einer Sperrschicht oder/und einer Konduktivschicht auf einer unedleren metallischen Oberfläche als Kupfer verwendet. Mit der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung, das heißt mit dem erfindungsgemäßen Verkupferungsbad, kann bei geeigneter chemischer Zusammensetzung des Bades, das heißt bei Gehalt an mindestens einem Legierungselement wie z. B. Zink oder/und Zinn, auch eine Kupferlegierungsschicht ausgebildet werden. Der Einfachheit halber wird im Folgenden dennoch nur von Kupferschicht und Verkupferung gesprochen, auch wenn eine Schicht einer Kupferlegierung ausgebildet wird. In diesem Sinn sollen Angaben wie z. B. „Nickel” bei den Bädern sowohl Nickel und Nickel mit Legierungselementen bzw. bei den Schichten Nickel und Nickellegierungen umfassen.Preferably, a first copper plating solution is used cyanide-free electrolessly for the formation of a barrier layer and / or a conductive layer on a less noble metallic surface than copper. With the copper plating solution according to the invention, that is, with the copper plating according to the invention, with suitable chemical composition of the bath, that is content of at least one alloying element such. As zinc and / or tin, and a copper alloy layer are formed. For the sake of simplicity, however, only copper layer and copper plating will be referred to below, even if a layer of a copper alloy is formed. In this sense, such as. For example, "nickel" in the baths include both nickel and nickel with alloying elements, and in the layers nickel and nickel alloys.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Gegenstand aus einem Eisenwerkstoff, aus Zink, aus einer Zinklegierung oder/und aus einem Zinnwerkstoff behandelt mit der Maßgabe, dass die erste Verkupferungslösung bei der Behandlung eines Gegenstands aus Eisen oder Stahl, gegebenenfalls mit Ausnahme von Edelstahl, keinen Komplexbildner enthält. Denn bei der Verkupferung von Edelstahl ist ein schwacher Komplexbildner besonders vorteilhaft.In a particularly preferred embodiment, an article of ferrous material, zinc, zinc alloy or / and a tin material is treated with the proviso that the first copper plating solution in the treatment of an article of iron or steel, optionally with the exception of stainless steel, no Contains complexing agent. For the coppering of stainless steel, a weak complexing agent is particularly advantageous.

Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Gegenstand mit einer Sperrschicht oder/und einer Konduktivschicht, die erfindungsgemäß hergestellt ist. Die Sperrschicht oder/und Konduktivschicht ist vorzugsweise völlig porenfrei.The object is also achieved with an article having a barrier layer and / or a conductive layer, which is produced according to the invention. The barrier layer and / or conductive layer is preferably completely free of pores.

Gegebenenfalls wird auf die stromlos aufgebrachte Sperrschicht oder/und Konduktivschicht auch mindestens eine galvanische Deckschicht z. B. auf Basis von Kupfer, Nickel oder einer ihrer Legierungen elektrolytisch aufgebracht.Optionally, at least one galvanic cover layer z. For example, on the electrolessly applied barrier layer and / or conductive layer. B. based on copper, nickel or one of their alloys electrolytically.

Insbesondere handelt es sich um die Verwendung eines Verfahrens zum Behandeln einer metallischen Oberfläche eines Gegenstandes mit einer erfindungsgemäßen wässerigen Verkupferungslösung oder/und erfindungsgemäß beschichtete Gegenstände zur stromlosen Ausbildung einer ersten Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht, vor allem auf Oberflächen von Eisen-Werkstoffen, Zink-Werkstoffen oder/und Zinn.In particular, it is the use of a method for treating a metallic surface of an article with an aqueous copper plating solution according to the invention and / or articles coated according to the invention for electroless formation of a first copper layer or copper alloy layer as a barrier layer and / or as a conductive layer, especially on surfaces of iron. Materials, zinc materials or / and tin.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Verkupferungslösung kann daher frei von starken Komplexbildnern wie z. B. Komplexbildnern oder/und Komplexen auf Basis von Cyanid, Diethylentriamin, Diethanolglyoxim, Ethylendiamin, Ethylendiamintetraessigsäure, Hydroxyethylethylendiamintri-Essigsäure (HEDTA), Diethylentrinitrilopenta-Essigsäure (DTPA), Gluconsäure, Lactonitril, Nitrilotri-Essigsäure (NTA), Rochelle-Salze, Triethanolamin, Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin (THPED), Pentahydroxypropyldiethylentriamin und deren Derivaten, insbesondere frei von Ethylendiamintetraacetat (EDTA) mit entsprechender Umwelt-, Toxizitäts-, Abwasserbehandlungs- oder/und Aufbereitungsproblematik, gehalten werden.The copper plating solution used according to the invention can therefore be free of strong complexing agents such. Complexing agents and / or complexes based on cyanide, diethylenetriamine, diethanolglyoxime, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), diethylenetrinitrilopenta-acetic acid (DTPA), gluconic acid, lactonitrile, nitrilotriacetic acid (NTA), Rochelle salts, triethanolamine , Tetrakis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine (THPED), Pentahydroxypropyldiethylentriamin and derivatives thereof, in particular free of ethylenediaminetetraacetate (EDTA) with appropriate environmental, Toxizitäts-, Abwasserbehandlungs- and / or treatment problems held.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Verkupferungslösung wird bevorzugt auch frei von schwachen Komplexbildnern wie z. B. Komplexbildnern oder/und Komplexen auf Basis von Milchsäure, Essigsäure, Weinsäure, Citronensäure und deren Derivaten und deren Gemischen gehalten. Dagegen stört ein umweltfreundlicher schwacher Komplexbildner wie auf Basis von Citronensäure, Milchsäure, Essigsäure, Weinsäure und/oder deren Derivaten nicht in erfindungsgemäßen Verkupferungslösungen und auch nicht bei der Entsorgung von Resten der Verkupferungslösung. Ein Zusatz von Citronensäure oder/und eines seiner Derivate wie eines Citrats wie z. B. Natriumcitrat, Kaliumcitrat oder/und Ammoniumcitrat kann insbesondere bei schwierig zu verkupfernden metallischen Oberflächen wie z. B. solchen aus Edelstahl von Vorteil sein, insbesondere in einem Gehalt des Bades im Bereich von 0,1 bis 120 g/L, von 1 bis 80 g/L, von 3 bis 60 g/L, von 6 bis 35 g/L oder von 12 bis 20 g/L. The copper plating solution used according to the invention is preferably also free of weak complexing agents such. As complexing agents and / or complexes based on lactic acid, acetic acid, tartaric acid, citric acid and derivatives thereof and mixtures thereof. In contrast, an environmentally friendly weak complexing agent such as based on citric acid, lactic acid, acetic acid, tartaric acid and / or derivatives thereof does not interfere with copper plating solutions of the invention nor with the disposal of copper plating solution residues. An addition of citric acid and / or one of its derivatives such as a citrate such. For example, sodium citrate, potassium citrate or / and ammonium citrate may be particularly difficult to be coppered metallic surfaces such. As those made of stainless steel be advantageous, especially in a content of the bath in the range of 0.1 to 120 g / L, from 1 to 80 g / L, from 3 to 60 g / L, from 6 to 35 g / L. or from 12 to 20 g / L.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Verkupferungslösung kann aber auch frei von starken Reduktionsmitteln gehalten werden, da diese auch umweltunfreundlich und abwassergefährdend und teilweise auch giftig sind. Denn Komplexbildner und starke Reduktionsmittel bedürfen einer zusätzlichen Behandlung im Abwasser. Vorzugsweise enthält die erste Verkupferungslösung keinen absichtlich zugesetzten Komplexbildner, besonders bevorzugt keinen Komplexbildner.However, the copper plating solution used according to the invention can also be kept free from strong reducing agents, since these are also environmentally unfriendly and hazardous to sewage and sometimes also toxic. Because complexing agents and strong reducing agents require additional treatment in wastewater. Preferably, the first coppering solution contains no intentionally added complexing agent, more preferably no complexing agent.

Da Sn2+-Ionen ein Potenzial von –0,14 V, da Fe2+-Ionen ein Potenzial von –0,44 V und da Zn2+-Ionen ein Potenzial von –0,76 V bezogen auf Messungen mit einer Standardwasserstoffelektrode aufweisen und obwohl unter anderem diese Ionen ebenfalls reduzierend wirken, werden diese Ionen hier nicht als Reduktionsmittel im Sinne dieser Definition angesehen. Zur Abgrenzung von schwächeren Reduktionsmitteln mit einem kleinen Potenzial, das etwa in der Größenordnung von +0,2 V oder von 0 V, also vergleichsweise großen Werten der Spannung, liegt, sollen die starken Reduktionsmittel nach dieser Definition ein Potenzial von –0,6 V oder noch geringeren negativen Werten der Spannung aufweisen, wie z. B. Werte im Bereich von –0,8 bis –1,8 V. Daher werden der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung entweder keine Reduktionsmittel oder keine starken Reduktionsmittel zugesetzt. Sondern die aus der metallischen Oberfläche herausgebeizten oder/und herausgelösten Ionen wie z. B. Fe2+, Sn2+, Zn2+ oder/und weitere Ionen z. B. aus Legierungsbestandteilen oder/und aus anderen metallischen Materialien der behandelten metallischen Oberfläche, die oft Werte im Bereich von –0,1 bis –3 V aufweisen, wirken ebenfalls wie ein Reduktionsmittel. Daher benötigt das erfindungsgemäße Verfahren einen Gehalt an derartigen Ionen, die auch durch Herausbeizen oder/und Herauslösen aus der metallischen Oberfläche zwangsläufig gewonnen werden und die reduzierend wirken. Daher benötigt die erfindungsgemäße Verkupferungslösung kein starkes Reduktionsmittel und insbesondere gar kein Reduktionsmittel, das/die absichtlich der Verkupferungslösung zugesetzt ist/sind. Vorzugsweise enthält die erste Verkupferungslösung kein zugesetztes Reduktionsmittel und keinen starken Komplexbildner mit Ausnahme der aus den Oberflächen herausgelösten oder/und herausgebeizten Ionen.Since Sn 2+ ions have a potential of -0.14 V, since Fe 2+ ions have a potential of -0.44 V and there Zn 2+ ions have a potential of -0.76 V based on measurements with a standard hydrogen electrode Although, inter alia, these ions also have a reducing effect, these ions are not considered as reducing agents in the sense of this definition. To distinguish weaker reducing agents with a small potential, which is on the order of +0.2 V or 0 V, ie comparatively large values of the voltage, the strong reducing agents according to this definition should have a potential of -0.6 V. or even lower negative values of the voltage such. Values in the range of -0.8 to -1.8 V. Therefore, either no reducing agents or no strong reducing agents are added to the copper plating solution of the present invention. But the herausgebizizten from the metallic surface and / or dissolved ions such. As Fe 2+ , Sn 2+ , Zn 2+ or / and other ions z. Example of alloying constituents and / or other metallic materials of the treated metallic surface, which often have values in the range of -0.1 to -3 V, also act as a reducing agent. Therefore, the inventive method requires a content of such ions, which are inevitably obtained by pickling and / or leaching out of the metallic surface and act reducing. Therefore, the copper plating solution of the present invention does not require a strong reducing agent, and particularly no reducing agent, which is intentionally added to the copper plating solution. Preferably, the first copper plating solution contains no added reducing agent and no strong complexing agent except for the ions leached from the surfaces and / or leached out.

Die aus der metallischen Oberfläche herausgebeizten oder/und herausgelösten Ionen wie z. B. Fe2+, Sn2+, Zn2+ oder/und weitere Ionen dienen als systemeigenes Reduktionsmittel. Denn die Oberfläche z. B. des Eisenwerkstoffs wird angebeizt, so dass die herausgebeizten oder/und herausgelösten z. B. Eisenionen als Reduktionsmittel wirken können. Daher arbeitet das erfindungsgemäße stromlos eingesetzte Verkupferungsbad zumindest sofort nach dem ersten Kontakt mit einem unedlen Metall bzw. Werkstoff mit Ionen wie z. B. Fe2+ in seiner Lösung. Bei Eisen-haltigen Oberflächen wird vorzugweise bei einem pH-Wert von weniger als 5, vorzugsweise von weniger als 3, besonders bevorzugt von weniger als 2 oder von weniger als 1 gearbeitet, um einen Beizangriff auf der metallischen Oberfläche zu ermöglichen. Bei Oberflächen von Zink oder/und anderen unedlen Metallen wird vorzugsweise im schwach sauren, im neutralen oder im alkalischen Bereich gearbeitet. Dann geht auch kein Zink durch Beizen aus der Zinkoberfläche in Lösung. Der pH-Wert für Zink-reiche Oberflächen liegt vorzugsweise bei mindestens 4, da sonst Zink angebeizt werden würde und da das sonst leicht zur Zerstörung des Grundmaterials führen könnte. Denn der Beizangriff auf Zink ist um ein Vielfaches stärker als bei Eisen. Bei pH-Werten im Bereich von 4 bis 8 und insbesondere von 6,5 bis 8 kann bei Zink-reichen Oberflächen gut gearbeitet werden, wobei Zink aufgrund des Potenzialunterschieds zwischen Zink und Kupfer in Lösung geht und nicht aufgrund des Beizangriffs. Die so gelösten Zinkionen oder/und Ionen von anderen unedlen Metallen, die herausgebeizt oder/und herausgelöst sind/wurden, wirken offenbar als systemeigenes Reduktionsmittel. Daher muss kein Reduktionsmittel zugesetzt werden. Das Mindestpotenzial des systemeigenen Reduktionsmittels liegt dabei für Eisen bei –0,44 V und für Zink bei –0,76V bei Messung mit einer Standardwasserstoffelektrode. Vorzugsweise enthält die erste Verkupferungslösung Ionen, die Werte des Potenzials im Bereich von –0,1 bis –2,5 V oder von –0,4 bis –2 V aufweisen.The herausgebeizten from the metallic surface and / or dissolved out ions such. As Fe 2+ , Sn 2+ , Zn 2+ or / and other ions serve as native reducing agent. Because the surface z. B. of the iron material is angeizizt, so that herausgebizizt or / and dissolved out z. B. iron ions can act as a reducing agent. Therefore, the invention used electroless copper plating operates at least immediately after the first contact with a base metal or material with ions such. B. Fe 2+ in its solution. For iron-containing surfaces, it is preferred to operate at a pH of less than 5, preferably less than 3, more preferably less than 2 or less than 1, to allow pickling on the metallic surface. In the case of surfaces of zinc and / or other base metals, preference is given to working in the weakly acidic, in the neutral or in the alkaline range. Then no zinc goes through pickling from the zinc surface in solution. The pH for zinc-rich surfaces is preferably at least 4, otherwise zinc would be seeded and otherwise it could easily lead to the destruction of the base material. Because the pickling attack on zinc is many times stronger than iron. At pHs in the range of 4 to 8, and more preferably 6.5 to 8, zinc-rich surfaces work well, with zinc going into solution because of the potential difference between zinc and copper, and not because of the pickle attack. The thus dissolved zinc ions and / or ions of other base metals that have been leached out and / or dissolved out, apparently act as native reducing agents. Therefore, no reducing agent needs to be added. The minimum potential of the native reducing agent is -0.44 V for iron and -0.76 V for zinc when measured with a standard hydrogen electrode. Preferably, the first copper plating solution contains ions having potential values in the range of -0.1 to -2.5V or -0.4 to -2V.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die erfindungsgemäß hergestellte Sperrschicht oder/und Konduktivschicht auch auf Eisen- und Zink-Werkstoffen einschließlich Edelstahl sowie auf Zinn auf einfache, kostengünstige, umweltfreundliche und schnellere Weise als nach Verfahren des Standes der Technik aufgebracht werden. Vorzugsweise weist dieses Verfahren keine aufwändigen zusätzlichen Verfahrensschritte wie z. B. ein notwendiges Elektropolieren oder ein notweniges elektrolytisches Entfetten auf.In the method according to the invention, the barrier layer and / or conductive layer produced according to the invention can also be based on iron and zinc materials including stainless steel and tin in a simple, cost-effective, environmentally friendly and faster manner than according to prior art methods be applied. Preferably, this method has no complicated additional process steps such. As a necessary electropolishing or a necessary electrolytic degreasing.

Als Schritte vor dem erfindungsgemäßen Verkupfern können bei Bedarf notwendig sein:

  • 1. Ein alkalisches oder pH-neutrales Heißentfetten, um z. B. Reste von Fett, Öl, Staub usw. zu entfernen, und danach Spülen mit Wasser.
  • 2. Ein Aktivieren der insbesondere oxidisch verunreinigten metallischen Oberfläche z. B. durch saures oder selten auch alkalisches Beizen oder/und durch mechanische Bearbeitung wie z. B. Läppen, Schleifen, Strahlen sowie durch anschließendes Spülen mit Wasser. Im Falle des alkalischen Beizens oder beim Weglassen jeder Art eines solchen Aktivierungsschritts ist ein Dekapieren mit einer stark verdünnten, leicht sauren wässerigen Flüssigkeit üblich.
When steps before the coppering according to the invention may be necessary if necessary:
  • 1. An alkaline or pH-neutral hot degreasing to z. B. remove residues of grease, oil, dust, etc., and then rinse with water.
  • 2. Activation of the particular oxidically contaminated metallic surface z. B. by acidic or rarely even alkaline pickling and / or by mechanical processing such. As lapping, grinding, blasting and by subsequent rinsing with water. In the case of alkaline pickling or omitting any kind of such activation step, pickling with a highly diluted, slightly acidic aqueous liquid is common.

Mit der erfindungsgemäßen Sperrschicht wird ein Beizangriff des nachfolgenden sauren galvanischen Bades auf dem Grundmaterial vermieden, da die Kupfersperrschicht von dem nachfolgenden galvanischen Bad nicht oder nicht wesentlich angegriffen wird. Die erfindungsgemäße Kupfersperrschicht oder/und Kupferkonduktivschicht besteht entweder nur aus Kupfer oder im Wesentlichen aus Kupfer, sowie gegebenenfalls aus einem geringen Gehalt an Legierungsbestandteilen für Kupfer, gegebenenfalls aus einem geringen Gehalt an Glanzbildnern, anderen Additiven oder/und geringen anderen zusätzlich aus der Verkupferungslösung in die Schicht eingebauten Bestandteilen.With the barrier layer according to the invention a pickling attack of the subsequent acidic electrodeposition bath is avoided on the base material, since the copper barrier layer is not or not materially attacked by the subsequent galvanic bath. The copper barrier layer or / and Kupferkonduktivschicht invention consists either only of copper or substantially copper, and optionally of a low content of alloying constituents for copper, optionally from a low content of brighteners, other additives and / or minor other addition of the copper plating in the Layer built-in components.

Die erfindungsgemäß verwendeten Verkupferungslösungen zur stromlosen Ausbildung einer Sperrschicht oder/und Konduktivschicht sind wässerige Zusammensetzungen, die bezüglich ihrer Konzentrationen und ihrer Zusätze in weitem Umfang schwanken können. Sie enthalten mindestens eine Kupferverbindung wie z. B. ein Kupfersulfathydrat. Der Kupfergehalt der Verkupferungslösung als Badlösung kann etwa im Bereich von 0,5 bis 120 g/L Cu liegen, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 oder von 2 bis 80 oder von 5 bis 60 oder von 7 bis 40 oder von 9 bis 25 oder von 11 bis 18 g/L Cu. Dagegen können die weiteren Zusätze zu der erfindungsgemäß verwendeten Verkupferungslösung sehr variieren, so dass keine Art eines Zusatzes darüber hinaus in jedem Bad notwendigerweise enthalten sein muss. Sie kann bei Bedarf jeweils mindestens einen/eine/ein Beizmittel, Beizinhibitor, Beizverstärker, Chelat, Chelatbildner, Glanzbildner, Komplex, schwachen oder/und starken Komplexbildner, Netzmittel, Puffersubstanz, ein schwaches Reduktionsmittel, Säure, Stellmittel für den pH-Wert oder/und gegebenenfalls weitere Additive aufweisen. Sie enthält vorzugsweise Ionen und insbesondere herausgebeizte oder/und herausgelöste Ionen wie z. B. Fe2+, Zn2+ oder/und weitere Ionen, die z. B. aus Legierungsbestandteilen oder/und aus anderen metallischen Materialien der behandelten metallischen Oberfläche herausgebeizt oder/und herausgelöst werden/wurden und die Werte des Potenzials im Bereich von –0,4 bis –1,8 V aufweisen. Der Gesamtgehalt der Verkupferungslösung als Badlösung an Fest- und Wirkstoffen liegt oft im Bereich von 1 bis 400 g/L und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 300 oder von 5 bis 250 oder von 10 bis 200 oder von 20 bis 150 oder von 30 bis 125 oder von 40 bis 100 oder von 60 bis 80 g/L. Die größten Gehalte weisen meistens die mindestens eine Kupferverbindung und gegebenenfalls auch mindestens eine Säure oder/und mindestens ein schwacher Komplexbildner auf.The copper plating solutions used according to the invention for electroless formation of a barrier layer and / or conductive layer are aqueous compositions which can vary widely with regard to their concentrations and their additives. They contain at least one copper compound such as. B. a copper sulphate hydrate. The copper content of the copper plating solution as a bath solution may be in the range of 0.5 to 120 g / L Cu, preferably in the range of 1 to 100 or 2 to 80 or 5 to 60 or 7 to 40 or 9 to 25 or from 11 to 18 g / L Cu. In contrast, the other additives to the coppering solution used in the invention can vary a lot, so that no kind of addition moreover necessarily must be included in each bath. If desired, it may in each case comprise at least one / one / one mordant, pickling inhibitor, pickling agent, chelate, chelating agent, brightener, complex, weak or / and strong complexing agent, wetting agent, buffer substance, a weak reducing agent, acid, pH adjusting agent or / and optionally have further additives. It preferably contains ions and in particular herausgeizizizte and / or dissolved out ions such. B. Fe 2+ , Zn 2+ or / and other ions, the z. Example of alloying constituents and / or other metallic materials of the treated metallic surface or leached / / were dissolved and the values of the potential in the range of -0.4 to -1.8 V have. The total content of the coppering solution as a bath solution of solids and active ingredients is often in the range from 1 to 400 g / L and preferably in the range from 2 to 300 or from 5 to 250 or from 10 to 200 or from 20 to 150 or from 30 to 125 or from 40 to 100 or from 60 to 80 g / L. The largest contents usually have the at least one copper compound and optionally also at least one acid or / and at least one weak complexing agent.

Es wurde jetzt festgestellt, dass die herausgebeizten oder/und herausgelösten Ionen insbesondere von Fe2+, Sn2+ und Zn2+ die gleiche Wirkung wie zugesetzte starke Reduktionsmittel aufweisen. Denn es wurde festgestellt, dass die herausgebeizten oder/und herausgelösten Ionen für das erfindungsgemäße Verfahren notwendig sind, wenn kein starkes Reduktionsmittel zugesetzt ist. Selbst zu Beginn der Arbeiten ist es üblicherweise nicht erforderlich, derartige Ionen dem Bad zuzusetzen, denn die Verkupferung beginnt auf metallischen Oberflächen auch ohne Zusatz z. B. von Fe2+, Sn2+ und Zn2+, so dass beim Eintauchen des zu behandelnden Gegenstandes aus unedlem metallischen Material in die üblicherweise saure oder neutrale Verkupferungslösung automatisch Ionen freigesetzt werden, die dann wie ein Reduktionsmittel wirken. Insbesondere Ionen von relativ unedlen Metallen wie z. B. Fe2+ oder/und Zn2+ können hierbei als systemeigene Reduktionsmittel dienen.It has now been found that the leached or / and leached ions, in particular of Fe 2+ , Sn 2+ and Zn 2+ have the same effect as added strong reducing agents. Because it has been found that the herausgeizizizten or / and dissolved ions are necessary for the inventive method, if no strong reducing agent is added. Even at the beginning of the work, it is usually not necessary to add such ions to the bath, because the copper plating begins on metallic surfaces even without additive z. Fe 2+ , Sn 2+ and Zn 2+ , so that upon immersion of the object to be treated of base metallic material in the usually acidic or neutral copper plating solution ions are automatically released, which then act as a reducing agent. In particular, ions of relatively non-noble metals such. As Fe 2+ or / and Zn 2+ can serve here as a native reducing agent.

Die erfindungsgemäße Verkupferungslösung kann als Beizmittel Säuren wie beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder/und Flußsäure enthalten, insbesondere in Mengen im Bereich von jeweils 0,1 bis 200 g/L, besonders bevorzugt von 5 bis 130 g/L oder von 50 bis 80 g/L. Vorzugsweise liegt der Gesamtgehalt an Säuren im Bereich von 0,1 bis 400 g/L oder von 10 bis 200 g/L oder von 30 bis 130 g/L.The copper plating solution according to the invention may contain acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and / or hydrofluoric acid as mordant, in particular in amounts ranging from 0.1 to 200 g / L, more preferably from 5 to 130 g / L or from 50 to 80 g / L. Preferably, the total acid content ranges from 0.1 to 400 g / L or from 10 to 200 g / L or from 30 to 130 g / L.

Der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung kann als Beizinhibitor beispielsweise ein Amin wie Tributylamin, Butindiol, Cyclohexanol, Nitrobenzolsulfonsäure, Propinol, Putindiol oder/und eines ihrer Derivate zugesetzt werden/sein. Als Beizverstärker wird bei sauren Lösungen oft vorzugsweise mindestens ein Alkalihalogenid wie z. B. Natriumchlorid oder/und Natriumfluorid eingesetzt.The copper plating solution according to the invention may be added as a pickling inhibitor, for example an amine such as tributylamine, butynediol, cyclohexanol, nitrobenzenesulfonic acid, propynol, putindiol or / and one of its derivatives. When pickling is often in acidic solutions, preferably at least one alkali halide such. For example, sodium chloride or / and sodium fluoride used.

Komplexbildner wie z. B. Citronensäure und deren Derivate sowie chemisch verwandte Carbonsäuren und deren Derivate werden in der Galvanotechnik als schwache Komplexbildner angesehen. In vielen Zusammensetzungen zum stromlosen Verkupfern ist ein Zusatz von Komplexbildner nicht erforderlich. Es ist oft förderlich, keinen Komplexbildner zuzusetzen, weil das für die Abwasserbehandlung günstig ist, weil auch schwache Komplexbildner Salze wie Nickel lösen können und Umweltschäden bedingen können. Je stärker ein im Bad enthaltener Komplexbildner ist, desto größer kann der erforderliche Aufwand bei der Abwasserbehandlung sein. Die erfindungsgemäße Verkupferungslösung ist vorzugsweise frei von starken Komplexbildnern wie z. B. frei von Cyaniden, Aminen, Carbonsäuren und deren Derivaten, da diese eine entsprechende Umwelt-, Toxizitäts-, Abwasserbehandlungs- oder/und Aufbereitungsproblematik bedingen. Sie werden in vielen Ausführungsformen vorzugsweise nicht absichtlich zugesetzt. Beispiele für solche Komplexbildner sind z. B. Gluconsäure, Milchsäure, Weinsäure und deren Derivate wie z. B. Natriumgluconat, Rochelle-Salze, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Diethanolglyoxim, Ethylendiamintetraessigsäure, Lactonitril, Ethylendinitrilotetra-Essigsaure (EDTA), Hydroxyethylethylendiamintri-Essigsäure (HEDTA), Diethylentrinitrilopenta-Essigsäure (DTPA), Nitrilotri-Essigsäure (NTA), Triethanolamin, Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin (THPED), Pentahydroxypropyldiethylentriamin und deren Derivate. Complexing agents such. As citric acid and its derivatives and chemically related carboxylic acids and their derivatives are considered in the electroplating as a weak complexing agent. Many compositions for electroless copper plating do not require the addition of complexing agents. It is often beneficial to add no complexing agent, because this is beneficial for wastewater treatment, because even weak complexing agents can solve salts such as nickel and cause environmental damage. The stronger a complexing agent contained in the bath, the greater the amount of wastewater treatment required. The copper plating solution according to the invention is preferably free of strong complexing agents such. B. free of cyanides, amines, carboxylic acids and their derivatives, since they cause a corresponding environmental, toxicity, Abwasserbehandlungs- and / or treatment problems. They are preferably not intentionally added in many embodiments. Examples of such complexing agents are, for. As gluconic acid, lactic acid, tartaric acid and derivatives thereof such. Sodium gluconate, Rochelle salts, ethylenediamine, diethylenetriamine, diethanolglyoxime, ethylenediaminetetraacetic acid, lactonitrile, ethylenedinitrilotetra-acetic acid (EDTA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), diethylenetrinitrilopenta-acetic acid (DTPA), nitrilotriacetic acid (NTA), triethanolamine, tetrakis ( 2-hydroxypropyl) ethylenediamine (THPED), pentahydroxypropyldiethylenetriamine and their derivatives.

Aber eine nachfolgende elektrolytische Deckschicht muss nicht mit einem Elektrolyten hergestellt werden, der frei von starken Komplexbildnern ist – unabhängig von ihrer Zusammensetzung und einem Gehalt z. B. von Ag, Cu, Ni oder/und Cr.But a subsequent electrolytic topcoat need not be prepared with an electrolyte that is free of strong chelating agents, regardless of their composition and content, eg. B. of Ag, Cu, Ni or / and Cr.

Als Chelatbildner bzw. als entsprechende Chelate können beispielsweise Ethylendinitrilotetraessigsäure (EDTA), Triazol, Ascorbinsäure, Porphin, Häm, Chlorophyll oder/und deren Derivate sowie insbesondere Ethylendinitrilotetraessigsäuredinitrat, Dialkylaminoethyltolyltriazol oder/und Natriumascorbat in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung eingesetzt werden. Der Gesamtgehalt an Chelatbildnern oder/und an entsprechenden Chelaten liegt in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 100 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 g/L oder von 0,5 bis 5 g/L.For example, ethylenedinitrilotetraacetic acid (EDTA), triazole, ascorbic acid, porphine, heme, chlorophyll or / and derivatives thereof and, in particular, ethylenedinitrilotetraacetic acid dinitrate, dialkylaminoethyltolyltriazole or / and sodium ascorbate can be used in the copper plating solution according to the invention as chelating agents or as corresponding chelates. The total content of chelating agents or / and corresponding chelates in the coppering solution according to the invention is preferably in the range from 0.001 to 100 g / L, more preferably in the range from 0.1 to 20 g / L or from 0.5 to 5 g / L.

Als Glanzbildner kann der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung beispielsweise mindestens eine Verbindung auf Basis von Alkylsulfonsäuren, von Aminen wie z. B. Reaktionsprodukten mit Propylaminen, von Benzolsulfonsäuren, von Cumarinen, von Estern von (Meth)acrylsäuren, von Melilotsäure, von Saccharinen, von Sulfonaminen, von Sulfonimiden oder/und von Sulfinsäuren zugesetzt werden/sein.As a brightener, the copper plating solution according to the invention, for example, at least one compound based on alkyl sulfonic acids, of amines such as. B. reaction products with propylamines, of benzenesulfonic acids, of coumarins, of esters of (meth) acrylic acids, of melilotic acid, of saccharines, of sulfonamines, of sulfonimides or / and of sulfinic acids are added / be.

Als Netzmittel können in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung beispielsweise mehrfache Alkohole, Etherverbindungen, Ethoxylate, Carboxylate, Sulfonate, Sulfate, quartäre Ammoniumverbindungen, Ethanvervindungen, Tenside oder/und deren Derivate verwendet werden. Der Gesamtgehalt an Netzmitteln liegt in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 100 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 g/L oder von 0,5 bis 5 g/L.As wetting agent, for example, multiple alcohols, ether compounds, ethoxylates, carboxylates, sulfonates, sulfates, quaternary ammonium compounds, ethane compounds, surfactants or / and derivatives thereof can be used in the copper plating solution according to the invention. The total content of wetting agents in the coppering solution according to the invention is preferably in the range from 0.001 to 100 g / L, more preferably in the range from 0.1 to 20 g / L or from 0.5 to 5 g / L.

Als Puffersubstanzen können in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung beispielsweise Borsäure, Ammoniak, Kohlensäure, Essigsäure, Natriumcarbonat, Amine, Aminomethan, Sulfonsäuren, Citronensäure, Acetate, Borste, Ammoniumverbindungen oder/und deren Derivate eingesetzt werden. Der Gesamtgehalt an Puffersubstanzen liegt in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 100 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 g/L oder von 0,5 bis 5 g/L.Boric acid, ammonia, carbonic acid, acetic acid, sodium carbonate, amines, aminomethane, sulfonic acids, citric acid, acetates, bristles, ammonium compounds and / or derivatives thereof can be used as buffer substances in the copper plating solution according to the invention. The total content of buffer substances in the copper plating solution according to the invention is preferably in the range from 0.001 to 100 g / l, particularly preferably in the range from 0.1 to 20 g / l or from 0.5 to 5 g / l.

Als Stellmittel können in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung beispielsweise Säuren und Laugen oder/und deren Derivate eingesetzt werden. Der Gesamtgehalt an Stellmitteln liegt in der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 100 g/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 g/L oder von 0,5 bis 5 g/L.As an adjusting agent, for example, acids and bases or / and derivatives thereof can be used in the copper plating solution according to the invention. The total content of setting agents in the coppering solution according to the invention is preferably in the range from 0.001 to 100 g / L, more preferably in the range from 0.1 to 20 g / L or from 0.5 to 5 g / L.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Verkupferungslösung zur stromlosen Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht mindestens eine Kupferverbindung sowie mindestens einen Glanzbildner, mindestens eine Säure oder/und mindestens ein Beizmittel. Besonders bevorzugt enthält sie zusätzlich mindestens einen Beizinhibitor und gegebenenfalls auch einen Beizverstärker. Alternativ oder zusätzlich kann sie besonders bevorzugt auch mindestens einen Glanzbildner enthalten.For the electroless formation of the barrier layer and / or conductive layer, the copper plating solution according to the invention preferably contains at least one copper compound and at least one brightener, at least one acid or / and at least one mordant. With particular preference, it additionally contains at least one pickling inhibitor and optionally also a pickling agent. Alternatively or additionally, it may particularly preferably also contain at least one brightener.

Die erfindungsgemäße Verkupferungslösung ist frei von absichtlich zugesetztem starkem Reduktionsmittel, d. h. frei von Reduktionsmittel, das Werte des Potenzials von höchstens –0,6 V und insbesondere Werte im Bereich von –3 bis –1 V aufweist.The copper plating solution according to the invention is free of intentionally added strong reducing agent, d. H. free of reducing agent, which has values of the potential of at most -0.6 V and in particular values in the range of -3 to -1 V.

Es ist bevorzugt, die erfindungsgemäße Verkupferungslösung frei oder möglichst frei von Stabilisierungsmitteln für die Verkupferungslösung auf organischer oder/und auf anorganischer Basis zu halten. Als organische Stabilisierungsmittel können z. B. Diethylentriaminpentaessigsäure, Phosphonsäure, Thioglycolsäure, Thioharnstoff oder/und deren Derivate eingesetzt werden. Als anorganische Stabilisierungsmittel können z. B. Verbindungen auf Basis von Cadmium, Blei, Vanadium oder/und Quecksilber verwendet werden. Üblicherweise sind derartige Stabilisierungsmittel schwer biologisch abbaubar. Denn die organischen Stabilisierungsmittel können die Schwermetalle aus Sedimenten lösen und gegebenenfalls ihren Transport in Gewässer verursachen, während die anorganischen Stabilisierungsmittel giftig und umweltunfreundlich sind. Generell ist es bevorzugt, die erfindungsgemäße Verkupferungslösung frei oder möglichst frei von giftigen Schwermetallionen zu halten. It is preferred to keep the copper plating solution according to the invention free or as free as possible of stabilizing agents for the copper plating solution on an organic and / or inorganic basis. As organic stabilizers z. As diethylenetriaminepentaacetic acid, phosphonic acid, thioglycolic acid, thiourea or / and derivatives thereof. As inorganic stabilizers z. B. compounds based on cadmium, lead, vanadium or / and mercury can be used. Usually, such stabilizers are poorly biodegradable. Because the organic stabilizers can solve the heavy metals from sediments and possibly cause their transport into water, while the inorganic stabilizers are toxic and environmentally unfriendly. In general, it is preferred to keep the copper plating solution according to the invention free or as free as possible of toxic heavy metal ions.

Der pH-Wert der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung wird vorzugsweise an die Materialien der metallischen Oberflächen angepasst, die verkupfert werden sollen. Bei einem niedrigen pH-Wert der erfindungsgemäßen Verkupferungslösung erfolgt ein Beizangriff auf einem Eisenwerkstoff wie z. B. auf einem Stahlblech. Dadurch wird Fe2+ herausgebeizt und geht in Lösung. Dadurch werden Elektronen frei, die vom Kupfer aufgenommen werden. Daraufhin schlägt sich metallisches Kupfer nieder. Für die Verkupferung von Metallen, die weniger edel sind als z. B. Eisen, und für deren Legierungen liegt der pH-Wert der Verkupferungslösung oft bevorzugt in einem Bereich etwa von 4 bis 8 oder von 5 bis 8. Für die Verkupferung von Zink oder Zink-haltigen Legierungen liegt der pH-Wert der Verkupferungslösung besonders bevorzugt in einem Bereich von 4,5 bis 7 oder von 6 bis 7,5. Der pH-Wert der Verkupferungslösung liegt bei Eisen-reichen Werkstücken besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2, bei Zink-reichen Werkstücken besonders bevorzugt im Bereich von 4,5 bis 7,5 oder von 6,5 bis 7. Besonders bevorzugt liegt pH-Wert der ersten Verkupferungslösung für Zink-reiche oder Zinn-reiche metallische Oberflächen im Bereich von 4,5 bis 8,5 oder von 6 bis 8 oder für Eisen-reiche metallische Oberflächen bei weniger als 5.The pH of the copper plating solution according to the invention is preferably adapted to the materials of the metallic surfaces which are to be copper-plated. At a low pH of the copper plating solution according to the invention, a pickling attack on a ferrous material such. B. on a steel sheet. As a result, Fe 2+ is leached out and goes into solution. As a result, electrons are released, which are absorbed by the copper. As a result, metallic copper is deposited. For the coppering of metals that are less noble than z. As iron, and for their alloys, the pH of the copper plating solution is often preferably in a range of about 4 to 8 or from 5 to 8. For the copper plating of zinc or zinc-containing alloys, the pH of the copper plating solution is particularly preferred in a range of 4.5 to 7 or from 6 to 7.5. The pH value of the copper-plating solution is particularly preferably in the range from 0 to 2 in the case of iron-rich workpieces, more preferably in the range from 4.5 to 7.5 or from 6.5 to 7 in the case of zinc-rich workpieces. Particular preference is given to pH Value of the first copper plating solution for zinc-rich or tin-rich metallic surfaces in the range of 4.5 to 8.5 or 6 to 8 or for iron-rich metallic surfaces less than 5.

Die erfindungsgemäße stromlose Verkupferung oder/und eine nachfolgende elektrolytische Beschichtung kann durch Tauchen, Sprühen, Aufwalzen, Aufpinseln, Angießen, durch Schwammauftrag, durch Tamponauftrag oder/und auf ähnliche Weise erfolgen. Üblicherweise wird im Tauchen gearbeitet. Vorzugsweise wird durch Tauchen, Sprühen, Aufwalzen, Aufpinseln, Angießen, durch Schwammauftrag oder/und durch Tamponauftrag stromlos oder/und danach elektrolytisch beschichtet. Vorzugsweise erfährt der mit einer Sperrschicht oder/und Konduktivschicht versehene Gegenstand mindestens eine nachfolgende Oberflächenbehandlung.The electroless copper plating according to the invention and / or a subsequent electrolytic coating can be effected by dipping, spraying, rolling, brushing, casting, by sponge application, by padding or / and in a similar manner. Usually work is done in diving. It is preferred to electrolessly coat by dipping, spraying, rolling on, brushing on, casting on, by sponge application or / and by padding application and / or thereafter. Preferably, the article provided with a barrier layer and / or conductive layer undergoes at least one subsequent surface treatment.

Für ein erfolgreiches stromloses Verkupfern ist es von Bedeutung, darauf zu achten, dass die metallischen Oberflächen zum stromlosen Verkupfern metallisch blank und fettfrei sind. Ebenso ist darauf zu achten, dass die Kupferkonzentration in der Verkupferungslösung, die Badtemperatur, die Behandlungszeit, der Gehalt an Beizinhibitor oder/und der Gehalt an Glanzmittel der Verkupferungslösung aufeinander abgestimmt sind.For successful electroless copper plating, it is important to ensure that the metallic surfaces for electroless copper plating are metallically bright and free of grease. It must also be ensured that the copper concentration in the copper plating solution, the bath temperature, the treatment time, the content of pickle inhibitor or / and the content of brightener in the copper plating solution are coordinated.

Vorzugsweise liegt die Temperatur, bei der erfindungsgemäß stromlos verkupfert wird, im Bereich von 15 bis 95°C, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 85°C oder von 30 bis 70°C. Wenn bei Temperaturen über 50°C verkupfert wird, ergibt sich eine wesentlich verkürzte Behandlungszeit. Aber wenn bei höherer Temperatur gearbeitet wird, sollte darauf geachtet werden, dass die Konzentration oder/und die Behandlungszeit nicht zu hoch sind, um schwammige, schlecht haftende Schichten zu vermeiden. Andererseits kann auch bei Temperaturen unter 50°C verkupfert werden, wobei hierbei auf ausreichend hohe Konzentrationen oder/und ausreichend lange Behandlungszeiten geachtet werden sollte, um poröse Kupferschichten und damit die mangelnde Sperrwirkung der Sperrschicht bzw. die unzureichende Leitfähigkeit der Konduktivschicht sowie die Verschmutzung des Bades und Probleme in nachfolgenden Prozessschritten zu vermeiden. Ein Arbeiten bei Raumtemperatur ist ebenfalls möglich, wenn auf ausreichende Konzentration der Kupferlösung oder/und auf ausreichende Behandlungszeit geachtet wird.The temperature at which electroless copper plating according to the invention is preferably in the range from 15 to 95.degree. C., particularly preferably in the range from 20 to 85.degree. C. or from 30 to 70.degree. C., is preferred. If coppering takes place at temperatures above 50 ° C, the treatment time is considerably shorter. But when working at higher temperatures, care should be taken that the concentration and / or treatment time are not too high to avoid spongy, poorly adherent layers. On the other hand, it is also possible to copper at temperatures below 50 ° C., paying attention to sufficiently high concentrations and / or sufficiently long treatment times to porous copper layers and thus to the lack of blocking effect of the barrier layer or the insufficient conductivity of the conductive layer and the contamination of the bath and to avoid problems in subsequent process steps. Working at room temperature is also possible, if sufficient attention is paid to the concentration of copper solution and / or sufficient treatment time.

Vorzugsweise wird über eine Zeit im Bereich von 0,05 bis 30 Minuten, von 0,2 bis 10 Minuten oder bevorzugt über 0,5 bis 2 Minuten stromlos verkupfert, um eine erfindungsgemäße Kupferschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht auszubilden. Wenn das Bad eine geringere Konzentration als z. B. 0,5 g/L Kupfer in der Verkupferungslösung aufweist, dann ist auf eine höhere Badtemperatur oder/und längere Behandlungszeit zu achten. Wenn das Verkupferungsbad eine höhere Konzentration als z. B. 100 g/L Cu in der Verkupferungslösung aufweist, dann ist auf geringere Badtemperatur, geringere Behandlungszeit, höhere Gehalte an Beizinhibitor oder/und höhere Gehalte an Glanzbildner zu achten. Wenn jedoch die Kupferkonzentration im Bad, die Badtemperatur, die Behandlungszeit, der Gehalt an Beizinhibitor oder/und der Gehalt an Glanzmittel in der Verkupferungslösung nicht aufeinander abgestimmt sind, dann können entweder poröse Kupferschichten oder schwammige, schlecht haftende Kupferschichten ausgebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen stromlosen Verkupferung bildet sich vorzugsweise eine Kupferschichtdicke im Bereich z. B. von 0,1 bis 8 μm oder im Bereich von 1 bis 5 μm, insbesondere innerhalb von 0,5 bis 2 Minuten aus.Preferably, electroless copper plating over a time in the range of 0.05 to 30 minutes, from 0.2 to 10 minutes or preferably over 0.5 to 2 minutes to form a copper layer according to the invention as a barrier layer and / or as a conductive layer. If the bath is a lower concentration than z. B. has 0.5 g / L copper in the copper plating solution, then pay attention to a higher bath temperature and / or longer treatment time. If the Verkupferungsbad a higher concentration than z. B. has 100 g / L Cu in the copper plating solution, then lower bath temperature, lower treatment time, higher levels of Beizinhibitor and / or higher levels of brighteners to pay attention. However, if the copper concentration in the bath, the bath temperature, the treatment time, the level of pickle inhibitor or / and the level of brightener in the copper plating solution are not matched, then either porous copper layers or spongy, poorly adherent copper layers can be formed. In the inventive electroless copper plating preferably forms a copper layer thickness in the range z. B. from 0.1 to 8 microns or in the range of 1 to 5 microns, in particular within 0.5 to 2 minutes.

Durch stromloses Verkupfern wird ein deutlich schnelleres Verkupfern als mit Strom oder durch ein außenstromloses Verkupfern unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels ermöglicht. Es ist außerdem deutlich energiesparender. Denn die Zeitersparnis beim stromlosen Abscheiden beträgt etwa 20 bis 90% im Vergleich zum elektrolytischen oder außenstromlosen Abscheiden. Die Energieersparnis beim stromlosen Abscheiden beträgt etwa 90 bis 100% im Vergleich zum elektrolytischen Abscheiden. Sie beträgt beim stromlosen Abscheiden etwa 40 bis 70% im Vergleich zum außenstromlosen, chemischen Abscheiden, denn die chemische Kupferabscheidung ist sehr langsam, und es ist immer über 60°C und teilweise bei mehr als 90°C zu arbeiten. Denn bei hohen Kupfergehalten wird die Verkupferungslösung instabil, und außerdem können sich dann schwammige, schlecht haftende Kupferschichten ausbilden.By electroless copper plating a much faster coppering is possible than with electricity or by an electroless copper plating with the aid of a reducing agent. It is also significantly more energy efficient. Because the time saved in the electroless deposition is about 20 to 90% compared to the electrolytic or electroless deposition. The energy savings in the electroless deposition is about 90 to 100% compared to the electrolytic deposition. It amounts to about 40 to 70% in electroless plating compared to the electroless, chemical deposition, because the chemical copper deposition is very slow, and it is always above 60 ° C and sometimes working at more than 90 ° C. Because at high copper contents, the copper plating solution becomes unstable and, in addition, spongy, poorly adhering copper layers can then form.

Vorteilhafterweise ergibt sich dabei auch ein besserer Korrosionsschutz oder/und eine bessere elektrische Leitfähigkeit als das Grundmaterial von sich aus besitzt.Advantageously, this results in a better corrosion protection and / or a better electrical conductivity than the base material itself has.

Auf die mindestens eine erfindungsgemäß stromlos hergestellte Kupferschicht kann bei Bedarf weiter elektrolytisch verkupfert oder/und weiter elektrolytisch vernickelt werden, z. B. um jeweils mindestens eine Glanzkupferschicht, Dickkupferschicht, Glanznickelschicht oder Dicknickelschicht aufzubringen. Vorzugsweise wird nach der Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht mindestens eine Deckschicht als galvanische Glanzschicht elektrolytisch oder mindestens eine Schicht als Dickschicht chemisch oder elektrolytisch aufgebracht. Diese Beschichtungen können von guter Qualität sein, sind aber besonders aufwändig herzustellen. Chemische Dickschichten sind insbesondere bei schwierig geformten Werkstücken von Vorteil, da sie unabhängig von der Werkstückgeometrie gleiche Schichtdicken aufweisen. Denn die Stromstärke ist bei Bohrungen, Hohlräumen, Kanten usw. aufweisenden Werkstücken ungleichmäßig verteilt und führt zu unterschiedlichen Schichtdicken proportional zur Stromstärke. Hierauf kann dann bei Bedarf zusätzlich auch jeweils mindestens eine elektrolytische Silber-, Chrom-, Gold-, Cadmium-, Platin- oder/und Rhodiumschicht insbesondere aus sauren, Cyanid-freien und Reduktionsmittel-freien Elektrolyten aufgebracht werden, z. B. als mindestens eine Glanz- oder/und als mindestens eine Dickschicht.On the at least one inventively electroless copper layer can be further electrolytically coppered if necessary and / or further electrolytically nickel-plated, z. B. to apply at least one bright copper layer, thick copper layer, bright nickel layer or thick nickel layer. Preferably, after the formation of the barrier layer and / or conductive layer, at least one cover layer is applied chemically or electrolytically as a galvanic luster layer or at least one layer as a thick layer. These coatings can be of good quality, but are particularly expensive to produce. Chemical thick films are particularly advantageous in difficult-to-workpieces, since they have the same layer thicknesses regardless of the workpiece geometry. Because the current is unevenly distributed in holes, cavities, edges, etc. having workpieces and leads to different layer thicknesses proportional to the current. Then, if necessary, in each case additionally at least one electrolytic silver, chromium, gold, cadmium, platinum or / and rhodium layer can be applied in particular from acidic, cyanide-free and reducing agent-free electrolytes, eg. B. as at least one gloss and / or at least one thick film.

Der mit einer stromlos hergestellten Kupferschicht versehene Gegenstand kann nach dem Aufbringen der Sperrschicht oder/und der Konduktivschicht mindestens einmal galvanisch behandelt werden, kann mindestens einmal lackiert werden, kann mindestens einmal mit mindestens einem Pulverlack, mit mindestens einem kathodischen Tauchlack (KTL) beschichtet werden oder/und kann mit mindestens einem anderen Gegenstand zusammengefügt werden. Das Fügen kann z. B. durch Kleben, Clinchen oder/und Zusammenwalzen unter Druck und gegebenenfalls auch bei hoher Temperatur erfolgen. Vorzugsweise wird der mit einer stromlos hergestellten Kupferschicht versehene Gegenstand mindestens einmal galvanisch behandelt, mindestens einmal lackiert oder mit einem Pulverlack oder mit einem kathodischen Tauchlack (KTL) beschichtet wird oder mit einem anderen Gegenstand zusammengefügt.The object provided with an electrolessly produced copper layer can be electroplated at least once after application of the barrier layer and / or the conductive layer, can be coated at least once, can be coated at least once with at least one powder coating, with at least one cathodic dipcoat (KTL) or / and can be combined with at least one other item. The joining can z. B. by gluing, clinching and / or rolling together under pressure and optionally also at high temperature. Preferably, the object provided with an electrolessly produced copper layer is treated galvanically at least once, painted at least once or coated with a powder coating or with a cathodic dip coating (KTL) or joined together with another object.

Es wurde festgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Oberflächen von Eisen, Stahl, Zink und Zinklegierungen gut verkupfert werden können. Beispielsweise ließen sich auch Zinkdruckgusslegierungen wie z. B. ZnAlMg- und ZnAlMgCu-Legierungen (ZAMAK-Legierungen) gut erfindungsgemäß stromlos verkupfern.It has been found that with the method according to the invention surfaces of iron, steel, zinc and zinc alloys can be well coppered. For example, zinc die-casting alloys such as. B. ZnAlMg- and ZnAlMgCu alloys (ZAMAK alloys) well electroless copper according to the invention.

Ein Verkupfern konnte bei sehr inhomogen aufgebauten oder oberflächlich stark verschmutzten Zinklegierungen vereinzelt nicht erreicht werden, z. B. wenn Aluminiumhöfe in der Legierung eine Abscheidung aufgrund des Potenzialunterschieds zwischen z. B. Al und Zn verhindert haben. Wenn in diesen Situationen erst elektrolytisch verzinkt, mit Wasser gespült und danach erfindungsgemäß stromlos verkupfert wird, ließ sich dieses Problem lösen.A sputtering could not be achieved isolated in very inhomogeneous or superficially heavily contaminated zinc alloys, z. Example, if aluminum halos in the alloy deposition due to the potential difference between z. B. Al and Zn have prevented. If electrolytically galvanized in these situations, rinsed with water and then copper-plated according to the invention electroless, this problem could be solved.

Die erfindungsgemäße stromlose Verkupferung von Edelstahl-Oberflächen ist schwieriger als bei Stahl-Oberflächen, insbesondere wegen der natürlichen Oxidhaut auf den Edelstahl-Oberflächen. Edelstahl-Oberflächen, für die zum Beizen mindestens eine nichtoxidierende Säure zur vorherigen Aktivierung, und für die zum stromlosen Verkupfern gegebenenfalls zusätzlich ein elektrisch leitender Kontakt von einem unedleren Metall als Edelstahl wie Aluminium, Aluminiumlegierung, gering legierten Eisen- und Stahl-Werkstoffen, Zink oder/und Zinklegierung zur Edelstahl-Oberfläche z. B. über einen Kontaktdraht eingesetzt wurde, ließen sich bei etlichen Versuchen erfolgreich verkupfern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Edelstahloberflächen stromlos verkupfert, indem zum Beizen vor dem Verkupfern mindestens eine nichtoxidierende Säure zur vorherigen Aktivierung verwendet wird und indem zum Verkupfern bei Bedarf zusätzlich ein elektrisch leitender Kontakt von einem unedleren Metall als Edelstahl zur Edelstahloberfläche verwendet wird. Denn Edelstahl verhält sich oft anders als die sonstigen Eisen- und Stahlwerkstoffe und lässt sich oft nicht ohne weiteres in Schwefelsäure beizen. Ein elektrisch leitender Kontakt mit einem unedleren Metall als Edelstahl erscheint nach bisherigem Kenntnisstand bei den Edelstahl-Oberflächen als notwendig, die einen höheren Gehalt an Stahlveredlern wie z. B. Cr, Ni oder/und V enthalten. Denn bei geringen Gehalten an Stahlveredlern ließen sich die entfetteten und gebeizten Edelstahl-Oberflächen auch ohne Verwendung eines elektrisch leitenden Kontaktes mit einem unedleren Metall als Edelstahl gut verkupfern. Solch ein elektrisch leitender Kontakt von einem Opfermetall z. B. aus Aluminium, Aluminiumlegierung, gering legierten Eisen- und Stahl-Werkstoffen, Zink oder/und Zinklegierung zu einer Edelstahl-Oberfläche ermöglicht es, dass das Opfermetall in der Verkupferungslösung Elektronen zur Metallabscheidung zur Verfügung stellt. Hierbei erfolgt ein Beizangriff auf das Opfermetall, das dabei in Lösung geht. Die frei gewordenen Elektronen wandern über den elektrisch leitenden Kontakt zu den Edelstahl-Oberflächen. Aufgrund einer ausreichenden Zahl freier Elektronen können dann auch die Edelstahl-Oberflächen verkupfert werden. Bei höher legierten Edelstählen funktioniert die sogenannte Sudabscheidung im Tauchverfahren daher erst, wenn diese im Kontakt- und Tauchverfahren angewandt wird. Bei Edelstählen mit einem geringen Gehalt an Stahlveredlern scheint die Freisetzung von Elektronen weniger als bei höher legierten Edelstählen behindert zu werden. Daher ist es bei einigen Edelstahl-Legierungen möglich, auch ohne einen elektrisch leitenden Kontakt der Edelstahl-Oberfläche mit einem Opfermetall Edelstahl-Oberflächen erfolgreich zu verkupfern. Bei geringer legierten Edelstählen funktioniert die sogenannte Sudabscheidung im Tauchverfahren daher schon, wenn diese im Tauchverfahren angewandt wird. Die Verkupferungsqualität leidet hierunter nicht. Die Badgehalte und die thermischen Bedingungen zum Verkupfern von Edelstahl-Oberflächen sind beim Kontakt- und Tauchverfahren sowie beim Tauchverfahren nahezu die gleichen wie beim Verkupfern von Stahl-Oberflächen.The electroless copper plating of stainless steel surfaces according to the invention is more difficult than with steel surfaces, in particular because of the natural oxide skin on the stainless steel surfaces. Stainless steel surfaces, for the pickling at least one non-oxidizing acid for previous activation, and for electroless copper plating optionally in addition an electric conductive contact of a less noble metal than stainless steel such as aluminum, aluminum alloy, low-alloyed iron and steel materials, zinc or / and zinc alloy to stainless steel surface z. B. was used via a contact wire, could be successfully copper in several attempts. In the process according to the invention, stainless steel surfaces are electroless copper-plating by using at least one nonoxidizing acid for previous activation before pickling and by additionally using an electrically conductive contact of a less noble metal as stainless steel to the stainless steel surface for coppering. Because stainless steel often behaves differently than the other iron and steel materials and often can not be easily stained in sulfuric acid. An electrically conductive contact with a less precious metal than stainless steel appears to be on the current level of knowledge in the stainless steel surfaces as necessary, the higher content of steel refiners such. B. Cr, Ni or / and V included. For at low levels of steel refiners, the degreased and pickled stainless steel surfaces could be well copper even without using an electrically conductive contact with a less noble metal than stainless steel. Such an electrically conductive contact of a sacrificial metal z. Aluminum, aluminum alloy, low alloyed ferrous and steel materials, zinc and / or zinc alloy to a stainless steel surface allows the sacrificial metal in the copper plating solution to provide electrons for metal deposition. This is a pickling attack on the sacrificial metal, which goes into solution. The released electrons migrate via the electrically conductive contact to the stainless steel surfaces. Due to a sufficient number of free electrons, the stainless steel surfaces can then be copper-plated. For higher-alloyed stainless steels, the so-called sedimentation in the dipping process only works when it is used in the contact and dipping process. In the case of stainless steels with a low content of steel finishers, the release of electrons appears to be hindered less than with higher-alloyed stainless steels. Therefore, it is possible for some stainless steel alloys to successfully copper even without electrically conductive contact of the stainless steel surface with a sacrificial metal stainless steel surface. For low-alloy stainless steels, the so-called sedimentation in the dipping process already works when it is applied in the dipping process. The copper plating quality does not suffer from this. The bath contents and the thermal conditions for copper plating of stainless steel surfaces are almost the same during the contact and dipping process as well as during the dipping process as in the copper plating of steel surfaces.

Ferner wurde jetzt festgestellt, dass auch Zinn-Oberflächen erfindungsgemäß verkupfert werden können. Die Badgehalte und die thermischen Bedingungen zum Verkupfern von Zinn-Oberflächen sind nahezu die gleichen wie beim Verkupfern von Zink-Oberflächen.Furthermore, it has now been found that also tin surfaces can be coppered according to the invention. The bath contents and the thermal conditions for copper-plating tin surfaces are almost the same as when coppering zinc surfaces.

Es wurde jetzt überraschend festgestellt, dass sich mit den Produkten Gardobond® CU 7600 und Gardobond® CU 7602 der Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, problemlos hochwertige Kupfersperrschichten stromlos insbesondere auf den Werkstoffen Eisen, Stahl, Zink, Zinn und sogar auf Zinkdruckguss auf umweltfreundliche Weise applizieren lassen. Sie ermöglichen einen hochwertigen Haftgrund für eine dekorative oder/und funktionelle Weiterverarbeitung in der galvanischen Beschichtungstechnik. Teilweise lassen sich dadurch auch, wie in den Beispielen bzw. Vergleichsbeispielen 6 bis 9 näher erläutert wird, damit umfangreiche elektrolytische Verfahrensgänge ersetzen. Die hohe Haftfestigkeit der erhaltenen Überzüge wurde bestätigt. Somit ist es möglich, in der Galvanotechnik bei der dekorativen oder/und funktionellen Beschichtung von Werkstücken z. B. aus Eisen, Stahl, Zink, Zinkdruckguss oder Zinn auf eine elektrolytische Vorverkupferung oder elektrolytische Vorvernickelung zur Ausbildung einer Sperrschicht zu verzichten und durch einen stromlosen Tauchprozess in einem sauren Bad zu ersetzen.It has now been found, surprisingly, that with the products Gardobond ® CU 7600 and Gardobond ® CU 7602 Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, easily high-quality copper barrier layers normally in particular of materials as iron, steel, zinc, tin and even die-cast zinc in an environmentally friendly manner can be applied. They enable a high-quality primer for decorative or / and functional further processing in galvanic coating technology. In some cases, as explained in more detail in the examples or comparative examples 6 to 9, this also allows extensive electrolytic processes to be replaced. The high adhesion of the obtained coatings was confirmed. Thus, it is possible in the electroplating in the decorative or / and functional coating of workpieces z. Example of iron, steel, zinc, zinc die-casting or tin on an electrolytic pre-copper plating or electrolytic nickel plating to form a barrier layer and replace it with an electroless plating process in an acidic bath.

Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, mit einer Cyanid-freien, beispielsweise stromlos eingesetzten Verkupferungslösung eine Sperrschicht oder/und Konduktivschicht auf metallischen Gegenständen aufzubringen. Hierbei war es überraschend, dass es möglich ist, anschließend eine saure galvanische Beschichtung auch auf Oberflächen von Eisen- oder/und Zink-reichen metallischen Gegenständen oder auf Zinn aufzubringen – denn bis heute lernen Oberflächenbeschichter, dass eine Schicht, abgeschieden auf einem Gegenstand mit einer Oberfläche auf Basis Eisen oder/und Zink aus einem sauren Kupferelektrolyten, nicht zur Weiterverarbeitung geeignet ist.It has now surprisingly been found that it is possible to apply a barrier layer and / or conductive layer on metallic objects with a cyanide-free, for example electroless, copper plating solution. It was surprising that it is then possible to apply an acidic electroplated coating on surfaces of iron- or / and zinc-rich metallic objects or on tin - because until today, surface coaters learn that a layer deposited on an object with a Surface based on iron and / or zinc from an acidic copper electrolyte, is not suitable for further processing.

Hierbei war es überraschend, dass es möglich ist, auf die erfindungsgemäß hergestellte Kupfersperrschicht auch ohne nachträgliche Kupferglanz- oder Kupferdickschicht unmittelbar eine nachträgliche Nickelglanz- oder Nickeldickschicht aufzubringen, ohne eine Qualitätseinbuße zu erleiden.Here it was surprising that it is possible to apply directly to the copper barrier layer according to the invention without subsequent copper or copper thick copper layer subsequent nickel gloss or nickel thick layer, without suffering a loss of quality.

Überaschenderweise wurde aber auch festgestellt, dass sich mit dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren zum Beispiel Sperrschichten zum Nitrieren von Stahl, auch partiell, oder Schichten zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eines Bauteiles, ebenfalls auch selektiv auf nur einem Teil der Oberfläche herstellen lassen.Surprisingly, however, it has also been found that with the method described in the invention, for example, barrier layers for nitriding steel, even partially, or layers for increasing the electrical conductivity of a component, can also be produced selectively on only a part of the surface.

Außerdem wurde überraschenderweise gefunden, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch glänzende Kupferschichten abscheiden lassen, so dass sogar in manchen Fällen auf eine nachfolgende saure Glanzverkupferung oder auf eine nachfolgende saure Glanzvernickelung verzichtet werden kann und bei Bedarf und je nach Anwendung danach direkt galvanisch glanzvernickelt, galvanisch glanzvergoldet, galvanisch glanzversilbert oder/und galvanisch glanzverchromt werden kann.Moreover, it has surprisingly been found that it is also possible to deposit bright copper layers with the method according to the invention, so that even in some cases a subsequent acid luster coppering or subsequent acid luster nickel plating can be dispensed with and If required and depending on the application, then directly galvanically nickel plated, galvanized, gold plated, galvanized, and / or galvanically bright chrome plated.

Auf die erfindungsgemäß aufgebrachte Sperrschicht oder/und Konduktivschicht kann unmittelbar darauf auch mindestens eine elektrolytische Glanz- oder elektrolytische Dicknickelschicht aufgebracht werden, ohne dass die mit einer Sperrschicht versehenen Gegenstände zuvor zusätzlich mit einer sauren, elektrolytischen Glanzkupferschicht überzogen werden müssen. Das ist unabhängig davon, ob mit einer Cyanid-haltigen Verkupferungslösung oder mit einer erfindungsgemäß eingesetzten Verkupferungslösung stromlos gearbeitet wurde. Es ist auch unabhängig davon, ob die Sperrschicht dabei auf einer Oberfläche z. B. aus aus einem Eisenwerkstoff, aus einem Zinkwerkstoff, aus einem Zinnwerkstoff oder/und auf einer edleren Oberfläche aufgebracht wurde.At least one electrolytic luster or electrolytic thick nickel layer can be applied directly to the barrier layer and / or conductive layer applied according to the invention without the objects provided with a barrier layer having to be previously additionally coated with an acidic, electrolytic bright copper layer. This is independent of whether it was carried out without current with a cyanide-containing copper plating solution or with a copper plating solution used according to the invention. It is also independent of whether the barrier layer while on a surface z. B. from a ferrous material, a zinc material, a tin material and / or was applied to a nobler surface.

Der mit einer erfindungsgemäß hergestellten Konduktivschicht beschichtete Gegenstand kann zur Herstellung eines elektrisch besser leitenden Gegenstandes wie z. B. einem Draht, Profil, Rohr, Stab oder kompliziert geformten Gegenstandes erwendet werden, zum konduktiven Aufheizen oder/und zum Härten des metallischen GegenstandesThe coated with a conductive layer according to the invention coated article can be used to produce a more electrically conductive object such. As a wire, profile, pipe, rod or intricately shaped object can be used for conductive heating and / or curing of the metallic article

Der mit einer erfindungsgemäßen Sperrschicht oder/und Konduktivschicht beschichtete Gegenstand kann verwendet werden als Draht, Profil, Rohr oder Stange, als Schweißdraht, als Beschlag, Element oder Verbindungselement z. B. für Fenster, Türen oder Möbel wie z. B. eine Rolle oder eine Schraube, als Element eines Apparates, einer Maschine, eines Haushaltsgeräts, eines Elektroartikels, eines Elektronikartikels oder Spielzeugs wie z. B. als Schalter oder Taster, als Schmuckgegenstand wie z. B. als Kerzenhalter, als Element für eine Uhr, als Gehäuse, Gestänge, Halterung, Montageplatte oder Verkleidung, als Element im Apparatebau, Maschinenbau, Automobilbau oder für Verkehrsmittel, als mechanisches Funktionsteil oder für einen zu härtenden metallischen Gegenstand wie z. B. einen Bohrer, einem Verschleiß unterliegenden Element insbesondere im Apparatebau, im Fahrzeugbau, im Maschinenbau oder im Werkzeugbau oder als Schraube.The object coated with a barrier layer and / or conductive layer according to the invention can be used as a wire, profile, pipe or rod, as a welding wire, as a fitting, element or connecting element z. B. for windows, doors or furniture such. As a role or a screw, as an element of an apparatus, a machine, a household appliance, an electrical appliance, an electronics article or toys such. B. as a switch or button, as a decorative item such. B. as a candle holder, as an element for a clock, as a housing, linkage, bracket, mounting plate or panel, as an element in the apparatus, engineering, automotive or transportation, as a mechanical part or for a metallic object to be cured such. As a drill, a subject subject to wear, especially in apparatus, in vehicle, in engineering or tooling or as a screw.

Beispiele und Vergleichsbeispiele:Examples and Comparative Examples:

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung beispielhaft verdeutlichen.The following examples and comparative examples are intended to illustrate the invention by way of example.

Ein Hullzellenblech (Englisch = hull cell sheet ) ist ein Blech, das in eine Hullzelle eingesetzt werden kann. Die Hullzelle weist einen Querschnitt in Form eines Trapezes auf. Durch den trapezförmigen Grundriss der Hull-Zelle variiert der Abstand zwischen Anode und Kathode. Dadurch wird auch die Stromdichte zwischen Kathode und Anode variiert, wobei dem kleinsten Abstand der beiden Elektroden die höchste Stromdichte und beim größten Abstand der beiden Elektroden die kleinste Stromdichte entspricht. Die Stromdichteverteilung ist jedoch nicht linear, sondern nimmt bei kleiner werdendem Abstand schneller zu. Deshalb ist es möglich, einen Elektrolyten wie z. B. ein saures Hochglanzkupferbad an einem einzigen Hullzellenblech über einen weiten für die Metallabscheidung wichtigen Stromdichtebereich zu testen.A hull cell sheet is a sheet that can be inserted into a Hull cell. The Hull cell has a cross-section in the form of a trapezoid. The trapezoidal layout of the Hull cell varies the distance between the anode and the cathode. As a result, the current density between the cathode and anode is varied, wherein the smallest distance between the two electrodes, the highest current density and the largest distance of the two electrodes corresponds to the smallest current density. However, the current density distribution is not linear, but increases faster as the distance becomes smaller. Therefore, it is possible to use an electrolyte such. For example, to test an acidic high gloss copper bath on a single Hull cell sheet over a wide current density range important to metal deposition.

Die Haftung der aufgetragenen Schichten wurde mittels Gitterschnitt-, Wisch- und Biegetests nach DIN EN ISO 2409 , nach DIN EN ISO 1519 und nach ASTM 2794 überprüft und mit diesen Tests bei allen erfindungsgemäßen Beispielen als gut haftend bestätigt.The adhesion of the applied layers was detected by crosshatching, wiping and bending tests DIN EN ISO 2409 , to DIN EN ISO 1519 and after ASTM 2794 checked and confirmed with these tests in all examples of the invention as well adherent.

Erfindungsgemäßes Beispiel 1 zu stromlos hergestellter Kupfersperrschicht:Inventive Example 1 to electroless copper barrier layer:

Zwei handelsübliche Hullzellenbleche aus Stahl ST2 wurden in 10 g/L NaOH, 30 g/L Natriumpyrophosphat und 5 g/L Netzmittel bei 70°C über 3 Minuten alkalisch heiß entfettet, mit Stadtwasser gründlich gespült, 10 Sekunden in 5%iger Schwefelsäure dekapiert (= kurzzeitig zum Aktivieren der Oberfläche gebeizt) und wiederum in Stadtwasser gespült. Hierdurch wurden die metallischen Oberflächen hervorragend gereinigt. Anschließend wurden die gereinigten Bleche in ein stromloses Bad zur Ausbildung einer Sperrschicht getaucht. Das Bad der ersten Verkupferungslösung hatte folgende wässerige Zusammensetzung:
100 g/L Gardobond® CU 7602 der Chemetall GmbH und
150 g/L H2SO4 technisch rein und weitere Zusätze.
Two commercially available ST2 steel sheath plates were degreased alkaline hot in 10 g / L NaOH, 30 g / L sodium pyrophosphate and 5 g / L wetting agent at 70 ° C. for 3 minutes, thoroughly rinsed with city water, and decanted for 10 seconds in 5% sulfuric acid ( = briefly stained to activate the surface) and rinsed again in city water. As a result, the metallic surfaces were excellently cleaned. Subsequently, the cleaned sheets were immersed in an electroless bath to form a barrier layer. The bath of the first coppering solution had the following aqueous composition:
100 g / L Gardobond ® CU 7602 Chemetall GmbH and
150 g / LH 2 SO 4 technically pure and other additives.

Gardobond® CU 7602 wird von der Chemetall GmbH als gefrierstabile und auftaustabile konzentrierte wässerige Lösung vertrieben. Die mit Stadtwasser verdünnte Lösung von Gardobond® CU 7602 der Chemetall GmbH weist eine wässerige Zusammensetzung auf Basis von basischem Kupfercarbonat, schwach basischer Puffersubstanz, schwachem Komplexbildner und Glanzbildner auf. Die mit Schwefelsäure angesetzte erfindungsgemäße Verkupferungslösung wurde bei einer Temperatur von 30°C und bei einem pH-Wert von weniger als 0,5 über 0,5 Minuten eingesetzt. Anschließend folgte ein Spülen mit Stadtwasser bei Raumtemperatur.Gardobond ® CU 7602 is sold by Chemetall GmbH as a freeze-stable and thaw-stable concentrated aqueous solution. The diluted with city water solution of Gardobond ® 7602 CU of Chemetall GmbH comprises an aqueous composition based on basic copper carbonate, weakly basic buffer substance, a weak complexing agent and a brightener. The prepared with sulfuric acid The copper plating solution according to the invention was used at a temperature of 30 ° C. and at a pH of less than 0.5 over 0.5 minutes. This was followed by rinsing with city water at room temperature.

Durch den niedrigen pH-Wert der stromlosen Badlösung erfolgte ein Beizangriff auf dem Stahlblech. Dadurch wurde Fe2+ herausgebeizt und ging in die Lösung über, wodurch Elektronen frei wurden. Die Elektronen wurden wiederum von den sich in der Lösung befindlichen Kupferionen aufgenommen. Auf dem Eisenteil schlug sich metallisches Kupfer nieder. Die spezielle Rezeptur und Rohstoffkombination des Produktes Gardobond® CU 7602 ermöglichte besonders haftfeste Kupfersperrschichten durch die Art der chemischen Bindung der Schicht mit dem Grundmaterial.Due to the low pH of the electroless bath solution, a pickling attack took place on the steel sheet. As a result, Fe 2+ was leached out and passed into the solution, releasing electrons. The electrons were in turn taken up by the copper ions present in the solution. Metallic copper struck the iron part. The special formulation and combination of raw materials of the product Gardobond ® CU 7602 made it possible to achieve particularly adherent copper barrier layers by the chemical bonding of the layer with the base material.

Die mit einer Kupfersperrschicht beschichteten Bleche zeigten bereits eine hohe Haftung und deutlichen Glanz, auch ohne dass eine Glanzkupferschicht aufgebracht worden war. Die Schichtdicke der Sperrschicht betrug 1,4–1,5 μm und war gleichmäßig auf der Vorder- und Rückseite des Bleches verteilt. Die Kupfersperrschichten konnten auch nicht mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Auch ein Biegen des Hullzellenbleches über 180° war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die aufgetragene Sperrschicht war äußerst duktil, porenfrei, feinkristallin und ohne innere Schichtspannungen.The coated with a copper barrier layer sheets already showed a high adhesion and clear gloss, even without a bright copper layer was applied. The layer thickness of the barrier layer was 1.4-1.5 microns and was evenly distributed on the front and back of the sheet. The copper barrier layers could not be scraped off with a fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. A bending of Hullzellenbleches over 180 ° was possible without Schichtabplatzungen at Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied barrier layer was extremely ductile, non-porous, fine crystalline and without internal layer stresses.

Anschließend wurden die Bleche in einem konventionellen sauren Hochglanz-Kupferbad bei 2 A/dm2 und bei einer Temperatur von 35°C über 15 Minuten bzw. für Dickschichten über 60 Minuten galvanisch glanzverkupfert oder dickverkupfert. Danach wurden sie mit Stadtwasser erneut gespült und getrocknet. Auf die stromlos aufgebrachte Kupfersperrschicht hätte auch unmittelbar eine Glanzvernickelung anstatt der Glanzverkupferung folgen können, so dass dann sowohl die cyanidische Verkupferung, als auch die saure Glanzverkupferung des konventionellen Herstellungsganges hätte entfallen können.Subsequently, the sheets were in a conventional acidic high-gloss copper bath at 2 A / dm 2 and at a temperature of 35 ° C for 15 minutes or for thick films over 60 minutes electroplated or thickly coppered. Then they were rinsed with city water again and dried. The electrolessly applied copper barrier layer could also have been followed directly by a bright nickel plating instead of the bright copper plating, so that then both the cyanide copper plating and the acid copper plating of the conventional production process could have been omitted.

Die Bleche zeigten auch unter variierten Vorbehandlungsbedingungen und unter variierten Bedingungen zur Ausbildung der Sperrschicht wie Temperatur, Konzentration und Tauchzeit auf Basis von Gardobond® CU 7602 glatte, hochglänzende und über den gesamten Stromdichte-Bereich von 0,1 bis 20 A/dm2 im sauren, galvanischen Glanzkupferelektrolyten sehr gut haftende Kupfersperrschichten, wobei die gute Haftung durch Prüfungen im Gitterschnitt- und Biegetest bestätigt wurde.The sheets also exhibited under varied pretreatment conditions and under varied conditions for forming the barrier layer, such as temperature, concentration and immersion time on the basis of Gardobond ® CU 7602 smooth, glossy, and over the entire current density range from 0.1 to 20 A / dm 2 in an acid , glossy copper electroplated very well adhering copper barrier layers, the good adhesion was confirmed by tests in the crosshatch and bending test.

Die Glanzkupfer- und die Dickkupferschicht waren hochglänzend. Sie zeigten eine ausgezeichnete Haftung. Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Das erfindungsgemäße Verfahren verlief besonders schnell, einfach, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand und problemlos.The bright copper and thick copper layers were high gloss. They showed excellent adhesion. All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The inventive method was particularly fast, easy, inexpensive, without much energy and effortless.

Danach hätte dann bei Bedarf weiter elektrolytisch verkupfert, elektrolytisch vernickelt oder anderweitig elektrolytisch abgeschieden werden können oder/und stromlos auf chemischem Weg farbige Beschichtungen abgeschieden werden können. Ferner hätte nach jeder dieser Beschichtungen anstelle weiterer galvanisch oder stromlos hergestellter Beschichtungen auch Lack oder Klebstoff aufgebracht werden können.Thereafter, if required, it would then be possible to continue to be electrolytically copper-plated, electrolytically nickel-plated or otherwise electrolytically deposited or / and electrolessly deposited by chemical means to form colored coatings. Furthermore, after each of these coatings, it would also have been possible to apply lacquer or adhesive instead of further coatings produced galvanically or without electricity.

Erfindungsgemäßes Beispiel 2 zu stromlos und chemisch variiert hergestellter Kupfersperrschicht:Inventive example 2 to electrolessly and chemically varied produced copper barrier layer:

Zwei Hullzellenbleche aus Stahl ST2 wurden wie in Beispiel 1 vorbehandelt und verkupfert, jedoch wurde eine stromlose Tauchbadbehandlung durchgeführt in
100 g/L Gardobond® CU 7600 der Chemetall GmbH und
150 g/L H2SO4 von technisch reiner Qualität.
Two Hullzellenbleche steel ST2 were pretreated and coppered as in Example 1, but an electroless dip treatment was carried out in
100 g / L Gardobond ® CU 7600 Chemetall GmbH and
150 g / LH 2 SO 4 of technically pure quality.

Gardobond® CU 7600 wird von Chemetall GmbH in pulveriger Form vertrieben. Die wässerige Lösung von Gardobond® CU 7600 enthält Kupfersulfathydrat, Beizinhibitor, Beizverstärker und Netzmittel. Die Hullzellenbleche wurden bei einer Temperatur von 30°C bei einem pH-Wert < 1, insbesondere bei pH-Werten von etwa 0,5, über 0,5 Minuten behandelt. Dann wurde mit Stadtwasser gespült.Gardobond ® CU 7600 is sold by Chemetall GmbH in powder form. Gardobond ® CU 7600 aqueous solution contains copper sulphate hydrate, pickling inhibitor, pickling agent and wetting agent. The Hull cell plates were treated at a temperature of 30 ° C at a pH <1, in particular at pH values of about 0.5, for 0.5 minutes. Then it was flushed with city water.

Durch den geringen pH-Wert erfolgte ein Beizangriff auf den Stahlblechen. Dadurch wurde Fe2+ herausgebeizt und ging in Lösung. Dadurch wurden Elektronen frei, die vom Kupfer aufgenommen wurden. Daraufhin schlug sich metallisches Kupfer auf dem Blech nieder.Due to the low pH, a pickling attack took place on the steel sheets. As a result, Fe 2+ was leached out and went into solution. As a result, electrons were released, which were absorbed by the copper. As a result, metallic copper fell on the sheet.

Anschließend wurden die Bleche in einem konventionellen sauren Hochglanz-Kupferbad bei einer Stromdichte von 2 A/dm2 und bei einer Temperatur von 35°C über 15 Minuten bzw. für Dickschichten über 60 Minuten galvanisch glanzverkupfert oder dickverkupfert. Danach wurden sie mit Stadtwasser erneut gespült und getrocknet. Auf diese stromlose aufgebrachte Kupfersperrschicht hätte auch unmittelbar eine Glanzvernickelung anstatt der Glanzverkupferung folgen können, so dass dann sowohl die cyanidische Verkupferung, als auch die saure Glanzverkupferung hätte entfallen können.Subsequently, the sheets were in a conventional acidic high-gloss copper bath at a current density of 2 A / dm 2 and at a temperature of 35 ° C for 15 minutes or for thick films over 60 minutes electroplated or thickly coppered. Then they were rinsed with city water again and dried. This electrolessly applied copper barrier layer would also have a direct Instead of the bright copper plating, it would be possible to follow the process of bright nickel plating, so that both the cyanide copper plating and the acid copper plating could have been omitted.

Die Bleche zeigten unter variierten Vorbehandlungsbedingungen und bei variierten Bedingungen zur stromlosen Ausbildung der Sperrschicht unter Verwendung von Gardobond® Cu 7600 wie Konzentrationen, Temperaturen und Tauchzeiten glatte, hochglänzende und über den gesamten Stromdichte-Bereich sehr gut haftende Kupfersperrschichten. Die Dicke der aufgetragenen Sperrschicht betrug 1,6–1,7 μm und war gleichmäßig auf der Vorder- und Rückseite des Bleches verteilt. Die Gleichmäßigkeit wurde durch Gitterschnitt- und Biegetest-Prüfungen bestätigt. Die Kupfersperrschichten konnten auch nicht mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Auch ein Biegen des Hullzellenbleches über 180° war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die aufgetragene Sperrschicht war besonders duktil, porenfrei, feinkristallin und ohne innere Schichtspannungen.The sheets showed smooth under varied pretreatment conditions and varied conditions for electroless formation of the barrier layer using Gardobond ® Cu 7600 as concentrations, temperatures and immersion times, high gloss and very good adhesion over the entire current density range copper barrier layers. The thickness of the applied barrier layer was 1.6-1.7 microns and was evenly distributed on the front and back of the sheet. The uniformity was confirmed by crosshatch and bending test. The copper barrier layers could not be scraped off with a fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. A bending of Hullzellenbleches over 180 ° was possible without Schichtabplatzungen at Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied barrier layer was particularly ductile, nonporous, fine crystalline and without internal layer stresses.

Die Glanzkupfer- und die Dickkupferschicht waren hochglänzend. Sie zeigten eine ausgezeichnete Haftung. Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Das erfindungsgemäße Verfahren verlief besonders schnell, einfach, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand und problemlos.The bright copper and thick copper layers were high gloss. They showed excellent adhesion. All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The inventive method was particularly fast, easy, inexpensive, without much energy and effortless.

Danach hätte dann bei Bedarf weiter elektrolytisch verkupfert, elektrolytisch vernickelt oder anderweitig elektrolytisch abgeschieden werden können oder/und stromlos auf chemischem Weg farbige Beschichtungen abgeschieden werden können. Ferner hätte nach jeder dieser Beschichtungen anstelle weiterer galvanisch oder stromlos hergestellter Beschichtungen auch Lack oder Klebstoff aufgebracht werden können.Thereafter, if required, it would then be possible to continue to be electrolytically copper-plated, electrolytically nickel-plated or otherwise electrolytically deposited or / and electrolessly deposited by chemical means to form colored coatings. Furthermore, after each of these coatings, it would also have been possible to apply lacquer or adhesive instead of further coatings produced galvanically or without electricity.

Vergleichsbeispiel 3 zum sauren galvanischen Verkupfern ohne Sperrschicht:Comparative Example 3 for acid plating without barrier layer:

Zwei weitere Hullzellenbleche wurden wie in Beispiel 1 vorbehandelt und danach glanzverkupfert bzw. dickverkupfert, jedoch ohne dazwischen eine Sperrschicht in einem stromlosen Kupfertauchbad auszubilden. Hiermit sollte die hohe Bedeutung der stromlosen Verkupferung und der Kupfersperrschicht sowie die Notwendigkeit einer Kupfersperrschicht für die weitere galvanische Behandlung aufgezeigt werden.Two further Hullzellenbleche were pretreated as in Example 1 and then brightly coated or dickverkupfert, but without forming a barrier layer in an electroless copper immersion bath. It was intended to demonstrate the importance of electroless copper plating and the copper barrier layer, as well as the need for a copper barrier layer for further galvanic treatment.

Auf den gereinigten Blechen ließ sich eine hochglänzende Glanzkupferschicht bzw. hochglänzende Dickkupferschicht abscheiden, die jedoch keine Grundmaterialhaftung zeigte. Bereits nach dem Ausheben der Bleche aus dem sauren Elektrolyten war eine deutliche Blasenbildung zu erkennen. Die Kupferschichten blätterten bei der anschließenden Trocknung mit Druckluft bei 2 bar großflächig ab. Die verbliebenen Reste der Kupferschichten konnten dann mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Daher wurde nicht weiter beschichtet. Diese Kupferschichten waren nicht kommerziell nutzbar.On the cleaned sheets, a high-gloss bright copper layer or high-gloss thick copper layer could be deposited, which, however, showed no base material adhesion. Already after the removal of the sheets from the acidic electrolyte a clear blistering was to be recognized. The copper layers peeled off during the subsequent drying with compressed air at 2 bar over a large area. The remainder of the copper layers could then be scraped off with a fingernail. Therefore, no further coating was done. These copper layers were not commercially usable.

Vergleichsbeispiele 4 und 4a zu aufwändiger Verkupferung mit konventionell hergestellter Sperrschicht:Comparative Examples 4 and 4a for costly copper plating with conventionally produced barrier layer:

Zwei weitere Hullzellenbleche 4 und 4a wurden zuerst wie in Beispiel 1 vorbehandelt. Das Blech 4a des Vergleichsbeispiels 4a wurde nach dem Heißentfetten und nach dem Spülen mit Wasser zusätzlich gebeizt und kathodisch entfettet, um den konventionell in der Industrie verwendeten Prozess nachzustellen: Das Beizen des zweiten Bleches erfolgte mit 5%iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur über 30 Sekunden. Nach dem Beizen wurde das Blech wieder in Stadtwasser gespült und anschließend elektrolytisch entfettet. Das Entfetten erfolgte kathodisch in wässeriger Lösung von 10 g/L KOH, 30 g/L Natriumsilicat, 10 g/L Pyrophosphat und 1 g/L Netzmittel bei 2 A/dm2 und 30°C über 3 Minuten. Dadurch wurde ein zusätzlicher Reinigungseffekt gegenüber dem Blech 4 erzielt.Two further Hullzellen sheets 4 and 4a were first pretreated as in Example 1. The sheet 4a of Comparative Example 4a was additionally pickled after the hot degreasing and rinsing with water and cathodically degreased to readjust the conventional process used in the industry: The pickling of the second sheet was carried out with 5% sulfuric acid at room temperature for 30 seconds. After pickling, the sheet was rinsed again in city water and then degreased electrolytically. The degreasing was carried out cathodically in aqueous solution of 10 g / L KOH, 30 g / L sodium silicate, 10 g / L pyrophosphate and 1 g / L wetting agent at 2 A / dm 2 and 30 ° C for 3 minutes. As a result, an additional cleaning effect compared to the sheet 4 was achieved.

Danach wurden die beiden gereinigten Bleche nicht einer stromlosen Tauchbadbehandlung unterzogen, sondern in einem galvanischen Prozess mit einem handelsüblichen cyanidischen alkalischen Kupferelektrolyten von ca. 15 g/L Cu, ca. 50 g/L Natriumcyanid, ca. 50 g/L Natronlauge, Netzmittel, Glanzbildner und weiteren Additiven behandelt. Die galvanische Verkupferung zur Erzeugung einer Sperrschicht wurde bei 1 A/dm2 und 50°C über 5 Minuten ausgeführt. Dadurch wurde etwa die fünffache Zeit für die Ausbildung der galvanisch hergestellten Sperrschicht für eine bestimmte Schichtdicke benötigt wie bei dem erfindungsgemäßen stromlosen Verkupfern der Sperrschicht.Thereafter, the two cleaned sheets were not subjected to an electroless dip treatment, but in a galvanic process with a commercially available cyanide alkaline copper electrolyte of about 15 g / L Cu, about 50 g / L sodium cyanide, about 50 g / L sodium hydroxide solution, wetting agent, Brightener and other additives treated. The galvanic copper plating to form a barrier layer was carried out at 1 A / dm 2 and 50 ° C for 5 minutes. As a result, about five times the time was required for the formation of the galvanically produced barrier layer for a certain layer thickness as in the inventive electroless copper plating of the barrier layer.

Die mit einer Kupfersperrschicht beschichteten Bleche zeigten eine hohe Haftung, wobei Blech 4 und Blech 4a nach der cyanidischen galvanischen Verkupferung eine matte Oberfläche ohne Glanz zeigten, ohne dass eine Glanzkupferschicht aufgebracht worden war. Die Schichtdicke der Sperrschichten betrug auf der zur Anode zugewandten Seite je nach der in der Hullzelle herrschenden Anodenabstandsverlängerung 1,2–2,5 μm. Die Kupfersperrschichten konnten nicht mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Auch ein Biegen des Hullzellenbleches über 180° war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die aufgetragene Sperrschicht war duktil, fast porenfrei, kristallin und zeigte leichte innere Zug-Schichtspannungen.The coated with a copper barrier layer sheets showed high adhesion, with sheet 4 and sheet 4a after cyanidic copper plating a matte surface without gloss showed without a bright copper layer was applied. The layer thickness of the barrier layers was 1.2-2.5 μm on the side facing the anode, depending on the anode distance extension prevailing in the Hull cell. The copper barrier layers could not be scraped off with a fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. A bending of Hullzellenbleches over 180 ° was possible without Schichtabplatzungen at Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied barrier layer was ductile, almost nonporous, crystalline, and showed slight internal tensile layer stresses.

Die Schichtdicke der Sperrschichten betrug auf der der Anode abgewandten Rückseite, die kaum oder nicht durch die Feldlinien des Stromes erreicht werden können, je nach der in der Hullzelle herrschenden Anodenabstandsverlängerung und Streufähigkeit des cyanidischen, galvanischen Verkupferungsbades 0,06 und 1,4 μm, nahm aber zu den Außenkanten des Bleches zu. In der Mitte des Bleches befand sich auf der Rückseite ein Bereich von etwa 2,3 × 1,8 cm, der überhaupt nicht mit Kupfer beschichtet worden war, so dass eine blanke Stelle zu sehen war. Auch auf der Rückseite konnten die Kupfersperrschichten mit dem Fingernagel nicht abgekratzt werden.The layer thickness of the barrier layers was on the rear side facing away from the anode, which can hardly or not be reached by the field lines of the current, depending on the prevailing in the Hull cell anode distance extension and throwing power of the cyanide, galvanic copper plating bath 0.06 and 1.4 microns, took but towards the outer edges of the sheet too. In the middle of the sheet was on the back of an area of about 2.3 × 1.8 cm, which had not been coated with copper at all, so that a bare spot was visible. Even on the back, the copper barrier layers could not be scraped off with a fingernail.

Anschließend wurden die Bleche in einem konventionellen sauren Hochglanz-Kupferbad bei 2 A/dm2 bei einer Temperatur von 35°C über 15 Minuten galvanisch glanzverkupfert. Auffallend war, dass direkt nach der galvanischen Glanzverkupferung der Bereich mittig auf der Rückseite des Bleches, der zuvor nicht mit einer cyanidisch hergestellten Sperrschicht versehen war, eine matte, grieselige, schlierige, leicht schwärzliche Kupferschicht aufwies. Da in diesem Bereich keine Sperrschicht vorhanden war, erfolgte in dem sauren Glanzverkupferungsbad an dieser Stelle ein Beizangriff auf das Grundmaterial und setzte wiederum eine Sudabscheidung in Gang.Subsequently, the sheets were galvanized in a conventional acidic high-gloss copper bath at 2 A / dm 2 at a temperature of 35 ° C for 15 minutes. It was striking that immediately after the galvanic bright copper plating, the area in the middle of the back of the sheet, which had not previously been provided with a cyanidically produced barrier layer, had a dull, gritty, streaky, slightly blackish copper layer. Since no barrier layer was present in this area, a pickling attack on the base material took place in the acidic bright copper plating bath at this point and in turn initiated a sedimentation.

Danach wurden die Bleche erneut mit Stadtwasser gespült und getrocknet. Auf diese cyanidisch hergestellte Kupfersperrschicht hätte auch unmittelbar eine Glanzvernickelung anstatt der Glanzverkupferung folgen können. Das derart behandelte Blech 4 zeigte auf der Vorderseite eine glänzende Kupferschicht, die eine ausgezeichnete Haftung besaß. Das zusätzlich behandelte Blech 4a zeigte auf der Vorderseite eine hochglänzende Kupferschicht, die ebenfalls eine ausgezeichnete Haftung besaß. Auf der Rückseite beider Bleche zeigte die aufgebrachte Glanzkupferschicht an den Stellen, die zuvor mit einer cyanidisch hergestellten Kupfersperrschicht versehen werden konnten, ebenfalls eine ausgezeichnete Haftung. Im mittleren Bereich auf der Rückseite des Bleches, wo aufgrund der Feldlinienverteilung des Stromes keine Sperrschicht aufgebracht werden konnte, blätterte die dort entstandene Kupferschicht bei der anschließenden Trocknung mit Druckluft bei 2 bar großflächig ab. Die verbliebenen Reste der Kupferschicht in diesem Bereich konnten dann problemlos mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Daher wurde nicht weiter beschichtet. Diese Kupferschicht auf der Rückseite des Bleches war nicht kommerziell nutzbar. Das Blech 4a zeigte trotz aufwändigerer Herstellung keine Vorteile im Vergleich zum Blech 4.Thereafter, the sheets were rinsed again with city water and dried. This cyanidically produced copper barrier layer could also be followed directly by a bright nickel plating instead of the bright copper plating. The sheet 4 thus treated showed on the front side a shiny copper layer which had excellent adhesion. The additionally treated sheet 4a showed on the front a high-gloss copper layer, which also had excellent adhesion. On the back side of both sheets, the applied glossy copper layer also exhibited excellent adhesion at the points which could previously be provided with a cyanidically prepared copper barrier layer. In the central area on the back of the sheet, where due to the field line distribution of the current no barrier layer could be applied, peeled off the resulting copper layer in the subsequent drying with compressed air at 2 bar over a large area. The remainder of the copper layer in this area could then be easily scraped off with a fingernail. Therefore, no further coating was done. This copper layer on the back of the sheet was not commercially usable. The sheet 4a showed despite complex production no advantages compared to the plate 4th

Beispiele 5 und Vergleichsbeispiele 5 zum Einfluss des Teilespektrums:Examples 5 and Comparative Examples 5 on the influence of the part spectrum:

Um die Leistungsfähigkeit der mit den Vorbehandlungsprodukten Gardobond® CU 7600 und Gardobond® CU 7602 der Chemetall GmbH erzielten Sperrschichten zu testen, um dem in einem Lohngalvanikbetrieb zu behandelnden Teilespektrum und vor allem um dabei dem Spektrum der behandelten Legierungen gerecht zu werden, wurden aufgrund der besseren Handhabung verschiedene Abschnitte von diversen Automaten-, Bau-, und Federstahllegierungsproben zum Zweck der Erhöhung des Korrosionsschutzes oder/und einer optischen Veredelung nach den Verfahren der Beispiele 1 und 2 bzw. nach den Verfahren der Vergleichsbeispiele 3, 4 und 4a behandelt.In order to test the performance of the barrier coatings achieved with Chemetall GmbH Gardobond ® CU 7600 and Gardobond ® CU 7602 pretreatment products, in order to cope with the range of parts to be treated in a batch electroplating shop and, above all, to cope with the spectrum of treated alloys Handling various sections of various vending machine, construction, and spring steel alloy samples for the purpose of enhancing corrosion protection and / or optical finishing according to the methods of Examples 1 and 2 and treated by the methods of Comparative Examples 3, 4 and 4a, respectively.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung der verschiedenartigen Teile nach den Verfahren der Beispiele 1 und 2 ergaben sich bei allen Teilen die gleichen hochwertigen Eigenschaften und Vorteile wie bei den Beispielen 1 und 2.In the treatment according to the invention of the various parts according to the processes of Examples 1 and 2, the same high-quality properties and advantages were obtained in all parts as in Examples 1 and 2.

Hierbei wiesen die Teile nach der galvanischen Behandlung im Glanzkupferelektrolyten bzw. Dickkupferelektrolyten gut haftende und gut ausgebildete hochglänzende Glanzkupferschichten bzw. hochglänzende Dickkupferschichten auf. Im Rohrinneren, wo eine galvanische Beschichtung nicht erfolgreich stattfinden könnte, wurde durch die stromlose Verwendung von Gardobond® CU 7600 oder Gardobond® CU 7602 für die Herstellung von Sperrschichten eine unkontrollierte Zementation während des Galvanisierungsprozesses mit dementsprechenden Schichtabplatzungen verhindert. Auch im Rohrinneren zeigten sich hochglänzende, gut haftende Kupferschichten. Das Tauchbad wurde nicht verschmutzt.In this case, the parts after galvanic treatment in bright copper electrolyte or thick copper electrolyte had well-adhering and well-formed high-gloss glossy copper layers or high-gloss thick copper layers. In the interior of the pipe, where galvanic plating could not be successful, the currentless use of Gardobond ® CU 7600 or Gardobond ® CU 7602 for the production of barrier layers prevented uncontrolled cementation during the plating process with corresponding layer flaking. Also in the interior of the pipe were high-gloss, well-adhering copper layers. The dip was not polluted.

Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Die Verfahren verliefen ebenfalls besonders schnell, einfach, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand und problemlos.All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The processes were also particularly fast, simple, inexpensive, without much energy and without problems.

Auch hier zeigte sich bei den nach dem Verfahren von Vergleichsbeispiel 3 behandelten Teilen eine völlig unzureichende Haftung der Glanzkupferschicht oder der Dickkupferschicht auf allen Legierungen. Bei Hohlteilen wie zum Beispiel Rohrabschnitten, die aufgrund des Effektes eines Faraday'schen Käfigs im Inneren mit Strom nicht erreicht werden können, zeigte sich zusätzlich eine sehr raue, körnige und grieselige nicht-haftende Kupferschicht. Diese löste sich teilweise bereits während des Galvanisierungsprozesses im Elektrolyten und verschmutzte diesen dementsprechend. Again, in the treated by the method of Comparative Example 3 parts, a completely insufficient adhesion of the bright copper layer or the thick copper layer on all alloys. In hollow parts such as pipe sections, which can not be achieved due to the effect of a Faraday cage inside with electricity, in addition, showed a very rough, granular and gritty non-stick copper layer. This partly dissolved already during the electroplating process in the electrolyte and polluted it accordingly.

Bei dem nach den Verfahren von Vergleichsbeispiel 4 und 4a behandelten Teilen war dies in geringerem Ausmaß ebenfalls zu erkennen: Je nach dem Streuvermögen des cyanidischen Elektrolyten und je nach der Teiletiefe oder Geometrie oder Länge des Rohrabschnittes. An den mit Strom nicht erreichbaren Stellen aufgrund des Effektes eines Faraday'schen Käfigs wie zum Beispiel im Rohrinneren konnte auch mit einem cyanidischen Elektrolyten keine Sperrschicht für eine Behandlung in einem sauren Hochglanzkupferbad erzeugt werden. Dadurch setzte sich beim Eintauchen in den sauren Glanzelektrolyten oder Dickschichtelektrolyten an Stellen ohne Sperrschicht wiederum eine unkontrollierte Sudabscheidung in Gang, was wiederum eine Nichthaftung der Schicht an diesen Stellen zur Folge hatte und den Elektrolyten stark verschmutzte und nachfolgende Galvanisierbäder wie z. B. ein Hochglanznickelbad hätte verschmutzen können. Die nach Beispiel 4 behandelten Werkstückabschnitte zeigten einen glänzende, die nach Beispiel 4a eine hochglänzende Kupferoberfläche.In the parts treated according to the methods of Comparative Examples 4 and 4a this was also to a lesser extent apparent: Depending on the scattering power of the cyanide electrolyte and depending on the part depth or geometry or length of the pipe section. At the sites not accessible by current, due to the effect of a Faraday cage, such as inside the tube, a barrier layer could not be produced with a cyanide electrolyte for treatment in an acidic high gloss copper bath. As a result, when immersed in the acidic acidic electrolyte or thick-film electrolyte in places without barrier again uncontrolled sedimentation initiated, which in turn had a non-adhesion of the layer at these points result and the electrolyte heavily soiled and subsequent plating baths such. B. a high gloss nickel bath could have polluted. The treated according to Example 4 workpiece sections showed a shiny, according to Example 4a a high-gloss copper surface.

Außerdem wurden bei allen nach den Beispielen 1, 2, 4 und 4a der Gitterschnitt-Haftungstest, soweit es durch die Teilegeometrie möglich war, mit GTO bestanden. Auch ein Biegen des Versuchsteilabschnitte über 180°, ebenfalls soweit es durch die Teilegeometrie möglich war, war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die aufgetragene Sperrschicht nach den Beispielen 1 und 2 hatte unabhängig von der Teilegeometrie eine Schichtstärke, je nach Grundmaterial, zwischen 1,1 und 1,6 μm, wobei sich die Verkupferung gleichmäßig an allen Stellen der Teile verteilte. Die Sperrschichten waren äußerst duktil, porenfrei, feinkristallin und ohne innere Schichtspannungen.In addition, in all of Examples 1, 2, 4 and 4a, the cross-cut adhesion test, as far as possible by the part geometry, was passed with GTO. A bending of the test sections over 180 °, also as far as it was possible by the part geometry, was possible without Schichtabplatzungen on Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied barrier layer according to Examples 1 and 2, regardless of the part geometry, a layer thickness, depending on the base material, between 1.1 and 1.6 microns, with the copper plating distributed evenly at all points of the parts. The barrier layers were extremely ductile, pore-free, fine-crystalline and without internal layer stresses.

Die nach den Beispielen 4 und 4a aufgetragene Sperrschicht hatte abhängig von der Teilegeometrie dort eine Schichtstärke von 0 μm an Stellen, wo aufgrund der Wirkung des Faraday'schen Käfigs nicht der zur Abscheidung nötige Strom geliefert wurde und deshalb keine Kupferabscheidung erfolgte. An elektrolytisch gut versorgten Stellen wurde eine Schichtstärke von bis zu 4,6 μm abgeschieden, wobei sich die Verkupferung ungleichmäßig, je nach Anodenabstand und dementsprechend zunehmender Stromdichte, auf den Werkstücken verteilte. Außerdem waren die nach den Beispielen 4 und 4a aufgetragenen Sperrschichten duktil, fast porenfrei, kristallin und zeigten leichte innere Zug-Schichtspannungen.Depending on the geometry of the parts, the barrier layer applied according to Examples 4 and 4a had a layer thickness of 0 .mu.m at locations where, owing to the action of the Faraday cage, the current required for the deposition was not provided and therefore no copper deposition took place. A layer thickness of up to 4.6 .mu.m was deposited at locations which were well supplied with electrolytic material, with the copper-plating being distributed unevenly, depending on the anode spacing and, correspondingly, increasing current density, on the workpieces. In addition, the barrier layers coated according to Examples 4 and 4a were ductile, almost nonporous, crystalline, and exhibited slight internal tensile layer stresses.

Vergleichsbeispiel 6 zur konventionellen Schraubenherstellung:Comparative Example 6 for Conventional Screw Production:

Hochwertige Stahlschrauben werden zur Einstellung bestimmter Festigkeitsparameter partiell konduktiv erwärmt und anschließend durch Abschrecken gehärtet. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ist es daher notwendig, die Schrauben mit einer gut elektrisch leitenden Kupferschicht als Konduktivschicht zu versehen, die eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 5 μm aufweisen soll.High-quality steel screws are partially conductively heated to set certain strength parameters and then hardened by quenching. To increase the electrical conductivity, it is therefore necessary to provide the screws with a good electrically conductive copper layer as a conductive layer, which should have a layer thickness in the range of 1 to 5 microns.

Musterteile solcher Schrauben wurden in dem Verfahren der Serienfertigung solcher Schrauben nach dem Stand der Technik wie folgt behandelt:

  • 1. Heiß/Abkochentfetten in 10 g/L NaOH, 30 g/L Natriumpyrophosphat und 5 g/L Netzmittel bei 70°C über 3 Minuten,
  • 2. Spülen in VE-Wasser,
  • 3. Beizen in HCl von ca. 15%, bei Raumtemperatur über 3 Minuten,
  • 4. Spülen in VE-Wasser,
  • 5. Elektrolytisches Entfetten in 10 g/L KOH, 30 g/L Natriumsilicat, 10 g/L Pyrophosphat und 1 g/L Netzmittel bei 2 A/dm2 und 30°C über 3 Minuten zur kathodischen Reinigung,
  • 6. Spülen in VE-Wasser,
  • 7. Dekapieren in 3%iger HNO3 bei Raumtemperatur über 10 Sekunden,
  • 8. Spülen in VE-Wasser und
  • 9. Cyanidisches alkalisches elektrolytisches Verkupfern mit wässeriger Lösung auf Basis von ca. 15 g/L Cu, ca. 50 g/L Natriumcyanid, ca. 50 g/L Natronlauge, Netzmittel, Glanzbildner und weiteren Additiven bei 1 A/dm2 und 50°C über 10 Minuten, wobei eine Schichtdicke von 3–5 μm erzielt wurde.
Sample parts of such screws were treated in the process of mass production of such screws according to the prior art as follows:
  • 1. hot / decoction fats in 10 g / L NaOH, 30 g / L sodium pyrophosphate and 5 g / L wetting agent at 70 ° C for 3 minutes,
  • 2. rinse in deionised water,
  • 3. pickling in HCl of about 15%, at room temperature over 3 minutes,
  • 4. Rinse in demineralised water,
  • 5. Electrolytic degreasing in 10 g / L KOH, 30 g / L sodium silicate, 10 g / L pyrophosphate and 1 g / L wetting agent at 2 A / dm 2 and 30 ° C for 3 minutes for cathodic cleaning,
  • 6. rinse in demineralised water,
  • 7. pickling in 3% HNO 3 at room temperature for 10 seconds,
  • 8. Rinse in demineralised water and
  • 9. Cyanidic alkaline electrolytic copper plating with aqueous solution based on about 15 g / L Cu, about 50 g / L sodium cyanide, about 50 g / L sodium hydroxide solution, wetting agent, brightener and other additives at 1 A / dm 2 and 50 ° C for 10 minutes, with a layer thickness of 3-5 microns was achieved.

Alle hierbei behandelten Teile wiesen eine sehr gut haftende Kupferschicht auf, mit deren Kupfer-Auflage ein konduktives Erwärmen bei geringem und stark verringertem Widerstand problemlos möglich war. Die nach Vergleichsbeispiel 6 behandelten Schrauben zeigten einen matte Kupferoberfläche. Auch ein Biegen der Versuchsschrauben über 90°, soweit es durch die Teilegeometrie möglich war, war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die aus einem cyanidischen Bad galvanisch aufgebrachte Konduktivschicht war duktil, fast porenfrei, kristallin und zeigte leichte innere Zugspannungen in der Kupferschicht.All parts treated in this case had a very well-adhering copper layer, with the copper pad a conductive heating at low and greatly reduced resistance was easily possible. The screws treated according to Comparative Example 6 showed a matte copper surface. Bending the test screws over 90 °, as far as it was possible by the part geometry, was possible without Schichtabplatzungen on Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The conductive layer, which was galvanically applied from a cyanidic bath, was ductile, almost free from pores, crystalline and showed slight internal tensile stresses in the copper layer.

Erfindungsgemäßes Beispiel 7 zur erfindungsgemäßen Schraubenherstellung:Inventive Example 7 for screw production according to the invention:

Ebensolche Schrauben wurden wie in Vergleichsbeispiel 6 heiß entfettet, gespült, gebeizt, erneut gespült und dann ohne weitere Schritte direkt stromlos mit dem Verkupferungsbad auf Basis von Gardobond® CU 7602 wie in Beispiel 1 über 0,5 Minuten bei 30°C behandelt. Anders als beim Vergleichsbeispiel 6 wurde hier nicht mit VE-Wasser gespült und nicht elektrolytisch entfettet und nicht dekapiert. Anstelle der cyanidischen alkalischen elektrolytischen Verkupferung wurde das stromlose Verkupferungsbad von Beispiel 1 genutzt.Just such screws were hot degreased, rinsed, pickled, rinsed again as in Comparative Example 6 and then treated without further steps directly without current with the coppering bath based on Gardobond ® CU 7602 as in Example 1 for 0.5 minutes at 30 ° C. Unlike Comparative Example 6 was not rinsed here with demineralised water and not degreased electrolytically and not dekapiert. Instead of cyanide alkaline electrolytic copper plating, the electroless copper plating bath of Example 1 was used.

Dennoch waren die Schrauben mit einer haftfesten, deutlich glänzenden Kupferschicht von 1,6 bis 1,8 μm Dicke versehen. Das konduktive Erwärmen der verkupferten Schrauben gelang problemlos, da die Kupferschicht einen besonders geringen elektrischen Widerstand aufwies. Die nach Beispiel 7 behandelten Schrauben zeigten eine glänzende Kupferoberfläche. Auch ein Biegen der Versuchsschrauben über 90°, soweit es durch die Teilegeometrie möglich war, war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Konduktivschicht war besonders duktil, porenfrei, feinkristallin und ohne innere Spannungen.Nevertheless, the screws were provided with an adherent, clearly shining copper layer of 1.6 to 1.8 μm thickness. The conductive heating of the copper-plated screws succeeded without any problems since the copper layer had a particularly low electrical resistance. The treated according to Example 7 screws showed a shiny copper surface. Bending the test screws over 90 °, as far as it was possible by the part geometry, was possible without Schichtabplatzungen on Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied by the novel process conductive layer was particularly ductile, non-porous, fine crystalline and without internal stresses.

Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Das Herstellverfahren verlief besonders schnell, besonders einfach, besonders sicher, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand, problemlos und auf ungiftige und umweltfreundliche Weise im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik. Die Kupferschicht ist im Gegensatz zu den cyanidischen elektrolytischen Kupferschichten des Standes der Technik gänzlich porenfrei und daher hochwertiger und elektrisch leitfähiger.All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The manufacturing process was particularly fast, particularly simple, particularly safe, inexpensive, without much energy, easily and in a non-toxic and environmentally friendly manner compared to prior art methods. The copper layer, in contrast to the cyanide electrolytic copper layers of the prior art, completely free of pores and therefore higher quality and more electrically conductive.

Erfindungsgemäßes Beispiel 8 zur chemisch variierten Schraubenherstellung:Inventive Example 8 for chemically varied screw production:

Hochwertige Schrauben wurden wie in Beispiel 7 behandelt, jedoch mit dem Unterschied, dass als stromloses Tauchbad Gardobond® CU 7600 mit einer Zusammensetzung und über 0,5 Minuten bei 30°C wie in Beispiel 2 verwendet wurde.Quality screws were treated as in Example 7, but with the difference that the electroless dip Gardobond CU ® 7600 was used with a composition and 0.5 minutes at 30 ° C as in Example 2. FIG.

Alle derart behandelten Teile wiesen eine sehr gut haftende Kupferschicht von leichtem Glanz, von 1,3 bis 1,5 μm Dicke und mit einem geringen elektrischen Widerstand wie bei den verkupferten Schrauben von Beispiel 7 auf. Mit dieser Kupferschicht war ein konduktives Erwärmen der Schrauben problemlos und gut möglich. Auch ein Biegen der Versuchsschrauben über 90°, soweit es durch die Teilegeometrie möglich war, war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Konduktivschicht war besonders duktil, porenfrei, feinkristallin und ohne innere Spannungen.All parts treated in this way had a very well-adhering copper layer of light luster, from 1.3 to 1.5 μm thick and with a low electrical resistance as in the copper-plated screws of Example 7. With this copper layer, a conductive heating of the screws was easily and well possible. Bending the test screws over 90 °, as far as it was possible by the part geometry, was possible without Schichtabplatzungen on Biegeinnen- and Biegeaußenkante. The applied by the novel process conductive layer was particularly ductile, non-porous, fine crystalline and without internal stresses.

Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Das Herstellverfahren verlief besonders schnell, besonders einfach, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand und problemlos. Die Konduktivschicht konnte hierbei auf besonders sichere, ungiftige und umweltfreundliche Weise im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik aufgebracht werden. Die Kupferschicht ist im Gegensatz zu den cyanidischen elektrolytischen Kupferschichten des Standes der Technik porenfrei und daher hochwertiger und elektrisch leitfähiger.All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The manufacturing process was particularly fast, very simple, inexpensive, without much energy and effortless. The conductive layer could be applied in a particularly safe, non-toxic and environmentally friendly manner compared to prior art methods. The copper layer, in contrast to the prior art cyanide electrolytic copper layers, is non-porous and therefore of higher quality and more electrically conductive.

Vergleichsbeispiel 9 zu einem Versuch, eine Konduktivschicht auf Stahlschrauben mit einem konventionellen, sauren Glanzverkupferungsprozess herzustellen:Comparative Example 9 for an attempt to make a conductive layer on steel screws with a conventional, acid bright copper plating process:

Weitere Schrauben wurden wie unter Beispiel 6 behandelt, jedoch wurde der cyanidische alkalische elektrolytische Verkupferungsschritt durch einen Cyanid-freien und reduktionsmittel-freien sauren elektrolytischen Glanzverkupferungsschritt auf Basis von etwa 200 g/L CuSO4 × 5H2O und etwa 60 g/L H2SO4 technisch rein und etwa 80 mg/L NaCl sowie weiteren einebnenden und glanzbildenden organischen Additiven bei 2 A/dm2 und einer Abscheidungsrate von etwa 0,5 μm/min bei 30°C über 5 Minuten ersetzt. Die Zusammensetzung war identisch mit der des Glanzverkupferungsbades, das auch bei weiteren Beispielen zur Weiterverarbeitung zum Auftrag einer Glanzkupferschicht bei vorhandener Sperrschicht verwendet wurde.Additional screws were treated as in Example 6, but the cyanide alkaline electrolytic copper plating step was performed by a cyanide-free and reducing agent-free acidic electrolytic bright copper plating step based on about 200 g / L CuSO 4 .5H 2 O and about 60 g / LH 2 SO 4 technically pure and about 80 mg / L NaCl and other leveling and gloss-forming organic additives at 2 A / dm 2 and a deposition rate of about 0.5 microns / min at 30 ° C for 5 minutes replaced. The composition was identical to that of the bright copper plating bath, which was also used in further examples for further processing to apply a bright copper layer to an existing barrier layer.

Alle Teile des Vergleichsbeispieles 9 zeigten eine hochglänzende Kupferschicht, die aber keine Haftung aufwies. Ein konduktives Erwärmen bei geringem Widerstand war nicht möglich. Eine Weiterverarbeitung der aus Vergleichsbeispiel 9 resultierenden Schrauben war auch nicht möglich, da sich die abgeschiedenen Kupferschichten bereits während der Trocknung in einer Trommel ablösten. Somit konnte der benötigte geringe elektrische Widerstand der Schrauben zum anschließenden Härten durch konduktives Erwärmen auf etwa 680°C nicht erzielt werden. Ein Härten und Abschrecken dieser Schrauben war nicht möglich. All parts of Comparative Example 9 showed a high-gloss copper layer, but had no liability. Conductive heating with low resistance was not possible. A further processing of the screws resulting from Comparative Example 9 was also not possible because the deposited copper layers already detached during drying in a drum. Thus, the required low electrical resistance of the screws for subsequent curing by conductive heating to about 680 ° C could not be achieved. Hardening and quenching these screws was not possible.

Vergleichsbeispiel 10 für ein konventionelles Verfahren zur Herstellung von Druckwalzen:Comparative Example 10 for a Conventional Method of Manufacturing Printing Rollers:

Eine Stahlwalze wurde wie folgt behandelt:

  • 1. Entfetten in 10 g/L NaOH, 30 g/L Natriumpyrophosphat und 5 g/L Netzmittel bei 70°C über 3 Minuten,
  • 2. Spülen in VE-Wasser,
  • 3. Spülen in VE-Wasser,
  • 4. Elektrolytisch Vernickelung durch Anschlag-Nickel-Strike mit 200–250 g/L NiCl2 und 200 g/L HCl bei 2 A/dm2 und 30°C über 40 Minuten, für eine Schichtdicke von 30 bis 40 μm, von innen nach außen zunehmend
  • 5. Spülen in VE-Wasser,
  • 6. Spülen in VE-Wasser,
  • 7. Elektrolytisches saures Dickverkupfern als 350 μm dicke Gravurauflage bei 5 A/dm2 und 30°C über 240 Minuten.
A steel roller was treated as follows:
  • 1. degrease in 10 g / L NaOH, 30 g / L sodium pyrophosphate and 5 g / L wetting agent at 70 ° C for 3 minutes,
  • 2. rinse in deionised water,
  • 3. rinse in deionised water,
  • 4. Electrolytic nickel plating by impact nickel strike with 200-250 g / L NiCl 2 and 200 g / L HCl at 2 A / dm 2 and 30 ° C over 40 minutes, for a layer thickness of 30 to 40 microns, from the inside increasingly outward
  • 5. rinse in demineralised water,
  • 6. rinse in demineralised water,
  • 7. Electrolytic acidic thick copper plating as 350 μm thick engraving pad at 5 A / dm 2 and 30 ° C for 240 minutes.

Eine Weiterverarbeitung der nach dem Vergleichsbeispiel 10 behandelten Walze war problemlos durchführbar. Die mit dem konventionellen Verfahren aufgetragene Nickelsperrschicht generierte einen sehr guten Haftgrund für die folgende Dickverkupferung. Die Dickverkupferung konnte auch nicht mit dem Fingernagel abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Als zusätzliche Belastungsprobe wurde die aufgebrachte Dickkupferschicht der Tiefdruckwalze auf einer zylindrischen Poliermaschine des Herstellers Sanko Kokai mit einer 1000er Körnung geschliffen und anschließend hochglanzpoliert. Ein Gravieren und Sticheln eines Tiefruckmusters in die polierte Dickverkupferung war problemlos möglich. Die aufgetragene Dickverkupferung war porenfrei und feinkristallin.A further processing of the treated according to Comparative Example 10 roll was easily performed. The applied with the conventional method nickel barrier layer generated a very good primer for the following Dickverkupferung. The Dickverkupferung could not be scraped off with the fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. As an additional stress test, the applied thick copper layer of the gravure roll was ground on a cylindrical polishing machine of the manufacturer Sanko Kokai with a 1000 grit and then polished to a high gloss. An engraving and engraving a gravure pattern in the polished thick copper plating was easily possible. The applied Dickverkupferung was pore-free and fine crystalline.

Erfindungsgemäßes Beispiel 11 für die Verkupferung von Druckwalzen:Example 11 According to the Invention for the Coppering of Pressure Rollers:

Eine Walze wurde wie im Beispiel 10 behandelt, jedoch wurde der Anschlagvernickelungsprozess von Vergleichsbeispiel 10 durch eine stromlose Kupfertauchbadbehandlung auf Basis von Gardobond® CU 7602 mit einem Badansatz und mit einer Verfahrensabfolge wie in Beispiel 1 ersetzt. Außerdem wurde nach dem Entfetten und Anschlagverkupfern nur noch einmal gespült und somit eine Verringerung des Spülwasserverbrauchs um 40% erzielt. Die Behandlungszeit der Druckwalze konnte zum Auftragen der Sperrschicht von 40 Minuten, wie in Vergleichsbeispiel 10 beschrieben, auf 0,5 Minuten verringert werden. Die aufgetragene Kupfersperrschicht wies gleichmäßig über die ganze Walze verteilt eine Schichtstärke von 0,8 bis 0,9 μm auf. Die aufgetragene Kupfersperrschicht war außerdem glänzend. Somit konnte die Behandlungszeit um das 80fache sowie die aufgetragene Metallmenge um das 40fache verringert werden. Damit wird gezeigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, einen in der Industrie üblichen, aufwändigen, toxischen Vernickelungsprozess durch einen deutlich umweltfreundlicheren, nur begrenzt gesundheitsschädlichen, deutlich einfacheren und schnelleren Verkupferungsprozess zu ersetzten.A roller was treated as in Example 10, but the Anschlagvernickelungsprozess of Comparative Example 10 by electroless Kupfertauchbadbehandlung based on Gardobond CU ® 7602 with a bath preparation, and with a process sequence as in Example 1 was replaced. In addition, after degreasing and stop copper plating only once rinsed, thus achieving a reduction of Spülwasserverbrauchs by 40%. The treatment time of the printing roller could be reduced to 0.5 minutes for applying the barrier layer of 40 minutes as described in Comparative Example 10. The applied copper barrier layer had uniformly distributed over the entire roll a layer thickness of 0.8 to 0.9 microns. The applied copper barrier layer was also shiny. Thus, the treatment time was reduced by 80 times and the amount of metal applied by 40 times. It is thus shown that it is possible with the method according to the invention to replace a conventional, complex, toxic nickel plating process by a significantly more environmentally friendly, only slightly harmful, significantly simpler and faster copper plating process.

Eine Weiterverarbeitung der nach dem Vergleichsbeispiel 11 behandelten Druckwalze war problemlos durchführbar. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragene Kupfersperrschicht stellte einen hervorragenden Haftgrund für die folgende Dickverkupferung dar. Die Dickverkupferung konnte mit dem Fingernagel nicht abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Als zusätzliche Belastungsprobe wurde die aufgebrachte Dickkupferschicht der Tiefdruckwalze auf einer zylindrischen Poliermaschine des Herstellers Sanko Kokai mit einer 1000er Körnung geschliffen und anschließend hochglanzpoliert. Ein Gravieren und Sticheln eines Tiefruckmusters in die polierte Dickverkupferung war problemlos möglich. Die aufgetragene Dickverkupferung war porenfrei und feinkristallin.A further processing of the treated according to Comparative Example 11 pressure roller was easily performed. The copper barrier layer applied by the method according to the invention provided an outstanding primer for the subsequent thick copper plating. The thick copper plating could not be scraped off with the fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. As an additional stress test, the applied thick copper layer of the gravure roll was ground on a cylindrical polishing machine of the manufacturer Sanko Kokai with a 1000 grit and then polished to a high gloss. An engraving and engraving a gravure pattern in the polished thick copper plating was easily possible. The applied Dickverkupferung was pore-free and fine crystalline.

Zur erneuten Überprüfung der Haftung der Beschichtung auf dem Grundmaterial wurde die Druckwalze anschließend an einen Probedruck auf einer Drehmaschine mit einem Vorschub von 0,1 mm abgedreht. Die aufgebrachte Verkupferungsschicht konnte ohne Probleme Schnitt für Schnitt abgedreht werden, ohne dass diese an Haftung verlor.To recheck the adhesion of the coating to the base material, the pressure roll was then turned off a trial print on a lathe with a feed of 0.1 mm. The applied copper-plating layer could be cut without any cuts, section by section, without losing any adhesion.

Erfindungsgemäßes Beispiel 12 zu chemisch variiert verkupferter Druckwalze: Inventive Example 12 on chemically varied copper-plated pressure roll:

Eine Walze wurde wie im Beispiel 10 behandelt, jedoch wurde in diesem Fall der Anschlagvernickelungsprozess von Vergleichsbeispiel 10 durch eine stromlose Kupfertauchbadbehandlung in Gardobond® CU 7600 mit einem Badansatz wie in Beispiel 2 und mit einer Verfahrensabfolge wie in Beispiel 2 beschrieben ersetzt. Außerdem wurde nach dem Entfetten und Anschlagverkupfern nur noch einmal gespült und somit eine Verringerung des Spülwasserverbrauchs um 40% erzielt. Die Behandlungszeit der Druckwalze konnte zum Auftragen der Sperrschicht von 40 Minuten, wie in Vergleichsbeispiel 10 beschrieben, auf 0,5 Minuten reduziert werden. Die aufgetragene Kupfersperrschicht wies eine Schichtstärke von 0,7 bis 0,9 μm auf, die sich überall gleichmäßig über die ganze Walze verteilte. Die aufgetragene Kupfersperrschicht zeigte leichten Glanz. Hierbei konnte die Behandlungszeit um das 80fache sowie die aufgetragene Metallmenge um das 40fache verringert werden. Damit wird gezeigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, einen in der Industrie üblichen, aufwändigen, toxischen Vernickelungsprozess durch einen deutlich umweltfreundlicheren, nur begrenzt gesundheitsschädlichen, deutlich einfacheren und schnelleren Verkupferungsprozess zu ersetzten.A roller was treated as in Example 10, but was in this case, the Anschlagvernickelungsprozess of Comparative Example 10 by electroless Kupfertauchbadbehandlung in Gardobond CU ® 7600 with a bath preparation described in Example 2 and with a process sequence as in Example 2 replaced. In addition, after degreasing and stop copper plating only once rinsed, thus achieving a reduction of Spülwasserverbrauchs by 40%. The treatment time of the pressure roller could be reduced to 0.5 minutes for applying the barrier layer of 40 minutes as described in Comparative Example 10. The applied copper barrier layer had a layer thickness of 0.7 to 0.9 microns, which was distributed evenly throughout the entire roll. The applied copper barrier layer showed a slight sheen. Here, the treatment time was reduced by 80 times and the amount of metal applied by 40 times. It is thus shown that it is possible with the method according to the invention to replace a conventional, complex, toxic nickel plating process by a significantly more environmentally friendly, only slightly harmful, significantly simpler and faster copper plating process.

Eine Weiterverarbeitung der nach dem Vergleichsbeispiel 12 behandelten Druckwalze war problemlos durchführbar. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragene Kupfersperrschicht stellte einen hervorragenden Haftgrund für die folgende Dickverkupferung dar. Die Dickverkupferung konnte mit dem Fingernagel nicht abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Als zusätzliche Belastungsprobe wurde die aufgebrachte Dickkupferschicht der Tiefdruckwalze auf einer zylindrischen Poliermaschine der Firma Sanko Kokai mit einer 1000er Körnung geschliffen und anschließend hochglanzpoliert. Ein Gravieren und Sticheln eines Tiefruckmusters in die polierte Dickverkupferung war problemlos möglich. Die aufgetragene Dickverkupferung war porenfrei und feinkristallin.A further processing of the treated according to Comparative Example 12 pressure roller was easily performed. The copper barrier layer applied by the method according to the invention provided an outstanding primer for the subsequent thick copper plating. The thick copper plating could not be scraped off with the fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. As an additional stress test, the applied thick copper layer of the gravure roll was ground on a cylindrical polishing machine from Sanko Kokai with a 1000 grit and then polished to a high gloss. An engraving and engraving a gravure pattern in the polished thick copper plating was easily possible. The applied Dickverkupferung was pore-free and fine crystalline.

Zur erneuten Überprüfung der Beschichtungshaftung auf dem Grundmaterial wurde diese Druckwalze anschließend an einen Probedruck auf einer Drehmaschine mit einem Vorschub von 0,1 mm abgedreht. Die aufgebrachte Verkupferungsschicht konnte ohne Probleme Schnitt für Schnitt abgedreht werden, ohne dass diese an Haftung verlor.To recheck the coating adhesion to the base material, this pressure roller was then turned off on a test print on a lathe with a feed of 0.1 mm. The applied copper-plating layer could be cut without any cuts, section by section, without losing any adhesion.

Vergleichsbeispiel 13 zum Verkupfern einer Druckwalze ohne Sperrschicht:Comparative Example 13 for Copper Plating a Pressure Roller Without a Barrier Layer

Ein weiterer Zylinder wurde ohne das Aufbringen einer Vorschicht wie z. B. einer Sperrschicht entsprechend Vergleichsbeispiel 3 direkt nach dem Entfetten und Spülen sauer galvanisch dickverkupfert.Another cylinder was without the application of a precoat such. B. a barrier layer according to Comparative Example 3 directly after degreasing and rinsing acidic electrodeposited thick.

Da eine Sperrschicht fehlte, setzte sich beim Eintauchen in die saure Dickverkupferungselektrolyten eine unkontrollierte Sudabscheidung in Gang, sodass die Schicht nicht haftete und den Elektrolyten stark verschmutzte. Die Kupferschicht löste sich schon während der Beschichtung teilweise ab. Eine Weiterverarbeitung der behandelten Druckwalze war daher nicht möglich.Since a barrier layer was missing, when immersed in the acidic thick copper electrolytes an uncontrolled sedimentation started, so that the layer did not adhere and heavily contaminated the electrolyte. The copper layer partially dissolved already during the coating. Further processing of the treated pressure roller was therefore not possible.

Erfindungsgemäßes Beispiel 14 zur Verkupferung von Zinkdruckgußteilen:Example 14 According to the Invention for Coppering Zinc Die Castings:

Diverse Zinkdruckgußteile wie z. B. Druckknöpfe, Taster, Schalter, Fensterbeschläge und Modellbauartikel aus unterschiedlichen Zinklegierungen wie zum Beispiel ZL0400, ZL0410 oder ZL0430 wurden der nachfolgend beschriebenen Behandlung unterzogen, um das zu behandelnde Teile- und vor allem das Legierungsspektrum eines Lohngalvanikbetriebes nachzustellen:

  • 1. Mild alkalisches Entfetten in 10 g/L Na2CO3, 5 g/L Natriumpyrophosphat und 5 g/L Netzmittel bei 70°C über 3 Minuten,
  • 2. Spülen in Stadtwasser,
  • 3. Dekapieren in 5%iger HF bei Raumtemperatur über 10 Sekunden,
  • 4. Spülen in Stadtwasser,
  • 5. Stromloses neutrales Verkupfern in 200 g/L Gardobond® CU 7602 ohne Schwefelsäure, aber mit 10-fach erhöhter Menge an Glanzbildner, bei pH-Werten im Bereich von 6,5 bis 7 und 30°C über 30 Sekunden,
  • 6. Spülen in Stadtwasser,
  • 7. Saures Glanzverkupfern bei 2 A/dm2 und 35°C über 15 Minuten.
Various Zinkdruckgußteile such. As push buttons, buttons, switches, window fittings and model articles made of different zinc alloys such as ZL0400, ZL0410 or ZL0430 were subjected to the treatment described below to readjust the part and especially the alloying spectrum of a Lohngalvanikbetriebes:
  • 1. Mildly alkaline degreasing in 10 g / L Na 2 CO 3 , 5 g / L sodium pyrophosphate and 5 g / L wetting agent at 70 ° C. for 3 minutes,
  • 2. rinse in city water,
  • 3. picking in 5% HF at room temperature for 10 seconds,
  • 4. rinse in city water,
  • 5. Electroless copper plating neutral in 200 g / L Gardobond ® 7602 CU without sulfuric acid, but with 10-fold increased amount of brightener, at pH values ranging from 6.5 to 7 and 30 ° C for 30 seconds,
  • 6. rinse in city water,
  • 7. Acid glaze copper at 2 A / dm 2 and 35 ° C over 15 minutes.

Die aufgetragene Sperrschicht hatte unabhängig von der Teilegeometrie eine Schichtstärke zwischen 0,3 und 0,4 μm, wobei sich die Verkupferung gleichmäßig über die Werkstückoberflächen verteilte. Die Sperrschichten waren sehr duktil, porenfrei, feinkristallin und frei von inneren Schichtspannungen. Die erfindungsgemäß mit der Kupfersperrschicht beschichteten Zinkdruckgußteile zeigten eine hohe Haftung und deutlich glänzende Oberfläche, ohne dass eine Glanzkupferschicht aufgebracht worden war. Die Kupfersperrschichten konnte mit dem Fingernagel nicht abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Ein Biegen der Teile über 90° war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich.The applied barrier layer had a layer thickness between 0.3 and 0.4 μm, regardless of the part geometry, whereby the copper plating spread evenly over the workpiece surfaces. The barrier layers were very ductile, nonporous, finely crystalline and free of internal layer stresses. The zinc die-castings coated with the copper barrier layer according to the invention showed a high adhesion and a clearly glossy surface, without a bright copper layer being applied. The copper barrier layers could not be scraped off with a fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. Bending of the parts over 90 ° was possible without Schichtabplatzungen at Biegeinnen- and Biegeaußenkante.

Anschließend wurden die Zinkdruckgußteile in einem konventionellen sauren Hochglanz-Kupferbad bei 2 A/dm2 bei einer Temperatur von 35°C über 15 Minuten galvanisch glanzverkupfert. Die Zinkdruckgußteile, die zuvor mit der erfindungsgemäß aufgebrachten Sperrschicht versehen worden waren, zeigten eine hochglänzende Glanzkupferschicht, die eine ausgezeichnete Haftung besaß, was durch Gitterschnitt- und Biegetests bestätigt wurde.Subsequently, the Zinkdruckgußteile were plated in a conventional acidic high-gloss copper bath at 2 A / dm 2 at a temperature of 35 ° C for 15 minutes galvanically bright. The zinc die castings previously provided with the barrier layer applied in accordance with the present invention exhibited a high gloss glossy copper layer which had excellent adhesion, as confirmed by crosshatching and bending tests.

Durch die Verwendung von Leitungswasser anstelle des beim konventionellen verwendeten, cyanidischen, galvanischen Verkupferungsprozess nötigen VE-Wassers konnten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren außerdem die Spülwasserkosten um mehr als 60% reduziert werden.In addition, by using tap water instead of the demineralized water used in the conventional cyanide electroplating copper plating process, the process of the present invention has been able to reduce the cost of flushing by more than 60%.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung der verschiedenartigen Teile nach dem Verfahren des Beispiels 14 ergaben sich bei allen Teilen die gleichen hochwertigen Eigenschaften wie bei den Beispielen 1.In the inventive treatment of the various parts by the method of Example 14 resulted in all parts the same high quality properties as in Examples 1.

Alle Eigenschaften aller Kupferschichten waren hochwertig und einwandfrei. Die Verfahren verliefen ebenfalls besonders schnell, einfach, kostengünstig, ohne größeren Energieaufwand und problemlos. Außerdem wurde ein Beizangriff und eine Sudabscheidung durch das saure Glanzkupferbad auf das Grundmaterial vermieden.All properties of all copper layers were high quality and impeccable. The processes were also particularly fast, simple, inexpensive, without much energy and without problems. In addition, a pickling attack and a Sudabscheidung was avoided by the acidic copper bath on the base material.

Vergleichsbeispiel 15 zur Verkupferung von Zinkdruckgußteilen ohne Sperrschicht:Comparative Example 15 for the Copper Plating of Zinc Die Castings without a Barrier Layer

Gleichartige Zinkdruckgußteile wie in Beispiel 14 wurden wie in Beispiel 14 behandelt, wobei jedoch die stromlose Verkupferung im Tauchbad ersatzlos weggelassen wurde, so dass keine Sperrschicht ausgebildet wurde.Similar zinc die castings as in Example 14 were treated as in Example 14 except that the electroless copper plating in the dipping bath was omitted without substitution, so that no barrier layer was formed.

Diese Zinkdruckgußteile zeigten nach dem Glanzverkupferungsprozess keine abgeschiedene Kupferschicht. Da keine Sperrschicht vorhanden war, wurde die metallische Oberfläche während der Galvanisierung im sauren Glanzkupferelektrolyten sehr stark angebeizt, was eine Metallabscheidung bei der galvanischen Verkupferung unmöglich machte. Außerdem wurden alle Werkstücke durch sehr starkes Beizen zerstört. Durch den Eintrag von Zink-Fremdionen in den Elektrolyten führte dies zur Beeinträchtigung und schließlich zur Zerstörung des Glanzkupferelektolyten.These zinc die castings did not show a deposited copper layer after the bright copper plating process. Since no barrier layer was present, the metallic surface was very strongly pickled during plating in the acidic bright copper electrolyte, which made metal deposition in the galvanic copper plating impossible. In addition, all workpieces were destroyed by very strong pickling. The introduction of zinc foreign ions into the electrolyte led to the deterioration and finally the destruction of the bright copper electolyte.

Vergleichsbeispiel 16 zur konventionellen alkalischen cyanidischen Verkupferung von Zinkdruckgußteilen:Comparative Example 16 for conventional alkaline cyanide copper plating of zinc die castings:

Es wurden gleichartige Zinkdruckgußteile wie in Beispiel 14 beschichtet, jedoch wurde die stromlose Tauchbadbehandlung durch einen konventionellen alkalischen cyanidischen Verkupferungsprozess bei 1 A/dm2 und 55°C über 5 Minuten ersetzt, um den Fertigungsprozess für Zinkdruckgußteile nach dem Stand der Technik nachzustellen.Similar die-cast zinc parts were coated as in Example 14, but the electroless dip treatment was replaced by a conventional alkaline cyanide copper plating process at 1 A / dm 2 and 55 ° C for 5 minutes to simulate the prior art zinc die casting manufacturing process.

Die aufgetragene Sperrschicht hatte abhängig von der Teilegeometrie eine Schichtstärke zwischen 0 und 3,9 μm, wobei sich die Verkupferung ungleichmäßig je nach Anodenabstand und dementsprechend zunehmender Stromdichte über die Werkstückoberflächen verteilte. Aufgrund des Faraday'schen Käfigs und der Teilegeometrie ergab sich an Stellen, die nicht mit dem nötigem Strom für die Abscheidung von Kupfer aus cyanidischen galvanischen Elektrolyten erreicht werden konnten, keine Kupferabscheidung. Außerdem waren die aufgetragenen Sperrschichten duktil, fast porenfrei, kristallin und zeigten leichte innere Zug-Schichtspannungen. Die mit einer Kupfersperrschicht beschichteten Zinkdruckgußteile zeigten eine hohe Haftung, aber nach der cyanidischen galvanischen Verkupferung eine matte Oberfläche ohne Glanz, da noch keine Glanzkupferschicht aufgebracht worden war. Die Kupfersperrschichten konnte mit dem Fingernagel nicht abgekratzt werden. Der Gitterschnitt-Haftungstest wurde mit GT0 bestanden. Auch ein Biegen der Teile über 90° war ohne Schichtabplatzungen an der Biegeinnen- und Biegeaußenkante möglich.Depending on the geometry of the part, the applied barrier layer had a layer thickness between 0 and 3.9 μm, whereby the copper-plating spread unevenly over the workpiece surfaces depending on the anode distance and correspondingly increasing current density. Due to the Faraday cage and the geometry of the parts, copper deposition did not occur at sites that could not be reached with the necessary current for the deposition of copper from cyanide electroplated electrolytes. In addition, the barrier layers applied were ductile, almost nonporous, crystalline, and exhibited slight internal tensile layer stresses. The zinc die castings coated with a copper barrier layer exhibited high adhesion, but after cyanidic copper plating, a dull surface without gloss because no glossy copper layer had yet been applied. The copper barrier layers could not be scraped off with the fingernail. The crosshatch adhesion test was passed with GT0. Bending of the parts over 90 ° was possible without Schichtabplatzungen on Biegeinnen- and Biegeaußenkante.

Anschließend wurden die Zinkdruckgußteile in einem konventionellen sauren Hochglanz-Kupferbad bei 2 A/dm2 bei einer Temperatur von 35°C über 15 Minuten galvanisch glanzverkupfert. Auffallend war, dass an Stellen, die aufgrund der Teilegeometrie und des Faraday'schen Käfigs nicht mit einer Kupfersperrschicht versehen worden waren, gleich nach dem Eintauchen in das galvanische Glanzverkupferungsbad ein Gasen begann. Hier erfolgte durch die saure Lösung des Glanzkupferbades ein Beizangriff auf das Grundmaterial. Er führte zu dessen Zerstörung. Nach größerem Durchsatz führte der Eintrag von Zink-Fremdionen zur Zerstörung des sauren Glanzkupferbades. Die Zinkdruckgußteile, die zuvor mit einer Kupfersperrschicht versehen worden waren, zeigten eine hochglänzende Kupferschicht, die eine ausgezeichnete Haftung besaß. Das wurde durch Gitterschnitt- und Biegetests bestätigt.Subsequently, the Zinkdruckgußteile were plated in a conventional acidic high-gloss copper bath at 2 A / dm 2 at a temperature of 35 ° C for 15 minutes galvanically bright. It was striking that at locations which had not been provided with a copper barrier layer due to the geometry of the parts and the Faraday cage, gassing began immediately after immersion in the galvanic bright copper plating bath. Here, a pickling attack on the base material was carried out by the acidic solution of the bright copper bath. He led to its destruction. After higher throughput, the introduction of zinc foreign ions led to destruction of the acid polished copper bath. The zinc die castings previously provided with a copper barrier layer showed a high-gloss copper layer which had excellent adhesion. This was confirmed by crosshatching and bending tests.

Durch die Verwendung von VE-Wasser anstelle des beim erfindungsgemäßen Verfahren mit Gardobond® CU 7602 verwendeten günstigeren Stadtwassers konnten auch hier hochglänzende fehlerfreie Glanzkupferschichten mit hervorragender Haftung abgeschieden werden.By using deionized water instead of used in the present process Gardobond ® CU 7602 cheaper city water high-gloss flawless bright copper layers could be deposited with excellent adhesion as well.

Dieser Verfahrensgang ist außerdem belastender sowie aufgrund von mehr Prozessschritten, deutlich längeren Galvanisierzeiten und deutlich erhöhtem Energieaufwand viel aufwändiger als bei einem erfindungsgemäßen Verfahrensgang.This process is also more burdening and much more complex than in a process according to the invention due to more process steps, significantly longer plating times and significantly increased energy consumption.

Erfindungsgemäßes Beispiel 17 und Vergleichsbeispiele 17 und 17a zu verzinkten Stahlblechen:Example 17 According to the Invention and Comparative Examples 17 and 17a for Galvanized Steel Sheets

Zinkbeschichtete Stahlblechabschnitte wurden nach den Verfahren wie bei den erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen 14 bis 16 behandelt.Zinc-coated steel sheet sections were treated according to the methods as in Examples of the Invention and Comparative Examples 14-16.

Es zeigte sich, dass mit einer Zusammensetzung auf Basis des Produkts Gardobond® CU 7602 stromlos auf einfache und schnelle Weise hervorragende Ergebnisse erzielt werden konnten: Die Kupferschichten waren haftfest, deutlich glänzend und hervorragend zur Weiterverarbeitung geeignet.It was found that a composition based on the product Gardobond ® CU 7602 could be used to achieve excellent results in a simple and fast manner without current. The copper layers were adherent, clearly glossy and ideal for further processing.

Wenn jedoch statt dessen eine cyanidische elektrolytische Verkupferung nach dem Stand der Technik eingesetzt wurde (Vergleichsbeispiel 17), war mit diesem umweltunfreundlichen giftigen Verfahren eine gute Verkupferung mit erhöhtem Aufwand zu erzielen, die haftfeste matte und gut weiterverarbeitbare Kupferschichten ergab.However, when a cyanide electrolytic copper plating according to the prior art was used instead (Comparative Example 17), this environmentally friendly toxic process was a good copper plating with increased effort to achieve adherent matte and easily processed copper layers.

Die Haftung der aufgetragenen Schichten wurde durch Gitterschnitt-, Wisch- und Biegetests nach DIN EN ISO 2409 , nach DIN EN ISO 1519 bzw. nach ASTM 2794 überprüft. Die Beschichtungen von Beispiel 17 und Vergleichsbeispiel 17 zeigten eine gute Haftung.The adhesion of the applied layers was detected by crosshatching, wiping and bending tests DIN EN ISO 2409 , to DIN EN ISO 1519 or after ASTM 2794 checked. The coatings of Example 17 and Comparative Example 17 showed good adhesion.

Bei der elektrolytischen Verwendung eines sauren Glanzkupferbades (Vergleichsbeispiel 17a) erfolgte aufgrund des niedrigen pH-Werts von etwa 1 ein Beizangriff auf die Verzinkung, die gänzlich aufgelöst und zerstört wurde. Das führte zum Eintrag von Fremdionen in das Verkupferungsbad und führte auch zu dessen starker Verunreinigung. Das Bad konnte daraufhin nicht weiter benutzt werden. Es wurde keine Kupferschicht ausgebildet. Die Blechabschnitte mussten verworfen werden. Dieses Verfahren ist besonders aufwändig und funktioniert nicht.In the electrolytic use of an acidic bright copper bath (Comparative Example 17a) was due to the low pH of about 1, a pickling attack on the galvanizing, which was completely dissolved and destroyed. This led to the entry of foreign ions in the coppering bath and also led to its heavy contamination. The bathroom could not be used thereafter. No copper layer was formed. The sheet metal sections had to be discarded. This process is particularly complex and does not work.

Erfindungsgemäßes Beispiel 18 zu verschieden zusammengesetzten VerkupferungsbädernInventive Example 18 to different composite copper plating baths

Es wurden Verkupferungsbäder wie in Beispiel 1 und 2 angesetzt, aber chemisch in ihrer Zusammensetzung stärker variiert. Es wurden dann Hullzellenbleche aus Stahl ST2 wie in Beispiel 1 und 2 gereinigt und behandelt.Coppering baths were used as in Examples 1 and 2, but more varied chemically in their composition. Hull cell sheets of steel ST2 were then cleaned and treated as in Examples 1 and 2.

Tabelle 1: Variation der Badzusammensetzung und Badeinsatzbedingungen, wobei jeweils die Gesamtmenge z. B. an Kupfer, Schwefelsäure, Glanzbildner bzw. Beizinhibitor angegeben werdenTable 1: Variation of the bath composition and bath conditions, in each case the total amount z. B. copper, sulfuric acid, brightener or Beizinhibitor be given

  • GB® steht hierbei für Gardobond® der Chemetall GmbH.GB ® stands for Gardobond ® of Chemetall GmbH.

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Tabelle 1 verdeutlicht die große Bandbreite der chemischen Zusammensetzung und der Badtemperatur der Verkupferungslösung sowie der Behandlungszeiten, um gute Kupferschichten herzustellen. Der pH-Wert konnte bei der Beschichtung von Eisenwerkstoffen zwischen 0,1 und 1 ohne negative Einflüsse variiert werden, während er bei Zink-reichen Werkstoffen zwischen 6,5 und 7,0 ohne negative Einflüsse variiert werden konnte. Die Badtemperatur konnte ohne negative Einflüsse zwischen 15 und 95°C variiert werden, wenn die Badzusammensetzung, oder/und die Behandlungszeit angepasst waren. Die Zeitdauer der stromlosen Beschichtung konnte ohne negative Einflüsse zwischen 3 Sekunden und mehr als 30 Minuten variiert werden, wenn die Badzusammensetzung oder/und die Badtemperatur angepasst waren. Die Haftung der aufgetragenen Schichten wurde durch Gitterschnitt-, Wisch- und Biegetests nach DIN EN ISO 2409 , nach DIN EN ISO 1519 bzw. nach ASTM 2794 überprüft. Bei allen Beispielen zeigte sich eine gute Haftung. Table 1 illustrates the wide range of chemical composition and bath temperature of the copper plating solution as well as treatment times to produce good copper layers. The pH value could be varied in the coating of ferrous materials between 0.1 and 1 without negative influences, while it could be varied in zinc-rich materials between 6.5 and 7.0 without negative influences. The bath temperature could be varied without negative influences between 15 and 95 ° C, if the bath composition, or / and the treatment time were adjusted. The duration of the electroless plating could be varied between 3 seconds and more than 30 minutes without negative influences, if the bath composition and / or the bath temperature were adjusted. The adhesion of the applied layers was detected by crosshatching, wiping and bending tests DIN EN ISO 2409 , to DIN EN ISO 1519 or after ASTM 2794 checked. All examples showed good adhesion.

Es zeigte sich bei diesen Versuchen, dass für höhere Konzentrationen insbesondere an Kupfer oder/und an Säure geringere Temperaturen oder/und geringere Beschichtungszeiten ausreichen. Es zeigte sich umgekehrt hierbei, dass für geringere Konzentrationen insbesondere an Kupfer oder/und an Säure höhere Temperaturen oder/und längere Beschichtungszeiten Temperaturen von mindestens 15°C oder/und Beschichtungszeiten von mindestens einer Minute vorteilhaft sind, um porenfreie und gut haftende Kupferschichten auszubilden. Es war dabei überraschend, wie erfolgreich und flexibel stromlos verkupfert werden konnte. Es zeigten sich dabei immer nicht nur prozesstechnische Vorteile gegenüber Kupferschichten des Standes der Technik, insbesondere bei Hohlkörpern.It was found in these experiments that lower concentrations or / and shorter coating times are sufficient for higher concentrations, in particular for copper and / or for acid. Conversely, it was found that for lower concentrations, in particular of copper or / and of acid, higher temperatures or / and longer coating times, temperatures of at least 15 ° C. or / and coating times of at least one minute are advantageous in order to form pore-free and well-adhering copper layers. It was surprising how successful and flexible electroless copper could be. It was always not only process advantages over copper coatings of the prior art, especially in hollow bodies.

Tabelle 2: Tabellarische Daten zu den Beispielen bzw. Vergleichsbeispielen 1 bis 17/17a:Table 2: Tabular data for Examples and Comparative Examples 1 to 17 / 17a:

  • *) starker Beizangriff auf die Teile, die aufgrund des Faraday'schen Käfigs keine geschlossene cyanidisch elektrolytisch hergestellte Kupfersperrschicht aufwiesen*) strong pickling attack on the parts that did not have a closed cyanidically electrolytically produced copper barrier layer due to the Faraday cage

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 391418002 [0045] DE 391418002 [0045]
  • DE 1521200 A1 [0046] DE 1521200 A1 [0046]
  • US 3715793 [0047] US 3715793 [0047]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • DIN EN ISO 2409 [0109] DIN EN ISO 2409 [0109]
  • DIN EN ISO 1519 [0109] DIN EN ISO 1519 [0109]
  • ASTM 2794 [0109] ASTM 2794 [0109]
  • DIN EN ISO 2409 [0178] DIN EN ISO 2409 [0178]
  • DIN EN ISO 1519 [0178] DIN EN ISO 1519 [0178]
  • ASTM 2794 [0178] ASTM 2794 [0178]
  • DIN EN ISO 2409 [0181] DIN EN ISO 2409 [0181]
  • DIN EN ISO 1519 [0181] DIN EN ISO 1519 [0181]
  • ASTM 2794 [0181] ASTM 2794 [0181]

Claims (19)

Verfahren zum Behandeln einer metallischen Oberfläche eines Gegenstandes mit einer wässerigen Verkupferungslösung, dadurch gekennzeichnet, dass auf sauberen metallischen Oberflächen des Gegenstandes oder nach einer Vorbehandlung auf gereinigten metallischen Oberflächen eine erste Verkupferungslösung, die Cyanid-frei ist und die frei ist von absichtlich zugesetztem starkem Reduktionsmittel, das ein Potenzial mit Werten von weniger als –0,6 V besitzt, oder die frei von absichtlich zugesetztem Reduktionsmittel ist, zur Ausbildung einer ersten Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht als Sperrschicht oder/und als Konduktivschicht stromlos eingesetzt wird.A method of treating a metallic surface of an article with an aqueous copper plating solution, characterized in that on clean metallic surfaces of the article or after pretreatment on cleaned metallic surfaces a first copper plating solution which is free of cyanide and which is free from intentionally added strong reducing agent, which has a potential with values of less than -0.6 V, or which is free from intentionally added reducing agent, is used for forming a first copper layer or copper alloy layer as a barrier layer and / or as a conductive layer without current. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstand aus einem Eisenwerkstoff, aus Zink, aus einer Zinklegierung oder/und aus einem Zinnwerkstoff behandelt wird.A method according to claim 1, characterized in that an article is treated from a ferrous material, zinc, a zinc alloy and / or a tin material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Edelstahl-Oberflächen verkupfert werden, wobei zum Beizen vor dem Verkupfern mindestens eine nichtoxidierende Säure zur vorherigen Aktivierung verwendet wird und wobei zum Verkupfern bei Bedarf zusätzlich ein elektrisch leitender Kontakt mit einem unedleren Metall als Edelstahl verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that stainless steel surfaces are copper-plated, wherein for pickling before coppering at least one non-oxidizing acid is used for the previous activation and wherein for coppering, if necessary, additionally using an electrically conductive contact with a less precious metal as stainless steel becomes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstand aus einem Eisenwerkstoff, aus Zink, aus einer Zinklegierung oder/und aus einem Zinnwerkstoff behandelt wird mit der Maßgabe, dass die erste Verkupferungslösung bei der Behandlung eines Gegenstands aus Eisen oder Stahl, gegebenenfalls mit Ausnahme von Edelstahl, keinen Komplexbildner enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an article made of a ferrous material, zinc, a zinc alloy and / or a tin material is treated with the proviso that the first copper plating solution in the treatment of an article of iron or steel, optionally with the exception of stainless steel, contains no complexing agent. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verkupferungslösung Cyanid-frei stromlos für die Ausbildung einer Sperrschicht oder/und einer Konduktivschicht auf einer unedleren metallischen Oberfläche als Kupfer verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a first copper plating solution is used cyanide-free electroless for the formation of a barrier layer and / or a conductive layer on a less noble metallic surface than copper. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkupferungslösung kein absichtlich zugesetztes Reduktionsmittel und keinen starken und gegebenenfalls auch keinen schwachen Komplexbildner enthält mit Ausnahme von aus den Oberflächen herausgelösten oder/und herausgebeizten Ionen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first copper plating solution contains no intentionally added reducing agent and no strong and optionally also no weak complexing agent with the exception of ions leached out of the surfaces and / or leached out. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkupferungslösung keinen absichtlich zugesetzten Komplexbildner oder keinen Komplexbildner enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first coppering solution contains no intentionally added complexing agent or no complexing agent. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkupferungslösung Ionen enthält, die Werte des Potenzials im Bereich von –0,4 bis –1,8 V aufweisen.A method according to claim 6, characterized in that the first copper plating solution contains ions having potential values in the range of -0.4 to -1.8 volts. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkupferungslösung zur stromlosen Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht mindestens eine Kupferverbindung sowie mindestens einen Glanzbildner, mindestens eine Säure oder/und mindestens ein Beizmittel enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper plating solution for electroless formation of the barrier layer and / or conductive layer contains at least one copper compound and at least one brightener, at least one acid or / and at least one pickling agent. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkupferungslösung zur stromlosen Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht zusätzlich mindestens einen Beizinhibitor und gegebenenfalls auch einen Beizverstärker enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper plating solution for electroless formation of the barrier layer and / or conductive layer additionally contains at least one pickling inhibitor and optionally also a pickling amplifier. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkupferungslösung zur stromlosen Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht zusätzlich mindestens einen Glanzbildner enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper plating solution for electroless formation of the barrier layer and / or conductive layer additionally contains at least one brightener. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der ersten Verkupferungslösung für Zink-reiche oder Zinn-reiche metallische Oberflächen im Bereich von 4 bis 8,5 oder für Eisen-reiche metallische Oberflächen bei weniger als 5 liegt.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pH of the first copper plating solution for zinc-rich or tin-rich metallic surfaces is in the range of 4 to 8.5 or for iron-rich metallic surfaces is less than 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung der Sperrschicht oder/und Konduktivschicht mindestens eine Deckschicht als Glanzschicht elektrolytisch oder mindestens eine Schicht als Dickschicht chemisch oder elektrolytisch aufgebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the formation of the barrier layer and / or conductive layer at least one cover layer is applied as a glossy layer electrolytically or at least one layer as a thick layer chemically or electrolytically. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Tauchen, Sprühen, Aufwalzen, Aufpinseln, Angießen, durch Schwammauftrag oder/und durch Tamponauftrag stromlos oder/und danach elektrolytisch beschichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that is electrolessly coated by dipping, spraying, rolling, brushing, casting, by sponge application and / or by tampon application and / or thereafter. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Sperrschicht versehene Gegenstand mindestens eine nachfolgende Oberflächenbehandlung erfährt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object provided with a barrier layer undergoes at least one subsequent surface treatment. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer stromlos hergestellten Kupferschicht versehene Gegenstand mindestens einmal galvanisch behandelt wird, mindestens einmal lackiert oder mit einem Pulverlack oder mit einem kathodischen Tauchlack (KTL) beschichtet wird oder mit einem anderen Gegenstand zusammengefügt wird.A method according to claim 13, characterized in that the object provided with an electroless copper layer is at least once treated electroplated, at least once painted or coated with a powder coating or with a cathodic dip (KTL) or is joined together with another object. Gegenstand mit einer Sperrschicht oder/und einer Konduktivschicht, die nach einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist.An article having a barrier layer and / or a conductive layer made according to any one of claims 1 to 16. Verwendung eines mit einer Sperrschicht oder/und einer Konduktivschicht versehenen Gegenstands, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, als Draht, Profil, Rohr oder Stange, als Schweißdraht, als Beschlag, Element oder Verbindungselement, als Element eines Apparates, einer Maschine, eines Haushaltsgeräts, eines Elektroartikels, eines Elektronikartikels oder Spielzeugs, als Schmuckgegenstand, als Element für eine Uhr, als Gehäuse, Gestänge, Halterung, Montageplatte oder Verkleidung, als Element im Apparatebau, Maschinenbau, Automobilbau oder für Verkehrsmittel, als mechanisches Funktionsteil oder für einen zu härtenden metallischen Gegenstand oder als Schraube.Use of a barrier layered and / or conductive layered article made according to any one of claims 1 to 16, as a wire, profile, pipe or rod, welding wire, fitting, element or connecting element, element of an apparatus, a machine, a machine Household appliance, an electronic article, an electronics article or toy, as an ornament, as an element for a clock, as a housing, linkage, bracket, mounting plate or panel, as an element in apparatus construction, engineering, automotive or transport, as a mechanical part or for a to be hardened metallic object or as a screw. Verwendung eines mit einer Konduktivschicht versehenen Gegenstandes zur Herstellung eines elektrisch besser leitenden Gegenstandes, zum konduktiven Aufheizen oder/und zum Härten des metallischen Gegenstandes.Use of a provided with a conductive layer article for producing a more electrically conductive article, for conductive heating and / or curing of the metallic article.
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