Brevet FR2464314A1 — publié le 19810306

1. La présente invention se rapporte à des composi- tions et à un procédé pour le dépôt électrolytique de ni- ckel noir. Un grand nombre de procédés et de solutions ont précédemment été utilisés ou-on a proposé de les utiliser pour déposer un dépôt de nickel noir ou de nickel sensible- ment noir sur divers substrats conducteurs. Ces dépôts de nickel dit noir sont particulièrement convenables dans di- vers buts de décoration, ainsi que pour favoriser l'absorp- tion d'énergie rayonnante, par exemple dans des dispositifs de chauffage solaire et analogues. A titre typique parmi ces techniques antérieures pour déposer un revêtement noir ou un dépôt de nickel noir sur des substrats métalliques, il y a celles décrites dans les brevets américains no 2.679.475, no 2.844.530, no 3.127.279, no 3.681.211 et no 3.753.873. Un problème continu associé à ces techniques an- térieures a été la difficulté de contrôler la composition et le procédé pour obtenir constamment des revêtements sen- siblement noirs qui adhèrent au substrat, qui fournissent une résistance améliorée à la corrosion et qui sont récep- tifs pour recevoir une laque claire ou autre revêtement de finissage siccatif. Les problèmes et les inconvénients associés aux techniques antérieures connues sont surmontés selon la com- 2. position et le procédé de la présente invention, du fait que la composition de bain peut être mise en fonctionnement dans une large gamme de pH, de concentrations, de densités de cou- rant et de températures, et est adaptable à l'utilisation sur un grand nombre de substrats conducteurs différents pour pro- duire constamment des dépôts de nickel sensiblement noir, sensiblement uniformes et adhérents, qui fournissent une résistance à la corrosion améliorée et sont également ré- ceptifs vis-à-vis d'un grand nombre de revêtements de. fi- nissage en laque claire. Les avantages de la présente invention sont at- teints par un bain opératoire qui comprend une solution aqueuse ayant un pH allant d'environ 4 jusqu'à environ 12 et contenant, comme constituants essentiels, environ 2 à environ 25 grammes par litre (g/l) d'ions nickel, en combi- naison avec une amine soluble dans le bain, présente en quantité qui fournit un rapport molaire nickel/amine dans la solution compris entre environ 1: 1 et environ 1: 4. v Des amines solubles dans le bain, convenables dans ce but, ont la formule: R NH - [(CH2)n - NH]m - (CH2)p XR' o n,- m et p sont des nombres entiers et n vaut 2 ou 3, m vaut 1 ou 2 ou 3, et p vaut 2 ou 3; X est 0 ou NH; et R et R' sont les mêmes ou sont différents et repré- sentent H, -CH 2CH = CH2, 2CH 2CH2 SO3 ou -CH 2HCH OH. OH A titre typique parmi les amines précédentes, il y a la triéthylènetétramine, la dipropylènetriamine et le 2- (2-aminoéthylamino)éthanol. Le bain opératoire peut,en outre,contenir de ma- nière facultative des agents renforçant le noircissement, comprenant des sels de métaux alcalins de coeposés conte- nant du soufre, tels que les thiocyanates, les thiosulfa- tes, les bisulfites, les sulfites et analogues, qui peu- vent être présents en quantités allant jusqu'à environ 25 3. g/l. Le bain peut, en outre, contenir de manière facultati- ve des sels inertes solubles dans le bain pour augmenter sa conductibilité, ainsi que de petites quantités contrôlées d'agents de mouillage des types classiquement employés dans des solutions de revêtement électrolytique de nickel. Selon les aspects procédé de la présente invention, le bain de revêtement électrolytique peut fonctionner entre la température ambiante (210C) et environ 650C, sur une lar- ge gamme de densités de courant allant d'environ 0,2 jus- qu'à environ 2,5 ampères par décimètre carré. Les temps de revêtement peuvent varier d'environ 1 jusqu'à environ 10 mi- nutes, selon les variables du procédé et la composition du bain. Des avantages supplémentaires de la présente in- vention apparaîtront d'après la lecture de la description des exemples de réalisation préférés, en relation avec les exemples spécifiques fournis. Le nouveau bain de revêtement électrolytique de la présente invention pour déposer des dépôts de nickel dit noir comprend une solution aqueuse contenant, comme consti- tuants essentiels, une quantité efficace contrôlée d'ions nickel, en combinaison avec une amine soluble dans le bain, présente en quantité contrôlée selon la concentration d'ions nickel présents. La concentration d'ions nickel peut être comprise en gros entre environ 2 g/l et environ 25 g/l,les quantités allant d'environ 6 à environ 10 g/l étant préfé- rées. Une concentration d'ions nickel au-dessus d'environ g/l est indésirable dans certains cas du fait que le dé- pôt de nickel formé tend à avoir un aspect gris, à ces con- centrations supérieures. Les ions nickel peuvent être con- venablement introduits dans le bain sous la forme de sels de nickel solubles dans le bain et compatibles avec le bain, tels que le sulfate de nickel, des sels constitués d'halo- génures de nickel, du sulfonate de nickel, du fluoborate de nickel et analogues. Parmi les sels précédents, le sulfate de nickel sous la forme de l'hexahydrate forme une source préférée. Les sels constitués d'halogénures de nickel peuvent 4. être employés de manière satisfaisante lorsqu'une anode de nickel est employée dans le bain opératoire mais ne sont pas souhaitables lorsque des anodes inertes telles que des anodes en carbone, sont employées par suite du dégagement de l'halogénure gazeux correspondant à l'anode. Le sulfate de nickel fournit un autre avantage lorsqu'une anode en nickel est employée, du fait que la solution n'attaque pas aussi facilement la surface de l'anode et l'augmentation de la concentration de nickel dans le bain est sensiblement plus lente, en rendant encore plus simple le contrôle du bain de fonctionnement. Le second constituant essentiel du bain de revê- tement électrolytique est une amine qui est compatible et soluble dans le bain opératoire, cette amine ayant la for- mule: R - NH-[(CH2) n-NHm- (CH2)p-X-R' o n, m et p sont des nombres entiers et n vaut 2 ou 3, m vaut 1 ou 2 ou 3, et p vaut 2 ou 3; X est O ou NH; et R et R' sont les mêmes ou sont différents et re- présentent H CH2,- CH 2CH2CH22SO3 ou -CH2HCHCH 2OH OH Des amines typiques convenables pour l'utilisa- tion dans le bain, qui correspondent à la formule précéden- te, sont la triéthylènetétramine dans laquelle R et R' re- présentent X, X et NH, et n, m et p valent 2; la dipropy- lènetriamine dans laquelle R et R' représentent H, X est NH, m vaut 1 et n et p représentent 3; et le 2-(2-aminoéthyla- mino)éthanol o R et R' représentent H, X est 0, m vaut 1 et n et p valent 2. La concentration de l'amine est contrôlée en re- lation avec la quantité d'ions nickel présents dans le bain. Le rapport molaire entre les ions nickel et l'amine présente dans la solution peut aller d'environ 1: 1 jus- qu'à environ 1: 4, de préférence 1: 1,5 à environ 1: 2,5, des rapports d'environ 1: 2 étant particulièrement satis- faisants. Des rapports molaires en excès par rapport à envi- 5. ron 1: 4 sont indésirables puisque la concentration élevée de l'amine inhibe le dépôt de nickel à partir du bain, alors que des rapports en-dessous d'environ 1: 1 ne four- nissent pas un dépôt de nickel sensiblement noir. En plus des ions nickel et de l'amine comme cons- tituants essentiels du bain, le bain peut contenir, en ou- tre, comme constituants facultatifs, des sels inertes, compatibles avec le bain et solubles dans le bain, afin de renforcer la conductibilité de l'électrolyte. Ces sels de conductibilité comprennent typiquement des halogénures et des sulfates de métaux alcalins, ainsi que du sulfate de ma- gnésium et des sels formés d'halogénures de magnésium. L'expression "métal alcalin" est employée dans son sens lar- ge pour inclure les métaux alcalins constitués de sodium, de potassium et de lithium, ainsi que l'ammonium. Ces sels de conductibilité ou leurs mélanges peu- vent être employés en quantités allant jusqu'à leur limite de solubilité, des quantités allant d'environ 30 jusqu'à environ 50 g/l étant préférées. Un autre constituant facultatif du bain comprend un agent renforçant le noircissement,qui est présent en quan- tités contrôlées afin de renforcer encore l'aspect sombre ou le fini noir du dépôt. Des agents renforçant le noircis- sement, convenables pour l'utilisation, sont des sels de mé- taux alcalins de composés.contenant du soufre comprenant des thiocyanates, des thiosulfates, des bisulfites, des sul- fites ou analogues, ainsi que leurs mélanges. Quand on les utilise, ces agents renforçant le noircissement peuvent être employés en quantités allant jusqu'à environ 25 g/l, alors que des quantités d'environ 1 à environ 5 g/l sont ordinai- rement préférées. Normalement, des concentrations de ces agents renforçant le noircissement supérieurs à environ g/l sont indésirables par suite des produits de dégrada- tion formés par l'utilisation de ces concentrations élevées qui, dans certains cas, dégradent l'uniformité et le recou- vrement du dépôt de nickel noir. En outre, on n'obtient aucun avantage particulier en employant ces agents en quan- 6. tités supérieures à 25 g/l, par comparaison avec ce qu'on obtient quand on utilise des quantités moindres,telles qu'environ 5 g/l. Comme autre constituant supplémentaire, le bain de revêtement électrolytique peut incorporer l'un quelcon- que d'un grand nombre d'agents de mouillage compatibles avec le bain en quantités efficaces, ces agents apparte- nant aux divers types classiquement employés dans des solu- tions de revêtement de nickel. Normalement, les agents de mouillage du type anionique sont employés à des concentra- tions allant jusqu'à environ 200 mg/1, alors que des quan- tités d'environ 50 à environ 100 mg/1 sont préférées. A ti- tre typique, parmi les agents de mouillage convenables qui peuvent être employés, il y a les sulfates d'alcools pri- maires contenant 8 à 18 atomes de carbone, tels que le lau- rylsulfate de sodium, des lauryléthoxysulfates ou sulfona- tes de sodium et analogues. Selon les aspects procédé de la présente inven- tion, la température du bain opératoire peut être comprise entre la température ambiante (21C) et environ 650C, des températures d'environ 270C à environ 320C étant particu- lièrement préférées au point de vue de la conservation de l'énergie. La température particulière employée variera pour obtenir des dépôts optima de nickel noir selon la composition spécifique et les conditions opératoires em- ployées. Le bain opératoire aqueux est contrôlé dans une gamme de pH allant d'environ 4 jusqu'à environ 12, alors qu'une gamme de pH d'environ 6 à environ 10 est préférée. Le réglage du pH approprié peut être obtenu en employant des acides tels que l'acide sulfurique et l'acide chlorhy- drique, d'une part', ou en employant une base, telle qu'un hydroxyde alcalin comprenant l'ammoniaque. Le dépôt électrolytique du dépôt de nickel noir peut être effectué en employant une densité de courant moyenne allant d'une valeur aussi faible qu'environ 0,2 ampère par décimètre carré jusqu'à environ 2,5 ampères 7. par décimètre carré. De préférence, la densité de courant est contrôlée dans une gamme d'environ 0,5 à environ 1,5 ampère par décimètre carré. La durée du revêtement peut être comprise en gros entre un temps aussi faiblé qu'environ 1 minute et en- viron 10 minutes selon la composition de bain particulière utilisée, le type de substrat employé, le type de fini dé- siré et la densité de courant spécifique utilisée. Normale- ment, des temps de revêtement allant d'environ 2 à environ 3 minutes sont satisfaisants. Le dépôt électrolytique du revêtement de nickel noir peut être obtenu de manière satisfaisante sur des subs- trats métalliques conducteurs, comprenant le nickel, le cuivre, le laiton, le zinc déposé par voie électrolytique, le cadmium et analogues. Pour obtenir un dépôt de nickel sensiblement noir, brillant et lustré, on préfère que le substrat soit dans un état brillant soit en déposant un dépôt électrolytique brillant à la surface, soit par des moyens mécaniques tels que le polissage, ou analogues. Lors- que le substrat devient moins brillant, le dépôt de nickel résultant tend à devenir progressivement plus gris. Afin d'illustrer encore la composition et le pro- cédé de la présente invention, on fournit les exemples sui- vants qui ne sont donnés qu'à titre d'illustration et non pas de limitation. EXEMPLE 1 Une solution de revêtement électrolytique est constituée, se composant de 26 g/l de NiSO4. 6 H20 et de 26 g/i de triéthylènetétramine. Le pH de la solution est réglée à 12 avec NaOH. Une pièce à travailler revêtue de nickel brillant, fraîchement préparée, est immergée dans la solution et reliée au pôle cathodique d'une source d'éner- gie. Des tiges de carbone sont reliées au pôle anodique de la source d'énergie pour compléter le circuit. La pièce à travailler est revêtue pendant 2 - 3 minutes sous une den- sité de courant de 1,5 ampère par décimètre carré à 240C. Le dépôt est uniformément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 2 Une solution de revêtement électrolytique est constituée,se composant de 26 g/1 de NiSO4. 6H20 et de 26 g/l de dipropylènetriamine. Le pH de la solution est réglé à 4 avec H2S04. Une pièce à travailler revêtue de nickel brillant, fraîchement préparée, est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 - 3 minutes sous une densité de courant de 1,5 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est uniformément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 3 Une solution de revêtement électrolytique est constituée, se composant de 26 g/l de NiSO4. 6H20 et de 21 g/1 de 2-(2-aminoéthylamino)éthanol. Le pH de la solu- tion est réglé à 12 avec NaOH. Une pièce à travailler re- vêtue de nickel brillant, fraîchement préparée est immer- gée dans la solution et revêtue pendant 2 - 3 minutes sous une densité de courant de 1,5 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dép6t est uniformément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 4 Une solution de revêtement électrolytique est préparée, se composant de 26 g/l de NiS04. 6H20, de 21 g/l de 2-(2-aminoéthylamino)éthanol et de 5 g/l de NaCNS. Le pH de la solution est réglé à 12 avec NaOH. Une pièce à travailler revêtue de nickel brillant, fraîchement pré- parée, est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 - 3 minutes sous une densité de courant de 1,5 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dép6t est uniformément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 5 On constitue une solution de revêtement électroly- tique, se composant de 26 g/l de NiSO4. 6H20, de 21 g/l de 2-(2-amino-éthylamino)éthanol et de 10 g/l de Na2S203. Le pH de la solution est réglé à 12 avec NaOH. Une pièce à travailler en nickel, fraîchement préparée, est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 - 3 minutes sous une densité de courant de 1,5 ampère par décimètre carré et à 9. 24 C. Le dépôt est uniformément noir, avec une bonne adhé- rence. L'addition de thiocyanate de sodium ou de thio- sulfate de sodium à la solution de revêtement électrolyti- que des exemples 4 et 5 sert d'agent de renforcement du noircissement et les dépôts de nickel obtenus dans les exem- ples 4 et 5 sont beaucoup plus foncés que ceux obtenus avec la solution de l'exemple 3 qui est identique mais dépourvue de tout agent renforçant le noircissement. EXEMPLE 6 On prépare une solution de revêtement électrolyti- que, se composant de 25 g/l de Ni (NH2S03)2, de 21 g/l de 2- (2-aminoéthylamino)éthanol et de 5 g/l de NaCNS. Le pH est r6glé à 6 avec H2S04. Une pièce à travailler en nickel, fraîchement préparée, est immergée dans la solution et re- vêtue pendant 2 à 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est uni- formément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 7 On prépare une solution de revêtement électrolyti- que se composant de 23 g/l de Ni(BF4)2, de 21 g/l de 2-(2- aminoéthylamino)éthanol et de 5 g/l de NaCNS. Le pH est ré- glé à 6 avec H2S04. Une pièce à travailler en nickel, frai- chement préparée,est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 à 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est uniformé- ment noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 8 On prépare une solution de revêtement électrolyti- que, se composant de 24 g/l de NiCl2. 6H20, de 21 g/l de 2- (2-aminoéthylamino)éthanol et de 5 g/l de NaCNS. Le pH est réglé à 6 avec H2SO 4. Une pièce à travailler en nickel, frai- chement préparée, est immergée dans la solution et revê- tue pendant 2 à 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est uniformé- ment noir, avec une bonne adhérence. 10. EXEMPLE 9 Une solution de revêtement électrolytique est préparée, se composant de 17 g/l de NiS04. 6H20, de 14 g/1 de 2-(2-aminoéthylamino)éthanol, de 5 g/l de NaCNS, de 40 g/l de Na2S04 et de 0,2 g/l d'un agent de mouillage anionique, le laurylsulfate de sodium. Le pH est réglé à 6 avec H2S04. Une pièce à travailler en nickel, fraîche- ment préparée, est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 à 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est unifor- mément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 10 On prépare une solution de revêtement électrolyti- que, se composant de 40 g/l de NiSO4. 6H20, de 33 g/l de 2-(2aminoéthylamino)éthanol, de 5 g/l de NaCNS, de 30 g/l de Na2S04 et de 0,1 g/l d'un agent de mouillage anionique, le lauryléthoxysulfate de sodium. Le pH est réglé à 6 avec H2S04. Une pièce à travailler en nickel, fraîchement prépa- rée, est immergée dans la solution et revêtue pendant 2 à 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 24 C. Le dépôt est uniformément noir, avec une bonne adhérence. EXEMPLE 11 On prépare une solution de revêtement électrolyti- que, se composant de 26 g/l de NiSO4. 6H20, de 21 g/l de 2-(2aminoéthylamino)éthanol, de 5 g/l de NaCNS, de 40 g/l de Na2SO4 et de 0,2 g/l de laurylsulfate de sodium. Le pH est réglé à 6 avec H2S04. Une pièce à travailler en nickel, fraîchement préparée, est immergée dans la solution et re- vêtue pendant 2 - 3 minutes sous une densité de courant de 1,0 ampère par décimètre carré et à 65 C. Le dépôt est noir, avec une bonne adhérence. L'appréciation de certaines des valeurs de mesu- res indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. il. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 12. REVENDICATIONS 1 - Bain pour le dépôt électrolytique d'un dépôt de nickel sensiblement noir sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend une solution aqueuse ayant un pH d'en- viron 4 à environ 12 et contenant environ 2 à environ 25 g/l d'ions nickel, et une amine soluble dans le bain, pré- sente en quantité qui fournit un rapport molaire entre le nickel et l'amine dans la solution compris entre environ 1: 1 et environ 1: 4, cette amine correspondant à la for- îo mule R - NH-[(CH2)n-NH] -(CH2)p-X-R' o: n, m et p sont des nombres entiers et n vaut 2 ou 3, m vaut 1 ou 2 ou 3, et p vaut 2 ou 3; X est O ou NH; et R et R' sont les mêres ou sont différents et re- présentent H, -CH2CH = CH2, -CH2CH2CH2SO3 ou -CH2CHCH2OH. OH 2 - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ions nickel sont présents en quantité d'environ 6 à environ 10 g/l. 3 - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amine est présente pour fournir un rapport mo- laire entre le nickel et l'amine compris entre environ 1 1,5 et environ 1: 2,5. 4 - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amine est présente pour fournir un rapport molai- re entre le nickel et l'amine d'environ 1: 2. - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des sels de conductibilité iner- tes, compatibles avec le bain et solubles dans le bain, présents en quantité allant jusqu'à leur limite de solubi- lité dans le bain. 6 - Bain selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sels de conductibilité inertes, compatibles avec le bain et solubles dans le bain, sont choisis parmi des sulfates de métal alcalin, des halogénures de métal alca- 13. lin, du sulfate de magnésium, des halogénures de magnésium et leurs mélanges, et sont présents en quantité d'environ 30 à environ 50 g/1. 7 - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, en tant qu'agent de renforce- ment du noircissement, un sel de métal alcalin d'un composé contenant du soufre choisi dans le groupe se composant de thiocyanates, de thiosulfates, de bisulfites, de sulfites, et de leurs mélanges, présents en quantité allant jusqu'à environ 25 g/l. 8 - Bain selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent renforçant le noircissement est présent en quantité d'environ 1 à environ 5 g/l. 9 - Bain selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, jusqu'à environ 200 mg/l d'un agent de mouillage compatible avec le bain. - Bain selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'agent de mouillage est un agent de mouillage anionique et est présent en quantité d'environ 50 à envi- ron 100 mg/l. 11 - Bain selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'amine est choisie dans le groupe se composant de triéthylènetétramine, de dipropylènetriamine, de 2-(2-amino- éthylamino)éthanol et de leurs mélanges. 12 - Procédé de dépôt électrolytique d'un dépôt de nickel sensiblement noir sur un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer par voie électrolytique du ni- ckel sous une densité de courant d'environ 0,2 à environ 2,5 ampèrespar décimètre carré, pendant une période de temps suffisante pour déposer l'épaisseur souhaitée du dépôt à partir d'une solution aqueuse telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 11, à une tempéra- ture allant à peu près de la température ambiante jusqu'à environ 65 C.