Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Beschichtung von elektrischen Kontaktelementen mit einer Nickel-Wolfram-Legierung.

Derartige Nickel-Wolfram-Beschichtungen werden insbesondere bei Kontaktelementen für Steckverbinder eingesetzt. Elektrische

Kontaktelemente sind beispielsweise aus der EP 25 698 25

A1 bekannt.

Bei Kontaktelementen, die im industriellen Maßstab hergestellt werden, werden von der Fachwelt häufig so genannte„High-Speed- Beschichtungsverfahren" bevorzugt. Bei diesem Verfahren werden hohe Stromdichten benötigt.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2012 109 057 B3 ist bereits eine Nickel-Wolfram- Beschichtung für Kontaktelemente bekannt. Dieses Bad ist

ammoniumhaltig und wird bei einem alkalischen pH-Wert betrieben.

Wird ein solches Bad bei höheren Temperaturen betrieben, kann es zu einer erhöhten Ammoniakemission kommen. Dadurch wird das

Arbeitsumfeld in entsprechenden Beschichtungsstraßen belastet. Mit zunehmendem Alter des Bades nimmt außerdem die

Abscheidegeschwindigkeit ab. Eine Kompensation kann durch

Erhöhung der Arbeitstemperatur erfolgen. Dies wiederum erhöht aber auch die Ammoniakemission.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass obige Beschichtungsverfahren einen hohen Wolframgehalt in der Beschichtung bewirken. Dies führt zu hohen elektrischen Widerständen, was gerade bei Kontaktelementen für Steckverbinder nachteilig ist.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein elektrolytisches Bad zur Abscheidung einer Nickel-Wolfram-Beschichtung vorzuschlagen, welches stabil läuft und einen niedrigen Wolframgehalt in der

Beschichtung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Bad eignet sich in besonderer Weise zur Beschichtung von elektrischen Kontaktelementen, da die hiermit abgeschiedenen Überzüge besonders hart sind und eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine hervorragende Korrosions- und Abriebbeständigkeit aufweisen. Das vorgeschlagene elektrolytische Bad vermeidet einige Umwelt-, Arbeitssicherheits- und

Beschichtungsqualitätsprobleme, die mit den bekannten Nickel- Wolfram-Bädern auftreten können.

Bei dem hier gezeigten Verfahren werden als Anoden bevorzugt Titanmischoxidanoden verwendet. Versuche haben gezeigt, dass das Verfahren mit einer solchen Anode besonders zuverlässig betrieben werden kann.

Von besonderer technischer Bedeutung ist es, dass Wolfram in die Beschichtung (Legierung) mit außerordentlich niedrigem Gehalt, bis maximale 10 Gewichtsprozente und niedriger, eingebaut wird. Besonders bevorzugte Wolframanteile liegen von 0,5 bis einschließlich 7,5 Gewichtsprozent. Ganz besonders vorteilhaft ist ein Wolframanteil von 0,5 bis einschließlich 3,5 Gewichtsprozent.

Ein niedriger Wolframanteil gewährleistet insbesondere eine rissfreie und korrosionsbeständige Beschichtung. Außerdem wird dadurch der elektrische Widerstand verringert.

Das erfindungsgemäße elektrolytische Bad dient zur Abscheidung einer silberfarbenen Nickel-Wolfram-Legierung auf elektrischen

Kontaktelementen. Das elektrolytische Bad enthält mindestens folgende Komponenten:

- Nickelionen und Wolframionen

- Mindestens eine Aminosäure und /oder eine Carbonsäure

- Alkalisalze mindestens einer Carbonsäure und

- Organische Zusätze, wie Netz- Glanzmittel, Stressminderer und Einebner.

Als Nickelquelle für das Bad dient beispielsweise Nickelchlorid und/oder Nickelsulfat und/oder Nickelsulfamat und/oder Nickelacetat, in einer Gesamtkonzentration von 10 bis 50 g/Liter (Gramm pro Liter). Wolfram wird dem Bad in Form von Natriumwolframat, in einer Konzentration von 10 bis 20 g/Liter zugefügt. Als Carbonsäure, kann

Monocarbonsäure, Dicarbonsäure, Tricarbonsäure,

Hydroxycarbonsäure wie Milchsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Maleinsäure, Adipinsäure, Apfelsäure, Glutarsäure, Bernsteinsäure, Essigsäure, Glycolsäure oder eine Mischung der vorgenannten Säuren gewählt werden.

Besonders vorteilhaft hat sich die Zugabe von Aminosäuren wie beispielsweise die Asparaginsäure, die Glutaminsäure, die

Aminoessigsäure oder eine Mischung der vorgenannten Säuren erwiesen. Die Konzentration der Säure(n) liegt vorzugsweise von 30 bis 60 Gramm pro Liter des Bades. Als Alkalisalze, insbesondere Natrium / Kaliumsalze, werden Salze der entsprechenden Carbonsäuren und/oder deren Gemische in einem Massenverhältnis zur Säure von 5: 1 bis 1 :5 eingesetzt. Das elektrolytische Bad enthält vorzugsweise außerdem Netzmittel und die zusätzlichen organischen Zusatzstoffe.

Das Massenverhältnis von Nickel zu Wolfram sollte idealerweise zwischen 1 zu 0,4 bis 1 zu 1 ,5 liegen. Vorteilhafterweise ist das elektrolytische Bad frei von Ammonium bzw. Ammoniumchlorid.

Der pH-Wert sollte vorzugsweise, je nach eingesetztem

Komplexbildner, von 3 bis 5,5, vorzugsweise jedoch von 3,5 bis 4,5, betragen. Vorzugsweise wird der pH-Wert durch Zugabe von Salzsäure oder/und einer entsprechenden Carbonsäure, wie zum Beispiel Essigsäure, eingestellt. Durch die Verwendung einer Carbonsäure und ihrer Salze stellt sich ein stabilen pH-Wert im elektrolytischen Bad sowie in der elektrochemischen Doppelschicht an der

Kathodenoberfläche ein. Dadurch werden eine Bildung basischer Salze und Einschüsse von Nickel- und Wolframsalzen in der Nickel-Wolfram- Schicht verhindert.

Das elektrolytische Bad hat im ganzen angegebenen pH-Bereich eine hervorragende Stabilität. Die Puffereigenschaften wurden durch eine Titration des Elektrolyten mit 7 Mol pro Liter KOH überprüft.

Es hat sich gezeigt, dass von allen eingesetzten Carbonsäuren die Weinsäure einen maximalen Effekt bezüglich der Senkung des

Übergangswiderstandes der Nickel-Wolfram-Legierung bewirkt.

Als Zusatzstoffe kann das elektrolytische Bad übliche Netzmittel, wie anionische, nichtionische und amphotere Tenside oder deren Mischungen enthalten. Als Anionische Tenside dienen zum Beispiel die Fettalkoholsulfonate mit dem allgemeinen Aufbau R-O-SO3-X oder die Alkylarylsulfonate mit dem allgemeinen Aufbau R-ArSOsMe.

Bei den nichtionischen Tensiden handelt es sich üblicherweise um Stoffe auf der Basis von Polyethylen-, Polypropylenoxid, inklusive der Block-Copolymere mit mindestens vier Blöcken auf der Basis von Polyethylen-, Polypropylenoxid. Diese Tenside sind im Allgemeinen Schaumarm, was wichtig für ein elektrolytisches

Beschichtungsverfahren mit intensiver Rührung und insbesondere bei der Verwendung des elektrolytischen Bades in Banddurchlaufanlagen ist.

Das Netzmittel wird in einer Konzentration von 0,1 bis 10 g/Liter, vorzugsweise jedoch in einer Konzentration von 0, 1 bis 5,0 g/Liter, eingesetzt.

Das Bad wird idealerweise in einem Temperaturbereich von 20 bis 75°C, vorzugsweise jedoch in einem Temperaturbereich von 40 bis 60°C, betrieben.

Die bevorzugte Stromdichte liegt von 0,5 bis 15 A/dm ² (Ampere pro Quadratdezimeter). Besonders bevorzugt ist es die Stromdichte von 7,0 bis 12,5 A/dm ² einzustellen. Die Beschichtungszeit liegt idealerweise von 10 Sekunden bis 5 Minuten, vorzugsweise jedoch von 15

Sekunden bis 3 Minuten.

Die Badspannung liegt idealerweise von 4 bis 6 Volt. Aus diesem Elektrolyten können Beschichtungen mit einem Wolframgehalt von 0,5 bis 20 Massenprozent, idealerweise von 1 ,0 bis 10 Massenprozent, abgeschieden werden. Das Nickel-Wolfram-Bad sollte vorzugsweise die bereits oben

beschriebenen Glanzmittel enthalten. Für die Reduzierung der

Eigenspannungen der Beschichtung, eine Erhöhung der Duktilität und die Erhöhung des Glanzes der Beschichtung werden dem

elektrolytischen Bad vorzugsweise Saccharin und/oder

Benzoesäuresulfimid Natriumsalz und/oder aromatische Sulfonate wie Trinatriumnaphthalin-1 ,3,6-trisulfonat und/oder Produkte aus der

Gruppe der Sulfonsäureamide wie Benzolsulfonamid und 2-Butin-1 ,4- Diol, in einer Konzentration von 0,2 g/L und 4,0 g/L (Gramm pro Liter), zugesetzt.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass das 2-Butin-1 ,4-Diol zu einem höheren Übergangswiderstand der Nickel-Wolfram-Legierung führt als dies beim Zusatz von Ethylenglykol der Fall ist. Die

Konzentration beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 2 mg/L.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung eines

Kontaktelements mit einer Nickel-Wolfram-Legierung schlägt die

Beschichtung des Kontaktelements, bestehend aus Kupfer, einer

Kupferlegierung oder aus Stahl, in einem elektrolytischen Bad vor. Der pH- Wert des elektrolytischen Bades wird von 3,0 und 5,5, besonders bevorzugt jedoch von 3,5 und 4,5, eingestellt. Das Verfahren wird also im sauren pH-Bereich durchgeführt.

Für das Verfahren wird vorzugsweise das oben beschriebene

elektrolytische Bad verwendet.

Das Verfahren eignet sich sowohl für die Beschichtungen von Bändern, Trommel- sowie Gestellteilen, die insbesondere in der Elektroindustrie verwendet werden. Die Überzüge haben eine unerwartet hohe

Korrosionsbeständigkeit und verhalten sich im Verschleißtest

hervorragend. Mit diesem Verfahren lassen sich rissfreie, glänzende Nickel-Wolfram-Beschichtungen abscheiden, die auch bei einer

Schichtstärke von ca. 5 pm, im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik, nicht abblättern.

Der Kern der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung eines elektrischen Kontaktelements mit einer Nickel-Wolfram-Legierung, wobei das Kontaktelement aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder aus Stahl besteht, wobei die Beschichtung in einem elektrolytischen Bad mit der Zusammensetzung

- Nickelionen und Wolframionen

- Mindestens eine Aminosäure und/oder eine Carbonsäure

- Alkalisalze mindestens einer Carbonsäure und

- Organische Zusätze, wie Netz- Glanzmittel, Stressminderer und Einebner

durchgeführt wird und wobei der pH-Wert des elektrolytischen Bades von 3,0 bis 5,5, besonders bevorzugt jedoch von 3,5 bis 4,5, eingestellt wird.

Es ist zu erwähnen, dass das verwendete elektrolytische Bad kein Ammonium enthält. Dies ist insbesondere aus Umwelt- und Gesundheitsgründen besonders vorteilhaft.

Das hier beschriebene Verfahren ist zur Beschichtung von leitenden Materialien, in diesem Fall zur Beschichtung von elektrischen Kontaktelementen, optimiert.

Der Kern der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung eines elektrischen Kontaktelements mit einem rissfreien Nickel-Wolfram- Überzug, wobei der Wolframanteil von 0,5 bis 10 Mas.%, besonders bevorzugt jedoch von 0,5 und 7,0 Mas.% liegt, wobei das Kontaktelement aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder aus Stahl besteht, wobei die Beschichtung in einem elektrolytischen ammoniumfreien Bad im sauren pH-Bereich durchgeführt wird und wobei der pH-Wert des elektrolytischen Bades von 3,0 und 5,5, besonders bevorzugt jedoch von 3,5 und 4,5, eingestellt wird.

Es ist zu erwähnen, dass das verwendete elektrolytische Bad kein Ammonium enthält. Dies ist insbesondere aus Umwelt- und Gesundheitsgründen besonders vorteilhaft.