способ химического никелирования стекла

Формула изобретения

Способ химического никелирования стекла, включающий травление, промывку, активацию и металлизацию, отличающийся тем, что активацию проводят в растворе соли олова (II) с последующей обработкой раствором гидроксиметансульфината натрия или диоксида тиомочевины с концентрацией 0,2-1,0 моль/л при 60 - 80°С в течение 5-10 мин, а металлизацию осуществляют при той же температуре в течение 10 - 15 мин в растворе следующего состава, моль/л:

Гидроксиметансульфинат натрия или диоксид тиомочевины - 0,2-1,0

Аммиачный комплекс никеля - 0,1-0,15

Ацетон - 0,002-0,02

Дистиллированная вода - До 1 л

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам химической металлизации стеклянных поверхностей и может быть использовано для получения как функциональных, так и декоративных никелевых покрытий.

Известный способ химической металлизации стекла включает в себя последовательные стадии предварительной обработки поверхности: обезжиривание в водном растворе щелочи при pH<13, обработку раствором соли олова, активацию водным раствором соли палладия и, собственно, процесс металлизации в растворе, содержащем примерно равные количества этиленамина, соли никеля и соли фосфита натрия [Пат. Япония N 142514 C 03 C 25/04 от 25.02.85].

Известен способ получения металлического покрытия никелем и его сплавом с фосфором и бором на стеклоизделии восстановлением соли никеля гипофосфитом натрия или борогидридом натрия в водном растворе при pH 5,0 после предварительной стадии травления стекла HF (кислота), сенсибилизации раствором хлорида олова (II) (SnCl₂) с гидразином и активацией благородным металлом (золотом или палладием). [Пат. Англия N 1246966 C 23 C 3/02 от 22.09.71].

Недостатком этих способов является высокая стоимость активирующего раствора (солей палладия и золота). Кроме того, наиболее часто применяемые восстановители, такие как борогидрид натрия, гидразин, гипофосфит натрия, отличаются низкой стабильностью и легкой воспламеняемостью газообразных продуктов разложения. Металлические покрытия, получаемые с помощью перечисленных выше восстановителей, загрязнены твердыми продуктами их разложения (фосфором в случае гипофосфита натрия или бором в случае борогидрида натрия), что в ряде случаев снижает содержание основного металла в покрытии и ухудшает эксплуатационные характеристики покрытия.

Известен способ получения никелевого покрытия на материалах из углеродных волокон [Пат. Россия N 2063461 от 10.07.96]. Способ реализуется следующим образом. Поверхность изделия из углеродного волокна (УВ) подвергают травлению в течение 6 мин при температуре 60^oC 0,3 М раствором бихромата калия в концентрированной (d=1,83 г/см³) серной кислоте, после чего изделие без промывки с остатками травильной смеси на поверхности погружают в ванну металлизации с водным раствором гидроксиметансульфината натрия или диоксидом гиомочевины и хлоридом никеля. Протяженность данной стадии 3 мин при 80^oC, после чего изделие промывается водой и просушивается. Предложенным способом получают матовые и блестящие покрытия никелем на углеродном волокне с толщиной слоя 4,5-5,2 мкм при средней скорости металлизации 24 мкм/ч.

Режимы этого технологического процесса не позволяют получить никелевое покрытие на стекле.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, то есть прототипом, является способ с беспалладиевой активацией в процессах металлизации стекла и стеклоизделий. Пористую, активированную высококремнеземную пленку создают травлением нагретого до 100-250^oC стекла парами HF. Травленную поверхность после промывки активируют раствором соли никеля или кобальта при pH 5-6 с последующим восстановлением металла на поверхности стекла с помощью борогидрида калия. Далее проводится непосредственно металлизация в ванне с солью выделяемого металла, с ионами гипофосфита и солью карбоксильной кислоты при температуре 95-100^oC. Удается получить покрытия толщиной до 1 мкм. [Пат. Англия N 896177 от 9.05.62].

Недостатком прототипа является использование в качестве травильного агента паров агрессивной плавиковой кислоты, а также сложность состава активирующего раствора. Так же, как и в аналогах, в прототипе используются восстановители, которые при разложении дают в отходящих газах токсичные взрывоопасные газообразные продукты, очистка от которых требует значительных дополнительных затрат. Твердые продукты разложения восстановителей загрязняют металлические покрытия и часто ухудшают их потребительские свойства. В способе прототипа используют также высокие температурные режимы, которые приводят к удорожанию конечного продукта.

Задачей изобретения является создание способа химического никелирования стекла, позволяющего получить никелевое покрытие с более высоким содержанием металла, упростить технологию процесса, снизить температуры операций травления и самой металлизации, а также уменьшить расходы на санитарные и природоохранные мероприятия путем снижения токсичности отходящих газов от ванн травления, активации и металлизации при увеличении толщины и сохранении адгезионных свойств покрытия.

Поставленная задача решена предлагаемым способом химического никелирования стекла, включающим травление, промывку после травления, активацию и, собственно, металлизацию, в котором активацию проводят в растворе соли олова (II) с концентрацией 0,20-0,30 моль/л при комнатной температуре в течение 5-10 мин. После этого стеклоизделие с остатками раствора хлорида олова (II) в течение 5-10 мин обрабатывают раствором восстановителя - гидроксиметансульфината натрия (ГМС) или диоксида тиомочевины (ДОТМ) с концентрацией 0,2-1,0 моль/л при температуре 60-80^oC. На активированную таким образом поверхность стекла химически осаждают металлический никель в течение 10-15 мин при 60-80^oC в ванне металлизации следующего состава, моль/л:

Гидроксиметансульфинат натрия или диоксид тиомочевины - 0,2-1,0

Аммиачный комплекс никеля - 0,1-0,15

Ацетон - 0,002-0,02

Дистиллированная вода - До 1 л

В заключение изделие из стекла промывают водой и высушивают. Предлагаемым методом можно получить матовые и блестящие покрытия никелем с толщиной слоя 0,5-1,2 мкм при средней скорости металлизации 2-5 мкм/ч. При необходимости толщина металлического покрытия на стекле может быть увеличена известными электрохимическими методами.

Пример 1.

Изделие из строительного силикатного стекла протравливают в течение 40 мин при температуре 70^oC в смеси бихромата калия (0,3 М) и концентрированной (d = 1,83 г/см³) серной кислоты, после чего промывают водой от остатков травильной смеси сначала водопроводной, а затем дистиллированной водой. Далее в течение 10 мин при комнатной температуре выдерживают в растворе хлорида олова (II) с концентрацией 0,2 моль/л. Затем изделие 10 мин при 60^oC обрабатывают раствором гидроксиметансульфината натрия с концентрацией 0,2 моль/л, после чего без промывки помещают в ванну металлизации с раствором, содержащим аммиачный комплекс никеля (0,1 моль/л), гидроксиметансульфинат натрия (0,2 моль/л) и ацетон (0,002 моль/л). Время металлизации 15 мин, температура 60^oC. Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 0,5 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Пример 1a.

Технологический процесс аналогичен примеру 1. В качестве восстановителя используют диоксид тиомочевины (0,2 моль/л). Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 0,55 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Пример 2.

Изделие из боросиликатного стекла протравливают в течение 15 мин в 3,0 М растворе КОН при 70^oC. Протравленное изделие промывают водой и погружают на 10 мин в раствор хлорида олова (II) с концентрацией 0,25 моль/л при комнатной температуре. Далее проводят обработку стеклянной поверхности раствором гидроксиметансульфината натрия (0,5 моль/л) в течение 7 мин при 70^oC и помещают стеклянное изделие в раствор металлизации, содержащий аммиачный комплекс никеля (0,1 моль/л), гидроксиметансульфинат натрия (0,5 моль/л) и ацетон (0,01 моль/л). Время металлизации 15 мин, температура 70^oC. Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 0,58 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Пример 2a.

Технологический процесс аналогичен примеру 2. В качестве восстановителя используют диоксид тиомочевины (0,5 моль/л). Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 0,65 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Пример 3.

Изделие из технического силикатного стекла протравливают в течение 40 мин при температуре 70^oC в смеси бихромата калия (0,3 М) и концентрированной (d - 1,83 г/см³) серной кислоты, после чего промывают сначала водопроводной, а затем дистиллированной водой от остатков травильной смеси. Далее изделие погружают на 5 мин при комнатной температуре в раствор хлорида олова (II) с концентрацией 0,30 моль/л. Изделие из стекла с остатками раствора хлорида олова (II) без промывки помещают в 1,0 М раствор гидроксиметансульфината натрия при температуре 80^oC на 5 мин. Затем стеклянное изделие без промывки погружают в раствор металлизации, содержащий аммиачный комплекс никеля (0,15 моль/л) и гидроксиметансульфинат натрия (1,0 моль/л) и ацетон (0,02 моль/л). Время металлизации 10 мин, температура 80^oC. Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 0,85 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Пример 3a.

Технологический процесс аналогичен примеру 3. В качестве восстановителя используют диоксид тиомочевины (1,0 моль/л). Получается равномерное, гладкое, блестящее покрытие с толщиной слоя 1,2 мкм, хорошо держащееся на стекле.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: улучшение качества покрытия за счет увеличения содержания осаждаемого металла до 99,9% по массе при увеличении толщины до 1,2 мкм и сохранении адгезионных свойств покрытия, удешевление технологического процесса за счет уменьшения числа токсичных реагентов и снижения температурных режимов процессов восстановления и самой металлизации. Кроме того, способ позволяет улучшить санитарные и экологические характеристики производства путем снижения токсичности и пожароопасности компонентов ванн травления, активации и металлизации.