[发明专利]用于在镀覆滚筒中从疏质子溶剂电沉积铝的电解质

说明书

技术领域

本发明的主题是用于从疏质子溶剂电沉积铝、优选用于材料的滚 筒涂覆(Trommel beschichtung)的电解质。本发明的另外主题是制备该 电解质的方法、所述电解质的应用、涂覆方法和使用所述方法进行涂 覆的部件。

背景技术

已知仅可能从非水性电解质电沉积铝，这是因为该金属具有非常 低的电极电势。

原则上，通过使用含有溶解在有机疏质子溶剂中的有机烷基铝络 合物的电解质，在非水体系中进行铝的电沉积。按使得待涂覆的材料 在电解质溶液中作为阴极工作的方式进行涂覆。此外，电解质溶液含 有铝阳极来提供涂覆所必需的铝。当施加电流时，来自铝阳极的铝溶 解并穿过电解质溶液朝向作为阴极工作的材料迁移且沉积在它们上 面。

用于从疏质子溶剂电沉积铝的不同电解质体系已为人们所知。然 而，近年来，仅有基于烷基铝络合物的电解质体系达到按工业规模沉 积铝的技术价值。

Ziegler和Lehmkuhl在1950年代描述了从烷基铝络合物电解沉 积铝。

例如，在DE 1 047 450 AS中描述了具有组成NaF·2Al(C₂H₅)₃的 电解质。该电解质在芳烃例如甲苯中使用。使用该电解质的铝沉积物 具有良好的品质。然而，该电解质表现出差的深镀能力。差的深镀能 力存在的影响是，具有粗糙角落或边缘的特别复杂的型材没有或仅仅 不充分地涂覆铝。这里为了实现均匀涂覆，需要使用辅助阳极。然而， 该方法在技术上要求非常高并且是高花费的，不能按工业规模经济地 进行。因此，为了经济合理地使用电解质，其应表现出足够的深镀能 力。

为了提高深镀能力，对烷基铝络合物进行了改进。特别地，用氟 化钾替代氟化钠。由于该交换的阳离子，这些络合物表现出更好的导 电性以及更好的深镀能力。然而，这些化合物的显著缺点是它们具有 相对高的熔点，且因此络合物在芳族溶剂中的溶解性低。因而，这样 的电解质溶液倾向于结晶并且特别是在贮存时它们由于各自烷基铝化 合物的结晶而变得无用。这样的溶液特别难以按工业规模使用，这是 由于因它们的结晶倾向性而易于发生管、泵和过滤器的堵塞。

在现有技术中为解决该问题，建议在比三乙基铝络合物具有更低 熔点的不同烷基铝络合物的混合物中使用氟化钾。据认为这可获得这 些体系的较好溶解性。然而，这些电解质体系的显著缺点是它们表现 出相对低的电流密度容量且因此可易于共沉积钾，这在沉积铝时是非 常不希望的。此外，特别是三异丁基铝络合物的热稳定性与三乙基铝 络合物相比显著更低。另外的缺点是，在这样的电解质体系的情况下， 在工业操作中必须不断调节单独烷基铝化合物的混合比率以保持它们 恒定。

此外，某些烷基铝化合物例如三甲基铝非常昂贵以至于所述方法 几乎不可能具有经济可行性。

例如在EP 0 084 816 A1、EP 0 402 760 A1、EP 0 402 761 A1、 DE 196 49 000 C2、EP 1 680 533 A1中描述了所述及的电解质。

这些电解质体系适合于涂覆复杂型材例如挂镀部件。然而，它们 在用于在涂覆滚筒内进行涂覆的小部件的电涂覆时表现出严重的缺 点。

小部件和块状材料的电涂覆通常在旋转的穿孔滚筒中进行，所述 滚筒由电动机驱动并且安装在支撑架内的塑料壳体中。将待涂覆的小 部件引入到滚筒中，接着将滚筒浸入电解质溶液中。通常借助位于滚 筒侧面的柔性铜束线向滚筒内部的待镀覆物件传递电流。例如在WO 03/012176 A1和在WO 2005/021840 A1中描述了这种类型的镀覆滚筒。

当进行块状物件的滚筒涂覆时，在旋转的穿孔滚筒中涂覆待涂覆 的小部件。如此操作时，仅有与穿孔壁直接接触且与阳极具有最短距 离的物件部分得到涂覆。滚筒中物件包装体内的物件未被涂覆。因此， 必须非常频繁地旋转滚筒以便将物件良好地混合并且所有部件足够长 久地保持在滚筒内周缘附近，以便实现均匀涂覆。

滚筒中对涂覆有效的表面称作包络表面。该包络表面与滚筒中小 部件的总表面相比非常小。相比于滚筒的内部，非常高的局部电流密 度施加到该包络表面，该局部电流密度是关于滚筒内小部件设置的平 均电流密度的3至10倍(取决于滚筒的填充水平)。