無氰仿金電鍍工藝研究進展

   日期:2014-02-10     瀏覽:1292    評論:0    

摘要:介紹了無氰仿金鍍層的種類,綜述了國內外無氰仿金電鍍的研究現狀,包括焦磷酸鈦體系、酒石酸鹽體系、920?體 系以及其他一些配位劑體系。最后對無氰仿金電鍍的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞:無氰仿金電鍍;焦磷酸鹽體系;酒石酸鹽體系;

在裝飾性電鍍中,金色電鍍一直占有較大比例, 但是純金電鍍價格昂貴,用于裝飾不現實;而仿金電 鍍則調節了價格與裝飾要求的矛盾,即保持了金色 的外觀,又大大降低了成本,所以,目前仿金電鍍已 廣泛用作首飾、工藝制品、燈具、紐扣、手表、打火機、 制筆等零件上的裝飾性電鍍〔1〕。

仿金電鍍工藝按鍍液是否含氰化物可分為氰化 物電鍍工藝和無氰電鍍工藝。氰化物電鍍工藝所用 鍍液有高氰、中氰、低氰和微氰鍍液,國內多使用中 高氰鍍液。氧化物對銅離子有很強的配位能力,且 其分散能力和覆蓋能力較好,鍍層結晶細致,鍍液呈 堿性,去油能力好,能夠獲得結合力良好的鍍層。但 該工藝不僅危害工人的身體健康,而且會嚴重污染 環境,從環保和可持續發展戰略的角度考慮,氰化物 電鍍已受到嚴格限制并趨于禁止,所以,發展無氤仿 金電鍍已是勢在必行。

1無氰仿金鍍層的種類

無氰仿金鍍層的種類主要包括:二元合金和三元合金,并逐漸 發展到在三元合金中添加XI等形成四 元以上合金。

電鍍01-20合金(俗稱黃銅〉,根據合金中銅的的質量分數的不同,可將鍍層分成3種類型:銅的質 量分數在20 X左右的白色011-20合金〔俗稱白 銅八在70 ^左右的黃色01-2x1合金(仿金鍍層)及 在90 X左右的紅色011-211合金??梢婞S銅鍍層中 銅的質量分數的變化會對其色澤產生較大的影響, 因此,要嚴格控制鍍層中銅與鋅的比例。仿金鍍層 中銅的質量分數應在68 ^?72 ^左右最好,且選 用68黃銅做陽極為好。

電鍍0^311合金,根據合金中錫的質量分數的 不同,也可將鍍層分成3種類型:錫的質量分數在 7 ^?15 ^的低錫合金(在7 ^?9 ^時,鍍 層外觀呈紅色,在13 ^?15 X時為金黃色〉,在 16 “?30 X的中錫&1-3!!合金〈當超過20 X時, 鍍層顏色基本是白色夂以及在40 ^?55 X的高錫 01-30合金〔鍍層呈銀白色八可見要嚴格控制鍍層 中銅與錫的比例,仿金鍍層中錫的質量分數應在 13 “?15 X左右最好。

電鍍01-30-211合金時,由于銅是紅色的,鋅與 錫是白色的,只有當控制鍍層中銅的質量分數在 75 X左右,鋅與錫的質量分數在25 X左右時才能 得到18匕仿金色。這與3種金屬離子的質量濃度、 配位劑、添加劑、溫度及電流密度等均有關系,因此, 經?;炲円?,及時調整補充是非常重要的。

2無氰仿金電鍍工芝

對于合金鍍液,僅用一種配位劑來配位金屬離子時,鍍液的陰極過電位往往不是太低就是過高。 最常用且有效的調整方法是在加入一種主配位劑的 基礎上,再加入另一種或幾種輔助配位劑,形成幾種 不同的配體配位離子或混合配體配位離子,以改變 配位離子的結構和電極的表面狀態,從而使之達到 電沉積合金鍍層的質量要求。近年來發展起來的無 氰仿金電鍍體系常用焦磷酸鹽、酒石酸鹽、只 檸檬酸鹽等配位劑來代替氰化物,而且多為幾種配 位劑聯用。

2.1焦磷酸盆體系鍍液

焦磷酸鹽體系鍍液是一種有望獲得工業應用的 無氰仿金鍍液。其優點是鍍液不含劇毒氧化物,工 藝清潔;缺點是溶液成分復雜,較難控制,且溶液的 均鍍能力不夠理想,僅適用于電鍍形狀簡單的零件。

焦磷酸根是配位劑,它對^和均 有配位作用,并分別形成相應的配位離子。焦磷酸 根對的配位能力不是很強,但在焦磷酸鹽鍍液中銅的沉積超電勢非常大,這有利于與20,311 的共沉積。然而,在單一的焦磷酸鹽鍍液中,在低電 流密度區,由于銅優先析出,鍍層偏紅,得不到光亮 的鍍層;而在稍高的電流密度區,合金鍍層又結晶粗 糙。因此,鍍液中必須加入合適的添加劑或輔助配 位劑〔如草酸、氨三乙酸、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鉀等〉 抑制銅的優先析出,才能獲得電流密度范圍較寬的 仿金鍍層。

焦磷酸鹽體系電鍍仿金的鍍液組成及工藝條 件,如表1所示。為了獲得更逼真的顏色, 鍍層成分多為三元或四元合金?;蚴堪藖V等⑴] 通過循環伏安法、計時電流法、掃描電子顯微鏡、X 射線能譜儀等方法研究了焦磷酸鹽體系中電沉積 合金的機理。

2.2酒石酸鹽體系鍍液

酒石酸鹽體系鍍液是最早研究的一種無氰 01-27!合金鍍液。在堿性條件下,酒石酸根對和均有配位作用,其配位狀態及配位離子的穩定 性主要受鍍液?只值的影響。在?只值為5.5?11 的范圍內,主要以011(0只形式存 在,其不穩定常數為2.4X10^;當?只值〉11時, 則以〔2:1(0只夂]2—形式存在,其不穩定常數為 3^6父10一16。當值〉10時,⑶2.主要以 〔011(0只形式存在,其不穩定常數為 7」\10一2。。酒石酸根對和2:1?的配位能力 的顯著差異,有利于通過控制鍍液的值來實現 兩種金屬的共沉積。

在酒石酸鹽0:『211合金鍍液中要得到光亮合 金鍍層,必須加人適當的添加劑,如某些醇胺類(如 三乙酵胺)或氨基磺酸類(如巧苯酚氨基磺酸鈉)及 其衍生物等,而且上述光亮劑混合使用時光亮效果 更好。酒石酸鹽體系電鍍仿金的鍍液組成及工藝條 件,如表2所示?53。

2.3 體系鍍液

班:0?對和21121都有很強的配位能力, 能夠實現兩者的共沉積。該鍍液具有溶液穩定、均 鍍能力和深鍍能力好、鍍層色澤均勻、操作簡單等

2.4其他配位劑體系鍍液 乙二胺對和都能配位,加人乙二胺

除上述體系外,還有一些其他無氰仿金電鍍體 后,銅、鋅之間的電位差縮小為300歷乂,使銅、鋅共 系,如乙二胺體系、檸檬酸體系、葡萄糖酸鈉體系等。沉積變為可能。但若想獲得理想的仿金鍍層,還必

須加人第二配位體,才能得到光亮的仿金色澤。乙 二胺體系電鍍011-211合金的鍍液組成及工藝條件 為〔19〕:硫酸銅25?30 V[,硫酸鋅15?25 V[,硫 酸銨40?50 [,乙二胺25?40饑匕幾,第二配位 體15?25 8/1,值8?9,2?4八/(^瓜2,15? 30 X:。

檸檬酸無氰電鍍工藝方法簡單易行,可獲雅致 的金黃色或古銅色鍍層,且鍍層光亮度等外觀效果 良好,成本低廉,該方法在無気仿金電鍍行業中具有 廣闊的前景。檸檬酸體系電鍍(^^!!合金的鍍液 組成及工藝條件為堿式碳酸銅18?23《乙,錫 酸鈉24?29 8凡,磷酸5 8凡,檸檬酸175?195 V[,氫氧化鈉100?110 8凡,1^值1 3?10, 1.2?1.7八義山112,25?35 I。檸檬酸和氫氧化鈉 分別為和的主配位劑,二者不僅在鍍液 中起配位劑的作用,同時起到調整鍍液酸堿度的作 用。?只值過高時,增加檸檬酸的用量;反之則適當 補充氫氧化鈉。因此,適當調整二者的質量濃度對 鍍層外觀的影響十分重要。

葡萄糖酸鈉是一種新型電鍍配位劑,能與 和300形成穩定的配位物。31^31X18111311 8等如 通過電刷鍍的方法得到耐蝕性能良好的金色 合金鍍層,其鍍液組成及工藝條件為:硫酸銅0^ 04 0101/1,硫酸亞錫 06 1X101/1^ 硫酸評 19 1:101/1,葡萄糖酸鈉32瓜⑴/^,明膠10 8/1,9^ 值 2,28 X:。

V等吣3〕用葡萄糖庚酸鈉 [(^12 09030他]作為配位劑研究無氰 01-211合金電鍍工藝,得到了性能良好的仿金 70011-30211 合金。

?103221 0八等〔24〕用山梨醇〔氏4 06〉作為配 位劑研究無氰011-311合金電鍍工藝,發現在含 ^011304 :25。03 : 3和!3 : 7 的披 液中均可得到金色鍍層。

等〔25〕研究了在含有全氣型陽離子 型表面活性劑的甲磺酸⑴氏303出電解液體系中 電鍍01-311合金,其電解液組成為:01304,311304, 對苯二酚,甲磺酸及全氟型陽離子型表面活性劑,在 一定工藝條件下可以得到銅的質量分數為70 80 5^的金黃色鍍層。

另外,已有研究表明:在仿金電鍍過程中引人超 聲波,可起到提高電流密度、拓寬值范圍、降低 鍍液溫度、縮短電鍍時間等作用,鍍層的顏色、外觀、 質量等方面也會發生明顯的改善

在進行仿金電鍍的研究中,鍍液中各組分的質 量濃度對鍍層的光澤、成分和化學性質均有較大影 響,是進行工藝研究和生產維護的主要影響因素和 控制參數。文獻〔27〕中介紹了一種可快速方便測定 三元合金鍍液中銅、鋅、錫的質量濃度的方法。

仿金電鍍整體工藝流程可參見文獻〔5〕。仿金 鍍層很薄,且本身沒有抗氧化能力,在濕熱的環境中 易變色和泛黑斑。因此,電鍍后必須經過嚴格的水 洗、鈍化和浸(噴)有機涂料等工序,才能保證其顏色 不變,具體工藝參見文獻。

3展望

雖然關于無氰仿金電鍍的研究已取得很大進 展,但仍存在一些不足,無法與氰化物電鍍工藝相媲 美,如某些工藝參數的允許變化范圍較窄,色澤不易 控制,鍍層光亮性受底層影響,鍍液還不夠穩定等。 解決色澤、光亮性及耐蝕性等方面存在的問題,必須 從輔助配位劑、添加劑、工藝條件等方面綜合考慮, 篩選出性能更加優良的配位劑和添加劑。

無氰電鍍常使用的一些有機添加劑(如氨三乙 酸、乙二胺等強配位劑〉本身就有較大毒性,對人體 有一定的危害,并且給廢水處理帶來困難。因此,如 何選擇適當的綠色配位劑或添加劑,開發可以代替 氰化物電鍍且鍍層穩定的無氰仿金鍍液,提高和改 善仿金電鍍的工藝性能,仍是需要深入研究的課題。

 
打賞
 
更多>同類技術交流
0相關評論

推薦圖文
推薦技術交流
點擊排行
 
 
中文字幕亚洲无线码在线中