Исследование гипофосфитного раствора для химического золочения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г.

Дата публикации: 25.01.2021

Статья просмотрена: 7 раз

Библиографическое описание:

Фомин, Т. С. Исследование гипофосфитного раствора для химического золочения / Т. С. Фомин, Д. С. Ивчин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 91-93. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77982/ (дата обращения: 01.03.2021).



В статье авторы изучали гипофосфитный раствор для химического золочения и влияние добавок различной природы.

Ключевые слова: химическое золочение, гипофосфитный раствор, добавки.

Одним из самых распространенных способов нанесения достаточно тонких покрытий из золота на более отрицательные, чем золото, металлические основы (медь, железо, никель и их сплавы) является контактное золочение. Деталь погружают в раствор соли золота с различными активирующими добавками, золотое покрытие образуется благодаря контактному вытеснению золота из электролита металлом основы, например:

2Au(CN) 2 - + Fe = 2Au + Fe 2+ + 4CN -

Процесс осаждения золота продолжается всего лишь несколько минут до того момента, как вся поверхность детали покроется золотом, затем процесс сразу прекращается. Покрытия имеют небольшую пористость и толщину не более 0,2–0,3 мкм.

Чтобы получить покрытия с большей толщиной, растворы золочения должны содержать восстановитель — гидразин, формальдегид, гипофосфит натрия, боргидриды щелочных металлов. В этих случаях осадок образуется как в результате контактного обмена, так и в результате химического осаждения металла. Таким путем толщина покрытий может достигать несколько мкм [1].

Растворы химического золочения можно разделить на группы:

а) Щелочные цианистые растворы. pH ≥9, в их состав входит (помимо соли золота) едкий калий, который способствует доведению pH электролита до рабочих значений, и цианистый калий, который приводит в стабильное состояние цианистый комплекс золота. В качестве восстановителей рекомендуется использовать аминобораны, гипофосфит натрия, боргидрид калия. С помощью щелочных цианистых растворов можно наносить золотые покрытия с относительно большой скоростью и толщиной до 20–25 мкм на основы из серебра, меди, теллура, кобальта, никеля, палладия, платины.

б) Щелочные бесцианистые растворы. pH ≥9, не содержат избытка свободного цианида. Основными компонентами таких электролитов являются соль золота и железосинеродистый калий. Рекомендуется использовать в качестве добавок такие соединения как тринатрийфосфат с едким натрием и сульфитом натрия, едкий натрий с трилоном Б и сегнетовой солью, трилон Б с гидразин-гидратом, гидроксид аммония с аминами.

в) Кислые и нейтральные растворы. pH≤8, в большинстве случаев в эти растворы добавляется органическая кислота (чаще всего лимонная), а также цитраты калия, аммония и натрия. Для доведения pH растворов до рабочих значений предлагается использовать 25 %-й раствор аммиака. Восстановителями в таких растворах являются гипофосфит натрия, гипофосфит натрия с боргидридом и активатором — ацетатом кобальта, гидразин-гидратом, производными гидразина.

Химическое золочение с гипофосфитом натрия протекает только на основах из электроотрицательных металлов (пермаллой, железо, никель, ковар, химически осажденный сплав никель-фосфор). На основах из электроположительных металлов (олово, золото и др.) процесс осаждения золота невозможен.

Растворы химического золочения с гипофосфитом, работающие в области значений pH = 6,5–7,0, обладают высокой стойкостью и при корректировке по золоту и гипофосфиту служат длительное время. При уменьшении pH до 4 их стойкость снижается, и через несколько часов работы они разлагаются с выпадением осадка в объеме раствора.

Для получения более толстых золотых покрытий в кислый раствор химического золочения с гипофосфитом можно вводить добавки дихлорида кобальта и тиомочевины, однако в ходе опытных исследований оказалось, что при нагревании такого раствора до рекомендованной температуры он разлагается с выпадением осадка золота. Раствор нестабилен из-за гипофосфитного компонента, при его исключении раствор стабилизируется.

Наибольшее влияние на скорость золочения оказывает тиомочевина, при отсутствии которой скорость золочения на химически осажденном никеле довольно мала. При введении в раствор 150 г/л тиомочевины процесс ведется в течение 1,5 часов, в результате удается получить желтые матовые золотые покрытия толщиной в 3,5 мкм. Последующая выдержка образцов в растворе уже практически не изменяет толщины покрытий [2].

Все рабочие и вспомогательные растворы приготовлялись из реактивов квалификации не ниже «х.ч» на основе дистиллированной воды по ГОСТ 6709–72.

В химический стакан объемом 1 л наливают 700 мл горячей дистиллированной воды, в которой растворяют цитрат натрия и хлористый аммоний. В отдельном стакане растворяют в 100 мл дистиллированной воды дицианоаурат калия в указанном количестве, после чего полученный раствор приливают в исходный химический стакан на 1 л. Далее в конической колбе готовят восстановитель таким образом: растворяют в 150 мл дистиллированной воды гипофосфит натрия при нагревании. Для ускорения процесса растворения рекомендуется вести перемешивание. Смешивают растворы с комплексом золота и восстановителя, рН приготовления 6,8. Для лучшей стабильности процесса нанесения золотого покрытия рН раствора следует держать в интервале 7–7,5. Для этого в раствор химического золочения вводят 2 мл 25 % раствора аммиака.

Металлические образцы из ковара подвергались химическому обезжириванию в композиции ЦКН-62 (100 мл/л) при 70 о С в течение 10 минут и травлению в концентрированной соляной кислоте (37 %) при 60 о С в течение 2 минут. Далее на образцы наносился слой никеля толщиной 4–6 мкм (химический никель осаждался из раствора композиции ЦКН-111 при 90 о С в течение 10 минут), после чего полученные образцы помещались в раствор химического золочения. Процесс золочения ведется при 90 о С в течение 3 часов с целью достижения максимальной толщины золотого покрытия.

В ходе процесса химического золочения происходит подкисление раствора, поэтому его необходимо подщелачивать 25 % водным раствором аммиака до рабочего значения рН=7–7,5. Также в процессе осаждения золота происходит испарение воды из объема раствора. Необходимо корректировать объем раствора добавлением горячей дистиллированной воды.

Осаждение никелевого и золотого покрытий проводилось в емкостях из термостойкого стекла в лабораторной бане TERMEX ЛБ12.

Состав гипофосфитного раствора для химического золочения изделий из меди, никеля и ковара приведен в таблице 1.

Таблица 1

Компонент

Содержание, г/л

Примечание

Аммоний хлористый (NH 4 Cl)

75

После смешения хлористого аммония и лимонной кислоты нужно подщелочить раствор аммиаком водным до рабочего значения.

Лимонная кислота (C 6 H 8 O 7 )

50

Раствор аммиака 25 % (NH 4 OH)

до рН=7,0–7,5

Дицианоаурат калия (KAu(CN) 2 )

3

Гипофосфит натрия (NaH 2 PO 2 )

10

При температуре 90±2 С и рН=7–7,5 раствор позволяет наносить золотое покрытие с начальной скоростью осаждения 0,7 мкм/ч; достигнутая максимальная толщина покрытия 2,5 мкм (при плотности загрузки до 2 дм 2 /л). При продолжении эксплуатации раствора (уже при второй загрузке) скорость осаждения и максимальная толщина покрытия резко снижаются до 0,3 мкм/ч и 0,7 мкм соответственно даже при корректировках по металлу и восстановителю.

С целью повышения стабильности раствора химического золочения и повышения скорости осаждения покрытия в него вводились добавки различной природы, обладающие как каталитическими свойствами (для повышения скорости процесса и толщины покрытия), так и ингибирующими свойствами (для предотвращения саморазложения раствора). Добавки представлены в таблице 2.

Таблица 2

Компонент

Содержание, г/л

Примечание

Ализариновое масло

до 2,5

ингибитор

Желтая кровяная соль

до5

стабилизатор

Висмут сернокислый

до 5

ускоритель

Дицианоаргентат калия (KAg(CN) 2 )

до 0,5

ускоритель

Наблюдения показали, что желтая кровяная соль не оказывает заметного влияния на процесс золочения.

Введение ализаринового масла приводит к торможению процесса до 0,3–0,5 мкм/час и осаждению неоднородных покрытий.

Висмут сернокислый приводит к увеличению скорости процесса, но в его присутствии раствор склонен к саморазложению. Дополнительное введение ингибитора — ализаринового масла — приводит к снижению скорости осаждения покрытия до 0,2 мкм/ч.

Введение дицианоаргентата калия увеличивает скорость осаждения золота в 2 и более раза, однако в этом случае происходит осаждение сплава золото-серебро, причем при содержании дицианоаргентата калия 0,5 г/л сплав приобретает бледно-желтую окраску, поскольку содержание серебра в сплаве составляет более 20 %. Введение ализаринового масла ингибирует преимущественно осаждение золота, в его присутствии осадок приобретает цвет серебра.

Вывод: Для промышленного применения наиболее подходит гипофосфитный раствор химического золочения. В качестве ускорителя процесса золочения возможно применение дицианоаргентата калия в количестве не более 0,1 г/л.

Литература:

  1. С. Я. Грилихес, К. И. Тихонов. Электрохимические и химические покрытия. Теория и практика. — Л.: Химия, 1990. — 288 с.
  2. А. Б. Попова. Химический способ нанесения золотых покрытий на изделия радиоэлектронной техники. Радиопромышленность. — 2016. — № 2. — С. 75–78.
Основные термины (генерируются автоматически): химическое золочение, раствор, гипофосфит натрия, золотое покрытие, ализариновое масло, дистиллированная вода, процесс осаждения золота, раствор аммиака, горячая дистиллированная вода, едкий натрий.


Ключевые слова

добавки, химическое золочение, гипофосфитный раствор
Задать вопрос