一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑的製作方法
2023-05-26 09:19:31 1
本發明涉及一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，具體地說是一種用於提高無氰電鑄金溶液均鍍能力和硬度的黃金電鑄工藝中使用的添加劑配方。
背景技術：
金的化學穩定性能很好，它是高溫下唯一不與氧反應的金屬，與各種酸、鹼幾乎都不發生作用。金的色澤鮮亮尊貴，耐蝕性及抗變色能力強，金合金因合金元素的加入呈現不同色調，因此備受人們的青睞。黃金電鑄工藝是一種電沉積成型技術，是電鍍的一種特殊應用，其原理與電鍍相同。早前電鑄金工藝中大多採用氰化電鑄金溶液，該溶液有良好的分散能力和覆蓋能力，鍍層結晶細緻。但氰化物作為劇毒的化學品，對環境和操作人員構成極大的威脅。國家已頒布了相關號令，淘汰氰化物在電鍍、電鑄工藝中的應用。
長期以來，國內外學者對能夠替代氰化物電鑄金工藝的無氰電鑄金工藝進行了廣泛的研究，目前主流研究主要集中在亞硫酸體系，該體系的主要缺點是溶液中的亞硫酸鹽不穩定，通過陽極上產生的氧或者空氣中的氧的氧化作用而降低其濃度，引起鍍液的分解。且亞硫酸鹽體系在生產過程中需要額外金鹽的補充，及電解液使用一段時間以後老化現象比較嚴重。因此，解決黃金電鑄工藝中存在的問題是行業內相關人員一直在探討的一個問題。黃金電鑄工藝中存在的問題主要集中在電解液均鍍能力差，穩定性差，得到的電鑄層硬度不夠等方面。
針對上述問題，國內外學者進行了相關的探索，通過金屬共沉積形成兩相合金的方法提高電鑄層的硬度，比如金/鈷的共沉積，金/碳的共沉積，金/鎳的共沉積。但是這些元素的添加在降低電流效率的同時，還會使電沉積層具有相當高的內應力，使電沉積層發生應力開裂的現象，從而使得電鑄層脆性較大。
中國在2014年5月21日公開了「一種雙脈衝電鍍金的工藝」的發明專利申請，申請號為201210451481.9，其中，介紹了無氰電鍍金的工藝，該技術主要主要適用於電鍍金領域，在電鑄黃金領域應用沉積速率較低，不能很好的滿足工業生產的要求。還有在2015年2月18日公開的中國地質大學(武漢)申請的「一種無氰電鑄金溶液及電鑄金方法」，專利號為201410667310.9，該專利也介紹了無氰電鍍金的電鑄金溶液及工藝，該專利技術中涉及的是無氰氯金酸體系的鑄金溶液，無氰氯金酸體系中以氯金酸為金鹽，氯離子為主絡離子。該體系可以得到維氏硬度較高的厚金層，將直流電改成脈衝電流可以使電沉積層晶粒變細，鑄層加厚，強度變大。但是該體系仍然存在一些需要優化的方面，比如僅依靠基礎鍍液，深度能力不夠理想，得到的電沉積層均鍍能力較差，電鑄層厚度不均勻，從而整體強度仍然不能很好的滿足產品的要求。
技術實現要素：
本發明的目的是要解決的現有技術存在的不足，而提供一種專門解決目前黃金電鑄層硬度不夠、深鍍性較差等問題的用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，在基礎電解液的基礎上通過添加本添加劑，可以得到電鑄平整緻密、孔隙率低、硬度高、厚度均勻且不易變形的厚金層。
為實現上述目的，本發明採取的技術措施是，提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有三價的陽離子化合物，所述的陽離子化合物包括三價鐵、三價鋁、三價鉻，陰離子為氯離子、硫酸根、磷酸根；
所述的三價鐵為氯化鐵或者磷酸鐵、硫酸鐵中的一種或幾種，三價鋁為氯化鋁或者磷酸鋁、硫酸鋁中的一種或幾種，三價鉻為三氯化鉻或者磷酸鉻、硫酸鉻中的一種或幾種，各組分的質量濃度均為0.2～5g/L，用去離子水配製，並用超聲波充分攪拌3～5分鐘。
所述的添加劑按照所需劑量添加到黃金無氰電鑄金電解液中，電鑄工藝條件為，電鑄金的電解液pH為2～6，溫度為20～40℃；電脈衝參數為正向脈衝頻率200～2000Hz，正向脈衝導通時間為10～200ms，正向佔空比為10％～70％，反向脈衝頻率為200～2000Hz，反向脈衝導通時間為5～100ms，反向佔空比為10％～90％。
本發明所使用的黃金無氰電鑄金的電鑄金體系為氯金酸體系，是在基礎電解液配方的基礎上添加本添加劑，操作條件為：電鑄金的電解液pH範圍為2～6，溫度為20～40℃。添加本添加劑後，均可獲得厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微硬度100HV0.2/15的厚金層。
本發明用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑與現有技術相比具有的有益效果是：
⑴、本發明在原電解液配方的基礎上添加本添加劑，解決了基礎鍍液深鍍能力較差，電鑄得到的產品電鑄層硬度較低的問題，同時本發明的添加劑在電鑄過程中不用再補充其他的添加劑，能滿足電鑄行業的工業化需求。
⑵、本發明的添加劑物理化學性質穩定，導電性好，不揮發，且不和電解液中的成分發生化學反應。
⑶、本發明的添加劑配方簡單，不含劇毒物質，易保存，不易揮發，pH值為中性，使用方便，用量少，且操作簡單。
⑷、使用本發明的添加劑成本低，可以明顯提高電解液的深鍍能力和硬度，添加本發明的添加劑後電鑄得到的黃金產品電鑄層硬度有明顯提高，維氏硬度值可以達到100HV0.2/15，且產品結晶細緻，耐蝕性強，孔隙率低。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的實施不限於此。
將預定體積的基礎電解液配製好，根據基礎電解液已知濃度算得所需的添加劑各組分的質量，將添加劑按照所需劑量添加到電解液中。添加劑成分中含有三價的陽離子化合物，添加劑各組分均為分析純，用去離子水配製，且用超聲波充分攪拌3～5分鐘，即可開始進行黃金電鑄。以下實施例為本發明優選的實施案例。
實施例1：本發明提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有三價的陽離子化合物，為磷酸鐵0.2g/L，氯化鋁5g/L，三氯化鉻1g/L，用去離子水配製，並用超聲波充分攪拌3分鐘，加入到基礎電解液中。基礎無氰電鑄金溶液包括：氯金酸(金離子濃度計)10g/L，氯化鉀80g/L，磷酸二氫鉀20g/L，pH2，溫度40℃。按照所述配方作為電解液，工藝條件為，電脈衝參數為正向脈衝頻率200Hz，正向脈衝導通時間為50ms，正向佔空比為50％，反向脈衝頻率為1000Hz，反向脈衝導通時間為25ms，反向佔空比為10％。可以電鑄得到厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微維氏硬度105HV0.2/15厚度均勻的厚金層產品。
實施例2：本發明提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有磷酸鐵5g/L，氯化鋁0.2g/L，硫酸鋁0.2g/L，硫酸鉻0.5g/L。基礎無氰電鑄金溶液包括：氯金酸(金離子濃度計)20g/L，氯化鉀100g/L，磷酸二氫鉀15g/L，pH6，溫度20℃。按照所述配方作為電解液，工藝條件為，電脈衝參數為正向脈衝頻率1000Hz，正向脈衝導通時間為200ms，正向佔空比為20％，反向脈衝頻率為800Hz，反向脈衝導通時間為100ms，反向佔空比為90％。可以得到厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微維氏硬度102HV0.2/15厚度均勻的厚金層。
實施例3：本發明提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有氯化鐵0.5g/L，硫酸鋁0.2g/L，磷酸鋁0.2g/L，三氯化鉻4g/L，硫酸鉻1g/L。基礎無氰電鑄金溶液包括：氯金酸(金離子濃度計)15g/L，氯化鉀120g/L，磷酸二氫鉀20g/L，pH5，溫度30℃。按照所述配方作為電解液，工藝條件為，電脈衝參數為正向脈衝頻率2000Hz，正向脈衝導通時間為120ms，正向佔空比為10％，反向脈衝頻率為2000Hz，反向脈衝導通時間為60ms，反向佔空比為40％。可以得到厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微維氏硬度110HV0.2/15厚度均勻的厚金層。
實施例4：本發明提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有氯化鐵3g/L，氯化鋁1g/L，磷酸鉻2g/L。基礎無氰電鑄金溶液包括：氯金酸(金離子濃度計)25g/L，氯化鉀140g/L，磷酸二氫鉀30g/L，pH4，溫度40℃。按照所述配方作為電解液，工藝條件為，電脈衝參數為正向脈衝頻率500Hz，正向脈衝導通時間為10ms，正向佔空比為30％，反向脈衝頻率為200Hz，反向脈衝導通時間為5ms，反向佔空比為20％。可以得到厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微維氏硬度100HV0.2/15厚度均勻的厚金層。
實施例5：本發明提供一種用於黃金無氰電鑄工藝的添加劑，添加劑成分中含有硫酸鐵3g/L，磷酸鋁0.2g/L，硫酸鉻3g/L。基礎無氰電鑄金溶液包括：氯金酸(金離子濃度計)30g/L，氯化鉀150g/L，磷酸二氫鉀35g/L，pH3，溫度20℃。按照所述配方作為電解液，工藝條件為，電脈衝參數為正向脈衝頻率333Hz，正向脈衝導通時間為40ms，正向佔空比為70％，反向脈衝頻率為800Hz，反向脈衝導通時間為20ms，反向佔空比為30％。可以得到厚度200μm、質量分數99.9％以上、顯微維氏硬度106HV0.2/15厚度均勻的厚金層。
本發明的添加劑配方簡單，用量少，成本低，使用方便，且操作簡單。添加本發明的添加劑後電鑄得到的黃金產品維氏硬度值可以達到100HV0.2/15，且產品結晶細緻，耐蝕性強，孔隙率低。