Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液及其使用方法

2023-04-27 10:09:51 2

專利名稱：Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液及其使用方法
技術領域：
本發明涉及電鍍技術領域，特別是無氰仿金電鍍技術。
背景技術：
仿金電鍍是一種裝飾性合金電鍍技術，首飾、工藝品、家用器具、燈具及鐘錶等飾 品表面上鍍覆一層裝飾性仿金鍍層就變得光彩奪目，能夠達到與純金及其鍍層外觀色澤相 同的效果，因此仿金鍍層倍受人們喜愛。仿金電鍍有氰化物電鍍和無氰電鍍兩種類型。傳統 的仿金電鍍工藝是氰化物電鍍，毒性大、廢水、廢液處理困難，環境汙染嚴重，而且還會嚴重 危害到操作人員的身體健康，應用受到極大限制。現有的無氰仿金電鍍主要有Cu-Zn 二元 仿金電鍍和Cu-Zn-Sn三元仿金電鍍工藝，但現有工藝均存在工藝參數範圍較窄、仿金鍍層 外觀色澤不理想，表面針孔較多，有麻點存在等缺點，其工藝仍有待於進一步完善和優化。

發明內容
本發明就是針對現有技術存在的上述不足，提供一種新的Cu-Zn-Sn三元合金無 氰仿金電鍍液及其使用方法。本發明的優點是鍍液配方簡單，易於控制，工藝參數範圍寬， 仿金鍍層結晶細緻，外觀色澤好，鍍液穩定，使用壽命長，均鍍和覆蓋力強，批次生產穩定性 高。可替代現有的氰化物仿金電鍍工藝，作為首飾、鐘錶及工藝品等飾品的表面外觀裝飾性 鍍層使用。 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液及其使用方法的特徵是 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液中，採用硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫
作為仿金電鍍的主鹽；硫酸銅的濃度為35 50g/L，濃度較低時，仿金鍍層外觀色澤為淺黃
色，濃度較高時，外觀色澤為金黃色；硫酸鋅的濃度為12 20g/L，濃度較低時，仿金鍍層外
觀色澤為金紅色或金黃色(顏色偏白或偏暗)，濃度較高時，外觀色澤為金黃色；硫酸亞錫
的濃度為4 8g/L，濃度較低時，仿金鍍層外觀色澤為金黃色，濃度較高時，外觀色澤變差，
邊緣為黃色，中間為灰黑色； 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液中，採用焦磷酸鉀作為銅離子、鋅離 子和錫離子的主絡合劑，濃度為240 280g/L ;濃度較低時，仿金鍍層外觀色澤為金紅色或 金黃色(顏色偏白或偏暗)，濃度較高時，外觀色澤質量提高，為金黃色。
本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液中，採用乙二胺、檸檬酸鉀、氨三 乙酸作為輔助絡合劑作為銅離子、鋅離子和錫離子的輔助絡合劑；乙二胺的濃度為40 60ml/L，檸檬酸鉀的濃度為15 25g/L，氨三乙酸的濃度為20 30g/L。輔助絡合劑濃度 較低時，仿金鍍層外觀色澤為金黃色，濃度較高時，外觀色澤為金紅色。其中，乙二胺對仿金 鍍層外觀色澤的影響最明顯，若不添加乙二胺，無論如何調整鍍液組成及工藝參數，最好只 能獲得淺黃色的外觀色澤，無法得到金黃色的仿金鍍層。 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液中，由於受空氣和水中的氧氣的氧 化作用，電鍍液中的二價錫離子容易發生氧化和水解。因此，必須添加硫酸作為錫離子的防氧化劑和防水解劑，濃度為3 5ml/L。 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，必須保持一定的pH值 範圍才能穩定生產，採用氫氧化鉀為鍍液pH值調整劑，濃度為15 25g/L時，pH值保持在 8.0 10.0。 pH值較低時，外觀色澤為金黃色。pH值較高時，外觀色澤為金紅色或灰黑色。
本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，陰極電流密度為1. 0 3.0A/dm2 ;電流密度較低時，銅析出量較多，仿金鍍層外觀色澤為紅色。電流密度較高時， 鋅、錫析出量增大，金黃色變淡，外觀色澤發白，也會出現邊緣燒焦。電流密度適中時，外觀 色澤為金黃色。 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，電鍍時間為60 90s。 電鍍時間延長，仿金鍍層外觀色澤由金黃色向淺黃色至紅色變化。 本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，在基體表面進行預鍍 光亮鎳處理後才能進行仿金電鍍；仿金電鍍時採用機械攪拌或陰極移動，以保證電鍍液分 散均勻並消除濃差極化。攪拌速度為100rpm或陰極移動速度為1 2m/min。
本發明的Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的配製方法如下(1)將焦磷酸鉀 溶解於蒸餾水中，蒸餾水的溫度不超過4(TC ;(2)將硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫分別用蒸餾 水溶解；(3)將焦磷酸鉀溶液在攪拌下加入到硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫溶液中，分別形成 穩定的絡合物溶液，在溶解硫酸亞錫時，必須將硫酸亞錫先添加到硫酸中，否則發生水解反 應；(4)在攪拌下，將硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫三種絡合物溶液倒入鍍槽內；(5)將氨三 乙酸用少量蒸餾水調成糊狀，然後用氫氧化鉀溶液在攪拌下慢慢加入直至生成透明溶液。 同時將檸檬酸鉀用蒸餾水溶解；(6)在攪拌下，將乙二胺、檸檬酸鉀和氨三乙酸溶液分別加 入鍍槽，與其它絡合物溶液均勻混合；(7)調整鍍液pH值至8. (TlO. 0，低電流密度下電解 6 8h後進行電鍍。 與現有技術相比，本發明有如下優點或積極效果 1、電鍍液為無氰鍍液，廢水廢液處理容易，環境汙染小，對身體沒有危害； 2、鍍液配方簡單，易於控制，工藝參數範圍寬，外觀色澤好，鍍液穩定，均鍍和覆蓋
力強，使用壽命長，批次生產穩定性高； 3、仿金鍍層結晶細緻，孔隙率低，與預鍍的光亮鎳層結合牢固，無起皮、脫落及剝 離； 4、通過添加乙二胺和檸檬酸鉀兩種輔助絡合劑，鍍液的深鍍能力提高到80%以 上，電流效率提高到82%以上，鍍態下溶液的電導率為低於0. 0465 Q/m。同時鍍層外觀色 澤明顯改善； 5、仿金鍍層經鈍化後，防變色能力強。在配製的5g/L氯化鈉+6ml/L氨水+7ml/L 冰乙酸的仿人工汗液中，浸泡3h仍不變色； 6、可以代替現有的氰化物仿金電鍍工藝，作為首飾、鐘錶及工藝品等裝飾性物品 表面仿9K、 18K或24K金使用。
具體實施例方式
下面以實施例進一步說明本發明的實質內容，但它們不是對本發明的限定。
實施例1 :硫酸銅:50g/L ;硫酸鋅:13g/L ;硫酸亞錫:7g/L ;硫酸:5ml/L ;焦磷酸鉀:270g/L ;乙二胺:55ml/L ;擰檬酸鉀:18g/L ;氨三乙酸:25g/L ;氫氧化鉀:15g/L ; 三元合金無氰仿金電鍍液的工藝條件為pH值8. O，溫度室溫，陰極電流密度
2. 0A/dm2，電鍍時間60s。 實施例1獲得的無氰仿金鍍層外觀為金黃色，無結構缺陷；鍍液深鍍能力為82%， 電流效率為83. 5% ，電導率為0. 0462 Q /m ;防變色能力強，在仿人工汗液中浸泡3h不變色； 表面平整度高，孔隙率低；與光亮鎳層的界面結合牢固，無起皮、脫落及剝離；批次生產穩 定性高；可以作為外觀逼真的仿18K金的裝飾性鍍層使用。
實施例2 :硫酸銅:30g/L ;硫酸鋅:15g/L ;硫酸亞錫:6g/L ;硫酸:4ml/L ;焦磷酸
鉀250g/L ;乙二胺:50ml/L ;擰檬酸鉀:18g/L ;氨三乙酸:20g/L ;氫氧化鉀:15g/L 三元合金無氰仿金電鍍液的工藝條件為pH值9. O，溫度室溫，陰極電流密度
2. 0A/dm2，電鍍時間60s。 實施例2獲得的無氰仿金鍍層外觀為淺黃色，無結構缺陷；鍍液深鍍能力為81 % ， 電流效率為82. 8%，電導率為O. 0464 Q/m ;防變色能力強，在仿人工汗液中浸泡3h不變色； 表面平整度高，孔隙率低；與光亮鎳層的界面結合牢固，無起皮、脫落及剝離；批次生產穩 定性高；可以作為外觀逼真的仿9K金的裝飾性鍍層使用。
實施例3 :硫酸銅:35g/L ;硫酸鋅:12g/L ;硫酸亞錫:5g/L ;硫酸:3ml/L ;焦磷酸
鉀260g/L ;乙二胺:60ml/L ;擰檬酸鉀:18g/L ;氨三乙酸:22g/L ;氫氧化鉀20g/L。
三元合金無氰仿金電鍍液的工藝條件為pH值10，溫度室溫，陰極電流密度
2. 5A/dm2，電鍍時間90s。 實施例3獲得的無氰仿金鍍層外觀為金紅色，無結構缺陷；鍍液深鍍能力為 83. 5%，電流效率為83. 2%，電導率為0. 0459 Q/m ;防變色能力強，在仿人工汗液中浸泡3h 不變色；表面平整度高，孔隙率低；與光亮鎳層的界面結合牢固，無起皮、脫落及剝離；批次 生產穩定性高；可以作為外觀逼真的仿24K金的裝飾性鍍層使用。
實施例4 :硫酸銅45g/L ;硫酸鋅18g/L ;硫酸亞錫8g/L ;硫酸5ml/L ;焦磷酸
鉀280g/L ;乙二胺:45ml/L ;擰檬酸鉀:18g/L ;氨三乙酸:25g/L ;氫氧化鉀:20g/L 三元合金無氰仿金電鍍液的工藝條件為pH值9. O，溫度室溫，陰極電流密度
3. 0A/dm2，電鍍時間60s。 實施例4獲得的無氰仿金鍍層外觀為金黃色，無結構缺陷；鍍液深鍍能力為 80. 5%，電流效率為82. 6%，電導率為0. 0465 Q/m ;防變色能力強，在仿人工汗液中浸泡3h 不變色；表面平整度高，孔隙率低；與光亮鎳層的界面結合牢固，無起皮、脫落及剝離；批次 生產穩定性高；可以作為外觀逼真的仿18K金的裝飾性鍍層使用。
權利要求
一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液，其特徵在於以硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫為主鹽，以焦磷酸鉀為主絡合劑、以乙二胺、檸檬酸鉀、氨三乙酸為輔助絡合劑，以硫酸為二價錫離子的防氧化劑和防水解劑，以氫氧化鉀為鍍液pH值調整劑。
2. 根據權利要求l的所述的一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液，其特徵在於所 述硫酸銅的濃度為35 50g/L，硫酸鋅的濃度為12 20g/L，硫酸亞錫的濃度為4 8g/L，焦磷 酸鉀的濃度為240 280g/L，乙二胺的濃度為40 60ml/L，檸檬酸鉀的濃度為15 20g/L，氨三 乙酸的濃度為15 25g/L，硫酸的濃度為3 5ml/L，氫氧化鉀的濃度為15 25g/L。
3. —種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的製備方法，其特徵在於含有以下步驟 (1)將焦磷酸鉀溶解於蒸餾水中，蒸餾水的溫度不超過4(TC ;(2)將硫酸銅、硫酸鋅和硫酸 亞錫分別用蒸餾水溶解；(3)將焦磷酸鉀溶液在攪拌下加入到硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫 溶液中，分別形成穩定的絡合物溶液，在溶解硫酸亞錫時，必須將硫酸亞錫先添加到硫酸 中，否則發生水解反應；(4)在攪拌下，將硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫三種絡合物溶液倒入 鍍槽內；(5)將氨三乙酸用少量蒸餾水調成糊狀，然後用氫氧化鉀溶液在攪拌下慢慢加入 直至生成透明溶液。同時將檸檬酸鉀用蒸餾水溶解；(6)在攪拌下，將乙二胺、檸檬酸鉀和 氨三乙酸溶液分別加入鍍槽，與其它絡合物溶液均勻混合；(7)調整鍍液pH值至8. (TlO.O， 低電流密度下電解6 8h後進行電鍍。
4. 根據權利要求3的所述的一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的製備方法， 其特徵在於所述硫酸銅的濃度為35 50g/L，硫酸鋅的濃度為12 20g/L，硫酸亞錫的濃 度為4 8g/L，焦磷酸鉀的濃度為240 280g/L，乙二胺的濃度為40 60ml/L，檸檬酸鉀的濃 度為15 20g/L，氨三乙酸的濃度為15 25g/L，硫酸的濃度為3 5ml/L，氫氧化鉀的濃度為 15 25g/L，電鍍液pH控制在8. (TlO. 0之間。
5. —種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，其特徵在於電鍍液中以硫酸 銅、硫酸鋅和硫酸亞錫為主鹽，以焦磷酸鉀為主絡合劑，以乙二胺、檸檬酸鉀、氨三乙酸為輔 助絡合劑，以硫酸為Sn2+的防氧化劑和防水解劑，以氫氧化鉀為鍍液pH值調整劑；操作條件 為陰極電流密度為1. 0 3. 0A/dm2， pH為8. (TlO. O，鍍液溫度為室溫，電鍍時間為60 90s， 陽極材料為316L不鏽鋼，採用機械攪拌或陰極移動。
6. 根據權利要求5的所述的一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，其特 徵在於所述機械攪拌速度為100rpm或陰極移動速度為1 2m/min。
7. 根據權利要求5的所述的一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液的使用方法，其特 徵在於在基體無氰仿金電鍍前需進行電鍍光亮鎳底層處理。
全文摘要
本發明公開了一種Cu-Zn-Sn三元合金無氰仿金電鍍液及其使用方法。電鍍液中以硫酸銅、硫酸鋅和硫酸亞錫為主鹽，以焦磷酸鉀為主絡合劑，以乙二胺、檸檬酸鉀、氨三乙酸為輔助絡合劑，以硫酸為二價錫離子的防氧化劑和防水解劑，以氫氧化鉀為鍍液pH值調整劑；操作條件為陰極電流密度為1.0～3.0A/dm2，pH為8.0～10.0，鍍液溫度為室溫，電鍍時間為60～90s，採用機械攪拌或陰極移動，陽極材料為316L不鏽鋼，在電鍍光亮鎳層襯底上實施電鍍。本發明鍍液配方簡單，易於控制，工藝參數範圍寬，結晶細緻，外觀色澤好，鍍液穩定，壽命長，均鍍和覆蓋能力強，批次生產穩定性高。本技術可替代氰化物仿金電鍍工藝，作為首飾、鐘錶及工藝品等裝飾性物品表面仿9K、18K或24K金的電鍍工藝使用。
文檔編號C25D3/56GK101709494SQ20091021834
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者徐瑞東, 王軍麗 申請人:昆明理工大學