гальваническое золочение что это
Химические и механические способы золочения металла
Гальваническое покрытие золотом металлических предметов: способы и технологии. Металлы и сплавы, поддающиеся золочению. Приготовление электролита для самостоятельного золочения в домашних условиях.
Золочение металла – популярная процедура, позволяющая придать различным изделиям свойства, которыми обладает благородный металл. Нанесение покрытия «под золото» позволяет получить отличную вещь при значительно меньших затратах, чем при покупке настоящего украшения. Кроме того, технология гальванического покрытия золотом исключает окисление металлов, поверхностный слой не боится влаги, не вступает в реакцию с химически активными веществами. Позолота также позволяет улучшить качество припоя, что важно при изготовлении микросхем.
Какие металлы и сплавы поддаются золочению
Золочение металлических поверхностей используется в различных областях, но наиболее часто:
Нанесение гальванического покрытия применяется для создания бижутерии. Для изготовления позолоченных изделий вещи из дешевых металлов покрываются тонким слоем золота. Такие «предметы роскоши» продаются по доступной цене, но смотрятся на уровне настоящих золотых. Технология гальванического золочения используется для браслетов, цепочек, колье, очков. Изделия выглядят изысканно и респектабельно.
Не менее распространена гальваническая обработка и более ценных металлов, например, золочение серебра или платины. Покрытая специальным составом бижутерия не приводит к появлению аллергии и раздражения кожи. Но такие изделия часто могут стоить на уровне высокопробных серебряных предметов.
Для придания требуемых свойств отдельным участкам поверхностей предметы либо украшения могут подвергаться гальваническому золочению частично. В ювелирном деле так создают уникальные вещи.
Гальваническому золочению можно подвергнуть любой предмет, повысив тем самым его свойства. К примеру, сусальное золото напыляется на купола храмов, применяется в иных декоративных целях.
Методы и способы золочения металла
Для каждого способа используются различные химреактивы и инструмент.
Химический метод
Химическое золочение – это нанесение на подлежащую обработке вещь хлорида золота. Для создания реагента необходимо последовательно выполнить такие действия:
С кислотами в быту следует обращаться осторожно, не допуская их контакта с кожей рук и слизистыми оболочками.
Смешивание ингредиентов осуществляется в фарфоровой колбе, растворение при этом может растянуться на трое суток. По завершении подготовки благородного металла он выпаривается при 80 °C до образования жидкого раствора. Для получения гомогенного состава требуемой консистенции в процессе выпаривания раствор нужно периодически взбалтывать стеклянной мешалкой.
Непосредственно для процесса подготавливается:
Предметы обрабатываются после заранее выполненной подготовки. Для удаления жира рекомендуется протирание 20%-м едким натром, затем – промывка в 25%-м содовом растворе.
Предмет помещается в сделанную смесь, и спустя определенное время (в соответствии с родом металла) поверхность превращается в позолоченную. После естественной просушки предмет протирается мягкой сухой тряпицей. Поверхность до появления блеска отполировывается шерстяным лоскутком.
Механические методы золочения
Обработка механическим способом выполняется нечасто, потому как добиться получения однородного поверхностного слоя нелегко. Данная технология отличается такими особенностями:
Механическое золочение в отличие от гальванического – процесс сложный, применяемый в бытовых условиях лишь для отдельных частей предметов. Другие способы предусматривают полное погружение подлежащей обработке детали в специальный раствор.
Гальваническое золочение металлов
Необходимо учесть, что состав гальванического раствора влияет на приобретаемый поверхностью оттенок.
На дому электролитический раствор для создания гальванической позолоты изготавливается в такой последовательности:
При золочении гальваническим методом с ингредиентами, применяемыми для изготовления смеси, нужно обращаться осторожно, не допуская их пролива, попадания на кожный покров, глаза, слизистые.
Позолота вещей в этих растворах гальваническим методом занимает порядка 15 часов, на поверхности образуется матовая золотая пленка.
Приготовление состава для золочения в домашних условиях
При изготовлении раствора для золочения требуется применение таких ингредиентов:
Такой раствор предназначен преимущественного для обработки черных металлов. Для серебряных поверхностей требуется изготовление смеси для золочения в домашних условиях с иными ингредиентами:
После воздействия смеси кислот предмет омывается водой и ненадолго помещается в ртуть. Далее вновь осуществляется опускание в воду, в ней вещь выдерживается в течение 30 секунд.
Затем вещь помещается в состав для гальванического золочения, выдерживается необходимое время и промывается водой. Сушка осуществляется на древесных опилках.
А вы пробовали выполнять золочение металлических предметов в домашних условиях? Какой метод вы использовали: гальванический, механический либо химический? Поделитесь, пожалуйста, полученным опытом в комментариях.
Технология гальванического золочения
В качестве покрытия золото широко используется для декоративных целей в ювелирной и часовой промышленности. В радиоэлектронике золото применяется для покрытия различного рода контактов с целью обеспечения стабильного переходного сопротивления в самых жестких условиях эксплуатации. Золото относится к группе металлов, особо устойчивых к воздействию кислот, щелочей и различных агрессивных сред. Золото растворяется только в таких сильных окислительных растворах, как царская водка (смесь соляной и азотной кислот) или же в расплавах свинца и олова, в ртути, образуя амальгамы.
Толщина золотых покрытий устанавливается отраслевой документацией и колеблется в пределах от 1 до 20 мкм. Для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры золото толщиной 0,5— 5,0 мкм наносится обычно по никелевому подслою, чтобы исключить диффузию меди в покрытие.
Плотность тока А/дм 2
Время выдержки мин
Na 3 PO 4
Калий лимоннокислый трехзамещенный
Состав электролитов золочения и режим работы
Компоненты и режим
Дицианаурат калия (в пересчете на металл)
Калий лимоннокислый трехзамещенный
Фосфат калия двухзамещенный
Фосфат калия однозамещенный
Катодная плотность тока, А/дм 2
Катодный выход по току, %
Свойства и применение золоченых покрытий
Чистое золото, осажденное из цианистых электролитов, обладает невысокой твердостью и легко стирается, поэтому для повышения износостойкости золотых покрытий вводят в электролиты добавки солей никеля, кобальта, меди, серебра. Эти же добавки вводят для получения золотого покрытия различных цветовых оттенков, что используется в ювелирной технике для повышения декоративных качеств. Для золочения разработаны электролиты различных типов: цианидные, железосинеродистые, цитратные, фосфатные, пирофосфатные. Наиболее широкое промышленное применение получили цианидные, цитратные и фосфатные электролиты, состав которых и режим золочения представлены в табл.
Электролит № 1 весьма удобен в эксплуатации, так как предусматривает применение растворимых золотых анодов, что способствует более высокой стабильности электролитов. Некоторые предприятия ювелирной промышленности или заводы, где золотятся перья авторучек, используют более разбавленный электролит (2—3 г/л золота) и, используя колокольные ванны, ведут процесс с нерастворимым анодом до полной выработки золота из электролита. Такой способ облегчает учет расхода золота. Электролит готовится путём растворения в горячей воде дицианаурата калия и введением в этот раствор необходимого количества цианистого калия, предварительно растворенного в воде. Катодный выход по току при увеличении плотности тока падает с 90 до 70%.
Электролит № 2 в основном применяется в электронных отраслях промышленности, его использование способствует ускорению процесса осаждения золота. Вводя в состав электролита 2,0— 2,5 г/л сернокислого кобальта или 2—4 г/л сернокислого никеля можно повысить твердость и износоустойчивость покрытия, что обусловливается включением в состав покрытия 0,1—0,6% кобальта или 0,5—3,0% никеля. Для стабилизации и повышения катодного выхода по току необходимо через электролит продувать азот или какой-либо инертный газ из расчета 1—6 л/мин на 1 л электролита. Это рекомендуется делать для того, чтобы вытеснить растворенный в электролите кислород, который, восстанавливаясь на катоде до гидроксила, снижает выход золота по току. Реакция восстановления кислорода (О2 + 2Н2О +4е 4ОН–) возможна потому, что она протекает при потенциале катоде, близком к потенциалу электроосаждения золота. Аноды нерастворимые, изготовляются из платинированного титана. Аноды из коррозионно-стойкой стали не рекомендуются, так как они в слабокислой среде частично растворяются, загрязняя электролит.
Электролит № 3, будучи почти нейтральным, используется в электронных отраслях промышленности при селективном золочении микроплат, так как он не разрушает фоторезисты и другие виды местной защиты поверхности от осаждения золота. Кроме того, электролит допускает применение более высоких плотностей тока. Во всех электролитах золото находится в одновалентной форме, что ускоряет процесс электроосаждения золота.
В практике эксплуатации ванн золочения наблюдаются иногда существенные отклонения в скорости осаждения золота от расчетной. Это объясняется тем, что часть золота в электролите вследствие окислительных процессов переходит в трехвалентную форму, электрохимический эквивалент которого в три раза ниже.
Для извлечения золота из отработанного электролита следует подогреть его до температуры 70—80 °С (кислый электролит подщелочить NaOH до рН 11÷13) и осадить золото контактно на полоску алюминия толщиной 0,3—0,5 мм. Алюминиевую полоску с золотом обработать в растворе НС1 до полного растворения алюминия. Осадок золота хорошо промыть водой, высушить и прокалить при температуре 900 °С в течение 30 мин.
Золотое покрытие с забракованных деталей можно удалить анодной обработкой при плотности тока 5—10 А/дм2 в серной кислоте плотностью 1,84 г/см3 (катод свинцовый) при температуре 15—25 °С. После удаления покрытия ток падает до нулевых значений. После растворения покрытия раствор разбавить водой в отношении 1:3—1:5 и слить. Образовавшийся осадок золота промыть водой, обработать азотной кислотой, разбавленной в отношении 1:1, для растворения примесей меди или никеля и промыть водой, после чего его просушить и прокалить при температуре 900 °С. Осадки золота используются для приготовления корректирующих растворов.
Гальваническое золочение
Гальваническое покрытие золотом используется в ювелирном производстве и во время изготовления печатных плат (ГОСТ 23770-79). Золочение наносится на медь и ее сплавы, никель, серебро. Введение в гальванические ванны кобальта, сурьмы, индия и некоторых других элементов позволяет изменять цветовые оттенки.
Виды декоративного золочения
По назначению гальваническое золочение делится на несколько типов:
1.Цветное. Толщина слоя ≤ 5 мкм, используется на галантерейных изделиях. В состав ванны включаются свободный цианид калия, дицианоаурат калия и один или несколько металлических элементов, влияющих на цвет золочения. Никель придает покрытию от белого до бледно-желтого оттенка, медь красноватый, серебро зеленоватый и т. д.
Примерные химические составы ванн для цветного покрытия
| Ванна | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| KAu(CN)2 | 3 | 2 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| KCN | 8 | 5 | 15 | 15 | 10 |
| K2HPO4 | 15 | 15 | 15 | 20 | 15 |
| K2Ni(CN)4 | — | 1 | 1 | — | — |
| CuCN | — | 3 | — | — | 2 |
| AgCN | 0,5 | 0,5 | — | — | — |
| Цвет покрытия | Зеленый | Розовый | Белый | Золотой (натур.) | Красный |
Ванны 1, 2 и 3 должны нагреваться до t°+60°С, осаждение золота продолжается ≈ 15 секунд. Чисто декоративное гальваническое золочение производится по упрощенной технологии растворами 4 и 5, длительность уменьшается до 10 сек. Схема протекания процесса гальванического покрытия указана на рисунке.
Процессы, протекающие в гальванической ванне
2. Твердое. Повышается износостойкость золочения, твердость золота увеличивается при добавлении в электролит 1–3% углекислого никеля. За счет этого гальваническое золото содержит примерно 1,7% никеля.
3. Осаждение низкокаратных сплавов золота. Процесс происходит в ванне №1. Низкокаратное гальваническое золото наносится на электрические платы или дешевый сортамент ювелирных изделий.
Первая ванна позволяет получать 18-ти каратное золотое покрытие зелено-желтого оттенка, а вторая 16-ти каратное розовое. Такие покрытия не имеют требуемой антикоррозионной устойчивости и в большинстве случаев на них наносится добавочный слой.
Для низкокаратных покрытий используются ванны таких составов.
| Ванна | 1 | 2 |
| KAu(CN)2 | 12 | 2.5 |
| AgCN | 2.5 | 0.04 |
| KCN | 100 | 15 |
| K2CO3 | 20 | — |
| CuCN | — | 25 |
| Cd(CN)2 | — | 0.2 |
Виды электролитов В основном гальваническое покрытие золотом осуществляется в цианистых электролитах, они по большинству показателей отвечают требованиям по качеству. Главным компонентом этих электролитов является анион золота, что исключает контактное вытеснение им меди или иных металлов. Осаждение золота на поверхности происходит во время восстановления драгоценного металла из цианауратного электролита. Цианистые электролиты в зависимости от конкретного химического состава разделяются на три группы:
Пути улучшения равномерности расположения золота на поверхности металлов Гальваника протекает под воздействием электрического тока, ионы движутся от анода к катоду и осаждаются на поверхности заготовок. На изделиях сложной формы толщина покрытия может быть неодинаковой, что оказывает негативное влияние на качество. Одна из причин такого явления – сложная геометрическая форма катода. Расстояние между отельными плоскостями к аноду различная. Кроме того, процесс осаждения золота на таких деталях осложняется в результате действия поляризации – очень сложного явления электрохимического осаждения. В связи с этим технология золочения несколько изменяется.
Влияние геометрии детали на распределение золота. 1. Покрытие, 2. Катод
Для улучшения качества используются дополнительные катоды и специальные экраны. Но главное внимание уделяется правильному их расположению на подвесках.
Несколько видов типичных подвесок
Размеры подвесок нужно соразмерять с параметрами ванны, длина выбирается с учетом глубины, а число в зависимости от количества одновременно загружаемых деталей. Верхние изделия должны погружаться в электролит не менее чем на 5 см, а нижние располагаться на таком же удалении от дна. Остальные размеры подвесок подбираются с учетом длины штанг и расстояния между электродами. Расстояние между боковыми поверхностями подвешенных изделий должно быть максимально равномерным. Конкретный вид подвески должен соответствовать величине и форме изделий, покрываемых золотом.
С особой тщательностью изготавливается катодный крюк, он должен иметь максимально большую площадь электроконтакта с катодной штангой. При несоблюдении указанных условий возникают риски нарушения процесса позолоты со всеми вытекающими негативными последствиями.
Катодный крюк правильной формы
Контакты-держатели не должны касаться предназначенных к покрытию поверхностей и обеспечивать им равномерное распределение тока по всей площади. Теоретическое решение выбора положения следует подтверждать практическими пробами, в случае необходимости вносятся коррективы с целью выбора оптимального положения.
Подготовка изделий к покрытию золотом От тщательности подготовки поверхностей к покрытию во многом зависят конечные характеристики позолоты. Гальваника требует не только чистых, но и протравленных поверхностей. Для достижения этих целей используется несколько стадий подготовки.
Химическая подготовка На поверхности изделий могут находиться смазки после механической обработки, грязь и оксиды после термической обработки. Покрытие золотом таких поверхностей не допускается. Подготовка начинается с обезжиривания. Для грубого обезжиривания применяется тетрахлорэтилен или мытье в специальных пластиковых ваннах щелочными растворами. Второй метод более безопасен и имеет широкое распространение в промышленных масштабах. Все моющие растворы по степени щелочности делятся на четыре группы.
Примеры состава ванн для химической очистки поверхностей
| Ванны | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Сильно загрязненные стали | Менее загрязненные стали | Сплавы меди | Сплавы алюминия | |
| NaOH | 100-150 | 10-15 | 5-10 | — |
| Na2CO3 | 40-50 | 30-40 | 20-30 | 30-50 |
| Na2PO3 | 30-40 | 50-70 | 20-30 | 30-50 |
| tраб,°С | 3-5 | 3-5 | — | 3-5 |
| обезж, мин. | 60-80 | 60-80 | 55-60 | 60-70 |
| Очистка | 5-30 | 5-20 | 1-5 | 0,1-0,2 |
При необходимости после химической очистки применяется электрохимическая. Она может быть катодной и анодной. Метод требует постоянного тока большой силы, детали погружаются в универсальную ванну из едкого натра, тринатрийфосфата и карбоната натрия.
Травление – следующий этап очистки поверхностей перед покрытием золотом. Позволяет достигать максимальной активности поверхностей металлов, улучшать качество золочения, увеличивать степень адгезии покрытия. За счет травления удаляется окалина после термической обработки. Если поверхности не имеют требуемой чистоты, то применяется декапирование, дотравливание, активирование. В промышленных условиях травление делается в дешевой серной кислоте, для ускорения процесса раствор нагревается до температуры +70–80°С.
Типичные растворы для травления
| Ванны | 1 | 2 | 3 | 4 |
| H2CO4(конц.) | 1003 | 1000 | 500 | — |
| HNO3(конц.) | 1000 | 1000 | 750 | 200 |
| HCI(конц.) | 5 | 5 | 2500 | — |
| 83%-ная H2PO4 | — | — | — | 550 |
| CH3COOH | — | — | — | 250 |
| H2O | 1000 | — | — | — |
| C(актив.) | 10 | — | — |
Электролитическая полировка используется редко и только в случаях крайней необходимости. Большинство ванн должно иметь в своем составе фосфорную кислоту, что заметно увеличивает стоимость подготовки изделий к гальваническому покрытию.
Ванны, применяемые для покрытия деталей золотом, должны отвечать требованиям государственных стандартов. Наша компания выпускает продукцию с учетом существующих нормативных требований и технических заданий потребителей.
Толщина покрытия и масса золота Один из главных показателей, на который обращают внимание во время обработки деталей. Примерный расход драгоценного металла на единицу площади можно узнать из таблицы.
Зависимость массы золота от толщины покрытия
Дешевые изделия покрываются слоем блестящего никеля, на который наносится золотое покрытие толщиной ≈ 0,1 мкм.
Во время оценки стойкости золочения следует принимать во внимание потери, вызываемые его оседанием на крепящих детали элементах. Для того чтобы снизить эти потери, поверхности таких приспособлений периодически следует очищать и возвращать золото.
Снятие покрытий из золота Удаление позолоты из поверхностей технических элементов химическим методом затрудняется малой активностью золота. Если золочение гальваническим способом выполняется в щелочных, кислотных или нейтральных электролитах, то снятие возможно только в 10% растворе NaCN с добавлением 100 см 3 /л пергидроля. Во время снятия покрытий выделяется большое количество энергии, для ее отвода ванну необходимо постоянно охлаждать. По химическим показателям раствор считается неустойчивым и пригоден только для разового пользования.
Для удаления золота гальваническим методом применяется концентрированная серная кислота, нагретая до температуры +35°С. Покрытие удаляется анодным методом, показатели напряжение 4 В, для катодов используются свинцовые пластины. Если раствор состоит из цианида натрия (90 г/л) и едкого натра (15 г/л), то катоды стальные, напряжение 6 В.
Утилизация остатков золота из грязных или истощенных ванн
На катодной пластине оседают остатки золота, в зависимости от размеров ванных время очистки может составлять несколько десятков часов. По истечении указанного срока пластины вынимаются, промываются и просушиваются. Технология предусматривает механическое удаление с поверхности осажденного золота. Запрещается оставлять обесточенные катодные металлические пластины в растворе, это становится причиной повторного растворения драгоценного металла. Если перерыв подачи тока технологически неизбежен, то на время отключения пластины должны выниматься, при появлении возможности подачи тока они повторно опускаются в ванну с раствором.
Полученное таким образом золото в дальнейшем используется во время приготовления новой ванны электролита. Если на золоте имеются загрязнения, то использовать вторичное сырье в чистом виде не рекомендуется, его можно лишь добавлять незначительными порциями в новый раствор, приготовленный из первичных ингредиентов.
Преимущества электрохимического покрытия поверхностей Технология постоянно развивалась с усовершенствованием гальванотехники, улучшалось качество, понижался расход и увеличивалась рентабельность производства. Единственный недостаток – материалы должны быть токопроводящими. Если покрытие сусальным золотом можно делать любых поверхностей, в том числе и деревянных, то возможности электрохимического ограничены.
Особенности продукции компании
Мы изготавливаем пластиковые ванны следующего назначения:
Все изделия рассчитаны на возможность монтажа дополнительного технологического оборудования.