Електроліт для електрохімічного осадження золотого покриття

Реферат: UA 85593 U UA 85593 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до електрокристалізації золота на поверхні інших металів і може бути використана в електротехніці та радіотехніці для покриття плат друкованого монтажу і електричних контактів, у виробництві транзисторів, ядерній енергетиці та реактивній техніці, а також в ювелірній промисловості завдяки високій хімічній стійкості і електропровідності золота, значним його опором окисленню при високих температурах, незмінною величиною контактного опору, високим коефіцієнтам відбивання та властивістю протягом тривалого часу зберігати блиск. Відомо, що осадження золота проводять із розчинів його комплексних сполук. В залежності від природи ліганду їх розділяють на ціаністі і безціаністі. В розчинах ціаністих сполук золоті покриття можуть бути одержані при лужній [1], нейтральній [2] та кислій [3] реакції середовища. Із безціаністих електролітів відомі залізосинеродисті [4]. Із лужного електроліту складу в г/л: KAu(CN) 2 (в перерахунку на метал) - 4-6; KCN (вільн.) 2 20-25; К2НРО4 - 20-25 при густині струму 0,1-0,3 А/дм та температурі 55-65 °C одержані золоті покриття товщиною 4-6 мкм [1] (аналог). Нейтральні ціаністі електроліти мають такий основний склад в г/л: KAu(CN) 2 - 10-20; (NH4)2HPO4 - 30-40; КН2РО4 - 10-20, рН 6-8; температура - 55-65 °C, катодна густина струму 0,22 1,0 А/дм , покриття пластичні [2] (аналог). Кислі електроліти як основні компоненти містять комплексні сполуки тривалентного золота і лимонну кислоту. Склад такого електроліту в г/л: лимонна кислота і цитрат натрію - 80; K[Au(CN)2] - 8; цинк у вигляді ацетату - 0,5; нікель у вигляді сульфату - 0,5; рН - 4-5; 2 температура 25 °C, густина струму 1 А/дм , вихід по струму 30-40 % [3] (аналог). Золоті покриття можна одержати із залізосинеродистого електроліту складу в г/л: 15 AuCl 4 2 4Н2О (в перерахунку на метал), 15 K4Fe(CN)6, 15 Na2CO3, катодній густині струму 0,1-0,3 А/дм , температурі 18-40 °C, з використанням реверсивного струму. Вихід по струму складає 25-35 % [4] (аналог). Застосування електролітів-аналогів має ряд недоліків: накопичення в процесі експлуатації карбонатів, які періодично необхідно видаляти [1], низька стабільність розчинів при довгостроковій експлуатації [2, 3], незначний вихід по струму [3, 4], а головне - велика токсичність електролітів [1, 2, 3, 4], що потребує використання спеціальної очистки промислових стоків. Найближчим до заявлюваного електроліту вибраний електроліт для осадження паладієвих покриттів на основі низькотемпературної евтектики ацетамід - NH4Cl (11,3 мол. %) та сахарину (поверхнево-активна речовина (ПАР)) при відповідному співвідношенні компонентів в мас. %: ацетамід-NH4Cl - 97,5-98,5; сахарин - 1,5-2,5 [5] (прототип). Склад електроліту-прототипу та умови електролізу, що забезпечили одержання якісних паладієвих покриттів, були використані для одержання золотих покриттів. Результати експерименту приведено в таблиці 1. Таблиця 1 Вплив складу електроліту та густини струму на якість золотих покриттів на міді, одержаних при електролізі розплаву-прототипу, з використанням золотого анода при температурі 80 °C протягом 30 хв. електролізу Кількість розплаву Кількість ПАР, Густина ацетамід-NH4Cl 2 мас% струму, А/м (11,3 мас%), в мас% Товщина покриття, мкм 98,5 1,5 5 98,0 2,0 5 97,5 2,5 5 98,5 1,5 10 0,1 98,0 97,5 2,0 2,5 10 10 0,1 0,2 1 Зовнішній вигляд поверхні Утворення покриття не спостерігається Утворення покриття не спостерігається Утворення покриття не спостерігається З'являється покриття у вигляді темнуватих плям Тонка темнувата плівка Тонка темнувата плівка UA 85593 U 5 10 Результати, приведені в табл.1, свідчать про те, що з електроліту-прототипу при вказаних умовах електролізу неможливо одержати якісне покриття золотом із-за недостатньої кількості золота в розплаві при розчиненні золотого анода та вказаній густині струму. В основу корисної моделі поставлена задача розробки нового низькотемпературного електроліту, який забезпечить одержання на поверхні міді покриття золотом достатньої товщини, дрібнокристалеве, з хорошою адгезією до основи. Для вирішення поставленої задачі треба інтенсифікувати процес осадження золота. Для цього необхідно ввести в розплав ацетамід-NH4Cl (11,3 мол. %) сіль золота у відповідній 2 концентрації його іонів у розплаві та підвищити густину струму >10 А/м . Електроліз проводили постійним струмом з використанням Pt-анода та мідного катода у відкритій ванні. Вплив концентрації солі золота KAuCl4 та густини струму відображено в табл. 2. Таблиця 2 Вплив концентрації KAuCl4 та густини струму на якість золотого покриття при електролізі розплаву ацетамід - NH4Cl (11,3 мол. %), температурі 80 °C протягом 30 хв. електролізу Кількість розплаву ацетамід-NH4Cl, в мас% 99,0 98,0 97,0 Густина 2 струму, А/м Товщина покриття, мкм 1,0 2,0 3,0 20 20 20 0,4 0,9 1,2 96,0 4,0 20 1,5 99,0 98,0 97,0 1,0 2,0 3,0 40 40 40 0,7 1,15 1,45 96,0 4,0 40 1,7 99,0 98,0 1,0 2,0 60 60 1,2 1,7 97,0 3,0 60 2,0 96,0 4,0 60 2,4 99,0 1,0 80 2,0 98,0 2,0 80 3,2 97,0 3,0 80 4,0 96,0 99,0 4,0 1,0 80 100 4,5 3,0 98,0 2,0 100 4,0 97,0 3,0 100 4,5 96,0 15 Кількість KAuCl4 в мас. % 4,0 100 3,9 Зовнішній вигляд поверхні Тонке покриття, нерівномірне Тонке темнувате покриття Тонке темнувате покриття Покриття світлішає, але плямисте Тонке плямисте покриття Тонке плямисте покриття Світліше покриття плямисте Покриття світле, темнувате по краях Світле з темними краями Світле з темними краями Світле з невеликою кількістю плям по краям Світле з невеликою кількістю плям по краях Світле дрібнокристалеве з невеликою кількістю плям Світле дрібнокристалеве з хорошою адгезією Світле дрібнокристалеве з хорошою адгезією основи Покриття темнішає Світле дрібнокристалеве Світле гладке покриття жовтуватого відтінку Світле дрібнокристалеве покриття з золотистим відтінком Покриття темніє, стає пухким З таблиці 2 видно, що якісне золоте покриття на мідній основі з'являється при густині струму 2 100 А/м та концентрації добавки KAuCl4 - 2,0-3,0 мас. %. Товщина його становить 4-4,5 мкм за 30 хвилин електролізу. Для збільшення товщини покриття було подовжено час електролізу. Вплив часу електролізу на якість золотого покриття відображено в табл. 3. 2 UA 85593 U Таблиця 3 Вплив часу електролізу на якість золотого покриття, одержаного з розплаву ацетамід - NH4Cl 2 (11,3 мол. %), що містить 2,0-3,0 мас. % КAuCl4 при температурі 80 °C та густині струму 100 А/м Час електролізу хв. 30 40 50 60 70 80 5 10 Товщина покриття в Зовнішній вид покриття мкм 4,5 Дрібнокристалеве покриття з золотим відтінком 5,0 Дрібнокристалеве жовтуватого кольору Рівномірне дрібнокристалеве з хорошою адгезією до 5,5 основи 7,0 Дрібнокристалеве з червонуватим відтінком 7,0 Покриття у вигляді червонуватих кристалів, пористе Покриття кристалічне, пухке, розміри кристалів у 6,5 покритті збільшуються Результати, наведені в таблиці 3, свідчать, що якісні золоті покриття товщиною 7 мкм можна одержати із розплаву ацетамід-NH4Cl (11,3 мол. %), що містить 2,0-3,0 мас. % KAuCl4, при 2 густині струму 100 А/м протягом 60 хв. електролізу. Товщина покриття та його якість може бути покращена при додаванні ПАР, що дає змогу безпосередньо у ванні виключити операцію полірування та непродуктивну витрату золота і одержати блискучі покриття. Вплив ПАР ОП-10 (моноалкілфеніловий ефір) на якість золотого покриття відображено в таблиці 4. Вплив ПАР, показаний на прикладі найкращого результату (7 мкм), одержаного при 2 вмісті 3,0 мас. % KAuCl4 та густині струму 100 А/м при температурі 80 °C протягом 60 хв. електролізу. Таблиця 4 Вплив ПАР ОП-10 на якість покриття золотом із електроліту ацетамід-NH4Cl (11,3 мол. %), що 2 містить 3,0 мас. % КAuCl4, густині струму 100 А/м при температурі 80 °C протягом 60 хв. електролізу Кількість розплаву Кількість ОПацетамід-NH4Cl 10 в мас. % (11,3 мол. %) + KAuCl4, в мас. % 99,5 0,5 99,0 1,0 98,5 1,5 98,0 2,0 97,5 2,5 97,0 3,0 15 20 25 Товщина покриття мкм Зовнішній вигляд поверхні Дрібнокристалеве світле Покриття світле з хорошою адгезією Покриття дрібнокристалеве блискуче Покриття дрібнокристалеве блискуче Покриття стає пухким, тускніє Покриття пухке. Кристали бурого кольору 7,4 8,0 9,0 10,0 10,0 12,0 Із даних таблиці 4 витікає, що добавка ПАР в кількості 1,5-2,0 мас. % сприяє збільшенню товщини золотого покриття та появі блиску. Для одержання якісного золотого покриття товщиною 9-10 мкм електроліз треба вести 2 постійним струмом, густиною 100 А/м при температурі 80 °C протягом 60 хв. електролізу в розплаві ацетамід-NH4Cl (11,3 мас. %), що містить KAuCl4 - 2,0-3,0 мас. % та ПАР - ОП-10 (моноалкілфеніловий ефір) - 1,5-2,0 мас. %. Список використаної літератури 1. Буркат Г.К. Серебрение, золочение, палладирование, родирование. Л.: Машиностроение, 1984, 84 с. 2. Каданер Л.И. Электроосаждение благородных и редких металлов. К.: Техника, 1974, 161 с. 3. Грилихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия. Л.: Химия, 1990, 288 с. 4. Крузенштерн А. Гальванотехника драгоценных металлов. М.: Металлургия, 1974, 121 с. 3 UA 85593 U 5. Богданович Л.В., Буряк M.I, Кочетова С.А., Туманова Н.Х. Електроліт для електрохімічного одержання паладієвого покриття // Деклараційний патент № 18837, 2006. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Електроліт для електрохімічного осадження золотого покриття з розплавленого електроліту ацетамід-NH4Cl (11,3 мол. %), який відрізняється тим, що для одержання блискучих золотих покриттів до його складу вводять сіль K2АuСl4 та ПАР - ОП-10 (моноалкіл феніловий ефір) при наступному співвідношенні компонентів, в мас. %: евтектичний розплав ацетамід96,0-95,5 NH4Cl (11,3 мол. %) K2AuCl4 3,0-2,0 ОП-10 (моноалкілфеніловий ефір) 1,5-2,0. 10 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4