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楊富國1，盧展煜1，阮善菊2
(1.佛山科學技術學院環(huán)境與土木建筑學院，廣東佛山528000;2.馬鞍山市環(huán)境科學研究所，安徽馬鞍山243000)
[摘要]為獲得性能良好的Au-Fe合金鍍層，在以KAu(CN)2，F(xiàn)eSO4，KCN及檸檬酸鉀為主要成分的鍍液中對銅件進行電鍍，沉積出了裝飾性Au-Fe合金鍍層。采用掃描電鏡、原子吸收光譜以及彎曲、熱浸和人工汗試驗研究了KAu(CN)2濃度、FeSO4濃度、鍍液pH值及溫度對Au-Fe合金沉積速度的影響和鍍層的性能。結(jié)果表明:12 g/LKAu(CN)2，4 g/L FeSO4，溫度40℃，pH值為3.6的工藝條件下所得的Au-Fe合金鍍層的結(jié)合力和耐蝕性較好;該工藝條件下，Au-Fe合金沉積速度為16.36μm/h。
[關鍵詞]Au-Fe合金;銅件;電鍍;工藝條件;鍍層性能
[中圖分類號]TQ153.2[文獻標識碼]A[文章編號]1001-1560(2011)12-0043-02
0·前言
黃金鍍層不僅具有高貴典雅的金黃色，還有光亮如鏡的淺黃、粉紅、橘紅等多種色澤，在空氣中不變色，具有良好的耐蝕、耐磨性能，被廣泛用于首飾、餐具、人造珠寶、獎牌、化妝容器、眼鏡、鐘表、家具、浴具及各類裝飾品中[1～5]。長期以來，電沉積金合金(95.83%金)多為Au-Ni，Au-Co合金，但金屬Ni對人體皮膚有刺激作用，金屬Co價格貴。當外層為Au-Fe合金時，飾件不會引起皮膚過敏且抗色變能力強。
從節(jié)約資源及開發(fā)高性能材料需要出發(fā)，本工作以銅件為基體，通過考察KAu(CN)2濃度、FeSO4濃度、鍍液pH值及溫度對銅件電鍍Au-Fe合金的影響，優(yōu)化了工藝條件，以期對實際生產(chǎn)提供參考。
1·試驗
1.1基材處理
基材為銅合金(70%Cu+30%Zn)，尺寸為20 mm×30 mm×1 mm。前處理:堿洗(20 g/L NaOH，25 g/L Na2 CO3，50 g/L Na3PO4·12H2 O)→水洗→浸蝕(鹽酸、水體積比為1∶1)→水洗。
1.2 Au-Fe合金電鍍
基礎鍍液:4～20 g/L KAu(CN)2，2～6 g/L FeSO4，0.3～0.6 g/L KCN(配位劑)，100～120 g/L檸檬酸鉀(pH緩沖劑)，0.1～0.2 g/L十二烷基磺酸鈉，pH值3.0～4.0，所用試劑均為分析純。工藝參數(shù):電流密度1～3 A/dm2，溫度30～50℃，時間6 min。陽極為Ti網(wǎng)，電源為TPR-15-10型直流電源。
1.3測試分析
用MITSUBISHICP700型金相顯微鏡測定Au-Fe合金鍍層的厚度，并按v(沉積)=δ(沉積)/t(沉積)計算鍍層沉積速度:將77%(體積分數(shù)，下同)環(huán)氧樹脂、8%乙二胺、15%苯二甲酸二丁酯配成膠狀物，將待測試樣垂直浸入其中，取出凝固后用金剛砂布、03～05號金相砂紙依次打磨至平整。
用GBC908型原子吸收光譜儀測定鍍液中Au+和Fe2+的含量。鍍層結(jié)合力、熱浸及人工汗試驗參照文獻[6]進行。
2·結(jié)果與討論
2.1 KAu(CN)2濃度對Au-Fe合金沉積速度的影響固定鍍液中FeSO4濃度為4 g/L，鍍液pH值為3.6，溫度為40℃，改變鍍液中KAu(CN)2的濃度，電流密度2.0 A/dm2，電鍍6 min。沉積速度隨KAu(CN)2濃度的變化曲線見圖1。由圖1可知，Au-Fe合金沉積速度隨KAu(CN)2濃度的升高逐漸增大:當KAu(CN)2濃度小于8 g/L時，合金沉積速度小于15.50μm/h;當KAu(CN)2濃度大于16 g/L時，合金沉積速度大于17.23μm/h;KAu(CN)2濃度在8～16 g/L之間，合金沉積速度比較均勻。足夠的主鹽可以保證Au+的充分補給，維持比較高的沉積速度，但KAu(CN)2濃度太高會增加成本，故KAu(CN)2濃度在8～16 g/L比較合理。
2.2 FeSO4濃度對Au-Fe合金沉積速度的影響
固定KAu(CN)2濃度為12 g/L，其他條件同上。Au-Fe合金沉積速度隨FeSO4濃度的變化曲線見圖2。由圖2可知，隨著FeSO4濃度的升高，Au-Fe合金沉積速度緩慢增加:當FeSO4質(zhì)量濃度小于3 g/L時，沉積速度小于16.15μm/h;當FeSO4濃度大于5 g/L時，沉積速度大于16.78μm/h。為了保證合金中Au的含量為95.83%(23K)，F(xiàn)eSO4濃度在3～5 g/L比較合理。
2.3鍍液pH值對Au-Fe合金沉積速度的影響
固定FeSO4濃度為4 g/L，其他條件同上。用檸檬酸和檸檬酸鉀調(diào)節(jié)鍍液pH值，Au-Fe沉積速度隨pH值的變化曲線見圖3。由圖3可知，隨著鍍液pH值增大，Au-Fe合金沉積速度逐漸增加:當pH值小于3.4時，合金沉積速度小于16.23μm/h;當pH值大于3.8時，合金沉積速度大于16.91μm/h。pH值過高會加速Fe2+氧化，導致Au-Fe合金鍍層質(zhì)量惡化，在生產(chǎn)中必須及時調(diào)整和維護，使其控制在3.4～3.8，以獲得良好的鍍層。
2.4鍍液溫度對Au-Fe合金沉積速度的影響
鍍液pH值取3.6，其他條件同上。Au-Fe合金沉積速度隨鍍液溫度的變化曲線見圖4。由圖4可知，隨著鍍液溫度升高，Au-Fe合金沉積速度增大:當溫度低于35℃時，反應較慢，Au-Fe合金周邊發(fā)暗，合金沉積速度小于16.23μm/h;當溫度高于45℃時，反應過快，Au-Fe合金表面發(fā)霧，合金沉積速度大于17.12μm/h;溫度為35～45℃時，合金鍍層光亮平滑，質(zhì)量優(yōu)良。
2.5鍍層性能
在12 g/L KAu(CN)2，4 g/L FeSO4，pH值3.6，溫度40℃，電流密度2.0 A/dm2的條件下電鍍時間6min(測得其鍍速為16.36μm)，所得鍍層試樣在烘箱中加溫至200℃，恒溫10 min，再在室溫水中驟冷，鍍層無鼓泡現(xiàn)象。將鍍層一側(cè)彎曲90°，用膠帶法檢測，鍍層無脫落，可見Au-Fe合金鍍層與銅基體的結(jié)合良好。人工汗試驗顯示，鍍層不生銹，說明鍍層質(zhì)量穩(wěn)定。上述較佳條件下制備的Au-Fe合金層的SEM形貌見圖5，由圖5可以看出，鍍層與基體之間沒有裂紋，說明Au-Fe合金鍍層與銅基體結(jié)合良好。
3·結(jié)論
銅件電鍍Au-Fe合金的較佳工藝:12 g/LKAu(CN)2，4 g/L FeSO4，pH值3.6，溫度40℃。在該工藝條件下，Au-Fe合金沉積速度為16.36μm/h，鍍層表現(xiàn)出良好的結(jié)合力和耐蝕性。
[參考文獻]
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