Электролит для золочения своими руками - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Электролит для золочения своими руками

Как правильно провести золочение различных предметов и материалов из металла и пластика

Золочение изделий из стали, меди и других металлов и сплавов — дело не простое! Здесь как при приготовлении реактивов, так и при подготовке изделий к золочению требуется опыт. Малейшая неточность в технологии, крошечная ошибка в рецепте способны перечеркнуть не только результаты работы, но и безвозвратно уничтожить драгоценный металл.

Поэтому для приобретения опыта, да и просто для перестраховки все предстоящие операции предварительно осмыслите и манипулируйте сначала с малыми количествами реактивов. Испорченные же растворы не выбрасывайте, а собирайте в отдельные емкости для возможной их регенерации, а также выделения золота.

Известно, что золото дает хорошее сцепление с основой из меди, латуни и серебра. А вот сплавы, содержащие никель (например, нержавеющая сталь), требуют особой подготовки, поэтому при золочении изделий из никеля на их поверхность обычно наносят подслой из меди.

Различают как гальванический, так и химический способы золочения. Но гальванику в домашних условиях осуществить очень сложно, так как для этого процесса потребуются специальное оборудование (гальваническая ванна; источник, позволяющий обеспечить ток плотностью 0,1-0,3 А/дм2, система подогрева электролита до 70-80°С), а также достаточно редкие реактивы — дорогие и ядовитые, которые в открытую продажу обычно не поступают.

Намного практичнее химические способы золочения. Правда, составы для химического золочения также включают в себя цианистые соединения, но не на основе ядовитого цианистого калия, а на основе безвредной желтой кровяной соли.

Основа всех рецептов для химического золочения — цианистое золото. Чтобы приготовить его, понадобится изготовить “царскую водку”, то есть смесь концентрированных кислот: соляной HCl и азотной HNO3, взятых в соотношении 3 : 1 (по объему). Готовим “царскую водку” в фарфоровом сосуде. Помните, операция эта очень опасная! Берегите глаза, кожу и органы дыхания. Смешивание кислот обязательно проводите под вытяжкой или, в крайнем случае, на открытом воздухе. Готовую “царскую водку” выдерживают под крышкой сутки.

Далее готовим золото: золотой предмет расковываем в фольгу и режем на кусочки. Загружаем эти кусочки в “царскую водку” из расчета 1 г золота на 10 мл раствора и ждем, когда они растворятся (это может занять и 2-3 ч, и 2-3 суток — все зависит от крепости кислот и толщины кусочков фольги). Получившийся раствор сливаем с осадка.


Собираем водяную баню и осторожно выпариваем раствор при 70-80 °С, помешивая его стеклянной палочкой, до получения густого “сиропа” темно-желтого цвета. Раствор нельзя перегревать, так как золото выпадет в нерастворимый осадок. Полученный “сироп”, содержащий хлорное золото АuС13, и будем использовать как основу составов для предстоящего золочения.

Теперь займемся собственно раствором для химического золочения. Готовим в фарфоровой чашке емкостью 2-3 л (подойдет и 3-литровый стеклянный баллон, конечно, тщательно промытый) смесь из 2 л горячей (50-60°С) дистиллированной воды (или воды от “шубы” из морозильника холодильника), 15 г сиропа (хлорного золота), 65 г поташа (углекислого калия К2СО3), 65 г поваренной соли (“Экстра”). Предназначенный для золочения предмет тщательно очищаем от жира, прокипятив в стиральной соде или в 10-20%-ном растворе NaOH, и после промывки протравливаем в 25%-ной соляной кислоте, после чего опять промываем.

Остается в фарфоровую емкость налить нужное количество горячего (50-60°С) раствора для золочения, погрузить в раствор наше изделие и дотронуться до него цинковой палочкой. На поверхности изделия появляется слой золота. Изделие извлекаем, промываем и слегка полируем шерстяной тканью.

Существует и более простой способ золочения — натиранием, но нанесенный слой золота при этом получается тоньше.

Паста для натирания:

хлорное золото…………….10 г
желтая кровяная соль……. 30 г
винный камень (кремортартар, КС4Н5О6). .5 г
молотый мел (зубной порошок)…………….55 г

Добавим к смеси компонентов воду до образования кашицы, и шерстяной тряпочкой натираем этой кашицей предварительно обезжиренное, протравленное соляной кислотой и промытое в воде изделие.

В случае если золотое покрытие получится неровным, пятнистым, хорошо поможет делу предварительное меднение изделия.

Практичный способ химического меднения железа и стали заключается в следующем. Сначала изделие покрывают с помощью кисти раствором, состоящим из 20 г соляной кислоты, 20 г воды, 10 г хлористого цинка. Дают раствору стечь, после чего наносят второй состав (другой кистью), приготовленный из 10 г медного купороса и 160 г воды.

Когда готовят этот раствор, то выпадает осадок, и, чтобы его растворить, в состав добавляют нашатырный спирт.

Менее качественное меднение обеспечивает погружение предварительно протравленного железного (стального) изделия в раствор, содержащий 50 г медного купороса, 50 г 98%-ной концентрированной серной кислоты и 1 л воды. Не забудьте только, что необходимо кислоту лить в воду.

Как меднение, так и золочение можно производить в домашних условиях, но успех зависит от выполнения следующих требований:

• грамотное составление растворов;
• применение чистых реактивов;
• использование только дистиллированной воды;
• тщательная подготовка поверхности изделий;
• соблюдение температурного режима.

Поэтому перед тем как решиться на золочение, тщательно прикиньте свои возможности, и только найдя их достаточными, приступайте к делу.

Общеупотребительные названия и формулы примененных реактивов:

• поташ — углекислый калий К2СО3;
• желтая кровяная соль, желтое синь-кали — железосинеродистый калий K4[Fe(CN)6 • ЗН2О (с кислотами выделяет ядовитый цианистый водород, при прокаливании дает карбид железа, цианистый калий и азот, то есть требует особо осторожного обращения);
• хлорное золото — АuСl3 (желтые кристаллы), в водном растворе хлорного золота при 70°С выпадает нерастворимый осадок — золото;
• хлористый цинк — ZnCl2, гигроскопичен, едкий реактив;
• винный камень — кремортартар, КС4Н5О6;
• “царская водка” — смесь 3 частей концентрированной соляной кислоты с 1 частью концентрированной азотной кислоты;
• медный купорос — CuSO4 • 5Н2О.

Читайте также:  Что лучше углекислота или сварочная смесь

Другой рецепт золочения в домашних условиях посредством натирания хлорным золотом

Растворяют золото в царской водке, осторожно выпаривают жидкость досуха, растворяют остаток, состоящий из хлорного золота, в растворе цианистого калия и прибавляют столько отмученного мела, чтобы получилась жидкая кашица. При помощи кисти покрывают этой кашицей металлический предмет. Через некоторое время его обмывают и полируют позолоченный слой.

Для золочения железа и стали можно пользоваться раствором хлорного золота в эфире. Раствор наносится на металлическую поверхность. После испарения эфира поверхность натирают чистой тряпкой.

Если по железу или стали рисовать гусиным пером, смоченным в указанном выше растворе, то можно получить золотой узор. Для золочения цинка приготовляется паста, состоящая из 20 г хлорного золота, 60 г цианистого калия в 100 г воды. Взбалтывают, фильтруют и к фильтрату прибавляют смесь из 5 г винного камня и 100 г мела. Смесь мела и винного камня прибавляют, пока не образуется каша, которая и наносится на предмет при помощи кисти или щетки.

Для золочения серебра применяют один из следующих растворов:
Хлорного золота 10 г
Цианистого калия 30 г
Поваренной соли 20 г
Соды 20 г
Воды 1.5 л
Хлорного золота 7 г
Желтой кровяной соли 30 г
Поташа 30 г
Поваренной соли 30 г
Воды 1 л

Жидкость для золочения
Золота 10 г
Азотной кислоты 25 г
Соляной 25 г
Воды 25 г
Поташа 300 г

Растворяют золото в смеси соляной и азотной кислот, разбавленных водой. К раствору прибавляют поташ и выливают этот раствор в железный котел с 2 л кипящей воды. Жидкость кипятят в течение 2 часов.

Предметы, подлежащие золочению, прокаливают, затем травят сначала раствором серной кислоты, а потом, на мгновение, азотной кислотой. Связывают латунной проволокой, быстро опускают в смесь из серной, азотной и соляной кислот, тотчас же вынимают. Ополаскивают водой, погружают в ртуть, а затем в воду, а через 30 секунд — в ванну с жидкостью для золочения. Промывают и сушат в горячих древесных опилках. Если слой золота должен быть немного толще, к предметам во время пребывания их в ванне прикасаются цинком.

Для окрашивания позолоченных предметов применяют следующий раствор:
Селитры 60 г
Железного купороса 20 г
Сернокальциевой соли 10 г
Прибавляют небольшое количество воды, нагревают до кипения, опускают в раствор предметы, затем сушат их на открытом огне, пока они не покроются коричневой пленкой, смывают эту пленку и тем заканчивают окрашивание.

Золочение погружением с цинковым контактом

Хлорного золота 15 г
Углекалиевой соли 65 г
Желтой кровяной соли 65 г
Поваренной соли 65 г
Воды 2 л

Очищенные от грязи и жира металлические предметы опускают в нагретый раствор. Контактом служит цинковая палочка.

Для золочения меди и латуни применяют следующий состав:

Хлорного золота 2 г
Едкого кали 6 г
Цианистого калия 32 г
Фосфорнонатриевой соли 10 г
Воды 2 г

Бесцианидные электролиты золочения

Смирнов К.Н., Харламов В.И., доктор химических наук, профессор
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
ООО “Клио-Техника”

В современной гальванотехнике одной из актуальных задач является замена высокотоксичных цианидных электролитов. Это обусловлено необходимостью улучшения условий труда персонала, повышения безопасности очистки сточных вод и утилизации отработанных растворов.

Разработке новых, в том числе бесцианидных, электролитов золочения уделяется большое внимание. Только в США к настоящему времени разработано более 300 различных электролитов золочения, что значительно превышает количество электролитов для осаждения других металлов. Постоянная модификация растворов во многом вызвана меняющимся спросом на различные цвета и оттенки ювелирных изделий.

Технологии золочения имеют свою специфику, отличающую их от других гальванических процессов. Высокая стоимость электролитов диктует необходимость разработки электролитов с минимальным количеством золота в технологическом процессе. С другой стороны, экономические факторы ограничивают возможности опытных работ в промышленности и заставляют придерживаться хорошо отработанных технологий.

Для обработки ювелирных и декоративно-прикладных изделий в основном применяются различные цитратные электролиты золочения, характеристики которых приведены в таблице (электролит 1). Эти электролиты можно условно назвать бесцианидными, поскольку при их приготовлении не используется цианид калия, а золото вводится в состав растворов в виде цианидных соединений.

Составы электролитов и условия электролиза
Компонент, г/л123
KAu(CN) 22-20
HAuCl 42-50
Au (по металлу)4-10
Цитрат калия40-120
K 4 [Fe(CN) 6 ]15-200
K 2 CO 315-50
Na 2 SO 320-30
Na 2 SO 420-40
Трилон Б15-20
РH4,5-5,59-10
t, °C18-6050-7030-70
i k , A/дм 20,2-20,1-50,1-3

Слабокислые цитратные электролиты (электролит 1) не содержат свободного цианид-иона. Золото находится в виде комплекса Au(CN) 2 – , который устойчив при рН выше 3. Безусловно, опасность этих электролитов значительно меньше, чем щелочных цианидных. Однако в процессе эксплуатации с нерастворимыми анодами возможно накопление в электролите небольших количеств свободных CN – . Цитратные электролиты имеют ряд технологических недостатков, таких как низкая рассеивающая способность, накопление в электролите продуктов анодного окисления органической кислоты.

Известны составы электролитов, приготовленных на основе хлорного золота и гексацианоферрата(II) калия (железистосинеродистого калия) (электролит 2). Данные электролиты также можно отнести к условно бесцианидным, так как ионы золота находятся в цианидном комплексе, а при эксплуатации в растворе может накапливаться цианистый калий.

Читайте также:  Что такое патина на металле

Имеются сведения о разработке электролитов на основе меркаптоалкилсульфоновых кислот, растворов на основе HAuCl 4 , 1,2 – этилендиаминзолотохлорида, комплексов ионов золота с аминокислотами. Однако сведений о промышленном применении данных электролитов нет.

В начале 1960-х гг. были разработаны составы электролитов, в которых золото присутствует в виде дисульфитаурата натрия – Na 3 (Au(SO 3 ) 2 ) (электролит 3). Для повышения электропроводности и улучшения буферных свойств растворов рекомендуется применять соли фосфорной, уксусной или винной кислот. Такие электролиты позволяют получать покрытия сплавами на основе золота от 12 до 24 карат.

Золотые покрытия, осаждающиеся из сульфитных электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру. В качестве добавок, обеспечивающих осаждение мелкокристаллических и даже блестящих покрытий, в электролиты вводят небольшие (0,1-50 мг/л) количества солей мышьяка, таллия, сурьмы, селена или свинца. Однако применение таких добавок в отсутствие высокоточного аналитического контроля электролитов затруднено. Следует отметить, что накопление ионов этих металлов до 1г/л приводит к потемнению покрытий и формированию рыхлых осадков.

Сульфитные электролиты позволяют наносить золотые покрытия с высокой микротвердостью (1300-1400 МПа), что очень важно для изделий, подвергающихся механическим нагрузкам. При необходимости микротвердость покрытий можно снизить до 900 Мпа, уменьшив рН электролита до 6-7.

К достоинствам сульфитных электролитов следует отнести высокую микро- и макрорассеивающую способности и возможность получать блестящие покрытия сплавами с высокой пластичностью.

Одним из существенных недостатков сульфитных электролитов золочения, затрудняющих их практическое применение, является их нестабильность. В процессе хранения электролита происходит постепенное окисление сульфита до сульфата кислородом воздуха. Для предотвращения быстрого окисления сульфита в процессе электролиза необходимо регулировать площадь нерастворимых анодов, чтобы соотношение анодной и катодной поверхности составляло не менее 1:1.

Кроме того, сульфит-ионы восстанавливаются на катоде до S 2 O 4 2- , которые в свою очередь восстанавливают Au(I) до металла. Для удаления мелкодисперсных частиц металлического золота из объема электролита необходимо периодически применять фильтрацию.

Одной из проблем при эксплуатации бесцианидных электролитов является обеспечение надежного сцепления золотых покрытий с подслоем никеля, который используется для предотвращения взаимной диффузии металлов основы и покрытия, а также для обеспечения декоративных характеристик. Для сульфитных электролитов сцепление покрытия улучшается при повышении температуры электролитов до 50-70 °С. Однако и в этом случае рекомендуется наносить на изделия подслой золота из разбавленного цианидного электролита или наносить слой никель-страйк, что неизбежно ухудшает блеск покрытий.

В настоящее время сульфитные электролиты золочения, предлагаемые различными фирмами, составляются на основе жидких золотосодержащих концентратов или сухих препаратов. При изготовлении золотосодержащих компонентов в качестве стабилизаторов используются вещества, образующие более прочные полилигандные сульфитные комплексы золота, например, алифатические амины, или вещества, способные подавлять реакцию диспропорцианирования свободных ионов Au(I) за счет образования прочных комплексов – купферон, железистосинеродистый калий. Однако, приготовление сульфитных электролитов без специального оборудования весьма трудоемко и связано с большими потерями драгоценного металла (до 40%). В специализированных фирмах потери металла при получении золотосодержащего препарата в твердом состоянии не превышают 2-3%.

Несмотря на то, что сульфитные электролиты в целом отвечают современным требования экологической безопасности, они не нашли широкого применения в ювелирной промышленности из-за малой эффективности и трудностей в эксплуатации.

Для бесцианидных и условно бесцианидных электролитов золочения в качестве нерастворимых анодов рекомендуется использовать платинированный титан, или титан с нанесенным слоем оксида рутения (ОРТА). При использовании нержавеющей стали следует учитывать, что в процессе эксплуатации происходит растворение железа и никеля , постепенное их накопление в растворе и ухудшение качества золотых покрытий. Для снижения скорости растворения стали рекомендуется применять низкие анодные плотности тока.

В слабокислых электролитах золочения на нерастворимых анодах происходит окисление лимонной кислоты до ацетодикарбоновой кислоты, которая затем декарбоксилируется с образованием ацетона. При неправильно выбранном режиме электролиза в объеме раствора могут образовываться белые хлопьевидные продукты окисления лимонной кислоты, которые захватываются катодным осадком золота, ухудшая качество покрытий. Большинство исследователей рекомендует в этом случае оптимальное соотношение катодной и анодной поверхности от 1:1 до 1:1,5.

Таким образом, разработка новых и совершенствование известных бесцианидных электролитов золочения остается актуальной задачей, решение которой обеспечит их широкое применение в ювелирной промышленности.

Электролиты золочения различного назначения

При золочении для декоративных целей внешний вид покрытия играет главную роль; цвет его может меняться от оранжевого 24К до цвета никеля. Подобные покрытия очень тонки — в пределах 0,5—1,75 мкм и, как правило, представляют собой сплавы. Легирующие компоненты в большинстве случаев добавляют в электролит в виде цианистых двойных комплексных солей (никель, кобальт, серебро, кадмий, медь, цинк). Олово вводят в электролит в виде станната. Чаще концентрация золота в электролите небольшая, в пределах 0,8—2,0 г/л. Температуру поддерживают в пределах 55—80° С; напряжение на клеммах ванны 4—10 В. Содержание свободного цианида от 0,3 до 40 г/л.

Барабанные ванны для получения покрытия такого же цвета, как и на подвесках, содержат мало золота (0,2—0,4 г/л), больше легирующего компонента (1 г/л Ni; 10 г/л Cu; 0,1 г/л Ag). Концентрацию свободного цианида поддерживают в пределах 15—30 г/л, чтобы обеспечить хорошую рассеивающую способность. Температура ниже, чем в стационарных ваннах (30—55°С).

Блестящие золотые покрытия. До 1950 г. в литературе не упоминалось о блестящих золотых покрытиях, за исключением очень тонких предварительных слоев. В 1952—1953 г. появились два электролита, в которых можно было получать золотые покрытия толщиной до 25 мкм. Они отличались концентрацией свободного цианида 45—200 г/л, золота в виде дицианоаурата 8 г/л и содержали некоторые добавки, такие как 1—2% Ag, Ni и другие, а также 30 г/л гипосульфита. Для получения блестящих покрытий требуются низкие температуры, порядка 10—25° С и соответственно плотность тока порядка 0,3—0,6 А/дм 2 . При нарушении условий процесса блестящие покрытия быстро темнеют и во избежание этого рекомендуется после обычной промывки изделий водой пропитывать их в течение 5 мин 5%-ной уксусной кислотой, затем вновь промыть водой и после этого 5 мин кипятить в воде.

Читайте также:  Водосливная система металл профиль

Некоторые исследователи рекомендуют поддерживать постоянными значения рН на уровне 8—9 и вводить в электролит в качестве блескообразователей производные этилендиамина. Покрытия представляли собой сплав с содержанием 92% золота. Позднее те же исследователи видоизменили некоторые параметры, они довели содержание свободного цианида до высоких значений, а температуру поддерживали комнатную.

Для электролитов с высоким содержанием цианида был предложен ряд других блескообразователей: продукты конденсации жирных кислот с аминокислотами, оловом и никелем; некоторые вводили нитрогуанидин или нитромочевину; продукты конденсации сероуглерода и акриловые соединения как в электролиты золочения, так и серебрянозолотых сплавов.

Получение блестящих или полублестящих золотых покрытий при температуре 10—30° С решает целый ряд проблем и, в частности, расширяет область покрытия золотом печатных схем. Горячие щелочно-цианистые растворы разъедают места изоляции (пластмассу). Переход на малоцианистые электролиты или вовсе не содержащие свободного цианида, работающие при температуре ниже 30° С с выходом золота по току равным 90—98%, вносит большой вклад в совершенствование технологии золочения печатных схем.

Кислые электролиты. В США широко применяются солянокислые золотые электролиты как для нанесения толстых покрытий (больше 0,25 мм), так и для рафинирования — получения золота чистотой 99,9%. В толстых слоях покрытия получаются гладкими ярко-желтого цвета. Рекомендуемый электролит содержит 15—40 г/л золота и 75—125 мл/л соляной кислоты. Золотые аноды предпочтительны, так как на нерастворимых анодах, например угольных, выделяется хлор. Температуру поддерживают в пределах 40—80° С. Вследствие большой кислотности и агрессивности электролита хорошее сцепление покрытия с основой может быть обеспечено при условии предварительного нанесения промежуточного слоя из золота или из другого драгоценного металла на толщину 2,5—5,0 мкм. До солянокислого электролита был другой разбавленный кислый электролит, в котором золотили кончики перьев из нержавеющей стали. Этот электролит содержал 60 г/л NaCN, который добавляли к золоту, а непосредственно перед употреблением к раствору добавляли 125 мл/л НCl с таким расчетом, чтобы реакция стала кислой по лакмусу — значения рН в пределах 3—6.

По патенту Ринкера и Дува, кислый электролит золочения содержит 2—20 г/л дицианоаурата калия, от 10 до 150 г/л одну из устойчивых органических кислот, например лимонную, винную или уксусную, нейтрализованных до значений рН = 3-=-5, и 1—50 г/л одного или большего числа таких металлов, как никель, кобальт, индий или цинк. Другими авторами было предложено в кислые электролиты вводить блескообразователи или комплексообразующие вещества в виде этилендиамина, тетраэтиленпентамина, триэталонамина или различные продукты их замещения.

Толстые золотые покрытия порядка 125 мкм и больше могут быть получены из кислых хлористых электролитов и горячих цианистых электролитов с изменением направления тока, из нейтральных электролитов с солями органических кислот, из ферроцианидных электролитов. Во всех случаях содержание золота в электролите должно быть по крайней мере 15 г/л, а температура 50—70° С. Желательно перемешивание из расчета 100%-ного выхода металла по току.

Нейтральные электролиты. В целях уменьшения содержания свободного цианида в Европе стали применять при значениях рН = 6,5—7,5 различные процессы покрытия как чистым золотом, так и сплавом золото — медь под разными названиями. Несколько позднее стали применять блестящие кислые электролиты (с органическими соединениями).

Для интегральных схем рекомендуется следующий состав электролита (г/л) и режим:

Фосфат (C2H5)H2PO4 представляет собой смесь (в отношении 2:1) моно-(C2H5)H2PO4 и диэтилфосфорной кислоты плюс 1 % H3РO4. Эту смесь (плотностью 1,32) стабильную в кислых и щелочных растворах предварительно нейтрализуют гидроокисью калия. Эти электролиты золочения, по данным авторов, позволяют получать более яркие и гладкие покрытия при плотностях тока от 0,1 до 1,6 А/дм 2 и температуре 65° С с выходом по току 95%.

Было замечено, что в процессе эксплуатации электролита меняется его цвет, причем гамма цветов переходит от бесцветного через зеленовато-желтый к глубокому коричневому цвету. Изменение цвета электролита объясняется образованием органических примесей. Последние появляются в результате разрушения слоя фотосопротивлений, a также в процессе окисления на аноде цитрата:
2СnH2n + СO2 — 2е → 2CO2 + C2nН4n + 2 парафина.

Эта реакция обычно протекает в водных растворах карбокислот при высокой температуре предпочтительно на платиновых анодах и при плотности анодного тока около 20 А/дм 2 . При низких же плотностях анодного тока могут образовываться соединения типа СnH2n. Было установлено, что имеется некоторая потеря цитрат-иона и при электролизе с использованием золотых анодов при плотности тока 0,3 А/дм 2 .

Источником загрязнения могут быть также продукты окисления и полимеризации освободившихся CN-ионов:
2CN- — 2e → (CN)2↑,
CN- + Н+ → HCN + HCN + HCN. (HCN)х (полимер).

Образование полимеризованных продуктов катализируется в присутствии металлических примесей, таких как кобальт и никель.

Корректировку раствора золочения ведут в соответствии со значением водородного показателя, плотности тока, электропроводности, содержания золота. Раствор регулярно снабжают активированным углем. Водородный показатель поддерживают на постоянном уровне путем добавления сернистой кислоты (для понижения рН) или раствора едкого кали (для повышения рН). По данным автора, из некоторых растворов до замены их было высажено четырехкратное по отношению к начальному количество золота.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector