Ελληνικά 
English 
Español 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Français 
العربية 
Русский 
Bahasa Indonesia 
日本語 
한국어 
Suomi 
Svenska 
Polski 
Română 
Türkçe 
Čeština 
Magyar 
Norsk bokmål 
Τι είναι η επιμετάλλωση με ρόδιο και πώς μπορεί να ωφελήσει τα κοσμήματά σας;
Οδηγός επιμετάλλωσης ροδίου για κοσμήματα: Ασημί-λευκό φινίρισμα
Εισαγωγή:
Η επιμετάλλωση με ρόδιο είναι μια διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης που εναποθέτει ένα λεπτό στρώμα ροδίου, ένα πολύτιμο μέταλλο από την οικογένεια της πλατίνας, πάνω στα κοσμήματα. Τι την κάνει όμως τόσο ξεχωριστή; Αυτή η σκληρή, ασημόλευκη επίστρωση παρέχει εξαιρετική αντοχή στο αμαύρωμα και τη διάβρωση, εμποδίζοντας το σκούρο χρώμα των κοσμημάτων με την πάροδο του χρόνου. Επίσης, αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα της επιφάνειας, καθιστώντας τα κοσμήματα πιο ανθεκτικά στις γρατζουνιές και πιο ανθεκτικά. Χρησιμοποιείται συνήθως ως τελικό προστατευτικό στρώμα για το ασήμι και την πλατίνα, ενισχύει τη φωτεινότητα και δίνει ένα γυαλιστερό, ανακλαστικό φινίρισμα καθρέφτη. Αυτό το άρθρο εμβαθύνει στη διαδικασία, από τα διαλύματα επιμετάλλωσης με βάση τα θειικά άλατα έως τη χημική εναπόθεση, εξηγώντας πώς αυτή η τεχνική δημιουργεί μακράς διάρκειας, όμορφα κοσμήματα.
Πίνακας περιεχομένων
Ενότητα Ι Επισκόπηση
Το ρόδιο έχει ατομικό αριθμό 45 στον περιοδικό πίνακα και το σύμβολο του στοιχείου είναι Rh. Ανακαλύφθηκε από τον W. H. Wollaston το 1803. Το όνομά του προέρχεται από την ελληνική λέξη "Ρόδιος", που σημαίνει ρόδινο χρώμα, επειδή τα διαλύματα άλατος ροδίου έχουν ρόδινο χρώμα.
Το ρόδιο ήταν το πρώτο λευκό μέταλλο που εφαρμόστηκε βιομηχανικά σε εργοστάσια ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Γενικά, το ρόδιο είναι ανθεκτικό στη διάβρωση από οξέα και βάσεις (συμπεριλαμβανομένου του βασιλικού νερού), αλλά μπορεί να αντιδράσει με καυτό, πυκνό θειικό οξύ, υποχλωριώδες νάτριο και άλλα κάτω από 300 ℃. Η μεμβράνη επιμετάλλωσης ροδίου έχει υψηλή ανακλαστικότητα καθρέφτη, εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα που φτάνει το Hv 800-1000, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση. Σε αντίθεση με το Ag, δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό επαφής. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στις βιομηχανίες ηλεκτρονικών, ηλεκτρικών και οπτικών εξαρτημάτων. Το ρόδιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως επίστρωση κατά της φθοράς για προηγμένα επιστημονικά όργανα. Επιπλέον, το ρόδιο χρησιμοποιείται συνήθως για την κατασκευή καταλυτών υδρογόνωσης και τα κράματα ροδίου-πλατίνας κατασκευάζουν θερμοζεύγη. Η επιμετάλλωση με ρόδιο είναι ένα χρωματικό και προστατευτικό στρώμα για κοσμήματα από αργυρόλευκο πολύτιμο μέταλλο, όπως ο άργυρος και η πλατίνα. Ορισμένες κύριες παράμετροι του ροδίου παρουσιάζονται στον πίνακα 5-1.
Πίνακας 5-1 Ορισμένες κύριες παράμετροι του ροδίου
| Χαρακτηριστικές παράμετροι | Χαρακτηριστική τιμή |
|---|---|
|
Όνομα στοιχείου, σύμβολο στοιχείου, ατομικός αριθμός Ταξινόμηση Ομάδα, Περίοδος Πυκνότητα, σκληρότητα Χρώμα Σχετική ατομική μάζα Ατομική ακτίνα Ακτίνα ομοιοπολικού δεσμού Χημική σθένους Κρυσταλλική δομή σημείο τήξης σημείο βρασμού Θερμότητα εξάτμισης Θερμότητα διάλυσης Ειδική θερμοχωρητικότητα Αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα |
Ρόδιο、Rh、45 Μέταλλο μετάπτωσης 9(Ⅷ), 5 12450kg/m3、6 Ασημί Λευκό 102.90550 135μμ 135μμ 2、3、4 Κυβικός με κέντρο το πρόσωπο 2237K (1964℃) 3968K (3695℃) 493kJ/mol 21. 5 kJ/mol 0. 242J/(kg ・ K) 21. 1 X 106μ •Ω 150W/(m - K) |
Τμήμα II Επιμετάλλωση με ρόδιο και τα κράματά του
1. Επιμετάλλωση με ρόδιο
Το ρόδιο είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μέταλλο της ομάδας του λευκόχρυσου στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Λόγω της εξαιρετικής αντίστασης του ροδίου στη διάβρωση, η επιμετάλλωσή του είναι πιο σκληρή και ανθεκτική στη φθορά από άλλα πολύτιμα μέταλλα και ο λευκός τόνος του χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία κοσμημάτων. Είναι ιδιαίτερα απαραίτητο ως αντιθαμβωτική προστατευτική επίστρωση για το ασήμι ( συνήθως επιμεταλλωμένο με ρόδιο λάμψης 0,05μm ). Επιπλέον, η υψηλή ανακλαστικότητά του σε καθρέφτες το καθιστά συνήθως χρησιμοποιούμενο ως τελική επιμετάλλωση flash σε καθρέφτες. Η επιμετάλλωση με μαύρο ρόδιο χρησιμοποιείται συνήθως σε σκελετούς γυαλιών και θήκες ρολογιών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο στην ηλεκτρόλυση του θαλασσινού νερού και ως ηλεκτρόδιο επεξεργασίας οικιακού νερού. Επιπλέον, στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών, εφαρμόζεται σε επαφές διακοπτών.
Η εφαρμογή του ροδίου στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930, κυρίως για διακοσμητικούς σκοπούς. Το 1934, η Shield κατέθεσε την πρώτη αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την ηλεκτρολυτική επίστρωση ροδίου.
Τα διαλύματα επιμετάλλωσης για την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση ροδίου περιλαμβάνουν:
① Σειρά διαλυμάτων επιμετάλλωσης θειικού ροδίου - θειικού οξέος,
② Σειρά διαλυμάτων επιμετάλλωσης φωσφορικού ροδίου-θειικού οξέος,
③ Επίσης, δεν έχουν διατεθεί στο εμπόριο διαλύματα επιμετάλλωσης με φθοροβορικό οξύ με βάση το φωσφορικό οξύ, διαλύματα επιμετάλλωσης με σουλφονικό οξύ κ.λπ.
Το ρόδιο έχει μελετηθεί κυρίως για την εφαρμογή του σε επαφές ελατηρίου.
Στα διαλύματα επιμετάλλωσης θειικού οξέος, υπάρχουν διαλύματα επιμετάλλωσης λεπτού πάχους για διακοσμητικούς σκοπούς (με έμφαση στην ανακλαστικότητα και τη στιλπνότητα), διαλύματα επιμετάλλωσης μεγάλου πάχους (με έμφαση στο πάχος του φιλμ και την αντίσταση επαφής) και διαλύματα επιμετάλλωσης υψηλής ταχύτητας.
1.1 Λεπτό διάλυμα επιμετάλλωσης
Πίνακας 5-2 Αντιπροσωπευτικά συστατικά και συνθήκες λειτουργίας διαλυμάτων επιμετάλλωσης με ρόδιο
| Σειρά θειικού-θειικού οξέος | Σειρά φωσφορικού-θειικού οξέος | Σειρά φωσφορικού-φωσφορικού οξέος |
|---|---|---|
|
Ρόδιο (ως θειικό ρόδιο) 1. 5〜2. 0g/L Θειικό οξύ (95%~96%) 25〜50mL/L Θερμοκρασία διαλύματος 40〜50℃ Πυκνότητα ρεύματος 1〜10A/dm2 Τάση 3〜6V Άνοδος Pt |
Ρόδιο (ως φωσφορικό ρόδιο) 2. 0g/L Θειικό οξύ (95%~96%) 25〜50mL/L Θερμοκρασία διαλύματος 40〜50℃ Πυκνότητα ρεύματος 1〜10A/dm2 Τάση 3〜6V Άνοδος Pt
|
Ρόδιο (ως φωσφορικό ρόδιο) 2. 0g/L Φωσφορικό οξύ (85%) 40〜80mL/L Θερμοκρασία διαλύματος 40〜50℃ Πυκνότητα ρεύματος 1〜15A/dm2 Τάση 4〜8V Άνοδος Pt |
(1) Απόδοση αντίστασης στη διάβρωση:
Το ρόδιο είναι ένα εξαιρετικά σταθερό μέταλλο, αλλά το φιλμ επιμετάλλωσης είναι κάπως κατώτερο. Γενικά, κατά την επιμετάλλωση του ροδίου επιστρώνονται πρώτα άλλα μέταλλα στο υπόστρωμα και το ρόδιο επιστρώνεται τελευταίο. Σε αυτή την περίπτωση, η αντοχή στη διάβρωση του υποκείμενου επιμεταλλωμένου μετάλλου καθίσταται πολύ σημαντικός παράγοντας. Υπάρχουν δύο λόγοι: πρώτον, επειδή το ρόδιο είναι πολύτιμο μέταλλο, υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού και των μη πολύτιμων μετάλλων- δεύτερον, επειδή είναι ακριβό, δεν μπορεί να επιχριστεί σε μεγάλο πάχος. Κατά την επιμετάλλωση του ροδίου σε ένα υποκείμενο στρώμα Ni, μπορεί εύκολα να εμφανιστεί ηλεκτροχημική διάβρωση, οπότε μπορεί να εισαχθεί ένα στρώμα επιμετάλλωσης υψηλού δυναμικού μεταξύ των δύο, όπως η επιμετάλλωση χρυσού, η οποία είναι καλύτερη. Ωστόσο, δεδομένου ότι η επιχρύσωση αυξάνει το κόστος, αργότερα εισήχθησαν κράματα 2μmPd ή Pd-Ni για να βελτιωθεί η αντοχή στη διάβρωση.
(2) Η επίδραση των προσμίξεων στην απόδοση της επιμετάλλωσης:
Το διάλυμα επιμετάλλωσης με ρόδιο είναι έντονα όξινο και κατά την επιμετάλλωση πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων μπορεί να προκαλέσει τη διάλυση της μάσκας. Όταν υπάρχουν μεταλλικές ακαθαρσίες, το στρώμα επιμετάλλωσης ροδίου θα εμφανιστεί μαυρισμένο, μειώνοντας την εμπορική αξία του στρώματος επιμετάλλωσης ροδίου. Όταν υπάρχουν οργανικές ακαθαρσίες, η εσωτερική τάση του στρώματος επιμετάλλωσης ροδίου αυξάνεται, η οποία, με τη σειρά της, μειώνει την πρόσφυση του στρώματος επιμετάλλωσης. Ο W. Safranek μελέτησε την περίπτωση αυξημένης τάσης επιμετάλλωσης όταν υπάρχουν οργανικές προσμίξεις στο διάλυμα επιμετάλλωσης- τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 5-3.
Πίνακας 5-3 Επιδράσεις των οργανικών ουσιών στην καταπόνηση των στρώσεων επιμετάλλωσης ροδίου
| Θερμοκρασία διαλύματος επιμετάλλωσης /℃ | Υγρό καθαρισμού/ ( kgf/ mm2) | Καλυπτικό μέσο (Α) (χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο)/（kgf/mm2） | Παράγοντας κάλυψης / (kgf/mm)2) |
|---|---|---|---|
|
30 40 50 60 70 |
70 87 80 69 59 |
72 89 82 71 61 |
91 114 92 91 100 |
Σημείωση: Σύνθεση και συνθήκες διαλύματος επιμετάλλωσης:
Μέταλλο ροδίου 8g/L
H2SO4 30g/L
Πυκνότητα ρεύματος 0.5A/dm2
Χρόνος επιμετάλλωσης 30min
Ποσότητα διαλύματος επιμετάλλωσης 200mL
1.2 Πυκνό διάλυμα επιμετάλλωσης
(1) Τα είδη των σουλφονικών αλάτων και η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσής τους στο διάλυμα και της απόδοσης του ρεύματος.
Οι Aotani κ.ά. μελέτησαν δινατριούχο νατριούχο βενζαλδεΰδη-2,4 ή δινατριούχο δινατριούχο 1,5-ναφθαλένιο και αμινοσουλφονικό οξύ σε διάλυμα επιμετάλλωσης ροδίου. Όταν η συγκέντρωση του ροδίου ήταν 5g/L και η πυκνότητα ρεύματος ήταν 1,5A/dm2, μετά από επιμετάλλωση για 60 λεπτά, εξετάστηκε η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης σουλφονικού άλατος και της πυκνότητας ρεύματος. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στα σχήματα 5-1 έως 5-3. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του σουλφονικού άλατος, η απόδοση του ρεύματος μειώνεται σχεδόν γραμμικά και η ποιότητα του φιλμ επιμετάλλωσης επιδεινώνεται επίσης ανάλογα.
Σχήμα 5-1 Επίδραση της προσθήκης βενζαλδεΰδης 2,4-δισουλφονικού νατρίου στην απόδοση του ρεύματος
Σχήμα 5-2 Επίδραση της προσθήκης δισουλφονικού δινατρίου 1,5-ναφθαλίνης στην απόδοση του ρεύματος
Σχήμα 5-3 Επίδραση της προσθήκης αμινοσουλφονικού οξέος στην απόδοση του ρεύματος
(2) Η σχέση μεταξύ του νιτρικού θαλλίου, του θειικού μαγνησίου και του θειικού αργιλίου ως μέσων ανακούφισης από το στρες και της τρέχουσας απόδοσης.
Τα πρόσθετα περιλαμβάνουν το δισουλφονικό νατριούχο 1,5-ναφθαλένιο και το αμινοσουλφονικό οξύ. Η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης των προσθέτων τους και της απόδοσης του ρεύματος παρουσιάζεται στο Σχήμα 5-4. Εν τω μεταξύ, οι αλλαγές στην απόδοση του ρεύματος όταν συνδυάζονται διάφοροι παράγοντες ανακούφισης από την πίεση ως πρόσθετα παρουσιάζονται στο Σχήμα 5-5.
Σχήμα 5-4 Επίδραση των προσθέτων στην απόδοση του ρεύματος
1-θειικό οξύ 90g/L, βενζαλδεΰδη-2,4-δισουλφονικό νάτριο 0,5g/L, μέσο διαβροχής για επιμετάλλωση νικελίου,
2-θειικό οξύ 20g/L, νιτρικό θάλλιο 0,05g/L, σουλφαμικό οξύ,
3-θειικό οξύ 35g/L, σουλφαμικό οξύ 20g/L, θειικό μαγνήσιο,
4-θειικό οξύ 50g/L, σουλφαμικό οξύ 5g/L, θειικό αργίλιο
Σχήμα 5-5 Η επίδραση της προσθήκης νιτρικού θαλλίου, δισουλφονικού δινατρίου του 1,5-ναφθαλινίου, βενζαλδεΰδης και αμινοσουλφονικού οξέος στην απόδοση του ρεύματος
Μπορεί να διαπιστωθεί ότι η συνδυασμένη χρήση σουλφονικού οξέος, νιτρικού θαλλίου, νατριούχου βενζαλδεΰδης-2,4-δισουλφονικού νατρίου ή νατριούχου δισουλφονικού νατρίου 1,5-ναφθαλίνης, νατριούχου δισουλφονικού νατρίου 2,4-δισουλφονικού νατρίου και νατριούχου δισουλφονικού νατρίου 1,5-ναφθαλίνης μπορεί να παράγει ένα ημι-λαμπρό ή υψηλότερο στρώμα επιμετάλλωσης χωρίς αποκόλληση. Οι ρόλοι κάθε συστατικού είναι οι εξής:
① Ρόδιο: ως πρότυπο χρησιμοποιείται το 5g/L και η τρέχουσα απόδοση αυξάνεται για κάθε αύξηση κατά 1g/L.
② Θειικό οξύ: Όταν η συγκέντρωση του θειικού οξέος αυξάνεται, η φωτεινότητα αυξάνεται ελαφρώς, αλλά η τρέχουσα απόδοση μειώνεται.
③ Σουλφονικό οξύ: Το σουλφονικό οξύ μπορεί να αυξήσει την ισοπέδωση (η φωτεινότητα αυξάνεται, η τραχύτητα μειώνεται).
④ Νιτρικό θάλλιο: Το νιτρικό θάλλιο συμβάλλει επίσης στην αύξηση της τρέχουσας απόδοσης, μπορεί να αποτρέψει τη μείωση της τρέχουσας απόδοσης όταν μειώνεται η συγκέντρωση του ροδίου και μειώνει τη διάβρωση.
⑤ Βενζαλδεΰδη-2,4-δισουλφονικό νάτριο ή δισουλφονικό νάτριο 1,5-ναφθαλίνης: μπορεί να αυξήσει τη φωτεινότητα του στρώματος επιμετάλλωσης, να μειώσει τα οζίδια επιμετάλλωσης προκαλώντας παράλληλα μείωση της απόδοσης του ρεύματος.
Με βάση τα παραπάνω, μπορεί να υποτεθεί ότι η ακόλουθη σύνθεση και οι ακόλουθες συνθήκες λειτουργίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη επικάλυψης με πάχος 30μm ή περισσότερο.
|
Συγκέντρωση ιόντων ροδίου Συγκέντρωση θειικού οξέος Νιτρικό θάλλιο Σουλφονικό οξύ Βενζαλδεΰδη-2,4-δισουλφονικό νάτριο ή 1,5-ναφθαλινοσουλφονικό νάτριο Θερμοκρασία διαλύματος επιμετάλλωσης Τρέχουσα απόδοση |
5g/L 50g/L 0,05g/L 40g/L 0,4g/L 50℃ Πάνω από 60% |
|
Εγγενής αντίσταση Ανθεκτικότητα Αντοχή στη διάβρωση Αντοχή στη θερμότητα Σκληρότητα Δοκιμή κάμψης Κατάσταση επιφάνειας |
23×10-6Ω-cm Καλός Λίγα σημεία διείσδυσης στο υπόστρωμα Ni. Δεν υπάρχει απολέπιση στους 450℃, αλλά υπάρχουν ρωγμές. Μέσος όρος Hv 900 Η βάση είναι λεπτό δείγμα όταν ξεφλουδίζει λιγότερο, κακή εξάπλωση Λίγοι όγκοι επιμετάλλωσης, ημι-φωτεινά και φωτεινά, αλλά υπάρχουν λάκκοι παρόντες |
|
Ρόδιο (ως θειικό ρόδιο) Θειικό οξύ Σεληνικό οξύ (HSeO) Θερμοκρασία διαλύματος επιμετάλλωσης Πυκνότητα ρεύματος |
10g/L 10〜200mL/L 0. 1〜1. 0g/L 50 〜75℃ 1.2A/dm2 |
Τα άλατα ροδίου μπορούν να παρασκευαστούν με τη μέθοδο κράματος, χλωρίωσης ή σύντηξης.
Επιπλέον, τα οργανικά καρβοξυλικά οξέα θεωρούνται επίσης αγχολυτικά στην επιμετάλλωση ροδίου.
1.3 Βελτίωση της διαδικασίας επιμετάλλωσης με ρόδιο
Στα στρώματα επιμετάλλωσης με ρόδιο, η εγγενής εφελκυστική τάση είναι ένα σημαντικό ελάττωμα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η προσθήκη ενός παράγοντα ανακούφισης από τις τάσεις μπορεί να μειώσει την τάση, αυξάνοντας έτσι το πάχος της επιμετάλλωσης ροδίου χωρίς ρωγμές. Ωστόσο, η προσθήκη παραγόντων ανακούφισης τάσεων προκαλεί συνήθως μείωση της σκληρότητας και της αντοχής στη φθορά της επιμετάλλωσης.
Ο Armstrong Michael πέτυχε επιμετάλλωση ροδίου χωρίς ρωγμές με την προσθήκη ενώσεων αλογόνου από ιόντα χλωρίου στο διάλυμα επιμετάλλωσης, ενώ η σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά παρέμειναν ανεπηρέαστες. Τα βασικά συστατικά έχουν ως εξής: Η ουσία είναι η εξής
Άλας ροδίου (σε ρόδιο) 5〜15g/L Παρέχει μεταλλικά ιόντα
H2SO4 30〜90mL/L Αυξάνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα
HCI (10~300)×10-6 Παράγοντας ανακούφισης από το στρες
Πυκνότητα ρεύματος 1~8A/ft2 (0. 1〜0. 8A/dm2 )
Το HCl μπορεί να μειώσει την τάση του στρώματος επιμετάλλωσης χωρίς να μειώσει τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά. Σε γενικές γραμμές, όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου, τόσο πιο παχύ μπορεί να είναι το στρώμα επιμετάλλωσης χωρίς ρωγμές.
Η εφεύρεση αυτή είναι επίσης κατάλληλη για επιμετάλλωση μοτίβων σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων.
Υπάρχουν επίσης άλλες αναφορές που χρησιμοποιούν ομάδες σουλφονικού οξέος ως πρόσθετα. Ο δομικός τύπος του πρόσθετου είναι R-SO3-H. Όπου το R είναι μια ευθύγραμμη, διακλαδισμένη ή κυκλική ομάδα με λιγότερα από 20 άτομα άνθρακα. Η πρόσθετη επίδραση αυξάνει την ομαλότητα και τη λευκότητα, αυξάνοντας έτσι το πάχος της επιμετάλλωσης χωρίς ρωγμές. Η σύνθεση του διαλύματος επιμετάλλωσης έχει ως εξής:
|
Ρόδιο (προστίθεται ως θειικό ή φωσφορικό άλας) Θειικό ή φωσφορικό οξύ Πυριδίνη-3-σουλφονικό οξύ Επιφανειοδραστική ουσία Πρόσθετα (που προστίθενται ως R-SO3-H δομή) |
0. 1〜20g/L 100〜200g/L 0〜5g/L 0. 01〜2g/L 0. 1〜10g/L |
Μέσω πειραματικής επαλήθευσης, επιβεβαιώθηκε ότι αν και η προσθήκη σουλφονικού οκτυλεστέρα (2g/L) μειώνει ελαφρώς την απόδοση του ρεύματος, μπορεί να αυξήσει αποτελεσματικά τη λευκότητα των επιμεταλλωμένων εξαρτημάτων. Με την προσθήκη σουλφονικού οκτυλεστέρα, το πάχος επιμετάλλωσης μπορεί να φτάσει περίπου τα 0,3~0,7μm.
Ο Joseph και άλλοι βελτίωσαν τη διαδικασία παρασκευής θειικού ροδίου για να αποκτήσουν θειικό ρόδιο που είναι πιο κατάλληλο για επιμετάλλωση με ρόδιο (βλ. Εικόνα 5-7).
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Κατασκευαστής προσαρμοσμένων κοσμημάτων, εργοστάσιο κοσμημάτων OEM και ODM
Στην παραδοσιακή μέθοδο παρασκευής, η αντίδραση εξουδετέρωσης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου. Λόγω της θερμότητας της αντίδρασης, η πραγματική θερμοκρασία της αντίδρασης είναι πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου. Ο Joseph και άλλοι έλεγξαν τη θερμοκρασία της αντίδρασης κάτω από τους 25℃ με ψύξη, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με ψύξη με νερό. Το θειικό ρόδιο που προέκυψε χρησιμοποιήθηκε για δοκιμές επιμετάλλωσης, με αποτέλεσμα να προκύψει ένα στρώμα επιμετάλλωσης με χαμηλή εσωτερική τάση, φωτεινότητα και πάχος επιμετάλλωσης έως και 1μm.
Επιπλέον, ο τομέας φάσης της Ιαπωνίας πρότεινε μια μέθοδο για ταχεία επιμετάλλωση ροδίου. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η εισαγωγή μιας ροής πίδακα στον εξοπλισμό (όπως φαίνεται στο σχήμα 5-9), χρησιμοποιώντας το υπάρχον διάλυμα επιμετάλλωσης ροδίου, για να επιτευχθεί ταχεία επιμετάλλωση, εξασφαλίζοντας παράλληλα τα υπάρχοντα πλεονεκτήματα.
Σχήμα 5-9 Σχηματικό διάγραμμα του εξοπλισμού ταχείας επιμετάλλωσης ροδίου
1-επιμεταλλωμένο μέρος (κάθοδος)- 2-άνοδος- 3-σύστημα πίδακα (εσωτερική δεξαμενή)- 4-εξωτερική δεξαμενή- 5-ακροφύσιο- 6- αγώγιμη ράβδος
|
Συγκέντρωση ιόντων ροδίου Συγκέντρωση θειικού οξέος Θερμοκρασία Πυκνότητα ρεύματος Ταχύτητα πίδακα |
8〜12g/L 70〜90g/L 50〜70℃ 8A/dm2 0. 3〜1. 0m/s |
Μέσω πειραμάτων διαπιστώθηκε ότι όσο αυξάνεται η πυκνότητα ρεύματος, η ταχύτητα επιμετάλλωσης βελτιώνεται- όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα επιμετάλλωσης- ταυτόχρονα, η αύξηση της ταχύτητας του πίδακα μπορεί επίσης να βελτιώσει την ταχύτητα επιμετάλλωσης. Τα αποτελέσματα της επιμετάλλωσης με διαφορετικές ταχύτητες πίδακα παρουσιάζονται στον πίνακα 5-4.
Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορεί να επιτευχθεί επίστρωση με πάχος άνω των 5μm, η οποία είναι γυαλιστερή, σκληρή στην υφή και έχει χαμηλή εσωτερική τάση.
Πίνακας 5-4 Επίδραση της ταχύτητας πίδακα στην ταχύτητα επιμετάλλωσης
| Σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης | Συνθήκες επιμετάλλωσης | Ταχύτητα επιμετάλλωσης | Κατάσταση επιμετάλλωσης | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Συγκέντρωση ιόντων ροδίου | Θειικό οξύ | Θερμοκρασία | Πυκνότητα ρεύματος | Ταχύτητα πίδακα | Εμφάνιση | Ρωγμές | |
|
10g/L 10g/L 10g/L 10g/L 10g/L 10g/L |
80g/L 80g/L 80g/L 80g/L 80g/L 80g/L |
60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ |
30A/dm2 30A/dm2 30A/dm2 30A/dm2 30A/dm2 30A/dm2 |
0. 0m/s 0. 2m/s 0. 4m/s 0. 6m/s 0. 8m/s 1. 0m/ s |
1. 70μm/min 1. 73μm/min 1. 84μm/min 1. 90μm/min 2. 10μm/min 2. 22μm/min |
Γυαλιστερό Γυαλιστερό Γυαλιστερό Γυαλιστερό Γυαλιστερό Γυαλιστερό |
Όχι Όχι Όχι Όχι Όχι Όχι |
1.4 Ηλεκτρολυτική επίστρωση μαύρου ροδίου
Πίνακας 5-5 Συνθήκες διεργασίας για την επιμετάλλωση μαύρου ροδίου και τις συνθήκες επεξεργασίας της ανόδου του
| Διαδικασία | Στοιχείο | Προαπαιτούμενο | |
|---|---|---|---|
| Ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση | Σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης |
Συγκέντρωση ροδίου Συγκέντρωση θειικού οξέος Πρόσθετα |
2. 5〜3. 5g/L 25〜30g/L Κατάλληλο ποσό |
| Συνθήκες επιμετάλλωσης |
Θερμοκρασία Πυκνότητα ρεύματος καθόδου Ανάδευση Μέγιστο πάχος |
20〜25℃ 2〜4 A/dm2 Δόνηση καθόδου 0. 5μm |
|
| Ανοδίωση | Λύση θεραπείας | Υγρό επεξεργασίας ανόδου | 100g/L |
| Συνθήκες θεραπείας |
Θερμοκρασία Τάση δεξαμενής Χρόνος επεξεργασίας |
20〜30℃ 3V 2〜3min |
|
1.5 Εξοπλισμός επιμετάλλωσης με ρόδιο
(1) Παροχή ρεύματος:
Η επιμετάλλωση με φλας για διακοσμητικούς σκοπούς δεν είναι προβληματική, αλλά η κλίμακα του αμπερόμετρου πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εκτέλεση παχιάς επιμετάλλωσης. Είναι επίσης προτιμότερο να υπάρχει τριφασική κυματομορφή πλήρους κύματος.
(2) Δεξαμενή επιμετάλλωσης:
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα επικαλυμμένες με χλωριούχο πολυβινύλιο. Η θερμοκρασία του διαλύματος επιμετάλλωσης για την επιμετάλλωση με ρόδιο είναι κυρίως 40 ~ 50 ℃ και η τρέχουσα απόδοση δεν είναι πολύ υψηλή. Απαιτείται καλός εξοπλισμός εξαερισμού για τον χειρισμό της ομίχλης θειικού οξέος.
(3) Διήθηση:
Αυτό εξαρτάται επίσης από το μέγεθος της δεξαμενής. Η συνεχής διήθηση δεν χρησιμοποιείται γενικά, καθώς είναι έντονα όξινη και το διάλυμα επιμετάλλωσης είναι ακριβό. Όταν αναμειγνύονται οργανικές ακαθαρσίες, χρησιμοποιείται συνήθως εξωτερική διήθηση δεξαμενής.
1.6 Αντιμετώπιση προβλημάτων επιμετάλλωσης με ρόδιο
Πίνακας 5-6 Συνήθη σφάλματα και αντίμετρα της επιμετάλλωσης με ρόδιο
| Σφάλματα | Αντίμετρα |
|---|---|
| Ρωγμές |
Η επιβεβαίωση της συγκέντρωσης του ροδίου γίνεται συνήθως όταν η συγκέντρωση είναι χαμηλή. Η επιβεβαίωση της συγκέντρωσης του οξέος γίνεται συνήθως όταν η συγκέντρωση είναι χαμηλή. Επιβεβαίωση της θερμοκρασίας του λουτρού επιμετάλλωσης, συνήθως συμβαίνει όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλή. |
| Κακή συγκόλληση | Η επιβεβαίωση της προηγούμενης διεργασίας είναι συνήθως απαραίτητη επειδή η δραστηριότητα του βασικού μετάλλου δεν είναι επαρκής. |
| Αύξηση της συγκέντρωσης θειικού οξέος | Εάν η συγκέντρωση είναι πολύ υψηλή, η απόδοση του ρεύματος καθόδου θα μειωθεί. Μπορεί να ανακυκλωθεί ή το διάλυμα επιμετάλλωσης μπορεί να θερμανθεί για να εξατμιστεί η περίσσεια θειικού οξέος, να ψυχθεί και να προστεθεί καθαρό νερό και στη συνέχεια το ρόδιο μπορεί να μετατραπεί σε υδροξείδιο του ροδίου με υδροξείδιο του νατρίου και να φιλτραριστεί, στη συνέχεια να πλυθεί με καθαρό νερό και τέλος να διαλυθεί με θειικό οξύ. |
| Σκούρο γκρι επιμετάλλωση | Η δεξαμενή επιμετάλλωσης ροδίου είναι γενικά μικρής χωρητικότητας και η χρησιμοποιούμενη άνοδος είναι αδιάλυτη άνοδος, οπότε η σύνθεση του διαλύματος επιμετάλλωσης παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Η χαμηλή συγκέντρωση του οξέος θα προκαλέσει υδρόλυση και καθίζηση του ροδίου, γεγονός που θα κάνει το στρώμα επιμετάλλωσης να γίνει σκούρο γκρι. Το υδροξείδιο του ροδίου καταβυθίζεται αργά σε pH2 και η καταβύθιση αυξάνεται όταν το pH είναι 3~4, επομένως είναι πολύ σημαντικό να διαχειριστείτε τη συγκέντρωση του θειικού οξέος. |
2. Επιμετάλλωση κράματος ροδίου
Η επιμετάλλωση κράματος ροδίου δεν έχει μελετηθεί πολύ. Οι παλαιότερες είναι η επιμετάλλωση κράματος Rh-Ni. Ο Smith υπέβαλε αίτηση για την κατοχύρωση με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της επιμετάλλωσης κράματος Rh-Ni από διάλυμα θειικού οξικού άλατος. Το κύριο συστατικό του είναι Rh 0,4g/L, θειικό Ni 3,5~13,5g/L, pH 1,7, πυκνότητα ρεύματος 4~10A/dm.2. Μπορούν να ληφθούν κράματα που περιέχουν 25%~100% Rh. Χρησιμοποιώντας την ίδια σειρά, μπορεί να ληφθεί κράμα Rh-Co αν αντί για Ni χρησιμοποιηθεί Co.
Ο Aotani ερεύνησε κράματα Rh-Zn. Η αντιπροσωπευτική διαδικασία παρουσιάζεται στον πίνακα 5-7.
Πίνακας 5-7 Διαδικασία επιμετάλλωσης Rh-Zn με θειικά άλατα
| Συστατικά και οι συνθήκες επεξεργασίας τους | Σύνθεση και συγκέντρωση των συστατικών |
|---|---|
|
Rh［με τη μορφή Rh2(SO4)3] Zn (με τη μορφή ZnSO4 - 7H2O Na2SO4 - 10H2O H3BO3 Πυκνότητα ρεύματος
|
0. 03 ~ 1. 0g/L 5 ~ 40g/L 23g/L 10g/L 3 ~ 9A/dm2 |
Το κράμα Rh-Ir έχει καλή αντοχή στη διάβρωση, πυκνή κρυστάλλωση και ισχυρή πρόσφυση και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως άνοδος για ηλεκτρόλυση σε διακοσμητικές και λειτουργικές επιμεταλλώσεις.
Τα κύρια συστατικά του διαλύματος επιμετάλλωσης κράματος Rh-Ir είναι μεταλλικό άλας ροδίου, μεταλλικό άλας ιριδίου, φθοριοβορικό άλας ως αγώγιμο άλας, φθοριοβορικό οξύ και αμιδοσουλφονικό οξύ (το αμιδοσουλφονικό οξύ έχει επίσης αμβλυντική δράση) ως ρυθμιστές pH. Επιπλέον, μπορεί να προστεθεί βορικό οξύ για να αποτραπεί η υδρόλυση του φθοριοβορικού οξέος. Το διάλυμα επιμετάλλωσης χρησιμοποιείται σε θερμοκρασία περίπου 50~70℃, με πυκνότητα ρεύματος περίπου 2~10A/dm2, το οποίο μπορεί να παράγει ένα πυκνό στρώμα επιμετάλλωσης κράματος με ισχυρή πρόσφυση.
Παράδειγμα ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης: από την αντίδραση του RuCl3·3Η2O και NH2SO4H. Το άλας ιριδίου παράγεται από την αντίδραση (NH4)2IrCl6 και NH2SO3H. Η αναλογία μάζας Rh-Ir στο διάλυμα επιμετάλλωσης ρυθμίζεται σε 1/1. Διαφορετικά αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν με την αλλαγή της περιεκτικότητας κάθε συστατικού στο διάλυμα επιμετάλλωσης (βλ. Πίνακα 5-8).
Πίνακας 5-8 Σύνθεση και συνθήκες διαλύματος επιμετάλλωσης κράματος Ru-Ir
| Συστατικά και οι συνθήκες επεξεργασίας τους | Νο. 1 | Αρ. 2 | Αρ. 3 | Αρ. 4 |
|---|---|---|---|---|
|
Ru/(g/L) Ir/(g/L) NaBF4/(g/L) Νιου Χάμσαϊρ2SO3H/(g/L) Πυκνότητα ρεύματος/(A/dm2) Θερμοκρασία διαλύματος επιμετάλλωσης/°C pH Περιεκτικότητα σε Ir στο στρώμα επιμετάλλωσης/% |
8-9 8-9 100 30 3 70 0. 9 3〜4 |
8-9 8-9 100 20 3 70 0. 8 5〜6 |
3〜4 3〜4 75 14 2 60 0. 9 8-9 |
3〜4 3〜4 75 4 2 60 1. 2 23 〜24 |
Το προκύπτον στρώμα επιμετάλλωσης δεν έχει ρωγμές και είναι γυαλιστερό.
Στη διακόσμηση, το φυσικό χρώμα του ανοξείδωτου χάλυβα ή το απαλό μπλε-λευκό της επιχρωμίωσης δεν μπορούν πλέον να καλύψουν τις ανάγκες των ανθρώπων. Οι άνθρωποι προτιμούν μια καθαρή, φωτεινή εμφάνιση παρόμοια με την επιμετάλλωση με ασήμι. Ωστόσο, το στρώμα επιμετάλλωσης αργύρου οξειδώνεται εύκολα και αποχρωματίζεται στον αέρα. Η επιμετάλλωση με κράμα ροδίου μπορεί να εξοικονομήσει πολύτιμο ρόδιο και να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση της επίστρωσης (βλ. Πίνακα 5-9).
Πίνακας 5-9 Σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης και συνθήκες διεργασίας για επιμετάλλωση κράματος ροδίου-ρουθηνίου
| Σύνθεση και οι συνθήκες επεξεργασίας της | Σύνθεση και συγκέντρωση των συστατικών |
|---|---|
|
Άλας ροδίου ［Rh2(SO4)3] Θειικό οξύ Άλας ρουθηνίου Πρόσθετο (τύπος 8701) Θερμοκρασία Πυκνότητα ρεύματος καθόδου Άνοδος Μέθοδος ανάδευσης |
1〜2g/L 30mL/L 0. 1〜1g/L 25g/L 40〜50℃ 2〜8A/dm2 Πλέγμα τιτανίου με επικάλυψη ρουθηνίου Κίνηση καθόδου |
Τμήμα III Χημική επιμετάλλωση με ρόδιο
Όπως και η χημική επιμετάλλωση άλλων μετάλλων, το πλεονέκτημα της χημικής επιμετάλλωσης είναι ότι δεν απαιτεί το υπόστρωμα να είναι αγώγιμο και είναι κατάλληλη για διάφορα σχήματα. Επειδή η διασπορά της χημικής επιμετάλλωσης είναι πολύ καλύτερη από εκείνη της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, ταυτόχρονα, κατά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, το Ρ μπορεί να ενσωματωθεί στο στρώμα επιμετάλλωσης και η καθαρότητα του ροδίου έχει σημαντική αρνητική επίδραση στην αντοχή του στη διάβρωση και την καταλυτική του απόδοση. Ορισμένα δεδομένα υποδεικνύουν ότι όταν τα πολύτιμα μέταλλα περιέχουν 0,01%~0,001% P, S και Cl, η αντίσταση στη διάβρωση και η διάρκεια ζωής των αεριοστροβίλων θα μειωθούν κατά 25%.
Ο Alexander S. Kozlov πρότεινε επίσης ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη χημική επιμετάλλωση ροδίου. Τα κύρια συστατικά του είναι διαλυτά άλατα μετάλλων, συμπλοκοποιητές και αναγωγικοί παράγοντες. Εάν είναι απαραίτητο, μπορούν επίσης να προστεθούν ρυθμιστές PH και ορισμένα πρόσθετα, όπως σταθεροποιητές και επιφανειοδραστικές ουσίες. Αυτή η σύνθεση δεν περιέχει επιβλαβείς ουσίες ή πτητικά συστατικά, τα οποία μπορούν να αποτρέψουν τη συσσώρευση παραπροϊόντων και έτσι να αποφύγουν τη γήρανση του διαλύματος επιμετάλλωσης. Ταυτόχρονα, το διάλυμα επιμετάλλωσης μπορεί επίσης να εναποθέσει τα μεταλλικά συστατικά με βρασμό των ανεπιθύμητων συστατικών μέσω εξάτμισης.
Το μεταλλικό του άλας είναι το Rh (NH3)3 (ΟΧΙ2)3. Τα κύρια συστατικά μπορούν να ληφθούν με την αντίδραση K3[Rh(NO2)3Cl3] με αμμωνιακό νερό ως εξής: Rh(NH3)3 (ΟΧΙ2)3 (ιόντα μετάλλων), νερό αμμωνίας (συμπλοκοποιητής) και ένυδρη υδραζίνη (αναγωγικός παράγοντας).
Η κύρια αντίδραση της τυπικής χημικής επιμετάλλωσης με ρόδιο έχει ως εξής:
Rh(NH3)3(ΟΧΙ2)3 + 0.75 N2H4·Η2O → Rh + 3,75N2 + 6.75H2O
Πίνακας 5-10 Πειραματικά αποτελέσματα της χημικής επιμετάλλωσης με ρόδιο
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Νο. 1 | Αρ. 2 | Αρ. 3 | Αρ. 4 | Αρ. 5 | Αρ. 6 | Αρ. 7 | Αρ. 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Rh(NH3)3(ΟΧΙ2)3 Νιου Χάμσαϊρ4Ω N2H4·Η2O Υλικό επιμετάλλωσης Προεπεξεργασία Προεπεξεργασία Χρόνος αντίδρασης Πάχος επιμετάλλωσης Κατάσταση επιφάνειας του επιμεταλλωμένου στρώματος Χαρακτηριστικό |
3. 2g/L 50ml/L 1,5 g/L Φύλλο νικελίου Εξάχνωση με γυαλόχαρτο 70℃ 10 λεπτά 0. 2μm Πυκνή και φωτεινή Ανθεκτικό στη διάβρωση |
1g/L 200ml/L 1g/L Inconel φύλλο αλουμινίου Εξάχνωση με γυαλόχαρτο 85℃ 15 λεπτά 0. 4μm Πυκνή και φωτεινή Ανθεκτικό στη διάβρωση |
0,5 g/L 500ml/L 0. 7g/L Ανοξείδωτο χάλυβα Καθαρισμός με ακετόνη 75℃ 30min 0. 2μm Πυκνό Φωτεινό Καταλυτικό |
5g/L 100ml/L 2g/L Mg2Al4Si5O18 Ευαισθητοποιημένη ενεργοποίηση 60℃ 30min 0. 5μm Γκρι στολή Καταλυμένο |
1g/L 100ml/L 2. 5g/L Σκόνη SiC Ευαισθητοποιημένη ενεργοποίηση 70℃ 30min 0. 03μm Λάμψη Καταλυμένο |
1g/L 200ml/L 0. 2g/L Γυάλινη νιφάδα Ενεργοποίηση ευαισθητοποίησης 60℃ 10 λεπτά 0. 1μm Καθρέφτης φωτεινός Καθρέφτης |
3g/L 100ml/L 1,5 g/L Οξείδιο του αργιλίου Ευαισθητοποιημένο ενεργοποιημένο 75℃ 2 ώρες 2. 2μm Όχι ομαλό γκρι Ηλεκτρονικά εξαρτήματα |
7g/L 50ml/L 4. 5g/L Πλάκα Ti Εξάχνωση με γυαλόχαρτο 85℃ 3h 3. 5μm Σφιχτό ημι-φωτεινό Αδρανής άνοδος |
Αυτή η σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορα επιμεταλλωμένα αντικείμενα με την εκτέλεση κατάλληλης προεπεξεργασίας στα επιμεταλλωμένα μέρη.
Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η ζήτηση για ρόδιο θα αυξηθεί ανάλογα. Διαθέτουν μεγάλες δυνατότητες με βάση τα χαρακτηριστικά των στρώσεων επιμετάλλωσης με ρόδιο, είτε πρόκειται για διακοσμητικά αντικείμενα είτε για βιομηχανικές εφαρμογές. Όταν η επιμετάλλωση ροδίου χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές επαφές, το πάχος για αντιθαμβωτικούς σκοπούς είναι κάτω από 0,5μm- για σκοπούς αντίστασης στη φθορά, το πάχος της επιμετάλλωσης είναι μεταξύ 0,2~2μm- για μέρη με αυστηρές απαιτήσεις αντίστασης στη φθορά, το πάχος της επιμετάλλωσης είναι μεταξύ 2,5~25μm. Όταν χρησιμοποιείται ως επιμετάλλωση υποστρώματος για χρυσό σε πλαίσια μολύβδου, μπορεί να εξοικονομήσει την ποσότητα του χρησιμοποιούμενου χρυσού.
