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 ρουθηνίου και πώς μπορεί να βελτιώσει τα προϊόντα σας;
Επιμετάλλωση ρουθηνίου για κοσμήματα: Σκληρός, μαύρος, λευκός οδηγός φινιρίσματος
Εισαγωγή:
Η επιμετάλλωση ρουθηνίου είναι μια διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης που εναποθέτει ένα στρώμα ρουθηνίου, ένα σκληρό, ασημί-λευκό μέταλλο της ομάδας του λευκόχρυσου. Ποια είναι όμως τα βασικά πλεονεκτήματά της; Αυτή η επιμετάλλωση προσφέρει εξαιρετική σκληρότητα (Hv 640), εξαιρετική αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση και εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα. Μπορεί να παράγει τόσο διακοσμητικά λευκά φινιρίσματα όσο και σταθερά μαύρα φινιρίσματα (χρησιμοποιώντας πρόσθετα όπως η θειουρία). Ενώ το στρώμα επιμετάλλωσης μπορεί να έχει υψηλή εσωτερική τάση, υπάρχουν μέθοδοι για τη μείωσή της. Αυτό το άρθρο περιγράφει λεπτομερώς τα διαλύματα επιμετάλλωσης, τις συνθήκες της διαδικασίας και τις ιδιότητες, εξηγώντας γιατί το ρουθήνιο χρησιμοποιείται για κοσμήματα, ρολόγια και ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως επαφές ρελέ.
Πίνακας περιεχομένων
Ενότητα Ι Επισκόπηση
Το ρουθήνιο έχει ατομικό αριθμό 44 στον περιοδικό πίνακα, με το σύμβολο του στοιχείου Ru. Είναι ένα ασημόλευκο μέταλλο, σκληρό και εύθραυστο, που ανακαλύφθηκε από τους J.J. Berzelius και G.W. Osann το 1828. Διαλύεται σε ισχυρά οξέα και αντιδρά αργά με το βασιλικό νερό.
Οι συνήθεις παράμετροι του ρουθηνίου παρουσιάζονται στον πίνακα 7-1.
Πίνακας 7-1 Κοινές παράμετροι του ρουθηνίου
| Χαρακτηριστικές παράμετροι | Χαρακτηριστική τιμή |
|---|---|
|
Όνομα στοιχείου, σύμβολο στοιχείου, ατομικός αριθμός Ταξινόμηση Ομάδα, Περίοδος Πυκνότητα, σκληρότητα Χρώμα Σχετική ατομική μάζα Ατομική ακτίνα Σύνθετη αξία Τιμή οξείδωσης Κρυσταλλική δομή σημείο τήξης Σημείο βρασμού Θερμότητα εξάτμισης Θερμότητα διάλυσης Ειδική θερμοχωρητικότητα Αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα |
Ρουθήνιο、Ru、44 Μέταλλο μετάπτωσης 8(Ⅷ)、5 12370kg/m3、6. 5 Ασημί-λευκό 101.07 130μμ 126μμ 2、3、4、6、8 Εξαγωνική δομή ακριβείας 2607K (2334℃) 4423K (4150℃) 595kJ/mol 24kJ/mol 234J/(kg - K) 13. 7X106μ •Ω 117W/(m - K) |
Το ρουθήνιο χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικούς χημικούς καταλύτες, ηλεκτρονικά εξαρτήματα, οδοντιατρικά κράματα, διακοσμητικά αντικείμενα, χαρτικά, φαρμακευτικά προϊόντα κ.λπ. Μετά την προσθήκη αλκαλικών μετάλλων, τα κράματα ρουθηνίου είναι ιδιαίτερα δραστικοί καταλύτες για τη σύνθεση αμμωνίας. Για την πρόληψη της υπερθέρμανσης του πλανήτη και τον έλεγχο των εκπομπών καυσαερίων των αυτοκινήτων, διάφορες χώρες σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν συνεχώς διάφορες κυψέλες καυσίμου. Για παράδειγμα, τα κράματα ρουθηνίου 30%~50% που προστίθενται σε μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες για τη μεθανόλη κυψέλες καυσίμου. Στις ηλιακές κυψέλες ευαισθητοποιημένες με χρωστική σειρά μη πυριτίου, η χρήση συμπλόκων ρουθηνίου ως στρώμα χρωστικής έχει βελτιώσει την απόδοση μετατροπής, προσελκύοντας έτσι μεγάλη προσοχή. Επί του παρόντος, οι εφαρμογές του ρουθηνίου αναπτύσσονται σε πολλούς τομείς και πτυχές, αν και η ετήσια χρήση του εξακολουθεί να είναι μικρότερη από εκείνη της πλατίνας και του χρυσού.
Τα χαρακτηριστικά του μεταλλικού ρουθηνίου και οι συγκρίσεις με το ρόδιο και το παλλάδιο της ίδιας ομάδας λευκόχρυσου παρουσιάζονται στον πίνακα 7-2.
Πίνακας 7-2 Χαρακτηριστικά των μετάλλων ρουθήνιο, ρόδιο και παλλάδιο
| Σκηνικά θέατρου | Μεταλλικός τύπος | ||
|---|---|---|---|
| Ru | Rh | Pd | |
|
Ατομικός αριθμός Σχετική ατομική μάζα Κρυσταλλική δομή Πυκνότητα (20℃)/(g/cm3) Σημείο τήξης (20℃)/°C Σημείο βρασμού/°C Σκληρότητα (μετά την ανόπτηση)/Hv Ειδική αντίσταση (20℃)/μΩ-cm Δυναμικό οξειδοαναγωγής/mV |
44 101.07 Πυκνότερος τετραγωνικός κρύσταλλος πόρων 12. 45 2310 4052 240 6. 71 0. 68 |
45 102. 91 Κυβικός κρύσταλλος με επίκεντρο το πρόσωπο 12.41 1960 3687 100 4. 33 0. 78 |
46 106. 4 Κυβικός κρύσταλλος με επίκεντρο το πρόσωπο 12. 02 1552 2870 40 9. 93 0. 92 |
Από τον πίνακα φαίνεται ότι το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού της καρφίτσας είναι υψηλότερα από εκείνα του ροδίου και του παλλαδίου, με μεγαλύτερη αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στο τόξο- η ειδική ηλεκτρική αντίσταση είναι χαμηλότερη από εκείνη του παλλαδίου- η σκληρότητα μετά την ανόπτηση είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη του ροδίου και του παλλαδίου. Όσον αφορά τις ηλεκτροχημικές ιδιότητες, το τυπικό δυναμικό οξείδωσης του πείρου (0,68) είναι χαμηλότερο από εκείνο του ροδίου. (0,78) και του παλλαδίου (0,92)- το δυναμικό ηλεκτροδίου της καρφίτσας σε όξινο μέσο είναι περίπου (πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου) και σε αλκαλικό μέσο, είναι 0,4V (pH 12, πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου).
Μεταξύ των μετάλλων της ομάδας του λευκόχρυσου, η χλωριωμένη υπέρταση των οξειδίων του ροδίου και του ρουθηνίου (RuO2) είναι πολύ χαμηλή, παρουσιάζοντας εξαιρετική καταλυτική απόδοση και καλή αντοχή στη διάβρωση.
Τμήμα II Ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση ροδίου
Παρόλο που το Ru έχει ανώτερες φυσικές και χημικές ιδιότητες, η επιμετάλλωση ρουθηνίου δεν έχει εφαρμοστεί ευρέως. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι οι ενώσεις Ru δεν είναι αρκετά σταθερές, η απόδοση του ρεύματος είναι χαμηλή και η εσωτερική τάση του στρώματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου είναι επίσης σχετικά υψηλή.
Αργότερα, μετά από πολλές έρευνες, προέκυψαν επίσης πολλές πατέντες. Ο Reid και άλλοι διεξήγαγαν λεπτομερή σύγκριση διαφόρων διαλυμάτων επιμετάλλωσης. Το Ru ανήκει στην ομάδα της ελαφριάς πλατίνας και έχει ιδιαίτερες ιδιότητες. Στον Πίνακα 7-2 συγκρίνονται τρία ελαφρά μέταλλα λευκόχρυσου (Σημείωση: τα βαριά μέταλλα λευκόχρυσου είναι τα Os, Ir, Pt). Στην επιμετάλλωση ρουθηνίου επικρατούν τα νιτροχλωριούχα άλατα του ρουθηνίου και οι τύποι των ελεύθερων οξέων ποικίλλουν. Η Conn θεωρεί καλύτερο το διάλυμα επιμετάλλωσης με σουλφονικό οξύ του πίνακα 7-3.
Πίνακας 7-3 Σύνθεση και συνθήκες του διαλύματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Σύνθεση και συγκέντρωση των συστατικών | |||
|---|---|---|---|---|
| Διάλυμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου με χλωριούχο νιτροσύλιο | Διάλυμα επιμετάλλωσης τετραχλωροϋδρικού ρουθηνικού καλίου | Θειικό ρουθήνιο: λευκή επιμετάλλωση ρουθηνίου | Διάλυμα θειικού ρουθηνίου: επιμετάλλωση μαύρου ρουθηνίου | |
|
Χλωριούχο νιτροζορουθένιο/(g/L) Συγκέντρωση ρουθηνίου/(g/L) Τετραχλωροϋδρικό ρουθηνικό κάλιο/(g/L) Συγκέντρωση ρουθηνίου/(g/L) Φωσφορικό διυδρογόνο κάλιο/(g/L) Θειικό ρουθήνιο/(g/L) Συγκέντρωση ρουθηνίου/(g/L) Σουλφαμικό οξύ/(g/L) Φωσφορικό οξύ/(mL/L) Σουλφίδιο/(g/L) pH Θερμοκρασία/°C Πυκνότητα ρεύματος/(A/dm2) |
10 3. 5〜4. 5 - - - - - 10〜20 - - - 50〜65 0. 5〜1. 5
|
- - 32. 5 10〜20 110 - - - 50 - 1. 7 70 1 |
- - - - - 4. 8〜12 3. 2〜5 100 - - 1. 2 65〜75 4〜6 |
- - - - - 4. 8〜12 2〜5 100 - 1 - 60〜75 3〜7 |
1. Προδιαγραφές διαδικασίας επιμετάλλωσης μετάλλων ρουθηνίου
Η προσθήκη αμινομεθανοσουλφονικού οξέος και άλλων σε ανόργανα άλατα, όπως το θειικό ρουθήνιο και το χλωριούχο ρουθήνιο, σχηματίζει πολύ σταθερά πολύπλοκα άλατα με τα άλατα αυτά, κατάλληλα για διαλύματα επιμετάλλωσης, που χρησιμοποιούνται βιομηχανικά για επιμετάλλωση και διακοσμητική επιμετάλλωση λειτουργικών ηλεκτρονικών προϊόντων, όπως μαγνητικοί συρμάτινοι διακόπτες, ρελέ και σύνδεσμοι.
Ο κύριος λόγος για την αστάθεια του συνήθους διαλύματος επιμετάλλωσης κασσίτερου είναι ότι τα ιόντα ρουθηνίου είναι ασταθή και διασπώνται εύκολα στο διάλυμα επιμετάλλωσης, παράγοντας λεπτά, κονιοειδή αιωρήματα ή ιζήματα. Αυτά τα συναποθέσεις προκαλούν τραχύτητα της επιφάνειας του στρώματος επιμετάλλωσης και δεν ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις ομαλότητας των επαφών των ηλεκτρονικών προϊόντων- ταυτόχρονα, τα ιόντα ρουθηνίου στο διάλυμα επιμετάλλωσης μπορούν επίσης να σχηματίσουν ιζήματα οξειδίου ή υδροξειδίου στην άνοδο- κατά τη συνεχή λειτουργία, αυτό οδηγεί σε χαμηλό ρυθμό εναπόθεσης. Ορισμένες πατέντες παρέχουν τεχνολογία επιμετάλλωσης που επιτυγχάνει ταχεία εναπόθεση, ανάπτυξη χρώματος με προγραμματιστές χρώματος, προστασία από την οξείδωση της ανόδου με θυσιαζόμενους παράγοντες ανόδου και σταθερότητα του διαλύματος επιμετάλλωσης με την προσθήκη αντιδραστηρίων που αυξάνουν το ρυθμό εναπόθεσης σε ένα σταθερό διάλυμα επιμετάλλωσης αλάτων συμπλόκων αμινομεθανοσουλφονικού οξέος.
Η επιμετάλλωση κασσίτερου μπορεί να χωριστεί σε λευκή επιμετάλλωση κασσίτερου και μαύρη επιμετάλλωση ρουθηνίου ανάλογα με τον χρωματικό τόνο του στρώματος επιμετάλλωσης.
(1) Ηλεκτρολυτική επίστρωση λευκού ρουθηνίου
Οι παράμετροι του λευκού διαλύματος επιμετάλλωσης παρουσιάζονται στους πίνακες 7-4 και 7-5.
Πίνακας 7-4 Γενικές παράμετροι για την επιμετάλλωση λευκού ρουθηνίου με θειικό διάλυμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Τιμή ελέγχου | Περιγραφή |
|---|---|---|
| Θειικό ρουθήνιο/(g/L) | 1〜25 | Βέλτιστη τιμή: 2~10g/L |
| Σουλφαμικό οξύ/(g/L) | 5〜100 |
Σταθεροποιητής και συγκέντρωση: θειικό οξύ ή θειικό άλας 60~200g/L, θειικό οξύ ή θειικό άλας 20~60g/L |
| Αλογονωμένα στοιχεία ή αλογονίδια ανιόντων | Πάνω από 100mL/L |
Προαγωγός ταχύτητας εναπόθεσης: Αλογονίδιο αμμωνίου, αλογονίδιο μετάλλων, αλογονίδιο αλκαλικών μετάλλων κ.λπ. 100mL/L~10g/L- ή αλογόνο (ένα από τα F, Cl, Br, I) που μπορεί να παράγει το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να προστεθεί απευθείας στο διάλυμα επιμετάλλωσης, έτσι ώστε να αντιδράσει με τα συστατικά του διαλύματος επιμετάλλωσης σχηματίζοντας ανιόντα. |
| pH | 0. 5〜2 | |
| Θερμοκρασία/°C | <70 | |
| Πυκνότητα ρεύματος/(A/dm2) | 2〜10 |
Πίνακας 7-5 Παραδείγματα εφαρμογών επιμετάλλωσης λευκού ρουθηνίου
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Νο. 1 | Αρ. 2 | Αρ. 3 | Αρ. 4 |
|---|---|---|---|---|
| Σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης | Αφού διαλύσετε συγκέντρωση ρουθηνίου 5g/L (ως θειικό ρουθήνιο) σε καθαρό νερό, προσθέστε θειικό αμμώνιο 100g/L, ιόν χλωρίου 1,0g/L (ως χλωριούχο αμμώνιο) και ρυθμίστε το pH=1,3 με θειικό οξύ. | Αντικαταστήστε το χλωριούχο αμμώνιο με βρωμιούχο αμμώνιο, όλες οι άλλες συνθήκες είναι οι ίδιες με το Νο.1 για επιμετάλλωση. | Αντικαταστήστε το χλωριούχο αμμώνιο με ιωδιούχο αμμώνιο, όλες οι άλλες συνθήκες είναι οι ίδιες με το Νο.1 για επιμετάλλωση. | Επιμετάλλωση χωρίς χλωριούχο αμμώνιο, όλες οι άλλες συνθήκες είναι οι ίδιες με το Νο.1. |
| Συνθήκες λειτουργίας |
Άνοδος: λευκός χρυσός- κάθοδος: επιχρυσωμένος ορείχαλκος. Θερμοκρασία: 70 ℃; Πυκνότητα ρεύματος: 5A/dm2; Χρόνος:50min |
|||
| Ρυθμός εναπόθεσης/(μm/min) | 0. 0472 | 0. 0440 | 0.0508 | 0. 0315 |
| Πάχος στρώματος επιμετάλλωσης/μm | 2.36 | 2.20 | 2.54 | 1.58 |
(2) Ηλεκτρόλυση μαύρου ρουθηνίου
Το μαύρο διάλυμα επιμετάλλωσης είναι εύκολο στη διαχείριση, με καλή πρόσφυση μεταξύ του στρώματος επιμετάλλωσης και του φωτεινού υποστρώματος και καλή αντοχή στη διάβρωση και τη φθορά. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιμετάλλωσης, το θυσιαζόμενο οξειδωτικό θειικό αμμώνιο (υδροξυ) καταστέλλει τις αντιδράσεις ανοδικής οξείδωσης και αποσύνθεσης των θειολικών ενώσεων του υπεύθυνου ανάπτυξης χρώματος, εξασφαλίζοντας την ισχυρή μαυρίλα και τη σταθερότητα του στρώματος επιμετάλλωσης. Οι πίνακες 7-6 και 7-7 παρουσιάζουν ορισμένες παραμέτρους του διαλύματος μαύρης επιμετάλλωσης.
Πίνακας 7-6 Ορισμένες παράμετροι επιμετάλλωσης μαύρου ρουθηνίου σε διάλυμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου με θειικό οξύ
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Τιμή ελέγχου | Επεξήγηση |
|---|---|---|
| Συγκέντρωση ρουθηνίου/(g/L) | 1-10 | Χρησιμοποιείται με τη μορφή θειικού ρουθηνίου |
| Θειικό αμμώνιο/(g/L) | 5〜150 | Σταθεροποιητής, αναστέλλει την ανοδική οξείδωση και ενισχύει την καθοδική αναγωγή των ιόντων ρουθηνίου. |
| Θειουρία/(g/L) | 1.0〜5.0 |
Χρωστική ουσία: Θειουρία, παράγωγα θειουρίας, ενώσεις θειουρίας, μερκαπτάνες, διβουτυρικό οξύ, θειοκυανικό αμμώνιο κ.λπ. Η θειουρία είναι ο καταλληλότερος χρωστικός παράγοντας λαμβάνοντας υπόψη τη σταθερότητα και την τιμή του φαρμάκου. |
| Θειικό αμμώνιο (συνδυασμένο) υδροξύλιο (βάση)/(g/L) | 1〜100 |
Θυσιαζόμενο οξειδωτικό μέσο: ένα από τα ακόλουθα: θειικό αμμώνιο, φορμαλδεΰδη, βιταμίνη C κ.λπ. Μεταξύ αυτών, το θειικό αμμώνιο (συνδυασμένο) υδροξύλιο (βάση) είναι το πιο αποτελεσματικό και τα οξείδια δεν επηρεάζουν το στρώμα επιμετάλλωσης. |
| pH | <2 | |
| Θερμοκρασία/°C | Πάνω από 40 | |
| Πυκνότητα ρεύματος/(A/dm2) | 5〜15 |
Πίνακας 7-7 Παραδείγματα εφαρμογών της επιμετάλλωσης μαύρου ρουθηνίου
| Σύνθεση και συνθήκες διεργασίας | Νο. 1 | Αρ. 2 | Αρ. 3 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Σύνθεση διαλύματος επιμετάλλωσης |
Συγκέντρωση ρουθηνίου 3g/L (ως θειικό ρουθήνιο) Σουλφαμικό οξύ 100g/L Θειουρία 1,5g/L Θειικό υδροξυλαμμώνιο 10g/L |
Συγκέντρωση ρουθηνίου 3g/L (ως θειικό ρουθήνιο), Σουλφαμικό οξύ 100g/L Θειουρία 1,5g/L Θειικό αμμώνιο υδροξυλίου 50g/L |
Συγκέντρωση ρουθηνίου 3g/L (ως θειικό ρουθήνιο). Σουλφαμικό οξύ 100g/L Θειουρία 1,5g/L |
||
| Συνθήκες λειτουργίας |
Άνοδος: Πλατίνα Κάθοδος: επιχρυσωμένη πλάκα νικελίου με βούρτσα Θερμοκρασία: 50℃ Πυκνότητα ρεύματος καθόδου: 5A/dm2 pH=0,1 Χρόνος:30min |
Άνοδος: Πλατίνα Κάθοδος: επιχρυσωμένη νικελιωμένη πλάκα Brush Θερμοκρασία: 50℃ Πυκνότητα ρεύματος καθόδου: 5A/dm2 pH=0,1 Χρόνος:30min |
Άνοδος: Πλατίνα Κάθοδος: επιχρυσωμένη νικελιωμένη πλάκα Brush Θερμοκρασία: 50℃ Πυκνότητα ρεύματος καθόδου: 5A/dm2 pH=0,1 Χρόνος:30min
|
||
| Υλικό επιμετάλλωσης | Επιμετάλλωση χρυσού με βούρτσα/επιμετάλλωση υγρού νικελίου σε ώρα ισχύος/επιμετάλλωση ορείχαλκου | ||||
| Κλείστε το | Ενεργοποίηση | 5A ・ h/L | Μαύρο | Μαύρο | Ανοιχτό μαύρο γκρι |
| 10A - h/L | Μαύρο | Μαύρο, Συμπληρωματικό υδροξυλοθειικό αμμώνιο 5g/L | Ανοιχτό μαύρο γκρι, συμπλήρωμα θειουρίας 1,5g/L | ||
| 15A ・ h/L | Μαύρο | Μαύρο, Συμπληρωματικό υδροξυλοθειικό αμμώνιο 5g/L | Ανοιχτό μαύρο γκρι, συμπλήρωμα θειουρίας 1,5g/L | ||
| 20A ・ h/L | Μαύρο | Μαύρο, Συμπληρωματικό υδροξυλοθειικό αμμώνιο 5g/L | Ανοιχτό μαύρο γκρι, συμπλήρωμα θειουρίας 1,5g/L | ||
| 25A ・ h/L | Μαύρο | Μαύρο, Συμπληρωματικό υδροξυλοθειικό αμμώνιο 5g/L | Δεν υπάρχει φωτεινό γκρι-καφέ χρώμα, θολό διάλυμα επιμετάλλωσης, συμπλήρωμα θειουρίας 3g/L. | ||
| 30A ・ h/L | Μαύρο | Μαύρο, Συμπληρωματικό υδροξυλοθειικό αμμώνιο 5g/L | Δεν υπάρχει φωτεινό γκρι-καφέ χρώμα, θολό διάλυμα επιμετάλλωσης, συμπλήρωμα θειουρίας 3g/L. | ||
2. Χαρακτηριστικά του διαλύματος επιμετάλλωσης
Σχήμα 7-2 Δυναμικό ρεύματος υδατικών διαλυμάτων θειικού ρουθηνίου και υδατικών διαλυμάτων σουλφαμικού οξέος που προστίθεται στο θειικό ρουθήνιο.
Καμπύλη 1 - υδατικό διάλυμα θειικού ρουθηνίου- 2 - υδατικό διάλυμα θειικού ρουθηνίου με προσθήκη σουλφαμικού οξέος
3. Εφαρμογές στρώσεων επιμετάλλωσης ρουθηνίου
Πίνακας 7-7 Η προσθήκη αμινομεθανοσουλφονικού οξέος σε διάλυμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου με θειικό οξύ μπορεί να παράγει ένα λευκό στρώμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου με μεταλλικό τόνο, κατάλληλο για μαγνητικούς συρμάτινους διακόπτες, επαφές ρελέ και ανόδους για την παραγωγή ηλεκτρολυτικού άλατος. Μετά την προσθήκη πρόσθετων, μπορεί να ληφθεί ένα σταθερό μαύρο στρώμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διακοσμητική επιμετάλλωση σε γυαλιά, ρολόγια, καρφίτσες, περιδέραια, σκουλαρίκια, καρφίτσες για κολάρα κ.λπ. και μπορεί να αντικαταστήσει το μαύρο χρώμιο για να βελτιώσει την προστιθέμενη αξία των διακοσμητικών αντικειμένων. Λόγω της προστασίας του περιβάλλοντος, η χρήση του χρωμίου έχει μειωθεί σταδιακά τα τελευταία χρόνια και η χρήση των μαύρων επιστρώσεων ρουθηνίου αυξάνεται συνεχώς.
Το ρόδιο και άλλες επιστρώσεις μετάλλων της ομάδας του λευκόχρυσου είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποκολληθούν από την επίστρωση του υποστρώματος. Ωστόσο, τα στρώματα επιμετάλλωσης ρουθηνίου αποκολλώνται εύκολα κατά την αντίστροφη ηλεκτρόλυση σε αλκαλικά διαλύματα απογύμνωσης.
4. Μέθοδοι αξιολόγησης των ιδιοτήτων των στρώσεων επιμετάλλωσης ρουθηνίου
Πίνακας 7-8 Αξιολόγηση χαρακτηριστικών του στρώματος επιμετάλλωσης λευκού ρουθηνίου
| Σκηνικά θέατρου | Ru | Rh | Pd |
|---|---|---|---|
|
Σκληρότητα Hv Αντοχή στην τριβή (ποσό φθοράς) / mg Αντίσταση επαφής (μετά την επιμετάλλωση)/mΩ Αντίσταση επαφής (μετά από SO2 διάβρωση αερίου)/ma Αντοχή στη θερμότητα (300 ℃, 30min) Συγκολλησιμότητα (χρόνος διέλευσης μηδέν)/s Εσωτερική τάση επιμετάλλωσης/(kgf/mm)2) H2 content/x10-6 |
640 0. 2 7. 4 8.8 O 6. 2 85,Τάση 1590 |
830 0. 1 7. 4 8.8 O 5. 6 31,Τάση 130
|
280 3. 6 4. 1 4. 4 △ 4 81,Τάση 220
|
Τα στοιχεία αξιολόγησης έχουν ως εξής.
Μικροσκληρότητα: μετρήθηκε με τη χρήση μικροσκληρομετρητή (Teraoka τύπου M-2), με δύναμη 5gf, διάρκεια 30 s, χρησιμοποιώντας σκληρότητα Vickers.
Αντοχή στην τριβή: Μέτρηση και αξιολόγηση σύμφωνα με το JIS H 8503 "Μέθοδοι μέτρησης στρώσεων επιμετάλλωσης πολύτιμων μετάλλων". Για τη δοκιμή αντοχής στην τριβή χρησιμοποιείται δοκιμαστής τριβής με δύναμη 500 gf, επιφάνεια επαφής 3,75 cm.2, και 1500# γυαλόχαρτο νερού που τρίβεται μπρος-πίσω 200 φορές. Η αξιολόγηση βασίζεται στη μείωση της μάζας τριβής.
Αντίσταση επαφής: Η αντίσταση επαφής μετρήθηκε με μετρητή αντίστασης επαφής (MS880 του KS Parts Research Institute) με δύναμη 0,1 έως 100gf, ρεύμα μέτρησης 1mA, απόσταση ολίσθησης 0 mm και αισθητήρα K625R. Η δοκιμή έκθεσης διεξήχθη με τον ίδιο τρόπο μετά την έκθεση σε SO2 αέριο στους 40°C, υγρασία 80% και κλάσμα όγκου 10-5 για 24 ώρες, και στη συνέχεια μετρήθηκε η αντίσταση επαφής όπως περιγράφεται ανωτέρω.
Αντοχή στη θερμότητα: ℃ για 30 λεπτά. Μετά τη θέρμανση, το επιμεταλλωμένο στρώμα επιθεωρείται οπτικά.
Συγκολλησιμότητα: Solder-Checker. Η κόλληση είναι κράμα μολύβδου-τσινιού και η ροή είναι μεθανόλη κολοφώνων. Οι συνθήκες δοκιμής είναι 230℃, βάθος εμβάπτισης 6 mm, δύναμη 5gf, χρόνος 5 s, ταχύτητα 16mm/s. Η αξιολόγηση του μηδενικού χρόνου διασταύρωσης πραγματοποιείται σύμφωνα με τη μέθοδο δοκιμής μηνίσκου.
Εσωτερική τάση: Η εσωτερική τάση των ηλεκτροαποθέσεων μετρήθηκε με τη χρήση ενός μετρητή τάσης με τη μέθοδο ολίσθησης με σπειροειδές σύρμα και με την επιμετάλλωση ενός στρώματος 2μm σε κάθε πρότυπη συνθήκη επιμετάλλωσης.
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Κατασκευαστής προσαρμοσμένων κοσμημάτων, εργοστάσιο κοσμημάτων OEM και ODM
5. Μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του στρώματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου
Από τον Πίνακα 7-3, φαίνεται ότι η σκληρότητα Vickers του στρώματος επιμετάλλωσης είναι 640, η οποία είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη του στρώματος επιμετάλλωσης παλλαδίου, ελαφρώς χαμηλότερη από εκείνη του ροδίου (830 Hv) και τριπλάσια από εκείνη της επιμετάλλωσης ανόπτησης μετάλλων του Πίνακα 7-2.
Η αντοχή στη φθορά της επιμετάλλωσης ρουθηνίου είναι συγκρίσιμη με εκείνη της επιμετάλλωσης ροδίου που χρησιμοποιείται σε μαγνητικούς συρμάτινους διακόπτες, ρελέ, συρόμενους διακόπτες και άλλες εφαρμογές ανθεκτικές στη φθορά. Είναι μάλιστα ανώτερη από τη γενική επιμετάλλωση με ρόδιο, καθιστώντας την πιο κατάλληλη για ηλεκτρονικά εξαρτήματα με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά και διακοσμητικά μέρη.
Η αντίσταση επαφής στην επιφάνεια της επιμετάλλωσης ρουθηνίου ήταν 7,4mΩ, η οποία ήταν ελαφρώς υψηλότερη από εκείνη του παλλαδίου 4,1mΩ. Η επιμετάλλωση του άκρου του αισθητήρα ήταν παρόμοια με την επιμετάλλωση ρουθινίου. Η αντίσταση επαφής μεταβλήθηκε ελαφρώς μετά την έκθεση σε SO2 αέριο με κλάσμα όγκου 10-5 Ωστόσο, παρόμοια με την επιμετάλλωση των ανιχνευτών επαφής με ρόδιο, η αντίσταση επαφής ήταν πολύ σταθερή.
Όσον αφορά την αντοχή στη θερμότητα, το ρουθήνιο έχει εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα. Μετά τη θέρμανση σε ατμόσφαιρα 300 ℃, ο αποχρωματισμός της επιφανειακής οξείδωσης του στρώματος επιμετάλλωσης δείχνει ότι το παλλάδιο και το ρόδιο παρουσιάζουν ελαφρύ αποχρωματισμό, ενώ το ρουθήνιο δεν παρουσιάζει αποχρωματισμό. Το παλλάδιο σχηματίζει οξείδια στους 300~350℃, ενώ οι βιβλιογραφικές καταγραφές δείχνουν ότι το ρόδιο και το ρουθήνιο παραμένουν σταθερά κάτω από τους 700℃.
Χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα επιμετάλλωσης κράματος κασσίτερου-μολύβδου, η συγκολλησιμότητα αξιολογείται με τη μέθοδο του χρόνου μηδενικής διασταύρωσης της δοκιμής μηνίσκου. Σε σύγκριση με την ταχύτητα διαβροχής της επιμετάλλωσης χρυσού με χρόνο μηδενικής διέλευσης 1 δευτερόλεπτο, τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου είναι περίπου 4~6 δευτερόλεπτα πιο αργά. Σε σύγκριση με το παλλάδιο, το οποίο είναι το ταχύτερο με 4 δευτερόλεπτα, το ρουθήνιο είναι 6 δευτερόλεπτα. Επομένως, πρέπει να επιλέγονται οι κατάλληλες ροές και συνθήκες συγκόλλησης κατά την συγκόλληση σε επιμετάλλωση ρουθηνίου.
Οι τάσεις εναπόθεσης των στρώσεων επιμετάλλωσης των ακίδων, του ροδίου και του παλλαδίου είναι όλες εφελκυστικές τάσεις. Μεταξύ αυτών, το στρώμα επιμετάλλωσης των καρφιτσών και του παλλαδίου είναι παρόμοιο, με υψηλή εφελκυστική τάση, η οποία είναι μία από τις αιτίες σχηματισμού ρωγμών.
Η ποσότητα απορρόφησης υδρογόνου στο στρώμα επιμετάλλωσης μετά από καρφίτσες επιμετάλλωσης, σε σύγκριση με το παλλάδιο 220X10-6, το ρόδιο είναι 130X10-6και του ρουθηνίου 1590X10-6, είναι αρκετά μεγάλη. Πολλές βιβλιογραφίες καταγράφουν ότι το παλλάδιο χρησιμοποιείται ευρέως ως υλικό απορρόφησης υδρογόνου, οπότε οι καρφίτσες αναμένεται να γίνουν ένα νέο υλικό που θα αντικαταστήσει το παλλάδιο.
6. Σύνθεση, δομή και διαμόρφωση του στρώματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου
Το O και το S δεν είναι παρόντα μόνο στην ίδια την επιφάνεια του στρώματος επιμετάλλωσης, αλλά κατανέμονται και στο εσωτερικό του στρώματος επιμετάλλωσης. Στο διάλυμα επιμετάλλωσης μαύρου ρουθηνίου προστέθηκαν σουλφίδια και η συναπόθεση θείου συνέβη λόγω της αποσύνθεσης αυτής της ένωσης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7-3(α), ίχνη θείου ανιχνεύθηκαν επίσης στο λευκό ρουθήνιο, το οποίο μπορεί να υποτεθεί ότι συν-αποτέθηκε με το ρουθήνιο μετά τη διάσπαση του σύνθετου σουλφαμικού οξέος. Από αυτό μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η πηγή του S στο μαύρο στρώμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου είναι το σουλφίδιο και το αμινομεθανοσουλφονικό οξύ κατά τη διάρκεια της μαυρίσματος.
Για την καλύτερη κατανόηση των ιοντικών καταστάσεων στο στρώμα επιμετάλλωσης μαύρου ρουθηνίου, χρησιμοποιήθηκε XPS (φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ) για την ανίχνευση των κορυφών S 1s στο λευκό στρώμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου και στο μαύρο στρώμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου. Το S 1s δεν ανιχνεύθηκε στο λευκό ρουθήνιο αλλά στο μαύρο ρουθήνιο, κυρίως επειδή στο διάλυμα επιμετάλλωσης μαύρου ρουθηνίου προστέθηκαν σουλφίδια. Με βάση το σχετικό συντελεστή ευαισθησίας και την περιοχή κορυφής, η περιεκτικότητα σε θείο υπολογίστηκε ότι ήταν περίπου 10% (ατομική αναλογία). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7-5, η κορυφή S 1s του μαύρου στρώματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου έχει δύο κορυφές στα 162 eV και 164 eV περίπου, που αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικές καταστάσεις δεσμού θείου.
Τμήμα III Προσπάθειες βελτίωσης του στρώματος επιμετάλλωσης ρουθηνίου
Στον τύπο,
σ- εσωτερική τάση του στρώματος επιμετάλλωσης, N/mm2;
t- Πάχος επικάλυψης, mm,
E- Μέτρο ελαστικότητας της ταινίας δοκιμής, N/mm2;
d- Μήκος της ταινίας δοκιμής, mm,
x- Αλλαγή μήκους, mm,
L- Μήκος φλούδας δείγματος, mm.
Προετοιμασία των κύριων συστατικών του διαλύματος επιμετάλλωσης (προετοιμασία διαλύματος Ru 50g/L): Πάρτε 200 g αμινοσουλφονικού οξέος, προσθέστε το σε συσκευή παλινδρόμησης που περιέχει 400 mL απιονισμένου νερού (η συσκευή παλινδρόμησης τοποθετείται σε λουτρό σταθερής θερμοκρασίας), στη συνέχεια προσθέστε 120 mL αμμωνιακού νερού και θερμάνετε στους 50℃. Προστίθενται 50 g Ru (που προστίθεται ως ένυδρο χλωριούχο ρουθήνιο), βράζεται το διάλυμα για 4 ώρες και, στη συνέχεια, διηθείται με φίλτρο 1μm. Τέλος, το λαμβανόμενο διάλυμα αραιώνεται ώστε να γίνει 1 L, με αποτέλεσμα να προκύπτει διάλυμα που περιέχει Ru. Όταν χρησιμοποιείται, αραιώνεται 10 φορές (δηλαδή Ru 5g/L, ) για χρήση σε πειράματα.
Νο.1: Προσθέστε 2g/L σουλφονικού προπανίου πυριδινίου στο διάλυμα που παρασκευάστηκε παραπάνω.
Όχι.2: Προσθέστε 2g/L υδροξυπροπανοσουλφονικού πυριδινίου στο διάλυμα που παρασκευάστηκε παραπάνω.
Η παρασκευή του διαλύματος επιμετάλλωσης αριθ. 3 έχει ως εξής: παίρνετε 150g αμινοσουλφονικού οξέος, προσθέτετε 400mL απιονισμένου νερού και 25g Ru (που προστίθεται με τη μορφή ένυδρου χλωριούχου ρουθηνίου) σε μια συσκευή επαναρροής (η συσκευή επαναρροής τοποθετείται σε υγρό λουτρό σταθερής θερμοκρασίας) και θερμαίνετε για να βράσει για 4 ώρες, στη συνέχεια φιλτράρετε με φίλτρο 1μm. Τέλος, το λαμβανόμενο διάλυμα αραιώνεται για να γίνει διάλυμα 500mL, με αποτέλεσμα να προκύπτει διάλυμα που περιέχει 50g/L Ru. Κατά τη χρήση, αραιώνεται 10 φορές (δηλ. Ru 5g/L) για χρήση.
Τα αποτελέσματα των δοκιμών Νο 1 έως Νο 3 παρουσιάζονται στον πίνακα 7-9.
Πίνακας 7-9 Αποτελέσματα σύγκρισης των τάσεων στο ηλεκτρολυτικό ρουθήνιο
| Σύνθεση και οι συνθήκες επεξεργασίας της | Νο. 1 | Αρ. 2 | Αρ. 3 |
|---|---|---|---|
|
Συγκέντρωση ρουθηνίου/(g/L) pH Θερμοκρασία/°C Πυκνότητα ρεύματος/(A/dm2) Τρέχουσα απόδοση/% Πάχος επιμετάλλωσης/μm Εσωτερική τάση/(N/mm)2) |
5 1. 5 ~ 1. 7 70 1. 68 1. 0 250 |
5 1.5 ~ 1.7 70 1 69 1. 0 252 |
5 1. 5 ~ 1. 7 70 1 70 1. 0 489 |
Από τον πίνακα φαίνεται ότι η εσωτερική τάση των αριθ. 1 και 2, που περιέχουν ανακουφιστικά των τάσεων, μειώνεται σημαντικά, υποδεικνύοντας ότι η πυριδίνη και τα Ν-αλκυλοπυριδινιούχα άλατα έχουν πράγματι το αποτέλεσμα της μείωσης της εσωτερικής τάσης του στρώματος επιμετάλλωσης ροδίου.
Επιπλέον, υπάρχουν αναφορές για την εμφύσηση αέρα στο διάλυμα επιμετάλλωσης για να αυξηθούν τα στρώματα επιμετάλλωσης χωρίς ρωγμές. Η διαδικασία παρασκευής του εν λόγω διαλύματος επιμετάλλωσης συνίσταται στην προσθήκη 160 g αμιδοσουλφονικού οξέος σε 83 g διαλύματος χλωριούχου ρουθηνίου. Βράζετε για 3 ώρες, ψύχετε σε θερμοκρασία δωματίου και ψύχετε στους 5℃ για να λάβετε 56 g ένωσης που περιέχει ρουθήνιο. Διαλύστε 36,5 g του συμπλόκου σε 1 L νερού και ρυθμίστε το pH σε 9,0 με αμμωνιακό νερό, λαμβάνοντας 24 g της αζωτοϋδροξειδικής ένωσης του ρουθηνίου. Διαλύονται αυτά τα 24 g ένωσης σε 300 ml καθαρού νερού, προστίθενται 15 ml θειικού οξέος 98%, βράζονται για 1 ώρα και ψύχονται σε θερμοκρασία δωματίου.
Πίνακας 7-10 Επίδραση του φυσήματος αέρα στο πάχος επιμετάλλωσης χωρίς ρωγμές του διαλύματος επιμετάλλωσης
| Σειριακός αριθμός | Όγκος αέρα φυσήματος/(ml/L) | Ταχύτητα επιμετάλλωσης/(μm/min) | Πάχος επιμετάλλωσης χωρίς ρωγμές/μm |
|---|---|---|---|
|
1 2 3 4 5 |
0 100 200 500 1000 |
0. 100 0. 100 0. 098 0. 097 0. 095 |
5.2 7. 6 7.5 7. 3 7.2 |
Τμήμα IV Εξοπλισμός για την επιμετάλλωση ρουθηνίου
Ωστόσο, το Ru μετατρέπεται σε ενώσεις τύπου RuO4 σε πραγματικά διαλύματα επιμετάλλωσης, τα οποία επηρεάζουν αρνητικά την επιμετάλλωση. Ως εκ τούτου, ο T. A. Palumbo επεσήμανε ότι η τοποθέτηση ενός διαφράγματος μεταξύ της ανόδου και της καθόδου και η χρήση της σύνθεσης του διαλύματος επιμετάλλωσης και των συνθηκών λειτουργίας που παρουσιάζονται στον πίνακα 7-3 μπορούν να επιτύχουν στρώματα επιμετάλλωσης ρουθηνίου με υψηλή απόδοση ρεύματος.
Στο σχήμα 7-6 παρουσιάζεται η δομή της δεξαμενής επιμετάλλωσης για την επιμετάλλωση ρουθηνίου. Αυτή η δεξαμενή χρησιμοποιεί μια θωρακισμένη διάταξη καλωδίων (το υλικό είναι Co: 49%, Fe: 49%, Ni: 2%), η οποία έχει αποδειχθεί πρακτική.
Τμήμα V Προοπτικές για την επιμετάλλωση ρουθηνίου
Το στρώμα επιμετάλλωσης του ρουθηνίου και των αγκίστρων είναι σημαντικό για τη βιομηχανία μετάλλων της ομάδας του λευκόχρυσου και για τομείς που σχετίζονται με την ενέργεια, όπως τα καύσιμα και οι ηλιακές κυψέλες. Το διάλυμα επιμετάλλωσης ρουθηνίου που παρουσιάζεται σε αυτό το κεφάλαιο έχει εξαιρετική σταθερότητα και είναι κατάλληλο για βιομηχανική παραγωγή. Το στρώμα επιμετάλλωσης έχει εξαιρετική σκληρότητα, αντοχή στη φθορά και στην επαφή, γεγονός που το καθιστά ευρέως εφαρμόσιμο στην ηλεκτρονική και διακοσμητική επιμετάλλωση. Ειδικότερα, η εξαιρετική αντοχή του στη θερμότητα και στην αντοχή στο τόξο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προϊόντα όπως μαγνητικοί συρμάτινοι διακόπτες και ρελέ. Το ρουθήνιο έχει μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης υδρογόνου από το ρόδιο, το παλλάδιο και άλλα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου. Μετά από επεξεργασία μαυρίσματος με χρήση σουλφιδίων, οι εξαιρετικές ιδιότητές του μπορούν να εφαρμοστούν σε επιλεκτικά ηλιακά στρώματα ηλεκτρολυτικής επίστρωσης που απορροφούν μαύρη θερμότητα, στην απομάκρυνση χρωμίου, σε αντιδράσεις μετασχηματισμού φάσης νικελίου και σε άλλα νέα πεδία.
Ωστόσο, η τιμή του ρουθηνίου στην αγορά έχει αυξηθεί δραματικά (βλ. Σχήμα 7-7), γεγονός που αναμένεται να επηρεάσει τις εφαρμογές του.
