Cos'è la placcatura al rutenio e come può migliorare i vostri prodotti?
Placcatura al rutenio per gioielli: guida alle finiture dure, nere e bianche
Introduzione:
La rutenioplaccatura è un processo galvanico che deposita uno strato di rutenio, un metallo del gruppo del platino duro e bianco come l'argento. Ma quali sono i suoi principali vantaggi? Questa placcatura offre una durezza eccezionale (Hv 640), una resistenza superiore all'usura e alla corrosione e un'eccellente resistenza al calore. Può produrre sia finiture bianche decorative che finiture nere stabili (utilizzando additivi come la tiourea). Sebbene lo strato di placcatura possa presentare elevate sollecitazioni interne, esistono metodi per ridurle. Questo articolo descrive in dettaglio le soluzioni di placcatura, le condizioni di processo e le proprietà, spiegando perché il rutenio viene utilizzato per gioielli, orologi e componenti elettronici come i contatti dei relè.
Indice dei contenuti
Sezione I Panoramica
Il rutenio ha un numero atomico di 44 nella tavola periodica, con il simbolo dell'elemento Ru. È un metallo bianco-argenteo, duro e fragile, scoperto da J.J. Berzelius e G.W. Osann nel 1828. Si scioglie in acidi forti e reagisce lentamente con l'acqua regia.
I parametri comuni del rutenio sono riportati nella Tabella 7-1.
Tabella 7-1 Parametri comuni del rutenio
| Parametri caratteristici | Valore caratteristico |
|---|---|
|
Nome dell'elemento, simbolo dell'elemento, numero atomico Classificazione Gruppo, periodo Densità, durezza Colore Massa atomica relativa Raggio atomico Valore composto Valore di ossidazione Struttura cristallina punto di fusione Punto di ebollizione Calore di vaporizzazione Calore di dissoluzione Capacità termica specifica Conducibilità Conducibilità termica |
Rutenio, Ru, 44 Metallo di transizione 8(Ⅷ)、5 12370kg/m3、6. 5 Bianco-argento 101.07 130 pm 126 pm 2、3、4、6、8 Struttura esagonale di precisione 2607K (2334℃) 4423K (4150℃) 595kJ/mol 24kJ/mol 234J/(kg - K) 13. 7X106m -Ω 117W/(m - K) |
Il rutenio è ampiamente utilizzato nei catalizzatori chimici industriali, nei componenti elettronici, nelle leghe dentali, negli articoli decorativi, nella cancelleria, nei prodotti farmaceutici, ecc. Dopo l'aggiunta di metalli alcalini, le leghe di rutenio sono catalizzatori altamente attivi per la sintesi dell'ammoniaca. Per prevenire il riscaldamento globale e controllare le emissioni di gas di scarico delle automobili, vari Paesi del mondo stanno sviluppando continuamente diverse celle a combustibile. Ad esempio, le leghe di rutenio 30%~50% aggiunte ai metalli del gruppo del platino possono essere utilizzate come catalizzatori per il metanolo. celle a combustibile. Nelle celle solari sensibilizzate al colorante della serie non silicio, l'utilizzo di complessi di rutenio come strato colorante ha migliorato l'efficienza di conversione, attirando così molta attenzione. Attualmente, le applicazioni del rutenio si stanno sviluppando in molteplici campi e aspetti, anche se il suo utilizzo annuale è ancora inferiore a quello del platino e dell'oro.
Le caratteristiche del rutenio metallico e il confronto con il rodio e il palladio dello stesso gruppo del platino sono riportate nella Tabella 7-2.
Tabella 7-2 Caratteristiche dei metalli Rutenio, Rodio e Palladio
| Proprietà | Tipo di metallo | ||
|---|---|---|---|
| Ru | Rh | Pd | |
|
Numero atomico Massa atomica relativa Struttura cristallina Densità (20℃)/(g/cm3) Punto di fusione (20℃)/°C Punto di ebollizione/°C Durezza (dopo la ricottura)/Hv Resistività (20℃)/μΩ-cm Potenziale redox/mV |
44 101.07 Cristallo quadrato a pori più densi 12. 45 2310 4052 240 6. 71 0. 68 |
45 102. 91 Cristallo cubico a facce centrate 12.41 1960 3687 100 4. 33 0. 78 |
46 106. 4 Cristallo cubico a facce centrate 12. 02 1552 2870 40 9. 93 0. 92 |
Dalla tabella si evince che il punto di fusione e il punto di ebollizione del perno sono superiori a quelli del rodio e del palladio, con una maggiore resistenza al calore e all'arco; la resistività elettrica è inferiore a quella del palladio; la durezza dopo la ricottura è molto superiore a quella del rodio e del palladio. In termini di proprietà elettrochimiche, il potenziale di ossidazione standard del perno (0,68) è inferiore a quello del rodio. (0,78) e del palladio (0,92); il potenziale elettrodico del perno in ambiente acido è di circa (elettrodo a idrogeno standard), mentre in ambiente alcalino è di 0,4 V (pH 12, elettrodo a idrogeno standard).
Tra i metalli del gruppo del platino, la sovratensione clorurata degli ossidi di rodio e rutenio (RuO2) è molto basso, mostrando eccellenti prestazioni catalitiche e buona resistenza alla corrosione.
Sezione II Galvanizzazione del rodio
Sebbene il Ru abbia proprietà fisiche e chimiche superiori, la placcatura di rutenio non è stata ampiamente applicata. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i composti di Ru non sono sufficientemente stabili, l'efficienza della corrente è bassa e lo stress interno dello strato di rutenio è relativamente alto.
In seguito, dopo molte ricerche, sono emersi anche molti brevetti. Reid e altri hanno condotto un confronto dettagliato di varie soluzioni di placcatura. Il Ru appartiene al gruppo del platino leggero e ha proprietà particolari. La Tabella 7-2 mette a confronto tre metalli di platino leggeri (Nota: i metalli di platino pesanti sono Os, Ir, Pt). Nella placcatura del rutenio, i sali di rutenio nitro-cloruro sono i principali e i tipi di acidi liberi variano. Conn considera migliore la soluzione di placcatura con acido solfonico della Tabella 7-3.
Tabella 7-3 Composizione e condizioni della soluzione di placcatura al rutenio
| Composizione e condizioni di processo | Formulazione e concentrazione dei componenti | |||
|---|---|---|---|---|
| Soluzione di placcatura di rutenio al cloruro di nitrosile | Soluzione di placcatura di tetracloroidrato di potassio rutenato | Solfato di rutenio: placcatura di rutenio bianco | Soluzione di solfato di rutenio: placcatura di rutenio nero | |
|
Nitrosorutenio cloruro/(g/L) Concentrazione di rutenio/(g/L) Rutenato di potassio tetracloroidrato/(g/L) Concentrazione di rutenio/(g/L) Potassio diidrogeno fosfato/(g/L) Rutenio solfato/(g/L) Concentrazione di rutenio/(g/L) Acido solfammico/(g/L) Acido fosforico/(mL/L) Solfuro/(g/L) рH Temperatura/°C Densità di corrente/(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. Specifiche del processo di placcatura al rutenio in metallo
L'aggiunta di acido aminometansolfonico e altri a sali inorganici come il solfato di rutenio e il cloruro di rutenio forma con questi sali complessi molto stabili, adatti a soluzioni di placcatura, utilizzati industrialmente per la placcatura e la placcatura decorativa di prodotti elettronici funzionali come interruttori a filo magnetico, relè e connettori.
La ragione principale dell'instabilità della normale soluzione di stagnatura è che gli ioni di rutenio sono instabili e si decompongono facilmente nella soluzione di placcatura per produrre sospensioni o precipitati fini e polverosi. Questi co-depositi rendono la superficie dello strato di placcatura ruvida e non soddisfano i requisiti di levigatezza dei contatti dei prodotti elettronici; allo stesso tempo, gli ioni rutenio nella soluzione di placcatura possono anche formare precipitati di ossido o idrossido sull'anodo; durante il funzionamento continuo, questo porta a un basso tasso di deposizione. Alcuni brevetti forniscono una tecnologia di placcatura che consente di ottenere una deposizione rapida, lo sviluppo del colore mediante sviluppatori di colore, la protezione dall'ossidazione anodica mediante agenti sacrificali anodici e la stabilità della soluzione di placcatura mediante l'aggiunta di reagenti che aumentano il tasso di deposizione in una soluzione di placcatura stabile di sali complessi di acido aminometansolfonico.
La stagnatura può essere suddivisa in stagnatura bianca e stagnatura nera al rutenio, in base alla tonalità di colore dello strato di stagnatura.
(1) Elettrodeposizione di rutenio bianco
I parametri della soluzione di placcatura bianca sono riportati nelle Tabelle 7-4 e 7-5.
Tabella 7-4 Parametri generali per la placcatura del rutenio bianco con la soluzione di placcatura di rutenio al solfato
| Composizione e condizioni di processo | Valore di controllo | Descrizione |
|---|---|---|
| Rutenio solfato/(g/L) | 1〜25 | Valore ottimale: 2~10g/L |
| Acido solfammico/(g/L) | 5〜100 |
Stabilizzatore e concentrazione: acido solforico o solfato 60~200g/L, acido solfammico o solfammato 20~60g/L |
| Elementi alogenati o alogenuri di anioni | Superiore a 100mL/L |
Promotore della velocità di deposizione: Alogenuro di ammonio, alogenuro metallico, alogenuro metallico alcalino, ecc. 100mL/L~10g/L; o un alogeno (uno tra F, Cl, Br, I) in grado di produrre lo stesso effetto può essere aggiunto direttamente alla soluzione di placcatura, in modo che reagisca con i componenti della soluzione di placcatura per formare anioni. |
| рH | 0. 5〜2 | |
| Temperatura/°C | <70 | |
| Densità di corrente/(A/dm2) | 2〜10 |
Tabella 7-5 Esempi di applicazioni di placcatura con rutenio bianco
| Composizione e condizioni di processo | N. 1 | No. 2 | N. 3 | No. 4 |
|---|---|---|---|---|
| Composizione della soluzione di placcatura | Dopo aver sciolto la concentrazione di rutenio di 5g/L (come solfato di rutenio) in acqua pura, aggiungere solfammato di ammonio 100g/L, ione cloruro 1,0g/L (come cloruro di ammonio) e regolare il pH=1,3 con acido solforico. | Sostituire il cloruro di ammonio con il bromuro di ammonio; tutte le altre condizioni sono uguali a quelle del n. 1 per la placcatura. | Sostituire il cloruro di ammonio con lo ioduro di ammonio; tutte le altre condizioni sono le stesse del No.1 per la placcatura. | Placcatura senza cloruro di ammonio, tutte le altre condizioni sono le stesse del No.1. |
| Condizioni operative |
Anodo: oro bianco; catodo: ottone placcato oro. Temperatura: 70℃; densità di corrente: 5A/dm2Tempo: 50 minuti |
|||
| Velocità di deposizione/(μm/min) | 0. 0472 | 0. 0440 | 0.0508 | 0. 0315 |
| Spessore dello strato di placcatura/μm | 2.36 | 2.20 | 2.54 | 1.58 |
(2) Elettroplacca di rutenio nero
La soluzione di placcatura nera è facile da gestire, con una buona adesione tra lo strato di placcatura e il substrato brillante e una buona resistenza alla corrosione e all'usura. Durante il processo di placcatura, l'ossidante sacrificale solfato di ammonio (idrossi) sopprime l'ossidazione anodica e le reazioni di decomposizione dei composti tiolici dello sviluppatore di colore, assicurando una forte bianchezza e stabilità dello strato di placcatura. Le tabelle 7-6 e 7-7 mostrano alcuni parametri della soluzione di placcatura nera.
Tabella 7-6 Alcuni parametri della placcatura di rutenio nero in soluzione di placcatura di rutenio all'acido solforico
| Composizione e condizioni di processo | Valore di controllo | Spiegazione |
|---|---|---|
| Concentrazione di rutenio/(g/L) | 1〜10 | Usato sotto forma di solfato di rutenio |
| Solfamato di ammonio/(g/L) | 5〜150 | Stabilizzante, inibisce l'ossidazione anodica e migliora la riduzione catodica degli ioni rutenio. |
| Tiourea/(g/L) | 1.0〜5.0 |
Colorante: Si utilizzano tiourea, derivati della tiourea, composti della tiourea, mercaptani, acido dibutirrico, tiocianato di ammonio, ecc. La tiourea è il colorante più adatto in considerazione della stabilità e del prezzo del farmaco. |
| Ammonio (combinato) idrossile (base) solfato/(g/L) | 1〜100 |
Agente ossidante sacrificale: uno dei seguenti: solfato di ammonio, formaldeide, vitamina C, ecc. Tra questi, il solfato di ammonio (combinato) e l'idrossile (base) sono i più efficaci, mentre gli ossidi non influiscono sullo strato di placcatura. |
| рH | <2 | |
| Temperatura/°C | Sopra il 40 | |
| Densità di corrente/(A/dm2) | 5〜15 |
Tabella 7-7 Esempi di applicazione della placcatura al rutenio nero
| Composizione e condizioni di processo | N. 1 | No. 2 | N. 3 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Composizione della soluzione di placcatura |
Concentrazione di rutenio 3g/L (come solfato di rutenio) Acido solfammico 100g/L Tiourea 1,5 g/L Solfato di idrossilammonio 10g/L |
Concentrazione di rutenio 3g/L (come solfato di rutenio), Acido solfammico 100g/L Tiourea 1,5 g/L Solfato idrossilico di ammonio 50g/L |
Concentrazione di rutenio 3g/L (come solfato di rutenio). Acido solfammico 100g/L Tiourea 1,5 g/L |
||
| Condizioni operative |
Anodo: Platino Catodo: piastra nichelata placcata oro a spazzola Temperatura: 50℃ Densità di corrente catodica: 5A/dm2 pH=0,1 Tempo:30min |
Anodo: Platino Catodo: piastra nichelata placcata oro a spazzola Temperatura: 50℃ Densità di corrente catodica: 5A/dm2 pH=0,1 Tempo:30min |
Anodo: Platino Catodo: piastra nichelata placcata oro a spazzola Temperatura: 50℃ Densità di corrente catodica: 5A/dm2 pH=0,1 Tempo:30min
|
||
| Materiale di placcatura | Placcatura a pennello dell'oro/placcatura di nichel liquido/placca d'ottone | ||||
| Chiudere | Energia | 5A ・ h/L | Nero | Nero | Grigio nero chiaro |
| 10A - h/L | Nero | Nero, solfato idrossilico di ammonio supplementare 5g/L | Grigio nero chiaro, supplemento di tiourea 1,5g/L | ||
| 15A ・ h/L | Nero | Nero, solfato idrossilico di ammonio supplementare 5g/L | Grigio nero chiaro, supplemento di tiourea 1,5g/L | ||
| 20A ・ h/L | Nero | Nero, solfato idrossilico di ammonio supplementare 5g/L | Grigio nero chiaro, supplemento di tiourea 1,5g/L | ||
| 25A ・ h/L | Nero | Nero, solfato idrossilico di ammonio supplementare 5g/L | Nessun colore grigio-marrone brillante, soluzione torbida, integrare la tiourea 3g/L. | ||
| 30A ・ h/L | Nero | Nero, solfato idrossilico di ammonio supplementare 5g/L | Nessun colore grigio-marrone brillante, soluzione torbida, integrare la tiourea 3g/L. | ||
2. Caratteristiche della soluzione di placcatura
Figura 7-2 Potenziali di corrente di soluzioni acquose di solfato di rutenio e di soluzioni acquose di acido solfammico aggiunto al solfato di rutenio.
Curva 1 - soluzione acquosa di solfato di rutenio; 2 - soluzione acquosa di solfato di rutenio con aggiunta di acido solfammico
3. Applicazioni degli strati di placcatura al rutenio
Tabella 7-7 L'aggiunta di acido aminometansolfonico alla soluzione di placcatura di rutenio all'acido solforico può produrre uno strato di placcatura di rutenio bianco con un tono metallico, adatto per interruttori a filo magnetico, contatti di relè e anodi per la produzione di sali elettrolitici. Dopo l'aggiunta di additivi, è possibile ottenere uno strato di placcatura di rutenio nero stabile, che può essere utilizzato per la placcatura decorativa di occhiali, orologi, spille, collane, orecchini, spille da collo, ecc. e può sostituire il cromo nero per migliorare il valore aggiunto degli articoli decorativi. A causa della tutela dell'ambiente, negli ultimi anni l'uso del cromo è gradualmente diminuito e l'uso degli strati di placcatura di rutenio nero è in continuo aumento.
I rivestimenti di rodio e di altri metalli del gruppo del platino sono estremamente difficili da staccare dal rivestimento del substrato. Tuttavia, gli strati di placcatura di rutenio si staccano facilmente durante l'elettrolisi inversa in soluzioni di stripping alcalino.
4. Metodi di valutazione delle proprietà degli strati di placcatura di rutenio
Tabella 7-8 Valutazione delle caratteristiche dello strato di placcatura di rutenio bianco
| Proprietà | Ru | Rh | Pd |
|---|---|---|---|
|
Durezza Hv Resistenza all'abrasione (quantità di usura)/mg Resistenza di contatto (dopo la placcatura)/mΩ Resistenza di contatto (dopo SO2 corrosione del gas)/ma Resistenza al calore (300℃, 30min) Saldabilità (tempo di attraversamento dello zero)/s Sollecitazione interna del rivestimento/(kgf/mm)2) H2 contenuto/x10-6 |
640 0. 2 7. 4 8.8 O 6. 2 85,Tensione 1590 |
830 0. 1 7. 4 8.8 O 5. 6 31,Tensione 130
|
280 3. 6 4. 1 4. 4 △ 4 81,Tensione 220
|
Gli elementi di valutazione sono i seguenti.
Microdurezza: misurata con un tester di microdurezza (Teraoka tipo M-2), con una forza di 5 gf, durata 30 s, utilizzando la durezza Vickers.
Resistenza all'abrasione: Misurata e valutata in base alla norma JIS H 8503 "Metodi di misurazione degli strati di placcatura di metalli preziosi". Il test di resistenza all'abrasione utilizza un tester di abrasione con una forza di 500 gf e un'area di contatto di 3,75 cm.2e carta vetrata ad acqua 1500# strofinata avanti e indietro per 200 volte. La valutazione si basa sulla riduzione della massa di attrito.
Resistenza di contatto: La resistenza di contatto è stata misurata utilizzando un misuratore di resistenza di contatto (MS880 prodotto da KS Parts Research Institute) con una forza da 0,1 a 100gf, una corrente di misura di 1mA, una distanza di scorrimento di 0 mm e una sonda K625R. Il test di esposizione è stato condotto allo stesso modo dopo l'esposizione a SO2 a 40°C, umidità 80% e una frazione volumetrica del 10-5 per 24 ore, dopodiché la resistenza di contatto è stata misurata come descritto sopra.
Resistenza al calore: Utilizzando un forno elettrico uniforme per riscaldare l'atmosfera a 300℃ per 30 minuti. Dopo il riscaldamento, lo strato placcato viene ispezionato visivamente.
Saldabilità: Valutata con il tester Solder-Checker. La saldatura è una lega piombo-stagno e il flussante è colofonia-metanolo. Le condizioni di prova sono 230℃, profondità di immersione di 6 mm, forza di 5gf, tempo di 5 s, velocità di 16mm/s. La valutazione dello zero cross-time è condotta secondo il metodo del test del menisco.
Sollecitazione interna: la sollecitazione interna degli elettrodepositi è stata misurata utilizzando un misuratore di sollecitazione con metodo slip a filo spirale e placcando uno strato di 2μm in ciascuna condizione standard di placcatura.
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5. Proprietà meccaniche ed elettriche dello strato di placcatura al rutenio
Dalla Tabella 7-3 si evince che la durezza Vickers dello strato di placcatura è di 640, molto superiore a quella dello strato di palladio, leggermente inferiore a quella del rodio (830 Hv) e tre volte superiore a quella del metallo ricotto della Tabella 7-2.
La resistenza all'usura della placcatura al rutenio è paragonabile a quella della placcatura al rodio, utilizzata per interruttori a filo magnetico, relè, interruttori scorrevoli e altre applicazioni resistenti all'usura. È addirittura superiore alla rodiatura generale, il che la rende più adatta ai componenti elettronici con elevati requisiti di resistenza all'usura e alle parti decorative.
La resistenza di contatto sulla superficie della placcatura di rutenio era di 7,4 mΩ, leggermente superiore a quella del palladio di 4,1 mΩ. La placcatura della punta della sonda era simile a quella del rodio. La resistenza di contatto è cambiata leggermente dopo l'esposizione a SO2 gas con una frazione volumetrica del 10-5 per 24 ore. Tuttavia, come per la rodiatura delle sonde di contatto, la resistenza di contatto era molto stabile.
In termini di resistenza al calore, il rutenio presenta un'eccellente resistenza al calore. Dopo il riscaldamento in atmosfera a 300℃, la decolorazione dell'ossidazione superficiale dello strato di placcatura mostra che il palladio e il rodio presentano una leggera decolorazione, mentre il rutenio non mostra alcuna decolorazione. Il palladio forma ossidi a 300~350℃, mentre i dati di letteratura indicano che rodio e rutenio rimangono stabili a 700℃.
Utilizzando una soluzione di placcatura in lega stagno-piombo, la saldabilità è stata valutata utilizzando il metodo del tempo di attraversamento zero del test del menisco. Rispetto alla velocità di bagnatura della placcatura in oro con un tempo di attraversamento dello zero di 1 secondo, i metalli del gruppo del platino sono più lenti di circa 4-6 secondi. Rispetto al palladio, che è il più veloce con 4 secondi, il rutenio è più lento di 6 secondi. Pertanto, per saldare sulla placcatura di rutenio è necessario selezionare un flusso e condizioni di saldatura adeguati.
Le sollecitazioni di deposizione degli strati di placcatura di perni, rodio e palladio sono tutte di trazione. Tra questi, lo strato di placcatura dei perni e del palladio è simile, con un'elevata tensione di trazione, che è una delle cause della formazione di cricche.
La quantità di assorbimento di idrogeno nello strato di placcatura dopo la placcatura dei perni, rispetto a quella del palladio, 220X10-6, rodio 130X10-6e il rutenio 1590X10-6è piuttosto grande. Numerose pubblicazioni riportano che il palladio è ampiamente utilizzato come materiale per l'assorbimento dell'idrogeno, per cui si prevede che gli spilli diventeranno un nuovo materiale per sostituire il palladio.
6. Composizione, struttura e configurazione dello strato di placcatura di rutenio
O e S non sono presenti solo sulla superficie dello strato di placcatura, ma sono anche distribuiti al suo interno. Alla soluzione di placcatura di rutenio nero sono stati aggiunti dei solfuri e si è verificata una co-deposizione di zolfo dovuta alla decomposizione di questo composto. Come mostrato nella Figura 7-3(a), sono state rilevate tracce di zolfo anche nel rutenio bianco, che si può presumere sia stato co-depositato con il rutenio dopo la decomposizione dell'acido solfammico complesso. Da ciò si può dedurre che la fonte di S nello strato di rutenio nero è il solfuro e l'acido aminometansolfonico durante l'annerimento.
Per comprendere meglio gli stati ionici nello strato di placcatura di rutenio nero, è stata utilizzata la XPS (spettroscopia di fotoelettroni a raggi X) per rilevare i picchi di S 1s negli strati di placcatura di rutenio bianco e nero. L'S 1s non è stato rilevato nel rutenio bianco ma nel rutenio nero, principalmente perché alla soluzione di placcatura del rutenio nero sono stati aggiunti solfuri. In base al fattore di sensibilità relativa e all'area del picco, il contenuto di zolfo è stato calcolato in circa 10% (rapporto atomico). Come mostrato nella Figura 7-5, il picco S 1s dello strato di placcatura di rutenio nero presenta due picchi a circa 162 eV e circa 164 eV, corrispondenti a due diversi stati di legame dello zolfo.
Sezione III Tentativi di miglioramento dello strato di placcatura di rutenio
Nella formula,
σ- sollecitazione interna dello strato di placcatura, N/mm2;
t- Spessore del rivestimento, mm;
E- Modulo elastico della striscia di prova, N/mm2;
d- Lunghezza della striscia reattiva, mm;
x- Variazione di lunghezza, mm;
L- Lunghezza della buccia del campione, mm.
Preparazione dei componenti principali della soluzione di placcatura (preparazione di una soluzione di Ru da 50 g/L): Prendere 200 g di acido amino-solfonico, aggiungerlo a un apparecchio a riflusso contenente 400 mL di acqua deionizzata (l'apparecchio a riflusso è posto in un bagno a temperatura costante), quindi aggiungere 120 mL di acqua ammoniacale e riscaldare a 50℃. Si aggiungono 50 g di Ru (aggiunto come cloruro di rutenio idrato), si fa bollire la soluzione per 4 ore, quindi si filtra con un filtro da 1μm. Infine, la soluzione ottenuta viene diluita per ottenere 1 L, ottenendo una soluzione contenente Ru. Quando si usa, si diluisce 10 volte (cioè Ru 5g/L, ) per l'uso negli esperimenti.
No.1: Aggiungere 2g/L di piridinio propano solfonato alla soluzione preparata sopra.
No.2: Aggiungere 2 g/L di piridinio idrossipropansolfonato alla soluzione preparata sopra.
La preparazione della soluzione di placcatura n. 3 è la seguente: si prendono 150 g di acido amino-solfonico, si aggiungono 400 mL di acqua deionizzata e 25 g di Ru (aggiunto sotto forma di cloruro di rutenio idrato) in un apparecchio a ricadere (l'apparecchio a ricadere è posto in un bagno di liquido a temperatura costante) e si riscalda a ebollizione per 4 ore, quindi si filtra con un filtro da 1μm. Infine, la soluzione ottenuta viene diluita per ottenere 500mL di soluzione, ottenendo una soluzione contenente 50g/L di Ru. Al momento dell'uso, diluire 10 volte (cioè Ru 5g/L) per l'uso.
I risultati dei test dal n. 1 al n. 3 sono riportati nella Tabella 7-9.
Tabella 7-9 Risultati del confronto delle sollecitazioni nel rutenio galvanizzato
| Composizione e condizioni di processo | N. 1 | No. 2 | N. 3 |
|---|---|---|---|
|
Concentrazione di rutenio/(g/L) рH Temperatura/°C Densità di corrente/(A/dm2) Efficienza di corrente/% Spessore del rivestimento/μm Sollecitazione interna/(N/mm2) |
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 |
Dalla tabella si evince che la sollecitazione interna dei n. 1 e 2, che contengono attenuatori di tensione, è significativamente ridotta, il che indica che la piridina e i sali di N-alchil piridinio hanno effettivamente l'effetto di ridurre la sollecitazione interna dello strato di rodio.
Inoltre, è stata segnalata la possibilità di soffiare aria nella soluzione di placcatura per aumentare gli strati di placcatura privi di crepe. Il processo di preparazione di questa soluzione di placcatura consiste nell'aggiungere 160 g di acido amidosolfonico a 83 g di soluzione di cloruro di rutenio. Far bollire per 3 ore, raffreddare a temperatura ambiente e raffreddare a 5℃ per ottenere 56 g di composto contenente rutenio. Sciogliere 36,5 g del complesso in 1 L di acqua e regolare il pH a 9,0 con acqua ammoniacale, ottenendo 24 g di composto azoto-idrossido del rutenio. Sciogliere questi 24 g di composto in 300 mL di acqua pura, aggiungere 15 mL di acido solforico 98%, far bollire per 1 ora e raffreddare a temperatura ambiente.
Tabella 7-10 Effetto della soffiatura d'aria sullo spessore di placcatura senza cricche della soluzione di placcatura
| Numero di serie | Volume d'aria soffiata/(mL/L) | Velocità di placcatura/(μm/min) | Spessore del rivestimento senza crepe/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 |
Sezione IV Apparecchiature per la placcatura del rutenio
Tuttavia, nelle soluzioni di placcatura attuali il Ru si trasforma in composti del tipo RuO4, che influiscono negativamente sulla placcatura. Pertanto, T. A. Palumbo ha sottolineato che posizionando un diaframma tra l'anodo e il catodo e utilizzando la composizione della soluzione di placcatura e le condizioni operative indicate nella Tabella 7-3 è possibile ottenere strati di placcatura di rutenio ad alta efficienza di corrente.
La Figura 7-6 mostra la struttura del serbatoio per la placcatura del rutenio. Questo serbatoio utilizza un progetto di cablaggio schermato (il materiale è Co: 49%, Fe: 49%, Ni: 2%), che si è dimostrato pratico.
Sezione V Prospettive della placcatura al rutenio
Lo strato di placcatura di rutenio e ganci è importante per l'industria dei metalli del gruppo del platino e per i settori legati all'energia, come le celle a combustibile e solari. La soluzione di placcatura di rutenio introdotta in questo capitolo ha un'eccellente stabilità ed è adatta alla produzione industriale. Lo strato di placcatura ha un'eccellente durezza, resistenza all'usura e al contatto, che lo rende ampiamente applicabile nella placcatura elettronica e decorativa. In particolare, la sua eccellente resistenza al calore e all'arco può essere utilizzata in prodotti come interruttori e relè a filo magnetico. Il rutenio ha una maggiore capacità di assorbimento dell'idrogeno rispetto a rodio, palladio e altri metalli del gruppo del platino. Dopo il trattamento di annerimento con solfuri, le sue eccellenti proprietà possono essere applicate a strati galvanici neri selettivi che assorbono il calore solare, alla rimozione del cromo, alle reazioni di trasformazione di fase del nichel e ad altri nuovi campi.
Tuttavia, il prezzo di mercato del rutenio ha subito un'impennata (cfr. Figura 7-7), che dovrebbe influire sulle sue applicazioni.
