深度科普好文,解读镀铑的技术。
铑镀层呈银白色,有光泽,反光性能很好,对可见光的反射率在80%以上。钝镀层的抗腐蚀性能非常好,在大气中不受硫化物及二氧化碳等腐蚀气体作用,长期置于大气或恶劣环境中表面永不变色,在环境温度达P以上才开始氧化。铑镀层的硬度极高,比钯镀层高2倍,为银镀层的8?10倍,介于镍镀层和铑镀层之间,一般可达?HV,因此其耐磨性能很好。铑镀层接触电阻小,导电性能良好,约为铂镀层的2倍以上。由于铑镀层具有上述优越性能,所以常作为抗腐蚀、耐磨、导电或装饰镀层,用于电子电气插拔零件、印刷电路板、光学仪器零件以及首饰、防银变色等方面,是铂系金属中应用最多的一种。镀铑前,一般先镀银、钯或镍作底层,再镀铑。
常用的镀铑工艺类型主要有硫酸型、磷酸型、氨基磺酸型等几种。硫酸型镀铑工艺简单,溶液容易维护,电流效率较高,达40%?60%,因此沉积速率快,适用于工业用厚镀层。其缺点是镀层内应力大,易产生裂纹。一般在银层上镀铑,厚度可达0.5?2.5卩m。采用适当的工艺条件,铑镀层的厚度也可达10^m以上。磷酸型铑镀层色泽洁白明亮,富有光泽,耐热性较好,适用于装饰性的首饰及镀层比较薄的光学仪器。例如,反射镜等零件的电镀,镀层厚度一般为0.?0.05。铑镀层的厚度根据用途而定。铑镀层的一般厚度。
镀铑溶液所用的铑盐制作比较复杂,一般都采用高温反应。主要有合金法、氯化法和硫酸氢钾熔融法。其中,后两种方法应用较多。尤其是硫酸氢钾熔融法的能盐转化率高,一般可达到70%以上,高的甚至达99%。此外,也可用电解法制得,但此法效率低,需要的时间长。目前配制镀能溶液,普遍采用贵金属精制厂家配制成的高浓度母液或市售的高浓度铑盐溶液,加入所需添加剂等,配制成所需要的镀铑溶液。
将所需量的铑粉与5?10倍量的硫酸氢钾,放在洁净的高型瓷坩埚中,混合均匀,然后在表面上再盖上一层硫酸氢钾,注意坩埚内的硫酸氢钾、铑粉的混合物不能装得过满,以不超过2/3深度为宜,加盖,盖应留有较大的缝隙。将马弗炉(最好用立式马弗炉,以便加热到高温后搅拌)预热到°C,将盛有上述混合物的増堪置于较大的蒸发器内,一起放入炉中,升温到°C时恒温lh,再逐渐升温至P恒温3h。然后停止加热,随炉冷取至接近室温取出。在°C升温至°C及°C恒温期间,适时地搅拌坩埚内熔融物,以使铑粉与硫酸复钾充分作用,这对提高铑粉的转化率非常重要。
将烧结物转移到烧杯内,加适量去离子水,加热至60?70°C,充分搅拌,然后过滤,将沉淀渣用去离子水洗2?3次,连同滤纸,放入堪堪中灰化,保存于下次烧融铑粉时再用。将滤液加热至50?60C,在搅拌下缓缓加入10%的氢氧化钠,控制pH=6.5?7.2,使硫酸铑完全生成谷黄色的氢氧化铑沉淀,至不再产生沉淀为止。注意氢氧化钠加入不宜过量,否则会使氢氧化铑重新溶解于其中。将沉淀物过滤,并用温水洗涤4?5次后,将沉淀物连同滤纸一起放入烧杯内,加水润湿,再根据镀液类型滴加硫酸或磷酸,至沉淀物全部溶解。氨基磺酸型镀液也先用硫酸溶液沉淀,然后再加入已溶解好的氨基磺酸,即得到含量高的铑盐溶液,称为母液,将其直接或适当稀释后装瓶密封保存备用。
在配制槽中,加入所需体积2/3的水,再根据镀液类型加入所需量的硫酸、磷酸或氨基磺酸,搅匀。加入计算量的铑盐母液,搅拌均匀。根据需要,将其他所需材料各自溶解后,逐一加入上述溶液?补充去离子水至工作体积,即可试镀。镀液成分及工艺条件对镀铑的影响如下。
(1)能镀铑溶液中铑的浓度范围很广,在1?4g/L之间均能获得优质的铑镀层。在一定温度及电流密度下,随着铑含量的增加,电流效率也随之上升。铑含量过低时,镀层色暗不亮。铑含量过高,镀层粗糙,由于内应力大,边角易产生裂纹。
(2)硫酸硫酸的加入,能增加镀液的导电能力和使镀液具有一定的酸度,起稳定镀液的作用。硫酸含量范围很广,在15?g/L之间对镀层外观无太大影响。在同一电流密度下,硫酸浓度不同时,对电流效率影响不大。一般随着镀液中游离硫酸含量的增加,电流效率降低。所以应控制硫酸含量,尽可能低,不宜太高。
(3)硫酸镁硫酸镁的加入能降低镀层内应力,防止裂纹,提高镀层的抗腐蚀性能。其最大用量不宜超过30g/L,一般以10?15g/L为好。含量过高,易影响镀层外观。
(4)硫酸铜和硝酸铅这两种盐必须兼用,它们可使镀层结晶细致,平滑光亮。实践表明,硝酸铅5mg/L、硫酸铜0.6g/L配用最优。硫酸铜最大用量不超过0.8g/L,否则镀层易发脆,产生裂纹。
(5)硒酸硒酸的作用和镁盐一样,能降低镀层内应力,减少裂纹的产生。
(6)温度温度允许范围比较宽,在20?70P之间都可以获得良好的铑镀层。一般来说,在其他参数一定时,适当提高溶液温度.可以降低镀层内应力,并可提高电流效率。一般采用30?45°C之间电镀。这时,既可釆用较大的电流密度,提高生产效率,又可防止溶液过多地被蒸发,逸出大量夹带硫酸的雾气,恶化操作条件。温度也不宜过低,当温度低于12笆时,镀层不亮,电流效率大大下降。
电流密度电流密度对镀层质量影响较大。电流密度过高,电流效率下降,阴极逸出的气泡增多,零件边缘处镀层易脆裂。因此,严格控制电流密度在工艺条件内,才能获得外观良好、内应力小的优质镀层。
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