آبکاری طلا | ساخت محلول آبکاری طلا

آبکاری طلا در سال 1840 رواج یافت.در 100 سال اولیه رسوب الکتریکی طلا برای جنبه های زیبایی یا تزیینی به کار می رفت و در این راستا صد ها فرمول بندی مختلف ثبت شده است که هر کدام رنگ مطلوب خاصی را تولید می کرده اند. این روش ها در زمان و مکان خاصی مناسب بودند ولی امروزه بسیاری فاکتور ها تغییر کرده است (مخصوصا قیمت طلا) و فرمول بندی های قدیمی فقط برای اشیای تاریخی به کار می روند.با توسعه ی صنعت الکترونیک در طول جنگ جهانی اول،رفته رفته آبکاری با طلا پیشرفت نمود و این ماده به پوشش مطلوب تری تبدیل شد.

محلول آبکاری طلا

آبکاری این ماده از نظر روش و بیشتر ترکیبات مشابه آبکاری سایر فلزات است. طلا نسبت به سایر فلزات گرانتر است به همین دلیل هزینه محلول آبکاری طلا زیاد تر می باشد. بیشتر حمام های طلا برای پیش آبکاری و کاربرد های تزیینی به کار می روند. پایین بودن غلظت فلز طلا در این حمام ها یا به عبارتی متغیر بودن محلول های آبکاری طلا مشکلاتی را به وجود می آورد. که متفاوت با مشکلاتی هستند که در آبکاری سایر فلزات وجود دارد.

در این محلول ها هر پارامتری اهمیت دارد. غلظت طلا، غلظت الکترولیت، pH، ناخالصی ها، مقدار افزودنی ها همه باید کنترل و ثبت گردند.دما،دانسیته ی جریان، همزنی محلول، و راندمان جریان این حمام ها در مقایسه با آبکاری مس، نیکل و حتی نقره به کنترل دقیق تری نیاز دارد. تغییر 2 الی 3 درصدی این عوامل راندمان کاتدی را تغییر می دهد. و در صورتی که راندمان کاتدی کاهش یابد ضخامت مورد نظر تامین نشده و پوشش مطلوبی ایجاد نخواهد شد. به همین ترتیب با افزایش راندمان کاتدی، ضخامت رسوب و همین طور هزینه ی عملیات به دلیل مصرف زیاد طلا افزایش خواهد یافت.

بر اساس تغییرات قیمت طلا ،شرایط و فرایند عملیات ابکاری را تعیین می نمایند. در واقع مسائل اقتصادی نه تنها فرایند عملیات را مشخص می کند بلکه مصرف طلا را نیز تعیین می نماید. امروزه با توجه به افزایش قیمت طلا بسیاری از کمپانی های الکترونیکی قسمتی از پوشش طلا را توسط زیر پوششی از پالادیم یا آلیاژهای پالادیوم- نیکل جایگزین کرده اند. بنابراین بر خلاف آبکاری فلزات غیر نجیب در اینجا ارزش طلا فاکتور مهمی است که روی آبکاری و متالوژی آن اثر می گذارد.

چگونه آبکاری با طلا را انجام دهیم؟

1. برای آبکاری طلا قطب منفی منبع تغذیه( کاتد) را به جسم مورد نظر برای آبکاری و قطب مثبت منبع تغذیه (آند) را به قطعه ای از طلا ی خالص با عیار مشخص متصل می کنیم و آن را در حمام مخصوص می گذاریم.
2. سپس ولتاژ 2 الی 3 ولت را به کمک منبع تغذیه به آن اعمال می نماییم.

• پیش آبکاری: Au در پتانسیل های پایین رسوب پیدا می کند.کثیف بودن سطح فلز موجب نچسبیدن رسوب می گردد. پیش آبکاری در محلول حاوی غلظت فلزی کم، ولتاژ بالا، دانسیته ی جریان بالا و زمان کوتاه این مشکل را می تواند برطرف نماید. در حالت معمول طول مدت عملیات کمتر از 1 دقیقه و دانسیته ی جریان بین 1 الی 3  A/dm^{^2}  است.
• نوع حمام: حمام های مختلفی برای ابکاری با Au وجود دارد که  می توان به ، حمام های اسیدی برای ابکاری رنگی ، حمام های لحظه ای  و حمام های سولفیتی برای ابکاری تزیینی این ماده اشاره نمود. هر کدام از این حمام ها نوع، ضخامت، رنگ، مدت زمان آبکاری و… را تعیین می کند.

حمام لحظه ای

این حمام در مواردی از جمله، رسوب لحظه ای طلا روی طلای 24 عیار یا محصولات نوردی ابکاری شده با طلا به کار می رود. این ابکاری معمولا روی رسوب های براق نیکل انجام می پذیرد. در حمام های لحظه ای ضخامت رسوب طلا 0.05 تا 0.1 میکروآمپر است و نمی توان آن را به عنوان طلای آبکاری شده داد و ستد کرد. جواهری که به عنوان طلای آبکاری الکتریکی به فروش می رسد باید دارای ضخامت رسوب طلا 0.175 میکرومتر باشد. زمان آبکاری در این حمام ها 5 تا 30 ثانیه است. برای به حداقل رسیدن میزان خلل و فرج موجود و تطابق فام رنگی ممکن است ابکاری در طول مدت 30 ثانیه ،در دو مرحله ی مختلف انجام بگیرد. برای ایجاد رسوب های ضخیم تر Au بر روی سطح، از حمام های اسیدی و یا حمام های سولفیتی کمک می گیرند.

ساخت حمام های اسیدی

ترکیب	رنگ 1N	رنگ 2N	زرد 24K	زرد 22K
طلا  g/L	0.4-0.8	0.4-0.8	0.4-0.8	0.4-0.8
نمک هادی g/L	120	120	120	120
نیکل به صورت شلاته g/L	11	37-6	–	200ppm
کبالت به صورت شلاتهppm	–	–	250	1000
pH	4-4.5	4-4.5	4.4-4.8	4.5
درجه حرارت	50-60	38-50	26-32	32-38
دانسیته ی جریانA/dm2	1-2	1-2	1-2	1-2
هم زدن	لازم است	لازم است	لازم است	لازم است

ساخت محلول آبکاری طلای سولفیتی

حمام های سولفیتی طلا مزایای منحصر به فردی دارند، اول اینکه بدون سیانید هستند بنابراین مراقبت های ایمنی که در حمام های سیانیدی مطرح است وجود ندارد. دوم اینکه قدرت پرتابی میکرونی آن ها بالاست و ساختار رسوب این حمام ها اساسا ساختار دانه ای ریز است.

ترکیب	24K	سبز روشن	صورتی	آبکاری ضخیم
طلا به صورت سولفیتg/L	1.25-2	1.25-2	1.25-2	8-12
نمک سولفیت هادیg/L	90	90	90	45-75
نیکل به صورت شلاتهg/L	–	1.1	0.5	–
مس به صورت شلاتهg/L	–	–	0.5	–
کادمیوم به صورت شلاتهppm	–	760	–	–
براق کننده معمولا آرسنیکppm	20	20	20	20
دانسیته ی جریانA/dm2	3-5	3-5	3-5	0.1-0.4
درجه حرارت (سانتی گراد)	50-65	50-65	50-65	50-60
زمانs	10-20	15-30	10-20	a

 a ) مدت زمان 12.5 دقیقه در دانسیته جریان 0.3 A/dm²  ضخامت 100 میکرو متر می دهد.

امروزه حمام های صنعتی سولفیت طلا به دلیل غیر سیانیدی بودن و خواص فیزیکی منحصر به فردی که دارند برای ابکاری طلا به کار برده می شوند. چنان که گفته شد این حمام ها قدرت ریز پرتابی فوق العاده ای دارند و می توانند به خوبی این ماده را بر روی سطح رسوب دهند. با توجه به ویژگی های گفته شده می توان گفت که این حمام  تنها فرمول بندی برای آبکاری براق طلا است.

همچنین انعکاس مادون قرمز این رسوب ها خیلی خوب است.

جدول زیر ترکیب و شرایط عملیات این حمام ها را نشان می دهد

اجزا	مقدار
طلا به صورت سولفیت سدیم g/L	4-16
سولفیت سدیم و سولفات سدیم g/L	90
pH	8.5-10
براق کننده	50-60
درجه حرارت (سانتی گراد)	به مقدار لازم
دانسیته ی جریان A/dm2	0.1-0.4
راندمان جریان %	100

محاسبات لازم برای آبکاری

عواملی که در محاسبات آبکاری الکتریکی طلا در نظر گرفته می شوند به شرح زیر است

• قیمت روز
• ضخامت رسوب طلا که 1 میکرو آمپر و یا 19.58 g/m² است.
• اگر راندمان جریان کاتدی 100 درصد باشد، 7.35 گرم Au می تواند در جریان 1Ah به طور الکتریکی رسوب کند
• اگر راندمان جریان کاتدی 100 درصد باشد، برای رسوب Au با ضخامت 1 میکرومتر و پوشش 1 m² سطح، جریان 160.5 min لازم است

در آبکاری می توان زمان، دما و جریان را دقیقا اندازه گیری و کنترل نمود. بزرگترین خطایی که می تواند روی محاسبات اثر بگذارد دقیق نبودن دانسیته جریان و راندمان جریان است.

دانسیته ی جریان با توجه به سطح سطوح مورد آبکاری موثر تخمین زده می شود. راندمان کاتدی با توجه به دانسیته، غلظت فلز، غلظت الکترولیت و مقدار ناخالصی ها تعیین می گردد. ناخالصی های فلزی، ناخالصی های آلی ناشی از مواد ضد آبکاری و گرد و خاک راندمان جریان را تغییر می دهد. در عمل برای اندازه گیری راندمان، زمان و جریان لازم را بر مبنای محاسبات تئوری ارزیابی کرده و آن ها را 10 درصد زیاد می کنند. بر اساس ضخامت طلا، راندمان و شرایط عملیات را تغییر می دهند. ضخامت ماده ی رسوب کرده را از طریق پراش اشعه ی ایکس و پرا کنش اشعه ی بتا یا روش های دیگر تعیین می کنند.

بهتر است ضخامت لایه ی رسوبی به طور مرتب کنترل شود چون در اثر تغییر اجزای حمام و همین طور مدت زمان کارکرد حمام، راندمان جریان تغییر می کند.

افت محلول آبکاری طلا:

از نقطه نظر اقتصادی و محیطی باید میزان افت محلول حمام حداقل باشد.عواملی که روی افت محلول حمام اثر می گذارند عبارتند از:

• ضخامت رسوب
• شکل قطعه ای که باید آبکاری شود
• تعداد خلل و فرج
• سرعت خارج کردن قطعات از وان آبکاری
• استفاده از جت هوا و یا تیغه های پاک کننده

مقدار افت حمام معمولا 10 الی 20 درصد است. ولی در مواردی ممکن است به 30  الی 50  درصد طلای رسوب کرده برسد.

به حداقل رساندن افت بازده ی محلول حمام می تواند علاوه بر مزیت های اقتصادی، حجم فرایند های بازیابی طلا را به حداقل برساند.

بنابراین با آموزش صحیح به اپراتور های آبکاری و خارج نمودن آرام قطعات آبکاری شده از حمام می توان افت محلول حمام را کاهش داد.

در آبکاری های پی در پی به دلیل پاک کردن محلول از وجود ناخالصی های برجای مانده از تیغه های پاک کننده یا جت هوا استفاده می شود.تمام طلا های آبکاری شده باید در وان بازیابی، آبکشی شوند.

از طریق عبور دادن محلول از میان رزین تبادل یونی یا رسوب دهی روی کاتد های مشبک و یا کربنی می توان طلا را بازیابی نمود و هزینه ها را به حداقل رساند.

منبع:

کتاب مهندسی آبکاری فلزات، مهندس اسرافیل بشارت