以銅為基質(zhì)的首飾表面無(wú)氰鍍銀工藝的研究

陳紅,周湘寧

(陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院,陜西西安 712046)

以銅為基質(zhì)的首飾表面無(wú)氰鍍銀工藝的研究

陳紅,周湘寧

(陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院,陜西西安 712046)

根據(jù)無(wú)氰鍍銀工藝體系中不同影響因素設(shè)計(jì)多組實(shí)驗(yàn),獲得電鍍液的組成及最佳工藝條件,并應(yīng)用于銅首飾及其工藝品,使其具備銀首飾的美麗外觀。

無(wú)氰鍍銀;電鍍;銅首飾;工藝品

目前珠寶首飾市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的仿真首飾,它們材質(zhì)多樣,款式新穎,緊跟潮流,價(jià)格低廉,備受年輕消費(fèi)者的推崇。本文在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,通過(guò)無(wú)氰鍍銀工藝體系中不同因素的影響設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行定量和定性分析,確定出電鍍銀體系的最佳工藝條件,并將其應(yīng)用于銅首飾及其工藝品,以期達(dá)到良好的外觀效果。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和樣品

1.1 鍍前預(yù)處理

鍍前預(yù)處理主要工序有:拋光→除油處理→酸洗(去除金屬表面氧化膜)→浸銀。

1.1.1 拋光處理

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定出了銅片電鍍前拋光溶液的最佳組成和操作的工藝條件具體如下:

H3PO4:200～800ml/L,水:200～800ml/L,T:室溫,Dk:5～20A/dm2,t:6～8min,陰極材料:不銹鋼片,陽(yáng)極:銅片。

1.1.2 表面除油處理[1]

經(jīng)過(guò)拋光工序后,需要對(duì)樣品進(jìn)行表面除油處理。由于金屬制品在鍍前所進(jìn)行的熱處理、研磨、拋光、除油封等處理,表面粘有一定程度的油膜,將會(huì)影響金屬離子在基質(zhì)上的沉積、亦或無(wú)法沉積,甚至鍍上金屬層也很容易脫落,因此金屬制品表面油污去除干凈與否是影響電鍍質(zhì)量的主要原因之一。

表1 實(shí)驗(yàn)除油配方Table 1 experimental oil removal formula

1.1.3 酸洗

去除氧化膜的方法:噴砂、化學(xué)浸蝕、弱腐蝕、化學(xué)腐蝕等。要根據(jù)金屬性質(zhì)和表面狀況的不同而適當(dāng)選擇其處理方法。本次實(shí)驗(yàn)選擇弱腐蝕進(jìn)行酸洗。

1.1.4 浸銀

浸銀過(guò)程是銅表面和鍍液中的銀離子間的置換反應(yīng)過(guò)程。一般浸銀溶液中除了含有銀鹽外,還含有絡(luò)合劑或添加劑。通常采用的浸銀工藝有兩種[2],雖然理論上結(jié)合力有明顯提高,但由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液中成分的比例等因素的制約,效果不是很明顯。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置和工藝流程

基體材料為20mm×20mm×2mm的銅片作為陰極進(jìn)行電鍍,不銹鋼片尺寸采用的20mm×40mm ×2mm,溶液配置的總體積為60ml。工藝流程主要為打磨→除油→水洗→酸洗→水洗→拋光→水洗→浸銀→水洗→鍍銀→水洗→后處理[3]。

圖1 電鍍裝置示意圖Fig.1 schematic diagram of electroplating device

2 無(wú)氰鍍銀實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

該工藝體系中有四個(gè)固定因素:硫代硫酸鈉、硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、硼酸;變量為:硝酸銀的含量變化、p H值、電流密度和時(shí)間。通過(guò)固定因素與變量的組合設(shè)計(jì)了16組正交實(shí)驗(yàn),研究其對(duì)銀鍍層表面粗糙度、鍍層顏色及鍍層光潔度的影響,最后確定出電鍍銀體系中的鍍液組成和操作的最佳工藝條件。

2.1 電鍍?nèi)芤航M成及工藝條件下:

硝酸銀30～50 g/L、硫代硫酸鈉180～250g/L、焦亞硫酸鈉30～60 g/L、硫酸鈉5～15 g/L、硼酸10～40 g/L、p H4.0～5.5、Dk0.5～2.0A/dm2、室溫。

2.1.1 無(wú)氰鍍銀中最佳工藝條件的確定

無(wú)氰鍍銀的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均在室溫下進(jìn)行。表2、表3為該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的固定因素和影響因素,制備相應(yīng)的溶液后,結(jié)合表4的變量所給的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表2 鍍銀體系固定因素水平表Table 2 table of fixed factors level of silver plating system

表3 影響因素水平表Table 3 table of influence factors level

表4 正交實(shí)驗(yàn)表Table 4 table of orthogonal experiment

表3為以硝酸銀、p H值、電流密度和時(shí)間為變量設(shè)計(jì)的影響因素—水平表。通過(guò)四個(gè)因素的變化來(lái)探索該無(wú)氰鍍銀體系操作的最佳工藝條件。

表4為該實(shí)驗(yàn)的16組正交實(shí)驗(yàn)表,分為四大組,每一小組均有一個(gè)固定因素,通過(guò)該過(guò)程即可探索出無(wú)氰鍍銀工藝的最佳工藝條件。

2.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分析

2.2.1 表格分析

該分析表從鍍層顏色、鍍層表面光澤度、鍍層表面粗糙度三個(gè)方面對(duì)銀鍍層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,分別從定性與定量?jī)煞矫鎸?duì)鍍層進(jìn)行描述?？梢钥闯?顏色的變化是從銀白→灰白→淡黃→焦黃,分別表示為1,2,3,4。表面光澤度的變化為:光亮→半光亮→暗淡,分別表示為1,2,3。在文中R a表示輪廓算術(shù)平均偏差,其值為在取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

2.2.2 圖片分析

圖2:當(dāng)Ag NO3為35g/L、p H值在4.0～4.5、電流密度在0.5～1.5 A/dm2時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果圖,從左到右對(duì)應(yīng)上表2.5的實(shí)驗(yàn)序號(hào)為11、6、1:

圖3,當(dāng)Dk為2.0 A/dm2時(shí)電鍍效果圖。從左到右對(duì)應(yīng)表2.5的實(shí)驗(yàn)序號(hào)為4、8、12、16,當(dāng)Dk為1.5～2.2 A/dm2時(shí)銅片表面迅速變黑,鍍銀效果較差。

表5 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分析表Table 5 table of experimental index analysis

圖2 正交試驗(yàn)效果圖Fig2 effect of orthogonal experiment

圖3 電流密度對(duì)電鍍效果的影響Fig.3 influence of current density on electroplating effect

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果因素分析

前面說(shuō)到分析鍍層表面所需的三因素為:鍍層顏色、鍍層表面光澤度、鍍層表面粗糙度,其中粗糙度分析是首選要素。通過(guò)對(duì)影響鍍層表面粗糙度的指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,得出最佳工藝參數(shù),然后以此作為依據(jù)與其它兩個(gè)因素進(jìn)行綜合分析,最終確定出體系的最佳工藝條件。

2.3.1 粗糙度因素分析(見表6)

2.3.2 銀鍍層顏色因素分析(見表7)

2.3.3 銀鍍層光澤度因素分析(見表8)

表6 不同條件下銀鍍層粗糙度指標(biāo)分析(k=1/4K)Table 6 Roughness index analysis of silver coating under different conditions(k=1/4K)

表7 不同條件下銀鍍層顏色指標(biāo)分析(k=1/4K)Table 7 color index analysis of silver coating under different conditions(k=1/4K)

表8 不同條件下銀鍍層光澤度指標(biāo)分析(k=1/4K)Table 8 gloss index analysis of silver coating under different conditions(k=1/4K)

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)研究銀鍍層表面粗糙度、顏色和光澤度三個(gè)因素,可有如下研究結(jié)果:

(1)由鍍層表面粗糙度因素可得出對(duì)銀鍍層的影響主次因素為:B→D→A→C,最佳操作藝條件為B1D1A4C3即Dk(0.5A/dm2)→p H(4)→t(2min)→Ag NO3(30g/L)。

(2)由鍍層顏色可得出對(duì)銀鍍層影響主次因素為:A(B)→D→C,最佳操工藝條件為:B1(A1)D1或B1(A1)C3。即Dk(0.5A/dm2)或p H(4.0)→t (2min)或Dk(0.5A/dm2)或p H(4.0)→Ag NO3(30g/L)。

(3)由鍍層光澤度可得出對(duì)銀鍍層影響主次因素為:B(A)→C(D),最佳操作工藝條件為:B1C2(D1)或A1C2(D1)即Dk(0.5A/dm2)→Ag NO3(40g/L)→(t:2min)或p H(4.0)→Ag NO3(40g/L)(t: 2min)。

由以上三點(diǎn)可知:陰極電流密度、鍍液p H值和電鍍時(shí)間是影響鍍層質(zhì)量的最主要因素。當(dāng)陰極電流密度較小時(shí),對(duì)應(yīng)表面越平整,顏色和光澤度也較好;當(dāng)p H值為4.0時(shí),鍍層質(zhì)量最好;時(shí)間的相對(duì)穩(wěn)定,當(dāng)2min時(shí)表面效果較好。結(jié)合實(shí)驗(yàn)而言:時(shí)間對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的影響不是主要的。但電流密度卻是最主要的因素。故通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)所得出的無(wú)氰鍍銀體系中變量的最佳工藝條件為:Dk(0.5A/dm2)→p H (4.0)→t(2～6min)→Ag NO3(30g/L)。

3 銅金屬首飾的電鍍

將研究結(jié)果應(yīng)用到銅首飾的表面處理,按照電鍍的工藝要求對(duì)其進(jìn)行處理。經(jīng)拋光后銅吊墜的顏色呈現(xiàn)強(qiáng)烈的金屬光澤,如下圖4左所示,圖4右邊為電鍍后的形貌,因?yàn)闆]用光亮劑的緣故,吊墜只呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的白色。

圖4 作品拋光電鍍Fig.4 works after polishing and electroplating

4 小結(jié)

(1)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)獲得的無(wú)氰鍍銀最佳工藝操作體系為:

硝酸銀30g/L、硫代硫酸鈉200g/L、焦亞硫酸鈉50g/L、硫酸鈉10g/L、硼酸20g/L、p H4.0、T2～6min、Dk0.5A/dm2、攪拌方式為機(jī)械攪拌、溫度為室溫;

(2)銅首飾及其工藝品表面電鍍銀后效果較好(如圖4右);

(3)雖然銅首飾表面電鍍銀后效果良好,但是銀的化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較差,鍍銀首飾的后處理工藝有待進(jìn)一步研究。

[1] 韓峰.防銀層變色工藝研究[J].長(zhǎng)嶺技術(shù),2002(1):35-39.

[2] R.N.賴依聶爾,H.T.庫(kù)特萊夫采夫電鍍?cè)韀M].北京:中國(guó)工業(yè)出版社出版,1957(3):30-32.

[3] 李釅,劉剛,劉紅霞,等.化學(xué)鍍層的性能及基體的鍍前處理[J].航空制造術(shù),2004(7):86.

當(dāng)前最精確的量子溫度計(jì):鉆石納米晶體制成

在過(guò)去的兩年中,研究人員發(fā)展出了一種量子溫度計(jì),可以測(cè)量出納米尺度下m K級(jí)別的溫度變化。他們利用固體中單個(gè)半導(dǎo)體量子點(diǎn)制備出了這種量子溫度計(jì),簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),就是利用金剛石納米晶體中的雜質(zhì)。人們已經(jīng)使用這種溫度計(jì)測(cè)量出了半導(dǎo)體中電子的溫度和活細(xì)胞內(nèi)部的溫度變化。第一種技術(shù)已經(jīng)能夠讓溫度計(jì)在樣品中取得熱平衡,并精確測(cè)量樣本的溫度譜或探測(cè)熒光譜線與溫度的關(guān)系。

這一實(shí)驗(yàn)工作催生出了一些問(wèn)題,其中包括怎樣優(yōu)化溫度計(jì)的精度,以及哪些材料可以成為理想的納米溫度計(jì)。西班牙巴塞羅那州立大學(xué)的Anna Spanpera和她的同事,以及英國(guó)諾丁漢大學(xué)的Gerardo Adesso相信他們已經(jīng)找到了問(wèn)題的答案。他們利用了新的理論技巧,結(jié)合數(shù)學(xué)工具、量子力學(xué)與熱力學(xué)來(lái)研究這些問(wèn)題。

“總的說(shuō)來(lái),我們想要測(cè)量的溫度將與溫度計(jì)的能量密切相關(guān)”巴塞羅那小組的Luis Correa說(shuō)道。研究小組的工作顯示,最為敏感的納米溫度計(jì)擁有最大的熱容,這意味著環(huán)境溫度中微小的變化都會(huì)對(duì)溫度計(jì)的能量產(chǎn)生較大的影響。

通過(guò)在數(shù)學(xué)上將溫度計(jì)熱容最大化,研究小組得到了納米溫度計(jì)靈敏度的表達(dá)式。溫度計(jì)的靈敏度取決于其能級(jí)結(jié)構(gòu)與未占據(jù)量子態(tài)的數(shù)量。例如,實(shí)驗(yàn)中曾經(jīng)采用的納米金剛石溫度計(jì),其擁有一個(gè)基態(tài)和兩個(gè)能量相同的激發(fā)態(tài)。工作小組發(fā)現(xiàn),最精確的溫度計(jì)是雙能級(jí)系統(tǒng),就像納米金剛石一樣,但是其上能級(jí)并不是只含有兩個(gè)量子態(tài),而是非常多的量子態(tài)。

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Martin Kroner說(shuō),這一理論工作在人們利用基于量子效應(yīng)的更可靠溫度計(jì)上邁出了重要一步。他也說(shuō)道,現(xiàn)如今科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)中已經(jīng)能夠制造溫度非常低的環(huán)境去觀察量子現(xiàn)象,但是這一新的工作將實(shí)驗(yàn)引入了新的境地,人們不僅可以觀測(cè)量子體系,還能精確地測(cè)量量子體系本身的溫度。

這一研究成果發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào)上。 (科學(xué)探索)

Study of the jewelry surface cyanide-free silver plating technology with copper as matrix

CHEN Hong,ZHOU Xiang-ning
(Shaanxi Institute of international tradecommerce,Xi'an,Shaanxi 712046,China)

A number of experiments has been designed according to the different influence factors of the cyanide-free silver plating process to obtain the electroplating solution and the optimum process conditions.The experiment results will be applied to the process of copper jewelry and copper handicraft to give them a beautiful appearance as the silver jewelry.

cyanide-free silver plating;electroplating;copper jewelry;handicraft

TS933

A

1673-1433(2015)04-0058-05

2015-06-16

陳紅(1983-),女,講師,研究方向:珠寶首飾鑒定與處理。

陳紅,周湘寧.以銅為基質(zhì)的首飾表面無(wú)氰鍍銀工藝的研究[J].超硬材料工程,2015,27(4):58-62.