陳紅,周湘寧

(陜西國際商貿(mào)學院,陜西西安 712046)

以銅為基質(zhì)的首飾表面無氰鍍銀工藝的研究

陳紅,周湘寧

(陜西國際商貿(mào)學院,陜西西安 712046)

根據(jù)無氰鍍銀工藝體系中不同影響因素設計多組實驗,獲得電鍍液的組成及最佳工藝條件,并應用于銅首飾及其工藝品,使其具備銀首飾的美麗外觀。

無氰鍍銀;電鍍;銅首飾;工藝品

目前珠寶首飾市場上出現(xiàn)了越來越多的仿真首飾,它們材質(zhì)多樣,款式新穎,緊跟潮流,價格低廉,備受年輕消費者的推崇。本文在查閱大量文獻資料的基礎上,通過無氰鍍銀工藝體系中不同因素的影響設計實驗,進行定量和定性分析,確定出電鍍銀體系的最佳工藝條件,并將其應用于銅首飾及其工藝品,以期達到良好的外觀效果。

1 實驗準備和樣品

1.1 鍍前預處理

鍍前預處理主要工序有: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)過實驗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,陽極:銅片。

1.1.2 表面除油處理[1]

經(jīng)過拋光工序后,需要對樣品進行表面除油處理。由于金屬制品在鍍前所進行的熱處理、研磨、拋光、除油封等處理,表面粘有一定程度的油膜,將會影響金屬離子在基質(zhì)上的沉積、亦或無法沉積,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 實驗除油配方Table 1 experimental oil removal formula

1.1.3 酸洗

去除氧化膜的方法:噴砂、化學浸蝕、弱腐蝕、化學腐蝕等。要根據(jù)金屬性質(zhì)和表面狀況的不同而適當選擇其處理方法。本次實驗選擇弱腐蝕進行酸洗。

1.1.4 浸銀

浸銀過程是銅表面和鍍液中的銀離子間的置換反應過程。一般浸銀溶液中除了含有銀鹽外,還含有絡合劑或添加劑。通常采用的浸銀工藝有兩種[2],雖然理論上結合力有明顯提高,但由于實驗環(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 實驗裝置和工藝流程

基體材料為20mm×20mm×2mm的銅片作為陰極進行電鍍,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 無氰鍍銀實驗操作過程

該工藝體系中有四個固定因素: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、電流密度和時間。通過固定因素與變量的組合設計了16組正交實驗,研究其對銀鍍層表面粗糙度、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 無氰鍍銀中最佳工藝條件的確定

無氰鍍銀的整個實驗過程均在室溫下進行。表2、表3為該實驗過程的固定因素和影響因素,制備相應的溶液后,結合表4的變量所給的條件進行實驗。

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 正交實驗表Table 4 table of orthogonal experiment

表3為以硝酸銀、p H值、電流密度和時間為變量設計的影響因素—水平表。通過四個因素的變化來探索該無氰鍍銀體系操作的最佳工藝條件。

表4為該實驗的16組正交實驗表,分為四大組,每一小組均有一個固定因素,通過該過程即可探索出無氰鍍銀工藝的最佳工藝條件。

2.2 實驗指標分析

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方面對銀鍍層進行實驗結果分析,分別從定性與定量兩方面對鍍層進行描述?？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表示輪廓算術平均偏差,其值為在取樣長度內(nèi)輪廓偏距絕對值的算術平均值。

2.2.2 圖片分析

圖2:當Ag NO3為35g/L、p H值在4.0～4.5、電流密度在0.5～1.5 A/dm2時的實驗效果圖,從左到右對應上表2.5的實驗序號為11、6、1:

圖3,當Dk為2.0 A/dm2時電鍍效果圖。從左到右對應表2.5的實驗序號為4、8、12、16,當Dk為1.5～2.2 A/dm2時銅片表面迅速變黑,鍍銀效果較差。

表5 實驗指標分析表Table 5 table of experimental index analysis

圖2 正交試驗效果圖Fig2 effect of orthogonal experiment

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

2.3 實驗結果因素分析

前面說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。通過對影響鍍層表面粗糙度的指標進行綜合分析,得出最佳工藝參數(shù),然后以此作為依據(jù)與其它兩個因素進行綜合分析,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分析(k=1/4K)Table 8 gloss index analysis of silver coating under different conditions(k=1/4K)

2.4 實驗結果分析

通過研究銀鍍層表面粗糙度、顏色和光澤度三個因素,可有如下研究結果:

(1)由鍍層表面粗糙度因素可得出對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)。

由以上三點可知:陰極電流密度、鍍液p H值和電鍍時間是影響鍍層質(zhì)量的最主要因素。當陰極電流密度較小時,對應表面越平整,顏色和光澤度也較好;當p H值為4.0時,鍍層質(zhì)量最好;時間的相對穩(wěn)定,當2min時表面效果較好。結合實驗而言:時間對整個實驗的影響不是主要的。但電流密度卻是最主要的因素。故通過正交實驗所得出的無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

將研究結果應用到銅首飾的表面處理,按照電鍍的工藝要求對其進行處理。經(jīng)拋光后銅吊墜的顏色呈現(xiàn)強烈的金屬光澤,如下圖4左所示,圖4右邊為電鍍后的形貌,因為沒用光亮劑的緣故,吊墜只呈現(xiàn)出強烈的白色。

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

4 小結

(1)通過正交實驗獲得的無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,但是銀的化學穩(wěn)定性相對較差,鍍銀首飾的后處理工藝有待進一步研究。

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

[2] R.N.賴依聶爾,H.T.庫特萊夫采夫電鍍原理[M].北京:中國工業(yè)出版社出版,1957(3):30-32.

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

當前最精確的量子溫度計:鉆石納米晶體制成

在過去的兩年中,研究人員發(fā)展出了一種量子溫度計,可以測量出納米尺度下m K級別的溫度變化。他們利用固體中單個半導體量子點制備出了這種量子溫度計,簡單說來,就是利用金剛石納米晶體中的雜質(zhì)。人們已經(jīng)使用這種溫度計測量出了半導體中電子的溫度和活細胞內(nèi)部的溫度變化。第一種技術已經(jīng)能夠讓溫度計在樣品中取得熱平衡,并精確測量樣本的溫度譜或探測熒光譜線與溫度的關系。

這一實驗工作催生出了一些問題,其中包括怎樣優(yōu)化溫度計的精度,以及哪些材料可以成為理想的納米溫度計。西班牙巴塞羅那州立大學的Anna Spanpera和她的同事,以及英國諾丁漢大學的Gerardo Adesso相信他們已經(jīng)找到了問題的答案。他們利用了新的理論技巧,結合數(shù)學工具、量子力學與熱力學來研究這些問題。

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

通過在數(shù)學上將溫度計熱容最大化,研究小組得到了納米溫度計靈敏度的表達式。溫度計的靈敏度取決于其能級結構與未占據(jù)量子態(tài)的數(shù)量。例如,實驗中曾經(jīng)采用的納米金剛石溫度計,其擁有一個基態(tài)和兩個能量相同的激發(fā)態(tài)。工作小組發(fā)現(xiàn),最精確的溫度計是雙能級系統(tǒng),就像納米金剛石一樣,但是其上能級并不是只含有兩個量子態(tài),而是非常多的量子態(tài)。

瑞士聯(lián)邦理工學院的Martin Kroner說,這一理論工作在人們利用基于量子效應的更可靠溫度計上邁出了重要一步。他也說道,現(xiàn)如今科學家們在實驗中已經(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驗引入了新的境地,人們不僅可以觀測量子體系,還能精確地測量量子體系本身的溫度。

這一研究成果發(fā)表在物理評論快報上。 (科學探索)

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)的首飾表面無氰鍍銀工藝的研究[J].超硬材料工程,2015,27(4):58-62.