PL192231B1 - Kwaśna kąpiel do galwanicznego osadzania powłok stopowych Pt-Au - Google Patents

Abstract

Kwaśna kąpiel do galwanicznego osadzania powłok stopowych Pt-Au, stanowiąca wodny roztwór zawierający związki Au(lll) oraz jony heksachloroplatynianowe(IV), znamienna tym, że zawiera jony tetrachlorozłocianowe(lll) wprowadzone w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli albo wprowadzone w postaci chlorku złota(lll), jony heksachloroplatynianowe(IV) w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli oraz kwas halogenowodorowy jako stabilizator, przy czym zawartość platyny w przeliczeniu na H2PtCI6 jest w zakresie od 5 do 150 g/litr, zawartość złota w przeliczeniu na HAuCl4 jest w zakresie od 5 do 300 g/litr, a stabilizator jest w ilości od 20 do 400 g/litr.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kwaśna kąpiel do galwanicznego osadzania powłok stopowych Pt-Au. Powłoki osadza się na podłożu przewodzącym prąd elektryczny. Stopy Pt-Au mają zastosowanie w wielu dziedzinach, a powłoki stopowe można wykorzystać w galwanotechnice, w celach dekoracyjnych i ochronnych. Stopy Pt-Au wykazują właściwości elektrokatalityczne i mogą być wykorzystane jako materiał anodowy do konstrukcji ogniw paliwowych.

Osadzanie powłok z czystej platyny przeprowadza się np. z elektrolitów sporządzonych z chlorku platyny(IV) PtCI4x5H2O, kwasu heksachloroplatynowego(IV) H2PtCI6x6H2O, soli amonowych albo sodowych tego kwasu. Do elektrolitów sporządzonych na bazie chlorku platyny(IV) lub kwasu heksachloroplatynowego(IV) H2PtCI6 dodaje się kwas solny lub siarkowy(VI). Przykładowym elektrolitem jest roztwór o składzie: platyna (w postaci PtCI4x5H2O) w ilości 15-25 g/l, kwas solny w ilości 10-390 g/l. Z kąpieli tej w temperaturze 45-75°C i przy gęstościach prądu do 3,5 A/dm² otrzymuje się pokrycia platynowe o grubości do 25 mm/h.

Powłoki złote uzyskuje się z alkalicznych kąpieli cyjankowych. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,517,060 znana jest kąpiel do osadzania powłok stopowych złota z miedzią i bizmutem. Zawiera ona cyjanozłociany-l metali alkalicznych lub amonu, cyjanomiedziany i cyjanki metali alkalicznych oraz związki kompleksowe bizmutu.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,358,350 znana jest silnie kwasowa cyjankowa kąpiel do osadzania stopów złota, w tym stopów złota z platyną, której zastosowanie jest ograniczone do otrzymywania stopów z niewielkim dodatkiem metalu z grupy platynowców, np. platyny. Znana kąpiel zawiera od 1 -10 g/l złota w postaci tetracyjanozłocianu(lll), np. metalu alkalicznego, oraz od 0,1 -5 g/l metalu z grupy platynowców w postaci rozpuszczalnej w wodzie soli, np. heksachloroplatynianu(IV). Integralnym składnikiem elektrolitu jest kwas fosforowy i siarczan sodu. Z informacji podanych w cytowanym patencie, zwłaszcza z kol. 1 wynika, że w rozwiązaniu tym dodatek platyny jako składnika stopu ma na celu głównie wytworzenie powłoki charakteryzującej się stałym niskim oporem.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest opracowanie kwaśnej bezcyjankowej kąpieli do współosadzania platyny i złota na przewodzącym podłożu, umożliwiającej wytworzenie powłoki stopowej Pt-Au w pełnym zakresie składów.

Kąpiel do galwanicznego osadzania powłok stopowych Pt-Au według wynalazku zawiera jony tetrachlorozłocianowe(lll) wprowadzone w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli albo wprowadzone w postaci chlorku złota(lll), jony heksachloroplatynianowe(IV) w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli oraz kwas halogenowodorowy jako stabilizator, przy czym zawartość platyny w przeliczeniu na H2PtCI6 jest w zakresie od 5 do 150 g/litr, zawartość złota w przeliczeniu na HAuCl4 jest w zakresie od 5 do 300 g/litr, a stabilizator jest w ilości od 20 do 400 g/litr.

Jako stabilizator kąpiel według wynalazku korzystnie zawiera HCI. Stabilizator umożliwia utrzymanie silnie kwaśnego odczynu kąpieli, już przy pH=2.2 rozpoczyna się bowiem hydroliza i wytrącanie hydroksosoli oraz wodorotlenków platyny i złota. Stabilizator spełnia także funkcje czynnika kompleksującego, utrzymując jony platyny i złota w postaci kompleksów i zapewnia właściwe przewodnictwo elektryczne kąpieli.

Źródłem platyny są jony heksachloroplatynianowe(IV) wprowadzane w postaci kwasu heksachloroplatynowego(IV) i/lub jego rozpuszczalnej soli, np. sodowej, potasowej lub amonowej.

Źródłem złota są jony tetrachlorozłocianowe(lll) wprowadzane w postaci kwasu tetrachlorozłotowego(lll) i/lub jego rozpuszczalnej soli, np. sodowej, albo w postaci chlorku złota(lll), który wytwarza ze stabilizatorem jon kompleksowy.

W procesie elektroosadzania stopu Pt-Au stosuje się anody platynowe lub złote. W podwyższonych temperaturach i przy podanej zawartości kwasu podczas przepływu przez elektrolit prądu anody te ulegają równomiernemu roztwarzaniu. Plastyczne, pozbawione naprężeń powłoki stopowe, dobrze przyczepne do podłoża otrzymuje się w stosunkowo wąskim zakresie gęstości prądów od 0,2 do 8 A/dm². Dopuszczalna gęstość prądu zależy od stężenia kwasu w roztworze. Im wyższe zawartości wolnego kwasu w elektrolicie, tym szerszy zakres gęstości prądów można stosować do galwanicznego osadzania stopu Pt-Au. Korzystne jest, że kąpiel pracuje w temperaturze pokojowej, chociaż proces galwaniczny można prowadzić także w temperaturze podwyższonej.

Kąpiel według wynalazku umożliwia otrzymanie powłok stopowych Pt-Au o zróżnicowanej grubości, determinowanej czasem elektrolizy. Kąpiel według wynalazku nie zawiera cyjanków. Nie jest

PL 192 231 B1 więc tak toksyczna jak klasyczne elektrolity do złocenia. Nie występuje niebezpieczeństwo wydzielania trującego cyjanowodoru przy korekcie jej pH.

Przedmiot wynalazku przedstawiono bliżej w poniższych przykładach.

P r zyk ł a d I.

Sporządzono kąpiel będącą roztworem wodnym o składzie:

- platyna w postaci H2PtCI6 - 41 g

- złoto w postaci HAuCU4 - 17 g ₃

- kwas solny stęż. - 370 cm³

- woda do 1 dm³ ₂

Proces elektrolityczny przy użyciu kąpieli prowadzono przy gęstości prądu katodowego 1,88 A/dm^{1 2} w temperaturze pokojowej, stosując anody platynowe. Uzyskano powłokę stopową platyna-złoto o składzie 80%Au i 20%Pt (w procentach atomowych). Analizę stopu przeprowadzono metodą chronowoltamperometryczną.

₂

Obniżenie gęstości prądu do 0,9 A/dm² powoduje uzyskanie powłok o obniżonej zawartości metalu szlachetniejszego-złota 65%Au:35%Pt. Stopy analizowano metodą chronowoltamperometryczną.

P r zyk ł a d II.

Przygotowano kąpiel o składzie:

- platyna w postaci H2PtCI6 - 41 g

- złoto w postaci HAuCl4 - 8,6 g ₃

- kwas solny stęż. - 300 cm³

- woda do 1 dm³ ₂

Katodowa gęstość prądu 1 A/dm². Uzyskano stop zawierający 73% Pt i 27% Au. P r zyk ł a d III.

Przygotowano kąpiel o składzie:

- platyna w postaci h2PtCI6 - 17 g

- złoto w postaci AuCl3 - 15,18 g

- kwas solny stęż. - 400 cm³

- woda do 1 dm³ ₂

Katodowa gęstość prądu 1,88 A/dm². Uzyskano stop zawierający 20% Pt i 80% Au.

P r zyk ł a d IV

Przygotowano kąpiel o składzie:

- platyna w postaci H2PtCI6 - 41 g

- złoto w postaci HAuCl4 - 5 g ₃

- kwas solny stęż. - 450 cm³

- woda do 1 dm³ ₂

Katodowa gęstość prądu 4,5 A/dm².

Uzyskano stop zawierający 98% Pt i 2%Au.

P r zyk ł a d V.

Przygotowano kąpiel o składzie:

- platyna w postaci Na2PtCI6 - 45,4 g

- złoto w postaci AuCl3 - 45,5 g ₃

- kwas solny stęż. - 400 cm³

- woda do 1 dm³ ₂

Katodowa gęstość prądu 4,5 A/dm². Uzyskano stop zawierający 24% Pt i 76% Au.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kwaśna kąpiel do galwanicznego osadzania powłok stopowych Pt-Au, stanowiąca wodny roztwór zawierający związki Au(lll) oraz jony heksachloroplatynianowe(IV), znamienna tym, że zawiera jony tetrachlorozłocianowe(lll) wprowadzone w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli albo wprowadzone w postaci chlorku złota(lll), jony heksachloroplatynianowe(IV) w postaci kwasu i/lub jego rozpuszczalnej soli oraz kwas halogenowodorowy jako stabilizator, przy czym zawartość platyny

   PL 192 231 B1 w przeliczeniu na H2PtCI6 jest w zakresie od 5 do 150 g/litr, zawartość złota w przeliczeniu na HAuCl4 jest w zakresie od 5 do 300 g/litr, a stabilizator jest w ilości od 20 do 400 g/litr.
2. 2. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że jako stabilizator zawiera HCI.
3. 3. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera jony tetrachlorozłocianowe(lll) wprowadzone w postaci kwasu tetrachlorozłotowego(lll) i/lub jego soli sodowej.