Серебрение — это технологический процесс нанесения тонкого слоя серебра на поверхность других металлов (чаще всего меди и её сплавов), стекла или пластмасс.
В зависимости от целей — будь то повышение электропроводности контактов, защита от коррозии или создание зеркального блеска — серебрение может выполняться тремя принципиально разными способами:
- Химическим замещением (цементацией).
- Восстановлением из растворов.
- Электролитическим (гальваническим) осаждением.
В то время как декоративное серебрение окутано историческими легендами и мистикой, промышленный метод требует строгого соблюдения химических формул и режимов тока для получения износостойкого покрытия заданной толщины.
Что такое серебрение или посеребрение
Осуществляется химическим и гальваническим способами, катодным распылением и конденсацией паров металла в вакууме.
В основе химического способа, применяемого для серебрения стекла, лежит реакция восстановления серебра из серебрильного раствора (AgNО3 — 4 г/л, 25%-ного раствора NH4OH — 100—120 мл/л, NaOH — 4 г/л).
Восстановителем служит раствор состава: сахара — 100 г/л, 10%-ного раствора H2SО4 — 10 мл/л, 5%-ного раствора йода — 6 мл/л.
Перед серебрение поверхность изделий тщательно обезжиривают 5%-ным раствором NaOH и обрабатывают в 0,15%-ном растворе двухлористого олова (сенсибилизация с последующим промыванием).
Затем изделия небольших размеров погружают в серебрильный раствор или (реже) поливают им поверхность таких изделий.
Для серебрения серебром изделий больших размеров, осуществляемого на конвейерах, прибегают к пульверизации раствора.
Толщина создаваемого покрытая 0,2—0,5 мим.
Гальваническое серебрение
При гальваническом серебрении, применяемом для серебрения металлических изделий, используют в основном цианистые электролиты.
Электроосаждение состоит в том, что под действием электр. поля ионы серебра в растворе, двигаясь к катоду, захватывают на нем электроны и, осаждаясь, превращаются в нейтральные атомы.
Свойства осажденных покрытий зависят от плотности тока, т-ры и интенсивности перемешивания раствора, скорости дрейфа ионов, формы и структуры электродов, содержания примесей.
Адгезию наносимого серебра увеличивают очисткой и обезжириванием поверхности изделий.
Предварительным нанесением тонкого подслоя серебра в электролите с малым его содержанием и большим содержанием цианида при повышенной плотности тока.
Микротвердость покрытий 90—110 кгс/мм2.
Для получения блестящих серебряных покрытий в ванну добавляют сероуглерод или серосодержащие соединения.
Толщина покрытий, получаемых электроосаждением, достигает нескольких миллиметров.
Серебрение катодным распылением
Серебрение катодным распылением применяют преим. в декоративных целях, реже — при изготовлении тонкопленочных схем.
Скорость нанесения покрытий этим методом невелика —до 500 А в минуту (при плотности тока 250—300 ма/см2).
Серебрение конденсацией паров
Для серебрения конденсацией паров серебро нагревают в вакууме (~10-4 мм рт.ст.) до т-ры 1000—1100° С, используя тигли из молибдена или углерода.
Испаряясь, серебро конденсируется на расположенных над тиглями изделия!.
Структура и св-ва покрытий зависят от т-ры конденсации.
Уменьшение микротвердости вакуумных серебряных покрытий от 70 кгс/мм2 (при т-ре конденсации 100° С) до 39 кгс/мм2 (при 600° С) обусловлено изменением микроструктуры конденсата.
Ширина столбчатых кристаллитов увеличивается по мере роста т-ры поверхности, и при т-ре конденсации 350°С они постепенно переходят в равноосные кристаллиты, характерные для массивного отожженного материала.
Толщина покрытия пропорциональна продолжительности процесса.
Серебрение тонкими листами серебра
Серебрение наз. также покрытие изделий тонкими листами серебра, в процессе которого листы и находящиеся с ними в тесном контакте изделия нагревают до т-ры, близкой к т-ре плавления серебра, а затем совместно прокатывают.
Из тонких (2—3 мм) серебреных листов штампуют различные изделия (см. также Плакирование).
Серебряные покрытия не защищают электрохимически железо и сплавы на его основе от коррозии, поскольку потенциал серебра (+ 0,816 в) значительно электроположительнее потенциала железа.
Поэтому серебро обычно микроструктура серебряного покрытия (А) на медной поверхности (Б) (т-ра 500 °С), X 450. наносят на подслой меди или на изделия из медных сплавов.
При осаждении серебра на хромоникелевую нержавеющую сталь предварительно осаждают подслой никеля, затем меди и лишь потом осаждают серебро.
Осаждение серебра на алюминий начинают с контактного осаждения цинка, затем изделие подвергают меднению и серебрению.
Применение
В пищевой пром-сти серебрение применяют для покрытия резервуаров, котлов, посуды, столовых приборов, в электро- и радиотехнической пром-сти — для изготовления проводов, контактов и др.
В машиностроении применяют серебреные подшипники, отличающиеся хорошей износостойкостью.
Отражательная способность серебряных покрытий используется при произ-ве прожекторов и фар.
Для защиты от окисления и потускнения на серебряные покрытия наносят родий или бериллий, реже — эпоксидные лаки.
Серебро широко применяют в гальванической практике для защитно-декоративных целей (ювелирные изделия, столовые приборы, музыкальные инструменты и т. д.).
Для повышения поверхностной электропроводности токонесущих деталей высокочастотной электроаппаратуры и уменьшения переходного сопротивления электрических контактов.
Серебро обладает высоким коэффициентом отражения света (95%), поэтому серебрению в ряде случаев подвергают фары, рефлекторы, металлические зеркала.
Однако коэффициент отражения со временем падает, так как серебро темнеет в атмосфере, содержащей даже незначительные количества сероводорода, покрываясь налетом сульфида серебра.
Серебрение применяют также для защиты от коррозии химической посуды и приборов, работающих в щелочных средах.
Не следует забывать, что серебро относится к числу электроположительных металлов ( φ°Ag/Ag+ = 0,799в).
Поэтому серебряные покрытия только механически защищают основной металл (медь, сталь) от коррозионного воздействия.
В большинстве случаев серебрению подвергают изделия из меди и ее сплавов. На стальные изделия перед серебрением рекомендуется наносить слой меди.
Для серебрения применяют в основном цианистые электролиты.
При погружении изделий в цианистые электролиты для серебрения происходит контактное осаждение серебра, ухудшающее сцепление покрытия с основой.
Для обеспечения надежного сцепления с покрытием изделия из меди и ее сплавов подвергают предварительному амальгамированию.
Методы подготовки и предварительное серебрение
Осуществляют погружением изделий на 3—5 сек в раствор солей ртути. С этой же целью применяют осаждение серебра последовательно в двух электролитах.
Первоначально осаждают тонкий слой серебра в электролите с пониженной концентрацией серебра и большой концентрацией цианида калия.
В этих условиях потенциал серебра становится электроотрицательнее потенциала меди.
После этого наносят слой необходимой толщины в обычном электролите.
Цианистые электролиты: состав и особенности
В состав цианистых электролитов входят комплексная цианистая соль серебра K[Ag(CN)2] и цианид калия.
Рекомендуется также вводить некоторое количество карбоната и нитрата калия.
Электроосаждение серебра из цианидных растворов происходит с значительной катодной поляризацией, что приводит к образованию мелкокристаллического осадка.
Концентрация свободного цианида калия играет важную роль в процессе электролиза.
С увеличением концентрации цианида калия потенциал серебра становится электроотрицательнее, увеличивается поляризуемость, растет электропроводность.
Это приводит к повышению рассеивающей способности электролита.
Свободный цианид необходим также для нормального растворения серебряного анода.
Хотя возможно применение цианида натрия, однако предпочтение следует отдать цианиду калия.
В электролитах, приготовленных на основе цианида калия, осадки серебра получаются лучше и при более высоких плотностях тока.
Присутствие NO—3 в цианистом электролите повышает плотность тока, при которой на катоде образуется губчатый осадок.
Карбонат калия повышает электропроводность электролита, а следовательно и рассеивающую способность.
Технологические режимы серебрения
Для серебрения применяют обычно следующий электролит (в г/л):
- К [Ag (CN)2] (в пересчете на металл) — — — 30—40
- KCN (свободный) — — — 15—45
- К2СО3 — — — 25—60
Процесс ведут при 18—25° С с катодной плотностью тока 0,3—0,6 а/дм2.
Увеличение концентрации серебра в электролите, подогрев его до 30—40° С.
Использование тока переменной полярности (реверс) или наложение переменного тока на постоянный в сочетании с добавкой KNО3 позволяют повысить плотность тока до 1,5—2 а/дм2.
Легирование и повышение твердости покрытий
Для повышения твердости и износостойкости серебряных покрытий в электролит вводят соли различных металлов (Cd, Ni, Со, Сu, Pd и др.).
Хорошие результаты получаются при введении в электролит сурьмы в виде сурьмяно-виннокислого калия K(SbO)C4H4O6 • 1/2H2O в количестве 10—25 г/л.
В такой электролит обычно вводится также сегнетова соль KNaC4H4O6 (60—90 г/л) для предотвращения выпадения основных солей сурьмы.
Большая токсичность цианистого электролита привела к необходимости изыскания других, менее токсичных составов.
Для серебрения были предложены железистосинеродистые, пирофосфатные, иодидные, сульфитные, сульфатно-аммониевые и др. электролиты.
Наибольшее распространение после цианистого электролита получил железистосинеродистый, который готовится кипячением ферроцианида калия с хлоридом серебра в растворе карбоната калия.
При этом происходят следующие реакции:
2AgCl + K4[Fe (CN)6] → К4 [Ag2(CN)6] + FeCl2 FeCl2 + H2O + K2CO3 →
Fe(OH)2 + 2KCl + CO24Fe(OH)2 + O2+2H2O → 4Fe(OH)3
В результате образуется комплексная соль серебра K4[Ag2(CN)6].
Для этого электролита характерна значительная пассивация анода, в результате которой анодный выход по току составляет всего ~30%, в то время как на катоде он приближается к 100%.
Это приводит к быстрому уменьшению содержания серебра в электролите.
Предотвратить пассивацию анодов можно введением в электролит роданида калия.
Железистосинеродистый электролит не содержит свободных цианидов, но в процессе эксплуатации они могут образоваться (при пассивации анодов), поэтому требуется тщательное соблюдение правил техники безопасности.
Большой интерес представляет пирофосфатный электролит, разработанный В. В. Ореховой.
В качестве лиганда применялся пирофосфат калия, который при взаимодействии с нитратом серебра образует пирофосфатный комплекс серебра К7[Ag(P2О7)2].
10 фактов о серебре
- Серебро как и его соли естественный природный «антибиотик».
- Превышение нормы солей металл проявляет токсические свойства.
- Металл имеет почти стопроцентный коэффициент отражения света.
- Используется как ювелирный материал, сплавы с палладием увеличивает твердость.
- В морской воде растворено примерно в 10 раз больше, чем золота.
- Один из немногих металлов который находиться в самородном состоянии.
- Серебро в контакте с серу содержащими газы темнее.
- Самый большой самородок найденный на земле весил более 20 тон.
- Нагревание солей серебра приводит к частичному восстановлению.
- Серебро иногда применяют в пищевой промышленности, добавка Е174.
Литература
Винокуров В. M. Химические методы серебрения зеркал. Лайнер В. И. Защитные покрытия металлов.
Часто задаваемые вопросы:
Серебрение — это технологический процесс нанесения тонкого слоя серебра (Ag) на поверхность металлического изделия.
1. Защита от коррозии
2. Улучшение внешнего вида.
3. Повышение электропроводности.
4. Антибактериальный эффект.
5. Создание основы для дальнейшей обработки.
Выделяют три основных метода нанесения серебряного покрытия:
1. Электролитическое (гальваническое) серебрение.
2. Химическое серебрение.
3. Механическое серебрение (гальванопластика).
Для продления срока службы и сохранения эстетических свойств посеребрённых изделий соблюдайте следующие правила ухода:
1. Регулярная чистка.
2. Правильное хранение.
3. Защита от агрессивных веществ.
Добавить комментарий
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.