【技術(shù)領(lǐng)域】
本文涉及一種電鑄黃金工藝，尤其是涉及一種能提高黃金工藝品產(chǎn)品硬度的電鑄黃金工藝。
【背景技術(shù)】
電鑄黃金工藝品的生產(chǎn)技術(shù)是利用電沉積原理，將氰化亞金鉀電鑄溶液中的金離子在電場(chǎng)力的作用下遷移到涂有導(dǎo)電銀漿涂層的陰極模上，再經(jīng)過處理，脫去模芯，從而達(dá)到精密復(fù)制的效果。此技術(shù)自1838年俄國科學(xué)家雅可比用電鑄方法復(fù)制浮雕工藝品和首飾后，在金屬、貴金屬加工方面得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來，電鑄黃金中空工藝品更以它惟妙惟肖的時(shí)尚造型結(jié)合高貴典雅的傳統(tǒng)風(fēng)格，日益受到廣大消費(fèi)者的青睞。特別是黃金制品獨(dú)有的既可以作為工藝品欣賞，又具有保值收藏的特點(diǎn)，使電鑄黃金工藝品的市場(chǎng)需求量逐步擴(kuò)大，自2003年以來以每年50％的市場(chǎng)需求量遞增。
但黃金本身又具有硬度低、延展性強(qiáng)等特性，在電鑄工序完成后，還必須經(jīng)過打磨、脫模、除去導(dǎo)電層、回火消除內(nèi)應(yīng)力等工序，才能制成合格的工藝品，其硬度低的特性會(huì)明顯影響到后工序的處理效果，直接造成成品率低的結(jié)果。
??【本文內(nèi)容】
本文的目的是為了克服現(xiàn)有電鑄黃金工藝造成黃金工藝品硬度低、成品率低的不足而提供的一種能有效地增加黃金工藝品的硬度使電鑄黃金工藝品的成品率成倍提高的電鑄黃金工藝。本工藝制造的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比硬度增加了100HV，同時(shí)不影響黃金成色，對(duì)廢鑄液中貴金屬的提取亦無影響，并且可以較大幅度地節(jié)省黃金原料。
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本文采用下列技術(shù)方案：
一種電鑄黃金工藝，其特征在于包括下列工藝步驟：A、在電鑄缸加入去離子水、開缸鹽、開缸劑；B、將電鑄缸的液體溫度升至40℃∽45℃；液體的PH值控制在6.35∽6.85；C、在電鑄缸中加入電鑄主鹽氰化亞金鉀和電鑄補(bǔ)充劑，保持金含量在10-12g/L；D、將準(zhǔn)備好的涂有導(dǎo)電層的鑄件作為陰極掛在掛具上，放入電鑄缸；E、加入硬金補(bǔ)充劑，保持補(bǔ)充劑含量在0.3-0.6g/L；F、在電流的作用下，將鍍液中的黃金電解出來，并附著在上述鑄件上；
如上所述的硬金補(bǔ)充劑為鈷鹽；
如上所述的鈷鹽為氰化鈷鉀或氯化鈷或硫酸鈷或氰化鈷鉀、氯化鈷、硫酸鈷的混合物；
如上所述的電流由脈沖電源提供，脈沖電源的脈沖比為2∶3，電壓為3.5V；
如上所述的陰極在電鍍液中移動(dòng)，陰極移動(dòng)速度為10次/min；
如上所述的氰化亞金鉀含量為12-20g/L，電鑄補(bǔ)充劑含量為5-8ml/L；
如上所述的電鑄液的酸堿度用氫氧化鉀和磷酸調(diào)整luanyi.com.cn。
?本文與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
1、加入硬金補(bǔ)充劑，尤其是加入0.3g/L-0.6g/L氰化鈷鉀，其它電鑄條件不變的情況下，使鍍層晶格發(fā)生改變，使電鑄黃金工藝品的硬度明顯提高；而且提高了工藝品成品率，節(jié)省了黃金原料；而且氰化鈷鉀的加入只改變鍍層的結(jié)構(gòu)而不影響工藝品的黃金成色，對(duì)提高電鑄黃金工藝品的產(chǎn)量和質(zhì)量有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。
2、溫度為40℃∽45℃，鍍液不會(huì)揮發(fā)，因而不會(huì)揮發(fā)有毒物質(zhì)，同時(shí)去離子水補(bǔ)充很少；
3、電鑄液的酸堿度控制在微酸性；
4、采用先進(jìn)的脈沖電源技術(shù)，使電鑄過程縮短，耗電量降低，有效地改善了金離子的電結(jié)晶過程，使電鑄件表面晶粒均勻致密，提高鍍層的韌性，減少鍍層中雜質(zhì)含量，有效地減小陰極表面的濃差極化現(xiàn)象，從而達(dá)到滿意的效果，更適合大批量生產(chǎn)中空黃金工藝品。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本文作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
一種電鑄黃金的工藝，包括如下步驟；
A、在清洗干凈的電鑄缸內(nèi)加入總體積2/3的去離子水，再加入開缸鹽、開缸劑；開啟攪拌裝置和加熱裝置；
B、將電鑄缸的液體溫度升至40℃∽45℃；用氫氧化鉀和磷酸調(diào)整電鑄液的酸堿度，液體的PH值控制在6.35∽6.85；
C、在電鑄缸中加入電鑄主鹽氰化亞金鉀和電鑄補(bǔ)充劑，保持金含量在10-12g/L；
D、將準(zhǔn)備好的涂有導(dǎo)電層(可以為導(dǎo)電銀漿)的鑄件作為陰極掛在掛具上，放入電鑄缸；陽極材料為鉑金鈦網(wǎng)；
E、加入硬金補(bǔ)充劑，保持硬金補(bǔ)充劑含量在0.3-0.6g/L；
F、在電流的作用下，將鍍液中的黃金電解出來，并附著在上述鑄件上。
觀察電鑄缸中的運(yùn)行情況，達(dá)到要求的電鑄件重量時(shí)，停止陰極移動(dòng)，取出掛具，清洗鑄件表面；
然后對(duì)鑄件進(jìn)行鉆孔、打磨、除蠟、除去導(dǎo)電層、回火等工藝處理成為工藝品成品，檢查質(zhì)量、入金庫。
上述硬金補(bǔ)充劑為鈷鹽，可以是氰化鈷鉀、氯化鈷、硫酸鈷中的一種，也可以是氰化鈷鉀、氯化鈷、硫酸鈷任兩種或三種的混合物。
電鑄缸中的電流由脈沖電源提供，調(diào)整脈沖電源使ON?TIME∶OFF?TIME為16∶24(即脈沖比為2∶3)，電壓為3.5V。
陰極在電鍍液中移動(dòng)，陰極移動(dòng)速度為10次/min。
氰化亞金鉀含量為12-20g/L，電鑄補(bǔ)充劑含量為5-8ml/L，從而保持金含量在10-12g/L；
本文使用的開缸鹽商品名為：Auropure?GF24；開缸劑為：檸檬酸銨(NH4)3C6H5O7、EDTA鉀鹽EDTAK2。2H2O、檸檬酸鉀K3C6H5O7；電鑄補(bǔ)充劑液體為HEDP羥基乙叉二磷酸、APMP氨基三甲叉磷酸、磷酸二氫鉀。
下面用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文的效果
1、實(shí)驗(yàn)所采用的工藝：
采用掛鍍技術(shù)，電鑄工藝采用如上所述的步驟，鈷鹽采用氰化鈷鉀，電鑄條件選擇如表1：
表1：電鑄條件列表
 
2、實(shí)驗(yàn)所采用的儀器設(shè)備及化學(xué)試劑
①、Webster?B型維氏硬度儀?????????????美國Webster公司
②、AA320型原子吸收分光光度計(jì)?????????上海分析儀器廠
③、SL252型手動(dòng)壓片機(jī)?????????????????上海盛力儀器有限公司
④、AB?125-S/FACT?0.01mg/120g電子分析天平???????瑞士梅特勒
⑤、QuaNix1500型金屬鍍層測(cè)厚儀(范圍0-5000μm)德國尼克斯
⑥、程序控制高溫爐1300℃???????????????上海實(shí)驗(yàn)電爐廠
⑦、硝酸HNO3????AR級(jí)
⑧、氰化鈷鉀K3【Co(CN)6】(Potassium?Cobalt?Cyanide)AR級(jí)
⑨、標(biāo)準(zhǔn)黃金成色99.99％香港Johnson?Matthey公司生產(chǎn)(注：香港Johnson?Matthey公司生產(chǎn)的電解純黃金為倫敦黃金交易所免檢高純度黃金，檢測(cè)時(shí)可用作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))。
⑩、ICP-AES?IRIS?Intrepid?II?XSP?Duo等離子發(fā)射光譜儀美國熱電公司
3、硬度測(cè)試
用測(cè)厚儀測(cè)量電鑄黃金工藝品的厚度，顯微維氏硬度儀測(cè)定其硬度變化。硬度測(cè)定根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4516-80規(guī)定進(jìn)行測(cè)量，步驟如下：
①采用維氏壓頭測(cè)量，鍍層厚度要求在25μm以上，本試驗(yàn)測(cè)量的鍍層厚度為50-200μm；
②在垂直于鍍層表面測(cè)量，鍍層厚度大于或等于壓痕對(duì)角線的1.4倍，為取得滿意的測(cè)量結(jié)果，要求基體和鍍層硬度相近，記錄壓痕對(duì)角線長度d(μm)；
③在可能的范圍內(nèi)盡量選用大負(fù)荷，以便獲取較大尺寸的壓痕，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本試驗(yàn)采用0.245N負(fù)荷測(cè)量硬度，以減少測(cè)量的相對(duì)誤差，這樣測(cè)量的結(jié)果相對(duì)誤差≤5％，記錄施加于試樣的負(fù)荷F(N)；
④試驗(yàn)中要平穩(wěn)、緩慢的施加負(fù)荷，不能有任何振動(dòng)和沖擊現(xiàn)象，壓頭壓入速度為15-70μm/s，負(fù)荷在試驗(yàn)保持10-15s，測(cè)定溫度為(23±5)℃；
⑤測(cè)量取平均值，同一試樣，在相同條件下測(cè)量5次，取各次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。按下式計(jì)算顯微維氏硬度值HV＝1.854×0.102F/d2×106
3.1鈷鹽選擇氰化鈷鉀及加入量
選用氰化鈷鉀加入電鑄液中，電鑄液的其它條件不作任何改變時(shí)，鈷離子使電鑄黃金工藝品的硬度增加，而且因?yàn)榍杌掆浖尤氲角杌瘉喗疴涬婅T液中，增強(qiáng)了溶液本身的同離子效應(yīng)，對(duì)黃金工藝品的表面效果沒有任何影響，加入量實(shí)驗(yàn)見圖1。
由圖1可以看出：氰化鈷鉀加入量由0.1g/L增加到0.4g/L時(shí)，黃金鑄件的硬度從70HV增加到170HV，增加了2.27倍；但氰化鈷鉀的加入量達(dá)到0.5g/L-0.8g/L時(shí)，黃金鑄件的硬度趨于一個(gè)恒定的值，沒有明顯的增加。因此確定氰化鈷鉀的加入量應(yīng)控制在0.3g/l-0.6g/L。
3.2其它三價(jià)鈷對(duì)鑄件硬度的影響測(cè)量結(jié)果如表2
表2硬度測(cè)定結(jié)果對(duì)比(鑄件厚度200μm)
未加Co3+維氏硬度(HV) ??加入Co3+的維氏硬度(HV) ??70 ??155 ??70 ??155 ??75 ??163 ??75 ??175 ??78 ??185
由表2看出，對(duì)同一厚度的鑄件進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果表明：加入Co3+后，黃金工藝品的硬度明顯提高，由70HV提高到185HV，增加了2.6倍。
4、黃金成色測(cè)試
依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11426：1993(E)檢驗(yàn)黃金的成色(注：國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11426：1993(E)黃金成色檢測(cè)方法，在實(shí)際應(yīng)用中由香港的國際認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室作了實(shí)用性修改)。
檢測(cè)步驟如下：
①將待測(cè)黃金鑄件試樣清洗干凈、干燥、剪碎，用十萬分之一電子分析天平稱取樣品0.25000g(準(zhǔn)確至0.00001g)，每個(gè)試樣稱取二個(gè)，作平行分析，記錄質(zhì)量為M1，
②稱取純度為99.99％的黃金0.25000g(準(zhǔn)確至0.00001g)作為標(biāo)準(zhǔn)樣。
③在試樣和標(biāo)樣內(nèi)分別加入一定量的銀、銅(純度均為99.99％)，用試金專用鉛片包裹，放入1100℃程序控制高溫爐內(nèi)30min，熔成一粒合金圓珠，將圓珠用壓片機(jī)壓成0.1mm至0.15mm的薄片。
④用預(yù)先已加熱至高溫的硝酸溶解薄片中的銀、銅等雜質(zhì)、干燥、回火，最后得到純金，準(zhǔn)確稱取試樣的質(zhì)量M2和標(biāo)樣變化值ΔT。
⑤計(jì)算出樣品中的純金含量：
黃金成色％＝(M1+ΔT)/M2×100
4.1金、銀、鈷標(biāo)準(zhǔn)電極電位的比較
在電鑄液中，Au+/Au的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為1.68v，Ag+/Ag的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0.799v，而Co3+/Co為-0.277v，因此，金離子會(huì)快速沉積在涂有導(dǎo)電銀漿的電鑄模芯上，而鈷離子在此條件下的沉積速度很慢，沉積量很微小，當(dāng)達(dá)到電鑄要求的重量時(shí)，金已經(jīng)沉積99.9％以上。
4.2加入Co3+后，對(duì)黃金鑄件成色影響試驗(yàn)
對(duì)比檢測(cè)結(jié)果如表3
表3黃金成色測(cè)定對(duì)比
編號(hào) ??未加Co3+成品的成色％ ??加入Co3+之后成品的成色％ ??TY063 ??99.97 ??99.96 ??TY064 ??99.96 ??99.97 ??TY065 ??99.98 ??99.98 ??TY066 ??99.96 ??99.96
由此可見，加入Co3+后黃金工藝品的成色仍然保持在合格范圍內(nèi).(按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)合格成色必須＞99.93％)
4.3黃金工藝品中鈷含量的測(cè)定
由表4可知，用等離子發(fā)射光譜ICP-AES測(cè)定電鑄黃金工藝品中的鈷含量，測(cè)定結(jié)果Co3+含量在0.008％–0.03％之間，黃金產(chǎn)品的成色沒有影響。由于加入氰化鈷鉀的作用是改變鍍層的結(jié)構(gòu)，從而提高鍍層的硬度，因此很少量的加入，即可以改變黃金工藝品的硬度，完全達(dá)到預(yù)期的效果。
表4ICP-AES測(cè)定結(jié)果
編號(hào) ??測(cè)定元素 ??Co ??Ni ??Ag ??Fe ??Cu ??Pb ??1 ??含量(％) ??0.02 ??＞0.0005 ??0.0008 ??＞0.0005 ??＞0.0005 ??＞0.0005 ??2 ??含量(％) ??0.01 ??＞0.0003 ??0.0009 ??＞0.0006 ??＞0.0007 ??＞0.0006 ??3 ??含量(％) ??0.007 ??＞0.0005 ??0.0008 ??＞0.0005 ??＞0.0006 ??＞0.0004 ??4 ??含量(％) ??0.03 ??＞0.0006 ??0.0008 ??＞0.0004 ??＞0.0004 ??＞0.0006 ??5 ??含量(％) ??0.008 ??＞0.0004 ??0.0009 ??＞0.0005 ??＞0.0005 ??＞0.0005
5、廢水提取黃金結(jié)果
當(dāng)電鑄缸經(jīng)過長時(shí)間(一年左右)連續(xù)生產(chǎn)后，成品量為60-80kg黃金工藝品時(shí)，開缸時(shí)加入的有效成份基本消耗完畢，鑄液的波美度達(dá)到30以上，已難以恢復(fù)鑄液活性，這時(shí)要提取鑄液中的黃金后再重新開缸。加入鈷離子的廢鑄液先電解出大部分黃金，再用化學(xué)法還原出剩余黃金，廢水經(jīng)原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)，含金量為0.2ppm-0.5ppm，證明鈷離子對(duì)黃金提取完全沒有影響。廢水經(jīng)環(huán)保處理后排放。
6、工藝品成品率提高
在傳統(tǒng)工藝加工電鑄黃金工藝品的過程中，對(duì)厚度在50-100μm的鑄件進(jìn)行后工序處理時(shí)，成品率為48％–56％，加入鈷離子后，同樣厚度的工藝品成品率為76％–92％。完全可以滿足工業(yè)化、大批量的生產(chǎn)要求。
7、原料用量減少
電鑄中空黃金工藝品高度在5-8cm，厚度75-100μm時(shí)，重量達(dá)8-12克，硬度為80HV，當(dāng)加入鈷離子后，在高度和厚度不變的情況下，只需3-5克黃金重量，其硬度已達(dá)到183HV，節(jié)省黃金原料50％–75％。