Spis treści

1. Wstęp

10. Nakładanie powłok

Ze względu na wyjątkowo wysoką cenę kąpiele do złocenia wymagają szczególnie starannego postępowania podczas ich eksploatacji. Bardzo istotne znaczenie ma odpowiednie zaprojektowanie procesu oraz, w dalszej kolejności, jego poprawne prowadzenie obejmujące stosowanie zabiegów minimalizujących straty złota, właściwą konserwację kąpieli i ścisłą kontrolę analityczną.

Na etapie projektowania procesu należy zadbać w szczególności o odpowiednie przygotowanie powierzchni pokrywanych wyrobów. Poniżej zamieszczono przykładowy najprostszy przebieg procesowy dla złocenia stosunkowo czystych wyrobów wykonanych ze srebra, np. biżuterii.

Tabela 10.1 Przykładowy przebieg (flow chart) procesu złoceania wyrobów srebrnych (np. biżuterii)

Numer	Nazwa etapu
1	Załadunek
2	Odtłuszczanie elektrochemiczne katodowe
3	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
4	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
5	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
6	Aktywacja
7	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
8	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
9	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
10	Złocenie
11	Płukanie odzyskowe I
12	Płukanie odzyskowe II
13	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
14	Płukanie kaskadowe w przeciwprądzie
15	Suszenie

Konieczne jest skuteczne odtłuszczanie i aktywacja detali przed procesem złocenia, co zapewni odpowiednią przyczepność nakładanych powłok (etapy nr 2 i 8 na powyższym schemacie). Często wskazane jest podgrzewanie kąpieli odtłuszczających (odpowiedni system podgrzewania i stabilizacji temperatury). Ponadto wanna do odtłuszczania elektrochemicznego powinna być wyposażona w odpowiednie źródło zasilania. W zależności od rodzaju zastosowanej technologii i skali procesu może być konieczne zainstalowanie wyciągu nad kąpielą odtłuszczającą, zwłaszcza w przypadku odtłuszczania elektrochemicznego. Zarówno w przypadku odtłuszczania i aktywacji pomocne jest mieszanie detali i/lub kąpieli. Kąpiele do odtłuszczania i aktywacji powinny być poddawane regularnej kontroli oraz uzupełnieniu i/lub wymianie w przypadku stwierdzenia takiej konieczności.

Szczególne znaczenie w przygotowaniu powierzchni ma intensywne płukanie, aby nie wnosić zanieczyszczeń oraz nie przenosić składników kąpieli pomiędzy poszczególnymi wannami, zwłaszcza do wanny z elektrolitem do złocenia. Zarówno po odtłuszczaniu i aktywacji zaleca się stosowanie co najmniej trzech płuczek z wodą demineralizowaną w układzie przepływowym lub kaskadowym, przy czym w przypadku płuczki bezpośrednio po odtłuszczaniu (etap nr 3 na powyższym schemacie) zalecane jest stosowanie ciepłej wody w układzie przepływowym (znacznie sprawniejsze usuwanie resztek kąpieli odtłuszczającej). Sprawność płukania można dodatkowo zwiększyć zapewniając mieszanie powietrzem oraz instalując nad wannami płuczącymi dysze natryskowe, co najmniej nad ostatnią z trzech wanien płuczących po odtłuszczaniu i/lub aktywacji.

Przechodząc w dalszej kolejności do etapu złocenia (etap nr 10) istotne jest zapewnienie odpowiednich parametrów prowadzenia procesu, o których mowa będzie w dalszej części niniejszego rozdziału, oraz właściwej objętości i ilości wanien oraz powierzchni anod dostosowanych do przewidywanego obciążenia kąpieli, odpowiedniego systemu mieszania, ogrzewania i filtracji kąpieli. Istotne jest stosowanie odpowiedniego czasu odcieku kąpieli z detali opuszczających wannę(zazwyczaj maksymalnie do 10 s). W niektórych przypadkach nad wanną instaluje się również dysze natryskowe zasilane wodą demineralizowaną lub zawartością płuczki odzyskowej. W szczególności może być to uzasadnione w przypadku kąpieli eksploatowanych w podwyższonej temperaturze, w których uzupełniane są w ten sposób straty związane z parowaniem. Można stosować również system mechanicznego poruszania zawieszek nad wanną procesową do złocenia w celu usprawnienia ociekania kąpieli z detali oraz z zawieszki. W przypadku procesów prowadzonych w dużej skali bardzo pomocne może być zainstalowanie dozowników dla ciekłych dodatków organicznych stosowanych do uzupełniania kąpieli.

Kolejnymi, niezwykle istotnymi etapami procesu technologicznego, z punktu widzenia ekonomiki procesu, są płukania odzyskowe. W przypadku złocenia, ze względu na wysoką wartość metalu, stosuje się zazwyczaj dwie płuczki odzyskowe - etapy nr 11 i 12 na przedstawionym powyżej schemacie. Kąpiel do złocenia jest często uzupełniana z płuczki odzyskowej nr I (tuż po złoceniu, etap nr 11), płuczka odzyskowa nr I jest natomiast uzupełniana z płuczki odzyskowej nr 2, ta z kolei powinna być uzupełniana wodą demineralizowaną. W ten sposób zawracamy część złota straconego na skutek wynoszenia z kąpieli złocącej na detalach. Interesującym rozwiązaniem jest podgrzewanie płuczki odzyskowej nr I (tuż po procesie złocenia), dzięki czemu zatężamy jej zawartość, a więc i stężenie Au, na skutek odparowania. Zarówno to rozwiązanie jak i sam fakt uzupełniania kąpieli z płuczki odzyskowej ma jednak również swoje wady. Oprócz złota płuczka odzyskowa zawiera zanieczyszczenia wynoszone z kąpieli, których stężenie również zwiększa się z czasem, zwłaszcza w przypadku stosowania podgrzewania. Wykorzystywanie roztworu z płuczki odzyskowej nr I do uzupełniania kąpieli może więc mijać się z celem ze względu na możliwość zanieczyszczenia kąpieli. Niemniej zatężanie zawartości płuczki odzyskowej przez odparowanie może okazać się pomocne, gdy chcemy odzyskiwać złoto bezpośrednio z płuczki, np. stosując metody chemiczne lub żywice jonowymienne.

Kolejne płuczki, po płukaniu odzyskowym, mają na celu usunięcie resztek kąpieli z obrabianych detali, które z czasem mogłyby powodować przebarwienia powłok. Stosuje się w tym przypadku mieszanie wody powietrzem oraz dysze natryskowe nad wannami.

Stopień wyposażenia poszczególnych wanien w urządzenia dodatkowe - grzałki z układem stabilizacji temperatury, filtry, dozowniki, wyciągi, dysze natryskowe nad wannami - zależy w dużej mierze od skali procesu. Im większa, tym bardziej opłacalne jest stosowanie dodatkowych urządzenń wspomagających. Często jest to wręcz niezbędne . Prowadzenie kąpieli w małej skali, rzędu 10 l, nie wymaga natomiast stosowania wszystkich wymienionych powyżej rozwiązań

Ekonomiczna eksploatacja kąpieli do złocenia wymaga w szczególności dokładnej kontroli szybkości nakładania metalu. W przypadku zbyt dużej szybkości osadzania narażamy się na straty złota na skutek nakładania zbyt grubych powłok. Z drugiej strony zbyt niska szybkość nakładania, prowadząca do osadzania zbyt cienkich powłok, pogarsza parametry funkcjonalne nakładanych warstw, choćby takie jak odporność na ścieranie. Może też prowadzić do osadzania wadliwych powłok złota. Pociąga to za sobą straty finansowe związane z koniecznością odrzucenia detali z wadliwych powłok bądź też- jeżeli to możliwe - z kosztami regeneracji wyrobu i/lub odzysku złota.

Jak powszechnie wiadomo, praktycznie w przypadku wszystkich kąpieli do złocenia szybkość nakładania powłoki, wyrażana najczęściej w mikrometrach nakładanej powłoki na minutę(um/min) lub w miligramach osadzonego metalu na minutę(mg/min), zależy w największej mierze od gęstości prądu, temperatury kąpieli oraz od stężenia tego metalu w elektrolicie. Znaczenie ma również intensywność mieszania kąpieli, jej pH, zawartość składników stopowych, stężenie dodatków, zanieczyszczeń oraz wiele innych czynników.

W przypadku doboru gęstości prądu dużą rolę odgrywa dokładne oszacowanie powierzchni geometrycznej pokrywanych wyrobów. Istotne jest wykorzystywanie zasilaczy o niskim tętnieniu resztkowym, pozwalających na precyzyjną regulację natężenia prądu wyjściowego. Niezależnie od tego, jak bardzo dokładnie zostanie ustalona powierzchnia wyrobów i tym samym jak precyzyjnie dobierze się gęstość prądu, warto weryfikować szybkość nakładani powłoki przez pomiary jej grubości , np. metodą spektrometrii fluorescencji rengenowskiej (XRF), lub przez pomiar masy wyrobów przed i po nałożeniu powłoki. Szybkość nakładania w większym lub mniejszym stopniu będzie odbiegać od teoretycznej wynikającej z zastosowanej gęstości prądu. Jest to naturalne i spowodowane zazwyczaj niedoskonałością metody szacowania powierzchni, zwłaszcza w przypadku wyrobów o skomplikowanych kształtach. Różnice mogą wynikać również z faktu, że warunki prowadzenia procesu zawsze będą nieco odbiegać od zalecanych technologią m.in. wahania temperatury, zmiany stężenia Au i innych właściwości kąpieli w trakcie pracy. Weryfikacja szybkości nakładania przez pomiar grubości powłoki lub pomiar masy pozwala na wprowadzenie odpowiednich poprawek do założonych początkowo parametrów prowadzenia procesu, najczęściej czasu nakładania powłoki, tak, aby uzyskiwać żądaną grubość nałożonej powłoki. Należy jednak pamiętać, że w przypadku pomiaru grubości niezbędne jest wykonanie odpowiedniej liczby pomiarów na całym wyrobie, aby uzyskać wartość reprezentatywną(różna grubość powłoki nakładanej na powierzchniach eksponowanych i w zagłębieniach), a w przypadku pomiaru masy - ilość pokrywanych wyrobów oraz dokładność stosowanej wagi musi być odpowiednio duża.

Temperatura kąpieli wymaga przede wszystkim dokładnej kontroli, polegającej na częstym sprawdzaniu za pomocą niezależnego termometru o potwierdzonej dokładności pomiaru, np. przez wzorcowanie. Bardzo pomocne są w tym przypadku grzałki wyposażone dodatkowo w czujnik z automatycznym układem regulacji i stabilizacji temperatury. Niemniej również takie układy charakteryzują się pewną bezwładnością, co powoduje wahania temperatury wokół nastawionej wartości optymalnej.

Kolejnym, spośród trzech czynników mających największy wpływ na szybkość nakładania złota, jest zawartość tego metalu w kąpieli. Ważne jest utrzymanie stężenia złota na odpowiednim i stosunkowo stałym poziomie. Sprzyjają temu częste oznaczenia zawartości tego pierwiastka z wykorzystaniem dokładnych metod analizy, np. atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Z punktu widzenia jakości nakładanych powłok istotna jest również kontrola procesów przygotowania podłoża - odtłuszczania i aktywacji.

Na koniec warto zwrócić uwagę na czystość kąpieli znajdujących się w poszczególnych wannach, która jest szczególnie istotna w przypadku nakładania powłok metali szlachetnych, zwłaszcza złota. Czyste płuczki oraz kąpiele do odtłuszczania i aktywacji powodują, że również sama kąpiel złocąca zawiera mniej zanieczyszczeń, gdyż nie są one wnoszone z poprzednich procesów obejmujących przygotowanie powierzchni. Warto więc zadbać o przykrywanie poszczególnych wanien, zwłaszcza wanny z elektrolitem do złocenia, na czas przestoju linii. Zalecane jest również wyjmowanie anod z wanien do złocenia, kiedy ta nie pracuje przez dłuższy okres czasu. Istotna jest również regularna kontrola odtłuszczania i aktywacji oraz ich uzupełnianie i wymiana, gdyż to od ich sprawności zależy ilość zanieczyszczeń wnoszonych na detalach do kąpieli złocącej.