杨富国1，卢展煜1，阮善菊2 (1.佛山科学技术学院环境与土木建筑学院，广东佛山528000;2.马鞍山市环境科学研究所，安徽马鞍山243000) [摘要]为获得性能良好的Au-Fe合金镀层，在以KAu(CN)2，FeSO4，KCN及柠檬酸钾为主要成分的镀液中对铜件进行电镀，沉积出了装饰性Au-Fe合金镀层。采用扫描电镜、原子吸收光谱以及弯曲、热浸和人工汗试验研究了KAu(CN)2浓度、FeSO4浓度、镀液pH值及温度对Au-Fe合金沉积速度的影响和镀层的性能。结果表明:12g/LKAu(CN)2，4g/LFeSO4，温度40℃，pH值为3.6的工艺条件下所得的Au-Fe合金镀层的结合力和耐蚀性较好;该工艺条件下，Au-Fe合金沉积速度为16.36μm/h。 [关键词]Au-Fe合金;铜件;电镀;工艺条件;镀层性能 [中图分类号]TQ153.2[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2011)12-0043-02 0·前言 黄金镀层不仅具有高贵典雅的金黄色，还有光亮如镜的浅黄、粉红、橘红等多种色泽，在空气中不变色，具有良好的耐蚀、耐磨性能，被广泛用于首饰、餐具、人造珠宝、奖牌、化妆容器、眼镜、钟表、家具、浴具及各类装饰品中[1～5]。长期以来，电沉积金合金(95.83%金)多为Au-Ni，Au-Co合金，但金属Ni对人体皮肤有刺激作用，金属Co价格贵。当外层为Au-Fe合金时，饰件不会引起皮肤过敏且抗色变能力强。 从节约资源及开发高性能材料需要出发，本工作以铜件为基体，通过考察KAu(CN)2浓度、FeSO4浓度、镀液pH值及温度对铜件电镀Au-Fe合金的影响，优化了工艺条件，以期对实际生产提供参考。 1·试验 1.1基材处理 基材为铜合金(70%Cu+30%Zn)，尺寸为20mm×30mm×1mm。前处理:碱洗(20g/LNaOH，25g/LNa2CO3，50g/LNa3PO4·12H2O)→水洗→浸蚀(盐酸、水体积比为1∶1)→水洗。 1.2Au-Fe合金电镀 基础镀液:4～20g/LKAu(CN)2，2～6g/LFeSO4，0.3～0.6g/LKCN(配位剂)，100～120g/L柠檬酸钾(pH缓冲剂)，0.1～0.2g/L十二烷基磺酸钠，pH值3.0～4.0，所用试剂均为分析纯。工艺参数:电流密度1～3A/dm2，温度30～50℃，时间6min。阳极为Ti网，电源为TPR-15-10型直流电源。 1.3测试分析 用MITSUBISHICP700型金相显微镜测定Au-Fe合金镀层的厚度，并按v(沉积)=δ(沉积)/t(沉积)计算镀层沉积速度:将77%(体积分数，下同)环氧树脂、8%乙二胺、15%苯二甲酸二丁酯配成胶状物，将待测试样垂直浸入其中，取出凝固后用金刚砂布、03～05号金相砂纸依次打磨至平整。 用GBC908型原子吸收光谱仪测定镀液中Au+和Fe2+的含量。镀层结合力、热浸及人工汗试验参照文献[6]进行。 2·结果与讨论 2.1KAu(CN)2浓度对Au-Fe合金沉积速度的影响固定镀液中FeSO4浓度为4g/L，镀液pH值为3.6，温度为40℃，改变镀液中KAu(CN)2的浓度，电流密度2.0A/dm2，电镀6min。沉积速度随KAu(CN)2浓度的变化曲线见图1。由图1可知，Au-Fe合金沉积速度随KAu(CN)2浓度的升高逐渐增大:当KAu(CN)2浓度小于8g/L时，合金沉积速度小于15.50μm/h;当KAu(CN)2浓度大于16g/L时，合金沉积速度大于17.23μm/h;KAu(CN)2浓度在8～16g/L之间，合金沉积速度比较均匀。足够的主盐可以保证Au+的充分补给，维持比较高的沉积速度，但KAu(CN)2浓度太高会增加成本，故KAu(CN)2浓度在8～16g/L比较合理。  2.2FeSO4浓度对Au-Fe合金沉积速度的影响 固定KAu(CN)2浓度为12g/L，其他条件同上。Au-Fe合金沉积速度随FeSO4浓度的变化曲线见图2。由图2可知，随着FeSO4浓度的升高，Au-Fe合金沉积速度缓慢增加:当FeSO4质量浓度小于3g/L时，沉积速度小于16.15μm/h;当FeSO4浓度大于5g/L时，沉积速度大于16.78μm/h。为了保证合金中Au的含量为95.83%(23K)，FeSO4浓度在3～5g/L比较合理。
2.3镀液pH值对Au-Fe合金沉积速度的影响 固定FeSO4浓度为4g/L，其他条件同上。用柠檬酸和柠檬酸钾调节镀液pH值，Au-Fe沉积速度随pH值的变化曲线见图3。由图3可知，随着镀液pH值增大，Au-Fe合金沉积速度逐渐增加:当pH值小于3.4时，合金沉积速度小于16.23μm/h;当pH值大于3.8时，合金沉积速度大于16.91μm/h。pH值过高会加速Fe2+氧化，导致Au-Fe合金镀层质量恶化，在生产中必须及时调整和维护，使其控制在3.4～3.8，以获得良好的镀层。
2.4镀液温度对Au-Fe合金沉积速度的影响 镀液pH值取3.6，其他条件同上。Au-Fe合金沉积速度随镀液温度的变化曲线见图4。由图4可知，随着镀液温度升高，Au-Fe合金沉积速度增大:当温度低于35℃时，反应较慢，Au-Fe合金周边发暗，合金沉积速度小于16.23μm/h;当温度高于45℃时，反应过快，Au-Fe合金表面发雾，合金沉积速度大于17.12μm/h;温度为35～45℃时，合金镀层光亮平滑，质量优良。
2.5镀层性能 在12g/LKAu(CN)2，4g/LFeSO4，pH值3.6，温度40℃，电流密度2.0A/dm2的条件下电镀时间6min(测得其镀速为16.36μm)，所得镀层试样在烘箱中加温至200℃，恒温10min，再在室温水中骤冷，镀层无鼓泡现象。将镀层一侧弯曲90°，用胶带法检测，镀层无脱落，可见Au-Fe合金镀层与铜基体的结合良好。人工汗试验显示，镀层不生锈，说明镀层质量稳定。上述较佳条件下制备的Au-Fe合金层的SEM形貌见图5，由图5可以看出，镀层与基体之间没有裂纹，说明Au-Fe合金镀层与铜基体结合良好。
3·结论 铜件电镀Au-Fe合金的较佳工艺:12g/LKAu(CN)2，4g/LFeSO4，pH值3.6，温度40℃。在该工艺条件下，Au-Fe合金沉积速度为16.36μm/h，镀层表现出良好的结合力和耐蚀性。 [参考文献] [1]刘欣，胡立雪，罗驰.电化学制备金锡合金薄膜技术研究[J].微电子学，2010，40(3):430～433. [2]潘剑灵，梁成浩.亚硫酸盐电镀Au-Cu合金工艺研究[J].电镀与精饰，2008，30(11):38～40. [3]肖耀坤，许耀生，翁惠燕.银及金合金基体镀金和铑的工艺探讨[J].电镀与涂饰，1997，16(3):12～15. [4]曹人平，肖士民.无氰镀金工艺的研究[J].电镀与环保，2006，26(1):11～14. [5]侯婷，郭志猛，王立生，等.电硫密度对紫铜基体电沉积Fe-W合金的影响[J].材料保护，2011，44(1):16～18. [6]杨富国，方正，吴振玉，等.电沉积钯镍合金的组成与性能[J].材料保护，2001，34(9):14～15.
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