آبکاری طلا
آبکاری طلا روشی است برای قرار دادن یک لایه نازک از طلا روی سطح فلز دیگری، که معمولاً مس یا نقره است (برای ساخت نقره طلایی یا silver-gilt)، با استفاده از فرایند شیمیایی یا الکتروشیمیایی (آبکاری الکتریکی). اصطلاح آبکاری به روشهای پوششدهی مدرن مثل روشهایی که در صنعت الکترونیک به کار میرود اشاره دارد، در حالی که اصطلاح طلاکاری (gilding) به پوشش تزئینی اشیاء با طلا گفته میشود که معمولاً با روشهای سنتی و روی اشیاء بزرگتر انجام میشود.
این روش باعث ایجاد یک پوشش نازک طلا روی فلز پایه میشود که به زیبایی و درخشندگی آن اضافه میکند و گاهی محافظت در برابر زنگزدگی و خوردگی را نیز فراهم میکند.
شیمی آبکاری طلا
[ویرایش]پنج کلاس شیمیایی شناخته شده برای آبکاری طلا وجود دارد:
- آبکاری طلا قلیایی سیانور، برای آبکاری طلا و آلیاژهای طلا
- سیانید طلا خنثی، برای آبکاری با خلوص بالا
- آبکاری طلا اسیدی، برای آبکاری طلای سخت و براق و آلیاژهای طلا
- غیرسیانیدی، معمولاً بر پایه سولفیت یا کلرید برای آبکاری طلا و آلیاژهای طلا
- متفرقه
روکش آلومینیومی آبکاری شده با طلا روی فضاپیمای وویجر که از لوح صوتی طلایی رنگ زمین محافظت میکند.
جواهرات
[ویرایش]آبکاری طلا بر روی نقره در ساخت جواهرات استفاده میشود. ضخامت لایه آبکاری طلا روی جواهرات بر حسب میکرون (یا میکرومتر) اندازهگیری میشود. ضخامت این لایه تعیینکننده میزان دوام و طول عمر آبکاری طلا در طول استفاده است. صنعت جواهرسازی کیفیتهای مختلفی از آبکاری طلا را با اصطلاحات زیر مشخص میکند:
- طلای فلش شده / طلای شسته شده: ضخامت لایه طلا کمتر از ۰.۵ میکرون
- آبکاری طلا: ضخامت لایه طلا برابر یا بیشتر از ۰.۵ میکرون
- آبکاری طلا سنگین / ورمیل (Vermeil): ضخامت لایه طلا برابر یا بیشتر از ۲.۵ میکرون
آبکاری طلا بر روی نقره در ساخت جواهرات استفاده میشود. ضخامت لایه آبکاری طلا روی جواهرات بر حسب میکرون (یا میکرومتر) اندازهگیری میشود. ضخامت این لایه تعیینکننده میزان دوام و طول عمر آبکاری طلا در طول استفاده است. صنعت جواهرسازی کیفیتهای مختلفی از آبکاری طلا را با اصطلاحات زیر مشخص میکند:
- طلای فلش شده / طلای شسته شده: ضخامت لایه طلا کمتر از ۰.۵ میکرون
- آبکاری طلا: ضخامت لایه طلا برابر یا بیشتر از ۰.۵ میکرون
- آبکاری طلا سنگین / ورمیل (Vermeil): ضخامت لایه طلا برابر یا بیشتر از ۲.۵ میکرون
.jpg)
جواهرات نقرهای پوشش داده شده با طلا ممکن است همچنان دچار تغییر رنگ یا کدر شدن شوند، زیرا اتمهای نقره به تدریج وارد لایه طلایی میشوند و باعث کاهش تدریجی رنگ آن و در نهایت ایجاد تغییر رنگ یا تارنیش (کدر شدن سطح) میگردند. این فرایند ممکن است ماهها و حتی سالها طول بکشد که مدت آن بستگی به ضخامت لایه طلایی دارد. برای مقابله با این اثر، از لایه محافظ یا فلز سدکننده استفاده میشود که معمولاً نیکل یا رودیوم هستند. مس نیز به آرامی در طلا مهاجرت میکند، اما سرعت آن کمتر از نقره است. معمولاً مس نیز روی نیکل آبکاری میشود. یک قطعه نقره آبکاری شده با طلا معمولاً دارای زیرلایه نقره است که روی آن لایههایی از مس، نیکل و طلا به ترتیب قرار گرفته است.
کاربردهای فضایی
[ویرایش]طلا که به روش تبخیر یا آبکاری الکتریکی اعمال میشود، توسط ناسا برای کنترل حرارتی تجهیزات فضاپیماها به دلیل بازتابندگی ۹۹.۴ درصدی آن در طول موجهای مادون قرمز مشخص شده است.
الکترونیک
[ویرایش]آبکاری طلا اغلب در صنایع الکترونیک استفاده میشود تا لایهای رسانای الکتریکی و مقاوم در برابر خوردگی روی مس ایجاد کند، که معمولاً در کانکتورهای الکتریکی و بردهای مدار چاپی کاربرد دارد.
با آبکاری مستقیم طلا بر روی مس، اتمهای مس تمایل دارند که از طریق لایه طلا نفوذ کنند که این امر باعث تغییر رنگ (کدر شدن) سطح و تشکیل لایههای اکسید و/یا سولفید میشود.
یک لایه از فلز سدکننده مناسب، معمولاً نیکل، اغلب قبل از آبکاری طلا روی زیرلایه مسی قرار میگیرد. لایه نیکل پشتیبانی مکانیکی برای لایه طلا فراهم میکند و مقاومت آن را در برابر سایش بهبود میبخشد. همچنین تأثیر حفرههای موجود در لایه طلا را کاهش میدهد.
هر دو لایه نیکل و طلا میتوانند بهصورت الکترولیتی یا بدون استفاده از جریان الکتریکی (الکترولس) آبکاری شوند. در انتخاب روش آبکاری الکترولیتی یا الکترولس عوامل متعددی از جمله کاربرد قطعه، ساختار آن، سازگاری مواد و هزینه پردازش باید در نظر گرفته شود. در کاربردهای مختلف، ممکن است استفاده از هرکدام از این دو روش دارای مزایای هزینهای باشد.
در فرکانسهای بالاتر، اثر پوست ممکن است باعث افزایش تلفات به دلیل مقاومت الکتریکی بالاتر نیکل شود؛ بهطوریکه در باند ۱ گیگاهرتز، طول مفید یک مسیر نیکل آبکاری شده میتواند سه برابر کوتاهتر از مسیر بدون آبکاری باشد. برای جلوگیری از این اثرات مضر، آبکاری انتخابی انجام میشود که در آن لایههای نیکل و طلا تنها در مناطقی که نیاز است و موجب اثرات جانبی نامطلوب نمیشود، قرار میگیرند.
آبکاری طلا ممکن است منجر به تشکیل موهای طلایی (gold ) شود.
پیوند سیم بین تماسهای آبکاری شده با طلا و سیمهای آلومینیومی یا بین تماسهای آلومینیومی و سیمهای طلایی تحت برخی شرایط، لایهای ترد از ترکیبات بینفلزی طلا-آلومینیوم به نام طاعون بنفش (purple plague) ایجاد میکند.
انواع
[ویرایش]چند نوع آبکاری طلا در صنعت الکترونیک وجود دارد:
- آبکاری نرم و خالص طلا در صنعت نیمههادی استفاده میشود. لایه طلایی بهراحتی لحیمکاری میشود و قابلیت اتصال سیمی (wire bonded) دارد. سختی نوپ آن بین ۶۰ تا ۸۵ است. وانهای آبکاری باید عاری از آلودگی باشند.
- طلا نرم و خالص از الکترولیتهای خاصی رسوب داده میشود و کل بردهای مدار چاپی میتوانند به این روش آبکاری شوند. این فناوری قابلیت ایجاد لایههایی مناسب برای اتصال سیمی را دارد.
- طلای سخت و درخشان روی تماسها، با سختی کانوپ بین ۱۲۰ تا ۳۰۰ و خلوص ۹۹.۷ تا ۹۹.۹ درصد طلا است. معمولاً مقدار کمی نیکل و/یا کبالت دارد که این عناصر باعث اختلال در پیوند دی میشوند، بنابراین وانهای آبکاری این نوع طلا را نمیتوان برای نیمههادیها استفاده کرد.
- طلای سخت و درخشان روی بردهای مدار چاپی با غلظت کمتری از طلا در وانهای آبکاری رسوب داده میشود که معمولاً شامل نیکل و/یا کبالت نیز است. کانکتورهای لبهای معمولاً با غوطهوری کنترلشده لبههای برد ساخته میشوند.
مشکلات لحیم کاری
[ویرایش]لحیمکاری قطعات آبکاری شده با طلا ممکن است مشکلساز باشد زیرا طلا در لحیم حل میشود. لحیمی که بیش از ۴ تا ۵ درصد طلا دارد میتواند شکننده شود و سطح اتصال مات و کدر به نظر برسد.
طلا با قلع و سرب در حالت مذاب واکنش میدهد و ترکیبات بینفلزی شکنندهای تشکیل میدهد. وقتی لحیم eutectic با ترکیب ۶۳ درصد قلع و ۳۷ درصد سرب استفاده میشود، ترکیبات سرب-طلا تشکیل نمیشوند، زیرا طلا ترجیحاً با قلع واکنش داده و ترکیب AuSn4 را میسازد. ذرات AuSn4 در ماتریکس لحیم پراکنده شده وصفحات گسل ترجیحی را ایجاد میکنند که باعث کاهش چشمگیر استحکام مکانیکی و در نتیجه قابلیت اطمینان اتصالات لحیمی میشود.
اگر لایه طلا کاملاً در لحیم حل نشود، واکنشهای بینفلزی به آرامی در حالت جامد ادامه مییابد، زیرا اتمهای قلع و طلا به صورت متقابل مهاجرت میکنند. ترکیبات بینفلزی هادلیت الکتریکی ضعیف و مقاومت کم دارند. واکنشهای ادامهدار بینفلزی باعث ایجاد اثر کرکندال میشوند که منجر به خرابی مکانیکی اتصال میشود، شبیه به تخریب اتصالات طلا-آلومینیوم که به نام طاعون بنفش (purple plague) شناخته میشود.
لایهای از طلا به ضخامت ۲ تا ۳ میکرومتر در شرایط معمول لحیمکاری موجی ظرف یک ثانیه کاملاً حل میشود. لایههای طلا نازکتر از ۰.۵ میکرومتر (۰.۰۲ هزارم اینچ) نیز کاملاً در لحیم حل شده و فلز زیرین (معمولاً نیکل) را در معرض لحیم قرار میدهند. ناخالصیها در لایه نیکل میتوانند از اتصال لحیم به آن جلوگیری کنند. آبکاری نیکل بدون استفاده از جریان الکتریکی معمولاً شامل فسفر است. نیکل با بیش از ۸ درصد فسفر قابلیت لحیمکاری ندارد. نیکل الکترولیتی ممکن است حاوی هیدروکسید نیکل باشد. برای حذف لایه پسیواسیون قبل از اعمال لایه طلا، به حمام اسیدی نیاز است؛ پاکسازی ناکافی منجر به ایجاد سطحی نیکلدار میشود که لحیمکاری آن دشوار است. استفاده از فلوکس قویتر میتواند مفید باشد، زیرا به حل رسوبات اکسیدی کمک میکند. کربن نیز یکی دیگر از آلایندههای نیکل است که قابلیت لحیمکاری را کاهش میدهد.
جستارهای وابسته
[ویرایش]- Daniel Davis Jr. مخترعی که به عنوان کسب و کار آبکاری طلا را انجام داد.
- Gold-filled jewellery