فرایند آبکاری پلاتین با استفاده از نمک P

تا به حال حمام های تجاری که برای آبکاری پلاتین مورد استفاده قرار می گرفت به اسید کلروپلاتینیک (H₂PtCl₆.6H₂O) یا دی آمینو دی نیتریت پلاتین ( Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ ) وابسته بوده اند. حمام‌های اسید کلرو پلاتینیک، اگرچه برای آبکاری سریع مناسب هستند، اما برای پوشش دهی سنگین‌تر، با افزایش ضخامت پوشش به حالت اسفنجی تبدیل می شود. عمر مفید این حمام به دلیل تجمع سریع یون های کلرید و پر شدن لایه ظرفیت فلز پلاتین بسیار کوتاه است. دی آمینو دی‌نیتریت پلاتین ( Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ ) که همچنین به عنوان نمک P شناخته می شود، در یک الکترولیت حاوی آمونیوم هیدروکسید (NH₄OH) حل شده است. این حمام باید در دمای حدود 93 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرد که باعث از بین رفتن سریع آمونیاک و متعاقباً از دست دادن کارایی حمام می شود. برای به دست آوردن رسوبات سنگین تر با این حمام ها، لازم است هر از چند گاهی ماده را از حمام خارج کنید، آن را خراش دهید و سپس آبکاری را ادامه دهید. این حمام ها ظاهراً به دلیل کارایی ناسازگار کاتد به طور نامنظم کار می کنند و (در مورد حمام نمکP ) گاهی اوقات به طور کامل کار نمی کنند. از جمله اهداف این مقاله، تهیه یک الکترولیت حاوی پلاتین عاری از عیوب حمام های قبلی و مناسب برای آبکاری پلاتین بدون تنش با ضخامت دلخواه است. از جمله اهداف دیگر مقاله، ارائه حمام آبکاری پلاتین مناسب برای ساخت محصولات پلاتین الکتروفرم شده است که در یک عملیات پیوسته آبکاری شده اند. نتایج حاصل بر این اساس است که وقتی نمک  P، با محلول آبی اسید سولفامیک (NH₂SO₃H) گرم می شود، در آن حل می شود و همچنین محلول حاصل از حرارت دادن نمک P با اسید سولفامیک می تواند رقیق شود تا یک محلول الکترولیتی پایدار برای آبکاری پلاتین بدون تنش یا برای الکتروفرم قطعات پلاتین به دست آید. بنابراین، الکترولیت مورد نظر به این صورت آماده می شود. دی آمینو دی‌نیتریت پلاتین در محلول آبی اسید سولفامیک به نسبت 10-40 گرم یا بیشتر نمک P در هر 15-200 سی سی محلول اسید سولفامیک حاوی حدود 2 تا حدود 400 گرم در لیتر اسید سولفامیک گرم می شود تا زمانی که محلول شفافی به دست آید. پس از آن، محلول رقیق می شود تا محلولی حاوی حداقل حدود 6 گرم در هر لیتر پلاتین (که حدود 10 گرم در هر لیتر نمک P است) به دست آید. آبکاری پلاتین با این حمام دارای مزایایی است که عبارتند از: راندمان پوشش دهی الکتریکی ثابت در دمای ثابت و رسوبات یکنواخت روی قطعات. همچنین آبکاری ضخیم پلاتین در این حمام کم تنش را می توان در یک مرحله انجام داد، یعنی برای ایجاد رسوب صاف نیازی به برس زدن متناوب یا خراش دادن نیست.

شرایط بهینه برای آبکاری با این حمام عبارتند از:

محتوای فلز پلاتین ---- 6-20 گرم در لیتر یا بیشتر.

اسید سولفامیک (NH₂SO₃H) ------------ 20-100 گرم در لیتر.

ظرف حمام----------- شیشه پیرکس.

آند ------------------ پلاتین.

نسبت آند به کاتد --- 1 به 1 یا بالاتر.

دمای کار ----. 65 تا 100 درجه سانتی گراد

چگالی جریان ----------. 20-100 آمپر در فوت مربع.

نرخ هم زدن ------------ متوسط.

نرخ رسوب الکترونی ----- 5-30 میلی گرم در آمپر دقیقه

اسید سولفامیک فوق به شکل اسید خالص به حمام اضافه می شود، اگرچه ممکن است در صورت تمایل به صورت محلول اضافه شود. شارژ کردن فلز پلاتین با افزودن الکترولیت انجام می شود تا فلز پلاتین در غلظت مورد نظر حفظ شود. مقدار محلول با افزودن محلول شارژ کننده و آب حفظ می شود. در غلظت زیر 6 گرم بر لیتر از فلز پلاتین، رسوبات اسفنجی ایجاد می شود. با این حال، هیچ حد بالایی واقعی برای محتوای فلز پلاتین وجود ندارد به جز احتمالاً حد حلالیت نمک P. با افزایش مقدار پلاتین بالای 20 گرم در لیتر، هیچ مزیتی حاصل نمی شود، اما در 15 گرم در لیتر. (در دمای 99 درجه سانتیگراد) بازدهی حدود 30 میلی گرم در آمپر دقیقه حاصل می شود که در حدود حداکثر بازده تئوری یعنی 30.4 میلی گرم در آمپر است. از طرف دیگر، افزایش محتوای پلاتین باعث افزایش تلفات ناشی از طولانی شدن نیز می شود.

مثال زیر نمونه ای از کاربرد این حمام را نشان می دهد:

 50 گرم سولفامیک اسید (NH₂SO₃H) در 200 سی سی آب تا دمای 95 درجه سانتیگراد گرم می شود و سپس 20 گرم دی آمینو دی نیتریت پلاتین ( Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ ) با هم زدن اضافه می شود. هم زدن و حرارت دادن تا زمانی که محلول شفافی به دست آید ادامه می یابد. در حال حاضر تعیین ترکیب نمک حاصل در محلول ممکن نیست، اما احتمالاً یک ترکیب نسبتاً پیچیده است. محلول حاصل با آب رقیق می شود تا 1 لیتر محلول به دست آید و سپس برای آبکاری الکتریکی آماده می شود.

پلاتین با ولتاژ حدود 1 ولت تا 3 ولت و با چگالی جریان حدود 20 آمپر بر فوت مربع آبکاری می شود. نسبت اسید سولفامیک (NH₂SO₃H) و نمک P می تواند از حدود 1:10 تا حدود 20:1 متغیر باشد. حمام آبکاری باید حداقل غلظت 6 گرم پلاتین در لیتر داشته باشد در غیر این صورت رسوبات اسفنجی ایجاد می شود. حمام تا زمانی که عملیاتی شود پایدار است. در الکتروفرمینگ عمل مرسوم دنبال می شود، آبکاری سطح مورد نظر با استفاده از این حمام بدون وقفه تا زمانی که ضخامت مورد نظر ایجاد شود ادامه می یابد و پس از آن فلز پایه از رسوب آبکاری شده جدا می شود. حذف فلز پایه از رسوب منجر به تولید یک پوشش پیوسته از فلز پلاتین می شود که نشان دهنده عدم تنش داخلی فلز آبکاری شده با استفاده از این حمام است. به عبارت دیگر با به کارگیری این روش فلز پلاتین پوسته پوسته نمی شود با فرایندی که در مقاله توضیح داده شد، یک لایه چسبنده از پلاتین روی گرافیت پوشش داده شده است. قدرت لایه نشانی حمام بسیار عالی است همانطور که در تصویر شماتیک زیر نشان داده شده است پلاتین به منافذ گرافیت نفوذ کرده است همچنین یک لایه محافظ نیکل قبل از برش قسمتی از نمونه ی آبکاری شده، روی آن رسوب داده شده است.

  

نتایج حاصل از این فرایند:

• 1- آبکاری لایه‌های نسبتاً ضخیم پلاتین بدون تنش با حل کردن دی آمینو دی‌نیتریت پلاتین ( Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ ) در محلول آبی اسید سولفامیک (NH₂SO₃H) انجام شده است. مقدار اسید سولفامیک استفاده شده باید برای حل کردن دی‌آمینو دی‌نیتریت پلاتین کافی باشد.
• 2- محلول الکترولیت آبی با حرارت دادن محلول سولفامیک اسید برای حل کردن نمک پلاتین، تشکیل شده است.
• 3- به عنوان یک الکترولیت برای آبکاری پلاتین، ترکیب بدست آمده شامل آب و محلول حاصل از حرارت دادن حدود 10-40 گرم دی آمینو دینیتریت پلاتین با 15-200 سی سی محلول اسید سولفامیک آبی حاوی حدود 2 تا حدود 400 گرم در لیتر اسید سولفامیک است.
• 4- فرآیندی برای آبکاری لایه های نسبتاً ضخیم از پلاتین بدون تنش که شامل محلولی از حدود 10-40 گرم در لیتر پلاتین دی آمینو دی نیتریت پلاتین در 200-15 سی سی محلول آبی اسید سولفامیک حاوی حدود 2 تا حدود 400 گرم در لیتر 5- سولفامیک اسید است، سپس به محلول مذکور آب اضافه می شود تا غلظت آن به 6 گرم در لیتر برسد سپس محلول الکترولیز می شود تا پلاتین از آن خارج شود.
• 5- الکترولیت بدست آمده حاوی حداقل حدود 6 گرم در لیتر فلز پلاتین است.