[发明专利]通过在受控条件下将锡向铜中扩散制备金色青铜的方法

说明书

发明领域

本发明涉及具有金色外观的青铜物体的制备。更具体地，本发明提供在基材上制备金色青铜合金层的多层镀敷方法，包括连续金属的非氰化物镀敷。

发明背景

青铜通常定义为铜和锡的合金。然而，可以使用其他金属，定义了不同的青铜合金变种，如一般青铜(铜、锌)、建筑青铜(铜、锌、铅)或铝青铜(铜、铝、镍)。青铜的颜色取决于合金制造中所用的不同金属的精确组成。例如，富铜的青铜合金可以具有微红色外观，而富锡青铜合金可以具有银白色外观。于是青铜的金色外观是特定金属组成的结果。

青铜可以通过火法冶金作为固态合金获得，或者作为经镀敷的材料获得。作为经镀敷的材料，通常通过使用氰化物电镀浴液获得由铜和锡制成的青铜。如果使用氰化物化学试剂，可以将青铜直接作为合金沉积。因此，当进行镀敷时，通过铜和锡的共沉积形成产品。更具体地，在造币毛坯(coinage blanks)的电镀过程中使用氰化物电镀液，以获得金色青铜合金层。在第一实例中，美国专利US4579761(Ruscoe等人)提供了制备金色钱币、奖章和代币的方法以及这样制备的产品。用碱性的氰化物铜-锡电镀浴液将产品电镀，随后置于处于恒温的退火炉内。在进一步的清洁处理之后，Ruscoe等获得了被闪耀的金色青铜被覆的产品。

几乎所有工业青铜镀敷操作都使用基于氰化物的电镀液，因为它相对简单、为人熟知并因此本领域的每个公司都在使用它，以获得像金一样的颜色的金属饰面。然而，基于氰化物的电镀液是剧毒的。该毒性长期持续，并且在处理电镀液中发生事故或疏忽的情况下，对远离溢出和泄漏源的下游的人类、活体动物和鱼类造成极高的健康和安全风险。废物处理是昂贵的和危险的，因为用于破坏氰化物的化学品本身也有毒。百万分之几范围内的微量的氰化物能够导致严重的破坏，并且在某些情况下对人和动物致命。

可以通过专有的商业配方通过电镀法获得非氰化物青铜，但是结果通常不好，因为经镀敷产品显出微红色，非常像铜，而非当想要青铜时所期待的那样的金色。非氰化物电镀液倾向于不稳定、昂贵且对于一致的结果和颜色而言难以控制。这是为何非氰化物青铜电镀并不普及和未被使用的原因，尤其是当电镀用于大量工业产品如造币毛坯时。为了降低制币成本，纯金属如镍、铜或铝以及固态合金如铜镍合金、弹壳黄铜或铝青铜正在被由廉价材料制成的钱币取代，如将钢用作芯，作为覆盖钢芯的外层镀有单层、双层或三层的镍、铜和青铜。作为该方法的变型，有时用锌或铜或廉价合金如弹壳黄铜代替用作芯的钢。美国专利US5,151,167和US5,139,886提供了用镍、铜和随后的镍覆盖的硬币，以及利用非氰化物电镀液制备这种硬币的方法。所得的硬币具有免除了表面针孔的规则表面，表面针孔通常是连续金属电镀后接着退火扩散的固有问题。随后，非氰化物电镀液已经成功地用于镍、铜和镍的连续覆层。也通过电镀铜随后在铜的顶部用非氰化物电镀液电镀锌制成黄铜。铜和锌连续沉积，随后在受控的高加热和温度下将锌向铜中扩散，以获得黄铜合金。非氰化物黄铜合金已经在Royal Canadian Mint商业化。然而，不像锌在黄铜中的扩散，锡由于其低熔点而并不简单地扩散进入铜基体。因此，通过用铜和锡的组合沿袭同样的方法，不能制备金色青铜。

在以US20060286400号码公布的美国专利申请(McDaniel等)中，公开了用于不使用氰化物溶液电镀各种合金的一般方法。McDaniel公开了一种方法，其包括以下步骤：向基材上电镀第一金属层，向第一电镀层上电镀第二金属的第二层，和加热基材的组合以制备包括青铜合金的合金饰面。McDaniel的教导是在本质上是非常笼统和含糊不清的，没有具体的数据或样品显示它是如何完成的。它不允许生产商业上合适的金色青铜。在并不具体和精确的情况下，该参考文献的教导对于正在搜寻制备非氰化物金色青铜的解决方案的本领域技术人员来说是不能应用的和不能实行的。

因此，需要制备金色青铜的技术，其克服本领域已知的缺点中的一些。

发明概述

本发明的目的在于提供一种满足上述需要的制备青铜的方法。更具体地，本发明提供多重电镀法，以通过在受控条件下锡向铜中的扩散制备金色青铜。

应当理解，金色青铜包括任何具有类似于金的黄金颜色的青铜，换言之，具有金色色调或金色外观的青铜。