Công nghệ mạ kẽm cromat hóa

Đồ án: Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa LỜI CẢM ƠN Đồ án nhập môn thực mơn cơng nghệ điện hóa bảo vệ kim loại trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Trước hết, xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Th.s Nguyễn Tuấn Anh, người quan tâm trực tiếp hướng dẫn chúng tơi hồn thành đồ án Chúng tơi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo mơn bảo tận tình tạo nhiều điều kiện thuận lợi chúng tơi hồn thành tốt đồ án Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới bạn lớp, người thân, bạn bè giúp đỡ suốt trình làm đồ án Trong thời gian làm đồ án, hạn chế mặt thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, chúng tơi kính mong thầy bảo thêm để chúng tơi hồn thiện kiến thức Hà Nội, 12/2012 MỤC LỤC Mở Đầu Phần I: Tổng Quan Về Công Nghệ Mạ Kẽm Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -1- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Công nghệ mạ kẽm cromat hóa Xử lý bề mặt trước mạ 1.1 1.2 Gia công Gia cơng xử lý hóa học Công nghệ mạ kẽm Error! Bookmark not defined 2.1 Mạ kẽm dung dịch axit 2.2 Mạ kẽm dung dịch xyanua 2.2.1 Đặc điểm công nghệ 2.2.2 Chế độ công nghệ Error! Bookmark not defined 2.2.3 Pha chế dung dịch 2.3 Mạ kẽm dung dịch zincat Error! Bookmark not defined 2.3.1 Đặc điểm công nghệ Error! Bookmark not defined 2.3.2 Chế độ công nghệ 2.3.3 Pha chế dung dịch 10 2.4 Mạ kẽm dung dịch amoniacat 10 2.4.1 Đặc điểm công nghệ 10 2.4.2 Chế độ công nghệ 10 2.4.3 Pha chế dung dịch 11 2.5 Mạ kẽm dung dịch pyrophotphat 11 2.5.1 Đặc điểm công nghệ 11 2.5.2 Chế độ công nghệ Error! Bookmark not defined 2.5.3 Pha chế dung dịch Error! Bookmark not defined Bóc lớp mạ kẽm hỏng Error! Bookmark not defined Hoàn thiện lớp mạ kẽm (cromat hóa) Error! Bookmark not defined Phần II: Quy Trình Công Nghệ 18 Sơ đồ quy trình mạ kẽm cromat cho bulong, đai ốc 18 Thuyết minh cho quy trình 19 Phần III: ỨNG DỤNG THỰC TẾ 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -2- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Công nghệ mạ kẽm cromat hóa MỞ ĐẦU Mạ kẽm dùng rộng rãi để bảo vệ máy móc, thiết bị, dụng cụ sắt thép, chống ăn mịn khí Kẽm điện chuẩn ( -0,76 V) âm kim loại đen (sắt, thép, gang …) nên lớp mạ anot, bảo vệ theo chế điện hố Sản phẩm ăn mịn kẽm (do tác dụng hoá học với ẩm, với CO2,SO2 mơi trường tác dụng điện hố trình bảo vệ) làm cho vẻ đẹp đi: mờ, xám dần theo thời gian, tính bảo vệ khơng suy giảm Vì sản phẩm mạ kẽm thích hợp cho dùng cho cơng trình kiến trúc xây dựng, dùng cho đường dây tải điện, thông tin đường sắt, thiết bị đặt trời dạng lợp, thép góc, ống dẫn Mạ kẽm thực nhiều cách: nhúng nóng, phun, nhiệt khuếch tán, mạ điện Mỗi cách có đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, cụ thể là: Mạ điện thích hợp cho việc sữa chữa chi tiết có độ xác cao cần sửa ngay, dù cấu kiện bị mịn mà dùng phương pháp sữa chữa khác ảnh hưởng tới tính chất kim loại gốc, hình dạng, kích thước độ bám kim loại đắp lên chi tiết Các lĩnh vực ứng dụng mạ điện bao gồm:  Lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, thiết bị trời, mạ thiết bị chịu lực, …  Lĩnh vực viễn thông: mạ cấu kiện trụ anten, thiết bị phụ trợ khác,…  Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát đĩa, vật dụng gia đình,…  Trong ngành kỹ thuật cao: sản xuất robot, tên lửa,…  Trong cơng nghiệp đóng tàu: thường mạ lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu  Trong cơng trình thủy: Tokyo (Nhật Bản) mạ điện sử dụng để mạ trụ cầu dẫn qua cảng Tokyo, lớp phủ titanium (1mm Ti + 4mm thép tấm)  Các lĩnh vực khác: mạ vàng, điện thoại,… làm cho mạ điện nói chung mạ kẽm nói riêng thêm phong phú Tuỳ yêu cầu sản phẩm mà chọn phương pháp mạ chiều dày lớp mạ cho phù hợp Phương pháp mạ điện thường cho chiều dày lớp mạ kẽm từ - 30 µm; phương pháp nhúng nóng cho từ 50 - 200 µm Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -3- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ KẼM XỬ LÝ BỀ MẶT TRƯỚC KHI MẠ Để sản phẩm sau mạ có lớp mạ đồng gia cơng bề mặt giai đoạn khơng thể thiếu q trình mạ Gia cơng bề mặt trước mạ có ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ Ngoài việc làm cho bề mặt nhẵn bóng cịn có tác dụng khử lớp gỉ, màng oxit mỏng chất bẩn, dầu mỡ bề mặt vật liệu cần mạ, tạo điều kiện thuận lợi cho lớp mạ gắn với kim loại Các phương pháp gia công bề mặt: Có phương pháp chủ yếu thường sử dụng • Gia cơng khí: mài thơ, mài tinh, đánh bóng, quay bóng • Gia cơng xử lý hóa học: Tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ 1.1 Gia công Gia cơng học q trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám đẹp thực gia công học nhiều cách : mài, đánh bóng (là q trình mài tinh), quay xóc vật nhỏ, chải, phun tia cát tia nước áp suất cao Quá trình gia công học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám lớp mạ sau Vì trước mạ cần phải hoạt hóa bề mặt axit lỗng đem mạ Phương pháp mài: sử dụng loại bột mài nhơm oxit, loại xi đánh bóng Chất thải trình loại bụi sử dụng loại bột mài, vật liệu bị mài mịn Phương pháp quay bóng: Các vật thể nhỏ khơng thể mài bóng sử dụng phương pháp quay bóng Có hai cách quay bóng: quay bóng khơ quay bóng ướt 1.2 Gia cơng xử lý hóa học Tẩy dầu mỡ: Trên bề mặt chi tiết cần mạ thường có loại dầu mỡ hay thuốc đánh bóng dính vào Màng dầu mỡ gây tượng bong lớp kim loại mạ đồng thời làm bẩn dung dịch mạ Các phương pháp tẩy dầu mỡ: Tẩy dầu mỡ dung môi hữu Tẩy dầu mỡ dung dịch kiềm nhũ tương Tẩy dầu mỡ phương pháp điện hóa Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa Tẩy dầu mỡ Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất khí, thường dính dầu mỡ, dù mỏng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ cách sau: Tẩy dung môi hữu tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4… chúng có đặc điểm hịa tan tốt nhiều loại chất béo, khơng ăn mịn kim loại, không bắt lửa Tuy nhiên, sau dung mơi bay hơi, bề mặt kim loại cịn dính lại lớp màng dầu mỡ mỏng, cẩn phải tẩy tiếp dung dịch kiềm Tẩy dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm số chất nhũ tương hóa Na2SiO3, Na3PO4… Với chất hữu có nguồn gốc động thực vật tham gia phản ứng xà phịng hóa với NaOH bị tách khỏi bề mặt Với loại dầu mỡ khoáng vật bị tách tác dụng nhũ tương hóa Na2SiO3 Tẩy dung dịch kiềm phương pháp điện hóa, tác dụng dịng điện, oxy hidro có tác dụng theo hạt mỡ bám vào bề mặt tấy phương pháp dung dịch kiềm cần pha loãng so với tẩy hóa học đạt hiệu Tẩy dầu mỡ siêu âm dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, rung động mạnh giúp lớp dầu mỡ tách dễ dàng Tẩy gỉ Bề mặt kim loại thường phủ lớp oxit dày, gọi gỉ tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl hỗn hợp chúng Khi tẩy thường diễn đồng thời q trình: hịa tan oxit kim loại Tẩy gỉ điện hóa tẩy gỉ hóa học đồng thời có tham gia dịng điện Có thể tiến hành tẩy gỉ catot tẩy gỉ anot Tẩy gỉ anot lớp bề mặt nhám nên lớp mạ gắn bám tốt Tẩy gỉ catot sinh H sinh, có tác dụng khử phần oxit Hidro sinh cịn góp phần làm tơi học màng oxit bị bong Tẩy gỉ catot áp dụng cho vật mạ thép cacbon, với vật mạ Ni, Cr khơng hiệu Tẩy bóng điện hóa hóa học Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao gia cơng học lớp mạ gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, lỗ thủng tạo tính chất quang học đặc biệt Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt dung dịch đặc biệt Do tốc độ hòa tan phần lồi lớn phần lõm nên bề mặt san trở nên nhẵn bóng Cơ chế tẩy bóng hóa học giống tẩy bóng điện hóa Khi tẩy bóng hóa học xuất lớp màng mỏng cản trở kìm hãm tác dụng xâm thực dung dịch với kim loại chỗ lõm Tẩy nhẹ Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa Tẩy nhẹ hay cịn gọi hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy lớp oxit mỏng, khơng nhìn thấy được, hình thành q trình gia cơng trước mạ tẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể bị lộ ra, độ gắn bám tăng lên CÔNG NGHỆ MẠ KẼM 2.1 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH AXIT Dung dich axit để mạ kẽm dung dich mạ đơn, thường dùng dung dich sunfat, đến dung dịch clorua, dung dich floborat Đặc điểm chung dung dịch : kẽm tồn dạng ion đơn hydrat hoá, cho độ phân cực bé phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng Dc lớn , dung dịch khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn ( nồng độ axit cao ) Nhược điểm chung dung dich : cho lớp mạ có tinh thể thơ, khả phân bố kém, nên dùng cho để mạ cho vật có hình thù đơn giản dây, băng Để phục vụ học tập cần nghiên cứu kỹ dung dich sunfat - đại diện cho loại dung dịch axit, từ dễ dàng hiểu quy luật dung dịch axit khác Mạ kẽm từ dung dịch sunfat Cấu tử dung dich ZnSO4.7H2O, độ hoà tan 25oC 600g/l, dung dich cần nồng độ từ 200 đến 300g/l Vì đặc thường cho lớp mạ xốp, dễ bị gai cây; lỗng q độ dẫn điện dung dịch thấp, làm giảm chất lượng lớp mạ Khi mạ kẽm cho dây, băng, liên tục, để tăng tốc độ mạ người ta dùng dung dịch có nồng độ cao đến 400-700 g/l, buộc phải đun nóng liên tục dung dịch 40-50 độ C khuấy thật mạnh khí nén Trên catot xảy q trình phóng điện ion Zn2+ hidrat hoá: Zn2+.mH2O + 2e = Zn + mH2O Quá trình xảy với độ phân cực bé nên kết tủa có tinh thể thơ khả phân bố PB bé Để cải thiện nhược điểm , dung dịch phải có thêm thành phần thích hợp: - Các chất dẫn điện có anion Na2SO4,(NH4)2SO4… Các chất làm tăng độ dẫn điện dung dịch đồng thời làm tăng khả phân bố cho dung dịch, làm tăng độ phân cực catot, cải thiện cấu trúc tinh thể - Chất hoạt động bề mặt cho vào dung dịch làm tăng độ phân cực, cải thiện tổ chức tinh thể kết tủa khả phân bố dung dịch Nhưng bề mặt Zn dung dịch axit tích điện âm nên phải dùng chất hoạt động bề mặt loại cation dextrin, keo dán gỗ, glucoza, cam thảo … Chất hoạt động bề mặt có tác dụng nhiệt độ thường Ngồi q trình chính, catot cịn q trình phụ H+ phóng điện Điện tiêu chuẩn hydro dương Zn 0,76, lẽ hiệu suất dịng điện Zn Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Công nghệ mạ kẽm cromat hóa phải thấp, q hydro Zn lớn, nồng độ H+ bé, nông độ Zn2+ lại lớn, nên catot Zn chính, hiệu suất dòng điện dung dịch mạ kemz sunfat thường cao (96-98%) Để hiệu suất dịng điện Zn ln ln cao nồng độ H+ dung dịch phải đủ thấp,pH không 3,5 Nếu pH 4,5 Al2(SO4)3 thủy phân: Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4 H2SO4 giải phóng làm giảm pH xuống, đồng thời Al(OH)3 sinh dạng keo, phân tán, có tác dụng nâng cao độ phân cực catot cải thiện thêm cấu trúc tinh thể, lớp mạ mịn sáng Mặt khác chất keo làm đục dung dịch độ đục lại tín hiệu thơng báo tình trạng tốt xấu dung dịch Thấy mạ kẽm từ dung dịch sunfat ln có hiệu suất dòng điện anot 100% (trong hiệu suất dòng điện catot bé 100%), lý anot ngồi q trình hịa tan điện hóa hoạt động vi pin ăn mòn Anot nhiều tạp chất tượng hòa tan mạnh Điều đưa đến hai hậu quả: nồng độ Zn2+ dung dịch đặc lên; hai nồng độ H+ dung dịch dần, dẫn đến pH tăng lên Để khắc phục hai thượng ngồi việc dùng chất đệm, cần thường xuyên theo dõi để bổ sung H2SO4và điều chỉnh nồng độ Zn2+ dung dịch kịp thời Dung dịch mạ kẽm nhạy với tạp chất Các ion tạp chất có điện dương kẽm, giải phóng catot với kẽm Các tạp chất lại thường có hydro chúng thấp kẽm (nhất Co, Cu, Ag, Sb …) nên tạo thành điểm cho hydro thoát ra, làm giảm mạnh hiệu suất dòng điện, nguy hại tạo thành vết rỗ, sọc sùi, bột … làm hỏng lớp mạ Vì hóa chất, nước, anot phải dùng loại đủ ( theo tiêu chuẩn quy định) Khi sử dụng, vận hành không để lẫn tạp chất vào dung dịch Để mạ kẽm bóng trực tiếp từ dung dịch sunfat người ta dùng chất bóng: 2,62,7-disunfonaphtalat, chất DSU U-2 dùng dịng điện đổi cực (T=6s; tc:ta = 6:1) Nói chung mạ bóng kẽm từ dung dịch sunfat chưa nghiên cứu nhiều Có lẽ thân lớp mạ kẽm khơng phải lớp mạ trang sức, cần làm đẹp có cách tẩy bóng sau mạ quen dùng từ lâu Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa 2.2 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH XYANUA 2.2.1 Đặc điểm công nghệ Dung dịch mạ kẽm xyanua, khả phân bố tốt, lớp mạ mịn, bóng sử dụng mật độ dịng điện nhiệt độ cao, khơng ăn mịn thiết bị, mạ chi tiết có hình dáng phức tạp, có độ dày 20µm Nhưng dung dịch xyanua có hiệu suất dịng điện thấp, dung dịch độc, có hại đến sức khỏe, phải có thiết bị hút độc tốt có biện pháp an tồn cần thiết 2.2.2 Chế độ công nghệ Thành phần (g/l) chế độmạ ZnO NaCN NaOH Na2S Glyxerin C3H5(OH) Nhiệt độ dung dịch, ºC Mật độ dòng, A/dm² Hiệu suất dòng, H% Ứng dụng Dung dịch mạ kẽm 40-45 75-80 70-80 0,5-5,0 3-5 Phòng 40-45 80-85 40-60 Phòng 8-10 18-20 70 Phòng 41-57 68-132 34,5-56 27-38 0,5-2,5 70-80 Mạ quay, Ít độc 1-5 75-95 Mạ dày 2-5 1,5-2 80-85 75-80 Tẩy HNO3 cho Mạ tĩnh lớp mạ sang Tỷ lệ diện tích anot/catot Sa/Sc : 2/1 Anot : kẽm độ cao thép Điện nguồn 6-12V Thời hạn phân tích điều chỉnh dung dịch 1-2 lần/ tuần NaCN tạo với ZnO thành phức chất Na2[Zn(CN)4], cho khả phân bố lớn, độc NaOH tạo thành với ZnO thành phức chất Na2ZnO2 (zincat), cho khả phân bố thấp Na2S dùng để kết tủa kim loại nặng xuống đáy bể, làm dung dịch, lớp mạ sáng Glixerin cho lớp mạ mịn, sáng Làm việc lâu, hàm lượng Na2CO3 tăng dần lên hấp thụ khí CO2 từ khơng khí Khi nồng độ Na2CO3 vượt q 100g/ml kết tinh trắng lên thành bể, làm giảm H%, ic chất lượng lớp mạ Loại bỏ cách thêm 1,5g Ba(OH)2 vào dung dịch kết tủa 1g Na2CO3 Sau lắng, gạn khỏi dung dịch Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -8- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Công nghệ mạ kẽm cromat hóa Hiện thị trường nước ta có bán chất bóng ZB-ATZ Enthol dùng cho mạ kẽm tốt, dùng dung dịch sau (g/l) : ZnO 22,4 ; NaCN 40 ; NaOH 85 ; ZB-ATZ 4ml/l ; ic = 0,5-5 A/dm² ; nhiệt độ thường 2.2.3 Pha chế dung dịch Dung dịch mạ kẽm xyanua pha hóa chất ZnO Zn(OH)2 cho tác dụng với NaCN Phản ứng chúng sau : 2ZnO + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 2Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 + 2H2O Pha chế dung dịch mạ kẽm xyanua điều kiện có quạt hút Q trình pha chế sau : - Hòa tan NaCN NaOH bể mạ (bể thép hay nhựa) tích nước ½ thể tích bể mạ - Cho nước vào ZnO tính tốn, khuấy thành dạng hồ đặc, vừa khuấy vừa cho vào bể mạ đến hịa tan hồn tồn - Cho glicerin , Na2S,… chất phụ gia khác hòa tan vào bể Khuấy đều, cho nước đến mức quy định Khi cần thêm ZnO phải hịa tan vào NaCN hay NaOH lọc vào dd Pha xong mạ xử lí với ic = 0,1-0,2 A/dm² đến lớp mạ sáng 2.3 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH ZINCAT 2.3.1 Đặc điểm công nghệ Kẽm tồn dạnh phức Na2ZnO3 Dung dịch có khả phân bố lớn nên mạ vật tương đối phức tạp Tuy khơng dung dịch xyanua khơng độc hại, thành phần đơn giản, giá rẻ, độ dẫn điện cao, cần nguồn điện chiều 6V 2.3.2 Chế độ cơng nghệ Dung dịch lỗng có khả phân bố tốt hơn, dùng mạ vật phức tạp Sn4+ làm lớp mạ nhẵn, sáng Điều chế Sn4+ (ở dạng Na2SnO3): dùng 2ml H2O2 oxy hóa Sn2+ thành 1g Na2SnO3 (dùng thay cho SnCl4) Polyetylenimi cho phép dùng mật độ dòng cao, lớp mạ trắng Dung dịch mạ kẽm zincat Thành phần (g/l) Dung dịch zincat chế độ mạ Nhóm – Lớp: KTHH2 – K56 -9- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án: Công nghệ mạ kẽm cromat hóa ZnO (tính Zn) NaOH SnCl4 ( hay Na2SnO3) Polyetylenimin Mật độ dòng: - ia - ic khuấy - ic không khuấy Nhiệt độ dung dịch 15-17 135160 0,2-0,5 - 3,5-6,8 65-80 0,2-0,5 - 10 80 - 10 100 3-4 2,0-2,5 50 1,5-2,0 0,7 50