Nghiên cứu công nghệ mạ hợp kim au cu trang sức bảo vệ

Mở đầu Ch¬ng I : Tỉng quan _6 1.1 Lý thuyết mạ hợp kim _6 1.1.1 Điều kiện tạo thành lớp mạ hợp kim [1], [8] _6 1.1.1.1 Thay đổi hoạt độ a ion phóng điện. _7 1.1.1.2 Thay đổi phãng ®iƯn. _10 1.1.2 Sù phãng điện đồng thời ion hệ có tơng tác. 13 1.1.2.1 ảnh hởng chất trạng thái nền. 13 1.1.2.2 ¶nh hëng sù biÕn ®ỉi cđa líp ®iƯn tÝch kÐp. 14 1.1.2.3 ảnh hởng chế độ điện phân. _14 1.1.3 Quá trình anốt mạ hợp kim 15 1.1.3.1 Anèt hoµ tan 15 1.1.3.2 Anèt tr¬. _16 1.1.3.3 Anốt hỗn hỵp. _16 1.1.2 Cấu trúc hợp kim điện giải [21], [26]. 17 1.2 Mạ hợp kim Au-Cu trang søc. 18 1.2.1.Quá trình mạ Au nguyên chất _18 1.2.2 Mạ đồng nguyên chất _20 1.2.3 Mạ hợp kim Au-Cu ứng dụng. 21 1.2.3.1 Lớp mạ hợp kim së vµng vµ øng dơng. 21 1.2.3.2 Phân loại lớp mạ vàng hợp kim vàng [11], [12]. 23 1.2.3.3 ứng dụng lớp mạ vàng hợp kim vàng 25 1.2.3.4 Mạ vàng công nghiệp ®iƯn tư [12] _29 1.2.4 Lớp mạ hợp kim Au-Cu. _33 1.2.4.1 ứng dụng lớp mạ hợp kim Au-Cu[1.2.3], [1.2]. 33 1.2.4.2 C«ng nghƯ mạ hợp kim Au-Cu [20], [22], [25],[13]. _34 Chơng II : Các phơng pháp nghiªn cøu 38 2.1 Cách pha chế dung dịch mạ _38 2.1.1 C¸c ho¸ chÊt cần thiết cho nghiên cứu 38 2.1.2 §iÒu chÕ KAu[CN]2 [6] [5], [1]. _38 2.1.3 Điêù chế phức Cu(HEDTA)-. 39 2.2 Phơng pháp phân tích bổ sung dung dịch mạ. _39 2.2.1 Xác định nồng độ Au+ dung dịch. _39 2.3 Phơng pháp xác định thành phần hợp kim kết tủa trªn catèt [9]. _40 2.3.1 ChuÈn bÞ mÉu : 40 2.3.2 Sơ đồ mạch điện nghiên cứu [8]. 40 2.3.3 Xác định thành phần hợp kim _41 2.3.3.1 Phơng pháp quang phổ hấp thơ nguyªn tư ( AAS ) [4]. _41 2.3.3.2 Xác định thành phần đồng vàng hợp kim 43 2.3.4 Xác định hiệu suất dòng điện thoát kim loại hợp kim 43 2.3.4.1 Hiệu suất dòng điện thoát kim loại ( H kl , %). _43 2.3.4.2 Hiệu suất dòng điện thoát hợp kim ( Hhk , % ) _43 2.4 Đo đờng cong phân cực (đcpC ) tổng riêng. 44 2.4.1 Đo đờng cong phân cực ( i - E ) gavanostatic _44 2.4.1.1 S¬ đồ nguyên lý đo đờng cong phân cực 44 2.4.1.2 Chuẩn bị điện cực nghiên cứu 44 2.4.1.3 Đo đờng cong phân cực : 45 2.4.2 Vẽ đờng cong phân cực riêng phần Au, Cu, H2.[8] [7]. _45 2.5 Phơng pháp nghiên cứu tính chất cđa líp m¹ _46 2.5.1 Phơng pháp đo độ bãng líp m¹ [9]. 46 2.5.2 Phơng pháp nghiên cứu cấu trúc lớp mạ _47 2.5.2.1 Phơng pháp hiển vi điện tử quét ( SEM ). 47 2.5.2.2 Phơng pháp nhiễu xạ Rơngen. 49 Chơng III Kết thảo luận _52 3.1.Giíi thiƯu dung dịch nghiên cứu. _52 3.2.Các yếu tố ảnh hởng tới thành phần tÝnh chÊt líp m¹. _53 3.2.1 ảnh hởng mật độ dòng điện đến thành phần tính chất lớp mạ. 53 3.2.1.1 ảnh hởng mật độ dòng điện đến màu sắc độ bóng lớp mạ _54 3.2.1.2 ¶nh hởng mật độ dòng điện đến hàm lợng Au – Cu hỵp kim _56 3.2.1.2 ¶nh hëng cđa mật độ dòng điện đến hiệu suất dòng điện. _58 3.1.2 ¶nh hëng cđa tû lƯ nång độ Au+/ Cu2+ đến thành phần tính chất lớp m¹ _58 3.1.3 ảnh hởng pH đến thành phần hợp kim tính chất lớp mạ. 61 3.2.4 ảnh hởng nhiệt độ đến thành phần hợp kim tính chất lớp mạ. 62 3.3 Quá trình phóng điện ion điện cùc. 63 3.3.1 Quá trình phóng điện ion Au +, H+ dung dÞch. 63 3.3.1.1 Quá trình phóng điện ion dung dịch S o S1. _64 3.3.1.2 Quá trình phóng điện ion dung dịch S o S2. 66 3.3.1.1 Quá trình phóng điện ion dung dịch S o S3. _68 3.3 Nghiên cứu số tính chất lý cđa líp m¹ 70 3.3.1 Đo độ cứng cđa líp m¹. _70 3.3.2 Kết nhiễu xạ Rơnghen _70 3.3.3 Kết nghiên cøu ¶nh SEM _72 Mở đầu Mạ điện phơng pháp phủ lớp kim loại hợp kim lên bề mặt catốt cách điện phân Lớp mạ thờng vật liệu bền ăn mòn, có tác dụng ngăn cản tiếp xúc kim loại với môi trờng có tác dụng bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn Hơn lớp mạ có u việt màu sắc đẹp, đa dạng, có độ cứng, độ bền mài mòn cao,vì lớp mạ đvì lớp mạ đợc sử dụng với mục đích khác nh: mạ chống ăn mòn, mạ phục hồi kích thứơc, mạ trang sức tăng vẻ đẹpvì lớp mạ đBằng công nghệ mạ tạo lớp mạ có hay nhiều nguyên tố kim loại Lớp mạ có hai hay nhiều nguyên tố kim loại gọi lớp mạ hợp kim Mạ hợp kim đà mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ mạ, tạo không phong phú chủng loại lớp mạ mà tạo nhiều tính chất quý lớp mạ đơn nguyên nh: màu sắc phong phú, độ cứng, độ bền mài mòn cao, có tính chất từ tính caovì lớp mạ đ đáp ứng nhu cầu ngày cao đa dạng cđa nỊn kinh tÕ vµ x· héi Vµng lµ mét kim loại có nhiều tính chất hoá lý quý nh:Bền hoá học, độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, màu sắc đẹp bền vững Ngay từ xa xa vàng đà đợc phát sử dụng Ngày vàng đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp đời sống Trong công nghiệp vàng đợc sử dụng làm tiếp điểm điện có độ tin cậy cao, có điện trở tiếp xúc nhỏ Vàng chiếm vị trí quan trọng ngành công nghiệp điện tử, hàng không Trong đời sống vàng đợc sử dụng với mục đích trang sức bảo vệ, chế tác đồ trang sức, hàng lu niệm, mạ trang sức sản phẩm cao cấp: Huân huy chơng, đồng hồ, kính, bút Tuy nhiên lớp mạ vàng có nhợc điểm có độ cứng, độ bền mài mòn thấp, màu sắc đơn điệu, nên không thoả mÃn nhu cầu đa dạng xà hội Việc đa vào lớp mạ vàng dù lợng nhỏ yếu tố hợp kim nh: Cu, Ni, Ag, Cu, Sn đà cải thiện nhiều tính chất lý, màu sắc lớp mạ mà không thay đổi tính chất quý giá vốn có Mỗi nguyên tố hợp kim tạo với vàng lớp mạ có tính chất riêng tạo nên tính đa dạng lớp mạ hợp kim vàng, đáp ứng nhu cầu phong phú biến đổi thời trang Đến đà tạo thành sử dụng lớp mạ hợp kim vàng với 13 nguyên tố kim loại khác có hàng trăm loại bể mạ hợp kim vàng đà đợc sử dụng.[19] Các lớp mạ vàng hợp kim vàng đợc ứng dụng rÊt réng r·i lÜnh vùc thêi trang vµ chÝnh nhu cầu đa dạng thời trang đà thúc đẩy nghiên cứu, phát triển công nghệ mạ Trong số lớp mạ hợp kim vàng, lớp mạ hợp kim vàng - đồng (Au-Cu) hợp kim vàng đợc ứng dụng rộng rÃi Do đồng vàng nhóm nên dễ dàng hợp kim hoá với thành phần dao động khoảng rộng mà giữ đợc độ bền hoá học nh vàng nguyên chất lại có màu vàng hồng hấp dẫn, độ cứng độ bền mài mòn cao, giảm đợc giá thành, đợc nhiều ngời tiêu dùng a chuộng Vì lớp mạ hợp kim Au-Cu đà thu hút nhiều ý nghiên cứu.Trải qua 148 năm phát triển ngành thời trang đà có tới 300 loại bể mạ vàng hợp kim vàng Mỹ 100 loại châu Âu, số khoảng 1/4 bể mạ hợp kim Au-Cu [11], [12] Ngày việc nghiên cứu nhằm hoàn thiện công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lợng phù hợp với nhu cầu đa dạng ngành thời trang hút nhà nghiên cứu Điều cho thấy sức hấp dẫn lớp mạ hợp kim Au-Cu nớc ta hợp kim vàng - đồng đà đợc a chuộng sử dụng với tên gọi vàng Tây, chủ yếu chế tác hàng trang sức ( dây chuyền, nhẫn lớp mạ đ) từ vàng hợp kim nhập ngoại, giá thành cao Trong níc cha cã nghiªn cøu cịng nh øng dơng công nghệ mạ Trớc vàng loại tiền tệ đặc biệt nên việc sử dụng vàng công nghiệp, đời sống hạn chế Ngày vai trò tiền tệ vàng đợc sử dụng rộng rÃi với mục đích công nghiệp dân dụng nh loại vật liệu Vì nghiên cứu công nghệ mạ hợp kim vàng - đồng nhằm thay cho lớp mạ vàng nguyên chất hợp kim vàng - đồng mét nhu cÇu cÇn thiÕt cã ý nghÜa khoa häc thực tiễn lớn Trong khuôn khổ luận văn Nghiên cứu công nghệ mạ hợp kim Au-Cu trang sức, bảo vệ, thực số nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu ảnh hởng thành phần dung dịch chế độ mạ tới thành phần tính chất lớp mạ từ lựa chọn đợc thành phần chế độ mạ tối u - Nghiên cứu trình kết tủa đồng thời ion Au + ion Cu2+ tạo hợp kim Au-Cu phơng pháp đo đờng cong phân cực - Nghiên cøu mét sè tÝnh chÊt cđa líp m¹ Au-Cu nhËn đợc điều kiện kỹ thuật đà đề xuất Chơng I : Tổng quan 1.1 Lý thuyết mạ hợp kim 1.1.1 Điều kiện tạo thành lớp mạ hợp kim [1], [8] Mạ hợp kim trình phóng điện đồng thời hai hay nhiều ion kim loại khác catốt Các kim loại đợc xếp theo cấu trúc qui luật định tạo thành hợp kim Để trình phóng điện đồng thời catốt thành lớp mạ hợp kim nh mong muốn, điều quan trọng hai ion kim loại phải có điện chung Giả sử có hai kim loại M1 M2 phóng điện catốt, kim loại M1 có điện tiêu chuẩn 0M1, kim loại M2 có điện tiêu chuẩn 0M2 Để hai ion kim loại phóng điện đồng thời catốt trình điện phân điện phóng điện hai kim loại phải nhau: *M1 = *M2 (1) hay cb M1 - M1 = cb M2 - M2 (2) Với M1, M2 lần lợt độ phân cực ion kim loại M1 M2 Biến đổi (2) theo phơng trình Nernst, ta có: M0 RT RT ln aM  M  M0  ln aM  M nF nF (3) 0M1, 0M2 đại lợng cố định phụ thuộc vào chất kim loại Muốn hai vế ta thay đổi thông số liên quan trực tiếp đến điện (*) kim loại, nh điện cân (cb điều kiện nhiệt động) lẫn độ phân cực ( điều kiện động học) Cụ thể từ phơng trình (3) ta thay đổi: - Hoạt độ ion tham gia phóng điện (aM1, aM2) - Độ phân cực ion kim loại (M1, M2) Nhiệt độ điện phân (T) 1.1.1.1 Thay đổi hoạt độ a ion phóng điện Hoạt độ a đại lợng phụ thuộc vào nồng độ ion dung dịch theo công thức: a = f C Trong đó: - f hệ số hoạt độ, thực tế thờng f