2 3951 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA BỘ MÔN: ĐIỆN HÓA HỌC =& *Š ede
LUAN VAN TỐT NGHIỆP
cử NHâN KHO@ HOC - NGANH HOA HOC
ĐỀ TÀI:
ỨNGĐỤNGCÔNGNGHỆ ĐIỆN HÓA
VÀO TRƯỜNG PHỔ THÔNG TRUNG BỌC
Sinh viên thực hiện : Tống Đức Huy
Trang 2Ludgn vdn tố! ngiiệp
FAFSA AAAS ớ ớ_ớ AAP PE HT HCP FT HT eee Hr FF ©
Em xin trân trong cdm on thdy Nguyén Khuong, qui thdy cô Khoa héa Trường Pai Hoc Su‘Pham Thanh Phd Hd Chi Minh da nhiét tinh giip đỡ em
hoan thanh ludn van nay
Em xin chan thank cắm ơn các giáo uiên tại các trudmg phd théng trung
hoc, cing cdc ban sinh vién đã đóng gop ú Kiến va la nguồn động uiên lớn để
em hoan thanh dé tai nay
Ludn van nay được thực liện uới Khd nang va thoi gian con han chế, niên
Khang tranh Khoi thiéu sét vé cach trink bay cing nhundi dung
Cuối cing em xin trdn trong mong doi su chi dan cia qui thdy cd va đông;
đảo các bạn
TP Hé Chi Minh, ngay 10 thang 5 nrăm 2000
Trang 4
Lugn CPP EGG EF OFF EEE FEE EEE EB EBB van tất nghiệp BPE OPP AEB OP PIE ORO OOP OO EEE EE OEP OL ER OHHH
+
PHAN I: À
MỞ ĐẦU
Mạ kẽm được biết từ năm 1850, nhưng do không có phương tiện máy
tốc để điều chỉnh, kiểm tra pH và chuẩn bị bể mặt chưa đạt yêu câu, nên
nó chỉ được phát triển mạnh trong hơn 100 năm trở lại đây
Lớp mạ kẽm được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ sắt thép Hiện nay gần một nửa tổng sản lượng kẽm trên thế giới được dùng vào việc bảo vệ
thép trước sự han gỉ, mà hàng năm nuốt mất khoảng hàng chục triệu tấn sắt
thép
Ngày nay công nghệ mạ kẽm luôn được hoàn thiện và trở thành một
trong những ngành công nghệ mạ phát triển nhất, phổ biến nhất trên thế
giới Sản phẩm mạ kẽm được dùng cho các công trình xây dựng, các tấm
tôn lợp, thép chữ V, đường dây điện, đường sắt, các ống nước, bulong đóng
tàu thuyền, các thiết bị ngoài trời
Vào khoảng năm 1920 cho tới nay, lớp mạ kẽm thu được từ dung dịch
xyanua chiếm ưu thế bởi vì: lớp mạ kẽm trên các lớp thép cacbon thu được
từ dung dịch này cho lớp mạ mịn hạt, bóng sáng đồng nhất, bảo vệ một cách có hiệu quả sắt thép chống ăn mòn trong khí quyển Bên cạnh sự
nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ kẽm từ dung dịch xyanua, các nhà khoa
học kĩ thuật vẫn tập trung nghiên cứu tìm ra những chất điện giải khác, cho
lớp mạ có chất lượng tốt như lớp mạ thu được từ dung dịch xyanua, nhưng
trong thành phẩn không có xyanua Trong số những chất điện giải người ta
tập trung nghiên cứu: chất điện giải pirophotphat, chất điện giải kiểm và
chất điện giải amon clorua
Trong khoảng 30 năm trở lại đây có rất nhiều công trình nghiên cứu về chất điện giải amon clorua tiến hành ở hầu hết các nước có ngành công
nghệ mạ phát triển như My; Anh, Pháp, Nga Họ tập trung chủ yếu khảo
sát thành phần dung dịch chất điện giải amon clorua, các chất phụ gia tạo bóng, tạo độ dẻo và toàn bộ công nghệ mạ kẽm từ dung địch amon clorua
Trong luận văn này, tôi tiến hành nhằm các mục đích sau:
1 Tìm hiểu tổng quan và công nghệ mạ kẽm hiện nay trên thế giới và
nước ta
2 Nghiên cứu thành phần và các tham số tối ưu khi sử dụng dung dịch amon clorua để mạ lên thép cacbon và cho gang xám
3 Nghiên cưú qui trình công nghệ mạ kẽm từ dung dịch amon clorua
4 Tiến hành nghiên cứu qui trình thụ động hóa lớp ma kẽm
5 Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ mạ kẽm ở trường phổ thông
trung học
“hờn, in my _ ene ene nee enemas,
Trang 6Lugn FPP van tốt nghi¢p FAA FASE SEPA PEAAAAAPAAPAAAAARAAEAAABAOAAOAAEC FEL E BEE EAAAAL CEA AES
+ PHAN II:
KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MA ĐIỆN
A CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH MẠ ĐIỆN 1 Sự điện phân: 1.1 Sơ đổ điện phân | 2 — IÌI|I| xử ơ đ 4 —— — — —— -_— —_- —_ —— — \ 5 SS ——- 5 “fl Sơ đồ I
! Nguồn điện một chiều
2 Điện trở con chạy R 3 Vôn kế 1 chiều 4 Ampe kế 5 Anét 6 Catôt 7 Dung dịch điện phân 8 Bể điện phân 9, Cầu đao điện 1.2 Sự hình thành lớp mạ
Nhúng hai tấm kim loại (gọi là cực điện) vào dung dịch điện phân và
nối với nguồn điện một chiều Cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anôt, cực nối với cực âm của nguồn điện gọi là catôt Khi có dòng điện chạy qua thì các ion đương sẽ theo chiều dòng điện chạy về catôt, nhận
điện tử - bị khử lon âm sẽ chạy về anôt, mất điện tử - bị oxy hố
Ở catơt ion kim loại thành nguyên tử kim loại, ở anôt nguyên tử kim
loại thành ion kim loại Đó là anôt hòa tan Ở anôt không hòa tan xảy ra
những phản ứng phức tạp khác
DO /200- Ot F VỆ VƯỢC NOOUpgppgvvvguoggovu.o.ev., v.v abo 20620640909 0(00006.3>905294x000064©90% 20Q204 00a
Trang 72 Định luật Faraday
2.1 Định luật Faraday thứ nhất
Khi cho đòng điện một chiểu qua dung dịch chất điện ly (hay qua thể
nóng chảy của chất điện ly), khối lương các chất thoát ra ở anôt hay catôt tỷ lệ với điện lượng đi qua dung dịch (hay qua chất điện ly nóng chảy), tức
tỷ lệ với cường độ dòng điện I và thời gian t:
m= K.Lt
Trong đó :
m: là khối lượng chất thoát ra trên một điện cực, tính theo gam (g)
I: là cường độ dòng điện tính theo ampe (A)
t: là thời gian điện phan, tinh bang giờ (h)
K: là đương lượng điện hóa tính theo g/A.h
2.2 Định luật Faraday thứ hai :
Những lượng điện như nhau khi điện phân sẽ làm thoát ra những
lượng tương đương các chất khác nhau
Để làm thoát ra một đương lượng gam một chất bất kỳ nào đó cần
tiêu tốn một lượng dién 96500 culong (Iculong = 1A.s) hay còn gọi là hằng
số Faraday (F)
Thường không dùng đơn vị culong, người ta tính bằng A.h l culong = Ì ampe.giây (l A.s) Do đó :
96500 s = cớ =268Áh
3600
26,8 A.h thoát ra 1 đương lượng gam chất
vậy 1A.h thoát ra
l
K= ar Đương lượng gam
Nếu ký hiệu A là nguyên tử gam của chất phản ứng , số electron hóa
Trang 83 Hiệu suất dòng điện
Trong quá trình điện phân lượng chất thoát ra ở điện cực thường nhỏ hơn lượng chất tính theo định luật Faraday, nguyên nhân của sự sai lệch là
do ngoài phản ứng chính luôn có kèm theo các phản ứng phụ như sự thốt
H; ở catơt và Oa ở anôt
Tỷ số giữa lượng kim loại thốt ra trên catơt và lượng kim loại tính
theo định luật Faraday biểu thị ra phần trăm (%) được gọi là hiệu suất dòng điện , kí hiệu là N:
N= Lượng kim loại thu được x 100 Lượng kim loại tính theo Faraday 4 Mật độ dòng điện : Mật độ dòng điện là cường độ dòng điện tính trên một đơn vị diện tích
Ta lấy cường độ dòng điện I đọc trên ampe kế (sơ đổ 1) khi điện phân
đang diễn ra chia cho diện tích tổng cộng bể mặt anôt (S„), ta thu được mật
độ dòng điện anôt lạ
I,”—
5,
Tương tự ta có mật độ dòng điện catôt I„:
Thường mật độ đòng thực hay tốc độ phản ứng thực sẽ có giá trị khác nhau Sự khác nhau của mật độ dòng điện I¿ và Ix thực càng lớn nếu như
bể mặt điện cực càng phức tạp I
Sy
Mật độ dòng điện thường được tập trung ở những chỗ lồi, cạnh mép
góc nhọn ở đó nếu là anôt sẽ có tốc độ tan lớn hơn, còn catôt thì tốc độ kết
tủa kim loại mạnh hơn Mật độ dòng điện sẽ có giá trị nhỏ ở những chỗ lõm, ở các khe rãnh, mặt lõm nhọn, lúc đó tốc độ tan của kim loại nhỏ và ở catôt lớp mạ mồng Thậm chí không có kim loại kết tủa
Mật độ dòng trung bình I, là một tham số điện phân quan trọng, nó
ảnh hưởng đến cấu tạo và hình thức lớp mạ Nếu I, quá lớn lớp mạ sẽ bị
I, =
ps asta — pm 29%290649909%0%%
Trang 9cháy đen xù xì, nếu nhỏ qua thi dién phan lau, lép ma bén nhung khéng
bóng đẹp Do đó phải giới hạn mật độ dòng I, trong mét khoảng nhất định Mật độ dòng anôt I„ cũng quan trọng cần phải chú ý, nếu I, qua nhỏ
dé gây thụ động hố anơt, nếu I„ quá lớn thì kim loại tan mạnh làm bẩn
dung dịch, lớp mạ thu được xù xì Việc điều chỉnh Iạ thường được thực hiện
bằng cách điều chỉnh diện tích bể mặt anôt 5 Thế hoà tan va thế giải phóng
Khi nhúng một kim loại vào dung dịch muối của nó, sau một thời
gian sẽ đạt đến trạng thái cân bằng, thế điện cực ứng với trạng thái cân bằng là thế điện cực cân bằng Thế điện cực cân bằng sẽ thay đổi, khi ta
nối với nguồn điện một chiều để điện phân
Vậy giá trị thế tối thiểu để quá trình kết tủa kim loại diễn ra trên catôt được gọi là thế giải phóng, còn giá trị thế tối thiểu để quá trình hoà
tan kim loại diễn ra trên anôt được gọi là thế hoà tan 6 Sự phân cực
Ở trạng thái cân bằng thế điện cực catôt w¿°° và thế điện cực anôt
\A'° lúc đó dòng điện bên ngoài bằng không ( pin chưa đóng mạch) Khi
pin khép mạch bằng một dây dẫn, ở catôt thế điện cực w¿ dịch chuyển về phía âm so với thế cân bằng một đại lượng là:
AWk = Wi” ~ We
Cũng tương tự trên anôt thế điện cực w„°° dịch chuyển về phía đương
một đại lượng:
AWa =Wa- Wa”
Cac gid tri Ay,, Aw, dude goi la d6 phan cy catôt, anôt Độ phân
cuc Awy, Awa, hay thé dién cufc yy, 4 phụ thuộc nhiều vào đòng điện lưu
thông bén ngoai Ia, I,
Anh hưởng của sự phân cực đến lớp mạ, thường có mặt lợi có mặt hại
Trong quá trình mạ chúng ta phải lợi dụng mặt lợi khống chế làm mất đi
mặt hại Đa số trường hợp muốn được lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt
đều phải nâng cao phân cực catôt nhưng phải hạn chế trong phạm vi nhất
định, bởi vì nâng cao phân cực catôt sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện
7 Thế trong bể phân cực '
Thế chỉ số đọc được ở đồng hồổ vôn kế trong quá trình điện phân là độ giảm thế trong bể điện phân, bao gồm :
Vẽ VẠ + Vụ +LRaz+ L.R¿‹‹
Vụ, Vụ: độ giảm thế ở điện cực anôt và catôt
IL.R„;: độ giảm thế gây ra do điện trở cuả dung dịch
wll x;ệk d2 in tht tl Men ital nan tr le Ain Oia tt AI A Ht A il Nl A ll i sa sm 2m ca AR PR, (0U
Trang 10Lugn oan tét nghi¢p
PPB PLES EF EEE EEF EEE Vd 40 44 0 4 9 0V EAE EEE EERE MT ee ee ee 90 0Ô @ @ 0 0 ^.< ‹
L.R\ „uc: độ giảm thế gây ra do điện trở tiếp xúc ở các chỗ nối, tiếp
xúc điện
Thế trong bể điện phân V không ảnh hưởng trực tiếp lên tốc độ quá
trình mà chỉ chứng tỏ quá trình điện phân diễn ra có bình thường hay không
Trong kỹ thuật mạ người ta cố gắng giảm điện trở Rạa¿ và R; „¡; bằng
cách cho thêm vào dung dịch các chất dẫn điện tốt, hạn chế R, „¿ bằng cách xiết chặt tất cả các chỗ nối, chỗ tiếp xúc điện
8 Sự phân bố dòng điện và kim loại
Khi mạ điện mật độ dòng I, ở những chỗ khác nhau cuả catôt là không bằng nhau Ngay ở cả những chỗ có bể mặt rất bằng phẳng khoảng cách đến bể mặt anôt là bằng nhau thì mật độ dòng I, và độ dày lớp mạ
cũng sẽ không bằng nhau
Đường sức của dòng điện tập trung mạnh nhất ở những cạnh, góc, chỗ lỗi, ở vị trí này kim loại kết tủa mạnh nhất nếu dung dịch điện phân
không có khả năng sang bằng thì độ dày, mỏng ở những chỗ lồi và lõm là khác nhau - + - + adit Sy phan bé /W_ ` “i AN đường sức ' Jt ñ ` £ — + Lớp mạ Hình 1: Sự phân bố đường sức và độ dày lớp mạ 8.1 Sự phân bố sơ cấp mật độ dòng Sự phân bố sơ cấp chỉ phụ thuộc vào các yếu tố hình học: — 2 Ky == x I
Ksc : hé s6 xdc dinh sy phan bố sơ cấp của mật độ dòng
lạ: khoảng cách lớn nhất từ catôt đến anôt
Trang 11Hình 2: Sơ đổ minh hoạ sự phân bố sơ cấp mật độ dòng điện của vật mạ có hình thù phức tạp 8.2 Sự phân bố thứ cấp của mật độ dòng Sự phân bố thứ cấp được xác định: / | pe vada Krc: là hệ số xác định sự phân bố thứ cấp mật độ dòng
I;: là mật độ dòng catôt ở phần diện tích vật mạ ở gần anôt nhất I;: là mật độ dòng catôt ở phần diện tích vật mạ ở xa anôt nhất
Sự phân bố thứ cấp không chỉ phụ thuộc vào yếu tố hình học mà còn phụ thuộc vào thành phần, loại chất điện phân và các tham số điện phân như mật độ dòng I, , nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn v.v Sự phân bố thứ cấp
thường đồng đều hơn sự phân bố sơ cấp
Là tỉ lệ độ dày lớp mạ (hoặc lượng kim loại) trên hai vùng khác nhau
cua catét:
Ku: là hệ số xác định sự phân bố kim loại
mị: là lượng kim loại thoát ra trên một đơn vị diện tích catôt gần anôt
mạ: là lượng kim loại thoát ra trên một đơn vị điện tích catôt xa anôt
Sự phân bố kim loại K„; phụ thuộc vào sự phân bố thứ cấp và đặc
trưng biến đổi hiệu suất dòng catôt theo sự thay đổi mật độ dòng , theo biểu
thức sau:
Trang 12rị, : là hiệu suất dòng ở vùng catôt gần anôt nhất
na: là hiệu suất đòng ở vùng catôt xa anôt nhất
9 Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng phân bố kim loại mạ Khả năng phân bố cuả dung dịch chất điện phân được xác định theo công thức ; R= x 100 Ksc
R: khả năng phân bố của chất điện phân tính ra % Ksc: sự phân bố sơ cấp của mật độ dòng
“m¿ là sự phân bố kim loại
9.1 Phương pháp xác định khả năng phân bố kim loại của chất
điện phân
* Phương pháp Herring -Blum: phương pháp này dựa trên sự so
sánh lượng kim loại kết tủa (hoặc độ dày lớp mạ) trên catôt đặt ở hai khoảng cách khác nhau đối với anôt
Người ta dùng một hộp chữ nhật làm bằng vật liệu cách điện, anôt
đặt ở khoảng giữa hai catôt, tỉ lệ khoảng cách catôt xa và catôt gần K„=-+=5 ho Công thức tính khả năng phân bố kim loại : We - — R= mm” xỊI0 Ksc
R: khả năng phân bố kim loại tính ra % mị: lượng kim loại thốt ra ở catơt gần
mạ: lượng kim loại thoát ra trên catôt xa
-~.- CÀ — 8m G9400 HOI LL II OA LN I OI II IO IP OO co 8Ó
Trang 13
Hinh 3: Sd d6 do khả năng phân bé kim loai theo Herring - Blum
* Phương pháp đo khả năng phủ sâu cuá dung dịch
Catôt là một tấm thép cacbon có kích thước 100x50x1mm bẻ gấp một
góc 90” hay 60” Sau khi mạ trong 7 phút , với mật độ đòng catôt tối ưu,
quan sát đánh giá xem bao nhiêu phần trăm bể mặt catốt được phủ bởi kim
loại Nếu dung dịch có khả năng phủ sâu cao thì 100% bể mặt sẽ được phủ,
lớp mạ bóng sáng đều Dung dịch này thuộc loại có khả năng phủ sâu cao
Trang 14LL Z2 ⁄ 2 77 ⁄ LL 20% 50% 90% 100% Hình 4: Bề mặt mẫu sau khi mạ B CẤU TẠO TÍNH CHẤT LỚP MẠ
10 Cấu tạo lớp mạ điện
Lớp mạ điện có cấu tạo tỉnh thể Kích thước, hình dáng hạt tỉnh thể phụ thuộc nhiều vào thành phần và điều kiện điện phân
Sự kết tuả kim loại gồm hai giai đoạn :
- Sự tạo mắm tỉnh thể
- Sv phat trién mam tinh thé
Nếu giai đoạn đầu điện phân tốc độ tạo mâm lớn và tốc độ phát triển mầm đủ chậm thì lớp mạ có cấu tạo tinh thể mịn hạt Ngược lại, trong giai đoạn đầu điện phân số lượng mẫm tỉnh thể tạo ra không lớn lắm nhưng tốc độ phát triển mâm lại lớn, lớp mạ có cấu tạo tỉnh thể thô
e Những yếu tố ẳnÌt lưởng lên cấu tạo lớp mạ:
Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng lên cấu tạo tỉnh thể lớp mạ điện là
loại dung dịch chất điện phân
+ Ảnh hưởng của bản chất chất điện giải:
- Trong dung dịch muối đơn (ví dụ: dung dịch muối sunfát) ion kim
loại đều ở dạng cation tự do, nồng độ ion kim loại lớn lớp mạ có cấu tạo
tinh thé thé
- Trong dung dịch muối phức, ion kim loại mạ nằm trong muối phức,
sự phân ly của ion muối phức diễn ra rất yếu, nồng độ ion kim loại rất nhỏ, lớp mạ có cấu tạo tinh thể min hat
Ví du: chất điện giải là muối phức xianua Na;[Zn(CN);] thì sự phân ly của
chúng như sau:
Na2[Zn(CN)4] = 2 Na” + [Zn(CN),]Ÿ [Zn(CN)»]“ =Zn”+4CN:
+ Ảnh hưởng của nồng độ ion chất điện giải:
Nong d6 ion kim loại của muối phức càng nhỏ bao nhiêu thì lớp mạ có
cấu tạo tinh thể càng mịn bấy nhiêu Tuy nhiên nổng độ ion kim loại quá
rợn ~=
Trang 15weir ich yh re ;
nhỏ thì lớp mạ có thể không được tạo thành hoặc tạo thành không liên tục trong thực tế để thu được lớp mạ có cấu tạo tỉnh thể mịn hạt người ta sử
dụng dung dịch có nổng độ muối kim loại đủ lớn, còn nồng độ ion kim loại
của chúng thì nhỏ
+ Ảnh hưởng cuả thành phần dung dịch chất điện giải: Trong số các
dung dịch mạ, ngoài muối kim loại ra còn có thêm một số muối khác và các
axít tương ứng để tăng độ dẫn điện của dung dịch, tăng sự phân bố kim loại, giảm thế trong bể điện phân .V.v
+ Ảnh hưởng của nổng độ H” : ảnh hưởng đáng kể đến cấu tạo lớp
ma Khí hidro thốt ra trên catơt cùng với kim loại mạ có khả năng thấm
sâu vào lớp mạ và cả kim loại nền, làm giòn lớp ma gọi là hiện tượng giòn
hidro
11.Ảnh hưởng của các tham số trong quá trình điện phân lên cấu
tạo lớp mạ
11.1 Ảnh hưởng cuả mật độ dòng catôt l¿
Mật độ dòng biểu thị tốc độ kết tủa trên catôt, mật độ dòng lớn thì
kết tỉnh nhanh Mật độ dòng ảnh hưởng đến cấu trúc lớp mạ, mật độ dòng
điện nhỏ, mầm tỉnh thể sinh ra ít, lớp mạ thô, mật độ dòng điện tăng lên thì phân cực catôt tăng, lớp mạ mịn kín, tuy nhiên mật độ dòng I, chỉ có thể
tăng đến một giới hạn nhất định, vượt quá giới hạn đó sẽ làm rối loạn quá trình kết tủa kim loại, lớp mạ sinh ra dễ bị bong ra, hình thành nhánh cây tạo ra lớp mạ gai Nếu tăng mật độ dòng nữa thì lớp mạ bị xốp, đen (thường gọi lớp mạ bị cháy) Sự tăng mật độ dòng I, chỉ có thể tiến hành đồng thời tăng nồng độ muối kim loại mạ một cách tương ứng
11.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, sự khuấy trộn
Sự tăng nhiệt độ tạo thuận lợi cho sự hình thành lớp mạ có cấu tạo
tinh thé thô Mặt khác sự tăng nhiệt độ làm tăng độ dẫn điện của dung dịch,
nhờ đó có thể sử dụng mật độ dòng I, lớn hơn Lớp mạ thu được trong điều kiện này có cấu tạo tỉnh thể mịn hạt
Tương tự sự khuấy trộn dung địch có tác dụng sang bằng nồng độ ion,
giúp ta có thể sử đụng I, lớn hơn làm tăng tốc độ kết tủa kim loại Sự tăng
nhiệt độ có ảnh hưởng tốt lên hiệu suất dòng và độ dẫn điện của chất điện
phân
11.3 Phương pháp đổi chiều dòng điện
Vật mạ bình thường là catốt, kim loại mạ kết tủa lên đó Nhưng do một điểu kiện nào đó, lớp mạ không được bằng phẳng chỗ lỗi lớp mạ dày,
còn ở những chỗ lõm, đáy rãnh lớp mạ quá mỏng Dùng dòng điện đổi cực
có thể được lớp mạ bóng bằng phẳng là do khi vật mạ trong thời gian ngắn
002020002900 26c
Trang 16-“huận oán tất ngiiệp
ˆ” / 6 6 we*wwwuweuwuwy6,eewew9gvwgvygw®w 6x4 9v v 0 v96 v6 9 v* di 4 UU BĐP 0 W@AW€ẻðg w6®w6®,w/0960490900460WẺ 0006496979 00V @ 00 01V 02 6 4L v6 6 di
đổi thành anôt, lớp mạ ở những chỗ lỗi bị hoà tan Tuy nhiên thời gian đổi chiều, chu kỳ đổi chiểu và mật độ dòng anôt cũng khác nhau đối với mỗi
chu kỳ, nó chỉ được xác định bằng thực nghiệm
Sự đổi chiều đòng điện có tác dụng tích cực lên việc cải thiện cấu
tạo lớp mạ và chất lượng lớp ma
12 Phân loại lớp mạ điện
Căn cứ vào cơ chế ăn mòn điện hoá mà người ta chia lớp mạ bảo vệ
thành lớp mạ bảo vệ anôt và lớp mạ catốt
12.1 Lớp mạ anôt: Là lớp mạ mà kim loại mạ có điện thế âm hơn điện thế kim loại nền trong môi trường ăn mòn
Lớp mạ anôt có tác dụng bảo vệ kim loại nền không bị ăn mòn bởi
môi trường Phổ biến nhất là lớp mạ kẽm cađimi, thiếc trên thép
Vi du: khi mạ kẽm trên sắt, kẽm có điện thế âm hơn so với sắt, cho nên tại chỗ xốp và khe nức của lớp mạ nước đóng lại hấp thụ khí cacbonic
của không khí tạo thành các pin ăn mòn Kẽm và sắt trở thành hai cực, kẽm
là anôt, sắt là catôt, kẽm bị ăn mòn sắt được bảo vệ (hình 5.a)
12.2 Lớp mạ catôt: là lớp mạ mà kim loại mạ có điện thế dương hơn
điện thế kim loại nền trong môi trường ăn mòn
Ví dụ: lớp mạ đồng thau, niken, crôm, bạc, vàng trên thép là những lớp mạ andt,
Lớp mạ catốt bảo vệ có hiệu quả kim loại nền nếu lớp mạ không bong, tróc, nứt nẻ hoặc có lỗ xốp Trong trường hợp có lỗ nhỏ, nước ngấm
qua được, tương tự như trên, lớp mạ sẽ hình thành các pin ăn mòn trong đó
kim loại nền (thép) là anôt bị ăn mòn còn kim loại mạ catốt được giữ nguyên (hình 5.b) ` g — Z 2 TOW WEA by,
Hình 5: a, sự ăn mòn của lớp mạ kẽm trên lớp sắt ( lớp mạ anôt)
b, sự ăn mòn của sắt khi lớp mạ là niken (lớp mạ catốt)
Trang 17Lugn nam tố! "nghiệp
C PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BỀ MẶT CHI TIẾT TRƯỚC KHI MA
13 Phương pháp gia công cơ học
Gia công cơ học nhằm làm cho bể mặt chỉ tiết thật bằng phẳng, bóng
sáng, tẩy sạch dầu mỡ, lớp gỉ Gia công cơ học gồm: Mài thô, mài tỉnh,
đánh bóng trên các bánh xe hoặc trong thùng quay, phun cát, chải
13.1 Mai thô: Nhằm sang bằng những chỗ lồi lõm trên bể mặt vật mạ 13.2 Mài tỉnh: Nhằm làm cho bể mặt trở nên đồng đều và nhẫn hơn 13.3 Đánh bóng: Nhằm làm cho bể mặt sau khi mài trở nên nhấn thêm và bóng sáng lên, không còn vết xước
13.4 Quay bóng: Đối với chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc nhỏ không đánh bóng được như đã trình bày mục 1.2.b-máy quay bóng
13.5 Phun: Dùng khí nén, chất lỏng , phun vật liệu mài với tốc độ lớn đập lên bể mặt kim loại nhằm làm bóng bể mặt kim loại Có nhiều cách phun: phun cát, phun bị, phun nước và hạt mài Chúng được dùng dé cao gi,
bóc lớp mạ cũ Phương pháp này nhằm gia công cho vật có bể mặt lớn 13.6 Chải sạch: Trình bày mục 1.2.d
14 Các phương pháp hóa học và điện hóa gia công bể mặt các chỉ
tiết
14.1 Tẩy dầu mỡ
Trên bể mặt chi tiết cần mạ, thường có các loại dầu mỡ bôi chống gỉ hay thuốc đánh bóng dính vào Màng dầu mỡ này ngăn cản quá trình điện kết tủa kim loại, gây ra bong lớp mạ, đồng thời còn gây bẩn dung dịch Vì vậy
cần phải tẩy sạch dầu mỡ trước khi gia công
Dầu mỡ bám trên bể mặt chỉ tiết có hai loại:
+ Loại thứ nhất có nguồn gốc thực vật (dầu) và động vật (mỡ)
+ Loại thứ hai có nguồn gốc dầu mỏ: dẫu hỏa, dầu nhờn, parafin,
vazơlin, gazơlin
Tùy thuộc bản chất dầu mỡ bám trên bể mặt chỉ tiết mà ta có thể áp dụng các phương pháp tẩy dầu mỡ khác nhau, thông thường người ta tiến
hành tẩy dâu mỡ trong dung dịch kiểm va tẩy dầu mỡ điện hóa 14.1.1 Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiểm
Nguyên tắc: Dầu mỡ hay este của glixerin và các axit béo bậc cao tác dụng trực tiếp với xút tạo ra muối natri của các axit béo bậc cao và glixerin tan mạnh trong nước Do đó dầu mỡ bị tẩy đi Phương trình phản ứng:
(RCOO);C+H; +3NaOH => 3RCOONa + C:H;(OH);
dầu mỡ muối của axit béo
KT ORR I 2n nan na na a2120522a655152a1n1aaiaainnaliassasindsneiniasesaisstdaxrneiissssisssssrs sms Ni A I A A A A a
Trang 18Bảng 1: Thành phần dung địch tẩy đầu mỡ hóa học cho một số kim loại Kim loại Thành phân dung dịch g/1 Nhiệt | Thời cần tẩy độ gian NaOH | Na;CO; | Na¿PO, | NazSiO; | Chất |(ofc) | (phú) | 12H,O thấm ướt Thép lớp | 30-50 | 30-50 30-50 | 20-50 ; 85 | 3-10 ma niken -Đồng 5 | 20-30 20-30 : 0,05-0,1 3-5 -Nhôm, 5-10 ' 7,5-10 | 10-12,5 60 | 3-5 thiếc, chì - -Thau 5-10 60-70 | 3-5 + Các chất kiểm NaOH hay KOH có tác dụng xà phòng hóa rất mạnh + Na;PO¿ thủy phân cho môi trường kiểm, có tính đệm, có tính hoạt động bể mặt, dé rửa sạch
+ Na;CO; hay K;CO;: có tác dụng nhũ hóa, thấm ướt các loại dầu khoáng tốt, tăng tác dụng của các chất hoạt động bể mặt, dễ rửa sạch
+ Natri silicat Na;SiO› có tác dụng nhũ hóa tốt, dễ rửa sạch Khi thủy phân tạo thành axit silic không tan, ở dạng keo có khả năng làm phân tấn
chất bẩn rắn, cải thiện tính tẩy rửa bể mặt và ngăn cản chất bẩn kết tủa trở
lại trên bể mặt đã tẩy
14.1.2 Tẩy đầu mỡ điện hóa
Tẩy dầu điện hóa thường tiến hành sau khi tẩy đầu hóa học, thực hiện trong các dung dịch kiểm, có thể tiến hành theo 3 cách:
+Tẩy dầu catôt: Vật tẩy dầu nối với cực âm nguồn điện một chiều,
cực dương nối với tấm thép không gỉ Trên bể mặt chỉ tiết thoát khí hiđro
mạnh
2H * +2e = H; †
Khí hiđro thoát ra mạnh có tác dụng phá hủy các màng đầu mỡ, đẩy
chúng ra khỏi bể mặt chỉ tiết Ngoài ra còn có tác dụng khuấy trộn, tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình nhũ hóa, xà phòng hóa
Trang 19+ Tẩy dầu mỡ hỗn hợp: Tiến hành cả hai cách trên Đầu tiên tiến hành tẩy anôt, sau đó tẩy đầu mỡ catôt Thực nghiệm cho thấy tẩy dầu mỡ
hỗn hợp đạt hiệu quả cao hơn
Bảng 2: Thành phan dung dịch để tẩy dầu điện hóa và điều kiện tiến
hành cho một số kim loại Thanh phan g/l Đồng và và chế độ tẩy Thép Hợp kim kẽm hợp kim Dung dịch số 1 2 3 4 5 NaOH 20-40 10-20 8-12 - - NasPO, 20-40 25-50 4-6 45 25-30 Na7CO, 20-40 - 8-12 - 25-30 Nhiét d6 (°c) 60-80 70-80 60-70 50-70 50-70 l, A/dm’ 2-10 3-10 1-2 3-10 3-10 lạ A/dm? 2-10 3-10 - - t (phú) 3-10 1-3 0,5 1-2 1-2 t, (phút) 1-3 1-2 - - -
Chi thich: t.: thời gian quá trình catôt t, thời gian quá trình anôt
I,:mật độ đòng catôt L„: mật độ dòng anôt
14.2 Xác định độ sạch sau khi tẩy dầu mỡ
Phương pháp đơn giản và tiện lợi nhất là quan sát màng nước trên vật
tẩy: Nếu nước thấm ướt trên toần bộ bể mặt là đã tẩy sạch dầu mỡ, nếu chỗ
nào còn dầu mỡ, nước sẽ không thấm ướt mặt kim loại mà co lại thành giọt
Nếu dung dịch tẩy có chất hoạt động bể mặt thì chúng có thể hấp phụ lên cả kim loại lẫn màng dầu mỡ làm cho nước thấm ướt mọi nơi, kể cả màng dầu mỡ Lúc đó phải rửa trong nước đã axit hóa để loại bỏ chất hoạt động bể mặt hấp phụ từ dung dịch kiểm trước đó
Để đánh giá đúng chất lượng tẩy đầu mỡ cần tránh quan sát màng nước ở chỗ nóng hoặc chỗ có luồng gió, vật cần thử lấy từ bể rửa ra đặt nghiêng
một góc 45” rồi mới quan sát, phạm vi vật cẩn quan sát không dưới 1 dmỶ
15 Tẩy gỉ
Tẩy gỉ tiến hành sau khi đã làm sạch dầu mỡ trên bể mặt, chỉ tiết cần ma thường có lớp oxit phủ bên ngoài Nếu trước khi mạ không tẩy lớp oxit này
đi thì lớp mạ không bám chắc, khi sử dụng hay va chạm sẽ bị bong ra Vì
+ KV AN AN ROO ~ - “iu chớ Gaznbsgv«qb cơ do 2x@(t<
Trang 20vậy cần phải tẩy sạch lớp oxit trước khi mạ, có thể tẩy bằng phương pháp
hóa học hay điện hóa
15.1 Tẩy gỉ bằng phương pháp hóa học
15.1.1 Tẩy gỉ sắt, thép
Bể mặt sắt, thép thường phủ lớp gỉ gồm FeO, Fe:O¿, FeO; và các
hiđroxit của sắt (II) và (II)
Người ta thường dùng H;SO; loãng hoặc HCI hoặc hỗn hợp của chúng
HCI chi yếu hòa tan các oxit và H;SO; chủ yếu hòa tan sắt nền và khí hiđro thoát làm tơi lớp oxit rồi rơi ra
Quá trình hòa tan lớp oxit theo phản ứng sau (ví dụ axit H:SO¿)
FeO + 3H2SO, = Fez(SO¿)» +3H,0
Fe:O; + 4H;SO; = Fe;(SO¿» + FeSO; + 4HạO
FeO + H;SO; = FeSO; +HO
Fe + H;SO, = FeSO; + H; †(ưu tiên)
Fe;(SO¿) + Hạ = 2FeSO; + HạSO;
2Fe,(SO,4); + 2Fe = 6FeSO,
Khi tẩy gì, hiđro thoát ra, một phần thấm vào kim loại gây giòn hiđro Để
giảm bớt giòn hiđro cho vật tẩy, người ta thường thêm vào dung dịch chất
ức chế Chất ức chế này bị hấp phụ lên bể mặt thép đã tẩy sạch trở thành
lớp màng ngăn cách sự tiếp xúc giữa axit và kim loại, không bị ăn mòn và giòn hiđro Tẩy gỉ cho thép cacbon, gang tiến hành trong dung dịch : I.H;SO, 200 g/l NaCl 100-200 g/ 2.H;SO, 100-200 g/l HCl 100-200 g/l 3.H2SO, 200g/
15.1.2 Tẩy hóa học cho thép không gỉ
Tẩy gỉ cho thép không gỉ, thép bền axit rất khó khăn đo có mặt các
phụ gia có tác dụng lam bén thép đối với tác dụng của axit
Tẩy gỉ cho thép không gỉ tiến hành qua hai giai đoạn:
- - Tẩy gỉ sơ bộ trong dung dịch axit HCI hay axit H;SO; có tác
dung lam bung lớp gỉ mỏng
- Giai đoạn tiếp theo tẩy gỉ trong hỗn hợp axit thích hợp, có sự
tham gia của các chất oxy hóa, nhằm mục đích hòa tan lớp oxit và làm bóng nhẹ bể mật
- OBO LE LILI LILI L IO LE ILI IE LOLOL OL LOSES OE, LEO LPOLLO LOL LE LILO DELI IOI I IE I Oe EE i ie ii SOY et te mm nee
Trang 21Bảng 3: Dung dịch tẩy thép không gỉ và thép bền axit: Thành thân (g/) _ và chế độ tẩy Dung dịch số I | 2 3 4 5 6 H;SO, - 80-110 : 350-450 HCI ˆ : : 90-100 | 70-90 HNO, 50-150 | 350-400 | 220-240 | 70-200 ; 70-90 HF 15-50 | 15-25 : 15-50 : : NaF ‘ ; 20-25 - NaC] 20-25 - ' Cachon sunfua - - - 1,0-1,6 - - Nhiệt độ , c) 15-30 | 15-30 15-30 | 15-30 | 40-45 | 40-45 Thời gian (phút) ~60 15-20 ~60 ~60 10-15 1-2
Các dung dịch 1-4 tẩy thép crom-niken và thép crom-niken-molipden,
trong đó dung dich Ivà 3 dùng để làm bở lớp oxit sau khi gia công nhiệt và hàn các loại thép trên Dung dịch 5 và 6 để tẩy thép crom
15.1.3 Tẩy đồng và hợp kim đồng
Tẩy gỉ đồng và hợp kim đồng thường tiến hành theo hai giai đoạn Giai đoạn đầu tẩy gỉ, giai đoạn sau làm bóng
Trang 22Tẩy gỉ nhôm và hợp kim nhôm được tiến hành trong dung dịch kiểm Sau khi tẩy, rửa, được trung hòa và lam sAng trong dung dich HNO; 15-20% ở nhiệt độ thường Bảng 5: Dung dịch tẩy hóa học nhôm và hợp kim nhôm Thanh phan g/l và chế độ tẩy NaOH 50-150 - 125-150 HF - 80-140 - - HNO, - 450-680 - - NaCl - - 25-35 - HCl - - - 10-20 Nhiệt độ, (°c) 45-80 15-30 50-60 13-18 Thờigian (phút) <1,5 <3,0 0,5-1,0 6-60
15.1.5 Tẩy gỉ cho kém va cadimi
Ta có thể tiến hành bằng cách nhúng các chi tiết vào trong các dung
địch sau:
I.H;SO, 50-200 g/l 2 H2SO, 98% 1 1 HC] 50-100 g/ HNO; 63% 1 lit Nhiét 46 (°c) 15-30 Nhiét do (“c) 10-25
Thời gian (giây) <60 Thời gian (giây) <60
15.2 Tẩy gỉ điện hóa
Tẩy gỉ điện hóa, dựa trên phương pháp lợi dụng phản ứng điện cực để tách lớp gỉ trên bể mặt chỉ tiết Tẩy gỉ điện hóa có thể tẩy ở anôt hoặc
catôt
e Tẩy gÌ anơt: chi tiết được nhúng vào dung dịch tẩy gỉ và nối với cực dương nguồn điện
Khi tẩy anôt, gỉ bị hòa tan điện hóa, đồng thời bị tơi ra do tác dụng cơ học của khí oxi sinh ra trên vật tẩy:
4OH' - 4e =2HO + O;f
e Tẩy gì catôt: chi tiết nối với cực âm nguồn điện Khi tẩy catôt sẽ có khí hiđro sinh ra trên vật tẩy
2H + 2e = H;ạŸ
Không nên tẩy catôt quá lâu vì kim loại nén dé bi “gidn” hidro
Trang 23——-Bảng 6: Một số dung dịch tẩy gỉ điện hóa cho thép cacbon và thép không gỉ | Thanh phan g/l Thép cacbon Thép không gỉ và chế độ tẩy Dung dịch số l 2 3 4 § 6 - H;SO, 200-250 - 100-150 | 50-60 | 35-40 | 80-100 HC] : 8-10 : 25-30 : ` H;PO; - - : 45-55 FeSO,.7H,0 4-2 ` - - NaCl 20-25 40-50 = 15-20 FcClh;.6H;O 140-150 ‘ : á R 1 Adm 5-10 5-10 3-10 8-10 5-6 20-30 Nhiét d6 (°c) 40-50 18-35 40-50 60-70 | 30-40 | 40-50 Théigian(phiit) 10-20 5-10 10-15 10-15 5-10 5-10
Dung dịch 1-2 để tẩy anôt; catôt được làm bằng chì hoặc thép dung
dịch 4-5 để tẩy catôt; anôt làm bằng gang silic (20-24% Si) Dung dịch 5-6
dùng để tẩy thép không gỉ Ngồi ra thép khơng gỉ còn có thể tẩy catôt ở
nhiệt độ thường trong các dung dịch H;ạSO; hay HCI có nổng độ từ 5-50%
thể tích
15.2.2 Tẩy đồng và hợp kim đồng
Tương tự như thép và gang, ta có thể tiền hành tẩy gỉ điện hóa cho đồng, đồng thau trong dung dịch axit H;SO; 10% Mật độ dong I, = 3-7 A/dm? đối với đồng, còn tẩy đồng thau cần mật độ dòng catôt I, = 2-4
A/dm’,
16 Hoạt hóa bề mặt kim loại
Trong quá trình gia công tại xưởng mạ: đánh bóng, tẩy dầu mỡ, rửa, vận chuyén, sé sinh ra lớp oxit rất mỏng mắt thường không thể nhìn thấy
được Khi hoạt hóa, lớp kim loại ngoài cùng được tẩy làm lộ rõ cấu trúc của
kim loại nền, giúp cho lớp mạ bám chắc hơn Vì vậy chỉ hoạt hóa ngay
trước lúc nhúng vật vào bể mạ
“0⁄0 4,200260%2x66
Trang 26Lugn nản tốt ngiuiệp ư.ưư,e ư,ưy ,¿, ,L, xe, £ FFE BEF BPO OEP EF BEBE BEEPS OEE EOE BOA AEE PAE EOE EHO OEE ORT VO
PHAN III:
KHAI QUAT CHUNG MOT PHAN XUGNG MA
(§ TRUONG PHO THONG TRUNG HỌC
A TRANG THIET B] MAY MOC TRONG PHAN XUGNG MA :
Công nghệ trong phân xưởng mạ gồm:
- Công nghệ chuẩn bị
- Công nghệ mạ và các thiết bị phục vụ qui trình mạ
- Công nghệ sau khi mạ
1 Công nghệ chuẩn bị
1.1 Mục đích
Mục đích của công nghệ chuẩn bị bể mặt là gia công bể mặt trước khi
mạ, đánh bóng, tẩy gỉ, tẩy dầu mỡ, rửa v.v 1.2 Thiết bị
Gốm: Máy mài máy đánh bóng, máy quay bóng, máy phun
cát v.v,bể tẩy dầu điện phân, bể tẩy gi, mang chải, bể rửa nước nóng,
nước lạnh
a Máy mài và máy đánh bóng
Mài và đánh bóng đều thực hiện bằng cách dùng máy làm quay bánh
mài, trên mặt có gắn các hạt mài và tỳ các vật cẩn gia công vào để mài
hoặc đánh bóng
Cấu tạo: Gồm một động cơ điện, thân máy, trục chính, bánh mài
- Bánh mài: Được làm từ loại da bò mỏng đều, dai chắc, cắt thành những miếng tròn đều, bán kính khoảng 60-120mm, ghép chặt chúng thành
bánh từ 8 đến 12, chính giữa đục một lỗ vừa với trục quay của mô tơ Đối với bánh xe đánh bóng tương tự như bánh mài nhưng chọn da bò mềm hơn,
có độ đàn hồi tốt, có thể làm từ các loại vải mỏng mới, ghép thành bánh từ
8 đến 15 lớp chắc chắn bằng đanh thép
Trục chính của động cơ điện phải có độ đồng tâm cao, độ lắc nhỏ, độ
chính xác gia công cao Máy mài phải có hộp biến tốc, để thay đổi tốc độ
Trang 27Lugn odn tất ngiiệp
Hình 6: a.Máy mài
b.Máy đánh bóng
b Máy quay bóng: Đối với các chỉ tiết có hình thù phức tạp hoặc các
chỉ tiết nhỏ bé cùng một loại, không thể dùng mô tơ để đánh bóng được,
mà phải làm bóng trong thùng quay bóng
Cấu tao: Thùng quay bóng làm bằng thép tốt có hình lăng trụ bát giác đều, đày 6-7mm, có hệ thống đóng mở nắp kín bảo đảm làm việc chắc chắn thuận tiện Để khuyấy đảo tốt, trục của nó có cấu tạo đặc biệt, khi
làm việc động cơ truyền chuyển động cho bộ phận giảm tốc, truyền cho trục làm cho thùng quay
EE I I l6 I I OE OOO I IOI St “= IR IF I I a et
Trang 28Ludgn nan tất ttghiệp OP OT OTe ee a, b, Hình 7: a.Thùng quay bóng nằm ngang b.Thùng quay bóng nằm nghiêng Cách sử dụng
- Quay bóng khô: các chỉ tiết cùng với mùn cưa, các loại bột mài cho
vào khoảng 30-40% dung tích thùng Tỉ lệ chi tiết và môi trường đánh bóng từ 1⁄4 đến 1⁄2 Khi thùng quay chậm với tốc độ đều đều, chi tiết và môi trường va chạm nhau trong thời gian từ vài giờ đến vài chục giờ (tùy yêu câu mức độ làm bóng), kết quả là bể mặt chỉ tiết vừa bóng vừa sạch Quay
bóng khô cho độ bóng không cao
- Quay bóng ướt: Đối với các chỉ tiết nhỏ như định ốc, vít, đỗ nữ trang
giả cùng loại
Nếu chi tiết đem làm bóng là đồng hay hợp kim của nó thì môi
trường làm bóng là axit sunfurit 5% có thêm một ít bột cây Quá trình làm
bóng đồng thời là quá trình tẩy gỉ, tẩy dầu
Nếu chỉ tiết chế tạo từ thép, gang thì môi trường làm bóng là dung dich NaOH 5-10%, chỉ tiết đem làm bóng cần phải sạch gỉ và sạch các sản phẩm có nguồn gốc dầu mỡ
c Máy phun cát: Máy phun cát gồm có hòm đựng cát, tủ làm việc,
thiết bị phun cát .khí làm việc, không khí nén cuốn hat cát nhỏ phun trên
bể mặt chi tiết Tùy từng kim loại mà sử dụng độ hạt của cát và áp lực
không khí nén khác nhau
d Xóc bóng: Thùng xóc bóng bằng thép, hình chuông, đặt nghiêng Các chỉ tiết đánh bóng và môi trường sau khi cho vào thùng xóc bóng, dùng máy rung mạnh bằng bộ phận truyền động, các chỉ tiết và môi trường va đập vào nhau một thời gian dài làm bề mặt chỉ tiết nhấn bóng, sạch
` ET a ee mm et A OO EC ee re © ~ a
Trang 29Lugn odn tất tgiiệp
_ 6, 'vL XT ` é
Hình 8: Máy xóc bóng
e Chải: Chải để làm cho bể mặt sạch hết mùn, ba via, gỉ Chải bằng các bánh chải làm từ dây thép, dây đồng, dây đồng thau lắp trên máy
quay hoặc vào các động cơ cẩm tay Cũng có thể các bàn chải cam tay và
thao tác thủ công, khi chải cho các lớp mạ mềm thì đùng bàn chải làm từ lông, tóc Bang 1: Mang chải kim loại Vật cần chải Vậtliệu dâychải |Đường kính dày | (mm) Gang, thép, đồng Thép 0,05-0,30(mm) thanh Kền, lớp ma kén Thép,bạc 0,15-0,25 Lớp mạ kẽm, thiết, | Đổng, đồng thau 0,15-0,20 đồng, đồng thau
2 Công nghệ mạ và các thiết bị phục vụ qui trình mạ
Để tiến hành mạ thường dùng bể mạ tĩnh Nếu chỉ tiết nhỏ, số lương
Trang 30Lugn căn tố! nghiệp
a Bể mạ tĩnh
Cấu tạo: Được chế tạo từ gỗ, thép, sứ, gạch vv có dạng khối chữ
nhật gồm: Bể ngoài, bể lót trong, thanh dẫn điện
- Bể ngoài: là bộ phận chủ yếu để đựng dung dịch, các bộ phận khác như máng hút, thanh dẫn điện Bể ngoài thường dùng nhiều nhất là
những tấm thép hàn lại với nhau, mặt ngoài nên sơn lớp sơn chống gỉ
- Bể lót trong: Bể này dùng để lót bên trong thùng ngoài nhằm
chống sự ăn mòn của dung dịch với thùng Bể lót trong làm bằng nguyên
liệu chống ăn mòn, cách điện, bến nhiệt (ví dụ: cao su cứng, các loại chất déo, compozit )
~ Hinh: Ma kém trong bé ma tinh
- Thanh dẫn điện: Tác dung của thanh dẫn điện để treo anôt va chi tiết mạ (catôt) và truyền điện Vì vậy thanh dẫn điện phải đạt yêu cầu
- Chịu được trọng lượng của anôt và chỉ tiết
- Có tác dụng truyền điện tốt, giảm sự tiêu hao điện đến nhỏ nhất
Thanh dẫn điện thường dùng là ống đồng vàng hay đồng đỏ Hai đầu
thanh dẫn điện đặt trên mép bể
b Thiết bị mạ quay: Dùng thiết bị mạ quay để mạ các chỉ tiết nhỏ như đỉnh ốc, vít, đổ nữ trang vv, năng suất rất cao, chất lượng lớp mạ bóng, sáng, đều
*® Thùng mạ quay hình trống: Gồm thùng quay và thùng mạ
- Thùng quay: hình khối bát điện được chế tạo bằng vật liệu cách
điện như bakelit, thủy tỉnh hữu cơ .vv Trên các mặt của khối bát diện có khoan rất nhiều lỗ nhỏ, có kích thước sao cho các chỉ tiết trong thùng không lọt được ra ngoài Trong lòng thùng có thanh dẫn điện tiếp xúc với các chỉ tiết, thanh dẫn điện được bắt tiếp xúc với catôt của nguồn điện (anơt treo
bên ngồi thùng quay trong thùng mạ) Thùng trống quay đặt nằm trong bể
El Al i Hi RR il A A IR PR LEIP RR LY ARC I REBECA RE OR, BE ERE REAL SPR RAED REA RR EE RE OR ON RE
Trang 31Luin odin tất ngiiệp
Cae 4
mạ chứa dung dịch điện phân, có hệ thống làm chuyển động quay với vận
tốc 8-10 vòng/phút, điện thế 9-18V Số lượng chỉ tiết chỉ chiếm độ 1/3 dung
tích của thùng mạ quay và được đặt ngập khoảng 2/3 vào dung dịch trong
bể mạ là đủ
Hình 10: Bể mạ có thùng mạ hình trống quay
* Thùng mạ quay hình chuông: Được chế tạo giống thùng mạ quay hình trống và được đặt nghiêng một góc 45-60” so với mặt nằm ngang trong
Trang 32Luin odin tél nghi¢g
* Thùng lắc: Thùng lắc không chuyển động như thùng quay mà lắc đi
lắc lại với góc 60”
Ưu điểm : Chỉ tiết bị mài mòn và va chạm nhau nhỏ hơn so với thùng
quay hình trống và hình chuông Tránh sinh ra vết xây xước trên bể mặt
trong khi ma
Một số chỉ tiết khi quay trong thùng hình trống dé móc với nhau, mạ trong thùng lắc có thể tránh được sự cố này Mạ được với số lượng lớn Điện thế thùng khoảng 6-10V
Hình 12: Mạ trong thùng lắc
2.2 Các thiết bị máy móc phục vụ qui trình mạ
2.2.1 Thiết bị gia nhiệt
Trong quá trình mạ hoặc gia công bể mặt cần có nhiệt độ nhất định
Có hai phương pháp gia nhiệt: gia nhiệt hơi và gia nhiệt điện
- Gia nhiệt điện: có hai loại, một loại thiết bị gia nhiệt trực tiếp vào dung dịch ,một loại thiết bị gia nhiệt ở dưới đáy bể Gia nhiệt bằng điện
có ưu thế là gia nhiệt được dân dẫn, có thể đạt được nhiệt cao, thao tác đơn giản, nhưng có khuyết điểm là tiêu hao điện lớn, khơng an tồn
- Gia nhiệt hơi: được dùng khá phổ biến Thiết bị gia nhiệt hơi là
những ống hình chữ U chứa hơi hoặc là ống hơi và nước Gia nhiệt hơi làm tăng nhiệt độ thấp và lâu hơn gia nhiệt điện
2.2.2 Máy khuấy: Thường dùng máy khuấy bằng khí nén Ở dưới đáy bể đặt ống có nhiều lỗ Một đầu ống bịt kín, một đầu ống nối với ống tổng của máy nén khí ( máy bơm hơi cho bánh xe) và được điều chỉnh bằng van giảm ấp vơi áp suất 0.5-1 kg/cmŸ Dùng phương pháp này dung dịch khuấy
được khuấy mạnh, đều, nhưng không dùng được vơi dung dịch có phản ứng với oxi hoặc cacbonic
I A KR I RR KPA LAA RE, RARE LE BA ARO A RE REA dc xứ AA Bs ác dc 44 vn ca e9 9 2Ÿn cà ~ 5
Trang 332.2.3.May loc liên tục: Lọc các hạt ““<
khơng hồ tan, lọc bỏ các tạp chất, các loại Bay
chất hữu cơ, vật liệu để lọc thường là vải =
bông, sợi tổng hợp, sợi thủy tỉnh, than hoạt
tính (nén thành thỏi đặt vào máy), sứ
Hình 12: Máy lọc liên tục
2.2.4 Máy phát điện một chiều: gồm
động cơ xoay chiều, máy phát điện một chiều
Cấu tạo: gồm vỏ máy, cuộn dây kích từ, chổi than khi làm việc,
động cơ chuyển động cho máy phát sinh ra dòng điện một chiều truyền đến
chổi than, nhờ chổi than dòng điện từ máy phát đến nơi sử dụng Điện
lượng phát ra được khống chế nhờ dùng kích từ Khi tăng điện trở kích từ,
đòng điện đi qua cuộn dây kích từ giảm đi, do đó điện lượng giảm đi
Trang 34- Cấu tạo: gồm có vỏ máy, các chỉ tiết chỉnh lưu, máy biến thế, thiết
bị điều chỉnh điện áp và thiết bị làm giảm nhiệt độ (quạt gió)
2.2.6 Mạch điện
+ Đường dẫn điện: là những tấm đồng hoặc nhôm, được đánh dấu bằng sơn (có màu khác nhau) giữa đường dẫn anôt và catôt Diện tích của
đường dẫn phải chọn cho dòng điện lớn nhất đi qua thuận lợi nhất
+ Bảng điện: là thiết bị điều chỉnh dòng điện và điện thế Gồm đồng hổ vôn kế , đồng hé ampe kế, bộ phận dây điện trở và tấm cách điện v.v
Điện trở thay đổi dùng trong bảng điện có hai loại thường dùng: điện trở thay đổi kiểu cầu dao, điện trở thay đổi kiểu xoay
Tấm lắp bảng điện thường là nguyên liệu cách điện như bảng đá,
tam g6, vVv Cầu dao Catét oO Diénth€é Điện trở phụ Anôt A
Hình13: Mạch điện làm việc của bảng điện vơi loại điện trở kiểu cầu dao
Nhờ bản điện ta có thể điểu chỉnh được đòng điện, điện áp đi vào bể mạ thuận lợi, ổn định và biết được giá trị dòng điện nên được sử dụng nhiều,
3 Công nghệ gia công sau khi mạ
Thường dùng các bể nước nóng, nước lạnh, bể thụ động, bể làm bóng
vv thông thường dùng các bể bằng nhựa không cần bể ngoài Để đảm bảo
cho nước sạch, ống dẫn cần đặt ở dưới đáy thùng, nước sạch từ đưới lên, nước bẩn thoát ra mặt trên
B CAC HE THONG DAY CHUYEN TRONG QUI TRINH MA
1 Hệ thống dây chuyển mạ
* Ee ORE EE EO sọc sa sải sim sứ uện sợ ¬sƯt sảm sận sội vợt sậm v4 sơn + OG cớ cơc v03 294 3/4 sóc só(-xê6 xửi xe xúc sộu xêt 2Ó xe sóc xời ve sóc sớt I EE Ê6 đeo s1 ko
Trang 36“thuận vdn lét aghi¢g
CPF PEPCK OO CEES «6 60 60 96 90 6 0 9 4 A v0 wW W0 @ 49040 w04w@e46đwww0w6wđww 6w $6 ô6w KT KH © * -
2 Hệ thống rửa, xử lý nước thải và hệ thống thông gió 2.1 Hệ thống rửa
Nước sau khi rửa sẽ chảy ra bể xử lý trước khi thải ra cống rãnh chung
Vì thế, khi rửa phải tính sao cho dung dịch bám trên bể mặt được loại bỏ
triệt để nhất với một lượng nước ít nhất có thể được Sau đây là những cách
rửa đang được sử dụng
+ Rửa nhúng: có nước chảy tràn liên tục trong một hay nhiều bể rửa
độc lập, thích hợp cho vật rửa có nhiều khe, rãnh , lỗ sâu .thời gian rửa
thủ công khoảng 6-12 giây
+ Rửa ngược chiều: Bể rửa có 2 hay 3 ngăn, nước sạch chỉ cấp vào ở ngăn đầu rồi tự chảy trần từ dưới lên ( theo ống hay vách dẫn ) sang ngăn 2,
rồi cũng như vậy sang ngăn 3, cuối cùng thải ra rãnh Mức nước mỗi ngãn chênh nhau không thấp hơn 3cm Vật rửa lần lượt đưa vào ngăn 3, sang
ngăn 2, cuối cùng ngăn 1 (nước sạch) Cách này tiết kiệm khá nhiều nước
ma hiéu quả rửa cao
+ Rửa phun: Đạp chân để mở khóa cho nước phun mạnh thành nhiều
chùm tia nhỏ bắn vào vật cẩn rửa đặt trong bể cạn ( có thể rửa phun nước
nóng hoặc nước thường) Cách rửa tiên tiến này rất hiệu quả, sạch mà lại tốn ít nước Rất thích hợp cho vật đơn giản, dạng tấm lá phẳng
Ngoài ra còn có nhiều phương pháp rửa thông dụng khác như: rửa
nhúng tĩnh, rửa sục khí, rửa liên hợp, rửa ngưng, rửa siêu âm Trước mỗi
hệ thống rửa có thể thêm bể thu hồi đặt riêng biệt với bể 1,2,3 Nước ' (r 5 = 2 ` 4 3 I Ir Thải ra bể xử lí Sơ đô 3 : Hệ thống rửa ngược dòng 1,2,3 - Bể rửa 4 - Bể thu hồi 5 - Bể mạ 2.2 Hệ thống xử lý nước thải
Lam sạch nước thải là khâu quan trọng trong công nghệ mạ, mà người
tiến hành ma can phải nắm rõ Dé giảm nhẹ cho việc xử lí nước thải, một
OR RR ee ORI, Ee TN 2€ 25 3m 2n em sỹ + cv s0 đc cS nhúa/ÔM, "nh số S/Ố 4») đa sìdh xờÔ “s, được ệ SẺ địa ch, ca s14 60 G296 ˆ v22 v22 /9xv.1S2Vvà 2A
Trang 37mặt phải tìm cách giảm khối lượng nước thải, mặt khác phải đảm bảo nâng
cao chất lượng rửa hơn nữa (như đã trình bày trong mục 2 Ì)
Nước từ xưởng mạ thải ra có thành phần rất đa dạng nổng độ thay đổi
rất rộng, pH cũng biến đổi Người ta chia nước thải thành 3 loại:
+ Nước thải kiểm-axit
+ Nước thải crom + Nước thải xianua
Chúng ta tách riêng như vậy vì: Một là nước thải xianua gặp nước thải
axit hay nước thải crom (cũng có lẫn axit) sẽ sinh ra khí HCN rất độc, làm ô
nhiễm cả xưởng mạ lẫn bộ phân xử lí nước tiếp theo đó Hai là nước thải
crom đặc dễ xử lí hơn
Ngoài ra trong nước thải thường có lẫn cả dầu mỡ, đất cát, gỉ sắt 2.2.1 Làm sạch nước thải theo phương pháp hóa học
Phương pháp dùng hóa chất để khử độc cho nước thải là dựa trên các
phản ứng oxy hóa - khử, phản ứng trung hòa, kết tủa làm cho chất độc
hại bị phân hủy, biến thành các chất ít độc hay không độc và tách ra khỏi
nước thải
Dung dịch kiểm, axit cũ, hỏng
svỷ lý
Trang 38So a6 5: So 46 céng nghệ làm sạch nước thải bằng hóa chất
I- Bể khử độc cho nước thải xianua;
2 - Bể chứa dung dịch xianua hỏng; 3-Trạm cân đong chất khử;
4 - chứa dung dich crom hỏng; 5 - trạm cân đong chất khử 6 - Cấp axit mới; 7 - Chứa dung dịch axit thải;
8 - Chứa dung dịch kiểm thải; 9 - Cấp vôi hay kiểm mới;
10 - Bể làm sạch nước thải crom; 11- Bể làm sạch nước thải kiểm -axit;
I2 - Bể lắng gan; 13-Tram làm sạch thêm; 14-Trạm khử nước
a Làm sạch nước thải xyanua
Nguyên tắc: oxy hóa xyanua tự do và phức của nó thành hợp chất ít độc hơn: xyanat hoặc khí nitơ và cacbonic
+ Oxy hóa xyanua bằng clo và hợp chất chứa clo, tiến hành trong phạm vi
pH từ 8,5-]0
NaCN + NaOC]l=NaCNO +NaCl
NaCNO + HạO = NaHCO, + NH; f
2NaCNO + 3NaOCI+H;O = 2CO; † +N; † + 2NaOH + 3NaCIl
+ Oxi hóa nước thải xyanua bằng ozon thích hợp cho trường hợp cần
xử lí khối lượng nước thải lớn và chứa cation đồng,
+ Khử độc nước thải bằng KMnO, rất thích hợp cho trường hợp can năng suất nhỏ vì trang thiết bị và vận hành đơn giản Để đảm bảo trung hòa hết lượng CN - ta nên dùng lượng dư thuốc tím
+ Oxi hóa nước thải bằng FeSO¿.7HạO
Fe** + 6CN ' = Fe(CN)¿*
Phản ứng tiếp theo tạo thành kết tủa không tan
Trang 39CrzO¿”' + 3SO¿”' + 8H* = 2Cr ** + 3SO,?' + 4H;O
- Dùng FeSO; môi trường axit
H;Cr:O; + 6FeSO; + 6H;ạSO¿ = Cr;a(SO¿b» + 3Fe;(SO¿); +7H;O
- Dùng FeSO; môi trường kiểm
Na;CrO, + 3FeSO; + 4NaOH + 4H;O = Cr(OH); + + 3Fe(OH);+
+ 3Na;SO,
Nước sau khi loại bỏ hết crom được hòa chung với nước thải kiểm
axit để làm sạch tiếp
c Làm sạch nước thải kiểm -axit
Nguyên tắc: trung hòa nước thải kiểm axit đến pH 8,5-9 để kết tủa
các kim loại có trong nước thải Việc trung hòa nước thải kiểm axit có thể tiến hành tự động bằng cách hòa trộn các dòng nước thải của xưởng Sau
đó lắng gan để tách các kim loại Muốn loại bỏ chúng triệt để hơn, sau khi lắng gạn cần gia công nước thêm bằng hóa chất rồi lọc trên các máy lọc
cơ có cho thêm bột antraxit, keramzit
Phương pháp này làm sạch nước thải nhưng không thu hổi được các
chất có ích để dùng lại như các kim loại, các axit, kiểm
2.2.2 Làm sạch nước thải bằng phương pháp trao đổi ion
Nguyên tắc: cho nước thải lọc lần lượt qua hai cột cationit và anionit
các cation tạp chất sẽ được giữ lại ở cột đầu, các anion tạp chất sẽ được giữ lại ở cột cuối, nước trở nên rất sạch, hoàn toàn được phép dùng lại
Sau một thời gian làm việc các cột ionit được tái sinh: cationit dude loc
rửa riêng bằng H;ạSO¿; hay HCI 3-10%, anionit được lọc rửa riêng bằng
NaOH hay NazCO:
Lượng muối tạp trong nước thải cần xử lý không vượt quá 1-2 g/
Nước thải phải lọc sạch các tạp cơ học, hấp phụ hết dầu mỡ, chất hữu cơ
và những chất làm ngộ độc nhựa ionit rồi mới đưa vào để trao đổi ion
Trang 40
Lugn van tt nghi¢p SSS @ 6 @ FFAS 60 0 9g @ 6 0w 0g 0 (0w g6 a6 gu 6 ố PEA Ae PAA AA® Nước thải kiểm axit a e]} fey} fq} fe] thai | mm" _ eum =| = == Li Cc Ay yl | == = Nước dùng lai Sơ đồ 6: Sơ đồ nguyên tắc làm sạch nước thải bằng phương pháp trao đổi ion
L¡-lọc cơ học; Lạ- lọc qua than hoạt tính; C- lọc qua cột cationit;
A;,A>-loc qua cét anionit
Làm sạch nước thải bằng phương pháp trao đổi ion tiện lợi dễ sử
dụng, phù hợp cho các xưởng có năng xuất nhỏ và vừa
2.3 Hệ thống thông gió
Xưởng mạ điện thuộc loại xưởng sản xuất có nhiều độc hại, phát sinh
từ các bước gia công hóa học và điện hóa Để giữ cho điều kiện làm việc
trong phòng được bình thường cần phải trang bị các quạt thông gió hai chiều (hút đẩy) Ngoài ra nhiều bể cần được trang bị các miệng hút cục bộ
để hút các chất độc hại thoát ra từ mặt thoáng dung dịch trong các bể gia
công hóa học hoặc điện hóa
3 Nguồn nước cung cấp
- Lấy từ nguồn nước máy thành phố