bài tập lớn công nghệ xử lý và bảo vệ bề mặt đề bài nghiên cứu công nghệ mạ điện để tạo lớp phủ chống ăn mòn cho chi tiết

TRUONG DAI HQC GIAO THONG VAN TAI KHOA CO KHi BAI TAP LON Học phần: Công nghệ xử lý và bảo vệ bề mặt Đề bài: Nghiên cứu công nghệ mạ điện để tạo lớp phủ chống ăn mòn cho chỉ tiết Nhó

TRUONG DAI HQC GIAO THONG VAN TAI

KHOA CO KHi

BAI TAP LON

Học phần: Công nghệ xử lý và bảo vệ bề mặt Đề bài: Nghiên cứu công nghệ mạ điện để tạo lớp phủ chống ăn mòn cho chỉ tiết

Nhóm thực hiện: Nhóm 3

2024, Hà Nội

1

DANH SACH THANH VIEN

MUC LUC

2

Mở đầu

1.1.4.Thiết Bị Máy Móc Liên Quan: 522525222 2 21112112 3111.171121E111.11.1111111111 11111 Le 8

21 Kết luận

Mở dau Lớp phủ chỗng ăn mòn đã từ lâu được cơi là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để bảo vệ các chỉ tiết kim loại khỏi sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh Trong bối cảnh ngày nay, khi yêu cầu về độ bền và độ bền cao ngày càng tăng lên, công nghệ mạ điện đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc phát triển các lớp phủ chống ăn mòn

Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ mạ điện để tạo ra các lớp phủ chống ăn mòn

không chỉ là một thách thức kỹ thuật, mà còn là một yếu tố then chốt đối với sự tiễn bộ và

sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan đến vật liệu kim loại Bằng cách này, ta

có thê không chỉ nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các chỉ tiết, mà còn giảm thiểu sự cố

và chi phí bảo trì trong quá trỉnh sử dụng Trong tiểu luận nảy, nhóm 3 sẽ nghiên cứu về công nghệ mạ điện và tầm quan trọng của nó trong việc tạo ra các lớp phủ chống ăn mòn cho các chỉ tiết kim loại Chúng ta sẽ

khám phá các phương pháp mạ điện hiện đại, từ các phản ứng hóa học cho đến việc sử dụng các điện cực khác nhau, nhằm tạo ra những lớp phủ có độ bền và hiệu quả cao

Đồng thời, cũng sẽ đề cập đến các ứng dụng và giải pháp phát triển trong tương lai của công nghệ này trong lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật

Giới thiệu chung Ngày nay, mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong các ngành công nghiệp Được

sử dụng dé chống ăn mòn, tăng độ dẫn điện, dẫn nhiệt, làm đồ trang sức Mạ điện là quá

trình kết tủa của kim loại lên bê mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật mong muốn

Vật cần mạ và lớp mạ có thê là kim loại, hợp kim đôi khi còn là chất dẻo, gốm, sư hoặc composit Ma dién được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi kích thước, làm đồ trang sức

Một bộ mạ điện bao gồm: điện cực anot, điện Cực c katot, dung dịch mạ, chất phô gia và nguồn một chiều Nguồn một chiều có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mạ

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều bộ nguồn đành cho mạ điện Ta sẽ cùng tìm hiểu và

phân tích một số thiết bị đó

Quá trình mạ điện là một phương pháp chế tạo một lớp phủ kim loại trên bề mặt của vật

liệu thông qua quá trình điện phân Mục tiêu chính của quá trình này là tạo ra lớp phủ chống ăn mòn, tăng cường khá năng chống ăn mòn và cải thiện tính chất bề mặt của chỉ

tiết

1.1 Mạ điện 1.1.1.Khái niệm

Mạ điện là quá trình điện kết tia kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hoá đáp ứng yêu cầu mong muốn Sơ đồ nguyên lý mạ điện được giới thiệu trên hình 4.1 Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catot, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện ly

Hình 4.1 Sơ đồ mạ điện

1.1.2.Phân loại mạ điện

Căn cứ vào tính chất của lớp mạ kim loại có thê chia chúng thành các nhóm: lớp mạ

bảo vệ, lớp mạ trang trí, lớp mạ hôn hợp, lớp mạ kỹ thuật

5

1.1.2.1.Lớp mạ bảo vệ Là lớp mạ cĩ tác dụng cách ly kim loại nền khỏi tác dụng của mơi trường xung

quanh, đồng thời cịn cĩ tác dụng bảo vệ điện hĩa kim loại nên Căn cứ vào cơ chế ăn

mịn điện hĩa người ta chia lớp mạ thành: lớp mạ catot và lớp mạ anơt

a Lớp mạ catot Lớp mạ các km loại cĩ điện thế cực dương hơn kim loại cần bảo vệ được gọi là lớp

mạ catot Ví dụ các lớp mạ Cu, NI, Aø, Au trên nên thép (Fe)

i = ` I

ee CWS

YY Hinh 4.2a Lop ma catot lién tuc Hình 4.2b Lớp mạ catot bị mất liên tục

Ỷ Lo xép âm

Sản phẩm ăn mịn

Yêu câu đối với lớp mạ catot là phải liên tục (hình 4.2a), khơng cĩ rỗ xốp Nếu cĩ rỗ

xơp thì khi cĩ nước ngưng tụ, kim loại nên cĩ điện thê cực âm hơn là anơt bị ăn mịn

Hình 4.2b biểu diễn lớp mạ Ni lên nền Fe, khi bề mặt lớp Ni bị vết xước làm nên sắt tiếp

xúc với dung dịch điện ly b Lớp mạ anot

Lớp mạ anơt cĩ điện thế cực âm hơn kim loại nền Ví dụ lớp mạ kẽm trên nen thép

1.1.2.2.Lớp mạ trang trí Là lớp mạ có màu sắc đa dạng, đẹp sáng bóng, bền lâu có tác dụng hấp dẫn thị hiểu trong thời gian dài Ấp dụng cho các loại thiệt bị, máy móc, đô trang sức

Độ bóng lớp mạ thường được tạo ra bằng kỹ thuật đánh bóng cơ khí hoặc điện hóa Phố biên thường đưa chât phụ gia vào dung dịch mạ đề tạo độ bóng

1.1.2.3.Lớp mạ có tác dụng đồng thời trang trí bảo vệ Chí lớp mạ catot mới có tác dụng này Các lớp mạ sau đây thường được sử dụng đề

tạo tác dụng hôn hợp:

+ Lớp mạ Ni-Cr + Lớp mạ đồng - Crôm hoặc đồng thau - Crôm

+ Lớp mạ Cu-NI-Ct

1.1.2.4.Lớp mạ kỹ thuật Đó là những lớp mạ đặc biệt nhằm tạo cho bề mặt chỉ tiết các tính năng nhất định như: + Lớp mạ làm tăng độ bên chông ma sát cho ô trục

+ Lớp mạ làm tăng độ dẫn điện bề mặt: mạ bạc lên bề mặt tiếp điểm

+ Lớp mạ phục hồi các trục, các chỉ tiết bị mài mòn (Fe, Cr, Ni)

+ Lớp mạ đồng, vàng, bạc trong các mạch in một hoặc nhiều lớp

+ Lớp mạ crôm nòng súng, lòng xy lanh động cơ 1.1.3.Các phương pháp gia công bề mặt trước mạ

Trước khi cho chỉ tiết vào bê mạ phải làm cho bề mặt cần mạ thật phăng, sắc nét, bóng, tuyệt đôi sạch các chat dau m6, mang oxit

Những phương pháp chuẩn bị bề mặt trước khi mạ điện gồm: ® Làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học

® Làm sạch bề mặt bằng hóa học hoặc điện hóa

1.1.3.1.Làm sạch bằng phương pháp cơ học Làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học trước khi mạ bao gồm:

- Mài, nhằm loại bỏ hết gi, oxit, chất bân, ba via đê đạt độ nhám yêu cầu

- Đánh bóng, là làm cho bề mặt sau mài nhẫn thêm và bóng sáng lên

Mai va đánh bóng đều thực hiện bằng cách dùng máy mài (hình 4.5) làm quay bánh mài

(còn gọi là phớt đánh bóng - hình 4.6)

Hinh 4.5 May lam sach chi tiét Hình 4.6 Phớt đánh bóng 1.1.3.2.Làm sạch bề mặt bằng hóa học hoặc điện hóa

Sau khi chi tiết được làm sạch bề mặt bằng cơ khí, để loại bỏ được dầu mỡ hoặc các

vet ban ma gia công cơ chưa khắc phục được, chi tiết can được tiệp tục tây dâu mỡ

Dầu mỡ bám trên bề mặt kim loại có hai loại:

- Loại có nguồn gốc thực vật - Loại có nguồn gốc khoáng vật (sản pham dầu mỏ)

Nhiệm vụ của tây dầu mỡ là phải làm sạch cả hai loại này Có một số phương pháp tây dầu mỡ sau:

a Tây dầu mỡ bang dung môi hữu cơ Nguyên lý chung của phương pháp là dùng các dung môi có thê hòa tan các chất dâu mỡ bám trên bê mặt chi tiết Phương pháp này chỉ hòa tan được các loại mỡ nguồn gôc khoáng vật

b Tây dầu mỡ bằng hóa học Phương pháp hóa học cơ bản nhất để tây dầu mỡ là dùng xút để xà phòng hóa mỡ thành các sản phâm tan trong nước

Trong công nghiệp thường dùng dung dịch tay có thành phần: xút, phốt phát, thủy tỉnh lỏng, xà phòng, chât tây rửa tông hợp đê tây dâu mỡ hóa học

c Tẩy dầu mỡ điện hóa

Tây dầu mỡ điện hóa cho bề mặt sạch, thời gian ngắn thường áp dụng cho khâu làm sạch cudi cùng

1.1.4.Thiết Bị Máy Móc Liên Quan:

1 Bê Mạ: Nơi chứa dung dịch chứa các ion kim loại và là nơi diễn ra quá trình mạ điện

2 Nguồn Điện: Cung cấp nguồn điện để tạo ra dong dién chuyén chất kim loại từ anốt

sang catot

3 Anôt va Catôt:* Đây là hai điện cực có chức năng chính trong qua trình mạ điện

1.1.5.Quy Trình Công Nghệ:

1 Chuẩn Bị Bề Mặt Chi Tiết: Bề mặt của chỉ tiết cần được làm sạch và chuẩn bị đề đảm

bảo quá trình mạ điện diễn ra hiệu quả

2 Mở Rộng Bè Mặt: Chi tiết được kết nối với catốt và đưa vào bê mạ, trong đó có dung dịch chứa các ion kim loại

3 Áp Dụng Dòng Điện: Nguồn điện được kích hoạt để tạo ra dong dién chuyén chat

kim loại từ dung dịch đến bề mặt chỉ tiết, tạo thành lớp phủ kim loại

1.2 Tìm hiểu về công nghệ mạ điện Mạ điện được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp khác nhau để chống ăn

mòn, phục hôi kích thước, làm đồ tranh sức, tăng độ cứng, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, phản

quang, dễ hàn Về nguyên tắc, vật liệu nền có thể là kim loại, hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo gồm sử hoặc composi Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thê là composit của kim loại -chất dẻo hoặc kim loại “gốm Tuy nhiên việc chọn vật liệu nền và mạ còn tuỳ thuộc vào trình độ và năng lực công nghệ, vào tính chất cần có ở lớp mạ và vào giá thành Xu hướng chung là dùng vật liệu nền rẻ, sẵn có còn vật liệu mạ đắt, quí hiểm hơn nhưng chỉ là lơp mỏng bên ngoài

Một cách đơn giản nhất có thể hiệu mạ điện là quá trình kết tủa của kim Joại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật mong muốn Tuy nhiên chỉ có những công nghệ nào ôn đỉnh trong một thời gian dài đề luôn cho sản phẩm có tính chất như nhau mới được ứng dụng vảo trong sản xuất 1.3 Các thành phần chính của một bộ mạ điện

Mạ điện là quá trình điện phân Quá trình điện phân xảy ra trên hai cực như sau: - Trên anôt xảy ra quá trình hoà tan kim loại

Các phần chính của một bộ mạ điện gồm:

(2) Catot dan dién, chinh la vat can duoc ma

(3) Anot dẫn điện, có thê tan hoặc không tan (4) Bê chứa bằng thép lót caosu, polypropylen, polyvinyclorua là các vật liệu chịu được

dung dịch mạ

(5) Nguồn điện một chiều, thường dùng đề chỉnh lưu

Quá trình trên xảy ra trong bộ mạ điện có sơ đồ như sau:

1.3.1 Điện cực anốt: Trong mạ điện thường dùng điện cực anốt tan bằng kim loại làm lớp mạ Trong quá trình anốt bị tan để cung cấp ion kim loại cho dung dịch,đảm bảo nồng độ ion trong dung

dịch là không đồi.Phản ứng trên anót lúc này là:

M - ne Trong trường hợp dùng anót trơ nhơ :Platin,cacbon thì quá trình chính trên anốt là:

4OH - 4e 2HO +O (môi trường kiềm)

Để giữ cho nồng độ các ion kim loại không đổi thì phảI bố sung thêm hó chất thích

hợp 1.3.2 Điện cực catôt

Điện cực catốt là vật cần mạ ,được nỗi với cực âm của nguồn điện một chiều Trên

catôt xảy ra quá trình:

Thực ra quá trình này xảy ra theo nhiều bước liên tiếp: Cation hydrat hoa M.mHO di chuyén từ dung dịch vào bề mặt catốt Catốt mất vỏ hyđrat hoá (mHO) vào tiếp xúc trực tiếp voi bé mat catét

Điện tử (e) từ catốt điền vào vàn điện tử hoá trị của cation biến nó thành phân tử

trung hoà

10

Cac nguyén tử kim loại hoặc sẽ tham gia vào thành mam tinh thé mới hoặc tham gia nuôi lớn mâm tỉnh thê đã sinh ra trước đó Mầm phát triển thành Tỉnh thê kết thành lớp mạ 1.3.3 Dung dịch mạ

Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ ,chiều dày tối đa ,mặt hàng mạ )và chất lượng mạ Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ ,chất điện ly (dẫn điện) và các chất phụ gia nhằm đảm bảo thu được lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muon

- Dung dich muối đơn:Còn gọi là dung dịch axIt, cầu tử chính là các muối của các axit vô cơ hoà tan nhiều trong nước phân ly hoàn toàn thành các ion tù do Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc độ mạ cao cho các vật có hình thù đơn giản

- Dung dịch muối phức: lon phức tạo thành ngay khi pha chế dung dịch lon kim loại mạ là ion trung tâm (rong nội cầu phức.Dung dịch phức thường dùng trong trường hợpcần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dáng phức tap

1.3.4 Chất phụ gia

- Chat dan dién: Dong vai tro dan dong di trong dung dich - Chat bong: Chất bóng thường được dùng với liều lượng tương đối lớn (vai gam/liL)

và có thê bị lẫn vào lớp mạ khá nhiều Chúng cho lớp mạ nhãn mịn và có thể làm thay

đối quá trình tạo mầm,làm tăng ứng suất nội và độ dòn - Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẫn, phẳng trong phạm vi khá rộng (vĩ mô) Nguyên nhân là chúng hấp phụ lên những điểm có tốc độ mạ lớn và làm giảm tốc độ ở đó xuống Vậy là các phụ gia này đã ưu tiên hấp phụ lên các điểm lệch là chỗ có năng lượng tự do lớn hơn và lên các đỉnh lồi là chỗ có tốc độ khuếch tán lớn các phụ gia đến đó Các phụ gia hấp phụ này sẽ làm giảm tốc độ chuyên dịch điện tử Trong thực tế, nhiều phụ gia có cả tác dụng của chất bóng và chất san bằng

- Chất thâm ướt: Trên Catot thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro Chất này thúc đây bọt khí mau tách khỏi bê mạ, làm cho quá trình mạ nhanh hơn

- Tạp chất : Là nhữnG chất không mong muốn nhưng khó tránh khỏi Chúng có thê phóng điện hoặc hấp thụ trên Catot và lẫn vào lớp mạ gây nhiều tác hại như : bong, dộp, dũn, gai

1.3.5 Nguồn điện một chiều Có thể là các nguồn khác nhau như: pin, ăc quy, máy phátđiện một chiều, có thể dùng nguồn điện hoá học để cung cấp dòng điện một chiều cho bê mạ, bể điện phân Các nguôn điện trên có công suất nhỏ,khó tạo ra, lại không kinh tế Do đó chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi trong các xưởng mạ bởi vì nó đạt công suất lớn, dễ sản suất

1.4 Các giai đoạn của quy trình công nghệ mạ Quy trình công nghệ ma bao gồm rất nhiều bước nhưng có thể chia thành ba giai đoạn Sau:

11