Công Nghệ mạ kẽmcromat hóa

Năm 1742 khi một nhà hoá học người Pháp tên là Melouin, trong một lần trình bày tại Viện hàn lâm Pháp, đã miêu tả phương án bảo vệ bề mặt chi tiết sắt thép bằng cách nhúng nó vào bể kẽm nóng chảy. Năm 1836, Sorel là một nhà hoá học người Pháp đã nhận bằng sáng chế về phương pháp bảo vệ bề mặt sắt thép bởi lớp phủ kẽm bằng cách nhúng chi tiết vào bể kẽm nóng chảy sau khi đã xử lý bề mặt chi tiết bởi axit sulfuric 9% và nhúng qua Amonium Chloride. Một bằng sáng chế khác của nước Anh cũng đã được công nhận vào năm 1837. Từ năm 1850, mỗi năm nền công nghiệp mạ nhúng kẽm nóng ở Anh dùng 10.000 tấn kẽm cho việc bảo vệ sắt thép. Mạ nhúng kẽm nóng để bảo về bề mặt sắt thép đã được ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi nghành của nền kinh tế như truyền tải điện, giao thông vận tải, nhà máy giấy, nhà máy hoá chất... Hơn 150 năm qua, mạ kẽm nhúng nóng đã chứng tỏ có một lịch sử thành công trong thương mại như một phương pháp chống ăn mòn trong vô số các ứng dụng khắp thế giới.

MỤC LỤC

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNGI.1 Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ

Ăn mòn kim loại gây tổn hại to lớn cho nền kinh tế, trực tiếp đến 4-5% thunhập quốc dân (GDP) hoặc nếu tính đến những thiệt hại gián tiếp sẽ còn lớn hơnrất nhiều Trong thời đại công nghiệp hóa mạnh mẽ của đất nước, những hoạtđộng xã hội và sản xuất của chúng ta lại gây tác động, gây ô nhiễm cho môitrường và đồng thời cũng góp phần làm tăng tốc độ quá trình ăn mòn kim loại.Theo các số liệu thông kê gần đây, thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra ở Mỹ

là khoảng 4% GDP (tức khoảng trên 300 tỉ USD/năm) và ở Anh cũng vàokhoảng 4% GDP ( tức khoảng 30 tỉ bảng anh) Người ta tính khoảng lượng kimloại khai thác sẽ bị ăn mòn, nhưng hai phần ba trong số đó được phục hồi trongcác lò mactanh, vậy lượng kim loại bị loại bỏ hoàn toàn không thể sử dụng đượckhoảng 10% Ngày nay tổng sản lượng sắt khai thác trên thế giới khoảng 800triệu tấn/năm, vậy mỗi năm có khoảng 80 triệu tấn sắt không thể sử dụng Hàngnăm trên thế giới mất đi khoảng 15% lượng gang, thép luyện được do kim loại

bị ăn mòn, và khoảng 25% lượng thép sản xuất ra được dùng để thay thế cho cácthiết bị bằng sắt bị ăn mòn Cứ mỗi giây trên thế giới mất khoảng 2 tấn thép đãbiến thành gỉ

Vì vậy chúng ta cần có những biện pháp để giảm tối đa qua trình ăn mòn kimloại Có 2 phương pháp thông dụng nhất để chống lại sự ăn mòn kim loại đó làanot hi sinh và tạo lớp phủ bảo vệ Công nghệ phổ biến nhất hiện nay là người ta

sử dụng kim loại có thế điện cực nhỏ hơn Fe như Zn,Al,…phủ lên bề mặt thép,lớp phủ này đồng thời tạo ra cả hai phương pháp bảo vệ vừa tạo lớp chắn bênngoài thép vừa có tác dụng là anot hi sinh Để tạo ra lớp phủ này chúng ta cónhiều phương pháp: mạ nhúng nóng, mạ điện hoặc phun trực tiếp lên bề mặt kimloại

I.2 Các ứng dụng của lớp phủ kẽm

Kẽm là kim loại được sử dụng nhiều nhất để bảo vệ thép vì tốc độ ăn mòncủa kém là từ 40-50g/m2/năm so với 400-500g/m2/năm của thép Sản phẩm ănmòn kẽm làm cho vẻ đẹp kém đi: mờ, xám dần theo thời gian, nhưng tính bảo vệcủa nó không hề suy giảm Vì vậy sản phẩm mạ kẽm thích hợp nhất cho là dùngcho các công trình kiến trúc xây dựng, dùng cho các đường dây tải điện, thôngtin và đường sắt, các thiết bị đặt ngoài trời dưới dạng các tấm lợp, thép góc,Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa

ống dẫn hiện nay lớp phủ kẽm được sử dụng rộng rãi nhất để bảo vệ máy móc,thiết bị, dụng cụ bằng sắt thép, chống ăn mòn trong môi trường khí quyển

- Trong tất cả các kỹ thuật tạo bề mặt phổ biến cho thép thì mạ kẽm làphương pháp tạo bề mặt chống gỉ tốt nhất Trong quá trình mạ kẽm kim loạiđược nấu thành hợp kim với chất nền Vì thế lớp kẽm mạ sẽ không bị tróc ra nhưkhi dùng sơn tạo ra lớp bảo vệ vĩnh cửu cho chất nền

2 Lịch sử hình thành công nghệ mạ kẽm nhúng nóng

- Năm 1742 khi một nhà hoá học người Pháp tên là Melouin, trong một lầntrình bày tại Viện hàn lâm Pháp, đã miêu tả phương án bảo vệ bề mặt chi tiết sắtthép bằng cách nhúng nó vào bể kẽm nóng chảy

- Năm 1836, Sorel là một nhà hoá học người Pháp đã nhận bằng sáng chế vềphương pháp bảo vệ bề mặt sắt thép bởi lớp phủ kẽm bằng cách nhúng chi tiếtvào bể kẽm nóng chảy sau khi đã xử lý bề mặt chi tiết bởi axit sulfuric 9% vànhúng qua Amonium Chloride Một bằng sáng chế khác của nước Anh cũng đãđược công nhận vào năm 1837

- Từ năm 1850, mỗi năm nền công nghiệp mạ nhúng kẽm nóng ở Anh dùng10.000 tấn kẽm cho việc bảo vệ sắt thép Mạ nhúng kẽm nóng để bảo về bề mặtsắt thép đã được ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi nghành của nền kinh tếnhư truyền tải điện, giao thông vận tải, nhà máy giấy, nhà máy hoá chất

- Hơn 150 năm qua, mạ kẽm nhúng nóng đã chứng tỏ có một lịch sử thànhcông trong thương mại như một phương pháp chống ăn mòn trong vô số các ứngdụng khắp thế giới

3 Giá trị của Mạ nhóng núng

- Dùng lớp phủ bảo vệ (hay gọi là bảo vệ rào chắn) để cách ly bề mặt kimloại tiếp xúc với chất điện dung trong môi trường ngoài là phương pháp cổ xưa

nhất và được ứng dụng rộng rãi nhất trong việc bảo vệ chống ăn mòn Hai thuộctích quan trọng nhất của lớp bảo vệ rào chắn là sự bám dính vào bề mặt kim loạinền và độ bền của lớp phủ Sơn là một ví dụ điển hình về lớp bảo vệ rào chắn.Anot hi sinh là một phương pháp quan trọng để tránh ăn mòn, bản chất của anot

hi sinh là làm thay đổi phần tử của mạch ăn mòn, tạo nền một phần tử của mạch

ăn mòn mới và đảm bảo rằng kim loại nền trở thành phần tử catot của mạch này

Mạ nhúng kẽm nóng là phương pháp đồng thời cung cấp được hai phương phápbảo vệ chống ăn mòn đó là bảo vệ rào chắn và anot hi sinh

4 Ứng dụng của công nghệ Mạ nhúng nóng

- Công nghệ nhúng kẽm nóng chảy chống ăn mòn kim loại cho các kết cấuthép được ứng dụng khá phổ biến tại các nước công nghiệp phát triển, nhưng ởnước ta đến 1989 mới được bắt đầu nghiên cứu triển khai với quy mô sản xuất

và được thúc đẩy mạnh mẽ khi triển khai xây dựng đường dây tải điện 500kVBắc Nam phục cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Vật liệutương ứng và công nghệ nhúng kẽm đã được triển khai đúng lúc, đáp ứng đượccác yêu cầu chống ăn mòn, nâng cao chất lượng và tuổi thọ cũng như độ an toàncủa các công trình kết cấu thép và đã được nhận giải 3 VIFOTEC năm đầu 1995

- Đối tượng áp dụng chủ yếu là các công trình có kết cấu thép lớn như: Dànkhoan dầu khí, dầm cầu, dầm nhà thép, kết cấu cột thép cao, hệ thống cửa đậpthuỷ điện, cửa van cống, vỏ tàu…cụ thể:

Lĩnh vực viễn thông: hệ thống các sản phẩm trong ngành bưu chính – viễnthông – truyền hình như: trạm BTS, cột anten, trụ anten,

Lĩnh vực điện lực: cột điện

Hiện các sản phẩm của mạ kẽm nhúng nóng tại Việt Nam chủ yếu là các phụkiện đường dây tải điện được làm bằng thép, các tháp truyền hình, các hộ lancan mềm bảo vệ đường giao thông, các cột đèn chiếu sáng đô thị

Mạ kẽm đã chứng minh tính năng bảo vệ ưu việt cho các công trình nên hầunhư tất cả công trình của ngành Điện hiện nay đều sử dụng sắt thép được mạkẽm nhúng nóng

5 Tuổi thọ của lớp mạ

- Tuổi thọ phục vụ mong đợi được định nghĩa là tuổi thọ cho tới khi 5% bềmặt xuất hiện lớp gỉ sắt Thực tế sử dụng nhiều năm trước đây ở một số nướccho thấy với độ dày 100 - 150µm nói chung lớp mạ phun cho tuổi thọ 15 - 20Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa

năm, nếu có một lớp sơn phủ hỗ trợ thường đạt 25 - 30 năm trong điều kiện khíquyển

II.2 Quy trình công nghệ mạ kẽm nhúng nóng

Xử lí hóa chấtTẩy rỉ

Cromat hóa

Sơn mặtSấySơn lótSấyPhủ hóa chất

a) Tẩy dầu mỡ

Trong quá trình sản xuất để bảo vệ các sản phẩm bằng thép không bị gỉ sétnhà sản xuất luôn phủ lên bề mặt sản phẩm một lớp dầu mỡ hoặc sơn đen, nêntrước khi mạ kẽm nhúng nóng nếu không tẩy rửa hoặc không xử lý lớp dầu mỡ

và tạp chất này, khi mạ kẽm nhúng nóng sẽ không bám hoặc bám nhưng khôngbền chắc, lớp mạ có màu sắc thường không sáng Nên việc tẩy dầu mỡ và cáctạp chất trở nên rất cần thiết được thực hiên trong bể dung dịch kiềm nguội cóthêm phụ gia Cụ thể: sử dụng dung dịch kiềm nồng độ 12%, tuy nhiên tùy thuộctheo mức độ bẩn nhiều hay ít, thời gian ngâm: 30 phút, nhiệt độ: 40-50°C

Cụ thể:

- Nồng độ axit : 8-15%

- Thời gian ngâm : 20-60 phút (tùy theo mức độ gỉ nhiều hay ít)

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa

- Nhiệt độ dung dịch: 10-30°C.

d) Rửa sạch

Sau đó sản phẩm được rửa sạch axit và clorua sắt hình thành trong quátrình tẩy rỉ bằng nước lạnh trong bể tràn nếu không còn rỉ sét cùng tạp chất bámdính bề mặt thì sẽ chuyển sang khâu xử lí hóa chất

4540C Các sản phẩm gia công được nhúng trong bể đủ lâu để đạt tới nhiệt độcủa bể mạ, các chi tiết được bỏ ra chậm khỏi bể mạ và lượng kẽm dư được loại

bỏ bằng cách tự chảy, rung hoặc li tâm Các phản ứng lý hoá trong quá trình xử

lý vẫn diễn ra khi nhiệt độ chi tiết gần với nhiệt độ bể mạ Các chi tiết được làmnguội bằng nước hay trong nhiệt độ không khí môi trường ngay sau khi bỏ rakhỏi bể mạ

g) Tạo lớp bảo vệ

Mục đích: bảo vệ lớp mạ kẽm

Hiện nay có hai phương pháp thường được sử dụng để tạo lớp bảo vệ chosản phẩm là cromat hóa và sơn phủ.

• Phương pháp cromat hóa:

- Loại hóa chất: cromate

Kiểm tra bề mặt sản phẩm bằng mắt và máy đo chiều dày lớp xỉ mạ bằngmáy đo chuyên dụng Máy được thiết kế dựa trên nguyên tắc cảm ứng từ để đochiều dày lớp mạ kẽm trên bề mặt vật liệu thép

Nếu kết quả không đạt sẽ được trả về để tiến hành mạ lại

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa

PHẦN III: CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆNIII.1 Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện

đã nhận được bằng sáng chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840 Hai năm sau đóngành công nghiệp mạ điện tại Brimingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắpthế giới Năm 1850 lớp mạ đồng, kẽm, thiếc thương mai đã trở nên phổ biến.Cuối thế kỉ 19 máy phát điện ra đời mở ra kỉ nguyên mới cho ngành công nghiệp

mạ điện Ở Việt Nam, công nghệ mạ điện đang phát triển mạnh trong vài chụcnăm gần đây và tiếp thu kĩ thuật của nhiều nước trên thế giới

III.2 Quy trình công nghệ mạ điện

Hỏng

Lưu kho

Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện

1 Xử lý bề mặt trước khi mạ

Để sản phẩm sau khi mạ có lớp mạ đồng nhất thì gia công bề mặt là giaiđoạn không thể thiếu trong quá trình mạ Gia công bề mặt trước khi mạ có ảnhhưởng đến chất lượng lớp mạ Ngoài việc làm cho bề mặt nhẵn bóng nó còn cótác dụng khử sạch các lớp gỉ, các màng oxit mỏng hoặc các chất bẩn, dầu mỡtrên bề mặt vật liệu cần mạ, tạo điều kiện thuận lợi cho lớp mạ gắn chắc với kimloại nền

Có 2 phương pháp xử lý bề mặt chủ yếu thường sử dụng:

• Gia công cơ học: mài và đánh bóng, quay bóng, xóc và phun.

• Gia công xử lý hóa học: Tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa, tẩy gỉ hóa học và

điện hóa, tẩy bóng hóa học và điện hóa

1.1 Gia công cơ học

Gia công cơ học là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độnhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp có thể thực hiện gia công cơ họcbằng nhiều cách : mài, đánh bóng (là quá trình mài tinh), quay xóc đối với cácvật nhỏ, chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suất cao Quá trình gia công cơhọc làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám củalớp mạ sau này Vì vậy trước khi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt trong axit loãngrồi đem mạ ngay

a) Phương pháp mài và đánh bóng

Mài và đánh bóng nhằm loại bỏ hết gỉ, oxyt, chất bẩn, bavia, khuyết tật,…

và đạt được độ nhẵn, độ bóng theo yêu cầu cho bề mặt kim loại

Mài và đánh bóng đều thực hiện bằng cách dùng máy mài, máy nửa tựđộng,…làm quay bánh mài hoặc quay các vòng băng, trên mặt có gắn các hạtmài và tỳ các vật cần gia công để mài hoặc đánh bóng

+ Hạt mài: Hạt mài cần cứng, sắc có khả năng gọt cao, nguồn gốc có thể từcacborundun, đá lửa thạch, thạch anh, crom oxyt, nhôm oxyt…

+ Chất kết dính: Chất kết dính để gắn vật liệu mài lên đế mài.

Đối với đá mài thì ta dùng chất kết dính đóng rắn như đất chịu lửa, thủytinh lỏng, cao su lỏng… Với phớt mài thì ta dùng chất kết dính ở nhiệt độthường cho nên khi mài không nên để ở nhiệt độ cao quá, đó có thể là các chấtnhư thủy tinh lỏng, keo da, keo xương…

+ Đế bánh mài: Đế bánh mài là chỗ để gắn hạt hay bột mài

Đối với đá mài, đế được hình thành bởi chính chất kết dính đóng rắn lại,

đế càng cứng thì hạt mài càng khó rời ra và ngược lại

Đối với phớt mài thì đế được làm bằng các vật liệu mềm như da, vải bạt,vải bông… chúng được cắt thành miếng tròn rồi dán, khâu 16-20 miếng lại vớinhau thành tệp dày 8-10mm, sau đó lại ghép 12-15 tệp lại thành một thớt Do đếphớt mềm nên dễ bị biến dạng khi có vật tỳ lên nó, vì vậy mài cho kim loại càngmềm thì đế phớt phải càng mềm

Đối với đánh bóng, đế được làm bằng các vật liệu mềm hơn nữa như phớt,

nỉ, dạ…và được làm tương tự như cách làm đế phớt nhưng đường may thưa hơn.Trên mặt bóng trong quá trình làm việc được bôi thuốc đánh bóng có chứa bộtmài mịn

+ Thuốc đánh bong: Ở dạng dán gồm có vật liệu mài, chất kết dính và một ít phụgia

Yêu cầu: dính, dẻo, dễ bám và gắn chặt lên đế bong

Chất kết dính là stearin, parafin, mỡ kỹ thuật, axit oleic, …

Chất thải trong quá trình này là các loại bụi do sử dụng các loại hạt mài, các vậtliệu bị mài mòn

+ Quay bóng ướt thường được dùng ở các bước trước khi mạ nhằm làmsạch hết mùn tẩy trong axit cũng như làm cho bề mặt sáng hơn.

+ Phun là dùng khí nén, chất lỏng … phun vật liệu mài với tốc độ lớn lên

bề mặt kim loại nhằm làm sạch nó, gia công bằng cách phun còn làm cho bề mặtkim loại biến cứng nguội và trở nên vững chắc, bề mặt mờ đều nên hấp phụ ánhsáng tốt, dùng cho thiết bị quang học rất phù hợp

Có nhiều cách phun: phun cát, phun bi, phun nước và hạt mài

1.2 Gia công xử lý hóa học

a) Tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa

Trên bề mặt chi tiết cần mạ thường có các loại dầu mỡ hay thuốc đánhbóng dính vào Màng dầu mỡ gây hiện tượng bong lớp kim loại mạ đồng thờilàm bẩn dung dịch mạ

Các phương pháp tẩy dầu mỡ:

- Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ

- Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương

- Tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa

+ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch dung môi hữu cơ

Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu

mỡ, dù rất mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúcđược với dung dịch tẩy, dung dịch mạ…

Có thể tiến hành bằng các cách sau: Tẩy trong dung môi hữu cơ nhưtricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4… trong đótricloetylen được dung phổ biến nhất

Khả năng hòa tan dầu mỡ (kg/m2.s) của một số dung môi như sau:

+ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương

Dầu mỡ hóa học có 2 loại chính:

- Loại có nguốn gốc động thực vật là những este phức tạp của glyxerin vàcác axit béo bậc cao như stearic…

- Loại có nguồn gốc khoáng vật (từ dầu mỏ) là các hỗn hợp cáchydrocacbon như farafin, dầu máy, mỡ kỹ thuật…

Trong công nghiệp dung dịch tẩy thường có các thành phần như: xút, xàphòng, chất tẩy rửa bề mặt, photphat… NaOH là chất quan trọng nhất để làmsạch kim loại, ngoài tác dụng nói trên nó còn phá hủy nhiều chất hữu cơ, hòa tankim loại lưỡng tính và các oxyt của chúng

Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũtương hóa như Na2SiO3, Na3PO4… Với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thựcvật sẽ tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt Vớinhững loại dầu mỡ khoáng vật thì sẽ bị tách ra dưới tác dụng nhũ tương hóa của

Na2SiO3

+ Tẩy bằng phương pháp điện hóa

Bằng phương pháp này ta sẽ thu được bề mặt kim loại rất sạch, thời giantẩy ngắn, thường dùng vào khâu làm sạch cuối cùng để lấy đi màng dầu mỡ cònsót lại trong các khâu trước đó Dưới tác dụng của dòng điện, oxy và hidro thoát

ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào bề mặt, tẩy bằng phương pháp nàydung dịch kiềm chỉ cần pha loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệu quả

Trong quá trình tẩy dầu mỡ điện hóa cần gạt bỏ lớp bọt trên bề mặt dungdịch để tránh tạo thành hỗn hợp nổ giữa hydro và oxi, vì thế cần phụ gia chốngsinh bọt.

Nhược điểm của phương pháp này là khó tẩy sạch trong các khe, khuất,lỗ… cho các vật có hình thù phức tạp vì khả năng phân bố của dung dịch thấp

Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tácdụng lên bề mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễdàng hơn

b) Tẩy gỉ hóa học và điện hóa

+ Tẩy gỉ kim loại đen

Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày (từ trong ra ngoài) FeO,

Fe3O4, Fe2O3 và các hydroxyt của sắt (II) sắt (III)

Tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HClhoặc hỗn hợp của chúng Khi tẩy thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tanoxit và kim loại nền Trong quá trình tẩy gỉ, kim loại nền cũng bị hòa tan vàthoát khí hydro, mức độ hòa tan nền nhiều hay ít phụ thuộc vào bản chất axit,nồng độ axit và nhiệt độ tẩy

Nồng độ axit cho tốc độ tẩy nhanh nhất là 20-25% trọng lượng Thời giantẩy sẽ rút ngắn khi tăng nhiệt độ

Khi tẩy gỉ, hydro thoát ra thấm vào kim loại gây giòn kim loại, nhiệt độcàng cao thì càng dễ bị giòn, để giảm bớt độ giòn ta thường cho thêm vào dungdịch chất ức chế

Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện

Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy gỉ anot Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch

và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh,

có tác dụng khử một phần oxit Hidro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màngoxit và nó sẽ bị bong ra Tẩy gỉ bằng catot chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thépcacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả lắm

+ Tẩy gỉ kim loại màu

- Tẩy đồng và hợp kim của đồng

- Tẩy nhôm và hợp kim của nhôm

- Tẩy hợp kim Magie

- Tẩy kẽm và cađimi

c) Tẩy bóng hóa học và điện hóa

Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học, lớp mạ trên nógắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt Khitẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt

Do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng

và trở nên nhẵn bóng Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa.Khi tẩy bóng hóa học cũng xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tácdụng xâm thực của dung dịch với kim loại tại chỗ lõm

Trong công nghệ mạ kẽm, ta thường dung các dung dịch sau: sunfat,floborat,…hoặc dung dịch phức: xyanua, zincat, amoniacat, pyrophotphat…

2.1 Mạ kẽm trong dung dịch axit

Dung dich axit để mạ kẽm chính là dung dich mạ đơn, thường dùng làdung dich sunfat, rồi đến dung dịch clorua, dung dich floborat Đặc điểm chungcủa các dung dịch này là: kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hoá, cho độphân cực bé khi phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng DC lớn , nhất làkhi dung dịch được khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn (ngay cả khi nồng độaxit cao) Nhược điểm chung của các dung dich này là: cho lớp mạ có tinh thểthô, khả năng phân bố kém, nên chỉ dùng cho để mạ cho vật có hình thù đơngiản như dây, băng tấm

Để phục vụ học tập cần nghiên cứu kỹ dung dich sunfat - đại diện cho loạidung dịch axit, từ đó có thể dễ dàng hiểu được các quy luật của các dung dịchaxit khác

- Mạ kẽm từ dung dịch sunfat

Cấu tử chính của dung dich này là ZnSO4.7H2O, độ hoà tan ở 25oC là600g/l, nhưng dung dich chỉ cần nồng độ từ 200 đến 300g/l Vì đặc quá thườngcho lớp mạ xốp, dễ bị gai cây; còn loãng quá thì độ dẫn điện của dung dịch thấp,làm giảm chất lượng lớp mạ Khi mạ kẽm cho dây, băng, tấm liên tục, để tăngtốc độ mạ người ta dùng dung dịch có nồng độ cao đến 400-700 g/l, nhưng buộcphải đun nóng liên tục dung dịch ở 40-50oC và khuấy thật mạnh bằng khí nén.Trên catot xảy ra quá trình phóng điện của ion Zn2+ hidrat hoá:

Zn2+.mH2O + 2e = Zn + mH2OQuá trình này xảy ra với độ phân cực bé nên kết tủa có tinh thể thô và khảnăng phân bố PB bé Để cải thiện các nhược điểm này, dung dịch phải có thêmthành phần thích hợp:

- Các chất dẫn điện có cùng anion như Na2SO4,(NH4)2SO4… Các chất nàylàm tăng độ dẫn điện của dung dịch đồng thời làm tăng khả năng phân bố chodung dịch, làm tăng độ phân cực catot, cải thiện được cấu trúc tinh thể

- Chất hoạt động bề mặt cho vào dung dịch làm tăng độ phân cực, cảithiện tổ chức tinh thể kết tủa và khả năng phân bố của dung dịch Nhưng bề mặt

Zn trong dung dịch axit tích điện âm nên phải dùng chất hoạt động bề mặt loạication như dextrin, keo dán gỗ, glucoza, cam thảo… Chất hoạt động bề mặt chỉ

có tác dụng ở nhiệt độ thường

Ngoài quá trình chính, trên catot còn quá trình phụ của H+ phóng điện.Điện thế tiêu chuẩn của hydro dương hơn của Zn là 0,76, lẽ ra hiệu suất củadòng điện thoát Zn sẽ phải thấp, nhưng vì quá thế thoát hydro trên Zn rất lớn, và

vì nồng độ H+ rất bé, trong khi nồng độ Zn2+ lại rất lớn, nên trên catot Zn thoát ra

là chính, do đó hiệu suất dòng điện trong dung dịch mạ kẽm sunfat thường rấtcao (96-98%)

Để hiệu suất dòng điện thoát Zn luôn luôn cao thì nồng độ H+ trong dungdịch phải đủ thấp, pH không được dưới 3,5 Nếu pH <3,5, nồng độ H+ quá lớn,

H+ sẽ trở nên ưu tiên phóng điện trên catot và hiệu suất dòng điện thoát Zn giảm

đi, thậm chí giảm đến 0 Ngược lại, pH cũng không được cao hơn 4,5-4,8, nếukhông lớp mạ điện sẽ dòn, sần sùi vì lẫn nhiều kẽm hydroxit (sinh ra tại pH 5,3trong lớp sát catot) Vậy để ổn định pH trong khoảng 3,5-4,5 cần phải dùng chấtđệm Al2(SO4)3 tỏ ra là một chất đệm rất tốt trong phạm vi ấy Khi pH>4,5

Al2(SO4)3 sẽ thủy phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4

H2SO4 giải phóng ra sẽ làm giảm pH xuống, đồng thời Al(OH)3 được sinh

ra ở dạng keo, phân tán, có tác dụng nâng cao độ phân cực catot cải thiện thêmcấu trúc tinh thể, lớp mạ mịn sáng hơn Mặt khác chất keo làm đục dung dịch vàchính độ đục này lại là một tín hiệu thông báo tình trạng tốt xấu của dung dịch

Thấy rằng mạ kẽm từ dung dịch sunfat luôn có hiệu suất dòng điện anottrên 100% (trong khi hiệu suất dòng điện catot bé hơn 100%), lý do là trên anotngoài quá trình hòa tan điện hóa do hoạt động của các vi pin ăn mòn Anot càngnhiều tạp chất hiện tượng hòa tan ấy càng mạnh Điều này đưa đến hai hậu quả:một là nồng độ Zn2+ trong dung dịch dần dần đặc lên; hai là nồng độ H+ trongdung dịch mất dần, dẫn đến pH tăng lên Để khắc phục hai hiện thượng đó ngoàiviệc dùng chất đệm, cần thường xuyên theo dõi để bổ sung H2SO4và điều chỉnhnồng độ Zn2+ trong dung dịch được kịp thời

Dung dịch mạ kẽm rất nhạy với tạp chất Các ion tạp chất nào có điện thếdương hơn kẽm, sẽ được giải phóng trên catot cùng với kẽm Các tạp chất nàylại thường có quá thế hydro trên chúng thấp hơn trên kẽm (nhất là Co, Cu, Ag,Sb…) nên sẽ tạo thành những điểm chỉ cho hydro thoát ra, làm giảm mạnh hiệusuất dòng điện, nhưng nguy hại hơn là tạo thành các vết rỗ, sọc hoặc sùi, bột…làm hỏng lớp mạ Vì vậy hóa chất, nước, anot phải dùng loại đủ sạch (theo đúngtiêu chuẩn quy định) Khi sử dụng, vận hành không được để lẫn tạp chất vàodung dịch

Để mạ kẽm bóng trực tiếp từ dung dịch sunfat người ta dùng các chấtbóng: 2,6-2,7-disunfonaphtalat, chất DSU và U-2 hoặc dùng dòng điện đổi cực(T=6s; tc:ta = 6:1) Nói chung mạ bóng kẽm từ dung dịch sunfat chưa đượcnghiên cứu nhiều Có lẽ vì bản thân lớp mạ kẽm không phải là lớp mạ trang sức,khi cần làm đẹp thì đã có cách tẩy bóng sau khi mạ vẫn quen dùng từ lâu