Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, các nhu cầu về số lượng chủng loại mặt hàng tiêu dùng ngày càng tăng, cũng như yêu cầu về chất lượng mẫu mã của các sản phẩm tiêu dùng cũng ngày càng cao. Sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực khác nhau chính là chìa khóa để giải quyết nhu cầu thiết thực đó của con người. Ngành công nghệ hóa học nói chung và ngành mạ kim loại cũng nằm trong quy luật phát triển đó. Mạ kim loại đã tạo lớp phủ bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, làm đồ trang sức, tăng thêm các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm như độ cứng, độ bền, độ chống mài mòn… Sau hơn hai trăm năm hình thành và phát triển ngành mạ kim loại đã đạt được những tiến bộ rất lớn. Song hiện nay nó vẫn đang tiếp tục phát triển để ngày càng nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sự tác động tới môi trường, giảm giá thành sản phẩm và nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu. Đó là lý do mà tôi lựa chọn nghiên cứu nội dung: “Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp mạ kim loại” Mục đích của khóa luận này là tích lũy và xây dựng nền tảng về lý thuyết của quá trình mạ điện phân và mạ hóa học. Là cơ sở để có thể trực tiếp đi vào sản xuất và có thể tiếp tục các nghiên cứu chuyên sâu các vấn đề còn tồn tại của môn khoa học ứng dụng này.
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.TỔNG QUAN VỀ MẠ KIM LOẠI 1.2.4 Tiến hành mạ .6 1.3.Phân loại TỔNG QUAN VỀ MẠ ĐIỆN PHÂN 2.1.1.Mạ điện phân 2.1.2 Mục đích trình mạ điện 2.1.3 Đặc điểm lớp mạ theo công nghệ mạ điện phân 2.2 Mạ Niken 2.3.1 Dung dịch có xyanua 12 2.3.2 Dung dịch mạ kẽm zincat 12 2.3.3 Dung dịch mạ kẽm muối amon 13 2.3.4 Dung dịch mạ kẽm amon .13 2.3.5 Dung dịch mạ kẽm sunfat 13 2.5.1 Đặc điểm lớp mạ crôm 15 2.5.2 Thành phần dung dịch mạ crôm 16 2.6 Mạ kim loại quý .18 2.7 Mạ hợp kim .21 2.7.1 Tính chất chung 21 3.MẠ HÓA HỌC 27 3.1.Khái niệm chung 27 3.1.1.Phương pháp tiếp xúc (ngâm) .28 3.1.2.Phương pháp khử hóa học 28 3.1.Các phương pháp mạ hóa học thông dụng 29 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 MỞ ĐẦU Ngày với phát triển xã hội, nhu cầu số lượng chủng loại mặt hàng tiêu dùng ngày tăng, yêu cầu chất lượng mẫu mã sản phẩm tiêu dùng ngày cao Sự tiến mạnh mẽ khoa học kỹ thuật lĩnh vực khác chìa khóa để giải nhu cầu thiết thực người Ngành công nghệ hóa học nói chung ngành mạ kim loại nằm quy luật phát triển Mạ kim loại tạo lớp phủ bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, làm đồ trang sức, tăng thêm tiêu kỹ thuật sản phẩm độ cứng, độ bền, độ chống mài mòn… Sau hai trăm năm hình thành phát triển ngành mạ kim loại đạt tiến lớn Song tiếp tục phát triển để ngày nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tác động tới môi trường, giảm giá thành sản phẩm nâng cao hiệu sử dụng nguyên liệu Đó lý mà lựa chọn nghiên cứu nội dung: “Tìm hiểu tổng quan phương pháp mạ kim loại” Mục đích khóa luận tích lũy xây dựng tảng lý thuyết trình mạ điện phân mạ hóa học Là sở để trực tiếp vào sản xuất tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu vấn đề tồn môn khoa học ứng dụng 1.TỔNG QUAN VỀ MẠ KIM LOẠI 1.1.Khái niệm chung [4,6,7] Mạ tạo nên lớp màng kim loại hỗn hợp kim loại bao phủ lên bề mặt vật cần mạ để chống ăn mòn, trang trí bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng độ cứng bề mặt…Tùy theo thành phần chất lớp mạ mà tính chất hóa học, lý học học lớp mạ thay đổi phù hợp với mục đích sử dụng sản phẩm Vật cần mạ chi tiết, thiết bị, máy móc kim loại hợp kim khác gang, thép, sắt, đồng … Và chi tiết, thiết bị, vật dụng làm từ vật liệu phi kim loại polypropylen, policacbonat, phenol focmandehit, cao su tự nhiên… 1.2.Quy trình cuả mạ kim loại [1,3,4,5] Quy trình mạ kim loại gồm nguyên công sau: 1.2.1.Gia công học bề mặt chi tiết trước mạ [1,4] Trước mạ, chi tiết cần phải gia công học để bề mặt chi tiết thật phẳng đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng.Tẩy hết vết gỉ, tẩy dầu, mỡ, nhớt, mỡ kỹ thuật hợp chất hóa học khác có bề mặt chi tiết Trong điều kiện lớp mạ thu có độ bám tốt, độ bóng sáng cao đồng nhất, vết xước Các phương pháp gia công học bề mặt chi tiết kim loại bao gồm mài thô, chải, phun cát, mài tinh, đánh bóng, quay bóng hay xóc bóng thùng quay… 1.2.2 Tẩy dầu mỡ hóa học [1,3] Phương pháp học phần lấy chất bẩn dầu mỡ bề mặt Sau sử dụng biện pháp học ta tiến hành sử dụng tác nhân hóa học để loại bỏ dầu mỡ bám bề mặt vật cần mạ Dầu mỡ hóa học bám bề mặt vật cần mạ gồm hai loại dầu mỡ có nguồn gốc động, thực vật dầu mỡ có nguồn gốc dầu mỏ paraphin, hắc ín, xăng, vazơlin… Tùy thuộc loại dầu mỡ mà có cách xử lý khác như: - Tẩy dầu mỡ sản phẩm có sử dụng chất tẩy rửa chuyên dụng xà phòng, dung dịch tẩy rửa pha chế chuyên dụng cho vêt bẩn dầu mỡ… - Tẩy dầu mỡ dung môi hữu cacbon tetraclorua, tricloetylen,tetraclo etylen… - Tẩy dầu mỡ điện hóa học Ta tẩy dầu mỡ phương pháp anot, catot hay tẩy dầu hỗn hợp Phương pháp tiến hành sau: nối vật cần mạ vào điện cực anot, catot tiến hành điện phân Dung dịch điện phân dung dịch muối có tác dụng tạo điện phân nước giải phóng oxi, hydro điện cực Các chất khí có tác dụng phá hủy lớp màng dầu mỡ bề mặt Nhờ lớp dầu mỡ bị tách khỏi bề mặt vào dung dịch Có thể tiến hành đổi vật cần mạ từ điện cực sang điện cực để tạo hiệu tối ưu (phương pháp tổng hợp) - Tẩy dầu mỡ siêu âm Để loại bỏ cách tuyệt đối loại dầu, mỡ phân tán khe, rãnh sâu vết dầu bám chặt bề mặt chi tiết, người ta dùng máy phát siêu âm có tần số từ 20 – 1000kHz truyền vào dung dịch kiềm nóng hay dung môi nóng ngâm chi tiết Sau kiểm tra thấy toàn chi tiết bề mặt dầu, mỡ rút chi tiết Thực tế chứng tỏ dùng siêu âm có tần số cao không tẩy hoàn toàn dầu, mỡ mà tẩy gỉ, oxyt, cặn bẩn… Tác dụng tẩy siêu âm giải thích siêu âm truyền vào dung dịch làm xuất vùng áp suất cao xen lẫn vùng áp suất thấp liên tiếp hoán vị cho với tần số cao Nếu cường độ dao động đủ lớn biến đổi đột ngột áp suất luân phiên theo không gian thời gian môi trường tẩy gây tác dụng xâm thực mãnh liệt, bào tạp chất bề mặt chi tiết Các dung dịch sử dụng đê ngâm vật cần mạ phương pháp kiềm, muối photphat, silicat, cacbonat natri có sử dụng số chất hoạt động bề mặt 1.2.3 Tẩy gỉ hóa học [1,5] Các chi tiết đem mạ điện thông thường gồm: thép cacbon loại, sản phẩm gang xám, sản phẩm đúc kim loại khác, số loại inox, đồng, hợp kim đồng, hợp kim gốc kẽm, gốc chì gốc thiếc hay nhôm hợp kim nó…Bề mặt chi tiết tích tụ sản phẩm ăn mòn, có mắt thường không nhìn thấy Để cho lớp mạ bám bề mặt chi tiết cần phải loại bỏ hoàn toàn sản phẩm khỏi bề mặt trước mạ Các sản phẩm ăn mòn sắt, thép chủ yếu gồm oxyt FeO, Fe 3O4, Fe2O3, hydroxyt Fe(OH) 2, Fe(OH)3 Tẩy sản phẩm nầy phương pháp hóa học hay điện hóa học Quá trình tẩy gỉ thực phương pháp sau: - Tẩy gỉ phương pháp học: mài, chải, phun, hay dùng thùng quay vừa tẩy gỉ vừa làm bóng Đây phương pháp tẩy gỉ sơ - Tẩy gỉ phương pháp hóa học - Tẩy gỉ phương pháp điện hóa học 1.2.4 Tiến hành mạ Sử dụng phương pháp mạ thiết bị mạ chuyên dụng để tạo nên lớp kim loại bao phủ lên bề mặt vật cần mạ theo yêu cầu kỹ thuật đặt Các phương pháp sử dụng phương pháp điện phân hay phương pháp hóa học Sẽ trình bày rõ mục báo cáo 1.2.5 Hoàn thiện sản phẩm [1,4] Sau tiến hành mạ chuyển sang giai đoạn hoàn thiện sản phẩm để tạo độ bóng, tăng thêm độ chống ăn mòn hóa học Thường sử dụng phương pháp crômat hóa bề mặt Sản phẩm thụ động hóa dung dịch anhydric cromic CrO3 hay dung dịch natri bicromat Na 2Cr2O7 kalibicromat K2Cr2O7 Màng thụ động có thành phần chủ yếu: Cr(OH)3 Cr(OH) CrO4 Hay Cr2O3 CrO3 xH2O Màng thụ động thường mỏng, sáng chủ yếu chứa hợp chất Cr 3+, màng dày màu vàng chứa chủ yếu hợp chất Cr 3+ lẫn Cr6+ Màng thụ động chứa nhiều Cr6+ thường có màu vàng rơm Màng thụ động có độ dày không 1µm Màng thụ động có màu sắc thay đổi tùy theo thành phần dung dịch, thời gian thụ động, pH nhiệt độ Màng thụ động có Cr 3+ có màu xanh, chứa Cr6+ có màu vàng Thường màng thụ động gồm có Cr 3+lẫn Cr6+ nên có màu cầu vồng (bảy màu).Tính chất bảo vệ màng thụ động cầu vồng tốt Trong thực tế ta thấy có màng thụ động không màu, màu nâu, màu vàng rơm hay màu xanh nhạt đặt trưng Lớp mạ kẽm bóng có màng thụ động màu xanh nhạt đặc trưng thường sử dụng lớp mạ vừa bảo vừa có tính trang trí ưa thích Màng thụ động lớp mạ kẽm hay cadimi bóng cho màu cầu vồng hay màu xanh nhạt thường mềm, chịu mài mòn có khả chống ăn mòn khí cao lớp mạ bình thường hàng chục lần Lớp mạ kẽm bóng thu từ dung dịch xyanua – kiềm thụ động màu cầu vồng có khả chống ăn mòn tốt Vai trò thành phần tạo nên lớp màng thụ động: - Các hợp chất Cr6+ thành phần chủ yếu tạo thành màng thụ động Nồng độ hợp chất Cr6+ tương đối cao có tác dụng tạo thành màng nhanh Nồng độ hợp chất Cr6+ nhỏ khó hình thành màng thụ động - Axit HNO3 đảm bảo cho màng bóng có độ bám màng lớp mạ - Axit H2SO4 có tác dụng ngăn ngừa tượng tạo sương mờ màng thụ động 1.3.Phân loại Có nhiều cách phân loại khác nhau: - Nếu theo sản phẩm trình mạ phân chia thành phương pháp mạ với kim loại hợp kim cụ thể - Nếu theo phương pháp tiến hành mạ chất trình mạ mạ kim loại chia thành hai loại là: +Mạ điện phân +Mạ hóa học Đây cách phân loại phổ biến khoa học TỔNG QUAN VỀ MẠ ĐIỆN PHÂN 2.1.Khái niệm chung [1,3,4,5] 2.1.1.Mạ điện phân Mạ điện phân (hay gọi tắt mạ điện) phương pháp điện phân để kết tủa lớp kim loại lớp kim loại mỏng, để chống ăn mòn, trang sức bề mặt tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt 2.1.2 Mục đích trình mạ điện - Mạ phục hồi chi tiết bị mài mòn - Mạ chống mài mòn - Mạ chống gỉ, sét - Phục hồi mặt lắp ghép chặt chi tiết - Làm cho tiếp xúc bề mặt chi tiết tốt - Mạ trang sức 2.1.3 Đặc điểm lớp mạ theo công nghệ mạ điện phân - Lớp mạ có độ bám cao, độ cứng tuỳ thuộc vào việc chọn vật liệu mạ - Kim loại gốc(vật cần mạ, hay gọi phôi) không bị nung nóng tính chất học hình dạng không bị thay đổi - Khuyết điểm phương pháp mạ điện lớp mạ dày thời gian mạ dài lớp mạ dày tính chất 2.2 Mạ Niken Lớp mạ niken sử dụng thiết bị chống xâm thực môi trường đặc biệt môi trường kiềm, làm tăng độ chịu mài mòn tăng độ dẫn điện cho sản phẩm Lớp mạ niken đen dùng để chế tạo dụng cụ quang học Ngoài lớp mạ điện niken dùng kỹ nghệ mạ đúc điện chế tạo khụôn mẫu (Niken electroforming) 2.2.1.Mạ niken thông thường [3,5] Dung dịch sử dung rộng rãi công ngiệp dung dịch sunfat: - Thành phần muối niken sunfat - Chất đệm làm ổn định pH axit boric natri axetat pH thích hợp từ đến Đối với dung dịch mạ có pH nhỏ dùng hỗn hợp đệm NaF florua khác - chất chống thụ động cho anôt chất clorua natri clorua, kali clorua - Ngoài sử dụng thêm muối natri sunfat, amoni sunfat để làm tăng độ dẫn điện dung dịch dung dịch có hàm lượng muối niken nhỏ 150 g/l 2.2.2 Mạ niken bóng [3,5] Lớp mạ niken dùng để trang trí cần có bề mặt sáng bóng Có hai loại dung dịch mạ bóng Dung dịch loại cho dung dịch nửa bóng, thường sử dụng chất 2,6 2,7 disunfo naphtalen, sunfamit, o-benzen sunfamit Dung dịch loại cho lớp mạ bóng lại giòn Thường từ chất cadimi sunfat, kẽm sunfat, coban sunfat, 1,4 butadiol, curamin Thành phần dung dịch gồm thành phần sau: - Các muối niken như: niken sufat, niken clorua - Các chất tạo độ bóng như: sunfamit, curamin - Chất điều chỉnh pH: axit boric H3BO3 pH dung dịch khoảng từ 4-5,5 - Chất phụ gia như: cloramin B, ftalimit, sacarin, fomalin, H2O2 - Chât hoạt động bề mặt : natri lauryl sunfat 10 Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O axit oxalic pH dung dịch khoảng từ 8-9,5 Ngoài dung dịch có chất độn phenol, gelatin, thioure, natristanat, octo photphat pyro photphat Mạ hợp kim đồng chì Lớp mạ đồng chì có tính chống ma sát tốt, để mạ hợp kim đồng chì dùng dung dịch xyanua, đung dịch nitrat Nhưng phổ biến sử dụng dung dịch nitrat Thành phần dung dịch cụ thể sau: - Dung dịch xyanua Đồng xyanua NaOH Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O Lớp mạ thu có thành phần 28-30% chì - Dung dịch nitrat: Đồng nitrat Chì nitrat Kali nitrat HNO3 Mạ hợp kim đồng niken Lớp mạ đồng niken dùng để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn dùng để trang trí Lớp mạ có khả chống ăn mòn khí ẩm Hàm lượng Niken lớp mạ có tác dụng làm cho màu sắc lớp mạ bị thay đổi từ hồng đến xám nhạt Thành phần đung dịch cụ thể sau: - Dung dịch mạ tạo lớp mạ có 60-70% niken Muối Niken , Đồng Kali pyrophotphat (K4P2O7) Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O pH dung dịch 9,2 đến 9,6 23 - Dung dịch mạ tạo lớp mạ có 20% niken Muối Niken, Đồng Kali pyrophotphat tự (K4P2O7) Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O pH dung dịch 9,2 đến 9,6 dung dịch mạ phải khuấy trộn Mặc dù nhìn bề thành phần chất dung dịch mạ khác biệt lớn mà chúng hai dung dịch khác chủ yếu thành phần chất dung dịch phương pháp tiến hành mạ Do sản phẩm trình mạ khác Mạ hợp kim đồng cacdimi Hợp kim có tính chịu mài mòn tốt dùng để làm vàng giả trang trí Thành phần dung dịch cụ thể sau: - Dung dịch mạ xyanua Đồng xyanua (CuCN) Cacdimi xyanua (Cd(CN)2) Natri xyanua NaCN - Dung dịch mạ tactarat Đồng sunfat (CuSO4.5H2O) Cacdimisunfat (CdSO4.8/3H2O) Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O NaOH Trrilon B Mạ hợp kim đồng kẽm thiếc Các hợp kim có độ rắn cao, dễ bảo quản Dùng để chống ăn mòn cho chi tiết ren Lớp mạ màu vàng (nửa vàng) Thành phần dung dịch mạ gồm Đồng xyanua (CuCN) Kẽm oxit (ZnO) 24 Natri stanat (Na2SnO3) Natri xyanua (NaCN) Natri cacbonat (Na2CO3) pH từ 12,7 đến 13,1 Lớp mạ dùng để giả vàng, màu sắc lớp mạ điều chỉnh cách thay đổi nhiệt độ mật độ dòng 2.7.3 Mạ hợp kim niken, sắt coban [3,5] Mạ hợp kim niken coban Thế oxi hóa khử hai kim loại gần niken (-0,25V) coban (-0,28V) Do chúng dễ tạo thành hợp kim mạ Lớp mạ thường dùng để làm khuôn cứng để đúc ép chất dẻo Ngoài lớp mạ hợp kim có tính kháng từ nên để dùng kỹ thuật điện tử Thành phần dung dịch gồm: - Các muối niken coban niken sunfat, niken clorua, coban sunfat, coban clorua… - Chất điều chỉnh pH H3BO3 - Chất hoạt động bề mặt natri lauryl sunfat - Chất phụ gia muối fomiat, andehit fomic,dẫn xuất naptalen… - Chất tăng độ dẫn điện dung dịch NaCl, MgCl… Mạ hợp kim sắt niken Được sử dụng làm vật liệu từ mềm Thành phần dung dịch gồm - Các muối niken sắt: NiSO4.7H2O, NiCl2.6H2O, FeSO4.7H2O, FeCl2.6H2O… - Chất hoạt động bề mặt: natri lauryl sunfat - Chất điều chỉnh pH: H3BO3, pH dung dịch khoảng đến - Các chất phụ gia: sacarin, pyrophotphat kali, axit ascobic C 6H8O6, natri xitrat, natri salixilat, axit aminoaxetic 25 2.7.5 Mạ hợp kim bạc [3,4,5] Mạ hợp kim bạc antimoan Antimoan có mặt hợp kim bạc có tác dụng làm tăng độ cứng lớp mạ gấp hai đến lần bạc nguyên chất, có độ dẫn điện cao Thành phần dung dịch Bạc nitrat (AgNO3) Kali feroxyanua (K4[Fe(CN)6]) Kali sunfoxyanua (KCNS) Kali cacbonat (K2CO3) Muôi antimoan Kali xyanua (KCN) Kali hydroxyt (KOH) Muối senhet Mạ hợp kim bạc cacdimi Sử dụng để mạ tiếp điểm điện Đồng thời cần có tính chịu mài mòn, tính chống oxi hóa Hợp kim thay bạc phù hợp để mạ tiếp điểm điện Thành phần dung dịch sau: Muối bạc cacdimi Kali xyanua (KCN) Natri xyanua (NaCN) Gelatin Mạ hợp kim bạc đồng Dùng kỹ thuật làm lớp mạ tiếp xúc hàn Thành phần dung dịch sau: Muối bạc muối đồng Kali xyanua (KCN) Kali hydroxit (KOH) Kali cacbonat (K2CO3) Kali pyrophotphat (K4P2O7) Kali sunfo xyanua (KCNS) 2.7.6 Mạ hợp kim vàng [4,5] Mạ hợp kim vàng đồng Mạ hợp kim vàng đồng dùng công nghệ kim hoàn công nghệ đồng hồ Các hợp kim vàng đồng không tạo thành dung dịch rắn, lớp mạ tạo thành từ dung dịch rắn tinh thể đồng nhỏ Do bề mặt hợp kim dễ 26 bị oxi hóa, không bền với HNO 3.Tuy nhiên hợp kim có độ chịu mài mòn cao Thành phần dung dịch sau: Vàng Đồng Kali xyanua (KCN) Na2S2O3 H3PO4 (để điều chỉnh pH) Mạ hợp kim vàng bạc Hợp kim vàng bạc gọi vàng xanh, lớp mạ dùng để trang trí có màu xanh Hiện sử dụng để làm mạch in (bạc chiếm khoảng 5%) Thành phần dung dịch mạ gồm: Vàng (ở dạng phức vàng xyanua) Bạc (ở dạng phức bạc) Cacdimi oxit Kali xyanua Các sản phẩm ngưng tụ acrolein 3.MẠ HÓA HỌC 3.1.Khái niệm chung Việc đưa kim loại lên bề mặt chi tiết dòng điện chiều (mạ điện hay gọi tắt mạ) nhiều trường hợp lớp mạ không chi 27 tiết phức tạp có rãnh sâu, hay vị trí lỗ Và mạ điện áp dụng vật cần mạ vật không dẫn điện chất dẻo, gốm sứ, thủy tinh, vải… Mạ hóa học giải vấn đề Lớp mạ hóa học rỗ mạ điện có độ đồng cao Mạ hóa học trình khử ion kim loại bề mặt chi tiết mạ: Men+ + ne Me Trong đó: n hóa trị kim loại Quá trình trao đổi điện tử xảy dung dịch phản ứng với chất nhận điện tử khác (chất khử) dòng điện Dựa vào trình hóa học người ta phân hai phương pháp mạ hóa học: 3.1.1.Phương pháp tiếp xúc (ngâm) Kim loại chi tiết mạ ngâm vào dung dịch muối kim loại điện cực dương Lớp mạ kết tủa bề mặt kim loại xuất hiệu điện kim loại ion kim loại dung dịch 3.1.2.Phương pháp khử hóa học Kim loại mạ mạ ngâm vào dung dịch chứa muối kim loại lớp mạ chất đệm, chất tạo phức chất khử Ion kim loại tương tác với chất khử bị khử bề mặt kim loại mạ Kim loại mạ đóng vai trò xúc tác cho phản ứng oxi hóa khử : Men+ + ne nR Me nR+ + ne 28 Các dung dịch mạ hóa học thường chứa: muối kim loại tạo thành lớp mạ, chất tạo thành, chất đệm, chất khử, chất khác chất xúc tiến, chất làm bền… Các chất tạo phức chất đệm có tác dụng làm dung dịch ổn định chất tạo thành hợp chất phức giữ cho độ axit dung dịch ổn định Chất khử chất truyền điện tử cho ion kim loại để tạo thành lớp mạ 3.1.Các phương pháp mạ hóa học thông dụng 3.2.1 Mạ đồng hóa học [1,4,5] Mạ đồng hóa học phương pháp thông dụng việc kim loại hóa chất dẻo Bởi mạ đồng hóa học có độ bền độ đàn hồi tốt kim loại khác Mạ đồng hóa học thường sử dụng để chế tạo mạch in, gương đồng, chế tạo thiết bị ôtô… Để kim loại hóa, trước tiên phải mang môt lớp dẫn dòng điện (đồng niken) phương pháp hóa học sau phủ lớp mạ trang trí phương pháp mạ điện thông thường Thành phần dung dịch mạ đồng hóa học gồm có thành phần sau: muối phức đồng, chất điều chỉnh pH, chất khử chất làm bền Trong trình mạ đồng nhận điện tử chất khử Cu2+ + 2e = Cu Các chất khử muối đồng là: fomandehit, dẫn xuất fomandehit, fomial, glucozo, hidrosunfit… Do trình tạo phức oxh-kh đồng thay đổi khoảng rộng chất tạo phức pH môi trường định lớn tới tốc độ phản ứng tính chất sản phẩm 29 3.2.2.Mạ niken hóa học [3,5] Mạ niken hóa học ứng dung rộng rãi nhiều lĩnh vực, cạnh tranh với mạ điện niken Lớp mạ niken hóa học có độ đồng cao, cứng, chịu mài mòn, chống ăn mòn…lớp mạ niken hóa học lớp mạ điện phân niken khác tính chất lý chúng Thành phần dung dịch mạ niken hóa học bao gồm thành phần sau: - Muối niken, muối hydrophotphit - Chất tạo phức chất đệm để ngăn ngừa kết tủa niken photphit điều chỉnh pH Thường axit oxit cacbon silic dẫn xuất chúng axit glyconic HOCH2 COOH, axit propionic, axit maleic… - Chất kích thích để làm tăng tốc độ kết tủa niken đường hoạt hóa photphit để ngăn ngừa kết tủa chất tạo phức chất ổn định Các chất kích thích thường muối axit lactic, manoic, glutaric, florua, selenat… - Chất ổn định để ngăn ngừa phân hủy dung dịch hấp thụ chất hoạt động dung dịch, thường sử dụng chất lưu huỳnh PbS, SnS, thioure… Quá trình mạ niken hóa học xảy bề mặt kim loại xúc tác: sắt, nhôm, coban, paladi…đối với kim loại tác dụng xúc tác đồng , sắt ta cho kim loại tiếp xúc nhanh với kim loại 3.2.3 Mạ bạc hóa học [3,5] Mạ bạc hóa học sử dụng chủ yếu công nghiệp sản xuất gương Việc khử bạc tiến hành dung dịch muối phức bạc amonicat theo phản ứng 30 4Ag(NH3)2NO3 + N2H4 = 4NH4NO3 + 4NH3 + N2 + 4Ag Chất khử thường gluco, fomalin, hidraxyanhidrat Nhưng dung dịch amonicat dễ tạo thành bạc azit bạc nitrit dễ nổ nên thường dùng chất tạo phức không chứa nhóm amin Hidrazin glyoxan làm cho tốc độ kết tủa lớn người ta sử dụng rượu propionic, β-oxietylhidrazin làm chất khử Việc xử lý bề mặt vật kim loại để mạ bạc gồm trình: tẩy dầu mỡ, xử lý dung dịch thiếc clorua, rửa nước lạnh sau mạ bạc Thành phần dung dịch mạ bạc hóa học sau: Dung dịch 1: dùng phương pháp ngâm rửa Dung dịch A gồm bạc nitrat, kali hydroxit natri hydroxit Dung dịch B gồm chất khử, đường Pha chế dung dịch: dung dịch kalihydroxit đổ vào dung dịch muối bạc nitrat, hòa tan kết tủa bạc hydroxit amoniac 25% pha loãng theo mức quy định Ta thu dung dịch Dung dịch pha với nước đường chất khử trước mạ Cần lưu ý trước mạ phải tiến hành công đoạn xử lý bê mặt bao gồm tẩy dầu mỡ bề mặt HNO3 dung dịch kiềm, hoạt hóa bề mặt dung dịch thiếc clorua đến 10 giây Dung dịch 2: loại dung dịch dùng để mạ chi tiết dẻo phương pháp phun Quy trình mạ thông qua bước xử lý bề mặt phun dung dịch mạ lên bề mặt cần mạ dụng cụ chuyên dụng 31 Các dung dịch là: dung dịch xyanua (dùng cho bề mặt phức tạp khó mạ), dung dịch bạc nitrat trộn với kali hydroxit hòa tan kết tủa NH4OH chất khử glucozo… 3.2.4 Mạ vàng hóa học [3,5] Mạ vàng hóa học dùng chất khử fomalin, gluco, hydroquynon, rượu, hidrazin dẫn xuất hipophotphit, bohidrit kim loại kiềm Chất đệm muối axetat, xitrat…Có nhiều loại dung dịch mạ vàng, thành phần chúng là: Dung dịch mạ vàng cổ điển pha trộn dung dịch mạ từ bốn dung dịch - Dung dịch A: hòa KAu(CN)2 vào nước, hòa tan riêng axit xitric tataric oxalic trộn hai dung dịch vào với đun đến 60 độ sau làm lạnh thu dung dịch A - Dung dịch B: hòa H2WO4 vào dung dịch NaOH thêm vào axit xitric tataric - Dung dịch C: hòa kali monophtalate vào NaOH - Dung dịch D: muối N, N ddietyl glixin Khi mạ người ta trộn A với B điều chỉnh pH khoảng từ 4,6 đến 6,8 Sau đổ dung dịch C D vào Dung dịch mạ vàng chất khử hypophotphit Thành phần dung dịch bao gồm: KAu(CN)2, natrixitrat, natri hypophotphit, amoniclorua, điều chỉnh pH khoảng đến 7,5 amoniac Hiện mạ vàng hóa học cách phun sol khí từ đầu phun chuyên dụng Bề mặt cần mạ phải tẩy dầu mỡ đánh bóng tiến 32 hành hoạt hóa SnCl2 PdCl3 (công đoạn phải tiến hành cẩn thận định tới chất lượng sản phẩm) Dung dịch mạ sử dụng hai loại sau: - Dung dịch 1: sử dụng dung dịch A B Dung dịch A là: vàng clorua glixerin Dung dịch B là: NaOH vết Manit - Dung dịch 2: sử dụng dung dịch A B Dung dịch A là: vàng clorua natricacbonat Dung dịch B là: fomandehit natricacbonat 3.2.5 Mạ crôm hóa học [3,5] Thường sử dụng mạ crôm hóa học cho mạ phủ lên đồng, niken, hợp kim đồng Dung dịch mạ từ muối clorua, florua crôm có mặt natri xitrat natri pyrophotphat đóng vai trò tạo phức Quá trình mạ xảy điều kiện pH từ đến 11, nhiệt độ khoảng 100 oC Thời gian mạ khoảng 20 đến 30 phút Thành phần dung dịch mạ sau: Crôm florua (CrF3.9H2O) Crôm clorua (CrCl3.6H2O) Crôm brômua (CrBr3.9H2O) Crômflorua hidrat Natri xitrat (Na9C6H5O7) Natri pidrophotphat (Na4P10O7.10H2O) Canxi hydroxit Niken clorua (NiCl2) Trilon B Natri hydrophotphit (NaH2PO2.H2O) Fomalin (HCHO) COOHCOONa Crôm iotdua (CrI3.9H2O) 3.2.6 Mạ Paladi hóa học [4,5] 33 Quá trình mạ paladi hóa học xảy bề mặt kim loại xúc tác (Ni, Fe, Ag) Các dung dịch để mạ từ ba thành phần bản: - Các muối clorua, clopaladit aminoclorua paladi Chất tạo phức NH4OH amin béo sơ cấp có tối đa nguyên tử cacbon - Chất ổn định natri etylendiamin, tetraaxetat, xeton no có đến nguyên tử, pentanon-3, di-(2oxietyl) sunfit … Có hai dung dịch mạ thực tế có thành phần sau: - Dung dịch 1: Tetraaminpaladiclorua, trilon B, NH4OH, hidrazin - Dung dịch 2: Paladiclorua, NH4OH, trilon B, hidrazinhidrat 3.2.7 Mạ thiếc hóa học [3,5] Mạ thiếc hóa học dùng để mạ chi tiết đồng hợp kim đồng Lớp mạ làm cho việc hàn dễ dàng bảo vệ vết hàn khỏi bị ăn mòn Mạ thiếc hóa học thực phương pháp ngâm Dung dịch mạ thiếc hóa học bao gồm thành phần sau: Thiếc clorua (SnCl2.H2O) Thioure (NH2CSNH2) Axit clohidric (HCl) Axit sunfuric (H2SO4) Axit tactaric Muối ăn Muối senhet iso octyl phenyl polietoxycacbinol KẾT LUẬN Trong phần báo cáo thực công việc sau 34 Tìm hiểu tổng quan mạ kim loại, quy trình tóm tắt nguyên công phương pháp mạ nói chung Tìm hiểu phương pháp mạ điện phân, tìm hiểu ứng dụng lớp mạ dung dịch mạ cụ thể kim loại niken, kẽm, sắt, crôm, vàng, bạc; ứng dụng lớp mạ dung dịch mạ hợp kim đồng, bạc, vàng, kẽm, niken, sắt, coban Tìm hiểu tổng quan phương pháp mạ hóa học Tìm hiểu dung dịch mạ hóa học cụ thể kim loại đồng, niken, crôm, bạc, paladi Đánh giá sơ vai trò thành phần chất dung dịch mạ Hướng phát triển - Đi sâu vào nghiên cứu giải thích vai trò tất chất dung dịch mạ - Tìm hiểu phụ thuộc chất lượng sản phẩm yếu tố thuộc chế độ mạ nhiệt độ,pH dung dịch, mật độ dòng… - Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải độc hại mạ kim loại TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Đặng Kim Triết-Nguyễn Khương, Giáo trình mạ điện kim loại, Nxb ĐHCN Thành Phố Hồ Chí Minh, Tp.HCM 2011 Hoàng Nhâm, Hóa vô tập 3, Nxb giáo dục, Hà Nội 2005 Nguyễn Khương, Mạ điện, Nxb KHKT, Hà Nội 2006 Nguyễn Khương, Những quy trình kỹ thuật mạ kim loại hợp kim tập Nxb KHKT, Hà Nội 2010 Trần Minh Hoàng, Sổ tay mạ điện, Nxb KHKT, Hà nội 2003 Http:// vi.wikipeia.org/wiki/ Mạ điện Http:// en.wikipedia.org/wiki/ electroplating 36 37 [...]... thế điện cực dương hơn Lớp mạ kết tủa trên bề mặt kim loại do xuất hiện hiệu điện thế giữa kim loại và ion kim loại trong dung dịch 3.1.2.Phương pháp khử hóa học Kim loại mạ được mạ ngâm vào dung dịch chứa muối của kim loại lớp mạ chất đệm, chất tạo phức và chất khử Ion kim loại tương tác với chất khử và bị khử trên bề mặt kim loại được mạ Kim loại được mạ đóng vai trò xúc tác cho phản ứng oxi hóa khử... sáng tốt Việc mạ từng kim loại riêng biệt là không đáp ứng đươc tổ hợp của các yêu cầu kỹ thuật trên do vậy giải pháp mạ kết hợp hai hay nhiều kim loại để lớp mạ có được những đặc tính ưu việt của từng kim loại tạo nên lớp mạ Quá trình phát triển của mạ hợp kim đã tạo ra được khoảng 300 lớp mạ hợp kim khác nhau Điều kiện để các kim loại có thể cùng nhau tạo ra lớp mạ hợp kim là: các kim loại phải kết... Tìm hiểu về phương pháp mạ điện phân, tìm hiểu về ứng dụng của lớp mạ và các dung dịch mạ cụ thể đối với các kim loại niken, kẽm, sắt, crôm, vàng, bạc; ứng dụng của lớp mạ và dung dịch mạ của các hợp kim của đồng, bạc, vàng, kẽm, niken, sắt, coban 3 Tìm hiểu tổng quan về phương pháp mạ hóa học Tìm hiểu về các dung dịch mạ hóa học cụ thể đối với các kim loại đồng, niken, crôm, bạc, paladi 4 Đánh giá... Mạ đồng hóa học [1,4,5] Mạ đồng hóa học là phương pháp thông dụng nhất trong việc kim loại hóa chất dẻo Bởi vì mạ đồng hóa học có độ bền và độ đàn hồi tốt hơn các kim loại khác Mạ đồng hóa học thường sử dụng để chế tạo các mạch in, các gương đồng, chế tạo các thiết bị của ôtô… Để kim loại hóa, trước tiên phải mang môt lớp dẫn dòng điện (đồng hoặc niken) bằng phương pháp hóa học sau đó phủ một lớp mạ. .. dịch, thường sử dụng các chất lưu huỳnh như là PbS, SnS, thioure… Quá trình mạ niken hóa học chỉ xảy ra trên bề mặt kim loại xúc tác: sắt, nhôm, coban, paladi…đối với các kim loại không có tác dụng xúc tác như đồng , sắt thì ta có thể cho các kim loại đó tiếp xúc rất nhanh với các kim loại này 3.2.3 Mạ bạc hóa học [3,5] Mạ bạc hóa học được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp sản xuất gương Việc khử bạc tiến... chiều (mạ điện hay gọi tắt là mạ) trong nhiều trường hợp lớp mạ không đều đối với các chi 27 tiết phức tạp có rãnh sâu, hay ở vị trí các lỗ Và mạ điện không thể áp dụng đối với các vật cần mạ là các vật không dẫn điện như chất dẻo, gốm sứ, thủy tinh, vải… Mạ hóa học có thể giải quyết được những vấn đề đó Lớp mạ hóa học ít rỗ hơn mạ điện và có độ đồng đều cao hơn Mạ hóa học là quá trình khử ion kim loại. .. đó thì các kim loại phải có thế phóng điện gần nhau Tuy nhiên những cặp các kim loại như vậy là không nhiều Có thể tạo ra sự tương đương về thế phóng điện của các kim loại nhờ tạo thành các phức kim loại có thế phóng điện xấp xỉ nhau hoặc sử dụng các chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt này kìm hãm quá trình kết tủa của các kim loại có thế phóng điện cao hơn và làm cho cac kim loại này có... tiết mạ: Men+ + ne Me Trong đó: n là hóa trị của kim loại Quá trình trao đổi điện tử này xảy ra trong dung dịch do phản ứng với một chất nhận điện tử khác (chất khử) chứ không phải do dòng điện ngoài Dựa vào quá trình hóa học người ta phân ra hai phương pháp mạ hóa học: 3.1.1.Phương pháp tiếp xúc (ngâm) Kim loại của chi tiết mạ ngâm vào dung dịch muối của kim loại có thế điện cực dương hơn Lớp mạ kết... hóa học bao gồm các thành phần sau: Thiếc clorua (SnCl2.H2O) Thioure (NH2CSNH2) Axit clohidric (HCl) Axit sunfuric (H2SO4) Axit tactaric Muối ăn Muối senhet iso octyl phenyl polietoxycacbinol KẾT LUẬN Trong phần báo cáo đã thực hiện được các công việc sau 34 1 Tìm hiểu tổng quan về mạ kim loại, quy trình cơ bản và tóm tắt về các nguyên công của các phương pháp mạ nói chung 2 Tìm hiểu về phương pháp mạ. .. phản ứng và tính chất của sản phẩm 29 3.2.2 .Mạ niken hóa học [3,5] Mạ niken hóa học được ứng dung rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nó cạnh tranh với mạ điện niken Lớp mạ niken hóa học có độ đồng đều cao, cứng, chịu mài mòn, chống ăn mòn…lớp mạ niken hóa học và lớp mạ điện phân niken khác nhau ở các tính chất cơ lý của chúng Thành phần dung dịch mạ niken hóa học bao gồm các thành phần sau: - Muối niken,