Thiết kế dây truyền mạ tự động mặt nạ xe máy dream

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ điện 19

3.1 Ảnh hưởng của thành phần chất điện giải 19

3.2 Ảnh hưởng của chế độ điện phân 22

3.3 Ảnh hưởng của vật liệu nền : 24

3.4 Ảnh hưởng của sự thoát Hydro : 26

2 Thông số các quá trình gia công : 37

3 Thuyết minh dây truyền mạ 42

4 Tính Toán 42

4.1 Diện tích sản phẩm: 42

4.2 Chế độ làm việc của phân xưởng: 42

4.3 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng: 43

4.4 Chọn đơn vị tải 44

4.5 Tính thời gian mạ và thời gian gia công các bể mạ : 45

4.6 Tính toán thông số cơ bản của dây chuyền : 50

4.7 Tính kích thước bể 57

4.8 Thông số các chỉnh lưu 62

4.9 Tính toán gia nhiệt 66

4.10 Tiêu hao hóa chất 73

4.11 Xác định thông gió 81

4.12 Tính tiêu tốn điện năng 89

4.13 Tính tiêu tốn nước rửa 92

4.14 Hệ thống xử lý nước thải : 98

Phần III : KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Lời mở đầu

Ngày nay công nghệ mạ có vai trò hết sức quan trọng trong các ngành côngnghiệp như ngành: sản xuất ô tô, xe máy, điện tử, vi tính, thiết bị vệ sinh ,thiết bịgia dụng…Và để tăng các tính năng cho các sản phẩm như: trang trí, độ bền, độchịu mài mòn…thì ngành công nghiệp mạ điện ngày càng phát triển, lúc đầu làchỉ mạ một lớp lên bề mặt sản phẩm, sau đó là hai hay nhiều lớp mạ

Cùng với sự phát triển cao của kĩ thuật mạ trên nền kim loại, người ta cũngnghiên cứu ra nhiều phương pháp để tạo lớp phủ kim loại lên những nền khôngdẫn điện hoặc bán dẫn Những năm gần đây chứng kiến sự thành thành côngvượt bậc đó và đã có rất nhiều sản phẩm loại này được bán trên thị trường Vậtliệu nhựa được mạ kim loại có rất nhiều ưu điểm mà các vật liệu kim loại kháckhông sánh được như rẻ, nhẹ, có tính chất hóa lý, vật lý đặc biệt…

Trong bản đồ án này em thực hiện thiết kế dây chuyền mạ tự động mặt nạ xemáy Dream trên nền nhựa ABS

Công suất: 63000 m2 / năm

Nội dung:

1 Tính toán:

- Các bể, kích thước.- Thông số các chỉnh lưu.- Gia nhiệt.

- Hóa chất tiêu hao.- Nước, điện tiêu hao.- Hệ thống xử lý nước thải.2 Vẽ:

- Mặt bằng (A0).

- Bể rửa, bể mạ Ni hóa,Cu, Ni, Cr (A1).

- Khung treo vật mạ (A3)

- Hệ thống xử lý nước thải (A3)

Phản ứng catot: MLmn+ + ne = M + mL (1.1)Phản ứng anot: R - ne = On+ (1.2)

Phản ứng tổng: MLmn+ + R = M + mL + On+ (1.3)

Hai phản ứng (1.1) và (1.2) xác lập nên thế mạ hoá học, được gọi là thế hỗnhợp.Hình vẽ thể hiện khái niệm thế hỗn hợp dùng để mô tả nguyên tắc phản ứng mạhoá học.

Hình 1 - Đồ thị điện thế hỗn hợp (Trong đó i: dòng điện thực; ia: dòng điện anot; ic: dòng điện catot; ipl: dòngđiện mạ hoá học tại thế hỗn hợp Epl)

Theo cách hiểu này thì phản ứng tổng được xem là một tổ hợp đơn giản của haiphản ứng riêng phần được xác định một cách độc lập Thực ra quá trình mạ hoá họcxảy ra phức tạp hơn nhiều so với cơ chế trình bày ở trên do các phản ứng riêng phầnkhông xảy ra một cách độc lập mà còn tương tác và phụ thuộc lẫn nhau, ngoài ra còncó các phản ứng phụ xảy ra đồng thời Do đó, các đường riêng phần trên sẽ biến dạngvà trở nên phức tạp hơn nhiều so với đường ghép đơn giản từ hai phản ứng độc lậpnhư trên hình 1 Mặc dù vẫn còn những hạn chế trên, thuyết thế hỗn hợp vẫn là côngcụ tốt trong việc nghiên cứu quá trình mạ hoá học.

 Cơ chế tổng quát

Nhìn chung, quá trình mạ hoá học xảy ra rất phức tạp, đa dạng vì nó còn phụ thuộcvào đặc điểm của từng hệ mạ và từng loại chất khử khác nhau Tuy nhiên, chúng vẫncó một số điểm chung là:

 Quá trình mạ hoá học luôn kèm theo hiện tượng thoát khí hydro.

 Các kim loại có khả năng mạ hoá học được đều có khả năng xúc tác quá trìnhnhận - tách hyđro.

 Các chất làm ngộ độc phản ứng nhận - tách hydro như thioure (TU),mercaptobenzotiazol (MBT)… có khả năng làm ổn định dung dịch mạ hoá học. Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kích hoạt khi tăng pH.

 Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kích hoạt khi tăng nhiệt độ.

Từ các đặc điểm đó, người ta xây dựng thành một cơ chế tổng quát chung cho mọiquá trình mạ hoá học như sau [6]:

 Quá trình anot

Tách hydro: RH → R + H (1.4)Oxi hoá: R + OH → ROH + e (1.5)Kết hợp: H + H → H2 (1.6)Oxi hoá: H + OH → H2O + e (1.7)

 Quá trình catot

Kết tủa kim loại: Mn+ + ne → M (1.8)Thoát hydro: 2H2O + 2e → H2 + 2OH (1.9)

Trong đó: RH là chất khử, chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại mạ, phân ly thànhgốc R và nguyên tử hydro theo phản ứng (1.4), e là điện tử cần thiết để khử ion kimloại thành kim loại, được R ở (1.5) và H ở (1.7) cung cấp, H2 - khí hydro thoát ra docác nguyên tử hydro hấp phụ kết hợp lại ở (1.6) và do phản ứng (1.9) Sản phẩm củachất khử sau phản ứng (như P từ hypophotphit, B từ dimetylamin boran…) tham giavào thành phần lớp mạ.

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng mạ hoá học

 Nhiệt độ :

Nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh đến tốc độ mạ hoá học, rõ nhất là trường hợp mạniken hoá học trong dung dịch axít Khi nhiệt độ chưa vượt quá 700C quá trình kết tủaniken xảy ra chậm, nhưng khi nhiệt độ lên trên 700C lập tức tốc độ mạ tăng vọt và đạtgiá trị 20 µm/h tại 920C, còn trên 920C dung dịch sẽ không bền vững nữa, lúc ấy kimloại kết tủa cả lên đồ gá, thậm chí trong toàn khối dung dịch.

Hình 2 - Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ mạ

Tốc độ kết tủa tăng theo nhiệt độ với quy luật hàm mũ, do vậy nhiệt độ mạ nikenhoá học càng cao càng tốt (nhưng phải nhỏ hơn nhiệt độ điểm sôi của dung dịch) Hìnhvẽ cho thấy rằng giảm nhiệt độ đi 10oC (từ 100oC xuống đến 90oC) làm giảm 52,5%tốc độ mạ và tốc độ mạ hoá học thấp nhất ở nhiệt độ phòng Tuy nhiên cần chú ý là

khi tăng nhiệt độ, tốc độ tạo ra hydro theo phản ứng (1.12) tăng lên đáng kể, do đó khảnăng tự phân huỷ cũng tăng lên Chính vì vậy cần khống chế tương đối chính xác nhiệtđộ trong quá trình mạ.

Cũng cần lưu ý rằng khi thay đổi nhiệt độ thường dẫn đến thay đổi hàm lượngphotpho trong lớp mạ do đó làm thay đổi tính chất dẫn điện, cơ lý và cấu trúc của lớpmạ.

 Ảnh hưởng của pH

pH dung dịch có ảnh hưởng đến hiệu số điện thế giữa các phản ứng anốt và catốt,mà điện thế này lại ảnh hưởng mạnh đến tốc độ mạ Cụ thể khi pH tăng, tốc độ mạtăng Tuy nhiên khi pH tăng quá cao sẽ xuất hiện kết tủa trong toàn khối dung dịchnguyên nhân là tại pH cao xuất hiện các hạt rắn trong dung dịch (như niken photphit,đồng hydroxít ) Các hạt này sẽ trở thành các trung tâm hoạt động, dẫn đến các phảnứng tạo bột kim loại trong dung dịch, kết quả là toàn bộ ion kim loại trong khối dungdịch đồng loạt bị khử thành bột kim loại.

Đặc điểm cần lưu ý là hàm lượng P trong lớp mạ giảm khi tăng pH thêm vào đó ,khả năng hoà tan của Niken photphit giảm khi tăng pH Hơn nữa kết tủa Nikenphotphit không tan có khả năng gây ra hiện tượng tự phân huỷ dung dịch,do đó pHdung dịch không được quá cao.

 Chất khử:

Ảnh hưởng của chất khử thường phụ thuộc vào pH của dung dịch Lấyhypophotphit làm ví dụ, nó là chất khử rất mạnh trong môi trường axít Trong khi đóformaldehyt có tính khử rất mạnh trong dung dịch kiềm nhưng lại không có tính khửtrong dung dịch axít Chất khử ảnh hưởng đến quá trình xúc tác và mức độ xúc tác chocác kim loại Các chất khử khác nhau sẽ thích hợp với các ion kim loại khác nhau.

Nhằm đánh giá khả năng xúc tác của các kim loại đối với quá trình khử hyđro củacác chất khử, người ta có thể dựa trên tiêu chí điện thế khử hyđro của các chất khử trêncác kim loại đó Khi tốc độ phóng điện không đổi, hoạt tính xúc tác của kim loại càngcao khi điện thế khử càng lớn Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm đo điện thế sử dụng

mật độ dòng i= 10-4A/cm2, tác giả Izumi Ohno, Osamu Wakabayshi qua nghiên cứu đãthiết lập được dãy hoạt tính xúc tác của các kim loại như sau :

NaH2PO2: Au > Ni > Pd > Co > PtHCHO: Cu > Au > Ag > Pd >Ni > CoNaBH4: Ni > Co > Pd > Pt > Au > Ag > CuDMAB:Ni > Co > Pd > Au > Pt > Ag

Lựa chọn chất tạo phức phù hợp là rất quan trọng vì các phức này có ảnh hưởng rõrệt tới cơ chế của quá trình Các chất tạo phức thường dùng là các axit hydroxycacboxylic và muối của chúng Ngoài tác dụng tạo phức chúng còn có thể đóng vai tròlà chất đệm, một số trường hợp khác lại có vai trò của chất tăng tốc Ví dụ : axit lactictrong dung dịch mạ hóa học thực hiện 3 chức năng tạo phức, chất đệm và chất tăngtốc Trong khi đó axit suxinic hoạt động chủ yếu như một chất tăng tốc và axit maleicchỉ là chất tạo phức.

3 Mạ Ni hóa học

3.1 Cơ chế mạ Ni hóa học

Các phản ứng tổng diễn ra trong quá trình mạ hoá học niken:NiCl2 + Na(H2PO2) + HOH = Ni + 2HCl + NaH(HPO3) (1)Na(H2PO2) + HOH = NaH2PO3 + H2 ↑ (2)

Có thể thấy từ các phương trình trên, các ion Ni2+, bị khử thành kim loại tạo thànhlớp mạ, hypophotphit bị oxy hoá thành photphit Phản ứng sinh ra axit và pH của bểgiảm đi trong quá trình mạ Khi pH của dung dịch giảm, hiệu suất khử củahypophotphit thấp, do vậy tốc độ phản ứng chậm xuống Khi pH hạ xuống tới mộtmức nhất định sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại vừa kết tủa:

Ni + 2HCl → NiCl2 + H2↑ (3)

Để khắc phục hiện tượng pH không ổn định trong quá trình mạ, nói chung cần sửdụng chất đệm trong dung dịch mạ Với các phản ứng tổng diễn ra như (1) và (2), cáccơ chế khác nhau đã được đề xuất Dưới đây giới thiệu một số cơ chế tiêu biểu nhất:

a) Cơ chế Gutzeit

Theo cơ chế này, trên bề mặt xúc tác Ni sẽ hình thành ion metaphotphit (PO2-) vànguyên tử H theo phản ứng (4) Nguyên tử H này hấp phụ lên trên bề mặt và thành tácnhân khử cực mạnh, khử ion Ni2+ thành Ni kim loại (phản ứng (5) và đồng thời ionPO2- phản ứng với nước tạo ra ion octophotphit (HPO3)2- (phản ứng (1.16))

(H2PO2)- + Ni (xúc tác) → PO2- + 2H (xúc tác) (4)

NiCl2 + 2H (xt) → Ni0 + 2H+ (5)(PO2)- + HOH → (HPO3)2- + H+ (6)

Có thể thấy rằng bề mặt Ni mới sinh ra từ phương trình (5) được tạo ra liên tục vàlà chất xúc tác để khử hydro (phương trình (4)), do vậy phản ứng diễn ra là tự xúc tác.Quá trình này hoàn toàn giống với quá trình khử hyđro trên bề mặt Pd kim loại, dovậy một khi nguyên tử Ni đầu tiên hình thành trên bề mặt Pd, các phản ứng tạo Ni tiếptheo sẽ xảy ra liên tục thành chuỗi dẫn đến hình thành màng Ni trên bề mặt nhựa Cầnlưu ý rằng ion (H2PO2)- và (H2PO3)- cũng bị nguyên tử H khử thành P nguyên tố nênlớp mạ Ni hoá học luôn chứa P (phản ứng (7)) và khí H2 luôn tạo thành do các nguyêntử H tương tác với nhau (phản ứng (8)).

1- Phân huỷ có tính xúc tác của ion hypophosphit (H2PO2)- giải phóng H.

2- Ion Ni2+ được hoạt hóa từ năng lượng giải phóng ion hydro và nhờ nănglượng này Ni2+ phản ứng với ion H2PO2- tạo ra Ni kim loại.

c) Cơ chế Hersch

Theo cơ chế này, hypophotphit không tạo ra nguyên tử H mà sẽ tương tác với Otạo raion hydit H- Ion hydit này sau đó sẽ tương tác với Ni2+ để hình thành Ni Ôngđưa ra đặc tính tương đồng đáng chú ý của 2 chất khử (2 chất khử đó là H- và H) Cácphản ứng đưa ra trên cơ sở giả thuyết này:

2-(H2PO2)- + O2-→ (HPO3)2- + H- (9)H- + H+→ H2 (10)H-+ Ni2+ → H+ + Ni (11)

3.2 Các tính ch t c a l p m Ni hoá h cấ ủ ớạọ :3.2.1 Các tính chất vật lý

a Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của lớp mạ Ni hoá học phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử và độ xốp của lớp mạ Ngoài ra khối lượng riêng còn thay đổi theo hàm lượng hợp kim (ví dụ thay đổi theo thành phần P hay B có trong lớp mạ NiP hay Ni-B hình 6).

Các tính chất vật lý của lớp phủ Ni hóa học được tổng kết trên bảng 1.

Có thể thấy về cơ bản khối lượng riêng giảm tuyến tính khi tăng hàm lượng P trong lớp phủ Ni-P (hoặc lớp phủ Ni-B) Nguyên nhân là do số lượng các nguyên tử P tăng lên trong không gian giữa các nguyên tử Ni.

Mặt khác cũng cần lưu ý là khối lượng riêng của lớp phủ Ni cấu trúc tinh thể thường lớn hơn của lớp phủ Ni hoá học cấu trúc vô định hình Nguyên nhân là do khônggian giữa các hạt tăng lên đáng kể khi xuất hiện biên giới hạt, mà cấu trúc vô định hình lại chứa đáng kể số lượng hạt cũng như đường biên giới các hạt

b Điện trở suất (ρ)

Điện trở suất của lớp phủ mạ Ni hóa học cao hơn của lớp mạ Ni điện hoá, nguyên nhân do sự có mặt các nguyên tố hợp kim như P, B gây ra cấu trúc vô định hình có độ dẫn điện kém hơn cấu trúc tinh thể Xử lý nhiệt sẽ làm diễn ra quá trình kết tinh pha vôđịnh hình và tạo ra các tinh thể dạng NixPy trong nền vô định hình, do đó làm giảm điện trở suất của lớp mạ Các nghiên cứu cho thấy điện trở suất giảm rất nhanh trong giải nhiệt độ diễn ra quá trình kết tinh.

c.Hệ số giãn nhiệt

Khi xử lý nhiệt, quá trình kết tinh diễn ra và hình thành các pha kim loại, đồng thờidiễn ra sự thay đổi hệ số giãn nở nhiệt Lớp phủ Ni hóa học có chứa 11 đến 12% P thìco ngót khoảng 11% sau chu trình xử lý nhiệt ở 300oC- làm lạnh nhanh tại nhiệt độphòng Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng co ngót là do sự thay đổi cấu trúc Điểm

đáng chú ý là sau chu trình gia nhiệt và làm nguội thứ 2, thì độ co ngót chỉ còn là0.013%, điều này cho thấy cấu trúc tinh thể có xu hướng ổn định hơn

Bảng 1 – Các tính chất vật lý của chất phủ EN

Thành phần hợpkim

Khối lượng riêng(g/cm3)

Điện trở suất(µohm.cm)

Hệ số giãn nở nhiệt(µm/m/oK)

-Hình 3 - Ảnh hưởng của thành phần hợp kim đến khối lượng riêng của

3.2.2 Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ niken hóa học

Lớp phủ niken hóa học có khả năng bảo vệ chống ăn mòn bề mặt kim loại rất tốt.Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ niken hóa học là do độ xốp nhỏ Ngoài ra, do cấutrúc vô định hình, lớp phủ này có tính chất bền hóa với nhiều loại dung dịch và đặcbiệt bền trong điều kiện khí quyển Chính vì vậy, có thể tiết kiệm đáng kể chi phínhiều loại thiết bị bằng cách thay thế thép không gỉ bằng thép thường phủ lớp nikenhóa học Đôi khi các chi tiết thép không gỉ vẫn được phủ niken hóa học khi cần hạnchế hiện tượng ăn mòn lỗ của loại thép này.

3.2.3 Các tính chất cơ của lớp phủ niken hóa học

Các tính chất cơ của lớp phủ niken hóa học thay đổi theo hàm lượng P trong hợpkim Có thể thấy rằng lớp phủ niken hóa học tương đối cứng, nhưng có độ giòn cao.Độ dẻo lớp phủ thấp do cấu trúc vô định hình của hợp kim NiP

Bảng 2 - Các tính chất cơ của lớp phủ hóa học

Thành phầnhợp kim(% P)

Mô đun đàn hồi Ứng suất căng Độgiãndài%

1 đến 35 đến 77 đến 910 đến 12

 Mô đun đàn hồi

Mô đun đàn hồi có giá trị lớn nhất trong khoảng giá trị 5 – 7%P Một số nghiêncứu đã cho thấy với lớp phủ EN có hàm lượng P là 5% thì mô đun đàn hồi có giá trịthấp hơn rất nhiều Tuy nhiên với lớp phủ EN có 9 %P thì mô đun đàn hồi là 50GPa

 Ứng suất nứt

Từ bảng 2 có thể thấy rằng ứng suất nứt của lớp phủ niken hóa học hàm lượng Pthấp thường thấp hơn so với của lớp phủ thành phần P cao (độ vô định hình cao) Cácthí nghiệm của Graham, Lindsay và Road đo cơ tính của lớp phủ niken hóa học trongdung dịch kiềm cho thấy ứng suất nứt thay đổi rất nhanh khi hàm lượng P thay đổi từ5-7% Đối với lớp phủ EN chứa >7% P, ứng suất nứt khoảng 650 – 850 MPa, trongkhi lớp phủ EN 5% P có ứng suất nứt khoảng 350 – 500 Mpa Ứng suất nứt có thểđược cải thiện bằng xử lý nhiệt bề mặt.

1 Lý thuyết chung

Mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tínhchất cơ , lý , hóa… đáp ứng được các yêu cầu mong muốn Lớp mạ điện có thể đểtrang sức , để bảo vệ ,chống ăn mòn , tăng cứng , phục hồi kích thước…

Điện năng được cung cấp bằng nguồn điện một chiều.Chi tiết mạ là catôt được nốivới cực âm của nguồn, là nơi xảy ra quá trình khử.Anôt nối với cực dương của nguồnđiện là nơi xảy ra quá trình oxy hoá.

Anôt dùng trong mạ điện có thể là anôt hoà tan hoặc anôt không hoà tan,phần lớn là dùng anôt hoà tan như trong quá trình mạ: Cu, Ni, Zn…Chỉ có mộtsố trường hợp là dùng anôt không hoà tan như trong mạ Cr, dùng anôt chì (5%-8% Sb) không hoà tan.

2 Quá trình mạ điện

2.1 Quá trình Catot

a Quá trình chính :

Dung dịch mạ thường là muối của các kim loại trong môi trường kiềm hay axit, vìvậy khi mạ từ dung dịch nước có chứa muối kim loại tương ứng quá trình quá trìnhđiện hoá xảy ra như sau:

Chính những quá trình phụ này làm cho hiệu suất dòng điện catôt của ion kim loạimạ là H<100%.

2.2 Quá trình Anot :

a Đối với Anot hòa tan :

- Quá trình chính: Me  Me+n + ne (5)- Quá trình phụ:

+ Môi trường axit và trung tính.

b Đối với Anot không hòa tan :

+ Môi trường axit hoặc trung tính: 2H2O  O2 + 4H+ + 4e

+ Môi trường kiềm: 4OH- 2H2O + O2 + 4e.

Ngoài ra còn có quá trình oxy hoá anion từ hoá trị thấp lên hoá trị cao:Me  Me+n + ne.

Nếu dùng anôt hợp kim thì quá trình anôt là sự hoà tan đồng thời của các cấu tửkim loại tạo lên anôt đó.

Một số anôt còn có hiện tượng tự hoà tan trong dung dịch mạ như mạ kẽm trongdung dịch sunphát… Trong các trường hợp này ngoài quá trình (1), (2), (3), (4), (5),(6),(7) còn có quá trình hoà tan hoá học , quá trình này làm cho hiệu suất anôt luônluôn lớn hơn 100%.

n.Me + nH+ Men+ + nH2

Khi dùng anôt hoà tan, nhiều kim loại không hoà tan triệt để, hay tạo tro mùn anôtlàm vẩn đục dung dịch và lớp mạ bị gai cây Khắc phục bằng cách chọn anôt hoà tanhoàn toàn hoặc lọc dung dịch thường xuyên hoặc dùng vải bọc anôt.

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ điện

3.1 Ảnh hưởng của thành phần chất điện giải

Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung dịch muối đơn hoăc dung dịchmuối phức cùng với chất hoạt động, phụ gia khác.

a Dung dịch muối đơn.

Dung dịch muối đơn còn gọi là dung dịch axit Cấu tử chính của dung dịch này làmuối của kim loại mạ với các axit vô cơ, hoà tan nhiều và phân ly hoàn toàn thành iontự do trong dung dịch nước Vì vậy khi tiến hành điện phân bình thường thì:

 Do nồng độ của cation dồi dào nên phân cực của nồng độ không lớn lắm. Do cation chỉ có vỏ hydrat lên phân cực hoá học nhỏ (trừ Fe, Ni, Co).

Chính vì vậy khi mạ thường thì phân cực catôt thấp, lớp mạ thu được với tinh thểthô, to, lớp mạ sần sùi, chiều dày không đều Nhưng riêng với nhóm Ni, Cr, Fe dòngtrao đổi io của kim loại này nhỏ, do vậy tốc độ tạo mầm lớn hơn tốc độ phát triểnmầm, quá thế kết tinh lớn làm quá thế catôt lớn, lớp mạ bóng mịn, tinh thể nhỏ và sítchặt, chất lượng lớp mạ cao ngay từ dung dịch mạ muối đơn.

Các dung dịch mạ muối đơn cho hiệu suất cao và càng cao khi dòng điện càng lớn,tốc độ mạ cao Thường dùng để mạ cho các vật mạ có hình dạng đơn giản.

b Dung dịch muối phức

Khác với các dung dịch muối đơn, ở các dung dịch muối phức ion kim loại phóngđiện với phân cực catôt lớn, điện thế phóng điện dịch chuyển về hẳn phía âm so vớiđiện thế cân bằng, cho nên lớp mạ thu được có cấu trúc tinh thể nhỏmịn, sít chặt, dàyđều.

Ion phức được hình thành ngay từ pha chế dung dịch từ các cấu tử ban đầu Lúc đócác cation kim loại kết hợp với các lygan tạo thành các ion phức Ion kimloại mạ là iontrung tâm trong nội cầu phức.

c Ảnh hưởng của nồng độ chất điện phân.

Nồng độ của cấu tử chính cung cấp ion kim loại mạ ảnh hưởng rất nhiều tới chấtlượng của lớp mạ.

Tăng nồng độ ion kim loại kết tủa.

Lúc đầu khi mạ số mầm tinh thể sinh ra nhiều trên bề mặt catôt rất hoạt động vàdiện tích c`atôt tăng lên, nhưng đồng thời làm cho mật độ dòng thực giảm xuống làmngưng trì trệ sự phát triển của nhiều tinh thể, chỉ một số tinh thể phát triển mạnh phủlấp các tinh thể còn lại kém phát triển Do đó thu được lớp mạ tinh thể thô to, xốp.

Mặt khác theo phương trình điện thế điện cực.

Tăng nồng độ của ion kim loại kết tủa thì điện thế điện cực giảm xuống làm phâncực catôt nhỏ dẫn tới lớp mạ có tinh thể to, xốp.

Nhưng tăng nồng độ ion kim loại mạ thì độ dẫn điện tăng, tốc độ mạ lớn, tăng mậtđộ dòng điện mạ sẽ tăng được phân cực catôt nên thu được lớp mạ có cấu trúc tinh thểnhỏ mịn.

Khi tăng nồng độ ion kim loại kết tủa mà các yếu tố khác không thay đổi thì lớpmạ thu được thô, xốp, tinh thể to.

Nồng độ ion kim loại giảm thì làm tăng phân cực catôtnên thu được lớpmạ mịn, sítchặt, tinh thể nhỏ Nhưng không thể giảm một cách tuỳ ý vì khi giảm nồng độ sẽ làmđộ dẫn điện của dung dịch giảm, thu hẹp khoảng mật độ dòng điện mạ (igh giảm), tốcđộ mạ chậm và đặc biệt là lớp mạ sẽ bị gai cây hoặc cháy.

Vì vậy khi tăng hay giảm nồng độ ion kim loại mạ thì đều có các ưu điểm vànhược điểm Để tận dụng các ưu điểm này ta tìm cách để giảm hoạt độ của ion kimloại phóng điện xuống bằng cách dùng ion phức.

d Ảnh hưởng của chất đệm.

Để thu được lớp mạ đẹp đồng đều ta phải khống chế chế độ điện phân như: Dc, tovà pH Nhiều dung dịch mạ chỉ làm việc trong 1 khoảng pH nhất định, nên khi mạngười ta thường dùng các chất đệm cho vào thành phần dung dịch mạ để khống chếpH Các chất đệm có thể là các axit yếu như: H3PO3, phèn nhôm, NH4Cl…hoặc cácchất hữu cơ như axit nitric.

Một số chất đệm tốt sẽ giúp cho dung dịch không bị vẩn đục do sinh ra hiđroxit khipH tăng cao, hoặc giảm lượng khí H2 sinh ra khi pH giảm xuống, các hyđroxit vàhyđrô sinh ra làm cho lớp mạ kém chất lượng, rỗ nhiều.

e Chất dẫn điện.

Chất dẫn điện được cho vào dung dịch để tăng độ dẫn điện của dung dịch, chúngkhông tham gia vào quá trình dẫn điện ở catôt hay anôt mà chỉ có tác dụng chuyểnđiện tích vào trong dung dịch, giảm điện thế bể, giảm nhiệt jun thoát ra và do đó cókhả năng mạ ở dòng điện cao hơn.

Các chất dẫn điện này có thể là các axit hoặc các muối của kim loại kiềm, kiềm thổmà có anion cùng với anion của mỗi kim loại kết tủa.

Một chất dẫn điện tốt sẽ làm cho lớp mạ không bị cháy khi mạ ở mật độ dòng điệnlớn, có khả năng làm tăng phân cực catôt, giảm phân cực anôt nhất là khi nồng độ củaion kim loại mạ cao, hoặc có khả năng đệm Do đó mà lớp mạthuđược có chất lượng tốthơn.

f Chất bóng.

Chất bóng là chất giúp cho lớp mạ tăng độ bóng hoặc tăng cơ tính cho lớp mạ,chúng thường là các chất hữu cơ hoặc vô cơ và ngày càng được sử dụng rộng rãi trongngành mạ.

Người ta chia chất bóng làm 2 loại:

 Chất bóng loại 1

Chất này chỉ cho lớp mạ có độ bóng cao khi nền có độ nhẵn khá cao.Một số chất cókhả năng giảm ứng suất nội Tác dụng làm bóng như sau: tạo điều kiện sinh ra tinh thểnhỏ mịn, làm đồng đều tinh thể và định hướng một mặt nào đó của tinh thể song songvới bề mặt catôt do đó bề mặt mạ trở nên nhẵn bóng.

Phân tử của các chất bóng này có chứa nhóm =C-SO2-, công thức tổng quát là R1 –SO2 – R2 Trong đó R1 là vòng thơm có một hay nhiều vòng nối đôi như Benzen,toluene…, R2 là các nhóm chức như: -OH, -NH2, =NH,…

Các chất điển hình là: disunfanaptalen, elylen, Sufomic.

 Chất bóng loại 2

Chất bóng này còn gọi là chất san bằng cho độ bóng của lớp mạ cao ngay cả khinền chưa đạt độ bóng như yêu cầu, nhưng làm tăng ứng suất nội và độ giòn của lớpmạ.Vì vậy ta có thể dùng kết hợp với chất bóng loại 1.Nhờ đó có khả năng làm giảmứng suất nội hoặc cho ứng suất nội ngược chiều với ứng suất nội của chất san bằng gâyra để triệt tiêu ứng suất.

Cơ chế làm bóng như sau: chất san bằng tập trung vào các điểm lồi vĩ mô của catôt,cản trở kết tủa tại các đỉnh đó, nhờ vậy mà các điểm lõm, xước có cơ hội lấp đầy, sanbằng.

Các chất san bằng thường là các chất hữu cơ có chứa 1 hay nhiều nối đôi và trongphân tử có chứa các nhóm: >C=0, >C=C<, -C=C-, >C=S, -N=N-.

Nhóm chất san bằnghoạt động có đồng thời cả 2 tính chất làm bóng và san bằng.Hiệu quả nhất là những chất trong phân tử có đồng thời 2 hay nhiều nhóm trên.Cácchất san bằng quen thuộc là: 1,4-butadiol, tiure, cumarin… Các chất bóng tiêu thụtrong quá trình mạ và được bổ xung định kì đồng thời phải khống chế nhiệt độ, pH, vàthành phần dung dịch sẽ phát huy cao hiệu quả của chất bóng.

g Chất thấm ướt.

Chất thấm ướt có tác dụng thấm ướt bề mặt vật mạ, làm giảm sức căng của các bọtkhí thoát ra trên lớp mạ làm cho các chất khí thoát nhanh tránh hiện tượng làm rỗ lớp

mạ Các chất thường dùng trong bể mạ Ni như: laurin sunphat, alkylsunphat, rượuetylic…

3.2 Ảnh hưởng của chế độ điện phân.

Trong công nghệ mạ hiện nay, để tăng cường quá trình mạ, thường các dụng dịchmạ có nồng độ của ion kim loại mạ lớn, mạ ở mật độ dòng cao Để thu được lớp mạ cóchất lượng cao thường dùng nhiều loại phụ gia, chất bóng, tiến hành mạ trong bể cónhiệt độ cao và khuấy trộn dung dịch Mỗi loại dung dịch mạ đều có một chế độ mạthích hợp riêng cho mình để thu được lớp mạ bóng mịn, sít chặt…

a Mật độ dòng điện.

Tăng mật độ dòng điện sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, sít chặt và rất đồngđều, cùng một lúc nhiều mầm tinh thể được sinh ồ ạt không chỉ ở cả những điểm lõm(có lợi thế) mà ngay cả trên bề mặt phẳng (ít lợi thế hơn) của tinh thể Mặt khác, khimạ ở mật độ dòng điện cao làm tăng phân cực catôt do các ion trong dung dịch sát bềmặt catôt bị nghèo nhanh, tạo điều kiện sinh ra lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn Tuy nhiênmật độ dòng điện cao quá gần dòng giới hạn thì cũng không được vì lớp mạ thu đượcsẽ bị cháy hoặc gai cây, hydro thoát ra nhiều làm giảm hiệu suất mạ, làm lớp mạ bị rỗ,dòn hydro.

Giảm mật độ của dòng điện thì tốc độ mạ sẽ chậm, kết tủa gồm các tinh thể thô tokhông đều Vì vậy mà mỗi dung dịch mạ đều có một khoảng mật độdòng điện làmviệc, khoảng này càng rộng thì càng dễ thu được lớp mạ đồng đều.

Ngày nay kĩ thuật dòng xung được đưa vào để mạ điện, phương pháp mạ rất hiệuquả, lớp mạ thu được tinh thể nhỏ mịn, sít chặt, rất đều Dòng xung được sử dụngtrong vài ba giây hoặc đến 30 giây đầu tiên với mật độ dòng điện cao gấp 2 ÷ 3 lần sovới dòng bình thường hoặc cao hơn Trong thời gian đó, một loạt các tinh thể sinh rađều khắp các bề mặt mạ, cả các chỗ khuất, khe lỗ, trên bề mặt, khắc phục được hiệntượng lỏi trong khi mạ cho các vật có hình thù phức tạp Dòng xung thường được ápdụng trong mạ Gr, Zn, Sn… Ngoài ra còn nhiều phương pháp mạ hiệu quả khác nhaucho tốc độ mạ, chất lượng lớp mạ cao như: mạ dòng đối cực, dòng không đối xứng,dòng không liên tục…

b Nhiệt độ.

Tăng nhiệt độ của dung dịch mạ làm tăng nồng độ của ion kim loại mạ trong dungdịch, tăng độ dẫn điện của dung dịch, giảm nguy cơ gây thụ động anôt Vì vậy chophép mạ ở mật độ dòng cao hơn, tốc độ mạ lớn hơn Nhưng tăng nhiệt độ của dungdịch thì quá trình phân li của ion phức, ion hydrat tăng nên làm giảm phân cực hóahọc, quá trình đối lưu được thúc đẩy làm giảm phân cực nồng độ, do đó làm giảm phâncực catôt.

Tăng nhiệt độ mà các yếu tố khác không đổi thì lớp mạ thu được có tinh thể thô,to.Nhưng nếu tăng kết hợp với các yếu tố khác như mật độ dòng điện… thì lại cho tốcđộ mạ lớn và tinh thể thu được rất nhỏ mịn.

c Sự ảnh hưởng của khuấy trộn dung dịch.

Trong quá trình mạ, nồng độ của ion kim loại mạ ở lớp dung dịch sát catôt nghèođi nhanh chóng Nếu như không kịp thời khôi phục lại thì sẽ gây ra phân cực nồng độquá lớn, kéo theo các bất lợi như sau:

 Không dùng được mật độ dòng điện cao Lớp mạ dễ bị gai, cây hoặc cháy

Dung dịch bị phân lớp nồng độ theo chiều sâu của dung dịch hay của catôt Ở catôttừ dưới nên dung dịch bị loãng dần dẫn đến lớp mạ khó đồng đều trên khắp vật mạ.Đểkhắc phục nhược điểm này cần phải khuấy trộn mạnh dung dịch để san bằng nồng độkịp thời trong toàn khối dung dịch, tăng hệ số khuếch tán của các ion kim loại tới bềmặt điện cực Nhưng nhược điểm của khuấy trộn dung dịch là làm giảm phân cựcnồng độ tạo điều kiện hình thành tinh thể thô, to, xốp dung dịch Vì vậy, để khắc phụcnhược điểm này, phải kết hợp với việc tăng nhiệt độ và mật độ dòng điện mạ, tạo điềukiện hình thành lớp mạ với tinh thể nhỏ mịn, sít chặt.Có thể khuấy trộn dung dịch bằngcách cho catôt chuyển động trong dung dịch hoặc sục khí nén, tuần hoàn dung dịchmạ…

3.3 Ảnh hưởng của vật liệu nền :

a Ảnh hưởng của trạng thái nền.

Trong kĩ thuật mạ điện, người ta rất quan tâm tới hai trạng thái nền bề mặt làđộnhẵn và độ sạch.

 Độ sạch:

Trước khi mạ bề mặt phải được gia công, xử lí bằng nhiều phương pháp như cơ học,hóa học, điện hóa… sao cho bề mặt không còn gỉ và các lớp màng ô xít mỏng mớihình thành ngay trong quá trình gia côngcũng như loại bỏ hoàn toàn dầu mỡ, các chấtbẩn khác.

Bề mặt của nền phải làm sạch như vậy mới giúp cho các nguyên tử kim loại mạliên kết trực tiếp với nền, tham gia vào cấu trúc của nền, cho độ gắn bám cao.

Nếu như thông số của chúng khác nhau không quá nhiều từ 2,5 ÷ 12,5% và bề mặthoàn toàn sạch thì độ gắn bám là đạt cực đại, sự lai ghép enpitaxi là rất hoàn hảo.

 Độ nhẵn:

Độ nhẵn của nền có ảnh hưởng rất lớn tới độ nhẵn bóng và vẻ đẹp bên ngoài củalớp mạ.Bề mặt nền nhám, xước nhiều quá thì phân bố dòng điện sẽ không đều.Ở cácchỗ lõm, rãnh sâu, mật độ dòng điện nhỏ tốc độ mạ chậm hoặc không mạ được, cácchỗ lồi mật độ dòng điện cục bộ lớn tốc độ mạ cao dễ làm cháy hoặc gai lớp mạ.Kếtquả là độ nhám của nền được khuếch đại lên sau khi mạ Vì vậy bề mặt nhẵn bóng thìmới thu được lớp mạ nhẵn bóng.

b Ảnh hưởng của bản chất kim loại nền.

Thông thường kim loại mạ và kim loại nền là hai kim loại có điện thế khácnhau.Nếu kim loại nền có điện thế dương hơn kim loại mạ thì khi bị ăn mòn lớp mạđóng vai trò anôt trong pin ăn mòn (kim loại mạ dung dịch nền) và bị ăn mòn.Còn kimloại nền được bảo vệ cho tới khi lớp mạ tan hết Vì vậy, tác dụng và khả năng bảo vệcủa nó phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày của nó, độ kín của lớp mạ tuy rất quan trọngnhưng không phải là chủ yếu Công nghệ điện kết tủa kim loại tạo lớp mạ anôt rất đơngiản, ví dụ mạ Zn lên nền sắt.

Nếu kim loại nền có điện thế âm hơn kim loại mạ thì tác dụng và khả năng bảo vệcủa nó phụ thuộc chủ yếu vào độ kín, còn chiều dày chỉ là thứ yếu Vì nếu có lỗ thủng

thì hiện tượngvipin sẽ tạo ra, trong đó nền với vai trò anôt sẽ bị phá hủy trước lớp mạ,làm lớp mạ nhanh chóng bóng ra khỏi nền Lớp mạ này gọi là lớp mạ catôt Công nghệđiện kết tủa kim loại tạo lớp mạ catôt thì khá phức tạp Ví dụ mạ Cu lên sắt, thép…Khi đưa các kim loại nền vào bể mạ, khi chưa áp dòng vào bể thì đã hình thành lớp mạhóa học ngay trên nền vật mạ, lớp mạ này tơi xốp do đó ngăn cản sự lai ghép của lớpmạ với kim loại nền, kết quả là lớp mạ bóng ra dễ dàng sau khi mạ.

Để khắc phục hiện tượng này phải áp dụng một trong các biện pháp sau:

- Dùng dung dịch phức để ion kim loại mạ phóng ở điện thế gần bằng hoặc âmhơn điện thế cân bằng của nền trong dung dịch ấy Ví dụ mạ đồng lên sắt théptừ dung dịch xyanua Dung dịch xyanua chuyển dịch điện thế phóng điện củađồng về phía âm khoảng 0,9 ÷ 1,0V so với dung dịch mạ sunphát.

- Mạ lót một lớp kim loại có điện thế trung gian giữa nền và lớp mạ catôt Ví dụmạ Ni (-0,23V) lên nền thép (-0,44V) rồi mạ đồng (+0,34) từ dung dịchsunphátchồng lên

- Thụ động bề mặt nền bằng phương pháp đặc biệt để làm điện thế của nó dươnglên rồi mạ lớp mạ catôt ví dụ mạ đồng từ dung dịch sunphát trực tiếp lên sắt vàthép đã được xử lí trong HNO3 đặc, hoặc trong dung dịch có tính ức chế thíchhợp.

- Lợi dụng phản ứng đẩy giữa kim loại nền (âm hơn) với kim loại mạ (dươnghơn) để giải phóng kim loại mạ Nếu tìm được điều kiện thích hợp thì lớp mạhóa học vẫn đạt yêu cầu, và có thể sử dụng nó như một lớp mạ lót Ví dụ nền Al(-1,67V) nhúng vào dung dịch zincát, do kết quả phản ứng đẩy, sẽ sinh ra lớpmạ kẽm (-0,76V) sau đó có thể mạ tiếp Ni, Cu…

3.4 Ảnh hưởng của sự thoát Hydro :

Mạ điện thường được tiến hành trong môi trường nước, nên phản ứng phụ ở catôthay gặp nhất là ion H+ phóng điện Nguyên nhân làm hydro phóng điện đồng thời vớikim loại mạ là do điện thế phóng điện của chúng là xấp xỉ nhau Các dung dịch thườngcó điện thế phóng rất âm nên đạt tới điện thế phóng điện của hydro ngay cả trong môitrường kiềm Các kim loại mạ có quá thể thoát hydro cao như: Zn, PB, Sn… cho dù có

kết tủa từ dung dịch axit hydro vẫn không thoát ra được và hiệu suất dòng điện rất cao(xấp xỉ 100%) Còn các kim loại có quá thế hydro nhỏ như: Fe, Ni, Co…thì sự thoáthydro là rất dễ dàng.

Hydro thoát ra trên catôt gây ra nhiều tác hại cho lớp mạ nếu H2 tham gia vào quátrình sẽ làm giảm hiệu suất của dòng điện, tiêu phí điện năng vào việc giải phónghydro vô ích, tốc độ mạ giảm.

Thay đổi pH của dung dịch.Do phản ứng phụ catôt (2H+ + 2e  H2) nên làm H+giảm đi mạnh ở lớp dung dịch sát catôt, pH tăng lên đủ lớn tạo thành hydroxit hoặcmuối kiềm khó tan Chúng là các không tan lẫn vào lớp mạ sinh gai, sùi, cây… Cấu trúctinh thể lớp mạ bị xô lệch làm tăng ứng suất nội Khắc phục hiện tượng này phải điệnphân ở nhiệt độ cao, khuấy mạnh dung dịch để tăng nồng độ của kim loại và của H+.Hydro vừa thoát ra tồn tại ở dạng nguyên tử rất dễ hấp thụ bởi nhiều kim loại (nền vàmạ), tạo ra hợp chất hydrua hòa tan trong kim loại tạo thành dung dịch rắn hoặc chuivào cốc lỗ hổng trong cấu trúc tinh thể làm xô lệch mạng tinh thể gây ra nên cứng vàdòn hydro, lớp mạ có ứng suất lớn dễ bóng hoăng phồng rộp… Giảm tác hại của hydrobằng cách ủ nhiệt sau khi mạ, hoặc tẩy để đuổi nó ra khỏi kim loại, khuấy trộn và tăngnhiệt độ dung dịch mạ, tiến hành mạ từ dung dịch muối đơn.

Rỗ lớp mạ: Hydro thoát ra bám trên bề mặt lớp mạ, lớn dần và tách ra nếu

như sự bám dính lâu sẽ làm cho lớp mạ rỗ vì bọt khí che chắn sự kết tủa của kim loạimạ ở chỗ bám dính Khắc phục bằng cách tăng nhiệt mạ, khuấy trộn dung dịch hoặcdùng chất thấm ướt bề mặt.

4 Mạ đồng

Mạ đồng được dùng làm lớp lót cho các lớp mạ bảo vệ-trang sức Cu–Ag, Cu–Ni,Cu–Ni–Cr, mạ để chống thấm than cho chi tiết máy, mạ cho các trục in lõm, mạ chéphình…

Trong các hợp chất, đồng có hóa trị +1 hoặc +2 Điện thế tiêu chuẩn của Cu/Cu+2 là+0,34V, của Cu/Cu+1 là 0,52 V, dương hơn điện thế của sắt, thép, kẽm, hợp kim kẽmnhiều.Vì vậy đồng là lớp mạ catot đối với chúng Cho nên, ngược với lớp mạ kẽm, lớpmạ đồng không thể bảo vệ bề mặt sắt thép…khỏi bị ăn mòn theo cơ chế điện hóa

được, mà chỉ bảo vệ theo cơ chế cơ học với điều kiện không có lỗ xốp thủng, xốp… Vìtại các lỗ hở của lớp mạ đồng, khi gặp không khí ẩm sẽ tạo thành các vi pin ăn mòn Cu– Fe trong đó Fe là anot và bị ăn mòn rất mạnh.

Chọndung dịch mạ đồng là dung dịch đồng axit.

 Dung dịch mạ đồng axit:

Dung dịch mạ đồng axit chính là dung dịch muối đơn Đó là các dung dịch sunfat,dung dịch floborat, nitrat…Các dung dịch axit đều có thành phần đơn giản, làm việcổn định, mật độ dòng điện cao, nhất là khi khuấy mạnh.

Thành phần chủ yếu của các dung dịch axit là muối đồng và axit tương ứng Khimạ, ion đồng +2 phóng điện trên catot ở điện thế khá dương và ít thay đổi khi tăng mậtđộ dòng điện Độ phân cực catot bé, vì vậy chúng thường cho lớp mạ có cấu trúc tinhthể thô to, nhưng khá kín sít chặt.

Nhược điểm của các dung dịch axit là khả năng phân bố thấp.Cấu tử chính củadung dịch sunphat chỉ có CuSO4 và H2SO4 Ngoài ra còn có phụ gia là chất hoạt độngbề mặt hay chất bóng.

Độ dẫn điện của dung dịch CuSO4 trung hoà khá thấp, vì vậy phải thêm axitsunfuric vào để tăng độ dẫn điện của dung dịch mạ.Tăng độ axit của dung dịch sẽ làmgiảm độ hoà tan của CuSO4, do đó dẫn đến giảm ngưỡng mật độ dòng điện cho lớp mạtốt Để tăng nồng độ ion đồng trong lớp sát catot cần phải khuấy dung dịch, lúc đó cóthể tăng độ axit của dung dịch lên Khuấy càng mạnh thì nồng độ axit càng phảilớn.Độ axit cao dễ cho lớp mạ đẹp hơn Tăng nhiệt độ tuy có làm tăng độ hoà tan củaCuSO4 nhưng cũng chỉ nên duy trì từ 30 – 35oC trở xuống để đảm bảo chất lượng cholớp mạ.

Hiệu suất dòng điện của đồng xấp xỉ 100% vì trong điều kiện này hydro khôngthoát ra được trên catot.Trong khi mạ, điều đáng lưu ý là ảnh hưởng của ion đồng hoátrị 1 đến quá trình mạ: tại vùng sát anot ngoài ion Cu2+ trong dung dịch còn có mộtlượng rất nhỏ ion Cu1+ được sinh ra do phản ứng :

Cu+ Cu2+2Cu+

Khi Cu+ trong dung dịch đã tích tụ đủ lớn thì cân bằng phản ứng trên dịch về bêntrái và đồng kim loại sinh ra ở dạng hạt rắn lơ lửng.

Khi dung dịch không đủ axit, Cu+ở dạng muối sunfat sẽ bị thuỷ phân sinh raCu(OH) hay Cu2O :

Cu2SO4 + H2O Cu2O + H2SO4

Kết quả là dung dịch bị bẩn bởi các hạt rắn lơ lửng Cu và Cu2O, chúng lẫn vào kếttủa catot làm cho lớp mạ bị tối, nhám, hay tơi, bở.

Nếu dung dịch đủ H2SO4 sẽ tạo điều kiện oxy hoá Cu+ thành Cu2+, nhất là khikhuấy dung dịch bằng không khí nén :

Cu2SO4 + H2SO4 + ½ O2 2CuSO4 + H2O

Cu2O + 2 H2SO4 + ½ O2 2CuSO4 + 2 H2O

Phụ gia trong dung dịch đồng sunfat thường dùng là chất hoạt động bề mặt và chấtbóng.Chất hoạt động bề mặt thông dụng là dextrin (<1 g/l) và phenol hay dẫn xuất củanó, chúng có tác dụng cho lớp mạ mịn, sáng tránh sinh sấn sùi gai góc, cạnh hay chỗlồi của vật mạ.

Khi mạ ở mật độ dòng điện cao phải khuấy dung dịch bằng khí nén sạch Ion Cltrong giới hạn quy định có tác dụng trợ bóng, nếu thấp quá sẽ giảm độ bóng và cháytại các chỗ lồi, mũi nhọn; còn nếu lớn quá quy định sẽ dễ sinh vết sọc trên lớp mạ Lưuý trong nước thường có sẵn ion Cl-, cần phải kể đến lượng ion này khi pha chế, điềuchỉnh.

-Tạp chất có hại với dung dịch đồng sunfat là Asen, antimon, mùn anot, các chấthữu cơ tạo keo.

5 Mạ Ni

Kền (Ni) là một kim loại trắng bạc, dẻo, dễ cán, đánh bóng…Độ cứng của Ni phụthuộc vào điều kiện mạ và dung dịch mạ ( thông thường là 4500 Mpa đến 5000 Mpavới lớp mạ bóng ) Giới hạn bền 400 đến 500 Mpa, độ giòn tương đối là 40%, điện trởsuất là 0,07.10-6 (ôm.mét), khả năng phản xạ ánh sáng là 58 đến 62%, từ tính cao,

trọng lượng riêng là 8,9 g/cm3, nhiệt nóng chảy là 1452oC Lớp mạ Ni có thể làm việctới nhiệt độ 6500C nếu lớn hơn nhiệt độ này lớp mạ bị giòn.Nhưng nếu nung tới nhiệtđộ 9000C lớp mạ sẽ dẻo trở lại.Ni thông thường có hóa trị II nhưng một số trường hợpnó có hóa trị III.

Trong không khí Ni bị bao phủ bởi một lớp oxyt mỏng trong suốt tự sinh ra do Nitác dụng với oxy không khí Lớp oxyt này vừa bền, trong suốt cho nên lớp mạ Ni trongkhông khí luôn bền, sáng bóng nếu như lớp mạ này kín Cũng chính vì lý do này màNi là kim loại quan trọng công nghệ mạ.

Kền bền trong nước tự nhiên, nước cất và nước chảy Kền dễ bị ăn mòn trong nướcbiển tù Trong H2SO4 và HCl loãng kền tan chậm hơn Fe Kền dễ tan trong HNO3loãng, nhưng lại thụ động trong HNO3 đặc Kền không tác dụng với N2 cho dù nhiệt độtăng đến 14000C Kền bền trong các dung dịch kiềm và trong kiềm nóng chảy, các axithữu cơ chỉ tác dụng với kền khi tiếp xúc lâu ngày với nó Kền không làm hỏng cácvitamin, không độc.

Kền có khả năng hấp phụ khí khá lớn, cũng chính vì thế mà cơ tính lớp mạ Ni kémđi Kền có thể mạ lên Fe, Cu, Ti, Al và các hợp kim của chúng cũng có thể mạ lên vậtliệu phi kim như gốm sứ, thủy tinh, chất dẻo…

Điện thế tiêu chuẩn của Ni dương hơn của Fe cho nên nó là lớp mạ catot với Fe.Đểbảo vệ Fe bằng lớp phủ Ni thì Ni phải thật kín Lớp mạ Ni không kín sẽ tạo vi pin ănmòn vì vậy người ta mạ Ni hai hay nhiều lớp Ni để tăng độ kín, mạ Ni bán bóng trướckhi mạ Ni bóng.

a Mạ Ni bán bóng :

Lớp mạ Ni bán bóng cho độ kín cao, dễ gia công, ứng suất nội bé, độ gắn bám nềnvà kim loại khác cao cho nên nó được dùng lớp mạ lót Lớp Ni bóng cho độ bóng cao,cứng cao nhưng ứng suất nội cao cho nên người ta mạ Ni bóng sau bán bóng để tăngtính trang sức và bảo vệ cho lớp mạ Ni.

Dung dịch mạ Ni không cho hiệu suất 100%, do sự thoát khí H2 và dẫn đến làm rỗlớp mạ và gây cản trở sự khuếch tán Ni2+ từ dung dịch vào catot vì vậy ta phải sục khícho H2 thoát nhanh.

Trong dung dịch cấu tử chính là NiSO4 độ hòa tan lớn Các dung dịch hiện đạithường dùng nồng độ lớn hơn 300 g/l và thường làm ở nhiệt độ cao ( 40 đến 70 0C ).

Chất đệm sử dụng trong dung dịch là H3BO3 có tác dụng ổn định pH trong dungdịch mạ cũng như lớp dung dịch sát catot nơi H2 bay ra làm kiềm hóa dung dịch Nồngđộ tối ưu của chất đệm là 20 đến 40 g/l Đối với dung dịch pH thấp thì chất đệm NaFthích hợp hơn.

Ion Cl- trong dung dịch có tác dụng chống thụ động hóa anot Sự có mặt của ionCl- vừa làm tăng độ dẫn điện vừa phá hủy lớp thụ động kết tủa trên anot.

Nhiệt độ thấp làm lớp mạ giòn, tốc độ mạ chậm.Mật độ dòng cao làm lớp mạ giòndễ cháy, hiệu suất dòng giảm nhanh Tạp chất làm giảm nhiều cơ tính của lớp mạ MạNi rất nhạy với tạp chất, chất có thể sinh ra từ nhiều nguồn như sử dụng hóa chấtkhông sạch, do vật mạ rơi xuống rồi tan ra sinh ra cặn, mùn anot, nước rửa khôngsạch, ăn mòn thiết bị, dụng cụ…Các tạp chất nguồn gốc hữu cơ sinh ra do vật gia côngrửa chưa sạch, vải có dầu mỡ thôi ra, giá treo chưa sạch, từ tay chân công nhân củacông nhân, xác động vật chết ( gián, thạch sùng …chết rơi vào bể mạ ) Tạp chất khíthoát ra chủ yếu từ catot, CO2 thoát ra khi dùng Na2CO3 để điều chỉnh pH.Không khílẫn vào trong quá trình bơm, lọc gây giòn, rỗ lớp mạ.Các ion có hại khi mạ Ni là Fe,Zn, Pb, Cu, Cr ngoài ra còn có các tạp chất hữu cơ.

Cu làm nhám lớp mạ ở vùng DC thấp, Fe làm lớp mạ rỗ, sọc dài, nhám khi pHcao.Zn làm lớp mạ tối, sọc đen hoặc nâu Pb làm lớp mạ tối bong thành vảy nhỏ nhưbột Al và Si làm nhám nhẹ bề mặt và làm mờ lớp mạ bóng khi dùng DC trung bình vàcao Cr làm tăng nhẹ khả năng phân bố nhưng lại làm giảm tính bảo vệ của lớp mạ.Anion NO3- (do tẩy trong dung dịch HNO3, sau đó rửa không sạch) làm kền khó mạ,catot bị đen và lớp mạ dễ bong.Chất hữu cơ gây rỗ, giòn, nhám cho lớp mạ, làm mờhay vệt mây trên lớp mạ bóng.

Hàm lượng tạp chất cho phép như sau (g/l) : Fe ≤0,1; Cu ≤ 0,02; Zn ≤ 0,01; Pb≤0,001; Cr ≤ 0,04; Sn ≤ 0,02; S ≤ 0,005; Al ≤ 0,06; Ca ≤ 0,5.

Mỗi lần bổ sung điều chỉnh dung dịch nên kết hợp xử lý để loại bỏ Fe, Cu và chấthữu cơ, đôi khi cả Zn nữa.

Khi Fe trên 0,1 g/l phải xử lý bằng cách : axit hóa dung dịch đến pH 3,5 – 4,0; đunnóng lên 50-600C, cho thêm H2O2 vào để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, khuấy mạnh bằngkhông khí nén; kiềm hóa dung dịch đến pH = 6,0 kết tủa Fe3+ dưới dạng Fe(OH)3 Mộtsố chất hữu cơ bị Fe(OH)3 hấp phụ cũng được loại theo khi lọc bỏ kết tủa Chỉnh lạipH và bắt đầu làm việc lại.

Khi hàm lượng Cu trên 0,02 g/l thì phải loại bỏ bằng cách axit hóa dung dịch tớipH = 2,5 đến 3,5 và mạ xử lý ở điện thế 0,8 đến 1,0 V, mật độ dòng 0,1 đến 0,2 A/dm2trên catot lượn sóng trong nhiều giờ cho tới khi được lớp mạ sáng.

Loại bỏ Zn bằng cách cho thêm nước vôi vào.

Loại bỏ Cr bằng cách cho 1,2 g/l thuốc tím hay 2,4 g/l PbSO4 vào dung dịch haykhử Cr6+ thành Cr3+ ở pH thấp ( pH bằng 3 và khuấy ) rồi tăng nhiệt độ nên 750C sauđó kết tủa ở pH cao.

Để khắc phục nhược điểm này ta đi mạ Ni – S cao ở giữa lớp mạ Ni bán bóng vàNi bóng, lớp mạ này có chiều dày chiếm 30% tổng chiều dày 3 lớp Do sự chênh lệchđiện thế giữa 3 lớp mạ nên trở thành lớp mạ anot, bảo vệ lớp Ni ở dưới chừng nào nóchưa bị ăn mòn hết.

c Mạ NiKel bóng :

Mạ NiKel bóng cho lớp mạ có độ bóng cao nhưng giòn, độ kín nhỏ hơn của lớp mạNi bán bóng.Mạ Ni bóng dung dịch có thành phần giống như mạ Ni bán bóng nhưngcó thêm phụ gia bóng.

Chất bóng là chất giúp cho lớp mạ tăng độ bóng hoặc tăng cơ tính cho lớp mạ,chúng thường là các chất hữu cơ hoặc vô cơ và ngày càng được sử dụng rộng rãi trongngành mạ Người ta chia chất bóng làm 2 loại:

 Chất bóng loại 1.

Chất này chỉ cho lớp mạ có độ bóng cao khi nền có độ nhẵn khá cao.Một số chất cókhả năng giảm ứng suất nội Tác dụng làm bóng như sau: tạo điều kiện sinh ra tinh thểnhỏ mịn, làm đồng đều tinh thể và định hướng một mặt nào đó của tinh thể song songvới bề mặt catôt do đó bề mặt mạ trở nên nhẵn bóng.

Phân tử của các chất bóng này có chứa nhóm =C-SO2-, công thức tổng quát là R1 –SO2 – R2 Trong đó R1 là vòng thơm có một hay nhiều vòng nối đôi như Benzen,toluene…, R2 là các nhóm chức như: -OH, -NH2, =NH,… Các chất điển hình là:disunfanaptalen, elylen, sufomic.

 Chất bóng loại 2.

Chất bóng này còn gọi là chất san bằng cho độ bóng của lớp mạ cao ngay cảkhinền chưa đạt độ bóng như yêu cầu, nhưng làm tăng ứng suất nội và độ giòn của lớpmạ.Vì vậy ta có thể dùng kết hợp với chất bóng loại 1.Nhờ đó có khả năng làm giảmứng suất nội hoặc cho ứng suất nội ngược chiều với ứng suất nội của chất san bằng gâyra để triệt tiêu ứng suất.

Cơ chế làm bóng như sau: chất san bằng tập trung vào các điểm lồi vĩ mô của catôt,cản trở kết tủa tại các đỉnh đó, nhờ vậy mà các điểm lõm, xước có cơhội lấp đầy, sanbằng.

Các chất san bằng thường là các chất hữu cơ có chứa 1 hay nhiều nối đôi và trong phântử có chứa các nhóm: >C=0, >C=C<, -C=C-, >C=S, -N=N-.

Nhóm chất san bằng hoạt động có đồng thời cả 2 tính chất làm bóng và san bằng.Hiệu quả nhất là những chất trong phân tử có đồng thời 2 hay nhiều nhóm trên Cácchất san bằng quen thuộc là: 1,4-butadiol, tiure, cumarin… Các chất bóng tiêu thụtrong quá trình mạ và được bổ xung định kì đồng thời phải khống chế nhiệt độ, pH, vàthành phần dung dịch sẽ phát huy cao hiệu quả của chất bóng.

Các hư hỏng khi mạ Ni và cách nhận biết:

Khi mạ Ni thường xảy ra một số sự cố làm lớp mạ không đạt yêu cầu ta có thểnhận biết nguyên nhân gây hỏng lớp mạ dựa vào bề mặt lớp mạ.

- Lớp mạ bong tróc : Do tẩy dầu mỡ, rỉ bề mặt vật mạ chưa sạch.- Lớp mạ gai dám : Do dung dịch cặn đục, do tẩy chưa sạch.- Lớp mạ có màu cam nhạt do dung dịch bị lẫn dầu mỡ.

6 Mạ Crom

Crôm (Cr) là kim loại trắng bạc, ánh xanh, độ cứng rất cao và chịu mài mòn rấttốt Trọng lượng nguyên tử là 52,01 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy là 1750 đến 1850 0C.Chúng ta thấy rằng theo như điện thế tiêu chuẩn của Cr/Cr3+ = 0,7V thì Cr là kim loạihoạt động nhưng trong khí quyển nó sinh ra một màng oxyt mỏng rất kín, chắc,chốngăn mòn tốt và giữ được lâu trong không khí Cr bền trong khí quyển chứa H2S, SO2,trong H2SO4, HNO3, H3PO4, axit hữu cơ, dung dịch kiềm Nhưng trong HCl, H2SO4,NaOH nóng nó bị hòa tan do lớp oxyt bị phá hủy.

Trong Hợp chất Cr có hóa trị 6 và hóa trị 3 Hợp chất Cr3+ có tính oxy hóa mạnh,CrO3 hòa tan trong nước tạo ra hỗn hợp axit cromic Đương lượng điện hóa của Cr3+ là0,648 g/Ah, Cr6+ là 0,324 g/Ah Lớp mạ Cr có tính trang sức, bảo vệ cao.Khi mạ trên

nền Ni nó gắn bám tốt, nâng cao đáng kể cơ tính của lớp mạ Ni vì độ cứng rất cao lạibền hóa.

Lớp mạ Cr gắn bám tốt lên nền Cu, Fe, Ni… và cho ta lớp mạ có cơ tính cao, tínhtrang sức,bảo vệ tốt nên nó là lớp mạ ưu việt để mạ các sản phẩm vệ sinh, đồ dùng cánhân.

Trong dung dịch này CrO3tan trong nước tạo thành hỗn hợp các axit Cromic Tấtcả axit Cromic là các axit mạnh Quá trình mạ Cr rất khác với quá trình mạ các kimloại.

 Mạ Cr tiến hành trực tiếp từ hỗn hợp các axit Cromic (H2CrO4 và H2CrO7)chứ không phải muối kim loại kết tủa.

 Dung dịch mạ nhất thiết phải có mặt các ion hoạt hóa ( thông thường làSO42-, F-, SiF6-).

 Mạ Cr có điện thế khử ion Cromat rất âm, hiệu suất dòng catot rất thấp, mậtđộ dòng lớn, khả năng phân bố lớp mạ kém.

Tất cả các điều này có liên quan đến cơ chế phóng điện của Cr6+ trên catot.Tuynhiên cơ chế phóng điện này rất phức tạp và còn nhiều tranh cãi.

Không dùng anot crom hòa tan mà dùng anot trơ bằng hợp kim chì và cần giữ tỷ lệdiện tích anot và catot trong giới hạn là từ ½ đến 2/3.

Khi mạ Cr các ion ảnh hưởng đến là Fe, Cu, Ni, NO3-, NO2, Cl-…Fe làm giảm độ dẫn điện

Cu và Ni làm lớp mạ bị tối, xám Đặc biệt Ni2+ gây ảnh hưởng như sau:Làm Cr6+ Cr3+

Ni2+ Ni + Cr6+

Có hại nhất là các ion NO3-, NO2-, Cl- làm tăng mật độ dòng điện và làm hỏngdung dịch nếu nồng độ lớn.

- Mạ Cr dung dịch dùng là ở dạng axit.

- Trong dung dịch phải có ion xúc tác.

- Mật độ dòng điện lớn hơn rất nhiều so với quá trình mạ khác.

- Lớp mạ thay đổi phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và mật độ dòng điện.- Hiệu suất dòng điện rất thấp.

PHẦN II :THIẾT KẾ

1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ :

Rửa sơ bộ

Xử lý dungmôi

Rửa chảytràn 2 ngăn

Xâm thực

Hoạt hóa bềmặt

Mạ đồngbóng

Khử Cr6+

Rửa chảytràn 2 ngăn

Rửa thu hồi

Rửa thu hồi

Tiền hoạthóa

Mạ Ni bánbóng

Mạ Ni cao SHoạt hóa

Hoạt hóaRửa chảy

Tăng tốcRửa chảytràn 2 ngăn

Mạ đồng

Rửa chảytràn 2 ngăn

Mạ Ni hóahọc

Rửa chảytràn 2 ngăn

Rửa chảytrànMạ Ni bóng

Rửa chảytràn

Rửa nướcDISấy

2 Thông số các quá trình gia công :

STT Công Đoạn

Thông Số

3 Rửa chảy tràn Nước thường Chảy tràn 2 ngăn

7 Rửa chảy tràn Nước thường Chảy tràn 2 ngăn

Hàm lượng P 3-7 % trong lượng

15 Rửa chảy tràn Nước thường Chảy tràn 2 ngăn