Đề tài Công nghệ mạ Crom

Các tham chiếu đầu tiên của mạ điện của crom là trong năm 1848 với bằng sáng chế của Junot de Bussy năm 1854 là người đầu tiên để xuất một nghiên cứu khoa học dựa trên việc mạ điện crom

CÔNG NGHỆ MẠ CROM

1 Tổng Quan

1.1 Lịch sử phát triển của công nghiệp mạ

Ngành mạ điện được nhà hóa học ý Luigi V Brugnatelli khai sinh vào năm 1805 Ông đã

sử dụng thành quả của người đồng nghiệp Alessandro Volta, pin Volta để tạo ra lớp phủ điện hóa đầu tiên Phát minh của ông không có ứng dụng trong công nghiệp trong suốt 30 năm và chỉ được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm Năm 1839, hai nhà hóa học Anh và Nga khác độc lập nghiên cứu quá trình mạ kim loại đồng cho những nút bản in Ngay sau đó, John Wright, Birmingham, Anh sử dụng Kali Xyanua cho dung dịch mạ vàng, bạc Vào thời kì này, đó là dung dịch duy nhất có khả năng cho lớp

mạ kim loại quý rất đẹp Tiếp bước Wright, George Elkington và Henry Elkington đã nhận được bằng sáng chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840 Hai năm sau đó, ngành công nghiệp mạ điện tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế giới Cùng với sự phát triển của khoa học điện hóa, cơ chế điện kết tủa lên bề mặt kim loại ngày càng được nghiên cứu và sáng tỏ Kĩ thuật mạ điện phi trang trí cũng được phát triển Lớp

mạ kền, đồng, kẽm, thiếc thương mại chất lượng tốt đã trở nên phổ biến từ những năm

1850 Kể từ khi máy phát điện được phát minh từ cuối thế kỉ 19, ngành công nghiệp mạ điện đã bước sang một kỉ nguyên mới.Mật độ dòng điện tăng lên, năng suất lao động tăng, quá trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn Những dung dịch cùng với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn Các lớp mạ được nghiên cứu phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm đẹp Kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành công kĩ thuật mạ crom cứng, mạ đa lớp, mạ đồng hợp kim mạ kền sunfamat Nhà vật lí Mỹ Richard Feynman đã nghiên cứu thành công công nghệ mạ lên nềnnhựa Hiện nay công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi Kĩ thuật mạ hiện là một trong ba quá trình trong chu trình LIGA - được sử dụng trong sản xuất robot điện tử siêu nhỏ (MEMS)

1.2 Crôm và phát triển công nghiệp mạ crôm

1.2.1 Nguyên tố Crom:

Crom hay crôm (tiếng La tinh: Chromium) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Cr và số nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6, là 1 kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao Bề mặt Crôm được bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng

Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xước cao Tên của kim loại này bắt nguồn

từ tiếng Hi Lạp "χρῶμα" - có nghĩa là màu sắc , bởi sự đa dạng về màu sắc trong các hợp chất của nó

Hợp chất Crôm được sử dụng lần đầu tiên bởi người Trung Quốc vào khoảng 2000 năm trước, thuộc triều đại nhà Tần Cụ thể khi khai quật Lăng mộ Tần Thủy Hoàng người ta

đã tìm thấy một số thanh kiếm với lưỡi kiếm được phủ bởi 1 lớp Cr2O3 dày 15micromet, lớp này làm nhiệm vụ bảo vệ thanh kiếm khỏi các tác nhân oxi hóa của môi trường từ bên ngoài trong hơn 2000 năm Trễ hơn, ở phương Tây, vào năm 1761, khoáng sản Crocoit (ngoài ra còn được biết đến với tên khác là Chì đỏ Siberia) được dùng như 1 chất màu trong hội họa, ở dạng bột vụn thì khoáng sản này có màu vàng, trong khi ở dạng tinh thể thì có màu đỏ Vào năm 1797,Loui Nicolas Vauquelin đã điều chế thành công Cr kim loại ở dạng đơn chất từ quặng của nó, mặc dù vẫn còn lẫn khá nhiều tạp chất hiến cho kim loại rất giòn, không thể sử dụng vào mục đích thương mại Thay vào đó quặng Cromic (thành phần chính là FeCr2O4, được biết đến với tên khác là Ferô crôm) được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp luyện kim, từ quặng Cromic sau khi tinh chế và người ta dùng phản ứng nhiệt nhôm để điều chế Cr Crôm được coi là

10-1 kim loại có giá trị cao bởi tính chống ăn mòn tốt, và độ cứng rất cao, nên nó được dùng như 1 nguyên tố điều chất thêm vào thép nhằm cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng

độ cứng, thép có thêm Cr được gọi là Thép không gỉ hay Inox

Hằng năm, Cr kim loại dùng trong mạ điện và sản xuất thép chiếm đến 85% sản lượng Cr trên toàn thế giới

1.2.2 Lịch sử phát triển của ngành công nghiệp mạ crôm:

Các tham chiếu đầu tiên của mạ điện của crom là trong năm 1848 với bằng sáng chế của Junot de Bussy năm 1854 là người đầu tiên để xuất một nghiên cứu khoa học dựa trên việc mạ điện crom nhưng nổi tiếng hơn là Tiến sĩ Geuthes với những công trình nghiên cứu mạ điện của kim loại này tại Gottingen, Đức vào năm 1856 Điều thú vị là ông sử dụng giải pháp là acid cromic có chứa một số acid sulfuric dư Giáo sư H Buff Giessen

cố gắng lập lại công việc này Nhưng ông đã không thành công, dẫn đến ông nghi ngờ về kết luận của Geuther

Điều này khiến cho nhiều người tập trung chú ý vào muối Cr (III) Đã có rất rất nhiều nghiên cứu thời bấy giờ được giành ra để tìm hiểu về vấn đề này trong suốt 40 năm Hai nhà khoa học người Pháp Placet và Bonnet đã sử dụng dung dịch chromat trong các bằng

Một nhà khoa học người Pháp khác, M LeBlanc lại không tin tưởng vào tuyên bố trên, ông cảm thấy không thể nào mạ chrom từ dung dịch chrom sulfat Sau đó, tranh cãi đã nỗ

ra về tính khả thi của chrom dùng trong mạ điện Mãi cho đến năm 1905, Carveth và Curry công bố những nghiên cứu của họ

Một cuộc khảo sát của giáo sư W.D Bancroft ở Đại học Cornell đã công nhận rằng những phát hiện của Placet và Bonnet là hoàn toàn có cơ sở và ông cũng mạ được vật liệu

từ acid chromic Năm 1906, giáo sư Bancroft đã khẳng định “ dung dịch chứa crom, đó không phải là phiền crom sulfat, đó chính là acid cromic”

Tại Budapest, Tiến sĩ F.L Salzer đã làm việc dựa trên những dung dịch acid của crom và

đã có bài báo cáo “ Những lợi ích của việc thêm chrom sulfat để duy trì việc mạ điện crom”

Từ 1912 đến 1914, Tiến sĩ Sargent làm việc tại Cornell, cũng theo GS Bancroft, thực hiện một cuộc điều tra có hệ thống các tính chất điện phân của nhiều hỗn hợp khác nhau của acid cromic và crom sunfat và mãi đến năm 1920 mới công bố kết quả của mình Cùng năm này, Tiến sĩ Liebreich cũng đã nghiên cứu về lĩnh vực này ở Berlin và những bằng sáng chế của ông vào năm 1924 đã được công nhận là phù hợp cho mạ điện crom

Điều đó đã làm cho việc thương mại hóa việc mạ điện crom được đẩy mạnh hơn bao giờ hết

Fink với đồng nghiệp, Schwartz, Eldridge và Dubpernell, đã thực hiện công việc có giá trị khá cao lúc bấy giờ tại Đại học Columbia Đó là công việc của Liebreich đã dẫn đến việc mạ điện thương mại đầu tiên của crom trong các năm 1924, gần như đồng thời ở Mỹ

và Đức Năm 1923, Fletcher làm việc ở Anh về sự ứng dụng của crom và cả Ollard và MacNaughton năm 1925 báo cáo việc sử dụng acid crom của Liebreich , tại Công ty TNHH Electronic Metropolitan Vickers và sau này ở Phòng thí nghiện Woolwich Tuy nhiên, mãi cho đến năm 1928 quy trình mạ crom mới được bán trên thị trường thương mại ở Anh Lúc đầu, Lớp mạ crom được mạ từ một dung dịch lạnh, thường khá dày, rất trơ và được đánh bóng để có được sự sáng bóng ở bề mặt mạ Nhưng điều đó cũng làm người ta sớm phát hiện ra rằng chrom không thể được sử dụng để thay thế hoàn toàn cho

mạ niken nhưng có thể đóng vài trò là một lớp mạ trên cùng để bảo toàn của phần đã mạ nickel trước đó

Năm 1927, Haring & Barrows công bố một đánh giá toàn diện về bể mạ acid cromic và các hiệu ứng trên tính chất của lớp mạ trong khi thay đổi trong thành phần dung dịch và các thông số vận hành Kể từ đó, nhiều sự cải tiến đã được thực hiện trong lớp mạ crom

áp dụng cho bảo vệ chống ăn mòn, nhưng phần lớn các mạ crom vẫn được thực hiện trong các dung dịch dựa trên acid cromic

Một trong những tiến bộ lớn nhất là việc sử dụng các ion silicofluoride như chất xúc tác

để thêm vào dung dịch sulphate.Dung dịch này có khoảng 18 đến 20% hiệu quả ở cực âm

so với 10-12% của dung dịch acid cromic chỉ chứa sulphate làm chất xúc tác Tuy nhiên, hiệu quả cao này vẫn còn là một chặng đường dài để có thể đạt được với hầu hết các quá trình mạ điện khác và nó là mục tiêu của các nhà khoa học nghiên cứu

Một lý do khác gây hiệu quả thấp của bể mạ acid cromic là quá trình mạ điện dựa trên crom hóa trị sáu Một cải tiến rõ ràng sẽ được thực hiện bằng cách mạ crom với các hóa trị thấp hơn Nhiều nỗ lực để làm điều đó đã được thực hiện nhưng không có thành công

trong việc thương mại hóa mãi đến năm 1975, khi quá trình mạ điện công nghiệp khả thi đầu tiên dựa trên chrom hóa trị III đã được giới thiệu Kể từ thời điểm đó, việc sử dụng

bể mạ chrom hóa trị III để mạ điện đã tăng lên

Sự cải tiến về kỹ thuật đã chưa đạt yêu cầu về màu sắc của lớp mạ, bởi do người ta thường chỉ phủ một lớp mỏng để phục vụ cho mục đích trang trí Đến nay, người ta đã phụ được lớp mạ crom hóa trị ba với độ dày đạt yêu cầu, tuy nhiên thì vẫn chưa ứng dụng được cho qui trình mạ crom cứng

Hiệp hội Phát triển Quốc tế cho rằng lượng chromium được mạ điện như phủ hàng nămtrên toàn thế giới là khoảng 20 000 tấn nhưng họ cũng nhấn mạnh rằng đây chỉ là một ước tính

1.3 Các phương pháp mạ crom

Có 2 phương pháp mạ crom chính là mạ chrom cứng và mạ crom dày

Mạ crom cứng là một lớp mạ có độ dày 0.0008-0.005 inch (0.020-0.125 mm) trên bề mặt của kim loại, trong khi mỏng mạ crôm dày đặc thường có một độ dày crom từ 0.0002 đến 0.0006 inch (0.005-0.015 mm) Độ dày của crom mạ sẽ khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng Crom mạ có thể được sử dụng trong một phạm vi nhiệt độ rộng từ -70 ° F đến 800

° F (-57 ° đến 427 ° C) và có thể chịu được áp suất lên tới 30.000 psi (2068 bar) Các giới hạn nhiệt độ và áp suất phụ thuộc vào loại mạ crom, chất liệu và điều kiện hoạt động

Trong hầu hết các trường hợp, mạ Crom dày đặc sẽ cung cấp hiệu suất tốt hơn vì sức chống chịu với môi trường tốt hơn

Hình 1 Mặt cắt ngang bề mặt phóng đại tiêu biểu của mạ chrome cứng và mạ chrom dày

1.3.1 Mạ crom cứng

Mạ crom cứng thường được sử dụng trong những ứng dụng mà bộ phận phải chịu sự hư tổn nhiều, khi đó, một lớp mạ crom dày là điều bắt buộc.Chính vì độ dày lại gây ra các vết nứt và độ rỗng lớn hơn trên bề mặt crom Các vết nứt sẽ tăng lên cùng với sự gia tăng trong crom độ dày Đánh bóng hoặc mài giũa là điều cần thiết để cải thiện về mặt mạ hrom cứng Cuối cùng bề mặt thô sẽ giảm đáng kể khả năng chống mài mòn Mạ crom cứng được sử dụng trong khoảng 95% của tất cả các ứng dụng mạ điện crom Mạ cứng thường được áp dụng các bề mặt bên ngoài

Lớp mạ crom cứng sẽ giúp các công cụ, chi tiết kĩ thuật hoạt động tốt hơn nếu phủ một chất bôi trơn Các chất bôi trơn có thể dưới dạng lỏng, rắn hoặc sự kết hợp của cả hai Ở tốc độ thấp dưới 500 ft / min (152 mét / phút), áp lực dưới 50 psi (3.2bar), và nhiệt độ dưới 70 ° F (21 ° C), dầu nhờn có thể được phủ lên trên lớp mạ crom bề mặt để điền vào các bề mặt không đều để giảm mài mòn dấu

1.3.2 Mạ crom dày

Mạ crom dày là một quá trình, cải thiện khả năng chống chọi với môi trường, tạo bề mặt mượt mà và khả năng chống ăn mòn cao Các lớp rất mỏng 0.0002-0.0006 inch (0.005-0.015mm) và rất dày đặc, nó không có độ xốp, đường nứt lớn hoặc lỗ được tìm thấy trong dây chuyền mạ chrome cứng, mạ chrom dày đặc có được độ chống ăn mòn khá cao

Mạ crom dày thường được áp dụng cho các bề mặt nội thất và đường kính bên trong Nó cho sức chống chịu cao hơn, hoàn thiện bề mặt tốt hơn, đồng dạng hơn, và có xu hướng giảm hoặc loại bỏ sự nghiền hoặc mài giũa của các bề mặt mạ

Mạ crom dày được áp dụng rất chậm, so với mạ crom cứng nó có mật độ lớn hơn đáng

kể và độ cứng cao hơn; khoảng Rockwell C-70 so với Rockwell C-65cho mạ crom cứng Trước khi mạ, bề mặt nên càng mịn càng tốt và không được vượt quá 10 microinch RMS (0,229 micron Ra) Sau khi mạ, giảm sức căng có thể là cần thiết để giảm bớt các vết nứt

Mạ chrome mỏng được khuyến khích hơn mạ chrome cứng khi tiếp xúc với BAL Seals, Bôi trơn khô không được khuyến cáo trong mỏng mạ crôm dày đặc, vì không có phương tiện tích cực để khóa các chất bôi trơn khô với bề mặt mạ kể từ khi mạ là rất trơn tru

1.4 Các vấn đề gặp phải khi mạ crôm

1.4.1 Kim loại nền và chuẩn bị trước khi mạ

Về cơ bản, sự ảnh hưởng của bề mặt kim loại nền của công cụ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của lớp mạ

Khi sự ma sát quá mức sẽ làm cho công cụ bị mài mòn và bị hở, lớp mạ crom sẽ không hiệu quả nếu bề mặt của các công cụ hoặc chi tiết mạ không được xử lý cẩn thận

Để giảm ma sát và nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của công cụ và chi tiết kĩ thuật phải loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt của công cụ, các công cụ phải được mài, đánh bóng trước khi mạ

Lớp mạ crom cứng theo kĩ thuật Caswell trên kim loại nền sẽ có những đặc tính tốt nếu

bề mặt của kim loại nền được mài nhẵn, đánh bóng và xử lý tốt HÌnh sau đây sẽ cho thấy

sự so sánh giữa lớp mạ trên kim loại nền có bề mặt được xử lý tốt (mài mòn, đánh bóng)

so với bề mặt kim loại thô, và mối nguy hiểm của lớp mạ crom lên bề mặt kim loại thô

Bề mặt kim loại nền khuyết tật có thể được che phủ bởi lớp mạ crom cứng nhưng đó là nguyên nhân gây ra hư hỏng các thiết bị mạ nếu bề mặt không được xử lý tốt

Các biện pháp phòng ngừa sau đây được ứng dụng để phòng ngừa lỗi trên lớp mạ

1 Ngâm tẩm dầu

Các bộ phận và chi tiết kĩ thuật máy móc trong quá trình làm việc có thể được ngâm tẩm dầu làm mát, tùy thuộc vào vật liệu cấu tạo chi tiết và bộ phận mà có thể sử dụng các loại

dầu khác nhau Độ dày của lớp dầu này khoảng 0.01 – 0.02 inch và nó cần được tẩy sạch trước khi mạ

Để xử lý lớp dầu này, các bộ phận hoặc chi tiết kĩ thuật phải được ngâm trong CCl4, trong những trường hợp đặc biệt việc tảy dầu mở phải xyả ra ở nhiệt độ cao các bộ phận chi tiết

kĩ thuật phải được đun nóng ở nhiệt độ 300 -350 oF trong khoảng thời gian khoảng 2 giờ

1.4.2 Sự giòn hóa kim loại

Sự giòn kim loại được tạo ra bởi các khuyết tật hình thành tự nhiên hoặc trong quá trình gia công xử lý của các công cụ hoặc do tác động của các yếu tố bên ngoài

Trong quá trình mạ của crom lớp mạ có thể bị giòn hóa Nguyên nhân là do các khuyết tật trên bề mặt kim loại nền, các khuyết tật này khó nhận biết bằng mắt thường Lớp mạ

có thể phản ánh và khuyêchs đại các khuyết tật của bề mặt kim loại nền Đây có thể là một trong những phương pháp kiểm tra sự nứt gãy của kim loại nền

Ứng suất và biến dạng cao do khuyết tật của bề mặt kim nền xảy ra trong các công cụ có

độ cứng trong cao (50-60 Rockwwell C) Nếu có sự nghi ngờ về sự tồn tại của các khuýet tật trên bề mặt kim loại nền bề mặt phải được xử lý trước khi mạ Sự kiểm tra nhiệt là cần thiết để kiểm tra bề mặt của kim loại nền đến một điểm trên bề mặt của kim loại nền là đạt tiêu chuẩn

C Các vật mạ phải được mạ ngay lập tức sau khi làm sạch để ngăn chặn quá trình oxy hóa

và nhiễm bẩn của các tạp chất bên ngoài

1.4.4 Khiếm khuyết bề mặt

A Oxit – Kim loại đên như gang thép công nghiệp có thể bị oxy hóa như một kết quả của việc xử lý nhiệt mài mòn hoặc xử lý bề mặt Các nhà sản xuất công cụ đã áp dụng lớp oxit này với mục đích bảo vệ, hình dáng và màu sắt của vật liệu Nhưng lớp oxit này sẽ được xử lý trước khi mạ bằng cách gia công cơ khí hoặc hóa chất

B Carbon – Carbon hóa xảy ra là kết quả của tính chất hóa học và điện đặc biệt của thép carbon mà trong đó hàm lượng carbon cao đặc biệt, tác động lên bề mặt của kim loại nền làm cho nó có vết đốm hoặc màu xám đen

Kết quả này là do việc tiếp xác của vật liệu mạ với một số acid nhất định hoặc do sự đảo cực với dòng quá lớn trong dung dịch mà làm hình thành các vết bẩn trên bề mặt lớp mạ Trong kĩ thuật mạ Caswell sự đảo cực trong 10s để loại bỏ mối nguy hại này Trong trường hợp này các vết bẩn sẽ được loại bỏ bằng gia công cơ khí

1.5 Ứng dụng của công nghệ mạ crôm

- Các quá trình tạo ra lớp mạ crôm hiệu quả cao với độ bao phủ tốt

- CR 843 Plus tăng tốc độ mạ và sự hoạt hóa niken được tăng cường

LumaChrome®, LumaChrome®

Plus - Quá trình LumaChrome® hoạt động rất đơn giản

- DC 700 cung cấp hiệu suất cao và có xu hướng giảm vết nứt

DC 700

Crôm kép UniChrome® CF

250

- Dùng cho các lớp crôm trang trí cao hơn (> 2 µm)

Crôm đen Econo-Chrome®

BK

- Dùng cho các phần hoàn thiện trang trí màu đen nói chung

- Dùng cho các tấm thu năng lượng mặt trời

- Dùng cho phần hoàn thiện an toàn cho các bề mặt của máy móc

tự động không phản chiếu Crôm đen BC

Crôm hóa trị 3

Crôm sáng TriChrome® Plus -Thay thế việc mạ crôm hóa trị 6

- Chất điện giải dựa hoàn toàn trên crôm hóa trị ba

- Đáp ứng các yêu cầu của nghành côngn ghiệp phần cứng, ngành công nghiệp ô tô, và các thiết bị điện tử tiêu dung

Crôm sẫm

màu

TriChrome®

Smoke 2,TriChrome®

Shadow, TriChrome® graphite

- Thay thế cho các lớp mạ hoàn thiện như rutheni với lớp phủ dày hơn và khả năng chống ăn mòn cao hơn

- Ứng dụng trong điện tử tiêu dùng và ngành công nghiệp ô tô

Các qui trình mạ chrom – Dãy sản phẩm hoàn thiện trong việc mạ chrom trang tri của công ty Apotech

Quá trình xi mạ crom được ứng dụng vào 2 lĩnh vực chinh là xi mạ crom cứng và xi mạ chrom trang trí

1.5.1 Ứng dụng của xi mạ crom cứng

Tùy mục đích mà có thể mạ crom sữa, crom xốp, crom bóng…Loại này thường dùng để

mạ tăng tính chịu mài mòn cho các dụng cụ cầm tay, các dụng cụ kiểm tra đo lường, mạ

phục hồi kích thước cho các chi tiết máy đã mòn ( như trục động cơ, máy móc, các cơ cấu chuyển động…), mạ tăng cứng bề mặt cho các chi tiết máy mới như vòng găng piston của động cơ đốt trong, mạ các dụng cụ cắt gọt, các khuôn cối đúc hay đột dập, mạ các bộ đôi

ma sát như xylanh-piston, các bộ kéo chuốt dây kim loại

Mạ chrom cứng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp vì nó mang lại nhiều

tính chất ưu việt cho bề mặt các chi tiết máy mà bản than vật liệu này không có Ngoài độ cứng cao ra lớp mạ crom cứng đồng thời còn rất bền với ăn mòn, chống mài mòn rất tốt,

bề mặt trơn nhẵn và rất đồng đều, khó thấm ướt, hệ số ma sát nhỏ, gắn bám tốt…Nhờ các tính chất này, lớp Crom cứng đã làm cho bề mặt các chi tiết máy trở nên tốt hơn và rất đồng nhất về chất lượng, khiến cho thời hạn làm việc của chúng với độ chính xác cao được kéo dài Mặt khác quá trình xi mạ crom lại tương đối dễ thực hiện, dễ kiểm tra và điều chỉnh nên đảm bảo luôn giữ được chất lượng đạt tiêu chuẩn một cách ổn định mà giá thành gia công chế tạo lại tương đối thấp Chẳng may mạ hỏng, không đạt yêu cầu cũng

dễ dang bóc bỏ đi rồi mạ lại và vẫn thu được sản phẩm hoàn toàn đạt chất lượng tốt Đó chính là những lý do làm cho công nghệ mạ crom cứng được ưa chuộng và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như : Phục hồi trục ( tyben, trục lô, cán, trục in, xylanh…), chi tiết máy, khuôn mẫu

Mạ crom cứng ngoài việc mạ tăng bền cho các sản phẩm mới, nó còn dùng để mạ phục hồi kích thước cho các trục máy làm việc lâu ngày đã bị mài mòn

1.5.2 Mạ crom trang trí

Xi mạ crom trang trí thường yêu cầu phải nhẵn bóng, sáng xanh Lớp mạ Crom bóng thường mạ rất mỏng ( từ 0,25µm đến 0,5 µm, rất hiếm khi mạ đến 1,2 µm) được phủ lên trên các vật bằng kim loại với mục đích làm cho bề mặt sản phẩm kim loại sáng bóng, trắng xanh lộng lẫy hẳn lên Loại lớp phủ này thường là một tổ hợp gồm nhiều lớp được

mạ lần lượt chồng lên nhau như Ni – Cr hay Cu – Ni – Cr… trong đó lớp Crom nằm ngoài cùng, giữ vai trò trang sức và tăng độ cứng bề mặt, các lớp phía dưới có nhiệm vụ bảo vệ, chống ăn mòn

Ngày nay, để tăng khả năng bảo vệ hơn nữa cho các hệ mạ tổ hợp đó, người ta đã thay thế lớp Cr bóng thong thường bằng lớp Cr vi nứt hoặc Cr vi xốp nhằm tránh hiện tượng

ăn mòn cục bộ trong bản than hệ mạ nên đã kéo dài được thời gian phục vụ của chúng Xi

mạ Crom trang trí thường được dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy, xe đạp và các sản phẩm dân dụng khác Lớp mạ Crom bóng trong hệ bảo vệ – trang sức chiếm đến 90% tổng số lớp mạ Crom nói chung trong các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển Ngoài ra riêng lớp mạ crom bóng còn được dùng để tăng tuổi thọ cho dụng cụ

y tế, thú y, đo lường

1 Một số quy trình mạ crom

1.1 Mạ crom bảo vệ trang sức

1.1.1 Tổng quan

Lớp mạ crome bảo vệ trang sức rất quan trọng vì bề mặt của lớp mạ crom rất trơ

về mặt hóa học do sinh ra lớp màng thụ động ( lớp oxy hóa bền), do đó rất ổn định trong không khó khó bị mất màu, bị trầy sướt Lớp mạ này không bị ăn mòn trong các hóa chất ngoại trừ HCl và H2SO4 nóng Crom còn là một chất rất ổn định nên

bề mặt của nó khó bị nhiễm bẩn

Lớp crom có cấu tạo và tổ chức khác với lớp crom đúc, nó có cấu trúc, độ cứng và

độ mài mòn rất cao, dùng để mạ hồi phúc những chi tiết bị mài mòn

Dung dịch mạ crom là dung dịch acid cromic có pha lẫn một số chất phụ gia có chứa các ion âm như SO42- ,SiF62- gọi là dung dịch phức hợp hổ trợ cho việc hình thành lớp mạ crom

Để nâng cao độ bền của lớp mạ đồng – niken – crom hoặc niken – crom người ta phát triển công nghệ mạ vi lỗ, mạ crom không có vết nứt hoặc vết nứt nhỏ

Mạ crom thường dùng dung dịch acid cromic có chất xúc tác là các ion âm như

SO42-, SiF62- Hiệu suất dòng điện 8-13% Lớp mạ bóng, dễ đánh bóng, độ cứng tế

vi 600-900HV, dung dịch ít ăn mòn các thiết bị

1.1.2 Mạ crom thường

1.1.2.1 Đặc điểm của dung dịch mạ và các yếu tố ảnh hưởng

Hàm lượng CrO3 trong dung dịch mạ crom thông thường trong khoảng 150 -400 g/L CrO3 trong dung dịch tồn tại ở dạng Cr2O72- và dạng CrO42- với cân bằng sau:

cũng thu được lớp mạ Cr, nhưng với lượng nhỏ

Cr3+ sẽ nân cao khả năng phân bố của lớp mạ Cr, nhưng nếu quá nhiều thhì khả năng phân bố sẽ giảm Trong dung dịch mạ còn sử dụng các chất hoạt động bề mặt như carbon – flour để chống sụ bay hơi của crom

Chế độ mạ crom khác nhau được mô tả trong bảng bên dưới

Bảng 1 Chế độ mạ của công nghệ mạ crom thường

10 – 20 10 – 20 10 – 25

Mạ crom bóng

Nhiệt độ (oC) 56 – 62 58 – 62 56 – 62 56 – 62 Mật độ

dòng (A/dm2)

30 – 45 30 – 45 30 – 45 30 – 45

Dung dịch 1: mạ crom sữa (mạ crom chi tiết phun cát)

Dung dịch 2: kết tủa nhanh

Dung dịch 4: khả năng phân bố và dẫn điẹn tốt

Dung dịch 3: có đặc tính trung gian giữa dung dịch 2 và 4

Hai yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến uqá trình làm việc của bể mạ là mật độ dòng điện

và nhiệt độ Chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau nếu thay đổi một trong hai yếu tố thì yếu tố còn lại cũng sẽ thay đổi theo Khi tăng nhiệt độ dung dịch sẽ làm gimả hiệu suất dòng điện, thu hẹp khoảng làm việc của mật độ dòng điện tăng độ

bay hơi của dung dịch dó đó phải tăng mật độ dòng điện để giữa cho quá trình mạ được bình thường Ngoài ra mạ ở nhiệt độ cao sẽ làm giảm độ cứng của lớp mạ Khi mạ crom cho trang sức thì nhiệt độ tối ưu là 45 ± 2oC, và mật độ dòng điện tương ứng là 15- 25 A/dm2 Thu được lớp mạ bóng, nếu nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thì lớp mạ sẽ mờ, mật độ độ dòng điện quá cao thì lớp mạ ở các đầu nhọn

và biên sẽ bị chát đen

2.1.2.3 Yêu cầu khi pha dung dịch mạ

Khi pha chế dung dịch mạ crom còn dùng CrO3 có độ tinh khiết cao, hàm liơngj

H2SO4 trong CrO3 không vựt quá mấy phần nghìn, không có gốc Cl- và các chất xúc tác khác

Khi pha dung dịch, hòa tan CrO3 trong 2/3 thể tích nước, sau đó cho nước đến vạch định mức lấy mẫu kiểm tra CrO3 và gốc H2SO4 Cho H2SO4 theo hàm lượng quy định Cr3+

có thể được điều chế bằng ccsh xử lý điện phân cathode lớn anode nhỏ hoặc cho thêm Cr2(SO4)3, hoặc H2O2 (10g/L H2O2 30% sẽ tạo thành 2.5 g/L

bổ sung CrO3, trước tiên cần bổ sung CrO3 sau đó phân tích hàm lượng SO42- và

bổ sung H2SO4 Như vậy hmà lượng H2SO4 trong CrO3 được điều chỉnh Nếu như

tỉ lệ nhỏ, cần bổ sung CrO3 hoặc dùng BaCO3 để kết tủa gốc SO42- Cứ cho 2g BaCO3 thì có thể kết tủa được 1g SO42-

2.1.2.5 Khống chế hàm lượng Cr 3+

Hàm lượng Cr3+ bằng 1- 2% hàm lượng CrO3 Thông thường khống chế trong pham vi dưới 6g/L không vượt quá 10g/L

Khi SO42- quá cao Cr3+ dễ tăng nếu diện tích anode quá nhỏ hoặc dẫn điện không tốt, Cr3+ cũng tăng cao Khi Cr3+ quá caothì điện phân với dòng điện ở anode 1.5 -2A/dm2 SA:Sk = 10-30:1 đến khi hàm lượng Cr3+ giảm đi

Gốc Cl- cũng làm giảm khả năng phân bố, làm lớp mạ thô, tối Để ngăn cản sự tích lũy của ion, pha chế dung dịch phải dùng nước cất, trước khi mạ cần tẩy nhẹ bằng H2SO4 nếu HCl thì cần phải rửa sạch

Điện phân ở nhiệt độ 60o

C có thể khử ion Cl-

Gốc NO3- làm cho lớp mạ không bóng, có màu đen gây ăn mòn bể mạ với hàm lượng 1g/L, điện phân ở nhiệt độ 60 -70oC có thể khử NO3-

2.2 Mạ crom phức hợp