BÀI TẬP XỬ LÝ HÓA BỀN 1

MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Bài tập 1: Mạ đồng bằng dung dịch Cu-CN, CuSO4 + H2SO4 - Quy trình mạ - Tính toán bề dày lớp mạ với thời gian cho trước theo định luật Faraday - Tính toán thời gian với bề dày lớp mạ cho trước theo định luật Faraday BÀI LÀM Giới thiệu chung - Mạ đồng là kỹ thuật mạ điện lâu đời nhất, đồng tinh khiết là kim loại dễ dát mỏng, màu đỏ, tại chỗ gãy có màu hồng, khối lượng riêng d= 8.9g/cm Trong dãy điện hóa đờng thuộc nhóm kim loại có điện dương, hoạt động Lớp mạ đồng thép là lớp mạ catot , khơng có tác dụng bảo vệ điện hóa thép chống ăn mòn, lớp mạ đờng ít bền khơng khí, dễ dàng bị oxi hóa, là bị đun nóng Dưới tác dụng CO các hợp chất chứa clo không khí, bề mặt lớp mạ đồng phủ lớp hợp chất Cu(OH)2.CuCO3 màu lục xẫm, lớp mạ đờng không sử dụng làm lớp mạ trang trí mà thường sử dụng làm lớp mạ trung gian hai hoạc ba lớp trước mạ trực tiếp niken, vàng, bạc… Ngoài lớp mạ đờng dùng để bảo vệ các chi tiết không thấm Cacbon, Nitơ, Bo, và các quá trình khuếch tán khác gia nhiệt Ngoài mạ đờng sử dụng kỹ tḥt đúc điện để tách các kim loại từ các tác phẩm điêu khắc để tạo hình các chi tiết phức tạp Dung dịch mạ đồng xyanua (Cu-CN) - Dung dịch Xyanua là dung dịch kiềm thường sử dụng phạm vi công nghiệp chúng độc và xử lý chất thải khó khăn Dung dịch này cho khả mạ lên kim loại bền đồng kẽm, sắt… Khả phân bố kim loại và khả che phủ lớn, cho phép sử dụng xyanua mạ chi tiết phức tạp - Dung dịch xyanua mạ đờng có thành phần khác tùy thuộc vào vai trò và độ dày lớp mạ, điều kiện tiến hành mạ, yêu cầu độ bóng… Thành phần dung dịch mạ đồng xyanua bao gồm CuCN là muối cung cấp ion đồng, NaCN KCN là chất tạo phức, muối KNaC4H4O6 là chất cho anot hòa tan Ngoài chất ra, cần cho thêm số phụ gia vô hữu để cải thiện tính lớp mạ - Dung dịch Xyanua pha chế cần điều kiện thơng gió tốt Trước hết hòa tan NaCN (hoặc KCN) nước nóng, vừa khuấy vừa cho từ từ CuCN, để nhiệt độ khơng cao quá 60 oC Hòa tan thùng riêng Na2CO3, NaOH, và NaKC4H4O6 Hỗn hợp hòa tan hai loại trên, khuấy đều, Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN cho nước đến mức quy định, lọc, phân tích và điều chỉnh dung dịch Trong phương pháp mạ đờng xyanua người ta chia dung dịch mạ đồng xyanua làm ba loại sau: dung dịch mạ đờng lót, dung dịch mạ đờng xyanua có NaKC4H4O6 và dung dịch mạ đờng xyanua hiệu suất cao - Dung dịch mạ đờng lót phân bố tốt, hiệu suất dòng điện thấp, để mạ lớp đờng mỏng và chủ yếu dùng để mạ lót chi tiết thép đúc dung dịch mạ lót đờng là khống chế hàm lượng NaCN tự do, bảo đảm phạm vi – 11 g/l, sau là hàm lượng đồng, bảo đảm phạm vi 10 – 16 g/l Nhưng hiệu suất dòng điện anot cao bên catot, phải treo anot sắt khơng hòa tan, làm cho hiệu suất dòng điện anot, catot bằng nhau, dung dịch mới ổn định - Dung dịch mạ đờng Xyanua hiệu suất cao có hiệu suất dòng điện 100%, tốc độ kết tủa nhanh, khả phân bố Khi mạ sắt, thép kẽm đúc cần mạ lót, dung dịch nhạy với tạp chất Do tốc độ kết tủa nhanh, lớp mạ bóng nên sử dụng rộng rãi Hàm lượng NaCN tự dung dịch mạ đồng xyanua hiệu suất cao phạm vi 10 – 20 g/l Hàm lượng đồng dung dịch phạm vi 45 – 55 g/l mạ dây đồng hàm lượng đồng 60 – 90 g/l Diện tích anot và catot phạm vi 4:1, không dùng anot đồng phốt Dung dịch nhạy với tạp chất hữu cơ, làm cho lớp mạ tối, châm kim Trước mạ cần phải tẩy sạch dầu và rửa sạch Nếu dung dịch có tạp chất hữu cần phải cho H2O2 ml/l và lọc qua than hoạt tính - Dung dịch mạ đờng xyanua có KNaC 4H4O6 nằm hai dung dịch trên, không nhạy với tạp chất, không cần mạ lót hợp kim kẽm đúc, độ nhạy lớp mạ trung bình Hàm lượng NaCN tự dung dịch mạ đờng xyanua có NaKC 4H4O6 bảo đảm phạm vi – g/l Khi quá thấp, anot thụ động hóa, quá cao hiệu suất dòng điện giảm, lớp mạ mờ, khó đánh bóng Dung dịch này gia nhiệt hiệu suất dòng điện catot, anot đều cao Khống chế pH dung dịch quan trọng, thông thường phải đảm bảo pH = 12,2 – 12,8, pH cao quá, thì hiệu suất dòng điện giảm, ăn mòn chi tiết kẽm đúc, điều chỉnh bằng NaHSO4 Bảng Chế độ cơng nghệ mạ lót đồng Xyanua Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) Pha chế CuCN 18-26 15 8-23 25 25 23 12-54 30 35 NaCN NaCN tự 5-10 Trang 6-8 MAI CHÍ TÂM – 12104213 Na2CO3 GVHD: TRẦN THẾ SAN 15-20 15 NaOH 2-10 NaHSO4 Na2S2O3 0,05-1 pH 11,0-12,2 Nhiệt độ (oC) 12,5-13,0 20-30 40-50 Mật độ dòng điện catot 0,5-1 (A/dm2) 1-2 Mật độ dòng điện anot 40-60 18-50 1-3 0,2-2 20 0,5 0,2-0,6 0,5-1 (A/dm2) Bảng Chế độ cơng nghệ mạ đồng xyanua có NaKC4H4O6 Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) Pha chế CuCN 22,5-30 30 - 50 19 - 45 35 - 45 50 - 70 45 - 55 40 - 65 26 - 53 50 - 72 65 - 92 60 - 70 NaCN NaCN (tự do) - 7,5 Na2CO3 15 - 60 20 - 30 15 - 60 20 - 30 NaKC4H4O6.4H2O 30 - 60 30 - 60 30 - 60 30 - 40 10 - 20 30 - 40 - 12 15 - 20 10 - 15 - 12 10 - 20 NaOH 4–9 10 - 20 KSCN - 10 MnSO4.5H2O 0,08-0.12 Chất làm bóng Cu-60 pH 1,5-3ml/l 12,212,8 Nhiệt độ (oC) 60 - 65 50 - 60 55 - 70 50-60 55 - 65 50 - 60 Mật độ dòng điện 3-4 1-3 1,6- 6,5 0,5 - 1,5 - 1,5 - Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN catot (A/dm2) Anốt (A/dm2) 1,5 - 0,8- 3,3 Bảng Công nghệ mạ đồng Xyanua hiệu suất cao Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) Pha chế CuCN 67,5–82,5 67,5-82,5 49-127 49-127 Kcu(CN)2 NaCN NaCN (tự do) 62-154 4-11 270 200 10 15 5 76-178 KCN (tự do) 7,5-15 K2CO3 0-120 11-19 0-90 KOH NaOH 11-9 KCN Na2CO3 30-52,5 22,5-37,5 31-52 22-37 KCNS 10 NaCNS Na2SO3 1-4 Butidiol Nhiệt độ (oC) 0,5-2 70-80 70-80 60-80 60-80 40 3-5 3-6 1-11 1-11 1-2 Mật độ dòng điện A/dm2 Dung dịch mạ đồng sunfat - Thành phần dung dịch mạ đồng sunphat đơn giản, dung dịch ổn định, làm việc khơng có khí độc hại Nếu làm chất bóng hợp lý thu lớp mạ bóng độ bằng phẳng tốt quay bóng khơng lớp mạ bóng Dung dịch đờng sunphat có khả phân bố kém, kết tinh không mịn Chi tiết là sắt thép mạ đồng cần phải mạ lót Thành phần dung dịch mạ đờng sunfat bao gồm: Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN CuSO4.5H2O là chất kết tinh màu xanh đậm, dễ tan nước, nồng độ lớn, sử dụng mật độ dòng catot lớn tạo thuận lợi để thu lớp mạ có chất lượng tốt, tăng nờng độ và tăng nhiệt độ CuSO4 làm giảm độ tan CuSO Khi nhiệt độ tăng ảnh hưởng không tốt đến lớp mạ, làm cho lớp mạ có cấu tạo thô, vì vậy thường sử dụng nhiệt độ 20 0-300C Trong trường hợp không sử dụng nồng độ CuSO4 bào hòa - H2SO4 làm tăng độ dẫn điện dung dịch, ngăn cản phân hủy Cu 2SO4 làm lớp mạ xù xì, xốp, thô Để tạo thuận lợi cho quá trình kết tinh mịn hạt cần nâng cao mật độ dòng catot Nờng độ H2SO4 thường cao dung dịch khuấy trộn - Ngoài ra, quá trình mạ tùy theo yêu cầu tính chất và chất lượng lớp mạ là dung dịch mạ bóng, bán bóng hay mạ mờ… mà cần sử dụng số phụ gia như: chất hoạt động bề mặt (polighicola, OP), chất làm bóng chính (chủ yếu là chất làm bóng loại S, cấu tạo: R-S-S(CH2)SO3 X, X là Na H) làm lớp mạ giòn, bám Ngoài số phụ gia khác chất san bằng, chất chống giòn, chất thấm ướt… phụ gia nhiều thì việc kiểm tra và phân tích gặp khó khăn - Để pha chế dung dịch trước hết hòa tan CuSO4.5H2O nước cất sau cho từ từ H2SO4 vào và tiếp tục cho các thành phần khác xác định Dung dịch cần đun nóng 40-50 oC, lọc bằng than hoạt tính 1-3g/l 24h bằng phương pháp gói than hoạt tính vải bền axit(clorin) thành nhiều gói rời nhúng ngập dung dịch, điện phân dung dịch với mật độ dòng catot 2A/dm2, lít cần lượng điện là 0.5-1A/h Sau là cho chất tạo bóng Poliglicola, OP 21, D, H1 hòa tan nước nóng, gốc mêtyl xanh, gốc mêtyl tím dùng C 2H5OH để hòa tan sau dùng nước hòa tan chất làm bóng S nước nhiệt độ thường Đối với Dexstrin cân liều lượng cần dùng cho vào nước đun cách thủy 70 – 80 0C khuấy liên tục cho tan hoàn toàn thu dung dịch đồng rồi cho vào dung dịch pha sẵn Sau là số thành phần dung dịch thường gặp: Bảng Dung dịch mạ đồng sunfat Thành phần (g/l) dung dịch và chế Dung dịch số CuSO4.5H2O 200-250 150-250 200-250 180-240 240-250 H2SO4 50-70 50-70 35-70 45-60 40-60 độ mạ Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 Dextrin sunfo - 0.8-1.0 - - - - 0.1-0.2 - - - - - 3-5 mg/l - - - - - 1.5-2.5 - - - - - 1-10 - - 30-75 28-80 30-60 15-25 25-48 18-30 24-40 15-25 hóa Sunfurol-8 Chất bong B7211 Chất bóng UBAC 1A Chất bóng LTI Avangard Ion Cl- cho phép, mg/l Nhiệt độ, oC GVHD: TRẦN THẾ SAN ic , A/dm2 tĩnh, sục không khí 1-2 nén 6-8