MẠ KẼM CROMAT HOÁ

CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CROMAT HỐ GVHD: Nguyễn Trường Sơn NHÓM Lưu Ngọc Diệu Trần Nhật Huy Lê Hoàng Nhật Lê Ngọc Thanh Trang Nguyễn Thị Phương Uyên Trần Thiện Ngự Thoại Vy Tp HCM, tháng 5/2019 16128006 16128031 16128058 16128087 16128102 16128109 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Lời nói đầu M kẽm hình thức mạ lớp kẽm lên bề mặt kim loại nhằm tạo lớp bảo vệ cho bề mặt chống lại khả ăn mòn, hoen gỉ giúp nâng cao chất lượng vẻ đẹp thẩm mỹ cho sản phẩm Ngày nay, mạ kẽm sử dụng rộng rãi để bảo vệ máy móc, thiết bị, dụng cụ,… sắt thép, chống ăn mòn Sản phẩm mạ kẽm để ngồi mơi trường tác động làm cho vẻ bên (mờ, xám dần theo thời gian) nhiên tính bảo vệ khơng giảm Vì vậy, sản phẩm mạ kẽm thích hợp dùng cho cơng trình kiến trúc xây dựng, dùng cho đường dây tải điện, thông tin đường sắt, thiết bị đặt trời,… dạng lợp, thép góc, ống dẫn,… Hiện nay, có nhiều phương pháp xi mạ hóa chất kẽm khác như: mạ kẽm lạnh, mạ kẽm điện phân, mạ kẽm nhúng nóng Mỗi phương pháp khác ứng dụng trường hợp khác Vì lợi ích trên, nhóm chúng em định chọn tìm hiểu đề tài “Cơng nghệ mạ kẽm cromat hóa” CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Mục lục Lời nói đầu Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ KẼM .3 1.1 Xử lý bề mặt trước mạ 1.2 Công nghệ mạ kẽm 1.2.1 Mạ kẽm dung dịch acid .4 1.2.2 Mạ kẽm dung dịch cyanya 1.2.3 Mạ kẽm dung dịch zincat 1.2.4 Mạ kẽm dung dịch ammonicat 1.2.5 Mạ kẽm dung dịch pyrophotphat 10 1.3 Bóc lớp mạ kẽm hỏng 12 1.4 Hoàn thiện lớp mạ kẽm (cromat hoá) 12 Chương QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 16 2.1 Sơ đồ quy trình mạ kẽm cromat hoá cho bulong, đai ốc .16 2.2 Thuyết minh cho quy trình 17 Chương ỨNG DỤNG THỰC TẾ 19 3.1 Công nghệ mạ kẽm không cyanya .20 3.2 Một số sản phẩm khác 21 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo 23 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Chương TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ MẠ KẼM 1.1 Xử lý bề mặt trước mạ Xử lý bề mặt kim loại trước mạ phần khơng thể thiếu q trình xi mạ bước định chất lượng lớp phủ bề mặt kim loại Không mang đến bề mặt nhẵn bóng, xử lý bề mặt kim loại giúp loại vết sét, màng oxit, dầu mỡ hay chất bẩn bề mặt kim loại giúp lớp mạ bám bề mặt kim loại Hiện có hai phương pháp xử lý bề mặt chính: Gia cơng học: Gia cơng học q trình giúp cho bề mặt phơi kim loại đồng độ trơn nhẵn cao, giúp quy trình xi mạ bám vào phơi Có nhiều phương pháp: mài, đánh bóng, bắn cát tia nước áp lực cao Tuy nhiên, q trình gia cơng học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám lớp mạ sau Vì trước xi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt đem mạ Gia cơng xử lý hóa học: tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ + Tẩy dầu mỡ: Bề mặt kim loại trình hoạt động sản xuất thường dính dầu mỡ, dù mỏng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ,… Các cách tẩy dầu mỡ: - Tẩy dung môi hữu tricloetylen C 2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4,… chúng có đặc điểm hòa tan tốt nhiều loại chất béo, khơng ăn mòn kim loại, khơng bắt lửa Tuy nhiên, sau dung môi bay hơi, bề mặt kim loại dính lại lớp màng dầu mỡ mỏng  không sạch, cẩn phải tẩy tiếp dung dịch kiềm - Tẩy dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm số chất nhũ tương hóa Na2SiO3, Na3PO4,… Với chất hữu có nguồn gốc động thực vật tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH bị tách khỏi bề mặt Với loại dầu mỡ khoáng vật bị tách tác dụng nhũ tương hóa Na 2SiO3 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HOÁ - Tẩy dung dịch kiềm phương pháp điện hóa, tác dụng dòng điện, oxy hydro có tác dụng theo hạt mỡ bám vào bề mặt Tẩy phương pháp dung dịch kiềm cần pha loãng so với tẩy hóa học đạt hiệu Tẩy dầu mỡ siêu âm dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, rung động mạnh giúp lớp dầu mỡ tách dễ dàng + Tẩy gỉ: Bề mặt kim loại thường phủ lớp oxit dày, gọi gỉ Tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng acid loãng H2SO4 hay HCl hỗn hợp chúng Khi tẩy thường diễn đồng thời q trình: hòa tan oxit kim loại Tẩy gỉ điện hóa tẩy gỉ hóa học đồng thời có tham gia dòng điện Có thể tiến hành tẩy gỉ cathode tẩy gỉ anode Tẩy gỉ anode lớp bề mặt nhám nên lớp mạ gắn bám tốt Tẩy gỉ cathode sinh H sinh, có tác dụng khử phần oxit Hydro sinh góp phần làm tơi học màng oxit bị bong Tẩy gỉ cathode áp dụng cho vật mạ thép cacbon, với vật mạ Ni, Cr khơng hiệu + Tẩy bóng điện hóa hóa học: Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao gia cơng học Lớp mạ gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, lỗ thủng tạo tính chất quang học đặc biệt Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anode đặt dung dịch đặc biệt Do tốc độ hòa tan phần lồi lớn phần lõm nên bề mặt san trở nên nhẵn bóng Cơ chế tẩy bóng hóa học giống tẩy bóng điện hóa Khi tẩy bóng hóa học xuất lớp màng mỏng cản trở kìm hãm tác dụng xâm thực dung dịch với kim loại chỗ lõm + Tẩy nhẹ: Tẩy nhẹ hay gọi hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy lớp oxit mỏng, khơng nhìn thấy được, hình thành q trình gia cơng trước mạ Crom Khi tẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể bị lộ ra, độ gắn bám tăng lên 1.2 Công nghệ mạ kẽm 1.2.1 Mạ kẽm dung dịch acid Dung dịch acid để mạ kẽm dung dịch mạ đơn, thường dùng dung dịch sunfat, đến dung dịch clorua, dung dịch floborat Đặc điểm chung dung CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ dịch là: kẽm tồn dạng ion đơn hydrat hóa, cho độ phân cực bé phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng Dc lớn, dung dịch khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn (ngay nồng độ acid cao) Nhược điểm chung dung dịch là: cho lớp mạ có tinh thể thơ, khả phân bố kém, nên dùng để mạ cho vật có hình thù đơn giản dây, băng tấm,… Các dung dịch dùng phương pháp như: ZnSO4.7H2O, Al2(SO4)3.18H2O, KAl(SO4)2.12H2O, Na2SO4.10H2O, (NH4)2SO4, C6H10O5, C6H12O6, C10H6(SO3Na3)2 Dung dịch ZnSO4.7H2O, độ hòa tan 25oC 600g/l, dung dịch cung cấp ion kẽm, khống chế hàm lượng khoảng 200-400 g/l Nếu dung dịch đặc thường lớp mạ bị xốp, dễ bị gai cây; lỗng q độ dẫn điện dung dịch thấp, làm giảm chất lượng lớp mạ Vì dùng dung dịch mạ kẽm cho dây, băng, tấm,… liên tục, để tăng tốc độ mạ người ta thường sử dụng nồng độ cao đến khoảng 400-700 g/l, buộc phải đun nóng liên tục dung dịch 40-50 oC khuấy thật mạnh khí nén Trên cathode xảy q trình phóng điện ion Zn2+ hydrat hóa: Zn2+.mH2O + 2e  Zn + mH2O Quá trình xảy với độ phân cực bé nên kết tủa có tinh thể khơ khả phân bố PB thấp Để cải thiện nhược điểm trên, dung dịch phải có thêm thành phần thích hợp như: + Các chất dẫn điện có ion Na2SO4.10H2O, (NH4)2SO4,… Các chất làm tăng độ dẫn điện dung dịch đồng thời làm tăng khả phân bố cho dung dịch, làm tăng độ phân cực cathode, cải thiện cấu trúc tinh thể + Chất hoạt động bề mặt C6H10O5, C6H12O6, C10H6(SO3Na3)2 cho vào dung dịch làm tăng độ phân cực, cải thiện khả phân bố dung dịch Chất hoạt động bề mặt có tác dụng nhiệt độ thường Ngồi ra, cathode q trình phụ H + phóng điện Điện tiêu chuẩn hydro dương Zn 0.76, lẽ hiệu suất dòng điện Zn thấp, q thoát hydro Zn lớn Và nồng độ H + bé nồng độ Zn2+ lại lớn, nên cathode Zn chính, hiệu suất dòng điện dung dịch mạ kẽm sunfat thường cao (96-98%) CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Để hiệu suất dòng điện Zn ln cao nồng độ H + dung dịch phải đủ thấp, pH không 3.5 Nếu pH < 3.5, nồng độ H + lớn, H+ ưu tiên phóng điện cathode hiệu suất dòng điện Zn giảm đi, chí giảm xuống đến Và pH > 4.5-4.8, lớp mạ điện bị dòn, sần sùi lẫn nhiều kẽm hydroxit (sinh pH 5.3 lớp cathode) Vậy cần phải ổn định pH khoảng 3.5-4.5, ta dùng chất đệm Al 2(SO4)3.18H2O, KAl(SO4)2.12H2O thêm vào dung dịch Mạ kẽm từ dung dịch sunfat ln có hiệu suất dòng điện anot 100% (trong hiệu suất dòng điện cathode bé 100%), anode ngồi q trình hòa tan điện hóa hoạt động vi pin ăn mòn Anode nhiều tạp chất tượng hòa tan mạnh Điều dẫn đến: nồng độ Zn 2+ dung dịch đặc hơn; nồng độ H+ dung dịch dần dẫn đến pH tăng lên Để khắc phục điều việc dùng chất đệm, cần thường xuyên theo dõi để bổ sung H 2SO4 điều chỉnh nồng độ Zn2+ dung dịch kịp thời Dung dịch mạ kẽm nhạy với tạp chất Các ion tạp chất có điện dương kẽm, giải phóng cathode với kẽm Các tạp chất thường có hydro thấp kẽm (nhất Co, Cu, Ag, Sb,…) nên tạo thành điểm cho hydro thoát ra, làm giảm hiệu suất dòng điện, nguy hại tạo thành vết rỗ, sọc hoặt sùi, bột,…làm hỏng lớp mạ Vì hóa chất, nước, anode phải dùng loại đủ (theo quy định tiêu chuẩn), không để lẫn tạp chất vào dung dịch vận hành 1.2.2 Mạ kẽm dung dịch cyanya • Đặc điểm công nghệ Ưu điểm: Dung dịch mạ kẽm cyanya có khả phân bố tốt, lớp mạ mịn, bóng sử dụng mật độ dòng điện nhiệt độ cao Khơng ăn mòn thiết bị, mạ chi tiết có hình dáng phức tạp, có độ dày 20 µm Nhược điểm: Dung dịch cyanya có hiệu suất dòng điện thấp, dung dịch độc, có hại đến sức khoẻ => Phải có thiết bị hút độc tốt có biện pháp an tồn cần thiết CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ • Chế độ cơng nghệ Thành phần (g/l) chế độ mạ ZnO NaCN NaOH Na2S Glyxerin C3H5(OH)3 Nhiệt độ dung dịch (℃) Mật độ dòng (A/dm2) Hiệu suất dòng (H%) Ứng dụng Dung dịch mạ kẽm 40 - 45 75 - 80 70 - 80 0,5 - 50 3-5 40 - 45 80 - 85 40 - 60 - - 10 18 - 20 70 - 41 - 57 68 -132 34,5 - 56 - Phòng Phòng Phòng 27 - 38 2-5 1,5 - 0,5 – 2,5 1-5 80 - 85 75 - 80 70 - 80 75 - 95 Mạ quay Ít độc Mạ dày Tẩy HNO3 Mạ tĩnh cho lớp mạ sáng Tỷ lệ diện tích anode/cathode Sa/Sc: 2/1 Anode: kẽm độ cao thép Điện nguồn – 12 V Thời hạn phân tích điều chỉnh dung dịch – lần/ tuần NaCN tạo với ZnO thành phức chất Na2[Zn(CN)4], cho khả phân bố lớn, độc NaOH tạo thành với ZnO thành phức chất Na 2ZnO2 (Zincat), cho khả phân bố thấp Na2S dùng để kết tủa kim loại nặng xuống đáy bể, làm dung dịch, lớp mạ sáng Glyxerin cho lớp mạ mịn, sáng Khi làm việc lâu, hàm lượng Na2CO3 tăng dần lên hấp thụ khí CO2 từ khơng khí Khi nồng độ Na2CO3 vượt 100g/ml kết tinh trắng lên thành bể => Làm giảm H%, ic chât lượng mạ => Để loại bỏ cách thêm 1,5g Ba(OH) vào dung dịch thu kết tủa 1g Na2CO3, lắng, gạn khỏi dung dịch CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ • Pha chế dung dịch Dung dịch mạ kẽm cyanya pha hóa chất ZnO Zn(OH) cho tác dụng với NaCN theo phản ứng, thực điều kiện có quạt hút: 2ZnO + 4NaCN  Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 2Zn(OH)2 + 4NaCN  Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 + H2O Quá trình pha chế dung dịch mạ kẽm cyanya (trong điều kiện có quạt hút): Hòa tan NaCN NaOH bể mạ (bể thép hay nhựa) tích nước ½ thể tích bể mạ Cho nước vào ZnO tính tốn, khuấy thành dạng hồ đặc, vừa khuấy vừa cho vào bể mạ đến hòa tan hồn tồn Cho Glyxerin, Na2S,… chất phụ gia khác hòa tan vào bể Tiếp tục khuấy đều, cho nước đến mức quy định Khi cần thêm ZnO phải hòa tan vào NaCN hay NaOH lọc vào dung dịch Pha xong mạ xử lí với ic = 0,1 – 0,2 A/dm2 đến lớp mạ sáng 1.2.3 Mạ kẽm dung dịch zincat • Đặc điểm cơng nghệ Kẽm tồn dạng phức Na 2ZnO3 Dung dịch có khả phân bố lớn nên mạ vật tương đối phức tạp Tuy không dung dịch cyanya khơng độc hại Thành phần đơn giản, giá rẻ, độ dẫn điện cao, cần nguồn điện chiều 6V • Chế độ cơng nghệ Dung dịch lỗng có khả phân bố tốt hơn, dùng mạ vật phức tạp Sn4+ làm lớp mạ nhẵn, sáng Điều chế Sn4+ (ở dạng Na2SnO3): dùng ml H2O2 oxy hóa Sn2+ thành 1g Na2SnO3 (dùng thay cho SnCl4) Polyetylenimi cho phép dùng mật độ dòng cao, lớp mạ trắng CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HOÁ Thành phần Dung dịch Zincat (g/l) chế độ mạ ZnO (tính 15 - 17 3,5 – 6,8 10 Zn) NaOH 135 - 160 65 - 80 80 SnCl4 (hay 0,2 – 0,5 0,2 – 0,5 Na2SnO3) Polyetylenimin Mật độ dòng - ia < 1,5 - ic khuấy 3-4 1,5 – 2,0 - ic không 2,0 – 2,5 0,7 < 1,2 khuấy Nhiệt độ dung 50 50 50 dịch Tỷ lệ diện tích anode/cathode Sa/Sc = 1/2 đến 2/3 10 100 6-7 1-5 50 Anode có độ tinh khiết kỹ thuật Điện nguồn 6V • Pha chế dung dịch Cân hóa chất, hòa tan NaOH vào nước, đun nóng 90 – 100℃ ZnO hay Zn(OH)2 hòa thành bột nhão từ từ rót vào dung dịch NaOH khuấy tan hết Thêm nước đến thể tích tính tốn, lọc dung dịch vào bể mạ, thêm cấu tử lại Lấy mẫu đem phân tích, đồng thời mạ xử lí với i c = 0,1-0,2 A/dm2 lớp mạ sáng Sau phân tích điều chỉnh lại nồng độ cần 1.2.4 Mạ kẽm dung dịch ammonicat • Đặc điểm cơng nghệ Dùng mạ cho vật có hình dạng phức tạp, lớp mạ mịn (gần mạ từ dung dịch cyanya) Không độc, mạ nhiệt độ phòng Kẽm tồn dạng phức Zn(NH 3)2Cl2 pH < 7, Zn(NH3)4Cl2 pH > Ở pH < phức khơng tồn • Chế độ cơng nghệ 10 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Anode kẽm dễ bị thụ động, nhiệt độ thấp bị phủ màng muối khó tan Tỷ lệ diện tích anode/cathode Sa/Sc > 2-3 Các muối chứa NH4+ có tác dụng chống thụ động anode K4P2O7, K2HPO4 có độ hòa tan lớn hơn, cho dung dịch có nồng độ phức cao hơn, dùng mật độ dòng cao hơn, gây thụ động anode Còn K 4P2O7, Na2HPO7 ngược lại Dung dịch mạ kẽm pyrophotphat Thành phần chế độ mạ ZnSO4.7H2O K4P2O7.3H2O (NH4)2HPO4 Na2HPO4 NH4Cl Dextrin Axit sunfanilic Ic, A/dm2 Ia, A/dm2 Nhiệt độ pH Hiệu suất dòng H% Ứng dụng • Các dung dịch mạ kẽm pyrophotphat 50-60 180-200 3-5 3-5 1-2 50-55 8,0-8,3 75-95 60-70-300330 330 0,1-0,5 2-5 0,5-1,0 20-30 8,5-9,0 83-92 Mạ mờ Mạ bóng 35-40 90-100 54-60 140-150 50 10 0,3-1,0 15-30 11,2-11,6 95 300-350 50-60 1,3-30 0,8-1,2 18-25 7,5-8,5 85-95 190-240 1-5 0,7-1,2 50-55 84-89 - Mạ tĩnh, mạ quay - Anot bị thụ động Pha chế dung dịch: Hòa tan natri hay kali pyrophotphat nước nhiệt độ 70-80 oC Hòa tan riêng ZnSO4 nước nóng Đổ từ từ dung dịch vào khuấy liên tục Ban đầu sinh kết tủa kẽm pyrophotphat, sau phản ứng tiếp với pyrophotphat dư thành phức tan Phương trình hóa học: 2ZnSO4 + Na4P2O7 → Zn2P2O7 + 2Na2SO4 Zn2P2O7 + 3Na4P2O7 → 2Na6[Zn(P2O7)] 12 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HOÁ Để nguội dung dịch, gạn lọc dung dịch vào bể mạ loại bỏ cặn (là K 2SO4 Na2SO4 kết tinh) Hòa tan riêng cấu tử lại lọc vào bể Thêm nước đến thể tích định Điều chỉnh pH NaOH lỗng hay H3PO4; mạ thử 1.3 Bóc lớp mạ kẽm hỏng Bóc lớp thụ động hỏng: tẩy HNO3 3% Bóc lớp mạ kẽm hỏng: tẩy HCl 5-10% +Sb+3 3-5 g/ml tẩy NaOH 10-15% thép không bị mòn tẩy H 2SO4 5-10% nhiệt độ thường 1.4 Hoàn thiện lớp mã kẽm Lớp mạ kẽm thường dùng để xi mạ bảo vệ kim loại sắt, gang, thép tránh bị ăn mòn điện hóa khơng khí, đất, nước để bảo vệ thiết bị lâu tốt nâng cao tính thẫm mỹ sản phẩm ta nên qua khâu hoàn thiện lớp mạ kẽm như: thụ động, tẩy bóng trắng, khử đòn Hydro, photphat hóa,… Thụ động hóa: Khi tiến hành nhúng lớp mạ kẽm vào dung dịch thụ động chúng xảy tượng ăn mòn kẽm tạo nên hợp chất kẽm với crom hình thành nên lớp mạ thụ động Quá trình thụ động hóa cho lớp mạ kẽm tiến hành dung dịch acid cromic natri bicromat Phản ứng hóa học giữ bề mặt kẽm dung dịch tạo thành màng thụ động gồm dãy oxit, hydroxit muối kẽm crom Mỗi chất có màu riêng, hợp thành phổ màu cho lớp mạ từ lục sáng đến ngũ sắc đến không màu, tùy thuộc thành phần chế độ thụ động chiều dày mảng từ 0,25- 0,5µm Lúc ướt màng yếu, dể cọ tuột mất, sau sấy khô nhiệt độ 60oC màng bám với nền, màng bền học Nếu sấy 60 oC màng nước kết tinh, gây nứt nẻ, chống ăn mòn Để màu tươi sáng nên tẩy sáng HNO3 2-30 g/l nhiệt độ thường 0,1-0,3 pH thụ động cho hẳn HNO3 vào dung dịch thụ động Thụ động kẽm Cr (III) Cấu tạo khả bảo vệ lớp phủ 13 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HOÁ Cấu tạo: giống lớp phủ cromat, lớp phủ cromit màng vơ định hình có cấu trúc phức hợp gồm chất sau: Cr 2O3, Cr(OH)3, ZnO, Zn(OH)2, Cr, Zn(NO3)2, ZnCl2, Cr(NO3)3, CrCl3, phức Lớp màng cấu trúc phức tạp bao gồm nhiều chất, lớp màng tạo thành bao phủ bề mặt kẽm, có màu trắng xanh rõ đậm màu kim loại Zn Nhờ có màng nên làm cho khả chống ăn mòn Zn tăng lên nhiều Mẫu tạo thành để ngồi khơng khí thời dài chưa bi oxy hóa Lớp phủ thụ động Crom(III) có cấu trúc xốp nên dung dịch dễ thấm qua để tiếp xúc với bề mặt kẽm thực phản ứng tạo màng thụ động Q trình phát triển màng thơng qua trao đổi điện tích chuyển khối qua lỗ khuyết tật bề mặt cromit (ăn mòn từ phía trong) Lớp phủ cromit xác định có mật độ lỗ tương đối cao, dung dịch sản phẩm ăn mòn dễ dàng xuyên lỗ, tạo điều kiện thuận lợi chuyển khối chuyển điện tích cho q trình phát triển màng Chính dự đốn độ dày màng cromit có khả dày lên theo thời gian, khác hồn tồn so với màng cromat hóa dày mức độ định (10-1000nm) Khả bảo vệ Màng Cromit hóa bảo vệ bề mặt kẽ theo chế che chắn (barie) Chính khả chống ăn mòn phụ thuộc trực tiếp vào độ lỗ màng Khi tráng lớp bảo vệ hữu (sealing) khả chống ăn mòn màng tăng lên nhiều hợp chất hữu bịt lỗ bề mặt cromit Khi thêm màng phủ, khả chịu thử mù muối chống ăn mòn tăng gấp ba lần so với khơng có màng hữu bao phủ (khả chống ăn mòn lớp màng thụ động nhiệt độ cao lại tốt so với nhiệt độ thường, điều giải thích nhiệt độ cao lớp màng thụ động giãn nở nên đă bịt kín lại khe trống) Cơ chế q trình cromit hố Cũng giống q trình cromat hố Đầu tiên bề mặt kim loại kẽm tiếp xúc với dung dịch xảy phản ứng kẽm bị hoà tan acid: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑ (1) Và sau ion Zn2+ sinh phản ứng với Cr(III) phức dung dịch tạo sản phẩm: 14 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Zn2+ + xCr(III) + yH2O → ZnCrxOy + 2yH+ (2) Lượng acid dung dịch thụ động tham gia vào trình hồ tan lớp kẽm Kết lượng acid bị giảm giá trị pH tăng lên nhanh Các yếu tố ảnh hưởng đến trình cromit hố Màng cromit tạo khó chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác Mỗi yếu tố thay đổi làm thay đổi hình thành chất lượng màng cromit Ảnh hưởng thành thành phần ligan phức Thành phần ligan có phức quan trọng Nó định đến khả tạo màng, độ bền khả chống ăn mòn lớp màng Phức có ligan nước: phức yếu, tốc độ phản ứng cao màng thụ động tạo thành dạng bột, độ gắn bám Phức có ligan gốc florua: màng thụ động tạo thành mỏng, có màu xanh Đây phức bền, phản ứng diễn chậm màng mỏng Các thành phần ligan yếu tố giúp cho dung dịch ổn định, tạo đuợc mối liên kết phức đa ligan, làm cho phức bền có khả tạo màng tốt Mặt khác yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả ăn mòn cục màng thụ động Ví dụ ion Cl - màng làm yếu liên kết cation anion oxy nên tạo điều kiện cho ăn mòn cục khơi mào Theo kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cl- màng thụ động tăng lên pH giảm điều giải thích sau: Q trình thụ động crom diễn ra: Cr3+ + H2O → Cr(OH)3.ad (5) Cr(OH)3.ad + H+ + e- → Cr(OH)2.ad + H2O (6) Cr(OH)2.ad+ H+ + Cl- ↔ CrOHCl.ad + H2O (7) CrOHClad ↔CrOClad + H+ + e (8) Như tăng nồng độ H + tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng (7) hình thành CrOHCl Vì CrOHCl tiếp tục phản ứng (8) để tạo phản ứng thụ động cuối CrOCl nên kết giảm pH, nồng độ Cl- màng thụ động tăng lên 15 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Trong trường hợp màng thụ động dày phức crom với chất tạo màng tốt phức crom với nước lại phức crom với florua Vấn đề quan trọng trình cromit phải tìm ligan tốt cho hợp chất phức Cr(III), cho nồng độ Cr(III) phức lớn nhất, để tham gia vào phản ứng thành phần phức crom liên kết với hydroxit crom tạo tạo thành lớp màng phức bền Tốc độ thụ động Cr 3+ phụ thuộc nhiều vào hợp chất tạo phức Nếu Cr(III) tham gia vào liên kết phức mà lớn độ linh động Cr(III) kém, lúc phản ứng diễn chậm màng tạo bề mặt kim loại mỏng (như với trường hợp phức F -), Cr(III) tham gia vào trình tạo phức mà yếu phức không bền, Cr(III) linh động tham gia vào phản ứng với tốc độ nhanh hơn, lớp màng thụ động tạo dạng bột, tính kết dính Ảnh hưởng pH pH ảnh hưởng trực tiếp tới q trình hòa tan kẽm (phản ứng (1)), thay đổi pH cục bề mặt kẽm, dẫn đến ảnh hưởng tới khả kết tủa hợp chất Cr(OH) tạo màng cromit Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian Tăng nhiệt độ dung dịch thụ động dẫn tới làm tăng tốc độ trình kết tủa, tạo phức Với thời gian tiếp xúc dài hơn, nhiệt độ cao tạo lớp màng thụ động dày Tuy nhiên lớp màng thụ động khơng bền ăn mòn Ngun nhân với thơì gian lớp màng dày lên lại không đồng đều, khả tạo liên kết crom kẽm màng xuất nhiều lỗ nhỏ, lớp màng lúc dễ rạn nứt, làm cho khả bảo vệ ăn mòn màng nhiều Độ chống ăn mòn Cr(III) tốt Cr(VI) nguyên nhân màng Cr(VI) chứa nhiều nước nên dễ tạo vết nứt thoát nước, đồng thời Cr(III) thực pH 1.7-2, Cr(VI) thụ động pH = nên Cr(III) hạn chế lôi kéo thành phần dung dịch vào lớp bề mặt Để khắc phục nhược điểm người ta thường phủ bên lớp thụ động màng hữu tăng độ chống ăn mòn cách mạnh mẽ, thời gian chống ăn mòn tăng gấp ba lần so với khơng có màng hữu bao phủ Tẩy trắng bóng 16 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Nhiều trường hợp cần phải có bề mặt trắng bóng, khơng có màu ngũ sắc, sau thụ động dung dịch cromat hóa nói cần tẩy tiếp dung dịch sau cho màu ngũ sắc: Dung dịch 1: NaOH 80g/l, Na2CO3 40g/l, t 15 –30oC, τ –10 s Dung dịch 2: CrO3 150g/l, t 15 –30oC, τ 10 –15 s Cần rửa trước sau tẩy bóng để dung dịch bể không lẫn vào bề mặt không bị ố, mốc, gỉ sau Cần bổ sung, điều chỉnh kịp thời nồng độ dung dịch cromat hóa cho ban đầu để chất lượng màng thụ động không bị giảm sút dung dịch bị loãng dần Nguyên nhân dung dịch thụ động mau loãng là: dung dịch tác dụng với kẽm để tạo thành màng, dung dịch theo sản phẩm sau tẩy, nước rửa theo sản phẩm vào dung dịch, vương vãi, theo hệ thống gió, Khử dòn hydro: Lớp mạ kẽm thấm hydro q trình mạ nên bị dòn, mạ từ dung dich cyanya có hiệu suất dòng điện kẽm thấp Để đuổi hydro khỏi kẽm sau mạ cần ủ nhiệt độ 140 –200 oC – 4h tùy mác thép theo Vật ủ phải tăng nhiệt độ lên từ từ tránh làm bong lớp mạ Chương QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Sơ đồ quy trình mạ kẽm cromat hóa cho bulong đai ốc 17 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ 18 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ 2.2 Thuyết minh cho quy trình Bước Kiểm tra chất lượng Mục đích bước nhằm loại bỏ sản phẩm lỗi bề mặt (do yếu tố khí, yếu tố ngoại cảnh tác động) tránh gây lãng phí cho trình mạ Bước Quay xóc hết bavia Bước áp dụng cho chi tiết bé, mảnh Bulong đai ốc cho vào thùng quay (hoặc máy rung) với chất tẩy rửa chất độn Sau trình này, bulong đai ốc sạch, hết gỉ, hết dầu mỡ nhẵn Bước Rửa lạnh chảy tràn Yêu cầu nước rửa: độ cứng thấp, thay liên tục Đây q trình rửa tĩnh, nước cấp đáy nước bẩn tràn phía (có thể kết hợp phun tia để đạt hiệu cao hơn) Tốc độ chảy tràn nên từ – thể tích bể/ Thời gian cho trình dao động khoảng – phút Bước Tẩy dầu mỡ dung dịch kiềm Yêu cầu dung dịch: kiềm đặc (NaOH 100g/l) có pH 12 – 14 Để trình diễn nhanh chóng hiệu ta thực tăng nhiệt độ (70 – 90 oC) Bước Rửa nóng Thơng số bể rửa nóng: nhựa (dày – mm), bọc thép (3 mm), miệng có chỗ chảy tràn có thiết bị gia nhiệt phía bể Quá trình thực 30 giây nhiệt độ 40 – 50 oC Bước Rửa lạnh chảy tràn Ta dùng bể cho trình Rửa chảy tràn có sục khí, mục đích nhằm tạo cho vật mạ có bề mặt khơng gây ảnh hướng đến bước Rửa nhúng có nước chảy tràn (chú ý nhúng ngược chiều dòng chảy), cách tiết kiệm nhiều nước đạt hiệu cao Bước Tẩy nhẹ 19 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Trong q trình gia cơng trước mạ làm hình thành lớp oxit mỏng mà khơng nhìn thấy Q trình nhằm hoạt hóa bề mặt để lấy lớp oxit Khi tẩy xong, độ gắn bám chi tiết tăng lên Bước Rửa lạnh chảy tràn Sau bước tẩy nhẹ, bề mặt chi tiết dễ bị oxy hóa tiếp xúc với khơng khí, lúc nóng Do ta rửa lạnh mà khơng dùng phương pháp rửa nóng Bước Mạ kẽm quay Thùng quay có dạng hình trụ cạnh, làm thủy tinh hữu cơ, bakelit, … Để thùng chuyển động ta dùng phương pháp truyền động bánh rang, hộp giảm tốc, dây xích,… Trên thùng có nhiều lỗ để dòng điện dòng điện qua, độ lớn lỗ tùy thuộc vào chi tiết cần mạ Khi mạ ta cho vật cần mạ vào thùng quay ngâm thùng quay dung dịch Khi thùng quay, vật tiếp xúc với đồng bên thùng (thanh nối với cathode nguồn điện, anode treo bên thùng quay Ta dùng dung dịch ammoniacat cho trình Dung dịch dùng để mạ vật có hình dạng phức tạp, cho lớp mạ mịn dung dịch cho khả phân bố tốt, dung dịch không độc mạ nhiệt độ phòng Tốc độ thùng quay 10 – 60 vòng/phút Bước 10 Rửa thu hồi Ta dùng bể rửa thu hồi cho bước Mục đích lấy lại phần dung dịch mạ kẽm để giảm thiểu lượng dung dịch mạ mơi trường gây nhiễm Bước 11 Rửa chảy tràn Sau rửa thu hồi ta đưa vật qua bể nước chảy tràn Mục đích để rửa vật mạ tránh gây ảnh hưởng đến bước cromat hóa Bước 12 Cromat hóa Lớp phủ cromat hóa hình thành phản ứng kim loại với dung dịch acid chứa ion Cr6+ (ngoài vài cấu tử khác F-, SO42-) 20 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Q trình tạo bề mặt kim loại cần xử lý lớp phủ có cấu trúc vơ định hình bao gồm hợp chất phức Cr 6+, Cr3+ vài cấu tử khác có bề mặt xử lý Màng cromat hóa làm tăng độ bền, chống ăn mòn kim loại, làm chi tiết kim loại có bề mặt đẹp, bóng, làm tăng khả bám dính sơn lớp phủ hữu khác Quá trình đươc ứng dụng rộng rãi để tạo màng phủ bảo vệ nhiều kim loại hợp kim chúng nhôm, đồng, kẽm, magie, niken, bạc,… Màng cromat hóa tạo cách ngâm hay phun phủ, ngồi dùng phương pháp lăn, chải, phun tĩnh điện, qt Hình thức bên ngồi màng thay đổi phụ thuộc vào thành phần dung dịch cromat hóa, chất kim loại cơng nghệ Màu sắc lớp màng thây dổi từ trắng – xanh – vàng óng ánh – nâu – oliu – xám – đen Bước 13 Rửa lạnh Sau mạ chi tiết rửa lại với nước Nhằm mục đích tẩy dung dịch mạ bám chi tiết Bước 14 Sấy, thổi khí nóng Bulong đai ốc sấy khô thiết bị sấy nhiệt độ 70 – 80 oC 10 phút Bước 15 Kiểm tra thành phẩm Kiểm tra sản phẩm đưa vào kho lưu trữ 21 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Chương ỨNG DỤNG 3.1 Cơng nghệ mạ kẽm không cyanya Không độc hại, thân thiện với môi trường Đây công nghệ mạ kẽm giới ứng dụng rộng rãi EU, Hoa Kỳ, Nhật Bản,… Phụ gia mạ kẽm kiềm không cyanya có khả hoạt động ổn định với khoảng biến đổi rộng, lớp kẽm phân bố đồng Cho lớp mạ sáng bóng dễ xử lý nước thải 3.2 Một số sản phẩm khác Phụ kiện ống nối 22 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Bulong, đai ốc Thang mạ kẽm điện phân Máng đỡ cáp điện 23 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ 24 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HOÁ Kết luận Qua báo cáo chúng em tìm hiểu sơ lược tổng quan cơng nghệ mạ kẽm Cũng tìm hiểu bước quy trình mạ sản phẩm (bulong đai ốc), ứng dụng công nghệ sản phẩm đời sống Từ cho nhìn tổng quan lợi ích cơng nghệ mạ kẽm nói riêng cơng nghệ điện hố nói chung Bài báo cáo nhiều sai sót q trình thực Nhóm chúng em mong nhận góp ý từ thầy để hồn thiện báo cáo mở rộng phạm vi báo cáo Chúng em chân thành cảm ơn thầy nguồn tham khảo giúp em hoàn thành báo cáo 25 CƠNG NGHỆ MẠ KẼM CRO MAT HỐ Tài liệu tham khảo http://www.hoachatxuongminh.com.vn/cac-phuong-phap-va-tieu-chuan-ma-kem-tt203.aspx http://dotdap.com/lam-gi-de-tang-do-ben-kim-loai-xi-ma-kem.htm http://micromet.com.vn/giacong-kimloai-xi-ma-crom/ https://www.sharrettsplating.com/blog/the-zinc-plating-process/ https://kythuatchetao.com/ma-dien-bai-17-ma-kem-dung-dich-muoi-sunfat/ https://toc.123doc.org/document/563467-4-ma-kem-tu-dung-dich-amoniacat.htm http://thuylucsaigon.com.vn/xi-ma-kem/vi-VN-0-234.aspx https://tailieu.vn/doc/do-an-cong-nghe-ma-kem-cromat-hoa-1735506.html 7.https://123doc.org//document/2268093-do-an-nhap-mon-ky-thuat-hoa-hoc-bkhncong-nghe-ma-kem.htm 26 ... vật qua bể nước chảy tràn Mục đích để rửa vật mạ tránh gây ảnh hưởng đến bước cromat hóa Bước 12 Cromat hóa Lớp phủ cromat hóa hình thành phản ứng kim loại với dung dịch acid chứa ion Cr6+ (ngồi... mạ kẽm hỏng 12 1.4 Hoàn thiện lớp mạ kẽm (cromat hoá) 12 Chương QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 16 2.1 Sơ đồ quy trình mạ kẽm cromat hoá cho bulong, đai ốc .16 2.2 Thuyết minh... niken, bạc,… Màng cromat hóa tạo cách ngâm hay phun phủ, ngồi dùng phương pháp lăn, chải, phun tĩnh điện, quét Hình thức bên ngồi màng thay đổi phụ thuộc vào thành phần dung dịch cromat hóa, chất