Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ hợp ni p al2o3 trên nền thép ct3 bằng phương pháp mạ hóa học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ NGỌC DUNG NGHIÊN CỨU TẠO LỚP MẠ TỔ HỢP Ni-P-Al2O3 TRÊN NỀN THÉP CT3 BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ HÓA HỌC C H M ết hóa lý 60 44 01 19 TÓM TẮT LU N V N THẠC S HÓA HỌC Đ Nẵng - Năm 2020 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Sƣ Phạm – Đại học Đà Nẵng N ƣờ ƣớ ọ TS VŨ THỊ DUYÊN Phản biện 1:……………………………… Phản biện 2:……………………………… Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hóa lý thuyết hóa lý họp Đại học Sƣ Phạm – ĐHĐN vào ngày… tháng… năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thƣ viện trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU 1.Lý chọ đề tài Mạ nickel hóa học cơng nghệ đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp nhƣ đời sống Do tính ổn định cao, độ xốp nhỏ mạ nickel hóa học đƣợc dùng để chống gỉ cơng nghiệp…Ngồi ra, mạ nickel hóa học có độ cứng cao, chịu mài mịn tốt, mạ đƣợc chi tiết nhƣ trục khuỷu, bơm, máy nén khơng khí…để kéo dài thời gian sử dụng Lớp mạ hóa học NiP đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực chống mài mòn chống ăn mòn nhƣ dùng bảo vệ chi tiết trục máy in, nòng súng, thiết bị gia nhiệt, lò nƣớng, khuôn đúc… Một số nghiên cứu nhận thấy để nâng cao tính chất lớp mạ phân tán thêm số hạt nhƣ hạt Al2O3, SiO2, TiO2… giúp cải thiện số đặc tính lớp mạ nhƣ độ cứng cao, chịu mài mòn tốt tính chất khác Một đặc điểm quan trọng dung dịch mạ nickel nhạy cảm với thay đổi pH môi trƣờng, ngƣời ta phải thêm vào dung dịch chất đệm nhằm giữ cố định pH dung dịch Chất đệm thƣờng đƣợc sử dụng H3BO3, thời gian gần có nhiều nghiên cứu thay H3BO3 chất đệm khác có khả đệm tốt hơn, đồng thời có khả tạo phức với ion Ni2+ làm tăng chất lƣợng bề mặt mạ, nhƣ axit hữu cơ, amino axit… Trên sở đó, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 thép CT3 phương pháp mạ hóa học” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 phƣơng pháp mạ hóa học từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin 2 - Xác định chế độ mạ để tạo lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 có khả chống ăn mịn tốt Đ ƣợng nghiên cứu Lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 đƣợc tạo thành phƣơng pháp mạ hóa học từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin P ƣơ p áp ứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tìm kiếm tài liệu liên quan đến nickel, nhơm oxit, phƣơng pháp mạ hóa học, mạ tổ hợp 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Sử dụng phƣơng pháp mạ hóa học để tạo lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 - Sử dụng phƣơng pháp phân tích phổ tán xạ lƣợng (EDX) để xác định thành phần nguyên tố lớp mạ tổ hợp Ni- P-Al2O3, phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SEM để xác định hình thái bề mặt.; - Sử dụng phƣơng pháp điện hóa nhƣ đo đƣờng cong phân cực, đo dòng ăn mòn,… Nội dung nghiên cứu - Chế tạo lớp mạ Ni-P từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin; - Chế tạo khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3: nhiệt độ, tốc độ khuấy, hàm lƣợng Al2O3 dung dịch mạ; - Khảo sát số tính chất lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3: hình thái bề mặt, độ bền ăn mịn hóa chất, độ bền ăn mịn điện hóa Ý ĩ ọc thực tiễn củ đề tài - Cung cấp thêm tƣ liệu việc tạo lớp mạ tổ hợp Ni-PAl2O3 phƣơng pháp mạ hóa học; - Việc chế tạo thành công lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 có khả chống ăn mịn tốt từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin mở hƣớng cho ngành công nghiệp mạ kim loại mạ từ dung dịch nồng độ thấp, điều góp phần làm giảm thiểu nhiễm môi trƣờng Cấu trúc luậ vă Chƣơng 1: TỔNG QUAN Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MẠ HÓA HỌC 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Đặ đ ểm mạ hóa học tự xúc tác 1.1.3 Cơ ế phản ứng mạ hóa học 1.1.4 Vai trị nhạy hóa hoạt hóa 1.1.5 Ƣ , ƣợ đ ểm lớp mạ hóa học 1.2 LỚP MẠ NICKEL HÓA HỌC 1.2.1 Cơ ế mạ nickel hóa học 1.2.2 Tính chất lớp mạ nickel hóa học 1.2.3 Các yếu t ả ƣở đế í lớp phủ nickel hóa học 1.2.4 Những ứng dụng lớp mạ nickel hóa học 1.2.5 Thành phần dung dịch mạ nickel hóa học 1.2.6 Các yếu t ả ƣở đến t độ mạ nickel hóa học 1.3 LỚP PHỦ COMPOSITE NICKEL MẠ HÓA HỌC 1.3.1 Giới thiệu chung lớp phủ composite nickel mạ hóa học 1.3.2 Tính chất ch ng mài mịn lớp phủ hóa học composite 1.3.3 Hệ s ma sát (Friction Coefficient) 1.3.4 Độ nhám CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Dụng cụ - thiết bị 2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.2.1 Chuẩn bị m u dung dịch mạ hóa học 2.2.2 Sơ đồ quy trình mạ hóa học 2.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ CỦA BỀ MẶT MẠ 2.3.1 C ế ớp mạ e ọ N -P 2.3.2 C ế ớp mạ ổ ợp e ọ N -PAl2O3 2.3.3 K ả á ế ả ƣở đế m ƣợ ôm r ớp mạ 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA LỚP MẠ 2.4.1 P ƣơ p áp p â í EDX 2.4.2 P ƣơ p áp ể v đ ện tử quét SEM 2.4.3 Xá đị độ bền hóa chất 2.4.4 Đ mậ độ ò ă mò CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N 3.1 MẠ HÓA HỌC NICKEL Mạ nickel tự xúc tác đƣợc thực trực tiếp thép CT3, chi tiết thép sau đƣợc xử lí học bề mặt, nhúng lần nƣớc cất, đƣợc nhạy hóa dung dịch SnCl2 + HCl, nhúng thêm lần nƣớc cất tiếp tục hoạt hóa dung dịch PdCl2+ HCl, sau nhúng lại lần nƣớc cất cho vào dung dịch mạ có thành phần: NiCl2 0,08 M + NaH2PO2 0,23 M + NH2CH2COOH 0,2 M + CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5; tốc độ khuấy 1500 vòng/ phút; nhiệt độ dung dịch phản ứng 45oC; thời gian mạ: 30 phút Các mẫu sau mạ, đem sấy khô gửi đo EDX trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu COMFA Hà Nội Kết đo EDX xác định thành phần nguyên tố bề mặt lớp mạ pH =5,5 đƣợc đƣa Hình 3.1 Kết đo EDX cho thấy chế tạo thành cơng lớp mạ hóa học Ni-P thép CT3 từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp với chất đệm Hình 3.1 Phổ EDX phân tích bề glyxin Trên phổ đồ mặt lớp mạ hóa học Ni-P pH=5,5 EDX thấy xuất peak Ni P (Hình 3.1) Ngồi cịn xuất peak Fe Si lớp mạ chƣa đủ dày để phủ kín thép CT3 dung dịch sử dụng có nồng độ thấp thời gian mạ chƣa đủ lâu Các vết Sn, O hóa chất chƣa đƣợc tinh khiết Ở vị trí đƣợc chọn Bảng 3.1 Phần trăm khối lượng ngẫu nhiên bề mặt mạ nguyên tố Ni, P có lớp nickel hóa học, kết mạ nickel hóa học Vị % khối lƣợng nguyên phân tích cho thấy hàm trí tố lƣợng Ni chênh lệch Ni P khoảng 5%, dao động từ 47,16 1,03 45,26% đến 50,20 %, 45,26 0,93 50,20 0,85 hàm lƣợng P bề mặt nhỏ thay đổi Nhƣ biết trình mạ hóa học nickel từ dung dịch chứa NaH2PO2 trình tự xúc tác Ở nickel vừa sản phẩm phản ứng, vừa tác nhân xúc tác, vị trí có Ni bám vào nơi phản ứng tạo nickel diễn nhanh Các tinh thể nickel đƣợc tạo thành lại tiếp tục vai trò xúc tác khiến cho lƣợng nickel vị trí tăng lên nhanh chóng Muốn thu đƣợc bề mặt mạ hóa học đồng cần ý đến giai đoạn nhạy hóa hoạt hóa để tác nhân xúc tác ban đầu đƣợc phân bố toàn bề mặt, đồng thời dung dịch cần đƣợc khuấy cẩn thận để tác nhân phản ứng dễ dàng tiếp cận bề mặt vật cần mạ 3.2 MẠ TỔ HỢP Ni-P-AL2O3 3.2.1 Sự hình thành lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 Để tạo lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 trƣớc nhúng vật cần mạ (thép CT3) vào dung dịch có thành phần: NiCl2 0,08 M + NaH2PO2 0,23 M + NH2CH2COOH 0,2 M + CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5; tốc độ khuấy 1500 vòng/ phút; thêm vào dung dịch mạ bột Al2O3 với hàm lƣợng khác nhau, nhiệt độ dung dịch đƣợc giữ mức 45oC; thời gian mạ: 30 phút Để đánh giá mức độ thâm nhập nhƣ ảnh hƣởng hàm lƣợng Al2O3 đến thành phần nguyên tố lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3, tiến hành mạ dung dịch với hàm lƣợng Al2O3 khác nhau: 20g/L; 40g/L; 60g/L Các mẫu sau mạ, đem sấy khô gửi đo EDX trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu COMFA Hà Nội Kết đo EDX mẫu Ni-P-Al2O3 từ dung dịch có hàm lƣợng Al2O3 khác đƣợc đƣa Hình 3.2, Hình 3.3; Hình 3.4 Hình 3.4 Phổ EDX lớp mạ Ni-PAl2O3 từ dung dịch có chứa 60 g/L Al2O3 Thực nghiệm cho thấy xuất peak Al phổ đồ EDX lớp mạ nickel hóa học Ni-P thêm bột Al2O3 vào dung dịch mạ So sánh Hình 3.2, Hình Hình 3.2 Phổ EDX lớp mạ Ni-P3.3 Hình 3.4 với Hình Al2O3 từ dung dịch có chứa 20 g/L Al2O3 3.1, nhận thấy peak O trƣờng hợp thêm bột Al2O3 dung dịch mạ có cƣờng độ mạnh nhiều so với trƣờng hợp khơng có Hình 3.3 Phổ EDX lớp mạ Ni-PAl2O3 Điều chứng tỏ Al2O3 từ dung dịch có chứa 40 g/L Al2O3 đƣa thành công Al2O3 vào lớp mạ tổ hợp Ni-P Cƣờng độ peak Al O phụ thuộc vào hàm lƣợng Al2O3 dung dịch mạ Ở hàm lƣợng 60 g/L cƣờng độ peak lớn Kết xác định thành phần nguyên tố Al O vị trí khác bề mặt mạ nickel tổ hợp từ dung Bảng 3.2 Phần trăm khối lượng tố Al, O có lớp mạ nickel tổ dịch chứa 40 g/L Al2O3 nguyên hợp từ dung dịch chứa 40 g/L Al2O3 đƣợc thể Bảng 3.2 Ở vị trí đƣợc chọn ngẫu nhiên bề mặt mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3, kết phân tích cho thấy hàm lƣợng Al O vị trí khác có chênh lệch đáng kể Điều liên quan đến chế xâm nhập hạt bột Al2O3 vào lớp mạ Các hạt Al2O3 hấp phụ ion phân tử dung môi, di chuyển đến hấp phụ vật mạ Tại đây, phản ứng hóa học Ni2+ NaH2PO2 sinh nickel chôn lấp hạt Al2O3 vào lớp mạ tạo nên lớp mạ tổ hợp Các nghiên cứu xác định thành phần nguyên tố cách lấy trung bình kết lần đo vị trí ngẫu nhiên bề mặt Thành phần hóa học nguyên tố bề mặt mạ NiP-Al2O3 với hàm lƣợng Al2O3 khác đƣợc thể Bảng 3.3 Dựa vào Bảng 3.3 thấy rằng, tăng hàm lƣợng Al2O3 dung dịch lƣợng nhôm oxit đƣợc đƣa vào lớp mạ tăng lên Tuy nhiên hàm lƣợng Ni P nhỏ trƣờng hợp khơng có Al2O3 Điều liên quan đến tổng phần trăm nguyên tố 100%, có mặt Al O phầm trăm khối lƣợng Ni P giảm xuống khối lƣợng khơng đổi Ngồi phản ứng tạo lớp mạ tổ hợp phản ứng tự xúc tác Ni nên bề mặt bị che phủ hạt Al2O3 (khơng có khả xúc tác) tốc độ phản ứng giảm, nguyên nhân dẫn đến hàm lƣợng Ni-P giảm Tuy nhiên Al2O3 đƣợc che phủ nickel trở thành tâm xúc tác mới, diện tích bề mặt tăng làm cho tốc độ phản ứng dị thể tăng, tạo nhiều sản phẩm Nhƣ có mặt hạt Al2O3 bề mặt vật cần mạ gây tác động trái ngƣợc đến phản ứng oxi hóa khử Ni2+ NaH2PO2 Điều phản ánh kết thực nghiệm, hàm lƣợng Al2O3 dung dịch 40 g/L lƣợng Ni đƣợc tạo nhiều 9 Từ kiện EDX thành phần nguyên tố xác định lại phần trăm khối lƣợng Al2O3 theo công thức: % = Kết ảnh hƣởng hàm lƣợng Al2O3 dung dịch mạ đến phần trăm khối lƣợng Al2O3 lớp mạ đƣợc thể Bảng 3.4 Hình 3.5 Từ đồ thị Hình 3.5 thấy rằng, tăng hàm lƣợng Al2O3 dung dịch mạ từ 20 g/L đến 40 g/L lƣợng Al2O3 lớp mạ tăng nhanh, gấp lần Tuy nhiên tăng nồng độ Al2O3 dung dịch mạ từ 40 g/L đến 60 g/L phần trăm khối lƣợng Al2O3 lớp mạ tăng không nhiều, khoảng 1,3 lần, hàm lƣợng Ni lại giảm Nhƣ qua khảo sát sơ thấy, hàm lƣợng Al2O3 thích hợp cho lớp mạ composite NiP-Al2O3, mạ từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp (0,08 M), chứa đệm glyxin pH = 5,5 40 g Al2O3 / L dung dịch mạ 3.2.2 Các yếu t ả ƣở đế m ƣợng nhôm lớp mạ tổ hợp Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thâm nhập Al2O3 vào lớp mạ hóa học Ni-P đƣợc khảo sát bao gồm nhiệt độ phản ứng tốc độ khuấy 10 a Ảnh hưởng nhiệt độ Lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 đƣợc tạo thành cách nhúng vật cần mạ (thép CT3) vào dung dịch có thành phần: NiCl2 0,08 M + NaH2PO2 0,23 M + NH2CH2COOH 0,2 M + CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5; Al2O3 40 g/L, thời gian mạ: 30 phút, tốc độ khuấy 1500 vòng/ phút Nhiệt độ dung dịch mạ đƣợc điều chỉnh mức 30oC, 45oC 60oC Kết đo EDX mẫu mạ tổ hợp NiP-Al2O3 đƣợc mạ nhiệt độ khác đƣợc đƣa Hình 3.6; Hình 3.7; Hình 3.8 Kết đo EDX cho Hình 3.6 Phổ EDX lớp mạ Ni-PAl2O3 mạ nhiệt độ 30oC thấy, 30oC peak nickel nhơm Hình 3.8 Phổ EDX lớp mạ Ni-Pyếu Tăng nhiệt độ dung o Al2O3 mạ nhiệt độ 60oC dịch phản ứng từ 30 C đến 45oC peak sản phẩm mạnh dần Tuy nhiên tăng nhiệt độ đến mức 60oC peak nhơm có xu hƣớng giảm cƣờng độ Hình 3.7 Phổ EDX lớp mạ Ni-P-Al2O3 mạ nhiệt độ 45oC Kết xác định thành phần nguyên tố cho thấy, 30oC phần trăm khối lƣợng Ni Al2O3 bề mặt nhỏ, lớp mạ tạo thành mỏng không che đƣợc bề mặt thép (Bảng 3.5) Tăng nhiệt độ lên 45oC hàm lƣợng Ni Al2O3 tăng đột ngột Điều đƣợc giải thích tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng tăng, trình 11 vùi lấp Al2O3 diễn nhanh Tuy nhiên nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt phân tử lớn, hạt Al2O3 đƣợc phủ phần Ni bị rơi khỏi bề mặt khiến cho hàm lƣợng Al2O3 Ni giảm Dựa vào bảng 3.5 thấy rằng, tăng nhiệt độ phản ứng từ 30oC đến 60oC phần trăm khối lƣợng Al2O3 lớp mạ thay đổi rõ rệt Ở 45oC hàm lƣợng Al2O3 lớp mạ lớn Do nhiệt độ dung dịch thích hợp cho trình mạ tổ hợp Ni-PAl2O3 đƣợc chọn 45oC b Ảnh hưởng tốc độ khuấy Hình 3.10 Phổ EDX lớp mạ Ni-PTốc độ khuấy Al2O3 với tốc độ khuấy 500 vòng/ phút yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến trình mạ tổ hợp Để nghiên cứu ảnh hƣởng tốc độ khuấy đến hàm lƣợng nhôm lớp mạ tổ hợp NiP- Al2O3, tiến hành mạ dung dịch có thành phần NiCl2 Hình 3.11 Phổ EDX lớp mạ Ni-P0,08 M + NaH2PO2 0,23 M Al2O3 với tốc độ khuấy 1500 vòng/ phút + NH2CH2COOH 0,2 M + CH3COONa 1,8 M điều kiện pH = 5,5, nhiệt độ dung dịch mạ 45oC, hàm lƣợng Al2O3 40 g/L, thời gian 30 phút, tốc độ khuấy lần lƣợt 500 vòng/phút, 1500 vòng/phút, 2400 vòng/phút Các mẫu sau mạ đƣợc gửi đo EDX Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu COMFA Hà Nội để xác định thành phần nguyên tố 12 Kết đo EDX bề mặt mạ tổ hợp Ni-PAl2O3 với tốc độ khuấy khác đƣợc thể Hình 3.10, Hình 3.11, Hình 3.12 Kết thực nghiệm cho thấy tốc độ khuấy ảnh hƣởng Hình 3.12 Phổ EDX lớp mạ Ni-Plớn đến thành phần Al2O3 với tốc độ khuấy 2400 vòng/ phút nguyên tố bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 Tăng tốc độ khuấy từ 500 vòng /phút đến 1500 vòng/phút cƣờng độ peak Al tăng rõ rệt, peak Ni thay đổi khơng nhiểu Kết phân tích hàm lƣợng ngun tố bề mặt lớp mạ cho thấy, phần trăm khối lƣợng tăng 46% đến 54%, hàm lƣợng Al2O3 tăng từ 4,98% đến 18,91% (Bảng 3.6) Điều liên quan đến việc tăng tốc độ khuếch tán tác nhân phản ứng lên bề mặt khuấy Tăng tốc độ khuấy làm giảm chênh lệch nồng độ chất phản ứng dung dịch lớp gần bề mặt, từ làm tăng tốc độ phản ứng nhƣ làm q trình chơn lấp Al2O3 hiệu Ngoài tốc độ khuấy tăng cịn khiến Al2O3 tiếp cận bề mặt tơt hơn, dễ dàng khuếch tán vào lớp bề mặt Do hàm lƣợng Al2O3 lớp mạ tăng mạnh tăng tốc độ khuấy từ 500 vòng /phút đến 1500 vòng /phút Tiếp tục tăng tốc độ khuấy peak Ni Al giảm mạnh cƣờng độ Hàm lƣợng Ni giảm xuống từ 54% tốc độ khuấy 1500 vòng/phút khoảng 20% tốc đạt 2400 vòng/phút, hàm lƣợng Al2O3 13 giảm mạnh từ 18,91% đến 8,27% Kết thực nghiệm đƣợc giải thích tốc độ khuấy cao hạt Al2O3 đƣợc gắn lên bề mặt bị rơi áp lực nƣớc kéo theo nickel hình thành rơi vào dung dịch mà không bám đƣợc vào bề mặt Dựa vào đồ thị thấy rằng, tăng tốc độ khuấy từ 500 vòng/ phút đến 1500 vòng/ phút phần trăm khối lƣợng Al2O3 lớp mạ thay đổi rõ nét Khi tốc độ khuấy 1500 vòng/ phút hàm lƣợng Al2O3 lớp mạ lớn Do tốc độ khuấy thích hợp cho trình mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 đƣợc chọn 1500 vịng/ phút 3.3 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA LỚP MẠ Ni-P- AL2O3 3.3.1 Ảnh chụp SEM Các quan sát trực quan cho thấy có mặt Al2O3 lớp mạ hóa học Ni-P làm cho tính chất bề mặt chúng thay đổi cách đáng kể Lớp mạ chứa Al2O3 có màu xám, sáng bóng nhiều so với lớp mạ Bề mặt mạ nhẵn hơn, khơng cịn xuất vết châm kim nhƣ lớp mạ Ni-P, thay vào hạt nhỏ màu trắng nằm rải khắp bề mặt, khả hạt Al2O3 đƣợc che lấp phần Kết chụp ảnh SEM độ phóng đại khác hai lớp mạ Ni-P NiP-Al2O3 đƣợc mạ từ dung dịch có thành phần: NiCl2 0,08 M + NaH2PO2 0,23 M + NH2CH2COOH 0,2 M + Hình 3.15 Ảnh chụp SEM lớp mạ Ni-P Ni-P-Al2O3 độ phóng đại khác 14 CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5, Al2O3 40 g/L khơng có Al2O3, thời gian mạ 30 phút, nhiệt độ dung dịch mạ 45oC; tốc độ khuấy 1500 vịng/phút, đƣợc thể Hình 3.15 Kết chụp ảnh SEM cho thấy, độ phóng đại 200 (100 μm) lớp mạ Ni-P có nhiều lỗ châm kim, lớp mạ Ni-P-Al2O3 tinh thể lớn (khả hạt trồi lên bề mặt Al2O3) phần cịn lại nhẵn Tăng độ phóng đại lên 2000 (10 μm) vị trí lỗ châm kim lớp mạ nhiều khe rãnh nhỏ, lớp mạ tổ hợp NiP-Al2O3 bề mặt đƣợc phủ lấp kín pH mơi trƣờng yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến hình thái bề mặt lớp mạ nickel Ảnh chụp SEM lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 đƣợc mạ từ dung dịch với pH = 2,5; pH = 5,5 pH = 7,5 đƣợc thể Hình 3.16 Kết thực nghiệm cho thấy, pH khác nhau, với hàm lƣợng Al2O3 hình thái bề mặt lớp mạ khác nhiều Trong môi trƣờng axit (pH = 2,5) bề mặt mạ nhẵn, hạt tinh thể mịn, quan sát trực quan lại thấy lớp mạ khơng có độ bóng giống nhƣ pH = 5,5 Điều có Hình 3.16 Ảnh chụp SEM lớp mạ tổ hợp thể liên quan đến khả Ni-P-Al2O3 mạ từ dung dịch với pH khác 15 phản ứng NaH2PO2 đƣợc chứng minh tăng mạnh môi trƣờng axit, tốc độ tạo mầm nickel lớn tốc độ lớn lên mầm nên kích thƣớc hạt nhỏ Tuy nhiên mơi trƣờng axit phần nickel bị axit hịa tan, độ phóng đại lớn quan sát thấy nhiều vệt dọc, ngang bề mặt Trong môi trƣờng kiềm khả phản ứng NaH2PO2 giảm, đồng thời Ni2+ bị thủy phân tạo lớp hiđroxit bám lên bề mặt nên bề mặt bị tơi xốp, phần rìa bị sạm đen Ở độ phóng đại lớn quan sát thấy rãnh sâu, dọc ngang bề mặt lớp mạ pH = 7,5 Nhƣ thấy pH phù hợp để mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 môi trƣờng axit yếu pH = 5,5 3.3.2 Độ bền hóa chất Để đánh giá độ bền hóa chất, mẫu đƣợc mạ từ dung dịch chứa NiCl2 0,08 M + NaH2PO2 0,23 M + NH2CH2COOH 0,2 M + CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5, Al2O3 40 g/L khơng có Al2O3, nhiệt độ dung dịch giữ 45oC, thời gian mạ 30 phút, tốc độ khuấy 1500 vòng/phút Các mẫu sau mạ đƣợc đem ngâm dung dịch HCl 1M dung dịch NaCl 3,5% thời gian 24h; 48h 72h Tốc độ ăn mòn khối lƣợng mẫu mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 đƣợc thể Bảng 3.7 Sự phụ thuộc tốc độ ăn mòn khối lƣợng bề mặt mạ Ni-P-Al2O3 Hình 3.17 Tốc độ ăn mịn khối lượng mẫu dung dịch NaCl 3,5% thời gian 24h, 48h, 72h 16 dung dịch NaCl 3,5% HCl M vào thời gian đƣợc thể Hình 3.17 Hình 3.18 Dựa vào số liệu bảng 3.7 đồ thị hình 3.17 3.18 nhận thấy mẫu khơng có Al2O3 bị ăn mịn Hình 3.18 Tốc độ ăn mịn khối lượng dung dịch nhiều mẫu dung dịch HCl so với mẫu có chứa Al2O3 , 1M thời gian 24h, 48h, 72h tăng hàm lƣợng Al2O3 dung dịch mạ tốc độ ăn mịn dung dịch NaCl 3,5% HCl 1M giảm Điều giải thích dựa sở tính trơ hạt Al2O3 mơi trƣờng ăn mịn Các hạt Al2O3 bề mặt có vai trị nhƣ chắn, ngăn khơng cho nickel tiếp xúc với hóa chất mơi trƣờng ăn mịn, tốc độ ăn mòn nhỏ Theo thời gian trình ăn mịn dần ổn định, tốc độ ăn mịn giảm dần 3.3.3 Độ bề ă mị đ ện hóa Để đo dòng ăn mòn lớp mạ NiP- Al2O3, tiến hành mạ dung dịch chứa hàm lƣợng Al2O3 g/L; 20g/L; 40g/L; 60g/L với thành phần nhƣ sau: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5; thời gian mạ 30 phút, tốc độ khuấy 1500 vòng/phút nhiệt độ 45oC Tiến hành đo dòng ăn mòn mẫu dung dịch NaCl 3,5% máy đo điện hóa Auto Lab khoa Hóa- trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng Kết đo dịng ăn mịn đƣợc thể Hình 3.19 Kết thực nghiệm cho thấy có mặt Al2O3 lớp mạ tổ hợp không làm thay đổi nhiều hình dạng nhƣ độ cao đƣờng phụ thuộc logi-E Ni-P-Al2O3 dung dịch NaCl 3,5% Tăng hàm lƣợng Al2O3 đƣờng cong phân cực bị đẩy vùng dƣơng 17 Bằng phép ngoại suy Tafel ta thu đƣợc giá trị mật độ dòng ăn mòn ăn mòn mẫu Ni-PAl2O3 nhƣ Bảng 3.8 Hình 3.19 Đồ thị dịng ăn mịn Tafel Dựa vào kết đo dòng ăn mòn Bảng 3.8, nhận thấy thêm Al2O3 ăn mịn dịch chuyển vùng dƣơng hơn, mật độ dòng ăn mòn nhỏ Tuy ảnh hƣởng hạt Al2O3 đến mật độ dịng ăn mịn khơng nhiều Điều chứng tỏ mẫu có thêm Al2O3 khó bị ăn mịn điện hóa so với mẫu khơng có Al2O3 KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công lớp mạ hóa học Ni-P thép CT3 phƣơng pháp mạ hóa học từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin Tuy nhiên lớp mạ mỏng, phổ đồ EDX cịn tín hiệu nền: Fe, Si Đã chế tạo thành công lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng nhôm bề mặt mạ: hàm lƣợng Al2O3, tốc độ khuấy, nhiệt độ Tìm điều kiện tốt 18 để mạ tổ hợp là: hàm lƣợng Al2O3 40 g/L, nhiệt độ 45oC, tốc độ khuấy 1500 vịng/phút Đã khảo sát số tính chất lớp mạ tổ hợp: hình thái bề mặt, độ bền hóa chất, độ bền ăn mịn điện hóa Chứng minh đƣợc Al2O3 làm tăng tính chống ăn mịn lớp mạ Ni-P môi trƣờng NaCl 3,5% HCl 1M KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu tính chất yếu tố ảnh hƣởng tới bề mặt lớp mạ Mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3 có nhiều ứng dụng sống, giúp bảo vệ bề mặt vật liệu, độ bền cao, khả chịu mài mịn tốt Do tơi đề nghị tiếp tục nghiên cứu phát triển lớp mạ tổ hợp phƣơng pháp mạ hóa học  ... đến nickel, nhôm oxit, phƣơng ph? ?p mạ hóa học, mạ tổ h? ?p 4.2 Phương ph? ?p nghiên cứu thực nghiệm - Sử dụng phƣơng ph? ?p mạ hóa học để tạo l? ?p mạ tổ h? ?p Ni- P- Al2O3 - Sử dụng phƣơng ph? ?p phân tích phổ... tác nhân phản ứng dễ dàng ti? ?p cận bề mặt vật cần mạ 3.2 MẠ TỔ H? ?P Ni- P- AL2O3 3.2.1 Sự hình thành l? ?p mạ tổ h? ?p Ni- P- Al2O3 Để tạo l? ?p mạ tổ h? ?p Ni- P- Al2O3 trƣớc nhúng vật cần mạ (th? ?p CT3) vào... Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo l? ?p mạ tổ h? ?p Ni- P- Al2O3 phƣơng ph? ?p mạ hóa học từ dung dịch nickel clorua nồng độ th? ?p chứa đệm glyxin 2 - Xác định chế độ mạ để tạo l? ?p mạ tổ h? ?p Ni- P- Al2O3 có