Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ hợp ni al2o3 trên nền kim loại đồng bằng phương pháp điện hóa

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ CÚC NGHIÊN CỨU TẠO LỚP MẠ TỔ HỢP Ni-Al2O3 TRÊN NỀN KIM LOẠI ĐỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Chun ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: : 60 44 01 19 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng Trình Được Hồn Thành Tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐN Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ THỊ DUYÊN Phản biện 1:…………………………………… Phản biện2:…………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết Hóa lý họp trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN vào ngày……… tháng…… năm……… Có thể tìm hiểu luận văn − Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng − Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mạ điện kim loại, đặc biệt mạ nickel, ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống với mục đích làm tăng khả chống ăn mòn cải thiện tính chất lí hóa vật liệu Lớp mạ tổ hợp điện hóa tạo thành đồng kết tủa hạt nhỏ hay vài chất với kim loại mạ có khả làm tăng đáng kể tính chất đặc thù vật liệu tạo nên lớp mạ Các nghiên cứu chứng minh thêm TiO2 vào thành phần lớp mạ Ni Cu có khả làm tăng tính kị nước lớp mạ, cịn thêm Al2O3 có khả làm tăng khả chịu lực, chống ăn mòn lớp mạ Ni-P… Một đặc điểm quan trọng dung dịch mạ điện nickel nhạy cảm với thay đổi pH môi trường, người ta phải thêm vào dung dịch chất đệm nhằm giữ cố định pH dung dịch Chất đệm thường 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 lượng bề mặt mạ axit hữu cơ, amino axit… Chính vậy, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 kim loại đồng phương pháp điện hóa” 2 Đối tượng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Lớp mạ composite Ni-Al2O3 tạo thành phương pháp điện hóa kim loại đồng từ dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin 2.2 Mục đích nghiên cứu - Chế tạo lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin phương pháp điện hóa - Xác định chế độ mạ để tạo lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 có khả chống ăn mịn tốt Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp điện hóa đo đường cong phân cực, đo tổng trở trình mạ, phương pháp mạ dịng khơng đổi, phương pháp trọng lượng - Sử dụng phương pháp phân tích phổ tán xạ lượng (EXD) để xác định thành phần nguyên tố lớp mạ tổ hợp NiAl2O3; phương pháp hiển vi điện tử quét SEM để xác định hình thái bề mặt Nội dung nghiên cứu - Xây dựng đường cong phân cực nickel từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin khảo sát yếu tố ảnh hưởng : pH, hàm lượng Al2O3 dung dịch mạ - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 như: tốc độ khuấy, nhiệt độ, thời gian mạ - Khảo sát vài tính chất lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 : hình thái bề mặt, độ bền hóa chất,mật độ dịng ăn mịn Ý nghĩa đề tài - Cung cấp thêm tư liệu việc tạo lớp mạ tổ hợp phương pháp điện hóa - Việc chế tạo thành cơng lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 có khả chống ăn mịn tốt phương pháp điện hóa từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin Có thể góp phần mở hướng cho ngành cơng nghiệp mạ điện : mạ điện từ dung dịch nồng độ thấp ; giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị tài liệu tham khảo, luận văn gồm có phần: Chương : TỔNG QUAN Chương : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết cơng nghệ mạ điện 1.1.1 Sự hình thành lớp mạ 1.1.2 Thành phần dung dịch mạ điện a Ion kim loại mạ b Chất điện ly c Chất đệm d Chất tạo phức e Chất phụ gia hữu 1.2 Giới thiệu nickel công nghệ mạ nickel 1.2.1 Giới thiệu nickel a Lịch sử tìm nguyên tố nickel b Vài nét chung nickel 1.2.2 Đặc điểm mạ nickel 1.2.3 Dung dịch mạ nickel 1.3 Giới thiệu glyxin 1.3.1 Cấu tạo 1.3.2 Tính chất lý hóa 1.3.3 Ứng dụng điều chế 1.4 Giới thiệu nhôm oxit 1.4.1 Trạng thái tính chất nhơm oxit 1.4.2 Ứng dụng điều chế 1.5 Mạ điện composite 1.5.1 Những vấn đề mạ điện composite 1.5.2 Nguyên lý mạ điện composite 1.5.3 Tình hình nghiên cứu mạ điện composite nước 1.5.4 Ứng dụng lớp mạ composite CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất dụng cụ 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp đo đường cong phân cực Phép đo đường cong phân cực tiến hành bình đo gồm điện cực:  Điện cực so sánh điện cực Ag/AgCl  Điện cực đối Platin điện cực Ni  Điện cực làm việc đồng, kích thước x cm (diện tích cm2) Điện cực âm sau cắt từ đồng có kích thước xác định chuẩn bị theo quy trình Hình 2.1 Đầu tiên đánh bóng đồng giấy nhám đem rửa xà phòng nước Sau hoạt hóa bề mặt dung dịch HNO3 10% nhúng vào nước cất để làm bề mặt Gắn điện cực vào kẹp nhúng vào dung dịch mạ điện chuẩn bị trước đó, tiến hành đo đường cong phân cực catot Đường cong phân cực catot xây dựng phương pháp quét tuyến tính với tốc độ quét 0,05 V/s từ V đến -1,2 V so với Ag/AgCl Phép đo thực thiết bị đo điện hóa đa Autolab phịng thí nghiệm điện hóa khoa Hóa Học – trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng 2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến đường cong phân cực catot a Ảnh hưởng pH b Ảnh hưởng hàm lượng Al2O3 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng nhôm lớp mạ a Ảnh hưởng tốc độ khuấy b Ảnh hưởng nhiệt độ c Ảnh hưởng thời gian mạ 2.2.4 Các phương pháp nghiên cứu bề mặt mạ a Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM Phương pháp SEM thường sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình dạng tinh thể vật liệu Mẫu đo SEM máy đo SEM/EDX Jeol JMS 6490 Trung tâm đánh giá hư hỏng vât liệu COMFA Hà Nội b Phương pháp phân tích EDX Hàm lượng Al2O3 lớp mạ xác định qua phổ tán xạ lượng EDX c Xác định độ bền hóa chất Để xác định độ bền hóa chất bề mặt mạ, ngâm mẫu dung dịch HCl 1M dung dịch NaCl 1M thời gian 24 h, 48 h 72 h d Đo mật độ dòng ăn mòn Để xác định dòng ăn mòn, tiến hành đo dòng ăn mòn máy đo điện hóa AutoLab khoa Hóa-trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng với điện cực so sánh Ag/AgCl, điện cực đối Ni, điện cực làm việc Cu (1cm x 1cm) mạ Ni-Al2O3 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu phóng điện nickel 3.1.1 Đường cong phân cực catot nickel Để nghiên cứu khả phóng điện nickel từ dung dịch nồng độ thấp chứa đệm glyxin, tiến hành xây dựng đường cong phân cực catot phương pháp quét tuyến tính với tốc độ quét 0,05 V/s từ V đến -1,2 V so với điện cực Ag/AgCl dung dịch mạ điện có thành phần: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M + pH = 5,5 Phép đo thực thiết bị đo điện hóa đa Autolab với điện cực làm việc miếng đồng kích thước cm x cm, điện cực đối Pt điện cực so sánh Ag/AgCl, tốc độ khuấy 100 vịng/ phút, tốc độ qt 0,05 V/s 7 Hình 3.1 Đường cong phân cực catot nickel dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M Kết thực nghiệm cho thấy đường cong phân cực catot nickel có dạng hình chữ S điển hình Giảm điện cực từ -0,2 V đến -1,2 V giá trị mật độ dòng catot tăng dần Khi điện cực catot E < -0,9 V so với điện cực Ag/AgCl tốc độ phóng điện tăng đột biến Ở E = -1,2 V mật độ dòng catot đạt i = -6,5 mA/cm2 Điều chứng tỏ chế tạo lớp mạ nickel từ dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin phương pháp điện hóa 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phóng điện nickel a Ảnh hưởng pH Để nghiên cứu ảnh hưởng pH đến trình phóng điện nickel sử dụng dung dịch mạ có thành phần: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M với pH thay đổi từ môi trường axit mạnh (pH = 2,5); môi trường axit yếu (pH = 5,5); môi trường kiềm yếu (pH = 7,5) Kết thực nghiệm xác định đường cong phân cực nickel dung dịch mạ điện chứa glyxin pH khác thể Hình 3.2 8 Hình 3.2 Đường cong phân cực nickel dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M pH = 2,5; 5,5; 7,5 Từ đồ thị Hình 3.2 nhận thấy pH ảnh hưởng lớn tới dạng đường cong phân cực catot nickel Khi giảm điện cực giá trị mật độ dòng catot dung dịch axit mạnh tăng nhanh nhiều so với dung dịch axit yếu bazơ yếu Điện mật độ dịng catot thay đổi cách đột ngột phụ thuộc vào pH: EpH = 2,5 > EpH = 5,5 > EpH = 7,5 Kết thực nghiệm giải thích dựa vào khả tạo phức bền anion glyxin (Gly-) với ion Ni2+: Ni2  Gly Ni2  2Gly Ni2  3Gly [NiGly] , [NiGly2 ]0 , [NiGly3 ] , K1 = 106,16 K2 = 1011,11 K3 = 1014,43 Trong môi trường axit glyxin tồn chủ yếu dạng proton hóa H2Gly+ HGly+ khơng có khả tạo phức nên nồng độ nickel tồn dạng tự lớn, dễ phóng điện Khi tăng pH dung dịch tích lũy thêm ion Gly- nickel tồn dạng phức bền vững nên khó phóng điện Do tăng pH bắt đầu khử nickel giá trị mật độ dòng catot giảm 9 Hình thái bề ngồi điện cực sau đo đường cong phân cực pH khác khác nhiều (Hình 3.3) Tại pH = 2,5 lớp mạ bám bề mặt, tạo thành đường sọc nằm dọc điện cực Điều giải thích môi trường axit nồng độ H+ lớn phản ứng phụ giải phóng khí hiđro diễn mạnh mẽ, bọt khí hiđro liên tục khiến cho nickel sinh không bám vào bề mặt catot rơi vào dung dịch Mặc dù giá trị mật độ dòng catot lớn lượng sản phẩm bám lên bề mặt ít, khơng tạo thành lớp mạ, khơng đạt yêu cầu kĩ thuật Tại pH = 5,5, quan sát trực quan cho thấy, lớp mạ có màu trắng xám, sáng bóng đồng Tăng pH lên đến vùng bazơ (tại pH = 7,5) bề mặt lớp mạ xuất hiện tượng rỗ, xung quanh mép điện cực có tượng cháy đen Điều liên quan đến trình tăng pH cục vùng gần điện cực khiến cho ion nickel bị thủy phân tạo hiđroxit bám lên bề mặt điện cực Ngồi mật độ dịng điện nhỏ nên lớp mạ mỏng pH = 2,5 pH = 5,5 pH =9 Hình 3.3 Bề mặt mạ nickel từ dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M pH= 2,5; 5,5; 7,5 10 Do nghiên cứu pH lựa chọn pH = 5,5 b Ảnh hưởng hàm lượng Al2O3 Để nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Al2O3 đến q trình phóng điện nickel, sử dụng dung dịch mạ có thành phần: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5 Hàm lượng Al2O3 dung dịch thay đổi từ 20 g/L, 40 g/L, 60 g/L, 80 g/L Tiến hành xây dựng đường cong phân cực catot phương pháp quét tuyến tính với tốc độ quét 0,05 V/s từ V đến -1,2 V so với điện cực Ag/AgCl máy AutoLab Kết ảnh hưởng hàm lượng Al2O3 đến đường cong phân cực nickel dung dịch mạ điện chứa glyxin thể Hình 3.4 Hình 3.4 Đường cong phân cực nickel dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5 với hàm lượng Al2O3 khác Kết thực nghiệm cho thấy, thêm bột Al2O3 vào dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin làm tăng đáng kể giá trị mật độ dòng catot điện bắt đầu phóng 11 điện nickel (Hình 3.4) Điều liên quan đến chế tham gia vào lớp mạ hạt Al2O3 Như biết hạt Al2O3 hấp phụ ion phân tử dung môi, di chuyển đến hấp phụ catot Tại đây, ion phóng điện tạo lớp mạ chôn lấp hạt Al2O3 vào lớp mạ tạo nên lớp mạ tổ hợp Khi có mặt Al2O3 bám bề mặt điện cực làm tăng diện tích tiếp xúc phản ứng dị thể, phản ứng phóng điện xảy nhanh Tuy nhiên lượng Al2O3 thay đổi từ 20 g/L đến 80 g/L đường cong phân cực catot nickel thay đổi không đáng kể 3.2 Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 3.2.1 Ảnh hưởng tốc độ khuấy Để nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng khơng đổi dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH = 5,5; 60 g/L Al2O3 với mật độ dòng điện - mA/cm2 thời gian 20 phút, tốc độ khuấy 400 vòng/phút (mẫu 1), 600 vòng/phút (mẫu 2), 800 vòng/phút (mẫu 3), 1000 vòng/phút (mẫu 4) Các mẫu sau mạ đo EDX Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu COMFA để xác định thành phần nguyên tố Kết thực nghiệm thể Hình 3.5, Hình 3.6, Hình 3.7 Hình 3.8 Dựa vào kết Hình 3.5 đến Hình 3.8, nhận thấy trường hợp bề mặt xuất pic Al, Ni, O, điều chứng tỏ Al2O3 đưa thành cơng vào lớp mạ composite 12 Hình 3.5 Phổ EDX phân tích Hình 3.6 Phổ EDX phân tích bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3, bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 tốc độ khuấy 400 vịng/phút Hình 3.7 Phổ EDX phân tích tốc độ khuấy 600 vịng/phút Hình 3.8 Phổ EDX phân tích bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3, bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 tốc độ khuấy 800 vòng/phút tốc độ khuấy 1000 vòng/phút Từ kiện EDX thành phần nguyên tố xác định lại % Al2O3 theo công thức: %mAl2O3  %mAl 102 54 Dựa vào kết Hình 3.9 đây, nhận thấy tăng tốc độ khuấy từ 400 vòng đến 600 vòng hàm lượng Al2O3 tăng mạnh từ 33.94 % đến 39.38 % Tiếp tục tăng tốc độ khuấy, hàm lượng Al2O3 giảm giảm mạnh xuống 34.22% tốc độ khuấy 1000 vòng/phút 13 Hình 3.9 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ khuấy dung dịch đến hàm lượng Al2O3 lớp mạ Ni-Al2O3 Như biết, tốc độ khuấy thông số quan tâm đặc biệt thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tham gia hạt vào lớp mạ Các hạt trung tính cần đến bề mặt catot để tham gia vào lớp mạ composite nên cần dịch chuyển từ nguồn hạt tới catot Khuấy thúc đẩy dịch chuyển hạt tăng tốc độ khuấy vào làm nhiều hạt cứng tham gia vào lớp mạ Tuy nhiên, tốc độ khuấy cao giảm hạt tham gia vào lớp mạ hạt bị văng khỏi bề mặt catot trước chúng giữ lại 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch mạ đến hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng khơng đổi dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH = 5,5, Al2O3 60 g/L mật độ dòng điện -3 mA/cm2 thời gian 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút nhiệt độ 30oC; 40oC; 50oC Các mẫu sau mạ đo EDX Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu COMFA để xác định thành phần nguyên tố Kết thực nghiệm thể Hình 3.10, Hình 3.11 Hình 3.12 14 Hình 3.10 Phổ EDX phân tích Hình 3.11 Phổ EDX phân tích bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 mạ 30 C o mạ 40oC Hình 3.12 Phổ EDX phân tích Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 nhiệt độ dung dịch đến mạ 50 C o hàm lượng Al2O3 lớp mạ Ni-Al2O3 Kết thực nghiệm cho thấy tăng nhiệt độ phản ứng từ 30oC đến 50oC hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp điện hóa thay đổi khơng nhiều Tăng nhiệt độ từ 30oC đến 40oC hàm lượng Al2O3 tăng từ 39,38% đến 40,35% Điều liên quan đến khả khuếch tán hạt Al2O3 huyền phù dung dịch mạ tăng lên tăng nhiệt độ, tốc độ phân tán phân tử Al2O3 bề mặt điện cực tăng, khả đồng kết tủa lên bề mặt điện cực tăng lên, làm cho hàm lượng Al2O3 lớp mạ tăng lên (đạt cao 15 40,35% 40oC) Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 50oC hàm lượng Al2O3 lớp mạ lại giảm Ngồi nhiệt độ cao cịn xảy tượng đen bề mặt, lúc lượng oxi tăng vọt bề mặt lớp mạ bọt khí q trình mạ xuất nhiều khơng kịp thoát khỏi bề mặt mạ 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian mạ Để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian mạ đến hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng khơng đổi dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH = 5,5, Al2O3 60 g/L mật độ dòng điện -3 mA/cm2 tốc độ khuấy 600 vòng/phút nhiệt độ 40oC, thời gian mạ 10 phút; 20 phút; 30 phút Kết thực nghiệm cho thấy tăng thời gian mạ từ 10 phút đến 20 phút, hàm lượng nhôm lớp mạ tăng mạnh (từ 34,01 % đến 37,06 %), đạt cao thời Hình 3.17 Đồ thị ảnh hưởng thời gian mạ đến hàm lượng Al2O3 lớp mạ Ni-Al2O3 gian 20 phút, sau giảm nhẹ thời gian 30 phút (xuống 35,85%) Như biết hàm lượng Al2O3 lớp mạ tổ hợp phụ thuộc vào tốc độ phóng điện Ni tốc độ va chạm chôn lấp hạt cứng Ni Thời gian đầu phản ứng bắt đầu diễn ra, lượng Ni sinh bề mặt chưa đủ để chơn lấp Al2O3 16 lượng nhơm oxit bị giữ lại bề mặt ít, hàm lượng nhơm lớp mạ nhỏ Theo thời gian lượng Al2O3 bị giữ lại tăng dần Tuy nhiên việc chôn lấp hạt cứng có kích thước tương đối (cỡ μm) cần thời gian lượng Ni nhiều, lượng Al2O3 lớp mạ tăng phần trăm khối lượng chúng so với Ni lại giảm chút Bên cạnh đó, bề mặt lớp mạ thay đổi rõ rệt theo thời gian (Hình 3.18) 10 phút 20 phút 30 phút Hình 3.18 Bề mặt lớp mạ sau mạ thời gian 10 phút, 20 phút 30 phút Sau 10 phút, bề mặt lớp mạ nhẵn, đồng Khi tăng thời gian mạ lên 20 phút, bề mặt lớp mạ sáng hơn, màu đẹp Tuy nhiên, tăng thời gian đến 30 phút bề mặt lớp mạ bị đen, sần so với lớp mạ thời gian 20 phút Như vậy, không nên mạ thời gian lâu, bề mặt mạ trở nên sần, nhám, có nhiều rỗ làm thẩm mỹ trang trí Từ kết thực nghiệm, rút điều kiện để thu lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3: 17 + Thành phần dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH = 5,5, Al2O3 60 g/L + Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút + Nhiệt độ dung dịch: 40oC + Mật độ dòng điện: -3 mA/cm2 + Thời gian mạ 20 phút 3.3 Một số tính chất lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 3.3.1 Kết chụp ảnh SEM Các mẫu mạ từ dung dịch chứa NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, chứa 60 g/L Al2O3 khơng chứa Al2O3 Hai mẫu mạ dịng khơng đổi máy điện hóa đa AutoLab điều kiện giống nhau: Mật độ dòng điện -3 mA/cm2, thời gian mạ 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút nhiệt độ 40oC Các mẫu gửi chụp ảnh bề mặt SEM Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu COMFA Hà Nội, kết thể Hình 3.19 Hình 3.19 Ảnh SEM lớp mạ điện hóa Ni (a) lớp mạ tổ hợp Ni Al2O3 (b) (a) (b) 18 Kết chụp SEM cho thấy độ phóng đại, bề mặt mạ nickel (a) nhẵn nhiều so với lớp mạ tổ hợp NiAl2O3 (b) Trên bề mặt mạ tổ hợp có hạt dạng tinh thể có kích thước khác lên trên, tinh thể có khả hạt Al2O3 bị nickel chôn lấp phần 3.3.2 Độ bền hóa chất Để đánh giá độ bền hóa chất, mẫu mạ máy điện hóa AutoLab từ dung dịch chứa NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, Al2O3: g/L; 20 g/L; 40 g/L; 60 g/L; 80 g/L Đồ thị biểu diễn phụ thuộc tốc độ ăn mòn khối lượng vào thời gian môi trường NaCl HCl mẫu bề mặt mạ Ni-Al2O3 với hàm lượng Al2O3 khác thể Hình 3.19 Hình 3.20 Kết thực nghiệm cho thấy, Ni Ni-Al2O3 mạ điện hóa từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin bền dung dịch NaCl 3,5% dung dịch HCl M Trong dung dịch NaCl 3.5% mẫu bền dung dịch HCl M Cùng thời gian ngâm, tốc độ ăn mòn bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni – Al2O3 loại dung dịch NaCl HCl nhỏ nhiều so với lớp mạ Ni Khi tăng hàm lượng Al2O3 tốc độ ăn mịn có xu hướng giảm, điều tính trơ Al2O3 mơi trường ăn mịn Tuy nhiên hàm lượng Al2O3 lớn tốc độ ăn mòn lại tăng Theo thời gian q trình ăn mịn dần ổn định, tốc độ ăn mịn có xu hướng giảm dần 19 Các mẫu sau mạ đem ngâm dung dịch HCl 1M dung dịch NaCl 3,5% thời gian 24 h; 48 h 72 h Hình 3.21 Tốc độ ăn mòn khối lượng mẫu dung dịch HCl thời gian 24 h, 48 h, 72 h Hình 3.20 Tốc độ ăn mịn khối lượng mẫu dung dịch NaCl thời gian 24 h, 48 h, 72 h 3.3.3 Độ bền ăn mòn điện hóa Để đánh giá vai trị Al2O3 việc tăng khả chống ăn mòn cho lớp mạ nickel, tiến hành tạo lớp mạ tổ hợp cách mạ dịng khơng đổi mẫu dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, mật độ dòng điện -3 mA/cm2, thời 20 gian mạ 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút nhiệt độ 40oC với hàm lượng Al2O3 g/L; 20 g/L; 40 g/L, 60 g/L, 80 g/L Tiến hành đo dòng ăn mòn mẫu dung dịch NaCl 3,5% máy đo điện hóa Auto Lab khoa Hóa- trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng Kết đo dòng ăn mòn thể Hình 3.22 Hình 3.22 Đường cong phân cực anot mẫu với hàm lượng Al2O3 khác dung dịch NaCl 3,5% Kết xác định đường cong phân cực anot mẫu NiAl2O3 dung dịch NaCl 3,5 % cho thấy có mặt Al2O3 lớp mạ tổ hợp khơng làm thay đổi nhiều hình dạng độ cao đường phụ thuộc Tăng hàm lượng Al2O3 đường cong phân cực bị đẩy vùng dương hơn.Bằng phép ngoại suy Tafel ta thu giá trị mật độ dòng ăn mòn ăn mòn mẫu Ni-Al2O3 Bảng 3.6 21 Bảng 3.6 Giá trị mật độ dòng ăn mòn (iam) ăn mòn (Eam)của mẫu với hàm lượng Al2O3 khác dung dịch NaCl 3,5% Tên mẫu E am (V) iam (A/cm2) Ni-Al2O3 (0 g/L) NiAl2O3 (20 g/L) -0,7 -0,71 8,12.10-5 6,96.10-5 Ni- Ni-Al2O3 Ni-Al2O3 (40 g/L) (60 g/L) -0,68 -0,63 -0,72 6,90.10-5 6,65.10-5 9,45.10-5 Al2O3 (80 g/L) Dựa vào kết đo dòng ăn mòn Bảng 3.6, nhận thấy thêm Al2O3 ăn mòn dịch chuyển vùng dương hơn, mật độ dòng ăn mòn nhỏ Tuy ảnh hưởng hạt Al2O3 không nhiều Điều chứng tỏ mẫu có thêm Al2O3 khó bị ăn mịn so với mẫu khơng có Al2O3 Tương tự kết khảo sát độ bền ăn mòn hóa chất, tăng hàm lượng Al2O3 lên đến 80 g/L ăn mịn lại âm mật độ dòng ăn mòn lại lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Đã xây dựng khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến đường cong catot nickel từ dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin pH hàm lượng Al2O3 dung dịch mạ ảnh hưởng đáng kể đến bắt đầu khử Ni2+ giá trị mật độ dòng Điều kiện tốt để khử Ni2+ pH = 5,5 22 - Đã chế tạo thành công lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 từ dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa glyxin phương pháp mạ dịng khơng đổi - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng nhôm lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3: tốc độ khuấy, nhiệt độ thời gian mạ Rút điều kiện tốt để tạo lớp mạ tổ hợp (có hàm lượng nhơm cao nhất): + Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút + Nhiệt độ: 40oC + Thời gian mạ: 20 phút với i = -3 mA/cm2 - Đã chụp ảnh SEM bề mặt lớp mạ Ni Ni- Al2O3 Thấy bề mặt Ni nhẵn khơng sáng bóng bề mặt Ni- Al2O3 - Đã khảo sát khả chống ăn mòn lớp mạ tổ hợp NiAl2O3 dung dịch NaCl 3,5% dung dịch HCl M Đã chứng minh lớp mạ Ni- Al2O3 bền lớp mạ Ni Tăng hàm lượng Al2O3 tốc độ ăn mòn giảm, bền lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 (60 g/L) KIẾN NGHỊ Lớp mạ composite làm tăng độ bền cơ, lý, hóa Do vậy, cần có thêm nghiên cứu sâu độ cứng tế vi, tính chất siêu kị nước lớp mạ  ... tạo lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 kim loại đồng phương pháp điện hóa? ?? 2 Đối tượng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Lớp mạ composite Ni- Al2O3 tạo thành phương pháp điện hóa kim loại đồng. .. Ảnh SEM lớp mạ điện hóa Ni (a) lớp mạ tổ hợp Ni Al2O3 (b) (a) (b) 18 Kết chụp SEM cho thấy độ phóng đại, bề mặt mạ nickel (a) nhẵn nhiều so với lớp mạ tổ hợp NiAl2O3 (b) Trên bề mặt mạ tổ hợp có... mạ để tạo lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 có khả chống ăn mịn tốt Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp điện hóa đo đường cong phân cực, đo tổng trở q trình mạ, phương pháp mạ dịng khơng đổi, phương