TIỂU LUẬN XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU KIM LOẠI đề TÀI CÔNG NGHỆ MẠ KỀN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TIỂU LUẬN XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ MẠ KỀN Hướng dẫn: TS Trần Hoàng Minh Thực hiện: Nguyễn Vũ Đơng (1811939) Vũ Quang Đơng (1811946) TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TIỂU LUẬN XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ MẠ KỀN Hướng dẫn: TS Trần Hồng Minh Thực hiện: Nguyễn Vũ Đơng (1811939) Vũ Quang Đông (1811946) MỤC LỤC I/ LỊCH SỬ MẠ KỀN II/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT III/ CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA LỚP MẠ KỀN .8 3.1/ Cấu tạo lớp mạ .8 3.2/ Tính chất lớp mạ 10 3.2.1/ Rỗ xốp rạn nứt .11 3.2.2/ Giòn Hidro 12 3.2.3/ Ứng suất nội .12 3.2.4/ Độ cứng độ chống mài mòn 14 3.2.5/ Một số tính chất khác 15 IV/ DUNG DỊCH MẠ KỀN .15 V/ CHĂM SÓC VÀ BẢO DƯỠNG DUNG DỊCH MẠ 18 VI/ MẠ KỀN BÓNG 21 VII/ MẠ KỀN BÁN BÓNG .26 7.1/ Các dung dịch mạ kền bán bóng .26 7.1.1/ Thành phần dung dịch 26 7.1.2/ Các phụ gia mạ kền bán bóng 26 7.1.3/ Tính chất dung dịch kền bán bóng .27 7.2/ Tính chất lớp kền bán bóng 28 7.2.1/ Cấu trúc lớp mạ kền bán bóng 29 7.2.2/ Ứng suất nội lớp mạ kền bán bóng 30 7.2.3/ Độ cứng lớp kền bán bóng 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 I/ LỊCH SỬ MẠ KỀN Vào năm 40 kỉ XIX, nhiều nhà nghiên cứu dồn dập cơng bố nghiên cứu mạ kền Sau đó, có nhiều thực nghiệm tiến hang song hầu hết thất bại, nguyên nhân hóa chất sử dụng chứa nhiều tạp chất, lớp mạ dễ bong tróc khỏi Vào năm 1842 – 1843, Boettiger (Đức) thực hiên thành công việc mạ kền sử dụng dung dịch muối kép kền – amon sunfat Sau đó, nhiều thí nghiệm mạ kền sử dụng dung dịch tạo lớp mạ kền chất lượng tốt Đến năm 1855, G Gore cho xuất nhiều tài liệu mô tả tỉ mỉ dung dịch mạ trung tính kền – amon sunfat Giai đoạn 1862 – 1882, hang loạt dung dịch mạ kền phát triển, kể đến kền amon clorua, kền photphat, natri diphotphat,… Tính đến năm 1924, lớp mạ kền có 50 năm lịch sử, đóng vai trị lớp hệ lớp mạ trang sức – bảo vệ, đảm bảo vẻ đẹp cho sản phẩm kim loại (tuy nhiên sau lớp mạ kền thay lớp mạ crom bóng, mỏng, không bị mờ thời gian) Đến năm 1943, Schlolter thu lớp mạ kền bóng có giá trị thực tế nhanh chóng áp dụng nhiều nơi khắp giới Trong năm từ 1940 – 1945, q trình mạ kền bóng san phẳng hồn thiện cịn sử dụng ngày Tại Việt Nam, mạ kền người Pháp du nhập vào từ cuối năm 1930 để phục vụ cho việc mạ phụ tùng thay phục vụ cho việc sửa chữa máy móc, xe cộ Trong công xây dựng xã hội chủ nghĩa miền Bắc vào năm 1954, nhiều xí nghiệp, hợp tác xã đời đó, xưởng mạ kền phát triển nhiều tỉnh thành giúp đỡ Liên Xô, Trung Quốc nước Đông Âu Nhiều trường đại học, viện nghiên cứu đào tạo nhiều kỹ sư mạ điện, thực nhiều đề tài nghiên cứu khoa học mạ điện Hiện nay, Việt Nam đổi mới, mở cửa giao thương với nhiều nước giới, công nghệ, trang thiết bị, vật tư cho mạ kền nâng cấp, đại hóa phục vụ cho nhiều ngành cơng nghiệp khác nhau, đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng đòi hỏi chất lượng cao II/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạ điện trình điện kết tủa để tạo thành lớp phủ có hình thức tính chất lý mong muốn cách điện phân Mục đích thường làm thay đổi đặc tính bề mặt cải thiện dáng vẻ bề ngồi, tăng tính chống mài mịn, tạo lớp phủ có từ tính, thay đổi kích thước vật cần mạ, …hoặc đồng thời có nhiều tính chất vật mạ Điện phân tiến hành chất điện giải khác muối nóng chảy, dung dịch với dung môi khác nhau, công nghiệp thường dùng phổ biến dung dịch nước phạm vi, đối tượng nghiên cứu tiểu luận Đối với mạ điện, khối lượng kim loại phủ lên bề mặt vật cần mạ tuân theo định luật Faraday: m= M I t nF - m: khối lượng sản phẩm tạo thành (g); - M: nguyên tử khối (g/mol) (đối với Nikel, M = 58.5) - I: cường độ dòng điện (A) - t: thời gian (s) - n: số đương lượng (đối với Nikel, n = 2) - F = 96500: số Faraday (C/mol) Nếu mạ có nhiều vật chất giải phóng đồng thời (ví dụ Ni H 2), định luật Faraday áp dụng cho tổng đương lượng chất sinh ra, phân chất Mô tả sơ lược trình mạ kền: Dịng điện để trì q trình điện phân dòng điện chiều, thường cung cấp pin hay ắc quy Cực dương nguồn điện nối với điện cực kim loại Nikel, gọi Anot, cực âm nguồn điện nối với điện cực gắn vật cần mạ gọi Catot (vật cần mạ yêu cầu phải dẫn điện) Hai điện cực nhúng dung dịch mạ muối Nikel (ví dụ NiSO4, NiCl2,…) Hình 2.1: Mơ mạ kền Khi có dịng điện, catot mang điện tích âm, có xu hướng hút ion dương (Ni2+) giải phóng electron (viết tắt e) Do đó, xảy q trình khử: Ni2+ + 2e → Ni(r) Nikel kim loại tạo bám bề mặt vật cần mạ, theo thời gian tạo thành lớp mạ kền Ngồi ra, khí Hidro tạo thành theo q trình khử nước dung dịch mạ: 2H2O + 2e → H2 + 2OHTại anot, điện cực kim loại Nikel mang điện tích dương, có xu hướng hút ion âm phân li từ dung dịch mạ (ví dụ SO 42-, Cl-,…) hút electron Tuy nhiên, electron phóng từ catot bị hấp thụ ion dương (Ni 2+), đồng thời ion âm phân li từ dung dịch điện phân khơng phóng electron Do đó, xảy q trình oxi hóa kim loại Nikel để giải phóng electron: Ni → Ni2+ + 2e Ni2+ tạo lại chạy catot để tạo thành lớp mạ kền, electron tạo trả lại cho cực dương nguồn điện để tiếp tục trình điện phân Cứ vậy, điện cực kim loại Nikel bị oxi hóa tan dần, chuyển hóa thành lớp mạ kền Thời gian mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, yếu tố định thường chiều dày lớp mạ Một khí Oxi sinh q trình oxi hóa nước: H2O → O2 + H+ + 4e III/ CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA LỚP MẠ KỀN 3.1/ Cấu tạo lớp mạ Đặc điểm kim loại Nikel: Giống kim loại khác, Nikel lớp mạ có cấu tạo tinh thể Các nguyên tử Nikel xếp theo trật tự định tạo thành ô mạng bản, ô mạng liên kết với tạo thành mạng tinh thể, hình thành hạt kim loại hình thành lớp mạ Nikel có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm diện, có độ dẻo cao so với dạng lập phương tâm khối lục giác xếp chặt Tính chất kim loại Nikel tạo thành từ q trình điện kết tủa khơng giống hoàn toàn so với kim loại tạo thành từ phương pháp hỏa luyện khác kích thước hạt, ảnh hưởng tạp chất dung dịch điện phân,… Cấu tạo loại lớp mạ kền: Cấu trúc lớp mạ kền phụ thuộc nhiều vào thành phần dung dịch mạ, vào điều kiện tiến hành mạ chất kim loại Trong dung dịch khơng có phụ gia, kền kết tủa thành lớp mạ có cấu trúc định hướng dạng cột rõ ràng, nhiên có lặp lại cách định hướng kim loại Từ dung dịch mạ bóng, kền kết tủa thành lớp mỏng song song cách lặp lại nhịp nhàng Lớp mạ kền có hai loại cấu trúc bản: cấu trúc mỏng (song song với nền) cấu trúc dạng sợi (tức dạng cột, vng góc với nền) Dung dịch mạ kền bóng cho kết tủa có cấu trúc dạng lớp mỏng song song, lớp mạ kền bán bóng thường có cấu trúc dạng cột, đơi lại có cấu trúc dạng lớp mỏng song song Riêng lớp mạ kền mờ kết tủa từ dung dịch khơng có phụ gia hữu ln ln cho cấu trúc dạng cột Hình 3.1.1: Mặt cắt ngang lớp mạ kền mờ (cấu trúc dạng cột) Trong dung dịch bán bóng, lớp mạ có cấu trúc dạng cột, tác dụng điều kiện mạ nên chuyển dần sang cấu trúc mỏng song song Hình 3.1.2: Mặt cắt ngang lớp mạ kền bán bóng Ta thấy Hình 3.1.2, lớp Ni hình thành từ tốc độ khuấy khoảng 2.5 m/ph có cấu trúc dạng cột, lớp Ni hình thành bắt đầu nâng tốc độ khuấy lên 7.5 m/ph cấu trúc cột khơng cịn rõ ràng, lớp lớp Ni ổn định với tốc độ khuấy 7.5 m/ph có cấu trúc mỏng song song Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc lớp mạ tốc độ khuấy pH, thành phần phụ gia, mật độ dòng điện,… Cấu trúc lớp mạ phụ thuộc vào tốc độ tương đối trình tạo mầm trình lớn lên mầm để hình thành lớp mạ Nếu điều kiện trình mạ thuận lợi cho việc tạo mầm lớp mạ nhỏ hạt Ngược lại, trình lớn lên mầm vượt trội việc tạo mầm thu lớp mạ to hạt Lớp mạ nhỏ hạt nhẵn bóng hơn, cứng dẻo lớp mạ to hạt Lớp mạ mịn hạt thu cách cho hợp chất hữu vào dung dịch mạ cho lớp mạ mờ Tăng mật độ dịng điện làm nhỏ hạt thường gây tượng chồng chất, dồn đống lên tạo bề mặt thô nhám Khuấy trộn tăng nhiệt độ hay tác động làm giảm phân cực catot làm to hạt Bản chất thành phần dung dịch mạ ảnh hưởng tới kích thước hạt: dung dịch lỗng cho kích thước hạt nhỏ, nhiên cho mật độ dòng điện thấp mạ tốc độ thấp, khơng phù hợp sản xuất Vì vậy, người ta dùng dung dịch có nồng độ muối kim loại lớn cho nồng độ ion kim loại nhỏ 3.2/ Tính chất lớp mạ Lớp mạ kền có tinh thể nhỏ mịn nên thường cứng giòn so với Nikel hỏa luyện Kền mạ từ dung dịch chứa phụ gia khác có kích cỡ hạt nhỏ nữa, chúng có độ bền kéo khoảng 70 đến 160 kg/mm2 Hơn nữa, kim loại mạ cịn có khuyết tật khác sinh xơ lệch mạng, lẫn ngun tử, nhóm phân tử lạ Mật độ lệch lớp mạ cao, ảnh hưởng lớn đến tính Các sai lệch mức độ nhỏ giúp tăng tính lớp mạ, nhiên để chúng phát triển xuyên suốt qua hết tinh thể gây giảm độ bền ta cần ngăn điều xảy Có thể ngăn chặn cách nhờ vào cản trở khuyết tật khác, khuyết tật có trường biến dạng, trường biến dạng tự cản trở không cho khuyết tật phát triển mức Các khuyết tật cịn ảnh hưởng đến tính dẫn điện, tính chống ăn mòn lớp mạ 10 Chất chống thụ động anot: ion Cl- thêm vào dung dịch dạng NiCl NaCl nhằm hòa tan NiO bề mặt anot, giúp anot Ni dễ tan Chất dẫn điện: Đối với dung dịch mạ kền đại khơng cần đến chất dẫn điện có độ dẫn điện lớn nhờ nồng độ đậm đặc Tuy nhiên, với loại dung dịch mạ kền cổ điển cần dung chất dẫn điện Na 2SO4 Chất dẫn điện không tham gia phản ứng điện cực Chất đệm: Giúp điều chình độ pH dung dịch mạ, mạ kền, hợp kim Ni – Co,… thường dung chất đệm axetat, xitrat, tatrat Độ pH dung dịch mạ thay đổi phản ứng: H O−4 e →O2 +4 H + ¿¿ (Làm giảm độ pH dung dịch) H O+2 e → O H −¿+ H ¿ (Làm tăng độ pH dung dịch) Phụ gia: Chất hấp phụ có tác dụng ức chế q trình kết tủa điện (làm giảm tốc độ hiệu trình mạ, hay làm tăng phần cực) Chất hấp phụ thường bị tiêu hao q trình mạ Chúng bị phần hủy lẫn vào lớp mạ (như S, C), số khác nằm lại dung dịch Do lớp mạ tồn ứng suất, âm dương V/ CHĂM SÓC VÀ BẢO DƯỠNG DUNG DỊCH MẠ Kiểm tra thành phần dung dịch: Thành phần vô cơ: thường có nồng độ lớn lại cho phép dao động tương đối rộng, nồng độ chúng giảm tương đối chậm q trình điện phần Ngun nhân cho hao hụt bể cạn cần phải bổ sung nước vào để bù cho 18 lượng dung dịch mát ngày vương vãi, bay hơi, bám vào vật mạ khỏi bể,… Nên thường xuyên bổ sung muối kền để giữ dung dịch mạ ổn định Các phương pháp kiểm tra thành phần vô cơ: - Sử dụng tỉ trọng kế hay bômê kế: nhanh, tiện lợi, sai số lớn phù hợp với hầu hết xưởng mạ - Phân tích hóa học: cho kết xác chậm tốn Độ pH dung dịch mạ phải kiểm tra thường xuyên, hiệu suất dòng điện catot thấp anot pH dung dịch thường tăng lên, lúc cần phải bổ sung axit (phù hợp với anion dung dịch) để điều chỉnh lại giá trị quy định Thành phần hữu cơ: thường chất tạo bóng chất thấm ướt bề mặt Các chất quan trọng lại khó xác định phương pháp chuẩn độ thể tích, nồng độ lại nhỏ nên lại khó xác định Do việc phần tích thành phần hữu thường bỏ qua xưởng mạ vừa nhỏ Các phương pháp để kiểm tra hàm lượng chất phụ gia: - Các chất phụ gia muốn xác định theo phương pháp thể tích trước tiên phải tách chất hữu khỏi dung dịch chưng cất hay tách chiết, sau thực chuẩn độ thể tích, nhiên độ xác lại khơng cao - Chuẩn độ hai dung dịch mạ, cũ KMnO màu hồng đi, hiệu số lượng KMNO dung cho biết mức độ nhiễm tạp chất dung dịch mạ - Ngoài ra, để có kết phần tích xác kể đến phuong pháp quang phổ hồng ngoại, cực phổ xung vi sai,… 19 Tạp chất: hay gặp ion kim loại tan vào dung dịch mạ đồng, cadimi, kẽm, crom, chì… anion chất hữu - Đồng: hàm lượng không vượt 10 mg/l, hàm lượng đồng cao làm lớp mạ bị tối màu nơi có mật độ dịng điện thấp Đồng loại bỏ phương pháp điện hóa với mật độ dòng 0.5 A/dm2 - Cadimi: thường sử dụng chất tạo bóng, loại bỏ phương pháp điện hóa - Kẽm: nồng độ kẽm vượt 20 – 60 mg/l làm lớp mạ bị tối màu sinh vệt đen, pH gây châm kim lớp mạ, loại bỏ kẽm phương pháp lọc điện hóa 0.3 A/dm2 - Crom: Cr6+ làm giảm mạnh hiệu suất dòng điện, nồng độ vượt q0.1 g/l kền khơng thể kết tủa nữa, dung natri hydróunfit để chuyển Cr 3+ gây hại lọc phương pháp điện hóa - Chì: dễ kết tủa tạo thành PbSO4 Chì làm lớp mạ bị giịn, có vết sọc, màu lớp mạ bị tối chỗ mật độ dịng điện thấp Có thể lọc phương pháp điện hóa Tạp chất hữu cơ: có nguồn gốc từ chất liệu dẻo để lót bể, dầu mỡ bơi trơn, bụi thuốc đánh bóng kim loại, nước rửa bẩn,… Tạp hữu loại bỏ hữu hiệu nhờ cách hấp thụ than hoạt tính, dung KMnO4, H2O2 để oxi hóa tạp chất thành chất dễ hấp thụ than hoạt tính Nhiều tạp chất hữu lọc phương pháp điện hóa, cách cần thời gian dài với mật độ dòng điện bé 20 Thừa phụ gia: việc sử dụng lượng phụ gia chất bóng, chất thấm ướt gây nhiều phiền tối, làm lớp mạ bị thụ động, làm cho việc mạ crom trở nên khó khăn Mốc: gây phụ gia tạo bóng Mốc làm lớp mạ bị sần sùi, lỗ châm kim Có thể xử lí mốc nước oxy già hay peboral Làm dung dịch: - Lọc dung dịch mạ: sử dụng sợi amiăng, bột diatomit, sơ sợi thực vật than hoạt tính, ngồi cịn có máy lọc chun dụng sử dụng để lọc dung dịch mạ kền - Lọc điện hóa: tạp chất kim loại kết tủa mật độ dòng điện xác định, tạo dải mật độ rộng kết tủa nhiều tạp chất lên bề mặt catot Khi lọc, sử dụng mật độ dòng thấp, sử dụng mật độ dịng điện cao, kền kết tủa theo gây lãnh phí vơ ích VI/ MẠ KỀN BĨNG Cơ chế: Có nhiều lí thuyết giải thích cho việc hình thành lớp mạ bóng, nhiên, thuyết chấp nhận nhiều chất phụ gia (chất bóng) hữu hấp phụ bề mặt catot, can thiệp vào tượng xảy catot, kết đưa đến lớp kềm dạng mỏng xếp song song với nền, tạo thành lớp mạ đồng nhất, phản xạ ánh sáng theo hướng tạo nên hiệu ứng bóng Trong q trình mạ, chất phụ gia hấp thụ lên bề mặt kền tạo thành phần tử có cực, hình thành nên lớp hấp phụ catot gây khó khăn cho q trình kết tủa kền, kết cản trở hạt kền tự phát triển mà phải xếp theo trật tự xác định 21 Cấu trúc lớp mạ kềm bóng: Lớp mạ kềm bóng có cấu trúc điển hình, gồm mỏng song song với với Các chất hữu mang điện vận chuyển vào lớp sát catot làm ức chế trình kết tủa catot, đồng thời điện trở tăng dần lên Khi điện trở đạt giá trị định chất hữu khơng thể vào catot nữa, trình kết tủa lại tiếp tục xảy nhanh mạnh hơn, tượng lặp lại với chu kì chu kì tương ứng với lớp mỏng sinh Hình 6.1: Cấu trúc lớp mỏng song song lớp mạ kền Các loại chất bóng: - Chất trợ bóng hay chất tăng độ dẻo chất bóng loại I: sử dụng khơng thể đạt độ bóng cao Thường sử dụng để khử ứng suất kéo gây chất bóng loại II, mở rộng mật độ dịng điện tăng độ bóng cho chất bóng loại II 22 Loại chất Axit sunfonic thơm Ví dụ C6H3SO3H Sunfonamic thơm Sunfonimic thơm Axit heterocyclic sunfonic Axit sunfinic thơm Axit etylen aliphatic C10H5(SO3H)3 CH3C6H4SO3NH2 C6H4CONH.SO2 C4H3S SO3H C6H5-SO3H CH2=CH-CH2-SO3H Bảng 6.1: Một số chất bóng loại I thơng dụng - Chất tạo bóng hay chất bóng chất bóng loại II: cho lớp mạ có dộ bóng cao dung cho lớp mạ giịn ứng suất kéo lớn, chất tạo bóng khoảng mật độ hẹp, sử dụng kèm chất bóng loại II đạt hiệu tối ưu Một số loại chất bóng loại II thường dung như: formandehit, cloran hidrat, cumarin, triphenyl metan,… Tiêu chuẩn để lựa chọn loại chất bóng:  Cho bóng giải mật độ dịng điện rộng  Ít khơng làm giịn, nứt lớp mạ  Khơng sinh sản phẩm khử có hại cho tiến trình mạ chất lượng mạ, chất khử phải xử lí than hoạt tính  Ngồi tác dụng làm bóng cần có them khả năn san phẳng  Chất bóng dễ dàng phần tích nồng độ nhỏ  Giá thành thấp Chất san phẳng: Có tác dụng làm bề mặt lớp mạ phẳng, láng nhẵn Một số loại chất có tác dụng san phẳng: cumarin, axit pyridine sunfonic, thioure… 23 Chất giảm ứng suất: Được cho vào dung dịch để chống lại tác hại chất bóng loại II Chất giảm ứng suất thực chất chất gây ứng suất nén nhằm trung hòa ứng suất kéo chất bóng loại II gây Các dung dịch thương mại thường pha sẵn chất gây ứng suất nén nên dung dịch pha chế xong dễ cho lớp mạ có ứng suất cỡ 35 – 100 N/m2 Hình 6.2: Ảnh hưởng chất bóng loại II đến ứng suất nội kéo Hình 6.3: Ảnh hưởng chất bóng loại I đến ứng suất Sacarin thường sử dụng chất làm giảm ứng suất kéo, đồng thời chất bóng loại I 24 Chất thấm ướt: Chất thấm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt dung dịch mạ lên catot, giúp cho catot thấm ướt, keo hiđroxit với bợt khí hiđo khơng cịn bám bề mặt mạ nữa, loại bỏ châm kim, lỗ rỗ Chất thấm ướt thông dụng natri laurinsunfat, ngồi cịn có rượu ete sunfat, amino axit,… có tác dụng tăng độ thấm ướt Chất thấm ướt xem tốt giảm sức căng bề mặt xuống 35 dyn/cm, khơng làm giảm tính lớp mạ, khơng làm ảnh hưởng đến hiệu chất bóng, khơng tạo nhiều bọt ảnh hưởng đến trình sản xuất Nếu pH dung dịch vượt 4.2 làm giảm chất lượng chất thấm ướt Tính chất lớp mạ kền bóng:  Độ bóng  Gai nhám, rỗ, châm kim  Bảo vệ, trang sức  Độ gắn bám cách chuẩn bị bề mặt  Độ dẻo, ứng suất nội độ cứng  Độ hấp phụ Hiđro VII/ MẠ KỀN BÁN BÓNG 7.1/ Các dung dịch mạ kền bán bóng 7.1.1/ Thành phần dung dịch Các loại dung dịch mạ kền chuyển thành dung dịch mạ kền bán bóng, quan trọng dung dịch Watts có thành phần trung bình chất sau: 25  Kền sunfat (NiSO4.7H2O): 310 g/l  Kền clorua (NiCl2.6H2O): 50 g/l  Axit boric (H3BO3): 40 g/l Ngồi dung dịch dùng dung dịch cao clorua, dung dịch toàn clorua, dung dịch sunfamat, dung dịch floborat để mạ bán bóng, dung dịch dùng giá thành cao, hiệu thấp 7.1.2/ Các phụ gia mạ kền bán bóng Phụ gia tiếng dùng để mạ kền bán bóng cumarin với nồng độ khoảng 0.6 g/l, cho lớp mạ bán bóng có độ san tốt thường có cấu trúc dạng cột thẳng góc với Các bể mạ bán bóng thường cho thêm fomandehit để tinh thể mịn hơn, lớp mạ bóng hạn chế phân hủy cumarin Nhược điểm cumarin mau bị phân hủy catot thành sản phẩm có hại, chủ yếu sinh axit o-hidrocumaric làm giảm pH Ngồi cịn tạo hợp chất o-hidrophenol, propanol, axit propionic Axit propionic dễ hấp phụ lên catot thấm vào lớp mạ làm bị giịn, nứt, tăng ứng suất nội Fomandehit có tác dụng làm hạn chế phân hủy cumarin lại độc hại, cần thiết kế hệ thống thơng gió để tránh khí độc gây ảnh hưởng sức khỏe Cumarin có nhược điểm dùng rộng rãi nồng độ cho độ san tốt phụ gia khác sacarin hay 1,4butindiol 7.1.3/ Tính chất dung dịch kền bán bóng Độ pH dung dịch: 26 Theo quy luật chung, bể kền bán bóng làm việc khoảng pH từ 3.5 đến Đó dung dịch Watts dung dịch cao clorua, dung dịch chứa toàn clorua, dung dịch sunfamat hay floborat thường làm việc pH thấp hơn, từ 2.5 đến 3.5 Cũng dung dịch kền bóng, dung dịch kền bán bóng khơng tiến hành pH cao 4.2 sinh hidroxit kết tủa cộng kết với lớp mạ gây ảnh hưởng xấu Nhiệt độ dung dịch: Nhiệt độ dung dịch kền bán bóng trì giống dung dịch bóng, tức 55 tới 60 độ C Trong nhiều trường hợp mạ bán bóng cần giới hạn nhiệt độ vì: - Đối với bể dùng cumarin, độ tiêu tốn phụ gia tăng theo nhiệt độ, lượng fomandehit bốc lên mạnh cần trang bị hệ thống xử lí thích hợp - Cumarin nóng chảy 67 độ C nên tuyệt đối không vận hành gần nhiệt độ cumarin dạng rắn đựng túi vải treo bể mạ máy lọc chảy lỏng phát tán vào dung dịch dạng giọt lỏng dầu bám vào vật cần mạ gây hư hỏng lớp mạ trình làm việc - Đối với dung dịch khác nhiệt độ cao dễ làm phân hủy phụ gia hữu cơ, làm cộng kết nhiều chất hữu vào lớp mạ gây ảnh hưởng xấu Vì bể mạ đại ln có thiết bị khống chế nhiệt độ không vượt 65 độ C - Trong nhiều trường hợp lại giới hạn nhiệt độ mức 50 đến 55 độ C nhằm tăng độ dẻo cho lớp mạ khoảng nhiệt độ lớp mạ có độ kéo giãn tốt Tính san bằng: San mạ kền bán bóng tuân theo quy luật chung mạ bóng Các dung dịch bán bóng chưa cumarin cho độ san vượt 27 trội dung dịch mạ bóng Hiện người ta hay dùng dẫn xuất axetilen làm phụ gia mạ kền bán bóng cho độ san tốt, cụ thể 1,4-butandiol Một số hợp chất dị vòng khơng chứa lưu huỳnh cịn cho độ san cao phụ gia quen thuộc Hiệu suất dòng điện catot: Ở bể mạ kền bán bóng hiệu suất dòng điện catot giống bể mạ kền bóng 7.2/ Tính chất lớp kền bán bóng Do lớp mạ kền bán bóng có yêu cầu đặc biệt, khơng giống lớp kền bóng, nên việc chọn chất phụ gia cho phải đạt yêu cầu sau:  Phải đảm bảo cho lớp kền bán bóng lẫn lưu huỳnh khơng lẫn lưu huỳnh tốt  Phải cho lớp mạ có độ san lớn tốt  Chỉ gây ứng suất nội bé nhất, có tác dụng khử hay giảm ứng suất nội dung dịch mạ gây 7.2.1/ Cấu trúc lớp mạ kền bán bóng Theo quy tắc chung, lớp mạ kền bán bóng có cấu trúc dạng cột, lớp kền bóng có cấu trúc dạng song song Tuy nhiên, khác với lớp mạ từ dung dịch Watts (cũng có cấu tạo dạng cột), lớp mạ bán bóng từ dung dịch chứa phụ gia hữu có tinh thể nhỏ mịn Trong số điều kiện mạ định, cấu trúc cột lớp mạ bán bóng bị thay đổi hình dạng chuyển từ cấu trúc cột sang cấu trúc mỏng song song với Cấu trúc lớp kền bán bóng bị thay đổi yếu tố sau: - pH dung dịch tăng, mật độ dòng điện tăng hai yếu tố tăng: 28 Hình: Cấu trúc lớp kền bán bóng ảnh hưởng pH mật độ dòng điện - Một số phụ gia đặc biệt cho lớp mạ có cấu trúc mỏng song song (1,4butindiol) - Tăng dần tốc độ khuấy dung dịch khiến cấu trúc lớp mạ chuyển từ dạng sang dạng khác (như mục 2.1) 7.2.2/ Ứng suất nội lớp mạ kền bán bóng Tất dung dịch sở (chưa có phụ gia) ln cho lớp mạ có chứa ứng suất nội thay đổi theo điều kiện tiến hành mạ Vì vậy, mạ kền bán bóng phải chọn dung dịch sở chất phụ gia hữu để ứng suất kéo sinh không lớn, đồng thời cịn phải đảm bảo lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, độ bóng phù hợp san tốt Ứng suất nội lớp kền bán bóng phụ thuộc vào số yếu tố thể hình sau: 29 Hình: Ứng suất nội độ cứng lớp kền bán bóng phụ thuộc vào pH (Dung dịch sở Watts + 0,2 g/l 1,4-butindiol + g/l axit axetic) 30 Hình: Ứng suất nội độ cứng lớp kền phụ thuộc vào nhiệt độ (Dung dịch sở Watts + 0,2 g/l 1,4-butindiol + g/l axit axetic) 31 Hình: Ứng suất nội độ cứng lớp kền bán bóng phụ thuộc vào mật độ dịng điện catot (Dung dịch sở Watts + 0,2 g/l 1,4-butindiol + g/l axit axetic) Thành phần dung dịch sở ảnh hưởng tới ứng suất nội lớp kền bán bóng Dung dịch sở sunfamat cho ứng suất nội nhỏ nhất, tới Watts, dung dịch cao clorua toàn clorua cho ứng suất nội lớn Vì khơng nên dùng dung dịch clorua để mạ kền bán bóng 7.2.3/ Độ cứng lớp kền bán bóng Độ cứng lớp kền bán bóng có giá trị khoảng 200 HV Thông thường độ cứng tăng theo nhiệt độ bể mạ đạt cực đại cỡ 500 HV vùng nhiệt độ từ 60 đến 70 độ C Độ cứng tăng theo pH, lớn 4.5 Nhưng lại giảm nhẹ tăng mật độ dòng điện, nhiên từ đến A/dm độ cứng khơng thay đổi Những tính chất từ dung dịch 1,4-butandiol giống với dung dịch dùng phụ gia cumarin TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Snyder, Dr Donald. "Nickel Electroplating" Internet: www.pfonline.com, Oct.02, 2021 [2] Trần Minh Hoàng, Mạ điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 [3] Trần Minh Hoàng, Mạ kền – Lý thuyết Ứng dụng, NXB Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, 2001 [4] Trần Minh Hoàng, Phân tích dung dịch mạ điện, NXB Đai học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, 2007 32 ... nguyên tử chúng hòa tan vào lớp kền kim loại, phần dễ dàng hấp phụ lên kim loại nguyên nhân gây nên tượng giịn lớp mạ Hidro hấp phụ can thiệp vào tổ chức kim loại gây xô lệch mạng, làm mặt mạng... suất nội  Nền kim loại ảnh hưởng lớn tới ứng suất nội khác cấu trúc bề mặt lớp mỏng lớp mạ với kim loại Nguồn gốc phát sinh ứng suất nội: - Mạng khơng phù hợp: Ví dụ mạ kền lên đồng, kim loại có... thể, hình thành hạt kim loại hình thành lớp mạ Nikel có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm diện, có độ dẻo cao so với dạng lập phương tâm khối lục giác xếp chặt Tính chất kim loại Nikel tạo