Dung dịch phức mạ đồng thường có môi trường kiềm; dó là các dung dịch: xyanua, pyrophotphat, etylendiamin …đồng nằm trong các ion phức, thường là phức bền hoạc rất bền nên phongd diện trên catot với phân cực lớn. Do phân cực lớn mà:
- Lớp mạ có tinh thể rất nhỏ mịn.
- Hydro dể thoát ra nên HSDĐ nhỏ, và thường càng nhỏ khi dùng Dc càng lớn. Vì vậy phải dùng Dc tương đối bé nên tốc độ mạ chậm.
- KNPB của dung dịch lớn, có thể cho lớp mạ dày đều trên catot có hình dạng phức tạp
- Hạn chế hoặc loại bỏ hẳn được hiện tượng thoát đồng do tiếp xúc giữa nền với dung dịch, nên được lớp mạ bám chắc trực tiếp lên nến sắt, thép, hợp kim, kẽm…
Dung dịch mạ đồng xyanua
Dung dịch Xyanua là dung dịch kiềm thường được sử dụng nhất trong phạm vi công nghiệp mặc dù chúng rất độc và xử lý chất thải rất khó khăn.Dung dịch này cho khả năng mạ lên những kim loại kém bền hơn đồng như kẽm,sắt…Khả năng phân bố kim loại và khả năng che phủ lớn, cho phép sử dụng xyanua mạ những chi tiết phức tạp. Dung dịch xyanua mạ đồng có thành phần khác nhau tùy thuộc vào vai trò và độ dày lớp mạ, điều kiện tiến hành mạ, yêu cầu độ bóng…
Thành phần cơ bản của dung dịch mạđồng xyanua bao gồm CuCN là muối cung cấp ion đồng, NaCN hoặc KCN là chất tạo phức, muối KNaC4H4O6 là chất cho anot hòa tan.
Ngoài những chất trên ra, cần cho thêmmột số phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ để cải thiện tính năng lớp mạ .Dung dịch Xyanua khi pha chế cần điều kiện thông gió tốt.
Trước hết hòa tan NaCN(hoặc KCN) trong nước nóng, vừa khuấy vừa cho từ từ CuCN, để nhiệt độ không cao quá 60oC.
Hòa tan từng thùng riêng Na2CO3, NaOH, và NaKC4H4O6. Hỗn hợp hòa tan hai loạitrên, khuấy đều, cho nước đến mức quy định, lọc, phân tích và điều chỉnh dung dịch. Trong phương pháp mạ đồng xyanua người ta có thể chia dung dịch mạ đồng xyanua làm ba loạisau: dung dịch mạ đồng lót, dung dịch mạ đồng xyanua có NaKC4H4O6 và dung dịch mạđồng xyanua hiệu suất cao
Dung dịch mạ đồng lót phân bố tốt, hiệu suất dòng điện thấp, chỉ để mạ lớp đồngmỏng và chủ yếu dùng để mạ lót những chi tiết thép đúc. dung dịch mạ lót đồng là khống chế hàm lượng NaCN tự do, bảo đảm trong phạm vi 5 – 11 g/l, sau đó là hàm lượng đồng, bảo đảm trong phạm vi 10 – 16 g/l.
Nhưng do hiệu suất dòng điện anot cao hơn bên catot,cho nên phải treo ở anot những tấm sắt không hòa tan, làm cho hiệu suất dòng điện giữaanot, catot bằng nhau, dung dịch mới ổn định
.Dung dịch mạ đồng Xyanua hiệu suất cao có hiệu suất dòng điện 100%, tốc độ kếttủa nhanh, nhưng khả năng phân bố kém.
Khi mạ trên sắt, thép hoặc trên kẽm đúc cần mạlót, dung dịch nhạy với tạp chất. Do tốc độ kết tủa nhanh, lớp mạ bóng nên được sử dụngrộng rãi.
Hàm lượng NaCN tự do của dung dịch mạ đồng xyanua hiệu suất cao trong phạmvi 10 – 20 g/l. Hàm lượng đồng của dung dịch trong phạm vi 45 – 55 g/l khi mạ dây đồnghàm lượng đồng 60 – 90 g/l.
Diện tích giữa anot và catot trong phạm vi 4:1, không dùnganot đồng phốt pho. Dung dịch nhạy với tạp chất hữu cơ, làm cho lớp mạ tối, châm kim.Trước khi mạ cần phải tẩy sạch dầu và rửa sạch..Nếu dung dịch có tạp chất hữu cơ cần phảicho H2O2 1 ml/l và lọc qua than hoạt tính.Dung dịch mạ đồng xyanua có KNaC4H4O6 nằm giữa hai dung dịch trên, khôngnhạy lắm với tạp chất, không cần mạ lót trên hợp kim kẽm đúc, nhưng độ nhạy lớp mạtrung bình.
Hàm lượng NaCN tự do của dung dịch mạ đồng xyanua có NaKC4H4O6 bảođảm trong phạm vi 4 – 9 g/l.
Khi quá thấp, anot thụ động hóa, khi quá cao hiệu suất dòngđiện giảm, lớp mạ mờ, khó đánh bóng.
Dung dịch này khi gia nhiệt hiệu suất dòng điệncatot, anot đều cao. Khống chế pH của dung dịch rất quan trọng, thông thường phải đảm bảo pH = 12,2 – 12,8, nếu pH cao quá, thì hiệu suất dòng điện giảm, ăn mòn chi tiết kẽmđúc, có thể điều chỉnh bằng NaHSO4 Bảng 2. 1. Chế độ công nghệ mạ lót đồng Xyanua Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) Pha chế 1 2 3 4 5 CuCN 18-26 15 8-23 25 25 NaCN 23 12-54 30 35 NaCl tự do 5-10 6 6- 8 Na2CO3 15-20 15 6 5 NaOH 2-10 NaHSO4 3 Na2S2O3 0.05-1 pH 11.0-12.2 12.5-13.0
Nhiệt độ(oC) 20-30 hoặc 40-50 40-60 18-50 20 Mật độ dòng điện catot(A/dm2) 0.5-1 hoặc 1-2 1-3 0.2-2 0.5 0.2-0.6 Mật độ dòng điện anot(A/dm2) 0.5-1 Mạ đồng Pirophotphat
Ưu điểm: phân bố tốt, không độc, ăn mòn ít. Lớp mạ mịn, có thể mạ được lớp mạdày.Khuyết điểm: khi mạ trên sắt thép phải mạ lót, độ nhớt dung dịch cao, khó lọc, giáthành đắt, xử lý nước thải khó khăn.Thành phần dung dịch mạ đồng Pirophotphat bao gồm: CuSO4.5H2O, Na4P2O7.10H2O, Na2HPO4.12H2O... Điều chỉnh pH từ 7.8-9.5, có thể dùng axit xitric hoặc KOH đểđiều chỉnh pH cho 1 - 2 ml/lH2O2
(30%) và 3-5 g/l than hoạt tính, thời gian 1-2 giờ, nhiệtđộ điện phân từ 50-70oC, mật độ catot từ 1-3A/dm2
. Hòa tan riêng picrophotpat và đồng sun phat bằng nước nóng, rót từ từ đồng sunfat vào dung dịch, tiếp tục thêm các thành phần cònlại và thêm nước đến thể tích cần pha, kiểm tra pH và tỉ trọng.
Mạ đồng trong dung dịch etilendiamin Dung dịch này dùng để mal đồng trực tiếp lên sắt thép.công
thức cấu tạo của etylendiamin là NH2-CH2-CH2-NH2 , viết tắt En. Trong dung dịch PH~10 đồng tạo với En thành phức CU(EN)2, có hằng số không bền K= 7,14.10^-21 nên điện thế của đồng dịch nhiều về phía âm và có độ phân cực lớn ngay từ lúc mật độ dòng điện thâp. Dung dịch En cho lớp mạ tinh thể nhỏ mịn, khả năng phân bố tốt( gần bằng dung dịch xyanua.
Thành phần dung dịch (g/l) và chế độ mạ đồng từ dung dịch En như sau :
CUSO4.5H2O 110-125 En (70%) 60-70 Na2S04.10H20 50-60 (NH4)2S04 50-60 PH 6,8-8,4 Nhiệt độ 22-40oC Mật độ dòng catốt 0,7-20 A/dm2 Mật độ dòng anot 0,3-1,0 A/dm2
Lúc cho vật mạ vào và lấy ra khỏi bể cần giảm nhỏ mật độ dòng điên. Trong 40- 60s đầu tiên nên dùng dòng xung lớn gấp ba lần dòng điện làm việc bình thường.
Pha chế dung dịch : Etylendiamin 70% pha loãng từ từ(để tráng nóng đột ngột) bằng nước cất đến tỷ lệ 1:1, rót từng tý một dung dịch này vào vào dung dịch CuSo4 nguội và khuấy đều sẽ được dung dịch màu xanh tím, đun nóng đến nhiệt độ 55- 60oC.sau ba mươi phút cho thêm natri sunfat , amoni sunfat vào, thêm nước đên thể tích đã định , mạ xử lý với ic =0,5-0,7A/dm2 trong 8-10h
Thành phần và chế độ làm việc Hàm lượng(g/l) Cu2+ 22-38 P2O7-4 150-250 NO3 5-10 NH3 1-3 HPO4-2 <113 Phụ gia hữu cơ Thích hợp Tỉ lệ P2O7/Cu 7:1 hoặc 8:1
pH 8.2-8.8
Nhiệt độ 50-60
Khuấy Không khí nén Điện tích anot :điện tích catot 1:1-2:1
Mạ đồng trong dung dịch polyetylenpolyamin
Đồng tạo phức rất bền với polyetylenpolyamin nên điện thế của đồng dịch về phía âm rất nhiều ; được dung thay thế cho dung dịch xyanua.
Thành phần dung dịch (g/l) và chế độ mạ như sau:
Thành phần Mạ vật phức tạp Mạ vật đơn giản CuSo4.5H20 100 100 (NH4)2So4 200 200 Polyetylenpolyamin 100 20 PH 8,2-9,0 8,2-9,0 Nhiệt độ ,oC 18-25 18-25 Mật độ dòng catot, A/dm2 0,5-1,2 2,5-3,2 Amoni sunfat lam tăng chất lượng lớp mạ
Mạ đồng trong dung dịch amoni
Cho CuS04 tác dụng với ammoniac được phức đồng dạng Cu(NH3)n(0H)x dễ tan . khi dung dịch có PH >= 8,5 chủ yếu đồng hoá trị tồn tại ở dạng phức Cu(NH3)4 có hằng số không bền K= 2,14.10^-13.
Hiệu suất dòng điện đi qua điểm cực đại khi tăng dần mật độ dòng điện catot. NH4N03 làm giảm hiệu suất dòng điện nhưng cho lớp mạ dày đều hơn và cho phép dung ia cao hơn.
Lớp mạ bán bóng ,mịn chắc dày đều thu được từ dung dịch sau:
CuS04.5H20 90g/l NH4N03 40-60g/l (NH4)2S04 80g/l NH4(0H) (25%) 180ml/l PH 8,5-9,0 Nhiệt độ 18-25oC Mật độ dòng catot 1,5-10 A/dm2
Mật độ dòng anot 5A/dm2
Pha chế dung dịch :hoà tan đồng sunfat thêm NH40H đến PH= 8,5-9,0.Thêm các
chất còn lại.
Độ gắn bám của lớp đồng trên thép không cao lắm .Để tăng nhiệt độ cần mạ lót đồng từ dung dịch đồng nitrat hoặc hoạt hoá catot nền thép trong dung dịch kền sunfat hay clorua đã axit hoá.
Một số quá trình mạ đồng đặc biệt:
Mạ đúc
+ Dùng để chế tạo khuôn đúc , chế tạo các chi tiết có bề mặt phức tạp tinh vi , tượng nghệ thuật .VD tạo khuôn đĩa nhạc , mạch in, lưới hay lá kim loại ít mỏng…
+ Quy trình mạ đúc thường gồm 4 bước chính : - Chế tạo mẫu gốc
- Gia công mẫu, như tạo lớp dẫn điện trên mặt mẫu phi kim hay cho lớp dễ tách sản phẩm khỏi lớp kim loại
- Tách bản sao khỏi mẫu gốc và hoàn chỉnh bằng cơ hay…….học.
Mạ đồng chống thấm than cục bộ cho vật liệu bằng thép
Một số chi tiết máy đặc biệt bằng thép cần thấm cacbon cục bộ để có những tính năng cần thiết , những chỗ còn lại không cần phải thấm cacbon để giữ nguyên tính năng ban đầu của vật liệu , muốn tránh thấm than cho những phần này cần phải mạ đồng .
Yêu cầu lớp mạ đồng dùng để chấm than phải :
- Gắn bám tốt để chịu được quá trình thấm than ở 900oC trong nhiều giờ mà không bị bong , rộp .
- Kín sít, không có lỗ xốp để găn cản hoàn toàn cacbon hoạt tính không xâm nhập
được vào nền thép.
- Chiều dày lớp mạ không bé hơn 10-15µm để chịu được sự phá huỷ của tạp chất ,
Mạ chế tạo lưới đồng
Để chế tạo ra lưới đồng có mật độ đến 500 lỗ/mm2 và độ trong suốt đến 60-75% dùng công nghệ sau : phủ một lớp crom lên thuỷ tinh bằng phương pháp bốc bay trong chân không; phủ lớp nhạy quang lên bề mặt crom; đặt mẫu lưới hoặc phim của mẫu lên bề mặt lớp nhạy quang và rọi sáng xử lý quang hoá sẽ được khuôn lưới dương bản crom bám lên thuỷ tinh ; tẩy dầu mỡ và mạ đồng lên khuôn lưới trong một dung dịch mạ đồng nào đố đến chiều dày mong muốn; tách lưới sản phẩm khỏi khuôn lưới ; tẩy khuôn lưới trong HNO3 1:1, rửa sạch và mạ đồng để có thể chế tạo lưới thứ hai ….Mỗi khuôn lưới có thể mạ để sản xuất ra 200 sản phẩm.
Mạ đồng hoá học
Phương pháp mạ đồng kinh điển là dùng fomalin khử đồng ở dạng phức với glyxerin thành lớp mạ đồng mỏng dưới 1 µm phủ trên vật bằng phi kim như gốm, sứ …..Sau đó thường mạ điện bằng dung dịch sunfat cho đến khi đạt chiều dày mong muốn.
Trước khi mạ hoá học vật liệu phi kim phải được phun cát hay đánh giấy nhám…..để làm sạch và đạt độ nhám cần thiết nhằm tăng độ gắn bám. Rửa sạch và nhúng vào dung dịch bạc nitrat loãng để hoạt hoá bề mặt , sấy khô rồi nhúng vào dung dịch mạ sau :
CuS04.5H20 20g/l Glyxerin 94% 35g/l
NaOH 26g/l
(trong đó sẽ có 20g/l NaOH tự do)