d. Chất ổn định
3.2 Chụp ảnh SEM
Quan sát màu sắc lớp mạ EN Ni-P và lớp mạ EN Ni-P composit với hạt nhôm oxit trên nền thép thấy có màu sáng bạc, hơi ửng vàng.
Hình 3.1 biểu diễn kết quả SEM các lớp phủ Nickel hoá học composit với các hàm lượng nhôm oxit khác nhau. Kết quả cho thấy trên bề mặt xuất hiện nhiều vết do xước bề mặt, bên cạnh đó thì cũng nhận thấy trên bề mặt có rất ít các lỗ xốp (nguyên
nhân các lỗ xốp là do bọt khí hydro bám trên bề mặt). Điều này cho thấy các lớp phủ là khá kín. Trên bề mặt Mẫu 1 thấy rất nhẵn, không ghồ ghề. Sang các mẫu có nhôm oxit thấy bề mặt ghồ ghề hơn, thô hơn do trên bề mặt lúc này thấy xuất hiện các hạt nhôm oxit dạng tinh thể nổi lên trên bề mặt. Bề mặt càng thô và ghồ ghề khi hàm lượng nhôm tăng lên và do cả tác dụng của khuấy. Ngoài ra còn quan sát được trên bề mặt có các hạt tinh thể Nickel rất nhỏ, được thể hiện ở những chấm tròn sáng.
Mẫu 1: lớp phủ EN Mẫu 2: lớp phủ EN chứa Mẫu 3: lớp phủ EN chứa Mẫu 4: lớp phủ EN chứa không composit 10 g/l nhôm oxit trong dd 20 g/l nhôm oxit trong dd 50 g/l nhôm oxit trong dd
Hình 3.1 50 μm
10 μm
3.3 Các phép đo điện hoá3.3.1 Phép đo E – t 3.3.1 Phép đo E – t Đồ thị E - t ( I = const) -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 100 200 300 400 500 600
Thời gian (giây) Điện thế (V)
Mẫu 0 Thép trần Mẫu 1 (0 g/l nhôm oxit) Mẫu 2 (10 g/l nhôm oxit) Mẫu 3 (20 g/l nhôm oxit) Mẫu 4 (50 g/l nhôm oxit)
Hình 3.2: Đồ thị E – t của các lớp phủ khác nhau
Hình 3.2 là đường cong E – t các mẫu mạ với hàm lượng nhôm oxit khác nhau, kết quả cho thấy:
Với Mẫu 1 và Mẫu 3 đường cong chia làm 2 giai đoạn: (i) giai đoạn không ổn định, đường đồ thị đi xuống rồi vồng lên rất rõ, (ii) điện thế giảm liên tục và dần đạt tới Ecb. Tuy nhiên ở giai đoạn (ii) thì điện thế của mẫu 3 giảm rất nhanh (đồ thị gần như giảm xuống thẳng đứng) trong khi của mẫu 1 giảm rất chậm (đồ thị giảm dần thoai thoải) khi xét tại cùng một điểm toạ độ thời gian.
Các mẫu còn lại thì điện thế giảm dần xuống và đạt tới Ecb.
Mặt khác khi so sánh đường E – t của các mẫu thì sự chênh lệch Ecb của các mẫu mạ là không rõ rệt.
Trên bề mặt của lớp mạ không có nhôm rất phẳng và nhẵn nên rất khó ăn mòn. Do vậy để ăn mòn thì nó cần phải vượt qua một xung ban đầu rồi mới ăn mòn được. Các lớp mạ có nhôm thì chính những hạt nhôm nổi trên bề mặt là những tâm hay điểm và quá trình ăn mòn sẽ nhanh chóng xảy ra trên những tâm này.
Ecb của các mẫu không chênh lệch rõ rệt chứng tỏ các màng phủ khá đồng đều, độ lỗ khác nhau không nhiều.
Tuy mẫu 3 lúc đầu cũng khó ăn mòn nhưng sau đó điện thế lại giảm rất nhanh và đường đồ thị còn dưới các mẫu mạ khác, chứng tỏ sau đó nó bị ăn mòn mạnh nhất.
3.3.2 Phép đo ăn mòn -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 Mẫu 0 Thép trần
Mẫu 1 (0 g/l nhôm oxit) Mẫu 2 (10 g/l nhôm oxit) Mẫu 3 (20 g/l nhôm oxit) Mẫu 4 (50g/l nhôm oxit)
Log I (A) E (V) Đồ thị E - Log I
Hình 3.2: Đồ thị đo ăn mòn
Trên đồ thị ta thấy rằng iam (Mẫu 1) < iam (Mẫu 2) < iam (Mẫu 4) < iam (Mẫu 3) < iam (Mẫu 0).
Bảng 3.1: Số liệu Eam, Iam của các lớp phủ
Mẫu Điện thế ăn mòn (V) Dòng ăn mòn i(A/cm2)
Mẫu 0 - 0.42 - 3.4 Mẫu 1 - 0.23 - 4.6 Mẫu 2 - 0.25 - 4.4 Mẫu 3 - 0.31 - 4.0 Mẫu 4 - 0.28 - 4.21 Nhận xét:
Các lớp phủ đều có tính năng bảo vệ, chống lại sự ăn mòn tương đối tốt trong dung dịch muối ăn. Trong đó lớp phủ không có nhôm có khả năng chống ăn mòn tốt nhất so với các lớp phủ có hạt nhôm (do có dòng ăn mòn nhỏ nhất và thế ăn mòn lớn nhất).
Đối với các lớp phủ có hạt nhôm thì tính chống ăn mòn giảm dần theo khi hàm lượng nhôm tăng lên trong đó mẫu 3 có tính chống ăn mòn thấp hơn so với mẫu 2 và 4. Nhưng có sự nghịch lý là lớp phủ Mẫu 4 có hàm lượng nhôm oxit trong dung dịch cao nhất nhưng tính chống ăn mòn lại cao hơn so với Mẫu 3 có hàm lượng nhôm oxit trong dung dịch thấp hơn. Điều này cũng chứng tỏ khả năng chịu ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ hạt và độ phân tán hạt trong dung dịch.
Các lớp mạ giống như một barrie bảo vệ nền, chúng ngăn cách nền với môi trường ăn mòn, chúng hoạt động như một lớp phủ hy sinh.
Ngoài ra khi chuyển dạng sang đường cong phân cực, khi phân cực anot điện thế tăng lên rồi lại đi xuống, bắt đầu xuất hiện sự thụ động. Như vậy, các lớp mạ EN còn có tính thụ động.
Đường cong phân cực -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 E (V ) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 I (A) E (V) Đồ thị E - I 3.3.3 Phép đo phổ tổng trở Phổ tổng trở -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Mẫu 0 Thép trần Mẫu 1 (0 g/l nhôm oxit) Mẫu 1 (10 g/l nhôm oxit) Mẫu 3 (20 g/l nhôm oxit) Mẫu 4 (50 g/l nhôm oxit)
Z'
Kếtquả phép đo phổ tổng trở từ hình vẽ cho thấy đường mẫu 1 dãn rộng nhất so với các đường còn lại nên nó có tính chống ăn mòn tốt nhất.
3.3.4 Phân tích cấu trúc lớp phủ XRD
Phân tích XRD cho thấy:
Xuất các đỉnh peak của nickel, ngoài ra do hàm lượng nhôm quá bé nên ta không quan sát được rõ các peak của nhôm. Khi sơ bộ tính tỷ lệ diện tích các peak 1 và 2 cho thấy kết quả như sau
Mẫu Tỷ lệ diện tích
1 11.5
2 12.09
4 14.1
Các kết quả cho thấy, tỷ lệ này tăng dần lên chứng tỏ mức độ tinh thể hoá tăng lên và do đó cơ tính cũng tăng lên và tính chống ăn mòn giảm đi. Có thể thấy rằng với lớp phủ EN không composit, mức độ vô định hình là cao hơn do đó nó có tính chống ăn mòn tốt hơn. Điều này được giải thích rằng do cấu trúc vô định hình có nhiều đường biên giới hạt và và hạt ở dạng tự do
Phần IV KẾT LUẬN
1. Sự đồng kết tủa các hạt nhôm oxit làm cho thấy bề mặt thô và ghồ ghề hơn. Các hạt nhô lên khỏi bề mặt.
2. Các lớp mạ có khả năng chống ăn mòn tương đối tốt trong môi trường ăn mòn là muối. Trong đó lớp phủ không có hạt nhôm cho khả năng chống ăn mòn cao hơn so với các lớp phủ composit bởi cấu trúc pha của nó có dạng vô định hình nhiều hơn và bề mặt rất nhẵn, phẳng.
3. Độ cứng của các lớp phủ cũng tăng lên theo hàm lượng nhôm oxit, điều đó chứng tỏ cơ tính đã được cải thiện khi thêm các hạt nhôm vào. Cơ tính càng cao khi lượng nhôm càng lớn. Do đó, khả năng chịu mài mòn càng lớn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Electroplaters and Surface Finishes Society Publishers, Florida 1990.
2. Mai Thanh Tùng, “ Mạ hoá học Ni-P trong dung dịch hypophotphit: ảnh hưởng của các thông số đến tốc độ mạ”, Tạp chí Hoá học và ứng dụng, 4, 32 – 35, 2005.
3. Trần Minh Hoàng, Công nghệ mạ điện, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1998.
4. Gugau, ”Funktionerelle Oberflaechen durch chemische Nickel”, Eugen G Leuzer Verlag, Wurtt 2006.
5. Gllen Mallory, “Electroless deposition technology“, American.
6. J. Guenther, Galvanisierung von Kunststoffteilen- hochwertiges Design mit Hindernissen, Metalloberflaeche 2 (2000) 10-23, Hanser Verlag, Muenchen. 7. R.Blittersdorf, Dekorativ, “Galvanik in der Automobilindustrie“,
Galvanotechnik 93(2002)2565.
8. E.J. O’Sullivan, J. Horkans, J. White and J. Roldan, IBM Journal of Research and Development, 32 (591), 1988.
9. Y. Okinaka, T. Osaka, “Electroless Deposition Processes: Fundamentals and Applications”, Advances in Electrochemical Science and Engineering, Vol. 2, P.55-116, Weinheim, VCH Publishers (1994).