- Tốc độ phát triển các mầm ấy.
3.2.1.Cơ sở lý thuyết chung
Trong mạ xoa vật mạ là catot đ−ợc nối với cực âm của nguồn điện, trong quá trình mạ trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các cation của kim loại mạ. [13],[24]
Ví dụ:
Mạ Ni: Ni2+ + 2e Ni Mạ Cu: Cu2+ 2e Cu
Đồng thời với ion kim loại bị khử, ion H3O+ cũng bị khử giải phóng khí H2 theo phản ứng:
H3O+ + 2e ồ H2 + H2O
Khi mạ khí hyđro thoát ra ở catot có khả năng thấm sâu vào mạng tinh thể của kim loại mạ và kim loại nền làm giảm độ bền cơ học của kim loại (khí H2 khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây rạ nứt, rạn, giòn kim loại). Ng−ời ta gọi hiện t−ợng trên là hiện t−ợng giòn hyđro.
Tuy việc thoát khí hyđro có gây nhiều phiền toái nh−ng nó lại góp phần làm tăng khả năng phân bố. Hyđro chỉ thoát ra đ−ợc ở những điểm nào trên bề mặt có điện thế cao, do hyđro thoát ra nên đã tiêu tốn một phần dòng điện lẽ ra là để thoát kim loại, kết quả là lớp mạ trở nên đều hơn.
Khối l−ợng kim loại (m) điện kết tủa lên diện tích (S) có thể tính dựa theo định luật điện phân Farađây:
Công thức 3.4. [24]
Trong đó:
S – diện tích mạ (dm2)
Dc – mật độ dòng điện catot (A/dm2) T – thời gian mạ (giờ)
H – Hiệu suất dòng điện, % (phụ thuộc vào từng loại dung dịch mạ) C - đ−ơng l−ợng điện hoá của ion kim loại mạ (g/Ah)
Chiều dày mạ có thể tính theo công thức: δ = 100.Dc.T.C.H/γ (àm) δ - Chiều dày trung bình của lớp mạ (àm) γ - trọng l−ợng riêng của kim loại mạ (g/cm3)
Động học quá trình catot:
Khi cho dòng điện một chiều đi qua bề mặt điện cực, d−ới tác dụng của dòng điện một chiều, nồng độ chất điện giải trên bề mặt điện cực sẽ bị thay đổi. Điều này dẫn đến sự thay đổi cấu tạo của lớp điện kép và đại l−ợng ϕcb (điện thế điện cực catot bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng ϕcb) hay sự phân cực điện cực.
Sự phân cực điện là sự dịch chuyển điện thế điện cực ra khỏi vị trí cân bằng khi có dòng điện chạy qua. Độ phân cực là một hàm số của mật độ dòng điện (anot hay catot)
∆ϕ = ϕ - ϕcb = ƒ(i)
Tuỳ thuộc vào nguyên nhân gây ra phân cực mà ng−ời ta chia ra các loại phân cực sau:
- Phân cực nồng độ: do sự chậm vận chuyển vật chất đến bề mặt điện cực hay từ điện cực ra, gây ra kìm hãm tốc độ điện cực. Phân cực nồng độ phụ thuộc vào mật độ dòng điện và các yếu tố ảnh h−ởng đến tốc độ khuếch tán chất phản ứng.
- Phân cực hoạt hoá: do sự chậm trao đổi điện tích trên bề mặt điện cực và dung dịch (th−ờng là do năng l−ợng hoạt hoá của phản ứng cao). Phân cực hoạt hoá ngoài sự phụ thuộc vào mật độ dòng điện, còn phụ thuộc vào bản chất, trạng
thái bề mặt điện cực, bản chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, nồng độ, nồng đồ chất phản ứng và thành phần dung dịch.
- Phân cực do sự hình thành pha mới: Hình thành lớp tinh thể trên bề mặt điện cực, sự tạo thành bọt khí…
- Phân cực do điện trở: Quá trình điện cực th−ờng có kèm theo sự hình thành các lớp oxyt, muối khó tan bám chặt vào bề mặt điện cực, ngăn cản phản ứng điện cực.
Để mô tả mối quan hệ giữa điện thế điện cực và mật độ dòng, ng−ời ta xây dựng đ−ờng cong phân cực. Đ−ờng cong phân cực catot mô tả tốc độ khử các chất phản ứng phụ thuộc vào thế điện cực. Có thể sử dụng ph−ơng pháp potetiostatic hay ganvannostatic để xây dựng đ−ờng cong phân cực catot (hình 3.1). Trên đ−ờng cong này có thể chia làm ba miền:
- Miền động học điện hoá - Miền động học hỗn hợp - Miền động học khuếch tán
Khi lệch khỏi thế cân bằng ϕcb một ít, quá trình tuân theo quy luật động học điện hoá. ở đây ta quan sát thấy có sự phụ thuộc tuyến tính giữa quá thế catot ∆ϕ và lgDc theo ph−ơng trình Tafel: [6],[8]
Miền động học khuyếch tán
ik
Miền động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
học điện hóa Miền động học hỗn hợp
-ϕ
∆ϕ = a +blgDc
Càng phân cực catot tốc độ phản ứng càng tăng, sự chênh lệch nồng độ chất phản ứng ở bề mặt điện cực và trong dung dịch càng lớn, đến một giá trị nào đó của thế, tốc độ khuếch tán đạt đến một giá trị tới hạn. Tại đó dù có thay đổi thế điện cực về phía âm bao nhiêu, tốc độ phản ứng cũng không thay đổi, mật độ dòng catot ở điều kiện giới hạn này đ−ợc gọi là dòng giới hạn catot igh
Đặc điểm của lớp kim loại mạ:
- Lớp mạ mịn, không có tạp chất, chịu mài mòn tốt.
- Độ dầy lớp mạ bảo vệ và phục hồi th−ờng là 0,001 – 2mm. Khi khôi phục rãnh, độ dầy lớp mạ có thể đạt đ−ợc 3mm.
- Độ cứng lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ, th−ờng ở khoảng nh− sau: + Cu: 15 – 40 HRC
+ Ni: 48 – 52 HRC + Cr: 65 – 70 HRC
Độ cứng của lớp mạ có thể tăng lên nếu đ−ợc nhiệt luyện nh− bảng 3.2. Bảng 3.2: Độ cứng của một số lớp mạ sau khi nhiệt luyện (HV)
Lớp mạ Nhiệt độ phòng 100 oC 200oC 300oC 400oC 500oC 600oC Ni nhanh mịn 488 451 481 541 423 202 - Ni nhanh 508 472 480 527 376 189 - Ni-W50 376 509 449 364 386 438 - Ni-W “D” 558 565 512 502 415 367 357 Ni-S vô định hình 460 455 548 578 750 640 460 Ni đặc biệt 386 551 512 501 446 371 242 Hợp kim sắt 662 715 778 693 740 563 303