III. ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
3.2.1.Những thông số ảnh h−ởng
2. ý nghĩa thực tiễn
3.2.1.Những thông số ảnh h−ởng
Quá trình mạ Crôm rất phức tạp, các thông số ảnh h−ởng tới rất nhiều nh−ng các thông số chính ảnh h−ởng tới quá trình mạ Crôm nh− sau :
a) ảnh h−ởng của mật độ dòng Catot Dcđến hình thành lớp mạ Crôm
- Lúc đang mạ, mật độ dòng điện giữ vai trò rất quan trọng. Nếu mật độ dòng điện thấp, tốc độ chuyển đổi điện tử trong các phản ứng điện cực sẽ nhỏ, các nguyên tử mới hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng tinh thể, vì vật mạng l−ới và cấu trúc tinh thể đ−ợc duy trì, không bị biến đổi, quan sát bằng hiển vi điện tử và nhiễu xạ điện tử cho thấy rõ điều đó.
Khi tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện nhanh, các nguyên tử kim loại sinh ra ồ ạt, không kịp ra nhập vào vị trí cân bằng trong mạng tinh thể. Mặt khác điện thế lúc đó lớn nên nhiều mầm tinh thể mới đ−ợc sinh ra. Do vậy mà mạng tinh thể trở nên mất trật tự và đ−ợc thể hiện ra là lớp mạ có nhiều lớp, nhiều gợn sóng và nhiều khối đa tinh. Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện lên cao hơn nữa, tốc độ phóng điện quá nhanh, làm cho lớp ion kim loại gần catốt quá nghèo, quá trình điện cực lâm vào tình trạng bị chi phối bởi sự khuếch tán: những điểm lồi, mũi nhọn,… đ−ợc ion kim loại chuyển đến dễ dàng hơn, đồng thời điện thế rơi từ các điểm này đến anốt lại bé hơn, nên tại đó sẽ đ−ợc −u tiên phóng điện, kết quả là kết tủa sẽ sần sùi hoặc có dạng hình nhánh cây. Nếu tăng tiếp mật độ dòng điện đến nỗi khuếch tán ion hoàn toàn không kịp cho quá trình điện cực thì kết tủa thu đ−ợc sẽ là bột kim loại: Lớp
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 37
mạ không đ−ợc phép sần sùi, nhám vì vậy để có lớp mạ đạt yêu cầu buộc phải dùng dải mật độ dòng điện t−ơng đối thấp. Hơn nữa ở Dc thấp kim loại mạ dễ bắt ch−ớc lặp lại đúng kiểu mạng l−ới của kim loại nền (cấu tạo epitaxy) và cho độ gắn bám rất cao. Lớp mạ rắn, đa tinh, rất bền, đ−ợc dùng nhiều nhất.
Trong kỹ thuật mạ hay dùng dòng xung trong vài ba giây đến 30 giây đầu tiên với mật độ dòng điện cao gấp 2-3 lần bình th−ờng. Trong khoảng khắc ấy một phần rất lớn các tinh thể đ−ợc hình thành trên toàn bộ bề mặt chi tiết mạ kẻ cả những chỗ bị che khuất, các khe, khắc phục đ−ợc hiện t−ợng lỏi, bỏ mạ cục bộ.
Th−ờng áp dụng dòng xung cho mạ crôm nhất sau đó đến mạ kẽm, thiếc...
Một ph−ơng pháp có ảnh h−ởng tốt đến sự phân bố lớp mạ, và chất l−ợng mạ đó là đổi chiều dòng điện. Thông th−ờng vật mạ là catôt, kim loại mạ kết tủa lên đó. Nh−ng do nhiều yếu tố khác nhau mà sự phân bố kim loại ở những chỗ lồi tế vi th−ờng lớn, còn những chỗ lõm, đáy r>nh, khe tế vi lớp mạ mỏng. Nếu trong điều kiện đó, ta đổi chiều dòng điện, tức vật mạ trở thành anôt ( nối với cực d−ơng) sự điện phân sẽ diễn ra anốt kim loại của kim loại mạ sẽ tan, nh−ng tại các chỗ lồi mật độ dòng điện anôt sẽ lớn hơn nhiều so với chỗ phẳng. Do đó tại các chỗ lồi sự tan kim loại anôt sẽ lớn hơn, làm cho lớp mạ đ−ợc bằng phẳng trở lại. Tuy nhiên, thời gian đổi chiều dòng điện, chu kỳ,đổi chiều. mật độ dòng điện cũng khác nhau với mỗi quá trình, chúng chỉ đ−ợc xác định bằng thực nghiệm. Sự đổi chiều đ−ợc thực hiện bằng rơ le tự động theo một chu kỳ đặt tr−ớc.
b) ảnh h−ởng củanhiệt độ
Trong quá trình mạ tăng nhiệt độ cho phép dùng dung dịch có nồng độ cao hơn (vì tăng sự hoà tan của các cấu tử ban đầu), đồng thời làm tăng độ dẫn điện của dung dịchgiảm nguy cơ thụ động anôt. Ba yếu tố đó đ> làm tăng mật độ dòng điện giới hạn cho phếp dùng mật độ dòng điện cao hơn. Nh−ng nhiệt
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 38
độ cao lại làm giảm phân cực catôt do làm giảm tác dụng của các chất hoạt động bề mặt, tăng độ phân ly ion phức hay ion hyđrat- hoá (giảm phân cực nồng độ). Cho nên nếu chỉ tăng nhiệt độ mà giữ nguyên các điều kiện khác thì lớp mạ sẽ gồm các tinh thể thô, to. Nếu đồng thời tăng mật độ dòng điện lên theo thì có thể bù trừ đ−ợc nh−ợc điểm do nhiệt độ cao gây ra và lớp mạ thu đ−ợc vẫn có tinh thể mịn. Vì vậy những dung dịch mạ đựợc làm việc với nhiệt độ cao , mật độ dòng điện lớn gọi là dung dịch kết tinh nhanh nh−ng vẫn đ−ợc lớp mạ tốt.
c) ảnh h−ởng củanồng độ dung dịch
Thành phần chủ yếu của dung dịch mạ crôm là anhidrỉt crômic và axít sunfuric.
* ảnh h−ởng của anhydrit crômic.
Nồng độ anhidrit crômic có thể thay đổi trong một khoảng rộng từ 150 ữ 500 g/l. Độ dẫn điện của dung dịch tăng nếu nồng độ anhidrit crôm tăng, nh−ng còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Thí dụ ở 25oc, độ dẫn điện của dung dịch CrO3 tốt nhất là 375 g/l; nh−ng ở 45oc thì nồng độ cho độ dẫn địên tốt nhất là 450 g/l. Có một điều mâu thuẫn là nồng độ CrO3 cao thì hiệu suất dòng lại thấp.
Tốc độ kết tủa crôm phụ thuộc vào mật độ dòng điện, đ−ợc giới thiệu trong bảng 3-1.
Trong quá trình mạ, nồng độ CrO3 giảm dần. Vì vậy, h>y th−ờng xuyên xác định nồng độ bằng ph−ơng pháp phân tích hoá học hoặc bằng máy đo tỷ trọng để tính toán bổ sung CrO3 vào dung dịch.
* ảnh h−ởng của nồng độ gốc sunfat.
Gốc sunfat trong dung dịch mạ crôm đóng vai trò xúc tác, làm tăng chất l−ợng của quá trình mạ và bản thân lớp mạ; có ảnh h−ởng lớn đến độ
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 39
bóng, khả năng phân bố và hiệu sức dòng. Giữa gốc sunfat và anhidrit cromic có một tỉ lệ nhất định. Tỷ lệ này ảnh h−ởng đến chất l−ợng lớp mạ.
Trong mạ crôm cứng tỷ lệ này 0,7 ữ 0,8 %
Nếu axít sunfuric thiếu lớp mạ xuất hiện các đốm nâu đỏ hoặc tối xám. Ng−ợc lại, nếu thừa axít sunfuric, độ bám của lớp mạ kém, lớp mạ dễ bong. Vì vậy phải th−ờng xuyên phân tích nồng độ axít sunfurric để bổ sung nếu thiếu.
Nếu d− axít sunfuric, phải dùng baricacbonat BaCO3 hay bari hydroxit Ba(OH)2 để kết tủa bớt gốc sunfat đi. Gạn bỏ bari sunfat kết tuả ở d−ới đáy bể. Theo tính toán, nếu d− 1g axít sunfuric ta cần phải cần 2,2g barricacbonat. Trong dung dịch mạ crôm, ng−ời ta giữ cho nồng độ SO42- không đổi bằng cách cho muối strondi sunfat SrSO4 vào dung dịch. Dung dịch này đ−ợc gọi là dung dịch “mạ crôm tự điều chỉnh”.
* ảnh h−ởng của ion Cr3+.
Trong quá trình mạ Cr6+ của CrO3 nhận 3 điện tử để thành Cr3+; vì vậy l−ợng Cr3+ càng ngày càng nhiều dần.
Nếu nồng độ Cr3+ thấp, tốc độ mạ chậm. nh−ng nếu nồng độ Cr3+ cao, độ dẫn điện của dung dịch giảm, điện thế mạ phải tăng lên, khoảng mạ bóng bị co hẹp, xuất hiện lớp mạ tối xám giống nh− tr−ờng hợp nồng độ ion SO42- quá thấp hay nhiệt độ giảm. Vì vậy, nồng độ Cr3+ là thành phần không thể thiếu trong dung dịch mạ crôm nh−ng phải khống chế trong phạm vi quy định; nồng độ Cr3+ thích hợp nhất là: 3,6 g/l ta phải dùng diện tích anốt lớn gấp 5 lần điện tích catốt, điện phân ở mật độ dòng điện anốt bằng 1,2 A/dm2 cho đến khi nồng độ Cr3+ đạt đến phạm vi quy định .
* ảnh h−ởng của các tạp chất đến dung dịch mạ crôm.
Sắt trong dung dịch mạ crôm thừơng ở dạng ion Fe3+ ion này kết hợp với ion croma (CrO42- hay bicromat Cr2O72- tạo thành muối Fe2(CrO4)3 hay
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 40
Fe2(Cr2O7)3 làm cho độ dẫn điện của dung dịch giảm đi. Sắt có mặt trong dung dịch là do:
+ Bể mạ bọc lót chì không tốt, bị hở hoặc bể mạ không bọc lót. + Vật liệu gá bằng thép bị hoà tan .
Nếu nồng độ ion Fe3+ lớn hơn 15g/l dung dịch đ> hỏng không dùng đ−ợc nữa, phải thay một phần dung dịch hoặc dùng dung dịch mới, khi nồng độ ion Fe3+ lớn hơn 10g/l, phải xử lý dung dịch bằng những biện pháp sau đây: - Thay một phần dung dịch bằng dung dịch mới. Phần dung dịch lấy ra dùng để thụ động lớp mạ kẽm và cađimi.
- Dùng kali feroxianua để kết tủa ion Fe3+. Theo tính toán, cứ 2g Fe3+ cần 6g K4[Fe(CN)6]. Lắng, gạn lọc kết tủa.
Đồng cũng là tạp chất ion có hại. Tạp chất đồng làm cho lớp mạ tối xám. Nếu hàm l−ợng v−ợt quá 3 g/l ta phải thay dung dịch. Đồng rơi vào dung dịch là từ các loại gà, gỉ đồng của các thanh dẫn và dây dẫn điện.
Tạp chất có hại nhất trong dung dịch mạ crôm là các anion nitrat NO3- nitrit NO2- và ion Cl-. Nếu nồng độ NO3- chỉ cần 1 g/l, mật độ dòng điện đ> phải tăng rất cao. Nếu nồng độ NO3- lớn hơn 1 g/l dung dịch hỏng, áo lót chỉ bị phá huỷ. Vì vậy, khi có NO3- cần phải xử lý dung dịch nh− tr−ờng hợp có Cr3+ cao.
Anion Cl- có hàm l−ợng 0,5 g/l làm lớp mạ bám không tốt và chỉ bị ăn mòn. Hàm l−ợng NO3-, Cl- rơi vào trong dung dịch là do anhidrit cromic không tinh khiết hoặc do H2SO4 bẩn, do trong n−ớc có lẫn các tạp chất trên.
d) ảnh h−ởng của vận tốc dung dịch đến hình thành lớp mạ Crôm Trong quá trình mạ, nồng độ ion kim loại trong lớp dung dịch sát catôt bị nghèo đi, nếu không đ−ợc khôi phục lại sẽ gây nên sự phân cực nồng độ quá lớn và nhiều bất lợi xẩy ra:
- Không dùng đ−ợc mật độ dòng điện lớn. - Lớp mạ dễ bị gai , hình cây ,cháy...
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 41
- Dung dịch phân lớp theo chiều cao ( gần catôt dung dịch lo>ng, nhẹ sẽ chuyển động lên phía trên, gần anôt dung dịch đặc nặng hơn sẽ chuyển dịch xuống phía d−ới đáy, kết quả nồng độ bể mạ lo>ng từ trên xuống d−ới), nên khó thu đ−ợc lớp mạ đồng đều trên chi tiết.
Để khắc phục nh−ợc điểm ấy cần làm thay đổi vận tốc dung dịch trong bể mạ.
Làm thay đổi vận tốc dung dịch khi mạ có nhiều ph−ơng pháp trong đó ph−ơng pháp khuấy đ−ợc sử dụng trong quá trình mạ phục hồi chi tiết dạng lỗ. - Khuấy để tăng chuyển động t−ơng đối giữa catốt và dung dịch nên đ−ợc phép dùng mật độ dòng điện Dc cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn, ngoài ra nó còn làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực, san bằng pH và nhiệt độ trong toàn khối dung dịch cũng nh− tại nơi gần điện cực.
Có thể khuấy bằng các cách:
- Chuyển động catốt cho catốt đu đ−a theo chiều dọc và chiều đứng quay catốt, mạ trong thùng quay, catốt là dây, băng cho liên tục chạy qua bể mạ…
- Chuyển động dung dịch: bằng cách sục khí vào bể, bơm tuần hoàn dung dịch ra vào bể hay phun dung dịch vào khe hẹp giữa anốt và catốt.
- Tuy nhiên khuấy phải luôn kèm theo lọc dung dịch để loại bỏ hết cặn bẩn, tránh gây h− hỏng cho bùn cặn vẩn lên. Tốt nhất là lọc liên tục vì dung dịch sạch sẽ thuận lợi rất nhiều cho việc sản xuất và dễ đạt chất l−ợng cao. Mạ trong siêu âm cũng có tác dụng nh− khuấy nh−ng tốt hơn nhiều.
- Trong quá trình mạ sự khuấy trộn đóng vai trò sau:
+ Sự chuyển của các ion kim loại từ các lớp sâu bên trong dung dịch đến bề mặt Catôt một cách đầy đủ.
+ Chống lại sự lắng xuống của các ion kim loại tạo trạng thái ổn định cho huyền phù.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 42
- Sự khuấy trộn trong quá trình hình thành lớp mạ rất quan trọng nó phải đảm bảo:
+ Các ion kim loại đến đ−ợc bề mặt catốt, đủ số l−ợng.
+ H−ớng của các ion kim loại phải phù hợp (vuông góc là tốt nhất) + Lực va đập của các ion kim loại với bề mặt catốt phải đủ lớn để giúp tinh thể kết tủa vào bề mặt của catốt
+ Phải thay đổi đ−ợc số ion kim loại đến bề mặt catốt. 3.2.2. Kết luận
- Hai yếu tố ảnh h−ởng rất mạnh đến quá trình làm việc của bể mạ crôm là: mật độ dòng điện và nhiệt độ. Chúng có liên hệ chặt chẽ với nhau, yếu tố này thay đổi thì yếu tố kia cũng phải thay đổi theo. Khi tăng nhiệt độ dung dịch sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện, thu hẹp khoảng Dc làm việc, tăng độ bay hơi dung dịch, do đó cần phải tăng Dc lên để giữ quá trình mạ đ−ợc bình th−ờng. Ngoài ra mạ ở nhiệt độ cao sẽ giảm độ cứng của lớp mạ crôm ứng với mỗi nhiệt độ của dung dịch có một ng−ỡng Dc tối thiểu và kết tủa Crôm chỉ xảy ra khi dùng mật độ dòng điện lớn hơn ng−ỡng đó. Nhiệt độ càng cao ng−ỡng này càng lớn. Khả năng phân bố có khá hơn khi tăng nhiệt độ dòng điện lên. Ion Cr3+ tự sinh ra từ catot nếu khi dung dịch chứa từ 2 - 6g/l.Cr3+ thì không có ảnh h−ởng tới tính chất lớp mạ, ng−ợc lại còn làm tăng hiệu suất dòng điện lên một chút. Nh−ng khi nồng độ Cr3+ lớn hơn sẽ làm tăng độ nhớt và giảm độ dẫn điện của dung dịch khiến cho khoảng Dc cho lớp mạ bóng bị thu hẹp lại. Khi nồng độ Cr3+ lên đến 15- 20g/l , lớp mạ sẽ giòn, xám đen giống nh− thiếu anion SO42- hay khi mạ ở nhiệt độ quá thấp.
3.3. ứng dụng công nghệ mạ crôm phục hồi trục vít máy ép dầu thực vật kiểu vít xoắn kiểu vít xoắn
3.3.1. Các dung dịch mạ Crôm
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 43
- Dung dịch gồm hai phần tử : CrO3 và H2SO4, CrO3 có thể dùng với nồng độ thay đổi trong một khoảng rất rộng từ 150 g/l đến 400g/l vẫn không ảnh h−ởng gì nhiều đến dáng vẻ bên ngoài của lớp mạ . Nồng độ lớn cho lớp mạ ít cứng, hiệu suất dòng điện và khả năng phân bố thấp. Nồng độ lo>ng cho lớp mạ rất cứng, hiệu suất dòng điện và khả năng phân bố cao.H2SO4 đ−ợc dùng để cung cấp anion hoạt hoá SO42-. Nồng độ H2SO4 cao có xu h−ớng cho kết tủa bóng, tinh thể nhỏ, nồng độ thấp cho kết tủa xám, kém chất l−ợng, nh−ng cả hai tr−ờng hợp này đều làm giảm hiệu suất dòng điện.
- Tỷ lệ nồng độ giữa hai cấu tử này là tốt nhất là CrO3/H2SO4 = 100/1 lúc đó lớp mạ sẽ bóng sáng nhất, cho hiệu suất dòng điện là cao nhất ( 12-18 % ), khả năng tạo phân bố lớn nhất. Tỷ lệ 70/1 đến 80/1 cho lớp mạ cứng nhất là mạ ở
nhiệt độ cao nh−ng không sáng bóng, ở các tỷ lệ khác cho dòng điện rất thấp, lớp mạ dễ bị lỏi, có nhiều dấu chấm nâu, đen , thậm chí không mạ đ−ợc. - Dung dịch vạn năng còn gọi là dung dịch tiêu chuẩn, đ−ợc dùng rộng r>i nhất, để mạ Crôm trang sức, mạ Crôm bảo vệ, mạ Crôm cứng. Hiệu suất dòng điện 12-14%. Chúng có nồng độ trung bình, có độ dẫn điện thấp nên đòi hỏi điện thế cao mới đạt đ−ợc mật độ dòng điện yêu cầu, th−ờng điện thế tại bể là 8 -10V. Khả năng phân bố trung bình, khoảng nhiệt độ và Dc làm việc