7.3.1.1. Phủ bằng phương pháp nhúng vào kim loại nóng chảy
Sử dụng các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp Zn (419oC), Sn (232oC), Pb (327oC), Al (658oC) phủ lên các vật liệu kim loại cần bảo vệ có nhiệt độ nóng chảy cao. Ví dụ phủ kẽm nóng chảy lên nền thép.
Bằng phương pháp phủ nóng chảy này có thể thu được lớp phủ bảo vệ khá dầy, có độ bám dính cao với kim loại nền. Đôi khi giữa lớp phủ và kim loại nền có thể tạo thành hợp chất. Không phủ chì trực tiếp lên thép mà dùng hợp kim chì - thiếc (20 ÷ 25% Sn).
Phủ kẽm nóng chảy lên nền thép được áp dụng khá rộng rãi để bảo vệ chống ăn mòn cho thép. Lớp kẽm trên nền thép có tác dụng trang trí cho đẹp, song nó đóng vai trò là anot tan bảo vệ cho các cấu kiện thép không bị ăn mòn (tôn lợp nhà là thép tráng kẽm…).
Phủ kẽm lên bề mặt kim loại thép được tiến hành như sau:
Vật được phủ là thép được xử lí bằng dung dịch NH4Cl + ZnCl2 để hoà tan các oxit, sau đó đem sấy khô và tiếp theo sau là nhúng vào kẽm nóng chảy. Hoặc có thể nhúng vật cần được phủ trực tiếp vào dung dịch muối nóng chảy NH4Cl và ZnCl2 nằm trên kim loại kẽm nóng chảy.
Dùng khí amoniac để tẩy sạch lớp oxit trên vật cần phủ trước khi nhúng vào kẽm nóng chảy. Để hiểu chi tiết về công nghệ này hãy tìm tài liệu về phủ kẽm nóng.
7.3.1.2. Mạđiện
Để bảo vệ kim loại (ví dụ thép) khỏi sự ăn mòn của môi trường gây ra người ta thường mạ lên thép các kim loại: Zn, Cd, Ni, Cu, Cr, Sn.
Nguyên tắc mạđiện
Sự hoạt động của một bể mạ điện xảy ra là một quá trình điện phân, trong đó catot là vật liệu mạ, còn anot tan cung cấp ion kim loại được kết tủa trên cực âm để giúp cho nồng độ ion kim loại trong dung dịch chất điện li ít bị biến đổi. Ví dụ trong quá trình mạ kẽm, anot kẽm hoà tan để cung cấp ion kẽm cho dung dịch chất điện li, hoặc trong quá trình mạ niken, anot tan niken cung cấp ion Ni2+ cho dung dịch chất điện li nhờ tác dụng của dòng điện một chiều bên ngoài đặt vào.
Ví dụ 1: Mạ kẽm trên kim loại đen Thành phần dung dịch mạ (g/l):
ZnSO4.7H2O 200 ÷ 250 g/l Na2SO4.10H2O 50 ÷ 100 g/l Al2(SO4)3.18H2O 20 ÷ 30 g/l
Phụ gia đextrin 10 g/l. Nhiệt độ 25oC ÷ 30oC, pH = 3,5 ÷ 4,5. Mật độ dòng catot DC = 1 ÷
4 A/dm2. Anot - kim loại kẽm.
Bể mạ này chỉ dùng mạ các chi tiết đơn giản. Đối với những chi tiết phức tạp người ta sử dụng dung dịch phức có thành phần sau (theo g/l):
ZnO : 10 ÷ 18; NaCN : 20 ÷ 30 NaOH : 50 ÷ 70; Na2S : 0,5 ÷ 5 DC = 0,5 ÷ 1 A/dm2, nhiệt độ phòng.
Dung dịch xianua có độ phân bố cao, mạ các chi tiết phức tạp, có thể dùng thay thế bằng dung dịch phức ăn amoniacat (g/l):
H3BO3 : 20 ÷ 25; gelatin : 1 ÷ 2 DC = 0,8 ÷ 1 A/dm2, pH = 7, nhiệt độ phòng. Sau khi mạ xong tiến hành thụ động hóa bằng dung dịch sau:
H2SO4 : 8 ÷ 12 g/l; Na2Cr2O7 : 150 ÷ 200 g/l Nhiệt độ 15 ÷ 30oC, thời gian thụ động 0,1 ÷ 0,3 phút.
Ví dụ 2: Mạ đồng
Mạ đồng dạng sunfat với thành phần sau: CuSO4.5H2O : 200 ÷ 300 g/l H2SO4 : 50 ÷ 70 g/l,
nhiệt độ 20 ÷ 30oC và DC = 1 ÷ 2 A/dm2, anot - Cu. Quá trình mạ đồng lên nền sắt xảy ra phản ứng:
Fe + Cu2+→ Cu + Fe2+
Đồng bám trên sắt dạng xốp, lớp mạ không bám dính. Ngày nay người ta có thể mạ đồng lên sắt trực tiếp bằng cách cho thêm chất hoạt động bề mặt. Ưu điểm của dung dịch này là không độc, không gây ô nhiễm môi trường.
Để tăng độ bám dính người ta mạ lên sắt một lớp lót đồng từ dung dịch xianua với thành phần (g/l) sau:
Tỉ lệ CuCN/NaCN = 1/2 ứng với phức Na2[Cu(CN)2], CuCN 20 ÷ 30, NaCN tự do 5 ÷ 10, NaOH 5 ÷ 10, DC = 0,2 ÷ 2 A/dm2, to = 15 ÷ 55oC, anot-Cu.
Ví dụ 3: Mạ niken
Niken có điện thế dương hơn so với sắt, lớp mạ niken trên sắt đóng vai trò là catot và khi xảy ra hiện tượng ăn mòn thì sắt là anot. Vì vậy, để bảo vệ sắt không bị ăn mòn (phụ tùng xe đạp, ô tô, các cấu kiện khác…) thì lớp mạ niken phải phủ trên sắt rất kín, chặt sít, có độ bám dính cao, lớp mạ dày hoặc lớp mạ gồm nhiều lớp chồng lên nhau.
Có hai loại mạ niken:
+ Mạ niken mờ với thành phần g/l sau: NiSO4.7H2O - 230 ÷ 300 H3BO3 - 35 NaCl - 15 ÷ 40 pH = 3 ÷ 5 DC = 0,8 ÷ 2,5A/dm2 to = 25 ÷ 30oC Anot - Ni
Có thể mạ tạo lớp niken có chiều dày 15 ÷ 25μm. + Mạ niken bóng trực tiếp với thành phần g/l như sau:
NiSO4.7H2O - 260 ÷ 300 H3BO3 - 30 ÷ 35
NiCl2.6H2O - 40 ÷ 60 với chất làm bóng và san nền 1,4-butylđiol 0,12 ÷ 0,16 g/l, saccarin 0,7 ÷ 1,3 g/l, ftalimid 0,08 ÷ 0,1g/l, DC = 1 ÷ 2 A/dm2, to = 45 ÷ 50oC, anot - Ni, khuấy liên tục, thường xuyên phải làm sạch dung dịch.
Ta có thể mạ niken bằng phương pháp hoá học theo phản ứng sau: NiCl2 + 2NaH2PO2 + 2H2O → Ni + 2NaH2PO3 + 2HCl + H2
Bề mặt vật mạ cần phải được hoạt hoá trước khi mạ, lớp mạ này có độ cứng cao vì trong lớp niken có lẫn phôtpho (3 ÷ 15%). Mạ niken hoá học có thể mạ lên nền sắt hoặc các chất dẻo, thuỷ tinh.
Ví dụ 4: Mạ crom
Dung dịch mạ crom có thành phần sau: CrO3 - 250 g/l
H2SO4 - 2,5 g/l DC = 30 ÷ 80 A/dm2 to = 40 ÷ 70oC Anot - Pb
Điều chỉnh mật độ dòng thu được lớp mạ có tính chất cơ học khác nhau.
Để bảo đảm lớp mạ kín trên nền sắt, có khả năng chống ăn mòn cao và trang trí đẹp, với màu trắng ánh xanh người ta thường mạ nhiều lớp. Ví dụ mạ trên nền sắt các lớp theo thứ tự sau: Fe, Cu, Ni, Cr hoặc Fe, Ni (mờ), Ni (bóng), Cr (bóng) với chiều dày lớp mạ Cr 0,5 μm.
Lớp mạ crom có hiệu suất thấp và có khí độc bay lên, cần phải có thiết bị an toàn lao động.