5. Ý nghĩa của đề tài
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện cực
1.5.4.1. Điều kiện phóng điện đồng thời của các ion kim loại
Khi kết tủa hai kim loại M1 và M2 thành hợp kim M1 – M2. Hợp kim này có thể là dung dịch rắn, hợp chất hóa học, hỗn hợp cơ học …và thành phần tỉ lệ của nó có thể thay đổi nếu điều kiện điện phân biến động. Như vậy khi mạ điện hợp kim, các ion kim loại M1 (hoặc M2) không phóng điện trên nền kim loại M1 (hoặc M2) mà là trên nền hợp kim M1 – M2 (luôn có khả năng biến động về thành phần).
Do bản chất nền thay đổi và trạng thái bề mặt thay đổi khi mạ hợp kim có thể làm thay đổi quá thế và tốc độ phóng điện tương đối của các cấu tử so với khi mạ kim loại.
Điều kiện điện hóa cơ bản để hai hay nhiều ion kim loại cùng phóng điện đồng thời trên catốt và tạo thành hợp kim là điện thế phóng điện Ep của chúng phải bằng nhau:
Ep1 = Ep2 hay Ecb1 - E1 = Ecb2 - E2 Và với Ecb = Eo + RT nF ln a Ta có: 0 1 E + RT nF ln a1 - E1 = 0 2 E + RT nF ln a2 - E2 (*) Trong đó:
Ep: Điện thế phóng điện (hay phân cực) Ecb: Điện thế cân bằng
0
E : Điện thế tiêu chuẩn E: Quá thế điện hóa
a: Hoạt độ của ion kim loại n: Số electron trao đổi
T: Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin (K) R: Hằng số khí(8,314J*mol-1*K-1) F: Hằng số Faraday (96500C/mol)
Muốn điều chỉnh thế phóng điện Ep của hai hay nhiều ion kim loại trở lên bằng nhau phải thay đổi cả điện thế cân bằng Ecb ( điều kiện nhiệt động) lẫn độ phân cực E (điều kiện động học) của chúng. Cụ thể phải tìm các biện pháp thay đổi một hay nhiều thông số cấu thành sao cho hai vế của phương trình (*) bằng nhau.[8]
1.5.4.2. Ảnh hưởng của chế độ mạ
- Ảnh hưởng của mật độ dòng
Độ dốc (J/E) của các đường cong phân cực riêng phần của các cấu tử thường khác nhau nên khi tăng mật độ dòng điện (MĐDĐ) mạ (Jc), thì tốc độ phóng điện của từng cấu tử tăng không bằng nhau. Cấu tử nào ít phân cực hơn, khi tăng MĐDĐ mạ sẽ phóng điện nhanh hơn và thành phần của nó trong hợp kim tăng lên.
- Ảnh hưởng của khuấy trộn
Cấu tử nào nghèo hơn trong dung dịch mạ hợp kim (thường là cấu tử dương hơn) thì khi kết tủa đồng thời kim loại dương hơn sẽ phóng điện với tốc độ lớn hơn cho nên tốc độ phóng điện của nó thường bị khống chế bởi khuếch tán, khuấy dung dịch để tăng khuếch tán thì thành phần của nó trong hợp kim sẽ tăng lên.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thường làm tăng tốc độ phản ứng điện cực hay làm giảm phân cực catôt. Nguyên nhân vì khi nhiệt độ tăng mức độ khuếch tán, khử hydrat, khử hấp phụ… Nhưng mức độ tăng giảm không giống nhau đối với từng loại ion, vì thế khi tăng nhiệt độ, ion nào có khả năng khử phân cực nhiều hơn thì tốc độ phóng điện sẽ tăng nhanh hơn và thành phần của nó trong hợp kim sẽ tăng lên.
1.5.4.3. Thành phần chất điện giải
Chất điện giải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phóng điện và đặc biệt là chất lượng lớp mạ. Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung dịch nước của muối đơn hay muối phức. Thành phần của nó còn có thêm chất dẫn điện, phụ gia, tạo bóng…
1.5.4.4. Chất dẫn điện
Để tăng độ dẫn điện cho chất điện giải, người ta thường pha thêm vào các chất dẫn điện. Các chất này không tham gia vào quá trình catốt mà chỉ đóng vai trò chuyển điện tích trong dung dịch, làm giảm điện trở bể mạ, do đó giảm nhiệt thoát ra, cho phép dùng dòng điện mạ cao hơn.
1.5.4.5. Chất đệm
Nhiều dung dịch mạ chỉ làm việc được trong một khoảng pH nhất định, nên phải dùng chất đệm thích hợp để khống chế pH. Các chất đệm thông dụng là H3BO3, nồng độ tốt nhất
trong phạm vi 20- 40 g/L. Axit boric có tác dụng điều chỉnh pH cả trong toàn khối dung dịch lẫn trong lớp sát catot. Đối với các dung dịch dùng pH thấp thì chất đệm NaF thích hợp hơn. Ngày nay người ta còn dùng các chất đệm khác hiệu quả hơn, bên cạnh việc giữ cố định pH có khả năng tạo phức với Ni2+ làm tăng chất lượng bề mặt mạ như các dicacboxyl axit, các aminoaxit [10]. Trong nghiên cứu này sử dụng chất đệm là glyxin.