Phục hồi chi tiết bằng các phương pháp mạ điện phân cĩ nghĩa là phủ một lớp kim loại lên bề mặt chi tiết bằng cách điện phân.
Ta đã biết, các kim loại thường được gọi là các chất dẫn điện bậc nhất, cịn các dung dịch nước của kiềm, axit và muối là các chất dẫn điện bậc hai hay cịn gọi là chất điện phân. Khi hịa tan các kiềm, axit và muối trong nước, các phân tử của chúng được phân ly thành các nguyên tử hoặc các nhĩm nguyên tử (ion) mang điện tích dương (kation) và mang điện tích âm (anion). Quá trình phân tích các hợp chất hĩa học thành các ion dưới tác dụng của chất hịa tan (của nước) được gọi là quá trình phân ly.
Khi phân ly, các ion của kim loại và nước nhận điện tích dương, cịn các ion của các chất kết tủa của axit và hyđroxit thì nhận điện tích âm.
Để mạ điện phân kim loại, người ta đưa vào chất điện phân các thành kim loại và nối chúng với nguồn điện. Thanh kim loại nối với cực dương gọi là anốt và thanh nối với cực âm gọi là katơt. Khi đĩng mạch dịng điện, các ion mang điện tích dương bắt đầu chuyển động về phía katốt, cịn các ion mang điện tích âm chuyển động về phía anốt. Các ion dương (kation) sau khi về tới mặt katốt sẽ nhận thêm điện tử cịn thiếu và trở thành các nguyên tử trung tính. Khi đĩ hyđrơ biến thành khí, cịn kim loại trong những điều kiện thuận lợi cĩ thể kết tủa xuống katốt và tạo thành lớp mạ điện phân. Các ion âm (anion) sau khi về tới bề mặt của anốt sẽ phĩng điện và cho đi những điện tử thừa, tức là bị oxy hĩa và trở thành các nguyên tử trung tính tham gia vào các phản ứng hĩa học hoặc được thốt ra ở trạng thái tự do. Quá trình ơxy hĩa khử đĩ gọi là quá trình điện phân.
Trong khi điện phân để tạo ra lớp mạ kim loại, chi tiết cần mạ được dùng làm katốt, con anốt thường là các tấm hoặc thanh kim loại. Anốt cĩ thể hịa tan trong dung dịch hoặc khơng hịa tan, tuỳ từng trường hợp cụ thể. Chất hịa tan được làm từ chính kim loại cần phủ lên chi tiết. Hiện tượng điện phân hồn tồn tuân theo định luật của Pha-ra-đây.
Định luật Pha-ra-đây phát biểu như sau:
1. Khối lượng chất kết tủa khi điện phân tỷ lệ với khối lượng điện tích thơng qua chất điện phân, cĩ nghĩa là tỷ lệ với cường độ dịng điện nhân với thời gian.
2. Khối lượng chất kết tủa khi dịng điện chạy qua chất điện phân tỷ lệ thuận với đương lượng điện hĩa của nĩ. Đương lượng điện hĩa là khối lượng kim loại tính bằng gam được kết tủa trong thời gian 1 giờ khi dịng điện chạy qua là 1 ampe.
Định luật Pha-ra-đây được biểu thị bằng cơng thức:
t I C
m . . , (4.30)
trong đĩ: C- đương lượng điện hĩa, g/A.h; I- cường độ dịng điện, A;
t- thời gian điện phân, h.
Thực tế trong phần lớn các trường hợp, khối lượng kim loại kết tủa ở katốt ít hơn so với khối lượng tính tốn theo định luật Pha-ra-đây. Để làm sáng tỏ vấn đề đĩ người ta đưa ra các khái niệm:
Cnsc.150
Hiệu suất dịng điện là tỷ số giữa khối lượng kim loại kết tủa thực tế trong khi mạ với khối lượng tính tốn theo lý thuyết (theo định luật Pha-ra-đây), tính bằng phần trăm. % 100 . . . th l t th m m , (4.31) trong đĩ:
-hiệu suất dịng điện, %;
mth.t - khối lượng kết tủa thực tế, gam;
ml.th - khối lượng kết tủa tính theo lý thuyết, gam.
2. Mật độ dịng điện
Mật độ dịng điện là tỷ số giữa cường độ dịng điện chạy qua chất điện phân với diện tích bề mặt của điện cực, tính bằng ampe/dm2.
F I
D , (4.32)
trong đĩ: D -mật độ dịng điện, A/dm2;
I - cường độ dịng điện chạy qua chất điện phân, A; F - diện tích bề mặt điện cực, dm2.
Mật độ dịng điện của katốt được ký hiệu là Dk cịn của anốt ký hiệu là Da. Cường độ dịng điện đi qua chất điện phân được tính bằng định luật Ơm (hình 4.14).
r U I , A (4.33) trong đĩ: s L r .
- điện trở của chất điện phân, ơm; L- khoảng cách giữa các điện cực, cm;
s- diện tích mặt cắt ngang của chất điện phân nằm giữa 2 điện cực, cm2;
- độ dẫn điện đơn vị của chất điện phân (điện trở suất),
cm om. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1 . Một trong những yêu cầu cơ bản đối với chất lượng mạ điện phân là độ phân bố đồng đều lớp kết tủa kim loại, cĩ nghĩa là chiều dày lớp mạ phải như nhau trên tồn bộ bề mặt chi tiết. Thực tế thì chiều dày của lớp mạ ở các rìa và các gĩc của chi tiết lớn hơn rất nhiều so với phần giữa của bề mặt chi tiết. Độ khơng đồng đều đĩ phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đĩ cĩ thành phần của chất điện phân, mật độ dịng điện, khoảng cách giữa các điện cực, sự bố trí tương hỗ giữa các điện cực.
Chất điện phân U
Hình 4.14. Định luật ơm đối với chất điện phân
Độ khơng đồng đều bề dày của lớp kim loại tăng lên khi mạ các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp. Trong trường hợp này, ở những phần chi tiết nằm gần anốt hơn cĩ mật độ dịng điện lớn, cịn ở những phần xa hơn thì ngược lại mật độ dịng điện sẽ nhỏ hơn. Qua đĩ rút ra định nghĩa:
3. Năng lực mạ đều
Năng lực mạ đều (hay năng lực khuếch tán) của bể là khả năng của chất điện phân cĩ thể làm cho lớp mạ đồng đều theo chiều dày trên các katốt cĩ hình dạng phức tạp.
Điện áp của bể mạ cĩ thể tính:
U = Ed + Ir - Ea, (4.34)
trong đĩ:
U - điện áp mạ, V;
Ed -điện thế của dương cực, V; Ea -điện thế của âm cực, V;
I và r -dịng điện và điện trở của dung dịch, (A và ).