Mạ crơm dùng để phục hồi các chi tiết bị hao mịn như các thân dẫn hướng của xupáp con đội, các cổ trục của trục phối khí, các loại chốt, ắc, các loại xécmăng, xylanh, v.v... và dùng để mạ bảo vệ trang trí cho các chi tiết như các tay vịn, các nút điện và một số chi tiết khác.
Crơm cĩ các tính chất cơ bản là độ cứng cao (HB 700-800), chịu được nhiệt độ tới 5000C, tính chống ăn mịn và chống mài mịn cao. Khơng bị axit tác dụng cùng với tính chịu nhiệt và tính chống mịn cao đĩ là tính chất cơ bản của crơm cho phép mạ các chi tiết làm việc ở mơi trường khí như xécmăng, xylanh. Ngồi ra lớp mạ crơm cĩ độ rịn cao và bơi trơn kém.
1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị mạ crơm
Thiết bị mạ crơm được thể hiện trên hình 4.15. Thân bể là một thùng hình chữ nhật được hàn từ thép tấm dầy 4-6mm. Thân bể được đặt trong một thùng hàn khác dùng làm vỏ. Khoảng khơng gian giữa thân bể và vỏ cĩ chứa nước dùng để hâm nĩng đều đặn chất điện phân và duy trì nhiệt độ của nĩ ở những giới hạn nhất định. Nước trong vỏ bể được hâm nĩng bằng hơi nước hoặc bằng điện. Để bảo vệ bề mặt bên trong của thành bể khỏi bị tác dụng phá hoại của chất điện phân người ta lĩt bể bằng một loại vật liệu cĩ độ bền hĩa học cao so với chất điện phân và cĩ độ bền cơ khí cao như chì, viniplát, hoặc các tấm matít. Trên thành bể cĩ đặt miệng quạt hút để thải các chất bay hơi độc hại ra ngồi. Kích thước của các bể được chọn tùy thuộc vào kích thước giới hạn và số lượng các chi tiết mạ trong bể.
Cnsc.152
Trong quá trình mạ crơm người ta thường dùng các anốt khơng tan bằng chì hoặc hợp kim của chì với 6% ăng-timoan (Sb). Sở dĩ khơng sử dụng các anốt tan bởi vì khi tan trong chất điện phân, do hiệu suất dịng điện thấp nên sẽ sinh ra một lượng dư crơm và như vậy bể sẽ khơng làm việc bình thường được. Như vậy, việc kết tủa crơm trên katốt gây ra sự giảm nồng độ crơm trong chất điện phân, vì vậy chất điện phân phải được bổ sung ơxyt crơm một cách liên tục. Katốt trong bể mạ chính là các chi tiết cần mạ.
Để cấp dịng điện một chiều cho bể mạ người ta sử dụng các cầu nắn dịng hoặc các máy phát một chiều.
Hình 4.15. Sơ đồ bể mạ crơm
1.Thanh treo katốt; 8. Thân bể;
2. Thiết bị treo; 9. Katốt (chi tiết); 3. Thanh treo anốt; 10. Anốt (thanh chì);
4. Miệng quạt hút; 11. Chất điện phân;
5. Vỏ bể; 12. Dây hâm nĩng;
6. Nước hâm nĩng; 13. Giá đỡ.
7. Lớp lĩt bể;
Ngồi những tính chất và ưu điểm đã trình bày ở trên, quá trình mạ crơm cịn cĩ những đặc điểm sau đây:
- Qúa trình mạ lâu, các nguyên cơng chuẩn bị phức tạp;
- Chỉ phục hồi được những chi tiết cĩ độ mịn tương đối nhỏ, bởi vì lớp mạ crơm cĩ chiều dày lớn ( 0,3-0,4mm) cĩ tính chống mịn thấp và đắt tiền;
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3
- Hiệu suất bể mạ thấp (12-18%), giá thành cao;
- Cĩ thể dùng các anốt khơng tan: chì hoặc hợp kim + ăngtimoan, (cho ăngtimoan vào để chì khỏi bị ăn mịn);
- Mật độ dịng điện cao. Khi sử dụng mật độ dịng điện thấp thì crơm sẽ khơng kết tủa lên chi tiết và khi đĩ do hiệu suất dịng điện thấp nên quá trình mạ phải kéo dài rất nhiều. (Tùy thuộc vào thành phần và nhiệt độ của bể mà người ta sử dụng các mật độ từ 25 – 65A/dm2);
- Năng lực mạ đều kém. Vì độ dẫn điện của bể mạ crơm kém nên phải sử dụng điện áp lớn 6-10V, trong khi đĩ các loại mạ khác chỉ cần 3-4 V.
Trong khi mạ crơm một phần năng lượng của dịng điện dùng vào việc di chuyển kim loại giữa 2 cực, một phần dùng vào việc làm thốt các chất khí sinh ra trong khi mạ ra khỏi dung dịch. Vì vậy, năng lượng dịng điện khơng được dùng hồn tồn vào việc di chuyển kim loại giữa hai cực. Do đĩ hiệu suất dịng điện là tỷ số lượng kim loại được di chuyển từ dương cực sang âm cực và lượng kim loại tính tốn.
2. Bản chất của quá trình mạ crơm
Đặc điểm của mạ crơm là dung dịch mạ khơng phải là dung dịch muối crơm mà là dung dịch oxyt crơm, cực dương khơng phải là thanh crơm nguyên chất mà là một tấm chì (Pb), trong quá trình điện phân chì khơng tham gia phản ứng hĩa học.
Trong quá trình mạ, ngồi lượng kim loại crơm bám lên cực âm ra cịn một lượng khí rất lớn cũng được thốt ra ở âm cực âm do đĩ sẽ giảm thấp hiệu suất dịng điện. Do khí hyđrơ bám ở âm cực nhiều nên điện trở lớn lại cần Da lớn cho nên hiệu điện áp cũng càng lớn, vì vậy quá trình mạ crơm là một quá trình tương đối phức tạp. Cho đến nay chưa cĩ một kết luận nào hồn hảo về vấn đề này cho nên ta tạm xét quá trình mạ crơm như sau:
a. Ở âm cực (katốt)
N2SO4 + CrO3 = H2CrO4 axitcrơmic, (4.35) - Crơm được trung hịa ở âm cực và bám lên cực âm
H2CrO4 + 6H + 6e Cr + 4H2O, (4.36)
- Ion hyđrơ được trung hịa và bay ra:
2H + 2e H2 , (4.37) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Crơm hĩa trị 6 hoàn nguyên thành hĩa trị 3 H2CrO4 + 6H + 3e Cr+++ + 4H2O, (4.38)
Trong quá trình diễn biến ở cực âm, năng lượng dùng vào việc kết tủa kim loại crơm chỉ là một phần nhỏ, cịn đại bộ phận năng lượng dùng vào việc làm thốt hyđrơ. Chính vì vậy thấp.
b. Ở cực dương (anốt)
- Giải phĩng oxy ra khỏi cực dương:
4OH- - 4e O2+ 2H2O, (4.39)
- Crơm hĩa trị 3 oxy hĩa thành crơm hĩa trị 6. C2+++ + 4H2O - 3e H2CrO4 + 6H2, (4.40)
Cnsc.154
Trong hai hiện tượng trên, hiện tượng giải phĩng oxy ra khỏi cực dương chiếm ưu thế, do đĩ bọt oxy sủi lên ở cực dương rất mãnh liệt.
Trong chất điện phân cĩ thành phần của H2SO4 tham gia. Sở dĩ làm như vậy là vì khi dung dịch mà khơng cĩ H2SO4 thì ở cực âm khơng cĩ crơm nguyên chất xuất hiện, mà sẽ xuất hiện muối crơm hĩa trị 2 hoặc hĩa trị 3 màu nâu.
Khi cĩ H2SO4 và Cr+++ sẽ hĩa hợp với nhau và tạo thành muối Cr2 (SO4)3 cĩ thể hịa tan trong nước. Do đĩ trên cực âm xuất hiện crơm nguyên chất.
Đối với loại dung dịch cĩ nồng độ loãng thì năng lực mạ đều lớn, độ cứng của lớp mạ cao, lượng điện tích ở dạng khí bay ra ít nên hiệu suất dịng điện lớn và lượng CrO3 hao tổn cũng ít. Song vì dung dịch loãng nên lượng ion ít, điện trở của dung dịch lớn nên địi hỏi điện áp mạ phải cao, mặt khác do dung dịch lỗng nên tỷ lệ giữa oxyt crơm CrO3 và axit sunfuric H2SO4 luơn luơn thay đổi do đĩ phải thường xuyên điều chỉnh chất điện phân.
Ngược lại, đối với loại dung dịch nồng độ đậm đặc thì khả năng mạ sâu lớn lượng ion trong dung dịch nhiều, do đĩ điện trở nhỏ và như vậy điện áp mạ yêu cầu cũng nhỏ. Tỷ lệ giữa oxyt crơm CrO3 và axit sunfurc H2SO4 thay đổi tương đối chậm, do đĩ thời gian cần thiết để điều chỉnh dung dịch cũng kéo dài hơn. Song, lượng điện tích ở dạng khi thốt ra cũng lớn do vậy hiệu suất dịng điện sẽ nhỏ và tĩm lại lượng CrO3 hao tổn do hơi mang theo khi bốc ra cũng nhiều hơn.
3. Một số biện pháp nâng cao năng lực mạ đều
Để nâng cao khả năng mạ đều cho chất điện phân cĩ thể dùng các biện pháp thay đổi kích thước và hình dáng của các anốt và sự bố trí tương hỗ giữa chúng trong bể với chi tiết mạ cũng như khoảng cách giữa katốt và anốt. Khi mạ crơm cho các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp, để đạt được lớp mạ tương đối đồng đều người ta thường sử dụng các anốt mà hình dạng của chúng tương tự với hình dạng của các bề mặt mạ. Trên hình 4.16 chỉ rõ ảnh hưởng của cách bố trí tương hỗ các anốt và chi tiết mạ crơm tới độ đồng đều của lớp mạ. Do kết quả tập trung các đường sức trên bề mặt chi tiết từ phía các anốt phẳng (a) nên chiều dày của lớp crơm ở những chỗ đĩ lớn hơn, cịn bề mặt chi tiết sau khi mạ sẽ cĩ hình ơ van. Khi bố trí kín anốt so với bề mặt của chi tiết (b) các đường sức phân bố đồng đều và chiều dày của lớp mạ crơm cũng đồng đều, cịn bề mặt chi tiết sau khi mạ sẽ là hình trụ đều.
Hình 4.16. Ảnh hưởng của sự bố trí các anốt và hình dạng của chúng tới đặc tính của các đường sức và tới độ đồng đều của lớp mạ. a). Khi mạ cĩ các anốt phẳng; b). Khi mạ cĩ các anốt trịn. 1. Lớp mạ crơm; 2. Chi tiết mạ Crơm; 3. Anốt chì.
Việc bố trí theo yêu cầu cần thiết của anốt trong bể so với chi tiết mạ crơm được tiến hành nhờ các thiết bị treo. Kết cấu của chúng cần phải đảm bảo việc gá đặt chi tiết một cách vững chắc, đảm bảo tiếp xúc điện tốt cũng như đảm bảo việc tháo lắp chi tiết một cách dễ dàng.
4. Một số đặc điểm của quá trình mạ crơm
Để mạ crơm người ta sử dụng các chất điện phân từ dung dịch nước của hai thành phần: crơm anhyrit CrO3 (ơxyt crơm) và axit sunfuric H2SO4. Nồng độ ơxyt crơm CrO3 trong chất điện phân cĩ thể thay đổi trong khoảng 100-400gam/lít. Nếu nồng độ CrO3 lớn thì năng suất dịng điện và năng lực mạ đều sẽ giảm xuống. Nếu nồng độ thấp thì phải thường xuyên điều chỉnh chất điện phân vì tỷ số giữa CrO3 và H2SO4 bị phá vỡ và phải cĩ điện áp cao bởi vì lúc đĩ điện trở của chất điện phân tăng lên. Để cho chất điện phân cĩ năng lực mạ đều tốt và cĩ hiệu suất dịng điện cao thì tỷ số giữa CrO3 và H2SO4 phải là 100:1. Khi tỷ số đĩ nhỏ hơn 100, cĩ nghĩa là khi hàm lượng H2SO4 lớn thì năng lực mạ đều và hiệu suất của bể mạ giảm xuống. Cịn khi hàm lượng H2SO4 giảm thì hiệu suất dịng điện và năng lực mạ đều tăng lên nhưng chất lượng lớp mạ bị giảm một chút.
Cnsc.156
Trong các ngành sửa chữa cơ khí nĩi chung và ngành sửa chữa đầu máy diezel nĩi riêng người ta sử dụng rộng rãi hai loại bể mạ.
1. Bể mạ cĩ nồng độ ơxyt crơm CrO3 thấp hay cịn gọi là bể cĩ dung dịch loãng:
CrO3 : 150g/lít, H2SO4: 1,5 g/lít.
2. Bể mạ tổng hợp với nồng độ oxit crơm CrO3 trung bình: CrO3 : 250g/lít, H2SO4: 2,5g/lít.
Trong cơng nghiệp người ta cịn dùng loại bể cĩ dung dịch đặc với hàm lượng:
CrO3 : 350g/lít, H2SO4: 3,5g/lít.
Bể mạ cĩ dung dịch loãng là loại bể tương đối kinh tế về tiêu hao axit crơm, dịng điện phân bố đều hơn trên bề mặt katốt (chi tiết), hiệu suất dịng điện tương đối cao và sự phá hoại lớp cách ly yếu. Bên cạnh đĩ, nhược điểm của loại bể này là điện áp phải cao (6-8V) và phải thường xuyên hiệu chỉnh chất điện phân. Loại bể cĩ nồng độ cao (bể đặc) cĩ khả năng phủ cho những chi tiết lồi lõm ghồ ghề, điện áp thấp và khơng cần thường xuyên hiệu chỉnh. Bể tổng hợp cĩ các tính chất trung gian giữa hai loại bể trên.
Trong quá trình mạ, mật độ dịng điện và nhiệt độ bể mạ cĩ ảnh hưởng rất lớn với chất lượng của lớp mạ, khi mật độ dịng điện tăng lên thì hiệu suất dịng điện tăng lên, cịn khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất dịng điện giảm. Để nhận được lớp mạ cĩ chất lượng tốt cần phải duy trì tỷ số nhất định giữa mật độ dịng điện và nhiệt độ.
Trong mạ crơm cĩ thể nhận được ba loại lớp mạ: lớp mạ sáng, lớp mạ sữa và lớp mạ xám. Hai loại đầu cĩ độ chống mịn lớn. Lớp mạ sáng cĩ độ cứng cao, độ chống mịn lớn, xốp và rịn. Lớp mạ sữa cĩ độ chống mịn và độ dẻo lớn, so với lớp mạ sáng thì loại lớp mạ này cĩ độ xốp nhỏ hơn. Lớp mạ cĩ độ cứng cao, hơi rịn và độ chống mịn kém. Tùy theo chi tiết làm việc trong điều kiện nào mà tiến hành mạ để nhận được lớp mạ này hoặc kiểu khác. Chẳng hạn đối với các chi tiết lắp ghép chặt thì cĩ thể dùng cả hai loại lớp mạ đầu, trong khi đĩ đối với các chi tiết làm việc ở chế độ mài mịn thì nên dùng lớp mạ sáng, đối với các chi tiết làm việc với áp suất đơn vị lớn và tải trọng đối đầu thì nên dùng loại mạ sữa. Để nhận được kiểu lớp mạ này hoặc kiểu lớp mạ khác (tuỳ theo điều kiện làm việc của chi tiết) mà việc mạ crơm được tiến hành trong các bể dung dịch loãng hoặc trung bình ở chế độ mật độ dịng điện và nhiệt độ tương ứng. Trên các biểu đồ hình 4.17 cĩ chỉ rõ sự bố trí các vùng lớp mạ đối với các bề dung dịch loãng và dung dịch tổng hợp.
Đối với một bể mạ nhất định thì hình dạng và chất lượng lớp mạ chỉ phụ thuộc vào chế độ mạ, cĩ nghĩa là phụ thuộc vào mật độ dịng điện và nhiệt độ của bể. Việc lựa chọn lớp mạ và chế độ mạ tùy thuộc vào điều kiện làm việc của chi tiết cĩ thể tham khảo ở bảng 4.12. Tuy nhiên, khi lựa chọn chế độ mạ khơng thể chỉ hạn chế ở những số liệu bảng 4.12, mà phải tham khảo những ý kiến khác. Về chế độ mạ cĩ thể xem ở bảng 4.13. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Độ chống mịn của lớp mạ crơm chịu ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ nhiều hơn là của sự thay đổi mật độ dịng điện. Những lớp mạ nhận được trong các bể loãng và bể tổng hợp ở nhiệt độ t = 450C là cĩ độ chống mịn nhỏ nhất. Cịn độ chống mịn lớn nhất là của các lớp mạ nhận được ở bể tổng hợp với nhiệt độ là 55 - 650C, cịn đối với các bể loãng thì phải ở nhiệt độ 65-700C. Độ chống mịn tương đối lớn của crơm đối với hai loại bể trên nằm ở vùng chuyển tiếp giữa lớp mạ sáng và lớp mạ sữa.
Hình 4.17. Biểu đồ phân bố các vùng kết tủa crơm a. Bể loãng; b. Bể tổng hợp
1. Lớp mạ xám; 2. Lớp mạ sáng; 3. Lớp mạ sữa; 4. Vùng chuyển tiếp giữa sáng và xám;
5. Vùng chuyển tiếp giữa sáng và sữa.
.
Bảng 4.12. Phân loại chi tiết và chế độ mạ crơm Điều kiện làm việc của
chi tiết
Dạng kết tủa và chiều dày Chế độ mạ Các chi tiết lắp chặt (các
cổ trục lắp ép và các ổ bi lắp ép)
Lớp mạ sáng và sữa, chiều dày tùy theo điều kiện
Dk = 30 A/dm2 t = 45 - 500C Bề mặt mạ crơm của chi
tiết làm việc ở chế độ mài mịn (ma sát) với tải trọng khơng đáng kể, dưới 5kG/cm2 Lớp mạ sáng, chiều dày lớp mạ 0,08 - 0,12mm Dk = 50 A/dm2 t = 50 - 350C
Bề mặt mạ crơm của chi Lớp mạ sáng, chiều dày lớp Dk = 20 - 30 A/dm2
0 40 50 60 70 80 (t°C) 20 40 60 80 100 120 120 100 0 80 20 40 60 40 50 60 70 80 (t°C) dm2 A DK A dm2 1 2 3 5 4 1 2 3 DK
Cnsc.158
tiết làm việc ở chế độ mài mịn (ma sát) với tải trọng trung bình 5-20kG/cm2 mạ 0,05 - 0,10mm Lớp mạ sữa t = 50 - 550C Dk = 35 - 40 A/dm2 t = 60 - 650C Bề mặt mạ crơm của chi
tiết làm ở chế độ mài mịn (ma sát) với tải trọng động và áp suất tương đối lớn 20kG/cm2
Lớp mạ sữa, chiều dày lớp mạ 0,03 - 0,05mm
Dk = 30 - 40 A/dm2