CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA LỚP MẠ
2.4.1. Phương pháp phân tích EDX (Energy dispersive X-ray analysis) EDX là một kỹ thuật đƣợc dùng để phân tích nguyên tố hay phân tích thành phần hóa học của mẫu chất. Kỹ thuật phân tích này dựa trên nguyên lý tương tác giữa từ trường và vật chất. Tia X phát ra từ mẫu chất sẽ va chạm với những phần tử tích điện. Để kích thích sự phát xạ tia X, dòng năng lƣợng cao của các phần tử tích điện là dòng electron hay proton, hay dòng tia X đƣợc chiếu tập trung lên mẫu. Trong mẫu chất, mỗi nguyên tử có những electron tồn tại ở những mức năng lƣợng rời rạc. Những mức năng lƣợng đó, còn gọi là những lớp electron, bao xung quanh hạt nhân. Khi nhận năng lƣợng, electron ở lớp vỏ trong sẽ bị tách ra và tạo nên một hố electron. Còn electron ở lớp vỏ ngoài sẽ chui vào hố này. Sự di chuyển đó phát ra một năng lƣợng và năng lƣợng này hình thành tia X. Số lƣợng và năng lƣợng của tia X đƣợc phát ra có thể đƣợc đo bởi phổ phân tán năng lƣợng EDX. Vì năng lƣợng tia X đặc trƣng cho sự khác nhau giữa các mức năng lƣợng của mỗi nguyên tố, cũng chính là đặc trƣng cho cấu trúc của mỗi nguyên tố tạo nên thành phần của mẫu chất đƣợc đo.
Các mẫu nghiên cứu đƣợc gửi đi đo EDX để xác định thành phần nguyên tố bề mặt mạ tại Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu COMFA Hà Nội.
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM (scanning electron microscopy)
Phân tích bề mặt được nghiên cứu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và được tiến hành trên phòng thí nghiệm của trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. Các quan sát đƣợc tiến hành với chùm điện tử quét vuông góc với bề mặt mẫu.
Mỗi mẫu đƣợc chụp với 3 độ phúng đại: 5, 10, 50àm.
Phương pháp đo SEM
Nguyên tắc đo ảnh SEM: đây là phương pháp khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc lớp mỏng dưới bề mặt trong điều kiện chân không hay khảo sát bề mặt điện cực, hoặc bị ăn mòn, cũng nhƣ để phân tích thành phần hóa học của bề mặt. Đối với phương pháp này thì yêu cầu bề mặt của vật đo là phải dẫn, nếu bề mặt không dẫn thì
phải phủ trước cho mẫu một lớp màng mỏng kim loại cỡ 10nm để tránh hiện tượng điện tích tập trung bề mặt mẫu.
Nguyên tắc hoạt động: tia điện tử phát ra từ sung 1 đƣợc hệ thấu kính 2; 3 hội tụ rồi quét lên mẫu đo 4. Một hay nhiều detector 5 thu nhận điện tử thứ cấp phản xạ từ mẫu đo 4, sau khi khuếch đại ở 6 đƣợc đƣa đến bộ phận thu tín hiệu 7, khi đó ở 7 sẽ thu đƣợc hình ảnh của mẫu đo.
Sơ đồ cấu tạo nhƣ sau:
Trong phương pháp này, mẫu nghiên cứu được bắn phá bằng các chùm tia đơn sắc có độ hội tụ cao. Mẫu nghiên cứu phải đủ dày để các tia tới không xuyên qua mẫu.
Khi đó các sản phẩm tương tác (tia thứ cấp) sẽ đi theo hướng khác ra khỏi bề mặt mẫu và đƣợc thu nhận để chuyển thành các dạng thông tin cần thiết.
Để đánh giá hình thái bề mặt của lớp mạ tổ hợp Ni-P-Al2O3, tiến hành mạ các mẫu trong dung dịch có thành phần và chế độ mạ nhƣ sau:
+ NiCl2.6H2O 0,08 mol/L + NaH2PO2 0,23 mol/L + NH2CH2COOH 0,2 mol/L
+ CH3COONa 1,8 mol/L
Trong thời gian mạ là 30 phút, tốc độ khuấy 1500 vòng/phút; hàm lƣợng Al2O3 40g/L; nhiệt độ dung dịch 45oC; môi trường pH= 2,5; 5,5; 7,5.
Vật mạ sau đó được nhúng nước cất, sấy khô và được đem đo thành phần nguyên tố SEM tại Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu COMFA Hà Nội.
2.4.3. Xác định độ bền hóa chất
Để đánh giá độ bền ăn mòn hóa chất của lớp mạ nickel đƣợc tạo thành từ dung dịch mạ có nồng độ thấp chứa đệm glyxin và ảnh hưởng của Al2O3 đến khả năng chống ăn mòn hóa chất của bề mặt mạ, sử dụng các dung dịch với thành phần và chế độ mạ:
+ NiCl2.6H2O 0,08 mol/L + NaH2PO2 0,23 mol/L + NH2CH2COOH 0,2 mol/L
+ CH3COONa 1,8 mol/L
Trong môi trường pH=5,5; thời gian mạ là 30 phút, tốc độ khuấy 1500 vòng/phút; hàm lƣợng Al2O3 20g/L; 40g/L; 60g/L; nhiệt độ dung dịch đƣợc giữ ở 45oC.
Mẫu sau khi được mạ, nhúng lại 2 lần nước cất, làm khô rồi đem cân trên cân phân tích Adventurer Ohaus (Mỹ) tại phòng thí nghiệm khoa Hóa- trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
Để xác định độ bền hóa chất của bề mặt mạ, ngâm các mẫu này trong dung dịch HCl 1 M và dung dịch NaCl 3,5% trong thời gian 24 h, 48 h và 72 h.
Sau khi ngâm, lấy các mẫu ra rửa sạch, lau và làm khô. Đem cân trên cân phân tích Adventurer Ohaus (Mỹ) để xác định khối lƣợng của mẫu.
Độ bền hóa chất đƣợc đánh giá dựa vào độ giảm khối lƣợng:
Δm = m1 – m2
trong đó m1, m2 là khối lượng mẫu trước và sau khi ngâm; Δm là độ giảm khối lượng của mẫu.
Và tốc độ ăn mòn khối lƣợng:
kl . P m
S t
trong đó S là diện tích bề mặt (cm2), t là thời gian ngâm (ngày).
2.4.4. Đo mật độ dòng ăn mòn
Để xác định mức độ ăn mòn điện hóa ta cần xác định dòng ăn mòn iam và thế ăn mòn Eam của hệ, xây dựng đường cong phân cực bằng cách phân cực hệ ra khỏi trạng thái cân bằng rồi ngoại suy về trạng thái không có dòng điện.
Cách xác định:
Bước 1: Phân cực anot, catot, xây dựng đường cong E-logi
Bước 2: Tính tốc độ ăn mòn bằng cách ngoại suy các đường phân cực catot và anot trong khoảng tuân theo phương trình Tafel dạng E-logi.
Tại điểm giao nhau của hai đường thẳng Tafel trên, ta xác định được dòng ăn mòn iam ứng với thế ăn mòn Eam.
Hình 2.2. Đồ thị Tafel đo dòng ăn mòn
Trong luận văn này, các mẫu đánh giá độ bền ăn mòn điện hóa đƣợc chế tạo từ các dung dịch với thành phần và chế độ mạ: NiCl2.6H2O 0,08 mol/L + NaH2PO2 0,23 mol/L + NH2CH2COOH 0,2 mol/L + CH3COONa 1,8 mol/L, nhiệt độ dung dịch mạ:
450C, pH = 5,5; Tốc độ khuấy đƣợc khảo sát 1500 vòng/ phút, hàm lƣợng Al2O3 là 20g/L; 40g/L; 60g/L.
Mẫu sau khi được mạ, nhúng lại 2 lần nước cất, làm khô rồi đem đo dòng ăn mòn bằng máy Auto Lab tại phòng thí nghiệm khoa Hóa- trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
CHƯƠNG 3