1.2. LỚP MẠ NICKEL HÓA HỌC
1.2.2. Tính chất của lớp mạ nickel hóa học
a. Tính chất vật lý
+ Khối lượng riêng của lớp mạ nickel hóa học phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử và độ xốp trong lớp mạ. Khối lƣợng riêng thay đổi theo hàm lƣợng hợp kim, đồ thị biểu diễn sự thay đổi theo thành phần P hay B trong lớp mạ Ni-P hay Ni-B.
(Xem Hình 1.4).
Hình 1.4. Ảnh hưởng của thành phần hợp kim đến khối lượng riêng của các lớp phủ Ni-P và Ni-B [8]
Từ Hình 1.4 nhận thấy về cơ bản khối lƣợng riêng giảm tuyến tính theo sự tăng hàm lƣợng P hay trong lớp phủ Ni-P hay Ni-B. Nguyên nhân là do các nguyên tử P hay B đều nhẹ hơn nguyên tử Ni.
+ Điện trở suất () của lớp phủ nickel hóa học cao hơn của lớp mạ Ni điện hóa khoảng 8 Ω.cm, nguyên nhân là do P và B là những chất cách điện nên khi có mặt trong thành phần của bề mặt Ni thì khả năng dẫn điện giảm.
Lớp phủ nickel hóa học vô định hình cho giá trị điện trở suất lớn hơn so với lớp phủ nickel hóa học tinh thể. Xử lý nhiệt sẽ làm hình thành các hợp chất tinh thể hóa cấu trúc vô định hình, do đó mà làm giảm điện trở suất. Điện trở suất giảm cực nhanh trong dải nhiệt độ xử lý nhiệt mà ở đó sự tinh thể hóa cấu trúc vô định hình đƣợc quan sát thấy.
+ Độ dẫn nhiệt tỷ lệ với độ dẫn điện. Do đó có thể tính toán các giá trị độ dẫn nhiệt theo các công thức của điện trở suất. Đối với những lớp mạ nickel hóa học có hàm lƣợng P cao thì độ dẫn nhiệt nằm trong khoảng 0,01 đến 0,02 W/m. K [5].
+ Hệ số giãn nở nhiệt: bằng cách xử lý nhiệt, quá trình tinh thể hóa diễn ra và hình thành các pha kim loại trung gian nên sẽ có sự thay đổi thể tích, đƣợc phản ánh qua hệ số giản nở nhiệt.
Lớp phủ nickel hóa học có chứa 11% đến 12% P thì co lại khoảng 11% sau khi xử lý nhiệt ở 300oC và làm lạnh nhanh trở lại tới nhiệt độ phòng. Phần lớn sự co lại là do sự thay đổi cấu trúc. Sau lần làm nóng và làm nguội lần thứ 2 thì độ co chỉ còn là 0,013%, nó cho thấy cấu trúc tinh thể đã ổn định hơn [5].
+ Từ tính của lớp nickel hóa học phụ thuộc vào kiểu cấu trúc tinh thể hay vô định hình. Lớp nickel hóa học cấu trúc tinh thể có từ tính trong khi nickel hóa học cấu trúc vô định hình cơ bản là không có từ tính.
Lớp phủ nickel hóa học có thành phần hợp kim cao, cấu trúc vô định hình thường được sử dụng dưới các lớp kết tủa coban lên các đĩa ghi.
Lớp phủ nickel hóa học có hàm lƣợng P thấp, cấu trúc tinh thể có độ kháng từ tương đối thấp. Lực kháng từ của nó thay đổi từ 0 80 oe, còn lực kháng từ của lớp mạ Ni điện hóa thay đổi từ 40 120 oe. Hầu hết các lớp phủ Ni-B có tính từ yếu. Lớp phủ nickel hóa học không có từ tính sẽ trở nên có từ tính yếu sau khi đƣợc xử lý nhiệt từ 300 đến 400C do có sự tinh thể hóa. Tính kháng từ của nickel hóa học tinh thể cũng tăng lên khi đƣợc xử lý nhiệt, nguyên nhân là do có sự hình thành của lớp chất kim loại trung gian Ni3P có tính thuận từ [5].
b. Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ mạ nickel hóa học
Các lớp phủ mạ nickel hóa học cơ bản đƣợc sử dụng cho các ứng dụng kỹ thuật để bảo vệ các bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn có đƣợc nhờ lớp phủ nickel hóa học có độ xốp nhỏ, và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nickel đối với nhiều loại dung dịch và hầu hết trong điều kiện khí quyển. Lớp phủ nickel hóa học ngăn cản các tạp chất và các vết ố của các chất nhƣ chất hóa dẻo, các loại dung môi, dầu, glycols, monomer, khí… Lớp phủ mạ nickel hóa học tiết kiệm đáng kể chi phí thiết bị do có thể thay thế thép không gỉ bằng thép thường được phủ lớp nickel hóa học. Một số trường hợp các chi tiết thép không gỉ vẫn được phủ nickel hóa học khi mà nó cần ngăn cản sự rỗ bề mặt bởi sự xuất hiện của ion clo.
Các yếu tố quan trọng quyết định đến tính chất chống ăn mòn của lớp phủ nickel hóa học, đó là:
+ Cấu trúc, thành phần và khâu hoàn thiện bề mặt của nền.
+ Các yêu cầu đối với khâu tiền xử lý nền nhƣ: độ sạch bề mặt, tính bằng phẳng của bề mặt.
+ Chiều dày của lớp phủ.
+ Các tính chất lớp phủ (thành phần, độ xốp, ứng suất nội) đƣợc quyết định bởi pH, cách thức sử dụng và thành phần dung dịch mạ.
+ Khâu hoàn thiện lớp phủ bằng cách nhƣ thụ động hay luyện kim.
Rất khó dự đoán tính ăn mòn của lớp phủ nickel hóa học do có nhiều yếu tố ảnh hưởng. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp thì lớp phủ nickel hóa học vẫn có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. So với lớp phủ nickel điện hóa thì lớp phủ nickel hóa học có tính chống ăn mòn tốt hơn do có độ xốp thấp hơn cũng nhƣ có độ dày đồng đều hơn.
Giải pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn
Khả năng chống ăn mòn đƣợc cải thiện sau khi luyện kim ở 600 đến 700C bởi nó cải thiện liên kết nền với lớp phủ. Nó cũng có tác dụng hoàn thiện lớp phủ.
Lớp phủ nickel hóa học có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn đáng kể môi trường phun muối bằng cách thụ động hóa bề mặt trong dung dịch axit cromic ấm 1%
thời gian 15 phút [5].