Phục hồi chi tiết bằng các phương pháp mạ điện phân có nghĩalà phủ một lớp
kimloại lên bềmặt chi tiết bằngcách điện phân.
Ta đã biết, các kim loại thường được gọi là các chất dẫn điện bậc nhất, còn các dung dịch nước của kiềm, axít và muối là các chất dẫn điện bậc hai hay còn gọi là chất điện phân. Khi hòa tan các kiềm, axít và muối trong nước, các phân tử của
chúng được phân ly thành các nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử (ion) mang điện
tích dương (kation) và mang đi ện tích âm (anion). Quá trình phân tích các hợp chất hóa học thành các ion dưới tác dụng của chất hòa tan (của nước) được gọi là quá trình phân ly. Khi phân ly, các ion của kim loại và nước nhận điện tích dương, còn các ion của các chất kết tủa của axít và hyđrôxit thì nhận điện tích âm. Để mạ điện phân kim loại, người ta đưa vàochất điện phân các thanh kim loại và nối chúng với nguồn điện. Thanh kim loại nối với cực d ương gọi là anốt và thanh nối với cực âm gọi là katốt. Khi đóng mạch dòng điện, các ion mang điện tích dương bắt đầu chuyển động về phía katốt, còn các ion mang điện tích âm chuyển động về phía anốt. Các ion dương (kation) sau khi v ề tới mặt katốt sẽ nhận th êm điệntử còn thiếu và trở thành các nguyên tử trung tính. Khi đó hyđrô biến thành khí, còn kim loại trong những điều kiện thuận lợi có thể kết tủa xuống katốt và tạo thành lớpmạ điện phân. Các ion âm (anion) sau khi về tới bề mặt của anốt sẽ phóng điện và cho đi những điện tử thừa, tức là bị oxy hóa và trở thành các nguyên tử trung tính tham gia vào các phản ứng hóa học hoặc đ ược thoát ra ở trạng thái tự do. Quá trình ôxy hóa khử đó gọi là quá trìnhđiện 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 có thể hòa tan trong dung dịch hoặc không hòa tan, tuỳ từng trường hợp cụ thể. Chất hòa tan được làm từ chính kim loại cần phủ lên chi tiết. Hiện tượng điện phân hoàn toàn tuân theo
định luật của Pha-ra-đây.
Định luật Pha-ra-đây phát biểu như sau:
- Khối lượng chất kết tủa khi điện phân tỷ lệ với khối l ượng điện tích thông qua chất điện phân, có nghĩa là tỷ lệ với cường độ dòngđiện nhân với thời gian.
- Khối lượng chất kết tủa khi dòngđiện chạy qua chất điện phân tỷ lệ thuận với đương lượng điện hóa của nó. Đ ương lượng điện hóa là khối lượng kim loại tính bằng gam được kết tủa trong thời gian 1 giờ khi dòngđiện chạy qua là 1 ampe. Định luật Pha-ra-đây được biểu thị bằng công thức:
m = C.I.t [3. Trang 149] Trong đó: C- đương lượng điện hóa, (g/A.h);
I- cường độ dòngđiện, (A); t- thời gian điện phân, (h).
Thực tế trong phần lớn các tr ường hợp, khối lượng kim loại kết tủa ở katốt ít hơn so với khối lượng tính toán theo định luật Pha-ra-đây. Để làm sáng tỏ vấn đề đó người ta đưa ra các khái niệm:
- Hiệu suất dòngđiện
Hiệu suất dòngđiện là tỷ số giữa khối lượng kim loại kết tủa thực tế trong khi mạ với khối lượng tính toán theo lý thuyết (theo định luật Pha-ra-đây), tính bằng phần trăm. % 100 lt tt m m [3. Trang 150]
Trong đó: - hiệu suấtdòng điện, (%);
tt
m - khối lượng kếttủa thực tế, (gam);
lt
m - khối lượng kếttủa tinh theolýthuyết, (gam).
- Mật độ dòng điện
Mật độ dòngđiện là tỷ số giữa cường độ dòngđiện chạy qua chất điện phân với diện tích bề mặt của điện cực, tính bằng (ampe/dm2).
F I
Trong đó:
D- mật độ dòng điện, (A/dm2);
I- cường độ dòng điệnchạy qua chất điện phân, (A); F- diệntích bềmặt điện cực, (dm2).
Mật độ dòng điện của katốtkýhiệulà Dk còn của anốtkýhiệulàDa, cường độ dòng điện đi qua chất điện phân đượctính bằng định luật ôm.
r U I [3. Trang 150] Trong đó: s L r .
- điện trở của chất điện phân; L- khoảng cách giữacác điện cực, (cm);
s- diệntích mặt cắt ngangcủa chất điện phân nằm giữa hai điện cực, (cm2);
- độdẫn điện đơn vị của chất điện phân (điện trởsuất), (
cm ôm.
1 ).
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với chất lượng mạ điện phân là độ phânbố đồng đều lớp kết tủa kim loại, có nghĩa là chiều dày lớp mạ phải như nhau trên toàn bộ bề mặt chi tiết. Thực tế thì chiều dày của lớp mạ ở các rìa và các góc của chi tiết lớn hơn rất nhiều so với phần giữa của bề mặt chi tiết. Độ không đồng đều đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có thành phần của chất điện phân, mật độ dòng điện, khoảng cách giữa các điện cực, sự bố trí t ương hỗ giữa các điện cực.
Độ không đồng đều bề dày của lớp kim loại tăng lên khi mạ các chi tiết có hình dạng phức tạp. Trong tr ường hợp này, ở những phần chi tiết nằm gần anốt h ơn có mật độ dòng điện lớn, còn ở những phần xa hơn thì ngược lại mật độ dòng điện sẽ nhỏ hơn. Qua đó rút ra định nghĩa:
- Nănglực mạ đều
Năng lực mạ đều (hay năng lực khuếch tán) của bể là khả năng của chất điện phân có thể làm cho lớp mạ đồng đều theo chiều dày trên các katốt có hình dạng phức tạp.
U = Ed + Ir - Ea [3. Trang 150] Trong đó:
U- điện áp mạ,(V);
Ed-điện thế của dương cực, (V); Ea-điện thế của âm cực, (V);
I và r- dòng điện và điện trở của dung dịch, (A và ).