Lớp mạ niken điện hoá nhanh và dung dịch dé sử dụng, bén hơn so với dung dịch mạ niken hoá học. Lớp mạ niken bóng có độ cứng cao song không dẻo bằng
lớp mạ niken mờ. Lớp mạ niken để đánh bóng, sau khi đánh bóng có thể đạt
Đề tài mạ kim loại trên chất dễo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 41
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thầy Nguyễn Khương
được độ bóng như gương. Độ bóng này giữ được khá lâu do trên bể mặt kim loại có một màng thụ động mỏng. Nhờ màng thụ động này mà lớp mạ bền trong nhiều axit hữu cơ, muối vô cơ, không bị ăn mòn trong môi trường kiểm dù ở
nhiệt độ cao.
Mạ niken được ừng dụng rộng rãi do kỹ thuật mạ nhựa so với lớp đồng ma trên nhựa (lớp mạ niken có độ cứng cao, bén vững 4n mòn và chịu mài mòn tốt
hơn.)
Trong công nghiệp hoá chất. Người ta sử dụng lớp mạ điện hoá niken để bảo
vệ bộ phận tiếp xúc với môi trường ăn mòn; mạ niken còn dùng trong kỹ thuật in, ma các khuôn bản in, tăng độ cứng bể mặt, tăng tính chịu mài mòn.
Trong công nghiệp chế tạo thiết bị quang học người ta sử dụng lớp mạ niken
đen để hấp thụ ánh sáng, gương phản xạ.
Trong đời sống nhiều dụng cụ gia đình, dụng cụ y tế được mạ niken để trang
trí và bảo vệ.
Kỹ nghệ mạ niken là kỹ nghệ mạ quan trọng bậc nhất và phổ biến nhất trong công nghiệp mạ hiện nay, được rất nhiều các trung tâm nghiên cứu mạ trên thế giới quan tâm và nghiên cứu,
7.2/Các dung dịch mạ niken :
Dung dịch niken có nhiều loại, tuỳ thuộc vào thành phần mà chia các nhóm
sau
- Dung dịch Watts (năm 1916)
- Dung dich Niken Clorua NiCl,
~ Dung dịch Niken Floborat (Ni(BF,)>)
- Dung dịch muối niken của axit aminosulfonic Ni(SO¿NH;);
Dung dịch mạ niken đen
Do giới hạn của dé tài nên chỉ trình bay dung dich Watts và dung dịch Niken
Clorua.
7.2.1/ Dung dịch Watts ( còn gọi là dung dịch niken sunfat)
Là dung dịch mạ điện niken do Watts công bố năm 1916 gồm ba thành phần
chính :
* Niken sulphat NiSO,.7H,O: chứa 21% niken, là chất kết tinh màu xanh đậm,
phân ly hoàn toàn trong nước :
NiSO, => Ni;* + SO,”
Dung dịch có màu xanh trong, phản ứng xảy ra ở catot Ni** + 2e > Nil E =-
0,64V
Nếu pH <4 => tại thế E = -0,64v còn có phan ing: 2H’ +2e > H,T
Dé tài mạ kim loại trên chất dẻo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 42
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thay Nguyễn Khương
*Niken clorua NiCl; .5H;O : chứa 22% niken, là chất kết tinh màu xanh đậm,
phân ly hoàn toàn trong nước phản ứng xảy ra trên anot :
2Cl -2e -+>Cl; E = +1,39v 40H -4e40,+2H,O0 E=+1,49v
* Axit H;BO; : Đóng vai trò làm chất đệm, giữ pH trong khoáng 4,1 - 5.5 (là
khoảng pH cho lớp mạ tốt nhất). HyBO; kết tinh mịn như tinh bột tan chậm trong
nước,phân ly không hoàn toàn :
H,BO, ô+ H* + H;ạBO; Kpl = 6.10"?
Trong dung dich đậm đặc polime hoá tạo thành thành H;B,O; (axit tetra boric)
trong dung dịch phân ly không hoàn toàn
H;B.O; © H* + HB,O; Kp! = 10"
Như vậy trong dung dich Watts, niken sulfat là chất cung cấp Ni” chính còn
niken clorua là nguồn cung cấp phụ. lon Cl’ còn chống thụ động hoà anot. H;BO;
không những đóng vai trò là chất đệm mà còn có tác dụng nâng cao tính dẻo của
lớp mạ niken.
7.2.1.1/ mạ niken mờ :
Thành phần dung dịch ;
Niken sulfat NiSO,. 7H,O 250g/
Niken clorua NiCl,. 6HyO 60g/1
Axit boric H;BO; 30g/
Natri sulfat Na:SO, 40g/
Các tham số
pH 4-5
Nhiệt độ 50 - 70°C
k 4-5 A/dm? (nếu có khuấy trộn) k 4 A/dm’ (nếu không khuấy trộn)
Đây là dung dịch được dùng rộng rãi trong mọi nghành công nghiệp. Thành
phần dung dịch có ảnh hưởng lớn đến độ phân cực anod, catot, cấu trúc và các
tính chất của lớp mạ.
Trong quá trình mạ người ta kết hợp khuấy trộn dung dịch bằng không khí nén và lọc liên tục bằng máy lọc công suất lọc khoảng 1 giờ được 2 lần thể tích dung
dịch nồng độ niken sunfat NiSO,. 7TH;O hay niken clorua NiC];. 6H;O có thể tăng
hay giảm so với giá trị trình bày trên. Nồng độ NiSO, giao động từ 60 - 70g/1
>300— 400 g/l. Tỷ trọng dung dịch khoảng 20 ~ 24°B(ở nhiệt độ thường) hoặc 25 — 30°B ở nhiệt độ 60 — 70°C.
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng lớp ma và điều kiện điện phân. Khi nhiệt độ tăng, có khả năng sử dung mật độ dùng |, lớn làm tăng tốc độ tạo thành
lớp mạ, tăng độ dẫn điện, tính déo của lớp mạ.
Đề tài mạ kim loại trên chất dẻo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 43
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thầy Nguyễn Khương
pH có ảnh hưởng lớn đến lớp mạ. Dung dịch trên thường làm việc có tính dẻo tốt. Nếu pH = 4 - 4,5 trong khoảng pH này lớp mạ thu được có tính dẻo tốt. Nếu pH > 6 lớp mạ có lẫn cả Ni(OH); : lớp mạ xốp, đen, giòn. Nếu pH <3,5, hydro sẽ thoát ra mạnh, tốc độ mạ sẽ giảm, khả năng giòn hydro sẽ tăng. Vì vậy nếu khi
pH > 6 thì phải dùng H,SO, 3% để điều chỉnh, và nếu pH < 3,5 thì dùng NaOH 3% để điều chỉnh
. Những khuyết tật khi sử dụng dung dịch mạ niken mờ nguyên nhân và cách khắc
phục :
Các khuyết tật Nguyên nhân Cách khắc phục - Lớp mạ giòn, nứt dọc | Nồng độ sắt trong dung | Axit hoá đến pH = 3
- lớp mạ xù xi, có dạng
nhánh cây ở cạnh góc
Lớp mạ không tạo ra, hydro thoát mạnh
- Lép mạ có màu hơi vàng, xù xì
- Niken kết tủa chậm lớp mạ tối
- Lép mạ có sọc đen
trắng, hoặc đen hoàn
toàn
- Lớp mạ có màu xám
anot bị phủ bởi Cu
Dé tài mạ kim loại trên chất déo ABS - SVTH Cao Quang Hang
dich vượt quá 0,1 g/lit
Dungdich nhiễm bụi
không tan - ly quá cao - Mạ quá lâu
- pH dung dịch quá
thấp
- pH quá 5,5
~ Nhiệt độ dung dịch
mạ dưới 40°C
- I, bé
~ Dung dịch có kẽm
- Dung dịch có Cu”
thêm 5m] HO; 3% cho 1
lít dung dịch dun 60°C,
để 12h kiểm hoá bằng sút pH = 6 để vài chục
giờ, lọc Fe(OH);
Lọc bụi
Đánh bóng
- Kiểm tra pH dùng
NaOH 3% điểu chỉnh đưa
pH =4,5
- Kiém tra pH ding
H;SO,3% đưa pH = 4,5
- Tang nhiét 46 60°C
- Tang I, tới SA/dm*
- dùng dung dich
NiCO:thêm vào ở pH =6,
để yên cho ZnCO;3 lắng
xuống loại bé
- Thêm axit H,SO, 3%
đến pH = 3 điện phân |,
= 0,2A/dm)? liên tục ở
60°C đến khi lớp mạ có
mau sáng
Trang 44
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thây Nguyễn Khương
(ys fa) ‘3?
- Một số phân chitiết | - Có chất hữu cơtrong | - Lọc dung cich qua than
lớp ma không sáng, lớp | dung dịch mạ hoạt tính hay dùng dung mạ giòn, có tách lớp, dich 3% H;O; thêm 5ml
lớp mạ châm kim ( dung dịch khuấy liên tục
Pitting) ở 60°C, pH = 3 - 4, tăng
cường loc, khuấy dung
dịch sau đó kiểm hoá
bằng NaOH 3% đến pH
=5
- Lớp mạ không liên - Dung dịch dẫn điện ' - Tăng thêm Na;SO, tục, một phần bể mặt bị | kém - Tăng nhiệt độ 60,C phủ kết tủa đen - Nhiệt độ điện phân _' - Kiểm tra lại diện
thấp - Tăng l, = 4 A/dm,
- Tiếp xúc điện kém |, | - Thêm N¡Cl;. 6H;O vào
bé bể mạ.
- Anot bị thụ động hoá | - Néng độ ion Cl’ giảm | - Thêm NiCl;.6H;O vào
dưới mức yêu cầu bể mạ
- pH của dung dịch - Lượng H;BO; quá - Thêm H;BO; vào bể
không ổn định nhỏ mạ
- Niken kết tia chậm ở | - Néng đồng Ni“ quá ' - Kiểm tra thêm
nhiệt độ cao (60°C) nhỏ NiSO,.7H;O
- Lớp mạ thô cứng - l, quá nhỏ - Tăng I, =4 - 5 A/dm’?
- Lớp mạ sáng, dé bong | - Chuẩn bị bể mặt - Chuẩn bị bể mặt đúng
không kỹ kỹ thuật
- Dòng điện ngắtlâu ' - Cần rút chỉ tiết ra khi ngắt điện
7.3/ Dung dịch mạ niken bóng :
7.3.1/hành phần dung dịch mạ niken bóng
Gồm hai nhóm thành phần
Thành phin cơ bản : giống như thành phần dung dich Watts để thu lớp mạ niken
mờ.
Thành phần chất phụ gia tạo bóng : thành phần này quyết định độ bóng và
thẩm mỹ lớp mạ. Ở nước ta một số phụ gia tạo bóng được dùng chủ yếu ở hai
nhóm :
- Nhóm các chất tạo bóng dựa trên cơ sở butyldiol -l, 4
(HO-CH;-C = C-CH;-OH) (Đai Học Bách Khoa Hà Nội)
Dé tài mạ kim loại trên chất déo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 45
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thdy Nguyễn Khương
- Nhóm các chất tạo bóng dựa trê cơ sở 2,6 — (2,7) — muối natri của
sulfonaphtalen) (Thành Phố .HCM).
Hiện nay đã có một số chất phụ gia tạo bóng của Nhật, Đức,Mỹ, Đài Loan đã
xuất hiện trên thị trường thành phố với ưu điểm cho chất lượng tốt và dễ sử dụng.
Nhóm các chất phụ gia hiện đại dùng trong dung dịch mạ niken bóng + Các chất tạo bóng :
- Chất tạo bóng loại 1 cho độ bóng cao có thể gồm những muối sulfat kim
loại có quá thế hydro cao như kẽm (Zn), cadimi (Cd), Thủy ngân (Hg), chi (Pb), coban(Co) (NH;);CS, hiệu quả nhất là CdSO, (cadimi sulfat) hay
CdCl, (cadimiclrua).
Chất tạo bóng loại 2 không cho độ bóng cao nhưng có tác dụng làm giảm sức
căng nội, lớp mạ déo hơn. VD :Naptalen,toluen,xylen,disulfonaptalen,axit
sulfomic, saccarin, trong đó muối natri của axit 2,6 - (2,7) - disulfonaptalen và
saccarin được dùng phổ biến nhất.
+ Chất thấm ướt : Làm giảm sức căng bể mặt ngăn hiện tượng châm kim (pitting), nhủ hoá các vết bẩn, vết dầu mỡ trên caotot, tăng độ bám, độ đồng nhất lớp mạ, tăng tính dẻo. Các chất thấm ướt thường là rượu bậc nhất chứa 8 -
18 cácbon đã được sunfonic hoá.
Ngoài ra còn có một số chất làm giảm sức căng nội lớp mạ, chất san bằng và
một số chất hữu cơ, vô cơ tạo hợp chất kết tủa với các kim loại có hại cho quá
trình mạ.
Một trong những dung dịch được sử dụng phổ biến có thành phân:
- Niken sulfat NiSO,.7H,O 250g/
- Niken clorua NiCl, 6H;O 60g/
- Axit bonic HyBO; 30g/1
- Natri sunfat khan Na,SO, 0 - 30g/1 - Natri lauril sulfat 0,1 g/l
- Gielatin 0—-0,5g/
- Muối natri của axit 2,6 - (2,7) — disulfonaptalen 2 - 5g/1
- Saccarin I—3g/1
- Cadimi sulfat CdSO,. 1/2H,O 0,1 - lg/1 - pH=4,5 - 5,5
Nhiệt độ điện phân 55 - 70°C. Tốt nhất ở 60°C
Mật độ dòng catot I, = 5A/dmỶ
Tỷ trong dung dịch 20 - 24°B ở nhiệt độ thường Tốc độ mạ trung bình 0,8 um/phút
Có thể thay đổi muối natri của axit 2,6 - (2,7) — disulfonaptalen bằng 1,4 - butyldiol 4 - 5g/1 thì vẫn cho lớp mạ tốt.
Dé tài mạ kim loại trên chất dẻo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 46
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thầy Nguyễn Khương
Những năm gin đây để tạo lớp phủ có tính chống ăn mòn cao, chịu mài mòn
tốt người ta thường mạ 3 lớp. Lớp mạ niken 3 lớp được thực hiện theo 3 giai đoạn
+ Giai đoạn | : mạ một lớp nữa bóng bể dày 0,8 - 0,95 pm dùng dung dich
Watts.
+ Giai đoạn 2 : không nửa ma tiếp một lớp giữa. Trong lớp này có chứa 0,15 -
0,185 lưu huỳnh (s) làm tăng tính chịu ăn mòn của lớp phủ bể
day lớp này từ 1 - 2um.
Thành phần dung dịch : NiSO, : 260 — 180g/1
NiCl, : 40 -— 60g/1 H;BO: : 30 - 60g/1
P-aminobenzosulfamid 0,18 — 0,25g/1 Formalin (40%) : 0,6 - 1,0g/1
+ Gai đoạn 3 : Dùng dung dich mạ bóng niken mạ tiếp một lớp 0,25m Ngoài ra còn một loại lớp phủ 2 lớp với Ni mạnh
Lớp thứ nhất day 0,25um là lớp niken bóng hoặc nửa bóng, tiếp theo là lớp
niken bóng day Ipm trong lớp này có những hạt vô cơ nhỏ khoảng | - 3uum và không tan trong nước. Lớp tiếp theo là lớp mạ Crom.
Dung dịch niken mạnh có thể là :
NiSO4 : 250 — 280g/1 1,4butyldiol 100% : 0,2 - 0,3g/1 NiCl, : 40 - 60g/1 Saccarin : 0,7 - 1,2g/1
H;BO; : 30 - 40g/1 Cao lanh mịn hat | - 13pm : 0,3 — 2g/1
7.3.2/pha chế dung dịch :
- Rửa sạch bể mạ : rửa nước, xà phòng, rửa nước lại rồi rửa bằng H;SO,
5%, rửa lại bằng nước máy
- Nước dùng để pha chế dung dịch : nên dùng nước mưa lọc, nước cất hoặc nước máy tốt,
- Rót nước cất vào 2/3 bể, dun 70 - 80°C, kết hợp khuấy
- Cho lin lượt các hoá chất đã cân sin, khuấy cho đến khi dung dịch trong
xanh.
- Dùng axit HạSO, 3%, sút 3% điều chình đến pH cần đạt, thêm nước đến thể tích định mức.
7.3.3/Các sự cố , nguyên nhân và cách khắc phục khi mạ niken bóng :
: Nguyên nhân Cách khắc phục
Dé tài mạ kim loại trên chất dẻo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 41
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thầy Nguyễn Khương
(1) (2) fs)
- Các chất tạo bóng loại |- Thêm các chất tao
1 quá nhiều làm tăng | bóng loại 2
sức căng nội
- Trong dung dịch có - Điện phân dung dịch
nhiều chất hữu cơ với catot tấm thép sạch,
I, nhỏ
- pH dung dịch thấp - Tăng pH bằng NaOH
3%
- Nồng độ chất tạo bóng |- Tăng thêm chất tạo nhỏ bóng loại 1, loại 2.
- Nhiệt độ thấp dưới|- Tăng nhiệt độ lên
45°C 60°C
- Dung dịch bẩn do các |- Xử lý dung dịch bằng
chất hữu cơ và có kim | than hoạt tính hay điện
ai nang nhân liên tục I, nhỏ.
- Lớp mạ bóng nhưng giòn, tách dưới dang chảy
Lớp mạ mờ thu được từ dung dịch mạ bóng
- Dung dịch nhiễm |- Lọc dung dịch qua nhiều chất hữu cơ than hoạt tính
- Giảm I, xuống 3A/dm`
Natrilaurilsulfat
bọt không khí thời gian quá thấp 60°C
kim loai nén
đồng) bi châm kim a đồng trung gian.
không làm việc, hấp thu | không khí
một lượng lớn không khí Lớp mạ bóng nhưng
châm kim (pitting)
Dé tài mạ kim loại trên chất dẻo ABS - SVTH Cao Quang Hùng Trang 48
Luận văn tốt nghiệp Bộ môn hóa lý GVHD Thay Nguyễn Khương
fs) (2) f3 )
- Néng độ Ni”' quá nhỏ |- Do tỷ trọng, nếu tỷ
trọng thấp dưới 15°B
cần bổ sung NiSO,, dun
nóng cha tan hoàn toàn
để đạt tỷ trọng trên Khả năng phủ sâu và 20°B.
khả năng phân bố kim | - Thiếu Na;SO - Tăng thêm Na;SO
7.3.4/Anot niken:
Anot niken thường được đúc thành tấm dày 5 — 8mm, có mau xám sáng. Anot có thành phần sao cho quá trình điện phân không gây kết tủa, không tạo các hạt
rắn khó tan làm giảm chất lượng lớp mạ. Anot niken khi tan không rỗ mặt.
Anot niken nguyên chất khó tan, do hậu quả tạo thành lớp thụ động bên ngoài.
Để anot tan một cách bình thường người ta thêm vào anot niken một lượng nhỏ coban, cacbon, silic hoặc oxyt niken (1%) và sắt. Những chất độc đối với anot
niken là lưu huỳnh (S), đồng (Cu), kẽm (Zn).
Để hoạt động tốt (tan đều ,không thụ động, không gây kết tủa lơ lửng), trước khi mạ người ta thường ngâm anot niken trong dung dịch gầm 10 - 15% axit H;SO, và 7% axit HCI trong vài chục giờ. Nên dùng vải sợi tổng hợp để bọc anot
niken khi điện phân.
Các kết tủa lơ lửng do anot hoạt động không tốt gây ra, sẽ làm lớp mạ xà xi, tăng độ xốp, giảm chất lượng mạ. Diện tích bể mặt anot trong quá trình mạ phải
lớn hơn hay bằng bể mặt catot và phải được rửa thật sạch dầu mỡ, hợp chất hoá học và tẩy lớp gỉ bên ngoài.