GIỚI THIỆU CỘNG NGHỆ XI MẠ
Định nghĩa xi mạ
Xi mạ là quá trình tạo ra một lớp kim loại mỏng trên bề mặt vật liệu thông qua phương pháp điện kết tủa Lớp phủ này không chỉ cải thiện tính chất cơ lý hóa của vật liệu mà còn đáp ứng các yêu cầu cụ thể của người sử dụng.
Xi mạ là quá trình áp dụng lớp phủ kim loại lên bề mặt kim loại cơ bản, nhằm cải thiện các đặc tính của vật liệu Hoạt động này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại, giúp tăng cường tuổi thọ và độ bền của sản phẩm.
Trong công nghệ xi mạ, có ba lớp mạ phổ biến: lớp mạ kim loại, lớp mạ hợp kim và lớp mạ composite Mỗi lớp mạ này mang những tính năng khác nhau và đảm nhận vai trò riêng biệt, phù hợp với từng sản phẩm cụ thể.
Một số vật liệu mạ thông thường bao gồm:
• Mạ Vàng -Dùng trong đồ trang sức, đồ điện tử và các sản phẩm chống ăn mòn khác
• Mạ Crom - Hoàn thiện xử lý bằng cách sử dụng điện phân lắng crom
• Mạ Thiếc - Được sử dụng rộng rãi để bảo vệ bề mặt sắt và không chứa sắt
• Mạ Rhodium -Thỉnh thoảng được sử dụng trên vàng, bạc hoặc đồng trắng, và các hợp kim của nó
• Mạ Niken - So với mạ cadmium thì mạ này cứng hơn, nhưng thấp hơn ăn mòn kháng, bôi trơn và khả tính dẻo
Phân loại xi mạ
Ngày nay, ngành xi mạ được áp dụng rộng rãi nhờ vào khả năng chống ăn mòn hiệu quả của lớp phủ trên nền kim loại Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, người ta có thể lựa chọn giữa các phương pháp xi mạ khác nhau như mạ điện, mạ hóa học và mạ nhúng nóng.
Mạ điện là quá trình tạo ra lớp kim loại trên bề mặt vật liệu, mang lại các đặc tính cơ, lý và hóa đáp ứng yêu cầu sử dụng Để đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất trong sản xuất, chỉ những công nghệ mạ ổn định và bền vững theo thời gian mới được áp dụng.
Mạ điện là một phương pháp quan trọng được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp nhằm chống ăn mòn, phục hồi kích thước, trang trí, và cải thiện các tính chất như độ cứng, dẫn điện, và dẫn nhiệt Vật liệu nền có thể là kim loại, hợp kim, hoặc thậm chí là chất dẻo, gốm sứ, hay composite Lớp mạ không chỉ giới hạn ở kim loại và hợp kim mà còn có thể bao gồm các composite kim loại-chất dẻo hoặc kim loại-gốm Việc lựa chọn vật liệu nền và lớp mạ phụ thuộc vào trình độ công nghệ, các tính chất mong muốn của lớp mạ, và chi phí sản xuất.
Xu hướng chung là dùng vật liệu nền rẻ, có sẵn, còn vật liệu mạ đắt, quý hiếm hơn nhưng chỉ là lớp mỏng bên ngoài.
Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm (cathode) và kim loại mạ gắn với cực dương (anode) của nguồn điện trong dung dịch điện môi Cực dương sẽ hút electron trong quá trình oxi hóa, giải phóng ion kim loại dương Dưới tác dụng của lực tĩnh điện, các ion dương di chuyển về cực âm, nơi chúng nhận electron trong quá trình oxi hóa – khử, hình thành lớp kim loại trên bề mặt vật được mạ Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và thời gian mạ.
Quá trình mạ cần dung dịch điện ly, điện cực và nguồn thế một chiều Khi nhúng kim loại vào dung dịch điện ly ta được điện cực
Ion kim loại M n+ trong dung dịch đến bề nặt cathode (vật mạ) thực hiện phản ứng tổng quát sau để thành kim loại M kết tủa lên vật mạ:
M n+ có thể ở dạng ion đơn hydrat hóa hoặc ở dạng ion phức
Anode thường là kim loại cùng loại với lớp mạ, khi đó phản ứng anode chính là sự hòa tan nó thành ion M n+ đi vào dung dịch:
Quá trình điện hóa trong mạ dựa trên sự điện ly, theo thuyết Arrhenius, là quá trình phân ly thuận nghịch của các chất có liên kết ion hoặc liên kết nguyên tử phân cực mạnh thành cation và anion trong dung dịch hoặc muối nóng chảy Để mạ thành công, cần gia công đúng kỹ thuật cho cathode, chọn vật liệu anode phù hợp, xác định thành phần dung dịch mạ, mật độ dòng điện và các điều kiện điện phân khác.
Về lớp mạ, có thể chọn dùng các chủng loại lớp mạ sau:
• Lớp mạ kim loại: Các kim loại Cr, Ni, Zn, Sn, Cu, Pb, Cd, Ag, Au và Pt.
• Lớp mạ hợp kim: Cu-Ni, Cu-Sn, Pb-Sn, Sn-Ni, Ni-Co, Ni-Cr và Ni-Fe.
• Lớp mạ composit: Các hạt rắn nhỏ và phân tán như Al2O3, SiC, TiO2, SiO2, kim cương, graphit,…
Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ dung dịch, tạp chất, phụ gia, độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng vật mạ, anode và chế độ thủy động của dung dịch Để kiểm soát chất lượng lớp mạ, cần đồng thời quản lý dung dịch mạ và phương pháp mạ Dải mật độ dòng điện thích hợp là yếu tố quan trọng nhất, giúp đạt được lớp mạ bóng, không gai, nhám và có cấu trúc đồng đều.
Để đạt được lớp mạ dày đồng đều, điện thế tại mọi điểm trên cathode cần phải đồng nhất Do đó, việc sử dụng anode phụ với chất liệu như titan hoặc titan mạ bạch kim và có hình dạng đặc biệt là cần thiết Anode phụ này được đặt vào dung dịch ở những vị trí chiến lược nhằm tăng cường mật độ dòng điện cục bộ trên cathode, đặc biệt là ở những điểm có mật độ dòng điện thấp Đối với những khu vực có xu hướng mạ dày hoặc mật độ dòng điện quá cao, cần bổ sung cathode phụ hoặc sử dụng các tấm chắn cách điện để điều chỉnh dòng điện trong dung dịch.
Dung dịch mạ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định năng lực và chất lượng mạ, bao gồm tốc độ mạ, chiều dày tối đa và loại sản phẩm mạ Thông thường, dung dịch mạ là một hỗn hợp phức tạp, bao gồm các ion kim loại mạ và các chất phụ gia khác.
Vật cần mạ Bụi, gỉ
Làm sạch bằng hóa học và điện hóa
NaOH, HCl, H2SO4 Hơi acid
Tẩy dầu mỡ Hơi dung môi
Nước thải chứa dầu mỡ
Dung môi Bụi kim loại
NaCN Chất làm bóng NaOH
Mật độ dòng điện cathode Dc là yếu tố quan trọng trong quá trình mạ, thường yêu cầu dải mật độ dòng điện thích hợp thấp hơn nhiều so với mật độ dòng điện giới hạn Để nâng cao tốc độ mạ Dc cho một dung dịch nhất định, cần tìm cách tăng Dgh của nó lên.
Khuấy dung dịch giúp tăng cường chuyển động tương đối giữa cathode và dung dịch, cho phép sử dụng mật độ dòng điện Dc cao hơn, từ đó tăng tốc độ mạ Ngoài ra, việc khuấy còn giúp bọt khí hydro dễ dàng tách khỏi bề mặt điện cực, đồng thời làm đều pH và nhiệt độ trong toàn bộ dung dịch cũng như gần khu vực điện cực.
Có hai phương pháp khấy: chuyển động cathode và chuyển động dung dịch Một phương pháp đặc biệt là mạ bằng dòng điện đổi chiều với dạng sóng vuông, cho phép vật mạ không cần được đắp liên tục Trong quá trình này, vật mạ có thể được kết nối thành anode theo tần số và thời gian xác định, giúp loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt kết tủa, làm mới bề mặt và phục hồi nồng độ ion gần điện cực.
Anode thường được chế tạo từ kim loại với lớp mạ, nhằm duy trì nồng độ ion kim loại trong dung dịch ổn định Hiệu suất dòng điện của anode và cathode cần phải bằng nhau trong suốt thời gian hoạt động của anode.
Mạ hóa học là phương pháp khử hóa học, trong đó ion kim loại được chuyển đổi thành kim loại từ dung dịch muối thông qua các chất khử Quá trình này cần có điện tử được cung cấp bởi các chất khử hóa học.
Ví dụ: mạ Niken, natri hypophosphite được dùng làm tác nhân khử.
Mạ nhúng nóng là quy trình trong đó vật liệu được mạ được ngâm trong bể chứa kim loại nguyên chất đã được nấu chảy ở nhiệt độ cao, giúp kim loại mạ bám chắc vào bề mặt vật liệu.
1.4 Ứng dụng của xi mạ
Xi mạ kim loại được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đồ gia dụng, ô tô, máy bay, trang sức và thiết bị y khoa Với khả năng chống mòn và tăng độ cứng, xi mạ không chỉ nâng cao độ bền cho sản phẩm mà còn đảm bảo chất lượng phục vụ nhu cầu đời sống con người.
Ứng dụng của xi mạ
Xi mạ kim loại được sử dụng rộng rãi cho nhiều sản phẩm như đồ gia dụng, ô tô, máy bay, trang sức và thiết bị y tế Nhờ vào khả năng chống mòn và tăng cường độ cứng, xi mạ giúp nâng cao độ bền cho vật liệu, từ đó tạo ra những sản phẩm chất lượng phục vụ cho cuộc sống hàng ngày của con người.
Lớp xi mạ bảo vệ kim loại khỏi ảnh hưởng tiêu cực của môi trường, giúp duy trì màu sắc và độ bền của sản phẩm trong thời gian dài Điều này không chỉ nâng cao tuổi thọ của đồ dùng mà còn giúp tiết kiệm chi phí sinh hoạt đáng kể.
Ứng dụng công nghệ xi mạ trong sản xuất và chế tạo đã tạo ra những sản phẩm hoàn hảo về thẩm mỹ và chất lượng Quan trọng là, tùy thuộc vào tính chất và mục đích sử dụng, chúng ta có thể lựa chọn lớp phủ xi mạ phù hợp để đáp ứng yêu cầu cụ thể.
XI MẠ NIKEN
Giới thiệu chung về xi mạ niken
Niken (Ni) là kim loại trắng bạc, dễ dàng trong việc cán, dát rèn và đánh bóng Độ cứng của lớp mạ Niken phụ thuộc vào thành phần dung dịch và điều kiện mạ, với độ cứng lớp mạ Niken mờ dao động từ 2500 đến 4000 Mpa và lớp mạ Niken bóng từ 4500 đến 5000 Mpa Giới hạn bền của Niken nằm trong khoảng 400-500 Mpa, với độ dãn dài tương đối đạt 40% Niken có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nhất trong các vật liệu từ, giữ tính sắt từ đến 358 °C và có điện trở riêng là 0,07.10^6 ohm.m Khả năng phản xạ ánh sáng của Niken đạt 58-62%, trọng lượng riêng là 8,9 g/cm^3, nhiệt độ nóng chảy là 1452 °C, và có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 650 °C Tuy nhiên, lớp mạ Niken thường có độ cứng cao và giòn, đặc biệt khi được nung nóng.
900 0 C sẽ lại mềm và dẻo trở lại.
Niken có trọng lượng nguyên tử là 58,70 và thường xuất hiện với hóa trị +2 hoặc +3 trong các hợp chất Bề mặt Niken trong khí quyển được bao phủ bởi một lớp oxit trong suốt, giúp bảo vệ nó khỏi sự ăn mòn Niken có độ bền cao trong nước tự nhiên, nước cất và nước chảy, nhưng lại dễ bị ăn mòn trong môi trường nước biển.
Niken có khả năng hấp phụ khí lớn, làm giảm cơ tính của lớp mạ Nó có thể mạ lên nhiều vật liệu như Fe, Cu, Ti, Al và cả vật liệu phi kim như gốm sứ, thủy tinh, chất dẻo Điện thế tiêu chuẩn của Niken là -0,25V, và trong mọi môi trường, Niken đóng vai trò là lớp mạ cathode cho Fe Để bảo vệ sắt thép khỏi tác động của môi trường, lớp mạ Niken phải kín, không có châm kim hay lỗ xốp Tuy nhiên, lớp mạ Niken mỏng thường có độ xốp cao, đặc biệt là lớp mạ bóng, tạo ra những ổ ăn mòn khi hơi ẩm ngưng tụ Để đảm bảo lớp mạ Niken hoàn toàn kín, chiều dày cần đạt từ 20-30 micromet.
Niken là một kim loại quý hiếm và đắt đỏ, vì vậy cần tiết kiệm khi sử dụng Để giảm chiều dày, thường áp dụng phương pháp mạ lót đồng Nếu không có bể mạ đồng xyanua, có thể mạ một lớp Niken mỏng (2-3 micromet) lên bề mặt sắt thép, sau đó mạ đồng từ dung dịch sulfate để đạt được chiều dày mong muốn, và cuối cùng là mạ thêm lớp Niken Hệ mạ liên hợp này cung cấp khả năng bảo vệ sắt thép tốt hơn so với lớp mạ Niken đơn có cùng chiều dày, do lớp Niken đơn có nhiều lỗ xốp hơn, dễ bị xuyên thủng.
Tính chất điện hóa của Niken với lớp đồng lót đã thay đổi đáng kể, trong cặp Cu-Ni, Niken trở thành điện cực hòa tan, dẫn đến hiện tượng mờ dần và ăn mòn trong môi trường ẩm Để khắc phục nhược điểm này, việc mạ thêm lớp crom mỏng (0,3-0,5 micromet) lên bề mặt là cần thiết Lớp mạ ba lớp Cu-Ni-Cr không chỉ bảo vệ mà còn tạo tính thẩm mỹ, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Độ dày của lớp mạ Niken phụ thuộc vào điều kiện làm việc và thời gian sử dụng của sản phẩm.
Mạ Niken từ dung dịch muối đơn có những đặc điểm nổi bật so với các kim loại khác Ion kim loại Niken khó phóng điện trên cathode, trong khi đó, khí hydro lại dễ dàng thoát ra Điều này dẫn đến các hiện tượng đặc trưng trong quá trình mạ.
Ni 2+ và H + cùng phóng điện đồng thời.
Trong dung dịch ion Ni 2+, các phân tử nước lưỡng cực bao quanh ion Niken, khiến việc phóng điện trên cathode trở nên khó khăn do cần nhiều năng lượng để khử hydrat Khi nồng độ ion H+ cao (pH dưới 1-2), Niken không thể kết tủa và chỉ có khí hydro thoát ra, dẫn đến hiệu suất dòng điện cathode rất thấp Khi pH tăng lên, phản ứng phóng điện của hydro trở nên khó khăn hơn, tạo điều kiện cho Niken và hydro phóng điện đồng thời, từ đó nâng cao hiệu suất dòng điện thoát kim loại trên cathode Tuy nhiên, pH không nên quá cao vì có thể dẫn đến sự thủy phân ion Niken thành các hạt rắn Niken hydroxit hay Niken oxit, gây ra các vấn đề như lỗ xốp và điểm đen trên lớp mạ Đồng thời, pH quá cao cũng có thể tạo ra kết tủa màu lục từ các muối Niken khó tan Do đó, cần có chất đệm trong dung dịch mạ Niken để ổn định pH ở mức quy định.
Hiện tượng rỗ (pitting) xảy ra khi bọt khí hydro bám lâu trên bề mặt cathode, che khuất điểm đó và ngăn cản quá trình phóng điện của Niken Các khu vực xa điểm che khuất vẫn được mạ bình thường, dẫn đến việc hình thành các lỗ thủng, xốp, và rỗ sau khi mạ, làm giảm tính thẩm mỹ và khả năng bảo vệ của lớp mạ Niken Để khắc phục tình trạng này, trong dung dịch mạ Niken cần sử dụng chất chống rỗ, giúp giảm sức căng bề mặt, đảm bảo cathode luôn được thấm ướt đồng đều, ngăn chặn bọt khí bám lên bề mặt.
Chế độ mạ ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất dòng điện cathode và tính chất cơ lý của lớp mạ Niken.
Tăng mật độ dòng điện mạ sẽ nhanh hơn, nhưng vượt quá ngưỡng cho phép sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện, lớp mạ cứng, giòn, bị cháy.
Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng hiệu suất dòng điện.
Khuấy dung dịch làm tăng hiệu suất dòng điện, chống pitting nhưng lại dễ làm vẩn đục dung dịch, gây nhám gai.
Để đạt được công nghệ mạ tốt, cần thực hiện mạ ở nhiệt độ cao, lọc sạch dung dịch liên tục, đồng thời khuấy và đối lưu mạnh mẽ dung dịch Ngoài ra, nồng độ ion Niken phải cao và pH cần được duy trì ở mức tương đối thấp.
Mạ Niken thường gặp hiện tượng anode bị thụ động, cần khử thụ động bằng cách thêm ion Cl- (NaCl4, NiCl2) vào dung dịch, giúp phóng điện thành clo và làm tan màng thụ động Nồng độ ion Cl- phải được duy trì trong giới hạn cho phép; nếu anode hoạt động bình thường, bề mặt sẽ nhám và có màu xám, còn khi hoàn toàn thụ động, bề mặt trở nên nhẵn và màu vàng nâu, với khí oxy thoát ra ở cạnh Hiện nay, để chống thụ động anode, người ta chế tạo anode hoạt tính chứa lưu huỳnh dễ tan và tăng diện tích anode bằng cách sử dụng các dạng anode như bi, mảnh nhỏ, hoặc viên dẹt.
Dung dịch mạ
2.2.1 Thành phần dung dịch mạ
Muối Niken là thành phần chính trong dung dịch mạ Niken, cung cấp ion Ni 2+ cần thiết cho quá trình mạ Thông thường, muối này có thể là Niken sulfate hoặc Niken sulfamate.
• Chất chống thụ động anode
Để cải thiện quá trình hòa tan của anode, thường sử dụng hợp chất clo như natri chloride và niken chloride, với hàm lượng natri chloride khoảng 7 - 20 g/l Ion natri có tác dụng giảm giới hạn trên của mật độ dòng điện, do đó khi mạ niken nhanh, niken chloride là lựa chọn ưu tiên Trong nhiều trường hợp, muối bromide cũng có thể được sử dụng thay thế.
Làm ổn định trị số pH là acid boric Hàm lượng của nó trong khoảng 30-
Nồng độ acid boric trong dung dịch nên duy trì từ 20 g/l đến 31 g/l để đảm bảo hiệu quả làm đệm, tránh nồng độ quá cao do độ hòa tan tối đa khoảng 40 g/l ở nhiệt độ thường Acid boric giúp ổn định pH, ngăn không cho pH tăng cao, điều chỉnh pH trong lớp dung dịch sát cathode nơi ion H+ phóng điện thành khí H2, từ đó ngăn chặn sự hình thành Niken hydroxide kết tủa trên lớp mạ, cải thiện tính năng lớp mạ và nâng cao phân cực cathode Đối với dung dịch có pH thấp, chất đệm NaF sẽ là lựa chọn phù hợp hơn.
Một số dung dịch chứa ion NH4+ giúp ngăn chặn quá trình thủy phân muối Niken, giữ cho dung dịch trong suốt ở pH 6,6 – 7, trong khi quá trình này chỉ bắt đầu ở pH 7,6 trở lên Lớp mạ thu được từ dung dịch này có độ cứng cao hơn so với bình thường.
Natri lauryl sulfate là chất chống châm kim hiệu quả, giúp giảm sức căng bề mặt và tạo điều kiện cho bọt khí hiđrô thoát ra dễ dàng, từ đó ngăn ngừa hiện tượng châm kim Tuy nhiên, nếu pH của dung dịch cao, natri lauryl sulfate sẽ kết hợp với Niken, tạo ra chất kết tủa không hòa tan và dẫn đến tiêu hao lớn Ngược lại, ở pH thấp, mức tiêu hao của nó sẽ giảm Để khắc phục tình trạng này, cần lọc qua than hoạt tính, nhưng natri lauryl sulfate sẽ bị hấp phụ hoàn toàn và cần phải bổ sung thêm.
Mạ Niken mờ, thường dùng chất chống châm kim là H2O2 Lượng dùng 1
- 3 ml H2O2 3% Nhưng H2O2 phân hủy nhanh, phải thường xuyên bổ sung.để làm chất chống thụ động anode.
2.2.2 Các dung dịch mạ Niken
Bể mạ Niken Watts là phương pháp phổ biến và quan trọng nhất trong ngành mạ Niken, được nghiên cứu và cải tiến nhiều nhất Dung dịch Clorua cũng được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm và đặc điểm riêng biệt của nó Ngoài ra, một số dung dịch khác như sulfamate và floborat cũng có ứng dụng nhưng ít phổ biến hơn, thường dành cho các trường hợp đặc biệt như lớp mạ dày hoặc mạ đúc Tuy nhiên, các dung dịch kiềm không mang lại hiệu quả tốt cho việc mạ Niken.
Trong số các dung dịch mạ, dụng dịch sulfate là rẻ nhất, có sẵn và có thể mạ cho nhiều trường hợp khác nhau.
Hầu hết các lớp mạ Niken được tạo ra từ dung dịch Niken sulfate có chứa một lượng nhỏ Clorua Bể mạ Niken Watts là ví dụ điển hình cho loại dung dịch này, với công thức ban đầu do Watts đề xuất.
Sau nhiều cải tiến để đáp ứng các yêu cầu cụ thể, bể mạ Watts hiện nay bao gồm nhiều dung dịch với nồng độ các thành phần dao động trong khoảng rộng, được trình bày trong bảng dưới đây.
Niken sulfate là nguồn cung cấp chính ion Ni 2+ cho dung dịch, với độ tan cao lên đến 570 g/l ở 50°C Nó có giá thành hợp lý, dễ tìm và bảo quản Trong dung dịch đậm đặc, các ion mang điện trái dấu dễ kết hợp, làm giảm nồng độ ion tự do và hoạt động của chúng Hoạt độ của ion Ni 2+ trong dung dịch mạ được xác định bởi nồng độ muối Niken, độ phân ly và nồng độ các thành phần khác Nếu nồng độ Ni 2+ tự do quá thấp, lớp mạ dễ bị chảy và giới hạn mật độ dòng điện sẽ thấp Do đó, trong công nghiệp, cần sử dụng nồng độ Niken sulfate cao để đảm bảo hiệu quả.
Ion Cl - có hai chức năng: giúp anode dễ tan và tăng hệ số khuếch tán cho
Ni 2+ có vai trò quan trọng trong việc tăng cường mật độ dòng điện giới hạn Theo các tính toán, mật độ dòng điện giới hạn của dung dịch NiCl2 1M cao gần gấp đôi so với dung dịch NiSO4.
1M) Có thể dùng NaCl để cung cấp ion Clorua thay cho NiCl2.H2O để giảm tiết kiệm chi phí.
Acid boric được sử dụng như một chất đệm để duy trì pH ổn định trong dung dịch Trong quá trình điện phân, khí H2 được sinh ra ở cực âm, dẫn đến sự tăng pH và hình thành kết tủa, có thể gây hại cho lớp mạ.
H3BO3 → H2BO3 - + H + Dung dịch mạ Niken sulfate có ưu điểm chính sau:
- Dung dịch đơn giản, vận hành bảo quản dễ dàng.
- Niken sulfate dễ làm sach đến mức độ cao.
- Niken sulfate có giá thành thấp hơn Niken clorua và các muối Niken khác.
- Bể mạ Niken sulfate t bị ăn mòn hơn.
- Lớp Niken mạ từ dung dịch sulfate ít giòn hơn và có ứng suất nội thấp.
Có 2 loại dung dịch mạ Niken clorua: dung dịch hỗn hợp clorua – sulfate và dung dịch thuần túy clorua Đặc điểm chung của hai loại này là độ dẫn điện lớn, khả năng phủ tốt và mật độ dòng điện cao.
Phân bố dòng điện trên bề mặt cathode trong dung dịch clorua có ưu điểm:
- Mật độ dòng điện tại mọi điểm (điểm lòi và điểm lõm) như nhau.
- Độ hòa tan của anode lớn.
Dung dịch mạ clorua rất lý tưởng cho việc mạ các vật thể có hình dạng phức tạp nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó Lớp mạ này có khả năng thẩm thấu sâu vào các khe hẹp và những bề mặt khó tiếp cận, đảm bảo độ phủ hoàn hảo cho sản phẩm.
Tuy nhiên, cách mạ sử dụng dung dịch Clorua gặp bất lợi riêng của nó là:
- Cần dùng dòng điện có cường độ rất lớn trong một thời gian ngắn.
- Ăn mòn thiết bị mạnh hơn dung dịch sulfate
- Dung dịch muối Niken clorua đắt hơn, nhiều tạp chất hơn, khó bảo quản, dễ bị chảy rữa hơn muối Niken sulfate
2.2.2.3 Một số dung dịch mạ khác a) Dung dịch sulfamate
- Thành phần: muối Niken sulfamate Ni(NH2SO3)2
Để tạo ra anode dễ tan, có thể thêm ion clorua vào dung dịch với liều lượng nhỏ Tuy nhiên, nếu liều lượng quá nhiều sẽ dẫn đến tăng ứng suất nội Trong trường hợp này, cần sử dụng thêm phụ gia hữu cơ để cân bằng, thường là acid naphtalen 1,3,6-trisulfonic hoặc paratoluolsulfamit.
Ion bromua có thể thay thế ion clorua thông qua dung dịch Niken bromua 18% với tỷ lệ từ 45 - 67 g/ml Việc sử dụng ion bromua không chỉ tăng cường độ dẫn mà còn giữ nguyên chất lượng của lớp mạ.
- Điều kiện làm việc: pH từ 3 – 4, nhiệt độ từ 30 – 50 0 C Nếu nhiệt độ vượt quá 60 0 C, Niken sulfamate dễ bị phân hủy.
Nhược điểm của dung dịch Niken sulfamate: Ion SO4 2- làm tăng ứng suất nội, làm đen và giòn lớp mạ, Niken sulfamate đắt hơn Niken sulfate rất nhiều.
- Khi pha chế dung dịch phải tiến hành ở nhiệt độ thấp.
- Dùng hóa chất tinh khiết và lọc liên tục trong khi mạ. b) Dung dịch floborat:
Thành phần chủ yếu của dung dịch là Niken floborat Ni(BF)4 và một ít acid floboric có pH 2 – 3,5
Hàm lượng Niken trong dung dịch này khá cao (120 g/l) và cao hơn so với Niken sulfate Tính chất của dung dịch này khá giống với dung dịch Niken sulfate
- Khả năng phủ sâu kém.
- Nồng độ acid boric cao có thể gây kết tủa ion Ni 2+ , làm giảm hoạt độ của ion.
Ngoài ra còn một số loại dung dịch mạ khác như: dung dịch flosilicat, dung dịch kiềm, dung dịch pyrophotphat, dung dịch phức chất,
Qui trình mạ Niken
Xử lý bề mặt là quá trình gia công cần thiết cho vật liệu, đặc biệt là thép, trước khi thực hiện mạ Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của vật liệu nền, ảnh hưởng đến độ dày, tính chất xốp và kín của lớp mạ Để đảm bảo lớp mạ đạt tiêu chuẩn, cần thực hiện các bước làm sạch bề mặt kim loại, bao gồm tẩy gỉ, tẩy dầu và hoạt hóa bề mặt trước khi mạ Niken.
Mục đích của tẩy gỉ là loại bỏ hoàn toàn gỉ, oxide, chất bẩn và khuyết tật trên bề mặt vật liệu Có hai phương pháp tẩy gỉ cho thép, bao gồm phương pháp cơ học và phương pháp hóa học - điện hóa.
Gia công cơ học bao gồm các phương pháp như mài bóng, sóc bóng, quay bóng, phun cát và chải Trong đó, sóc bóng và quay bóng là hai phương pháp hiệu quả để tẩy gỉ cho nhiều vật liệu cùng lúc.
Mài bóng là quá trình gia công bề mặt kim loại bằng dụng cụ tự động hoặc bán tự động, sử dụng phớt mài bóng hoặc dây đai kết hợp với hạt mài Quy trình này giúp loại bỏ gỉ, oxide, bụi bẩn và các khuyết tật, từ đó đạt được độ nhẵn và độ bóng mong muốn cho bề mặt thép.
• Xóc bóng và quay bóng.
Phương pháp đánh bóng chi tiết nhỏ giúp tiết kiệm sức lao động hiệu quả Quá trình xóc bóng hoặc quay bóng kết hợp với các hạt mài như bi sứ, bi thép, và vụn đanh tạo ra sự cọ sát giữa các chi tiết và nguyên liệu, từ đó làm cho bề mặt trở nên nhẵn bóng.
Phun cát là phương pháp hiệu quả trong việc làm sạch bề mặt chi tiết bằng cách nén và thổi cát để loại bỏ tạp chất Phương pháp này không chỉ được áp dụng cho các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao mà còn phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp Ngoài ra, phun cát còn được sử dụng để xử lý bề mặt trước khi thực hiện các quy trình như mạ, oxi hóa và phốt phát hóa.
Chải được thực hiện trên máy quay hai đầu trục với bàn chải gắn liền, sử dụng tính đàn hồi của các sợi dây kim loại để loại bỏ lớp gỉ Bàn chải thường được chế tạo từ dây thép, dây đồng thiếc, dây đồng kẽm hoặc lông Ngoài ra, còn có phương pháp hóa học để xử lý gỉ sét.
Chất gỉ trên bề mặt kim loại, đặc biệt là thép, chủ yếu bao gồm các hợp chất như FeO, Fe3O4, Fe2O3 và hydroxide của sắt (II) và (III) Để loại bỏ gỉ, phương pháp tẩy gỉ hóa học thường sử dụng acid loãng như H2SO4 hoặc HCl, hoặc hỗn hợp của chúng Tuy nhiên, trong quá trình tẩy gỉ, kim loại nền cũng bị hòa tan, dẫn đến việc giải phóng khí H2, điều này có thể làm giảm độ bền của lớp mạ Một phương pháp khác là tẩy gỉ bằng phương pháp điện hóa.
Tẩy gỉ điện hóa dựa trên phản ứng ở điện cực để tách lớp gỉ trên bề mặt chi tiết tẩy gỉ điện hóa có thể ở cathode hoặc anode.
• Tẩy gỉ anode: gỉ bị hòa tan điện hóa, đồng thời bị tơi ra do tác dụng cơ học của khí oxy sinh ra trên vật tẩy:
Tẩy anode được dùng cho thép carbon, thép hợp kim thấp và cho vật có hình dạng đơn giản.
• Tẩy cathode: sẽ có hydrogen sinh ra trên vật tẩy:
Phản ứng H + H tạo ra H2↑, trong đó nguyên tử hydro khử một phần oxide thành kim loại Bọt khí hydrogen giúp làm tơi lớp gỉ, dễ dàng bong ra Tẩy cathode chủ yếu áp dụng cho thép carbon, không nên sử dụng cho niken và crom Cần lưu ý không tẩy cathode quá lâu để tránh tình trạng giòn do hydro.
Trên bề mặt chi tiết mạ thường tồn tại các loại dầu mỡ bôi chống gỉ hoặc thuốc đánh bóng Dầu được phân thành hai loại: dầu mỡ có thể xà phòng hóa như dầu mỡ động vật và thực vật, và dầu mỡ không xà phòng hóa như dầu mỏ, dầu máy, dầu điêzen, vadowlin, và parafin.
Phương pháp tẩy dầu thường dùng: tẩy dầu dung môi hữu cơ, tẩy dầu hóa học, tẩy dầu điện hóa.
Hoạt hóa bề mặt là quá trình quan trọng giúp lớp mạ bám chắc và đều hơn vào vật liệu, tăng cường khả năng bám dính Đối với một số loại nền vật liệu, giai đoạn này không chỉ thúc đẩy sự bám dính nhanh chóng mà còn nâng cao chất lượng của lớp mạ.
Hoạt hóa bề mặt kim loại là quá trình loại bỏ lớp oxide mỏng không nhìn thấy, hình thành trong quá trình gia công tại xưởng mạ, nhằm làm lộ cấu trúc kim loại nền và cải thiện độ bám dính của lớp mạ Quá trình này chỉ nên thực hiện ngay trước khi nhúng vật vào bể mạ, có thể sử dụng phương pháp hóa học hoặc điện hóa Đối với thép mạ Niken, hoạt hóa điện hóa là phương pháp được ưa chuộng, sử dụng dung dịch H2SO4 với nồng độ 750±50g/l, mật độ dòng điện từ 5-10A/dm², hiệu điện thế 10-12V, trong khoảng thời gian 0,5-1 phút ở nhiệt độ phòng.
Để ngăn chặn tình trạng gỉ sét xảy ra nhanh chóng trên vật liệu thép sau khi tẩy gỉ, việc thụ động tạm thời là cần thiết Quá trình này được thực hiện bằng cách ngâm thép trong dung dịch chứa NaNO2 (5-10 g/l) và Na2CO3 (2-4 g/l) ở nhiệt độ 65-75 độ C trong khoảng thời gian từ 0,5 đến 1 phút.
Sau khi làm sạch và hoạt hóa, vật liệu được đưa vào bể mạ nicken Tùy thuộc vào tính chất và công dụng, các phương pháp xi mạ sẽ khác nhau, nhưng cấu tạo và quá trình diễn ra ở các điện cực vẫn giống nhau Anode được làm từ các tấm niken kim loại, trong khi vật liệu mạ được gắn vào cathode, và khi dòng điện được cung cấp, quá trình mạ sẽ diễn ra.
Tại điện cực cathode nối vật vật liệu cần mạ xảy qua quá trình khử ion
Ni 2+ thành Ni kim loại bám lên bề mặt vật liệu.
Ion Ni²⁺ trong dung dịch khó bị khử trên điện cực cathode do hiện tượng hydrate hóa, khi các ion Ni²⁺ bị bao quanh bởi các phân tử H₂O Để quá trình khử ion diễn ra, cần một năng lượng lớn để giải phóng ion ra khỏi lớp vỏ hydrate, trong khi H⁺ dễ dàng bị khử hơn Do đó, tại điện cực cathode thường xảy ra hiện tượng thoát khí hydrogen từ cặp H⁺/H₂ với thế E⁰ = 0V, cùng với kích thước nhỏ của ion H⁺ giúp chúng thoát khỏi lớp hydrate dễ dàng hơn Khi môi trường có pH thấp từ 1-2, hầu như không thu được Ni kim loại bám vào vật liệu mà chỉ có khí hydrogen thoát ra.
Các phương pháp mạ Niken…
Mạ Niken, hay còn gọi là mạ Niken mờ, là lớp mạ bảo vệ được sử dụng phổ biến để mạ lót đồ trang sức, thiết bị quang học và máy ảnh.
Lớp mạ Ni mờ có bề mặt không nhẵn, dễ bám bẩn và khó làm sạch khi bị hoen ố Để khắc phục tình trạng này, người ta thêm một lượng nhỏ chất san bằng vào bể điện phân, giúp lớp mạ trở nên nhẵn mịn và khó bám bẩn hơn.
Mạ không sử dụng phụ gia và độ mờ của lớp mạ phụ thuộc vào độ nhẵn của kim loại nền cùng với độ dày lớp Niken Khi mạ lên bề mặt kim loại nhẵn bóng, lớp mạ mỏng sẽ có bề mặt mờ nhưng vẫn sáng Độ sáng sẽ giảm khi độ dày lớp Niken tăng, cho đến khi lớp mạ trở nên hoàn toàn mờ Nếu kim loại nền đã có độ mờ sẵn, lớp mạ Niken sẽ mờ đồng đều ngay cả khi lớp mạ còn mỏng.
Việc mạ lớp Niken mờ đồng đều trên bề mặt lớn gặp nhiều khó khăn do sự xuất hiện của tạp chất hữu cơ, làm cho lớp mạ có tinh thể nhỏ và sáng lên ở một số điểm Mật độ dòng điện không đồng đều tại các vị trí khác nhau dẫn đến sự khác biệt về màu sắc, độ sáng và độ mờ Các góc cạnh và điểm lồi thường có mật độ dòng điện cao, nên lớp mạ thường bóng hơn, trong khi các chỗ lõm, khuất và rãnh lại có mật độ dòng điện thấp, khiến lớp mạ trở nên mờ hơn.
Mạ Niken mờ thường sử dụng dung dịch Watts loãng hoặc dung dịch cao clorua Để đảm bảo bề mặt lớp mạ Niken có độ đồng đều cao, cần loại bỏ hoàn toàn tạp chất trong dung dịch, không sử dụng chất thấm ướt để tránh tạo ra các điểm sáng hay bóng cục bộ Việc lọc dung dịch liên tục qua than hoạt tính và loại bỏ tạp chất kim loại dương hơn bằng phương pháp lọc điện hóa là cần thiết, nhằm kết tủa chúng ở mật độ dòng điện nhỏ trong một bể riêng.
Để đạt được bề mặt lớp mạ mờ đồng đều ở nhiều độ dày khác nhau, việc làm mờ bề mặt nền trước khi mạ là rất quan trọng Có thể áp dụng các phương pháp như cơ học, hóa học hoặc điện hóa để làm mờ bề mặt Ví dụ, làm mờ nền thép có thể thực hiện bằng cách phun cát, mài đá bọt, xóc cát ướt, hoặc phun hạt kim loại Ngoài ra, tẩy mờ điện hóa trong dung dịch acid sunfuric hoặc hỗn hợp các acid cũng là một lựa chọn, tuy nhiên, hiệu quả không cao bằng các phương pháp cơ học.
Thành phần dung dịch và chế độ công nghệ mạ Niken mờ
C12H25SO4Na pH Nhiệt độ (°C)
Mật độ dòng điện (A/dm 2 )
- Chế độ 1: Mạ Niken nồng độ thấp, dùng để mạ lót
- Chế độ 2: Mạ Niken nồng độ trung bình
- Chế độ 3: Mạ Niken nhanh, nồng độ cao
- Chế độ 4: Mạ Niken thông thường.
Mạ Niken bóng trực tiếp từ bể mạ là một bước đột phá quan trọng trong ngành công nghiệp, loại bỏ hoàn toàn công đoạn đánh bóng sau khi mạ Công nghệ này mang lại lợi ích vượt trội về kỹ thuật và kinh tế, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất Hiện nay, mạ Niken bóng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất ô tô, xe máy, điện tử, đồ gia dụng và nhiều ngành công nghiệp khác.
Hiện nay, mạ Niken bóng được hiểu là mạ Niken với độ bóng cao và bề mặt mịn màng Để đảm bảo các sản phẩm mạ điện đáp ứng tiêu chuẩn thương mại, nhiều loại phụ gia hữu cơ được sử dụng trong quá trình mạ.
Trong quá trình mạ Niken, các chất phụ gia hữu cơ hấp phụ lên bề mặt, tạo thành lớp hấp phụ cathode, giúp tăng phân cực và làm khó khăn cho quá trình kết tủa Niken Điều này dẫn đến việc các hạt Niken không thể phát triển tự do về kích thước và phải sắp xếp theo tổ chức nhất định Tuy nhiên, các phụ gia này dần mất đi trong dung dịch qua quá trình điện phân do bị lẫn vào lớp mạ, phân hủy hoặc vương vãi Để tiện sử dụng, các phụ gia hữu cơ được chia thành các nhóm chính: chất bóng loại I, chất bóng loại II, chất san bằng, chất giảm ứng suất, chất giảm phân cực và chất thấm ướt, mỗi loại có thể đảm nhận một hoặc hai chức năng khác nhau.
Khi sử dụng nhiều chất bóng trong cùng một bể mạ, cần lưu ý rằng một số chất có thể làm giảm ứng suất nhưng lại tăng độ bóng, trong khi những chất bóng loại II có khả năng san bằng bề mặt Việc hiểu rõ đặc điểm của từng chất là rất quan trọng để đạt được hiệu quả mong muốn.
Chất làm bóng và công nghệ mạ bóng Niken(g/l)
Mật độ dòng điện (A/dm 2 ) 1.3-3 2-4 1.5-3 2-8
Mạ Niken bóng mang lại nhiều ưu điểm về công nghệ và tạo ra lớp mạ có độ trang sức cao Tuy nhiên, nó cũng tồn tại nhiều nhược điểm so với mạ Niken mờ, như khả năng thấm hiđro cao hơn, ứng suất nội lớn hơn, lẫn nhiều tạp chất, cơ tính kém hơn và có nhiều lỗ hơn Do đó, tính chống ăn mòn của mạ Niken bóng cũng kém hơn, khiến nó chỉ phù hợp cho những vật làm việc trong điều kiện ăn mòn yếu Để khắc phục những hạn chế này, công nghệ mạ nhiều lớp đã được phát triển.
Mạ hai lớp bao gồm lớp mạ bán bóng ở dưới với hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn 0,005%, có điện thế dương cao hơn lớp bóng ở trên từ 0,12 đến 0,2V, giúp bảo vệ lớp trên khỏi ăn mòn Khi xảy ra hiện tượng ăn mòn, lớp Niken bóng ở trên chứa 0,08-0,1% sẽ bị hòa tan trước.
S, do sự phân hủy của chất bóng, đã làm điện thế chuyển về âm, tạo thành lớp mạ anode so với lớp Niken bên dưới Độ dày của hai lớp mạ thường theo tỉ lệ 3:1.
Mạ ba lớp bao gồm hai lớp kim loại bên ngoài và một lớp Niken mỏng 1,5-2µm ở giữa, chứa nồng độ lưu huỳnh cao (0,14-0,2%) Lớp Niken này có điện thế âm hơn hai lớp bên ngoài, do đó khi xảy ra hiện tượng ăn mòn, nó sẽ bị hòa tan trước tiên và lan theo chiều ngang mà không ảnh hưởng đến vẻ đẹp bên ngoài của sản phẩm.
Mạ Niken composit là lớp phủ điện hóa có nhiều tính chất cơ lý hóa đặc biệt, được tạo ra trực tiếp trên bề mặt vật cần phủ mà không cần gia công nhiệt hay cơ học Lớp mạ này được hình thành từ dung dịch sil-Niken, trong đó có các hạt rắn nhỏ mịn được khuấy động thành huyền phù Khi dòng điện được truyền qua dung dịch, Niken sẽ kết tủa cùng với các hạt rắn, tạo thành lớp composit Các hạt trơ này giúp che lấp các khiếm khuyết của lớp mạ Niken, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật cho lớp phủ.
Các phụ gia
Một số chất hữu cơ, dù chỉ với lượng nhỏ, có tác động lớn đến hình thức và cấu trúc của lớp mạ Hầu hết các chất này hấp thụ nhanh trên bề mặt cathode trong quá trình điện phân, thường dẫn đến kết quả không mong muốn Tuy nhiên, cũng có những chất đặc biệt giúp tạo ra bề mặt lớp mạ bóng, nhẵn hoặc giảm ứng suất nội lớp mạ Những chất hữu ích này được gọi là chất phụ gia hữu cơ.
Tác dụng của các chất hữu cơ trong dung dịch mạ rất phức tạp, với một số chất mang lại độ bóng cao nhưng cũng có thể gây ra tác dụng phụ Để dễ dàng sử dụng, các phụ gia hữu cơ được chia thành các nhóm chính như chất bóng loại I, chất bóng loại II, chất san bằng, chất giảm ứng suất, chất giảm phân cực và chất thấm ướt Mỗi hóa chất có thể đảm nhận một hoặc hai chức năng khác nhau; ví dụ, một chất có thể giảm ứng suất nhưng đồng thời tăng độ bóng, trong khi một chất bóng loại II có thể vừa san bằng vừa tạo độ bóng Do đó, khi sử dụng nhiều chất bóng trong cùng một bể mạ, cần lưu ý đến đặc điểm này.
Chất bóng chia thành hai loại:
+ Chất trợ bóng hay chất tăng độ dẻo hoặc chất bóng loại I
+ Chất tạo bóng hay chất bóng hoặc chất bóng loại II
Sử dụng chất bóng loại I một mình trong bể mạ không thể tạo ra lớp Niken bóng cao trừ khi bề mặt đã được đánh bóng hoàn hảo Tuy nhiên, chất bóng loại I có khả năng mở rộng khoảng mật độ dòng điện và độ bóng cho chất bóng loại II, đồng thời tăng cường khả năng chịu tạp chất cho dung dịch.
Các acid mạch vòng sunfo hóa chủ yếu chứa nhóm = C - SO2- trong cấu trúc phân tử Vòng thơm benzen và naphtalen là những hợp chất thường được sử dụng nhiều nhất, trong khi các hợp chất dị vòng và chất béo chưa bão hòa ít phổ biến hơn Độ hòa tan của các chất này rất hạn chế, do đó, chúng thường được chuyển đổi thành muối natri Tuy nhiên, ion natri có thể làm giảm năng suất bể mạ, vì vậy cần hạn chế tối đa hàm lượng natri trong chất bóng và trong bể mạ.
- Sunfonamit và sunfonimit giúp mở rộng vùng bóng của chất bóng loại
II , giảm độ nhạy với lại chất cho dung dịch , giảm các tác hại do chất bóng loại
Sử dụng nồng độ lớn của II có thể giảm thiểu tác hại của tạp chất kim loại, đặc biệt là ở những khu vực có mật độ dòng điện thấp trên calot.
- Acid sunfinic thơm ngoài việc giảm độ nhạy với tạp chất, còn tránh cho lớp mạ không bị xám, tồn tại vùng mật độ dòng điện thấp
- Acid sunfonic thơm cho lớp mạ bóng hơn cả, chịu được tác hại của các tạp chất kim loại lẫn hợp chất hữu cơ
- Sacarin ngoài các tác dụng trên còn có tinh san bằng nhẹ.
- Sunlimit benzoic tự phân hủy ở nhiệt độ cao , còn acid o-benzosunfonic thi mất tác dụng khi làm việc ở nhiệt độ cao.
- Nhiều chất bóng loại I bị loại khỏi dung dịch bằng than hoạt tính như các acid sunfonic thơm nhưng cũng có một số chất khác lại không như vậy.
Chất bóng loại 1 có thể bị khử trên cathode hoặc bị khử bởi hydro thành lưu huỳnh, sau đó chuyển hóa thành Niken sunfua nhờ tác dụng xúc tác của các kết tủa mới Điều này dẫn đến hàm lượng lưu huỳnh (S) trong lớp Niken cao, tồn tại dưới dạng NiS hoặc Ni2S3 Hơn nữa, bản thân chất bóng cũng có thể lẫn vào lớp mạ, làm gia tăng hàm lượng S và carbon (C) trong Niken.
Chất bóng loại II mang lại độ bóng cao cho lớp mạ nhưng không nên sử dụng độc lập vì dễ làm lớp mạ giòn và nứt vỡ do ứng suất kéo lớn Chúng chỉ hiệu quả trong một khoảng mật độ dòng điện hẹp Tuy nhiên, khi kết hợp với chất trợ bóng (chất bóng loại I), khả năng tạo bóng của chất loại II được cải thiện, mở rộng phạm vi mật độ dòng điện từ 0,5 đến 10 A/dm², đồng thời loại bỏ hiện tượng mờ, sương trên bề mặt Chất bóng loại II cũng làm tăng điện thế calot; nồng độ cao hơn dẫn đến điện thế cathode tăng, và khi vượt quá 30 mV, lớp mạ bắt đầu nứt Việc thêm chất bóng loại I giúp giảm điện thế calot và giảm nguy cơ nứt Một số chất bóng loại II không chỉ tạo bóng mà còn có khả năng san bằng, làm giảm độ nhám bề mặt khi độ dày lớp mạ tăng, điển hình là 1,4 butandiol và một số dẫn xuất của pyridin.
Một số loại kim loại như cadimi, chì, và tali từng được sử dụng để tạo lớp mạ bóng loại II, nhưng chúng rất giòn và hiện nay không còn phổ biến nữa.
Nồng độ các chất bóng loại II có sự biến đổi lớn, với một số chất yêu cầu từ 1 đến 3 g/l, trong khi một số khác chỉ cần dưới 1 g/l để đạt hiệu quả tối ưu Ví dụ, hợp chất axetylenic thường được sử dụng ở nồng độ 0.01 g/l, khi nồng độ cao hơn có thể tạo ra độ bóng tốt hơn, nhưng lại dẫn đến lớp mạ trở nên giòn, dễ bong tróc hoặc vỡ vụn Do đó, cần tuân thủ ngưỡng quy định khi sử dụng các chất lỏng loại II để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Một số chất bóng loại II không thay đổi cấu trúc của lớp mạ, vẫn giữ nguyên hình dạng cột như trong dung dịch Watts Tuy nhiên, phần lớn các chất khác tạo ra cấu trúc dạng bản mỏng song song Khi dung dịch chứa cả chất bóng loại I, hầu hết các chất bóng loại II đều dẫn đến cấu trúc dạng bản mỏng song song Chất bóng loại II cũng làm tăng hàm lượng carbon (C) và lưu huỳnh (S) trong lớp mạ tương tự như chất bóng loại I.
Tiêu chuẩn để chọn một chất bóng tốt là
- Cho bóng trong dải mật độ dòng điện rộng
- Ít hoặc không làm giòn, nứt lớp mạ
- Nồng độ được phép dung tương đối lớn, để nhũ bổ sung quá lương không gây phiền toái gì cho sản xuất ,
Sản phẩm khử không gây hại cho quá trình mạ và chất lượng lớp mạ; chúng có thể được xử lý hiệu quả bằng than hoạt tính.
- Ngoài tác dụng làm bóng nên có thêm tác dụng san bằng;
- Có thể phân tích được dễ dàng ở nồng độ nhỏ:
- Chất bóng không quá đắt
Trong số các chất bóng loại II, một số chất như cumarin và 1,4-butandiol không chỉ tạo độ bóng mà còn có khả năng san bằng các điểm lõm, rãnh xước và khuyết tật, giúp bề mặt trở nên láng nhẵn và bằng phẳng.
Chất giảm ứng suất được thêm vào dung dịch nhằm bảo vệ chống lại tác hại của chất bóng loại II Thực tế, chất này giúp trung hòa ứng suất kéo có hại mà chất bóng loại II gây ra.
Sacarin (o-benzoic sunfonimit) là chất giảm ứng xuất được dùng phổ biến nhất.
Chất thấm ướt giúp giảm sức căng bề mặt của dung dịch mạ trên cathode, đảm bảo dung dịch luôn thấm ướt bề mặt vật mạ Nhờ đó, keo bền hydroxit và bọt hydro không còn bám trên bề mặt, từ đó loại bỏ nguy cơ châm kim và lỗ rỗ.
The most commonly used wetting agent today is sodium lauryl sulfate, introduced in 1941 In addition to this sulfate alcohol, there are also sulfate ether alcohols, aromatic sulfonic compounds, amino acids, aryl sulfonic acids, and methyl lauryl derivatives that serve as wetting agents.
Tác hại của các tạp chất trong dung dịch mạ
- Tạp chất kim loại như đồng, cadimi, crom(+6), chì asen, sắt, canxi,…
- Nhiều Na + và K + cũng góp phần làm tăng thêm độ cứng và độ giòn cho lớp mạ Niken
- Ion nitrat làm giảm khả năng phân bố và làm giòn lớp mạ.
Silicat, ngay cả với một lượng rất nhỏ, có thể gây ra hiện tượng rỗ châm ly ty trên lớp mạ Niken Trong các bể Niken bóng, nó còn tạo ra những vết trắng sữa và sọc vằn trên bề mặt lớp mạ.
- Ion photphat trong muối photphat hay trong acid photphonic làm cho lớp mạ Niken dễ sinh ra các vệt sọc, nhấp nho, bám các bụi trắng
Tạp chất hữu cơ chủ yếu xuất phát từ các phụ gia như chất bóng và chất san bằng, chúng bị phân hủy trong quá trình làm việc Những tạp chất này có thể bay hơi hoặc tích tụ trong dung dịch dưới dạng hòa tan hoặc không tan, gây ra sự cạnh tranh với các phụ gia khác Hệ quả là, chúng tạo ra các hiệu ứng tiêu cực đối với chất lượng lớp mạ, dẫn đến hiện tượng như vệt bẩn, sọc vằn, châm kim, giòn, màu tối hoặc vàng tái, cùng với tình trạng bóng rộp.
Than hoạt tính từ vỏ dừa là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ tạp chất hữu cơ Ngoài ra, việc xử lý kết hợp giữa KMnO4 và than hoạt tính cũng mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý ô nhiễm.
H2O2 và KMnO4 là những chất oxy hóa hiệu quả, có khả năng chuyển hóa các tạp chất hữu cơ thành các hợp chất mới để dễ dàng hấp phụ lên than hoạt tính Khi sử dụng KMnO4, cần đảm bảo dư lượng để sau quá trình oxy hóa, Mn(IV) sẽ kết tủa và dễ dàng lọc sạch, tránh tình trạng Mn(II) hòa tan còn lại trong dung dịch.
Việc sử dụng quá nhiều phụ gia như chất bóng và chất thấm ướt có thể gây ra nhiều vấn đề Ngoài những biểu hiện bên ngoài như lớp mạ bị tối ở những khu vực có mật độ dòng điện thấp, còn xuất hiện các vết sọc vằn và lớp mạ trở nên giòn, gây khó khăn trong quá trình sử dụng.
Phương pháp mạ lại
Khi cần làm lại lớp mạ Niken cũ hoặc bị hỏng, thường phải bóc bỏ toàn bộ lớp mạ Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chỉ cần tẩy bỏ một phần và sau đó hoạt hóa là đủ Đối với vật mạ có hình dạng đơn giản, có thể đánh bóng lại bề mặt Niken cũ và xử lý bằng phương pháp điện hóa trước khi mạ lại Trong khi đó, đối với các vật mạ có hình dạng phức tạp hoặc quá nhỏ, việc loại bỏ lớp mạ cũ bằng phương pháp điện hóa sẽ không khả thi, do đó cần áp dụng tẩy hóa học.
Tẩy bỏ lớp mạ Niken bóng dễ hơn so với lớp mạ Niken bán bóng hay Niken mờ Nguyên nhân là do lớp Niken bóng có sự kết hợp với các chất lạ, làm tăng độ hòa tan của Niken trong các dung dịch tẩy lớp mạ.
2.7.1 Hoạt hóa rồi mạ lại
Khi cần mạ lại lớp Niken cho vật phẩm có lớp Niken cũ hoặc hỏng, không nhất thiết phải tẩy bỏ hoàn toàn lớp Niken hiện có Chỉ cần loại bỏ cơ học những phần hư hỏng, sau đó tiến hành hoạt hóa và mạ lại là đủ.
1 Tẩy cathode trong dung dịch có ion florua đặt trong thiết bị thông gió tốt.
2 Hoạt hóa bề mặt lớp Niken cũ trong dung dịch có chứa sắt (III) clorua và acid clohydric
Có thể tẩy anode để loại bỏ lớp Niken cũ, hỏng bằng một trong các dung dịch sau đây:
Dung dịch 1 là acid sunfuric đặc với tỷ trọng tối thiểu 1.532 (50 0 Bome) và mật độ dòng điện khoảng 5 A/dm² Có thể bổ sung thêm phụ gia như đồng sulfate và glyxerin vào dung dịch Từ dung dịch này, có khả năng loại bỏ lớp Niken trên các bề mặt sắt, đồng và đồng thau.
Dung dịch liềm chứa natri nitrat hoặc amon nitrat có khả năng tẩy bỏ nhanh chóng lớp Niken, đặc biệt là Niken bóng Để đảm bảo hiệu quả, mật độ dòng điện cần duy trì trên 5 A/dm³, giúp nền thép ở trạng thái thụ động Dung dịch này chỉ có khả năng hòa tan lớp Niken trên nền thép.
- Dung dịch 3: Dùng hỗn hợp acid cromic và acid boric đun nóng đến 80
Để tẩy bỏ hoàn toàn lớp Niken trên nền magie, cần sử dụng hỗn hợp gồm 20% trọng lượng acid flohydric và 2% trọng lượng natri nitrat Quá trình tẩy diễn ra ở nhiệt độ từ 20°C đến 40°C.
Các vật mạ không thể tẩy bỏ lớp Niken bằng phương pháp điện hóa có thể được xử lý bằng các dung dịch hóa học mà không cần sử dụng dòng điện.
Dung dịch amoniac chứa các phụ gia hữu cơ nitro hóa kết hợp với muối amon và các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, cùng với các lygan tạo phức mạnh khác Dung dịch này hoạt động hiệu quả ở pH 9 và nhiệt độ khoảng 90 độ C.
Từ dung dịch này có thể tẩy bỏ lớp Niken trên nền bằng thép, đồng, đồng thau, nhôm,…
- Dung dịch xyanua có phụ gia là chất hữu cơ mạch vòng nitro hóa làm việc ở nhiệt độ 20-40 0 C.
Từ dung dịch này có thể tẩy bỏ lớp Niken trên nền thép.
- Dung dịch kiềm có phụ gia đồng thời là chất tạo phức mạnh và hợp chất mạch vòng nitro hóa.
Từ dung dịch này có thể tẩy bỏ lớp Niken trên nền thép.
- Dung dịch là hỗn hợp acid, trong đó có chứa acid nitric cùng với chất ức chế thích hợp để tránh ăn mòn kim loại nền.
Từ dung dịch acid nitric đặc có thể tẩy bỏ lớp Niken trên nền nhôm.Xử lý nước thải mạ điện