4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của lớp mạ
4.2.2. Ảnh hưởng của các thông số mạ điện đến hình thái học bề mặt và thành phần hóa học của lớp phủ HA
Hình thái học bề mặt được nghiên cứu bằng ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại 5000 lần.
Thành phần hóa học của lớp phủ được phân tích bằng phổ EDX có dạng như đồ thị đặc trưng như hình 15, tính được tỉ lệ Ca/P, sau đó so sánh với tỉ lệ của công thức HA chuẩn (Ca/P=1,67) để đánh giá chất lượng lớp mạ.
Hình 15. Phổ phân tích EDX a) Ảnh hưởng của pH
Các mẫu được tiến hành mạ với điều kiện: thời gian mạ 30 phút, mật độ dòng 0,5 mA/cm2, nhiệt độ 550C, thể tích H2O2 10ml/l, pH thay đổi từ 4 đến 5.
a b c d
Ca/P 1.51 1.53 1.48
Hình 16. Ảnh bề mặt mẫu sau khi mạ a- pH=4; 4,4; 5 từ trái sang phải;
b,c,d- ảnh SEM với độ phóng đại 5000 lần của các mẫu tương ứng với pH=4;4,4; 5
Từ hình ảnh bề mặt mẫu trong hình 16 tương ứng với các mẫu sau khi mạ ở điều kiện pH=4; 4,4; 5 cho lớp mạ có độ che phủ bề mặt tốt. Với pH thấp do tính axit cao, ion hidro nhiều, xảy ra phản ứng thoát khí hidro trên catot gây ảnh hưởng xấu đến quá trình mạ gây ra nứt, giộp. pH cao do giảm lượng hidro sinh ra nên bề mặt mẫu mạ mịn và đồng đều hơn. Đồng thời, từ ảnh SEM bề mặt mẫu với độ phóng đại 5000 lần cho thấy trong khoảng pH từ 4 - 5 bề mặt lớp phủ HA có xu hướng kết tinh nhỏ, mịn khi tăng pH.
Tuy nhiên, ở pH=5 độ che phủ bề mặt mẫu lại không tốt, vẫn còn hở nền kim loại
Còn ở pH=4,4; mẫu mạ nhận được cho lớp mạ chắc đặc, đồng đều và độ che phủ bề mặt tốt nhất.
Cũng từ kết quả phân tích EDX và tỉ lệ Ca/P như hình trên nhận thấy với pH=4,4 thì tỉ lệ Ca/P đạt được là cao nhất, tuy nhiên vẫn chưa đạt được tỉ lệ của công thức HA chuẩn (Ca/P=1,67). Có thể giải thích là ngoài phản ứng tạo ra HA còn có phản ứng của nhóm HPO42- được hình thành trong mạng tinh thể apatit theo phản ứng:
Ca2+ + HPO42- + 2H2O CaHPO4.2H2O tạo ra sản phẩm là lớp canxi không phải HA. Do vậy, lớp mạ đạt được không có tỉ lệ của HA chuẩn. Tức là ngoài HA còn có cả các hợp chất khác của canxi.
Như vậy, trong cùng thời gian mạ, nhiệt độ, mật độ dòng, thể tích H2O2
thì ở pH=4,4 lớp mạ nhận được mạ có độ chắc đặc, đồng đều và độ che phủ bề mặt tốt nhất đồng thời tỉ lệ Ca/P là cao nhất.
b) Ảnh hưởng của H2O2
Các mẫu được tiến hành mạ với điều kiện: thời gian mạ 30 phút, mật độ dòng 0,5 mA/cm2, pH=4,4; nhiệt độ 550C, thể tích H2O2 thay đổi từ 0 - 20ml/l.
a b c d e
Ca/P 1.49 1.51 1.53 1.36
Hình 17a- Ảnh bề mặt mẫu mạ tương ứng với thể tích H2O2 0ml /l , 5ml/l, 10ml/l, 20ml/l, H2O2 theo chiều từ trái sang phải.
b,c,d,e- Ảnh SEM tương ứng với các mẫu thể tích H2O2 0ml /l , 5ml/l, 10ml/l, 20ml/l, H2O2
Từ hình ảnh bề mặt mẫu trong hình 17 tương ứng với các mẫu sau khi mạ cho thấy rằng các mẫu mạ nhận được ở điều kiện thể tích H2O2 0; 5; 10 ml/l lớp mạ khá mịn, kết tinh dạng que, đồng đều, bám dính và độ che phủ bề mặt tốt, tuy nhiên khi không có H2O2 lớp mạ thu được rất mỏng .
Còn đối với mẫu 20ml/l có độ bám dính rất kém, độ che phủ bề mặt tồi vì khi thể tích H2O2 lớn phản ứng tạo ra nồng độ OH- lớn theo phản ứng:
H2O2 + 2e 2OH- dẫn đến tốc độ kết tủa HA quá nhanh và kết tinh dạng búi khá thô, độ bám dính kém .
Nhận thấy trong cùng điều kiện về thời gian mạ, mật độ dòng, pH, nhiệt độ thì với sự có mặt H2O2 10ml/l cho lớp mạ mịn, đồng đều, bám chắc, độ che phủ bề mặt tốt nhất.
c) Ảnh hưởng của thời gian mạ
Các mẫu được tiến hành mạ với điều kiện: pH=4,4; mật độ dòng 0,5 mA/cm2, nhiệt độ 550C, thể tích H O 10ml/l, thời gian mạ thay đổi từ 15 – 90 phút.
a b - 15 phút c - 30 phút d - 60 phút e - 90 phút
Ca/P 1.46 1.53 1.6 1.61
Hình 18a- Ảnh bề mặt mẫu sau khi mạ pH=4,4, ở 15, 30, 60, 90 phút từ trái sang phải; b,c,d,e,- Ảnh SEM tương ứng với các mẫu mạ ở pH=4,4, thời
gian mạ 15, 30, 60, 90 phút.
Từ hình ảnh bề mặt mẫu trong hình trên cho thấy khi thời gian mạ tăng lên lớp mạ dày lên, kết tinh dạng hình lá cây. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian mạ đến 90 phút lớp mạ nhận được khá dày nhưng sần sùi, kết tủa dạng búi, độ bám dính không tốt.
Tỉ lệ Ca/P tăng theo thời gian mạ.
Nhận thấy trong cùng điều kiện về mật độ dòng, pH, nhiệt độ, thể tích H2O2 thì thời gian mạ 30 phút cho lớp mạ mịn, đồng đều, bám chắc, độ che phủ bề mặt tốt nhất.
d) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Các mẫu mạ được tiến hành ở điều kiện: pH=4,4; thời gian mạ 30 phút, mật độ dòng 0,5 mA/cm2, thể tích H2O2 10 ml/l, nhiệt độ thay đổi từ 45-600C
a b- 450C c - 550C d-600C
Ca/P 1.49 1.53 1.48
Hình 19a- Ảnh bề mặt mẫu sau khi mạ tương ứng 450C; 550C; 600C từ trái sang phải; b,c,d- ảnh SEM tương ứng 450C; 550C; 600C
Nhìn chung với khoảng nhiệt độ từ 45 – 600C, lớp mạ nhận được khá mịn, đồng đều, bám chắc và độ che phủ bề mặt tốt.