các tính chất cơ lý hóa và ứng dụng lớp mạ

May 29, 2024 SVTH:Tran Hoang Thai 4Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan Khái niệm và yêu cầu của lớp mạ  Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa lên lớp kim loại nền

Trang 1

May 29, 2024 SVTH:Tran Hoang Thai 1

Trang 2

 Quá trình điện kết tủa kim loại.

 Ứng dụng lớp mạ trong thực tế.

Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Trang 3

 Khái niệm và yêu cầu của lớp mạ.

 Cơ sở lý thuyết.

 Điện kết tủa kim loại.

 Các yếu tố ảnh hưởng điện kết tủa.

 Các tính chất lớp mạ.

Trang 4

Khái niệm và yêu cầu của lớp mạ

 Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa lên lớp kim

loại nền một lớp kim loại hoặc hợp kim mỏng có tính chất cơ lý hóa, đáp ứng được yêu cầu mong muốn

 Yêu cầu của lớp mạ

 Bám chắc với kim loại nền không bong tróc

Trang 5

Cơ sở lý thuyết

 Cơ sở lý thuyết ban đầu.

 Cơ sở hóa học

Trang 6

Cơ sở lý thuyết ban đầu

Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với

cực âm cathode, kim loại mạ gắn với cực dương

anode của nguồn điện.

Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e-

trong quá trình oxy hóa và giải phóng các ion kim

loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion

dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng

nhận lại e- trong quá trình oxy hóa khử hình

thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được

mạ

Quá trình điện kết tủa kim loại

Trang 7

 Nếu phản ứng này là liên tục thì có 1 dòng chuyển

động của ne- hay 1 dòng điện giữa A và B

Trang 8

 Quá trình này gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo mầm và giai đoạn

phát triển mầm

 Tốc độ tạo mầm lớn thì tinh thể sẽ nhỏ mịn Tốc độ phát triển

mầm lớn thì lớp mạ thu được to thô

 Trong dung dịch bảo hòa thì yếu tố quyết định đến tốc độ xuất

hiện mầm tinh thể là độ quá bão hòa  của dung dịch Thông số này có giá trị như sau:

 C: Nồng độ của dung dịch quá bão hòa

 Ccb: Nồng độ cân bằng của dung dịch bão hòa

Điện kết tủa kim loại

Trang 9

Trang 10

Sự thoát hyđrô

 Muốn có kim loại kết tủa trên caôt thì phải cho điện thế âm hơn điện

thế tiêu chuẩn của nó

 Vậy lượng điện thế tăng lên so với điện thế tiêu chuẩn gọi là quá

thế

 Trên catôt ngoài iôn kim loại thoát ra, còn có khí hyđrô thoát ra

Hiđrô thoát ra nhiều hay ít là do quá thế của nó

 Iôn nào có quá thế thấp thì iôn ấy phóng điện trước, quá thế cao thì

ion khó phóng điện

Trang 11

Sự phân cực

 Khi nhúng một thanh kim loại vào trong dung dịch thì tạo nên một

điện thế nhất định đạt tới trạng thái cân bằng Nhưng khi có dòng điện đi qua thì trạng thái cân bằng này bị phá vỡ tạo nên một điện thế mới

 Khi có dòng điện một chiều đi vào 2 cực kim loại nhúng trong dung

dịch thì điện thế tại cực âm càng trở nên âm hơn, điện thế ở cực dương trở nên dương hơn Sự thay đổi điện thế như thế gọi là sự phân cực

Trang 12

 Tính cơ lý: Điển hình là độ dẻo dai, độ bám chắc, độ chịu mài mòn,

Trang 13

Ứng dụng lớp mạ trong thực tế

 Ứng dụng trong lãnh vực xây dựng: các tấm lợp đường dây điện,

đường sắt, các ống nước, cống nước, các thiết bị lắp đặt ngoài trời

 Dùng làm đồ trang sức, huy chương, thìa bát đĩa, … làm gương phản

chiếu, pha đèn của ô tô, làm tiếp điểm điện, dây dẫn, làm điện cực trong các môi trường ăn mòn(mạ bạc, vàng, hợp kim…)

 Tăng một số cơ tính cho vật liệu(mài mòn, bào mòn, chịu va đập,

tăng cứng…) trong kĩ thuật in, mạ các khuôn bản in, dụng cụ gia đình, dụng cụ y tế, phụ tùng xe đạp, máy khâu… Trong lãnh vực nghiên cứu quang học làm tăng khả năng hấp thụ ánh sang(mạ crôm, hợp kim Ni-Cr)

 xử lý bề mặt kim loại

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm

Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Giới thiệu kẽm

 Kẽm là kim loại óng ánh, màu trắng, hơi xanh lam

 Điện thế tiêu chuẩn -0,76V Điện thế tiêu chuẩn của kẽm tương đối

âm, đối với sắt thép nó là lớp mạ anot, vì vậy trong công nghiệp, mạ kẽm dùng để đề phòng ăn mòn kim loại, được gọi là lớp mạ bảo vệ

 Độ tinh khiết của lớp mạ kẽm cao, cấu trúc đồng đều, do đó tính ổn

định hóa học cao Tính đàn hồi của lớp mạ tốt, khi chi tiết bị uốn kéo, nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, trong không khí dễ tạo muối kẽm Cacbonat có tính kiềm nên bị mờ

Trang 17

Đặt vấn đề

 Sự han rỉ và ăn mòn mà hàng năm nuốt mất hàng chục triệu tấn

sắt thép trên thế giới

 Dưới tác động của môi trường, kim loại bị xâm thực, bị ăn mòn

trong không khí, trong đất hay trong vùng ngập nước làm cho tuổi thọ công trình bị xuống cấp nhanh chóng

 Lớp rỉ không đồng đều, nguy hiểm nhất là các dạng rỉ điểm, rỉ lỗ

làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu

Trang 18

Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn

Trang 19

 Cathodic protection.

 Bản chất của quá trình: Xây dựng thành một hệ gồm catốt (kim

loại cần bảo vệ) và anốt Anốt được chọn như Mg, Al, Zn làm vật liệu hy sinh thay thế cho sắt thép cần bảo vệ vì các kim loại này đều đứng trước Fe trong bảng tuần hoàn hóa học

 Trong hệ luôn tồn tại dòng điện một chiều đi qua giữa anốt và

catốt, xuất phát từ sự chênh lệch điện thế giữa hai kim loại khác nhau trong môi trường tồn tại dung dịch điện phân là nước hoặc

do bị áp đặt từ nguồn điện một chiều bên ngoài

Trang 20

 Phương pháp mạ kẽm nhúng nóng.

 Các kết cấu kim loại sau khi đã được làm sạch bằng axit, hóa

chất… được đưa vào các bể kẽm được nung nóng chảy ở nhiệt độ cao hình thành nên một màng chắn bao bọc kim loại

 Lớp bảo vệ này chịu va đập, không thấm nước, chống tia cực

tím…

Trang 21

 Phương pháp mạ kẽm lạnh.

 Mạ kẽm lạnh là phủ lên bề mặt kim loại một lớp kẽm lỏng tương tự

như sơn ở nhiệt độ môi trường bình thường, bằng cách dùng áp lực khí nén thổi dung dịch kẽm lỏng thành chùm các hạt kẽm bắn vào bề mặt kim loại đã vệ sinh sạch bề mặt Trong dung dịch kẽm có chất gắn liên kết và các phụ gia giúp cho kẽm bám chặt vào bề mặt kim loại và khô cứng trong vài giờ tương tự như các loại sơn truyền thống

 Hai chức năng bảo vệ: thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động

(passive protection) là lớp màng chắn bảo vệ kim loại như các loại sơn truyền thống; và chức năng thứ hai là bảo vệ chủ động (active protection) tức chức năng chống ăn mòn catốt (Cathodic protection), chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ bằng mạ kẽm nhúng nóng (hot-dip galvanizing)

Trang 22

Đánh giá hiệu quả.

 Mạ Zn được thực hiện nhờ phương pháp nhúng các chi tiết

bằng thép vào trong bể mạ kẽm Các bể mạ này có thể áp

dụng cho các vật mạ có chiều dài 18 - 24m Đây là phương

pháp lý tưởng để áp dụng cho các kết cấu thép có hình dạng

phức tạp rất khó làm sạch bề mặt và sơn

 Một số kết quả nghiên cứu cho thấy trong một môi trường

công nghiệp khắc nghiệt mà chất ô nhiễm chính là lưu huỳnh

đioxit thì lớp sơn giàu Zn chỉ tồn tại được 7 năm còn lớp mạ Zn

trong những điều kiện như vậy là 25 năm

 Các kết quả điều tra cho thấy, trong đa số các trường hợp, lớp

mạ Zn có tốc độ ăn mòn nhỏ hơn 10 mm/năm

Trang 23

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ Nickel

 Giới thiệu nickel.

 Tính chất và ứng dụng.

Trang 24

 Nikel là kim loại có màu trắng hơi vàng

 điện thế tiêu chuẩn -0.25V, Nikel sẽ tan trong trong acid loãng, bị

thụ động trong acid đặc, hòa tan chậm trong acid Sunphuric và acid clohydric

 Lớp mạ Nikel dễ đánh bóng, sau khi đánh bóng có thể đạt được độ

bóng như gương

 Điện thế của nikel dương hơn so với sắt, nên nó là lớp mạ catod, vì

vậy chỉ khi nào lớp mạ không có lỗ xốp mới có tác dụng bảo vệ cho sắt khỏi bị ăn mòn

 Mạ nikel còn để làm tăng chịu mài mòn, như trong kỹ thuật in, mạ

các khuôn bản in, tăng độ cứng bề mặt, tăng tính chịu mài mòn

Giới thiệu nickel

Trang 25

 Lớp mạ kền thường cứng và giòn, nếu được nung nóng đến 9000C

sẽ mềm và dẻo trở lại

 Độ cứng của lớp mạ kền phụ thuộc vào thành phần dung dịch và

điều kiện mạ Độ cứng của lớp mạ kền mờ dao động từ 2500 – 4000MPa, của lớp mạ kền bóng từ 4500 – 5000MPa Giới hạn bền

là 400 – 500MPa, độ dãn dài tương đối là 40%.Lớp mạ kền có khả năng hấp phụ khí khá lớn cũng chính vì thế mà cơ tính của lớp mạ kền kém đi

 Mạ Ni đen : có khả năng hấp phụ ánh sáng rất cao, có độ ăn mòn

và mài mòn thấp, độ dẻo và độ gắn bó với kim loại nền kém

Tính chất và ứng dụng

Trang 26

 Lớp mạ kền có ứng dụng khá rộng trong nhiều ngành công nghiệp

Mạ kền mờ một lớp được dùng để bảo vệ các thiết bị chống xâm thực của môi trường, đặc biệt là môi trường kiềm; bảo vệ các dụng

cụ y tế; tăng độ chịu mài mòn và độ dẫn điện cho các sản phẩm Lớp mạ kền đen được dùng trong chế tạo các thiết bị quang học

 Mạ kền hoá học đắt tiền nên chỉ dung cho trường hợp cần mạ các

vật có hình dạng rất phức tạp, nhiều khe khuất, rãnh sâu hẹp,… để được lớp mạ dày đều mọi nơi hay mạ cho các vật phi kim như chất dẻo thủy tinh, gốm sứ,

Trang 27

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ đồng

 Đồng là một kim loại màu đỏ hơi hồng, rất mềm và dẻo

 Điện thế tiêu chuẩn +0.399V

 Đồng không tan trong các acid clohydric và acid sunphuric loãng,

tan trong acid nitric và các acid clohydric, acid sunphuric đặc (trong HCl phải có Pt) Đồng tan chậm trong NH4OH khi có không khí

 Mạ đồng được dùng rộng rãi để làm lớp mạ lót trên sắt, tăng khả

năng bám của lớp mạ khác, tăng độ bền và độ bóng

 Mạ đồng còn dùng để bảo vệ chi tiết khỏi bị thấm than trong quá

trình nhiệt luyện Mạ đồng trên thép để tăng độ dẫn điện và tiết kiệm nguyên liệu đồng, mạ đồng lên bạc để làm giảm ma sát

Trang 28

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm

 Giới thiệu crôm.

 Tính chất và ứng dụng.

Trang 29

 Crom là kim loại màu trắng bạc, hơi xanh

 Điện thế tiêu chuẩn -0.71V

 Crom là kim loại hoạt động nhưng dễ bị thụ động, nên rất

bền trong nhiều môi trường xâm thực Crom bền trong

không khí, bền trong nhiều acid hữu cơ và vô cơ như acid

nitric, acid axetic, acid xitric, kiềm

Giới thiệu crôm

Trang 30

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm

 Lớp mạ Cr có độ cứng cao hơn các loại gang thép khác (HB= 800 –

1000HRC) Hệ số ma sát nhỏ, chịu nhiệt cao, không biến màu, bám chắc với nền, khả năng phản xạ ánh sáng tốt, có tính ổn định hóa học tốt, tính chịu mài mòn cao

 Lớp mạ Cr bảo vệ trang sức dùng cho các vật mạ làm việc trong môi trường

khí quyển Lớp mạ Cr này có thể là bóng, chỗ bóng chỗ mờ, đen hay có màu khác

 Lớp mạ Cr chịu mài mòn và chịu va đập có 2 loại: kín và xốp

 Lớp mạ Cr kín được dùng để nâng cao độ chịu va đập cho sản phẩm mới

chế tạo cũng như để phục hồi kích thước cho các chi tiết máy đã cũ,mòn

 Lớp mạ Cr xốp chống mài mòn rất tốt

Trang 31

 Mạ Cr được ứng dụng rộng rãi để phục hồi các chi tiết máy đã

bị mài mòn

 Lớp mạ crom có tính ổn định hóa học tốt, tính chịu mòn cao

đồng thời bề ngoài trông rất đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt, vì thế nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp mạ ôtô,

mạ các chi tiết máy, dụng cụ y tế, phụ tùng xe đạp, máy may,

 Xéc măng, xi lanh của những động cơ đốt…

Trang 32

Trang 33

Giới thiệu.

 CEP(Combination – Electro – Plating)là lớp mạ bình thường

nhưng trong đó cấu tạo các hạt cực nhỏ của một hay vài chất Những hạt này đồng kết tủa cùng kim loại từ một huyền phù

 Lớp mạ CEP thu được từ chất điện giải để mạ kim loại nhưng

có thêm một lượng bột của pha thứ 2 có khả năng phân tán cao trong dung dịch

 Khi đặt dòng điện một chiều từ bên ngoài vào, trên bề mặt

catôt kim loại mạ sẽ kết tủa(pha thứ nhất), các hạt bột chuyển động va chạm vào bề mặt catôt sẽ bị che phủ bởi kim loại kết tủa hình thành pha thứ 2 trong pha thứ nhất từ đó lớp mạ CEP hình thành

Trang 34

 Sự chuyển động các tiểu phân của pha thứ 2 từ các lớp

sâu trong dung dịch đến bề mặt catôt

 Sự dính kết các tiểu phân này lên bề mặt catôt

 Sự che phủ tiểu phân bằng kim loại điện kết tủa

Trang 35

Lớp mạ Ag – Al2O3

 dung dịch 1 bột corundum M20(d = 20m) thì lớp mạ thu được

sau khi mạ có độ rắn từ 140 – 170KG/mm2 Độ rắn này vẫn được giữ sau 1 năm rưỡi

 Hàm lượng Al2O3 trong huyền phù từ 0,5 – 0,6% sẽ làm cho

lớp mạ phân bố đều(thường sử dụng các hạt corundum Al2O3M7 trong dung dich mạ có nồng độ Al2O3 là 100g/l, mật độ dòng 5A/dm2).Độ dẫn điện của lớp mạ Ag – Al2O3 tương tự như lớp mạ bạc nguyên chất

 Độ bền mài mòn của lớp mạ Ag – Al2O3 cao hơn lớp mạ bạc

nguyên chất 2 – 3 lần

 Độ rắn và độ mài mòn của lớp mạ Ag – Al2O3 và lớp mạ bạc

nguyên chất là như nhau

Trang 36

Hết

CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA

VÀ ỨNG DỤNG LỚP MẠ

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	428 KB