Đồ án: Công nghệ mạ kẽm Cromat hóa

Mạ kẽm có thể được thực hiện bằng nhiều cách: nhúng nóng, phun, nhiệt khuếch tán, mạ điện...Mỗi cách có những đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, cụ thể là: Mạ điện thích hợp cho việ

LỜI CẢM ƠN

Đồ án nhập môn này được thực hiện tại bộ môn công nghệ điện hóa và bảo vệ kim

loại trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Trước hết, chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy

giáo: Th.s Nguyễn Tuấn Anh, người đã quan tâm và trực tiếp hướng dẫn chúng tôi

hoàn thành đồ án này Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo

trong bộ môn đã chỉ bảo tận tình và tạo nhiều điều kiện thuận lợi để cho chúng tôi có

thể hoàn thành tốt nhất đồ án của mình

Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các bạn trong lớp, những người

thân, bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình làm đồ án

Trong thời gian làm đồ án, do hạn chế về mặt thời gian và kiến thức còn hạn chế

nên không tránh khỏi sai sót, chúng tôi kính mong được các thầy cô chỉ bảo thêm để

chúng tôi có thể hoàn thiện hơn những kiến thức của mình

Hà Nội, 12/2012

MỤC LỤC

Mở Đầu 3

Phần I: Tổng Quan Về Công Nghệ Mạ Kẽm 4

1 Xử lý bề mặt trước khi mạ 4

1.1 Gia công cơ 4

1.2 Gia công xử lý hóa học 4

2 Công nghệ mạ kẽm Error! Bookmark not defined. 2.1 Mạ kẽm trong dung dịch axit 6

2.2 Mạ kẽm trong dung dịch xyanua 8

2.2.1 Đặc điểm công nghệ 8

2.2.2 Chế độ công nghệ Error! Bookmark not defined 2.2.3 Pha chế dung dịch 9

2.3 Mạ kẽm trong dung dịch zincat Error! Bookmark not defined 2.3.1 Đặc điểm công nghệ Error! Bookmark not defined 2.3.2 Chế độ công nghệ 9

2.3.3 Pha chế dung dịch 10

2.4 Mạ kẽm trong dung dịch amoniacat 10

2.4.1 Đặc điểm công nghệ 10

2.4.2 Chế độ công nghệ 10

2.4.3 Pha chế dung dịch 11

2.5 Mạ kẽm trong dung dịch pyrophotphat 11

2.5.1 Đặc điểm công nghệ 11

2.5.2 Chế độ công nghệ Error! Bookmark not defined 2.5.3 Pha chế dung dịch Error! Bookmark not defined 3 Bóc lớp mạ kẽm hỏng Error! Bookmark not defined 4 Hoàn thiện lớp mạ kẽm (cromat hóa) Error! Bookmark not defined Phần II: Quy Trình Công Nghệ 18

1 Sơ đồ quy trình mạ kẽm cromat cho bulong, đai ốc 18

2 Thuyết minh cho quy trình 19

Phần III: ỨNG DỤNG THỰC TẾ 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

MỞ ĐẦU

Mạ kẽm hiện nay được dùng rộng rãi nhất để bảo vệ máy móc, thiết bị, dụng cụ

bằng sắt thép, chống ăn mòn khí quyển Kẽm có thế điện chuẩn ( -0,76 V) âm hơn kim

loại đen (sắt, thép, gang …) nên nó là lớp mạ anot, bảo vệ theo cơ chế điện hoá Sản

phẩm ăn mòn kẽm (do tác dụng hoá học với hơi ẩm, với CO2,SO2 của môi trường

hoặc do tác dụng điện hoá của trong quá trình bảo vệ) làm cho vẻ đẹp kém đi: mờ,

xám dần theo thời gian, nhưng tính bảo vệ của nó không hề suy giảm Vì vậy sản

phẩm mạ kẽm thích hợp nhất cho là dùng cho các công trình kiến trúc xây dựng, dùng

cho các đường dây tải điện, thông tin và đường sắt, các thiết bị đặt ngoài trời dưới

dạng các tấm lợp, thép góc, ống dẫn

Mạ kẽm có thể được thực hiện bằng nhiều cách: nhúng nóng, phun, nhiệt khuếch

tán, mạ điện Mỗi cách có những đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, cụ thể là:

Mạ điện thích hợp cho việc sữa chữa các chi tiết có độ chính xác cao cần sửa

ngay, dù cấu kiện mới bị mòn ít mà nếu dùng phương pháp sữa chữa khác thì sẽ ảnh

hưởng tới tính chất kim loại gốc, hình dạng, kích thước và độ bám của kim loại đắp lên

chi tiết

Các lĩnh vực ứng dụng mạ điện bao gồm:

 Lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, các thiết bị ngoài trời, mạ các

thiết bị chịu lực, …

 Lĩnh vực viễn thông: mạ các cấu kiện trụ anten, thiết bị phụ trợ khác,…

 Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát đĩa, các

vật dụng gia đình,…

 Trong ngành kỹ thuật cao: sản xuất robot, tên lửa,…

 Trong công nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu

 Trong các công trình thủy: hiện nay ở Tokyo (Nhật Bản) mạ điện được sử dụng

để mạ các trụ cầu của dẫn qua cảng Tokyo, lớp phủ titanium (1mm Ti + 4mm

thép tấm)

 Các lĩnh vực khác: mạ vàng, điện thoại,… làm cho mạ điện nói chung và mạ

kẽm nói riêng thêm phong phú Tuỳ yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương

pháp mạ và chiều dày lớp mạ cho phù hợp Phương pháp mạ điện thường cho

chiều dày lớp mạ kẽm từ 5 - 30 µm; phương pháp nhúng nóng cho từ 50 - 200

µm

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ KẼM

1 XỬ LÝ BỀ MẶT TRƯỚC KHI MẠ

Để sản phẩm sau khi mạ có lớp mạ đồng nhất thì gia công bề mặt là giai đoạn

không thể thiếu trong quá trình mạ Gia công bề mặt trước khi mạ có ảnh hưởng

đến chất lượng lớp mạ Ngoài việc làm cho bề mặt nhẵn bóng nó còn có tác dụng

khử sạch các lớp gỉ, các màng oxit mỏng hoặc các chất bẩn, dầu mỡ trên bề mặt

vật liệu cần mạ, tạo điều kiện thuận lợi cho lớp mạ gắn chắc với kim loại nền

Các phương pháp gia công bề mặt:

Có 2 phương pháp chủ yếu thường sử dụng

• Gia công cơ khí: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng

• Gia công xử lý hóa học: Tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ

1.1 Gia công cơ

Gia công cơ học là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ nhẵn

cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp có thể thực hiện gia công cơ học bằng nhiều

cách : mài, đánh bóng (là quá trình mài tinh), quay xóc đối với các vật nhỏ, chải, phun

tia cát hoặc tia nước dưới áp suất cao Quá trình gia công cơ học làm lớp kim loại bề

mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám của lớp mạ sau này Vì vậy trước

khi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt trong axit loãng rồi đem mạ ngay

Phương pháp mài: sử dụng các loại bột mài như nhôm oxit, các loại xi đánh bóng

Chất thải trong quá trình này là các loại bụi do sử dụng các loại bột mài, các vật liệu bị

mài mòn

Phương pháp quay bóng: Các vật thể nhỏ không thể mài bóng được thì sử dụng

phương pháp quay bóng Có hai cách quay bóng: quay bóng khô và quay bóng ướt

1.2 Gia công xử lý hóa học

Tẩy dầu mỡ: Trên bề mặt chi tiết cần mạ thường có các loại dầu mỡ hay thuốc đánh

bóng dính vào Màng dầu mỡ gây hiện tượng bong lớp kim loại mạ đồng thời làm bẩn

dung dịch mạ

Các phương pháp tẩy dầu mỡ:

Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ

Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương

Tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa

Tẩy dầu mỡ

Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu mỡ, dù rất

mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc được với dung dịch

tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ bằng các cách sau: Tẩy trong dung

môi hữu cơ như tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4…

chúng có đặc điểm là hòa tan tốt nhiều loại chất béo, không ăn mòn kim loại, không

bắt lửa Tuy nhiên, sau khi dung môi bay hơi, trên bề mặt kim loại vẫn còn dính lại lớp

màng dầu mỡ rất mỏng, cẩn phải tẩy tiếp trong dung dịch kiềm Tẩy trong dung dịch

kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũ tương hóa như Na2SiO3, Na3PO4…

Với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật sẽ tham gia phản ứng xà phòng hóa

với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt Với những loại dầu mỡ khoáng vật thì sẽ bị tách

ra dưới tác dụng nhũ tương hóa của Na2SiO3

Tẩy trong dung dịch kiềm bằng phương pháp điện hóa, dưới tác dụng của dòng

điện, oxy và hidro thoát ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào bề mặt tấy bằng

phương pháp này dung dịch kiềm chỉ cần pha loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệu

quả Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề

mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễ dàng hơn

Tẩy gỉ

Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày, gọi là gỉ tẩy gỉ hóa học cho kim

loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl hoặc hỗn hợp của chúng Khi tẩy

thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan oxit và kim loại nền Tẩy gỉ điện hóa là

tẩy gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện Có thể tiến hành tẩy gỉ catot

hoặc tẩy gỉ anot Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn

bám rất tốt Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác dụng khử một phần oxit Hidro

sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra Tẩy gỉ bằng catot

chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thép cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả

lắm

Tẩy bóng điện hóa và hóa học

Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học lớp mạ trên nó gắn bám

tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt Khi tẩy bóng điện

hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt Do tốc độ hòa tan

của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng

Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa Khi tẩy bóng hóa học cũng

xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực của dung dịch với

kim loại tại chỗ lõm

Tẩy nhẹ

Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng, không nhìn

thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi mạ khi tẩy nhẹ

xong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên

2 CÔNG NGHỆ MẠ KẼM

2.1 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH AXIT

Dung dich axit để mạ kẽm chính là dung dich mạ đơn, thường dùng là dung dich

sunfat, rồi đến dung dịch clorua, dung dich floborat Đặc điểm chung của các dung

dịch này là : kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hoá, cho độ phân cực bé khi

phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng Dc lớn , nhất là khi dung dịch được

khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn ( ngay cả khi nồng độ axit cao ) Nhược điểm

chung của các dung dich này là : cho lớp mạ có tinh thể thô, khả năng phân bố kém,

nên chỉ dùng cho để mạ cho vật có hình thù đơn giản như dây, băng tấm

Để phục vụ học tập cần nghiên cứu kỹ dung dich sunfat - đại diện cho loại dung

dịch axit, từ đó có thể dễ dàng hiểu được các quy luật của các dung dịch axit khác

Mạ kẽm từ dung dịch sunfat

Cấu tử chính của dung dich này là ZnSO4.7H2O, độ hoà tan ở 25oC là 600g/l,

nhưng dung dich chỉ cần nồng độ từ 200 đến 300g/l Vì đặc quá thường cho lớp mạ

xốp, dễ bị gai cây; còn loãng quá thì độ dẫn điện của dung dịch thấp, làm giảm chất

lượng lớp mạ Khi mạ kẽm cho dây, băng, tấm liên tục, để tăng tốc độ mạ người ta

dùng dung dịch có nồng độ cao đến 400-700 g/l, nhưng buộc phải đun nóng liên tục

dung dịch ở 40-50 độ C và khuấy thật mạnh bằng khí nén

Trên catot xảy ra quá trình phóng điện của ion Zn2+

hidrat hoá:

Zn2+.mH2O + 2e = Zn + mH2O

Quá trình này xảy ra với độ phân cực bé nên kết tủa có tinh thể thô và khả năng

phân bố PB bé Để cải thiện các nhược điểm này , dung dịch phải có thêm thành phần

thích hợp:

- Các chất dẫn điện có cùng anion như Na2SO4,(NH4)2SO4… Các chất này làm tăng độ

dẫn điện của dung dịch đồng thời làm tăng khả năng phân bố cho dung dịch, làm tăng

độ phân cực catot, cải thiện được cấu trúc tinh thể

- Chất hoạt động bề mặt cho vào dung dịch làm tăng độ phân cực, cải thiện tổ chức

tinh thể kết tủa và khả năng phân bố của dung dịch Nhưng bề mặt Zn trong dung dịch

axit tích điện âm nên phải dùng chất hoạt động bề mặt loại cation như dextrin, keo dán

gỗ, glucoza, cam thảo … Chất hoạt động bề mặt chỉ có tác dụng ở nhiệt độ thường

Ngoài quá trình chính, trên catot còn quá trình phụ của H+ phóng điện Điện thế

tiêu chuẩn của hydro dương hơn của Zn là 0,76, lẽ ra hiệu suất của dòng điện thoát Zn

sẽ phải thấp, nhưng vì quá thế thoát hydro trên Zn rất lớn, và vì nồng độ H+

rất bé, trong khi nông độ Zn2+ lại rất lớn, nên trên catot Zn thoát ra là chính, do đó hiệu suất

dòng điện trong dung dịch mạ kemz sunfat thường rất cao (96-98%)

Để hiệu suất dòng điện thoát Zn luôn luôn cao thì nồng độ H+ trong dung dịch phải

đủ thấp,pH không được dưới 3,5 Nếu pH <3,5, nồng độ H+quá lớn, H+ sẽ trở nên ưu

tiên phóng điện trên catot và hiệu suất dòng điện thoát Zn giảm đi, thậm chí giảm đến

0 Ngược lại, pH cũng không được cao hơn 4,5-4,8, nếu không lớp mạ điện sẽ dòn, sần

sùi vì lẫn nhiều kẽm hydroxit (sinh ra tại pH 5,3 trong lớp sát catot) Vậy để ổn định

pH trong khoảng 3,5-4,5 cần phải dùng chất đệm Al2(SO4)3 tỏ ra là 1 chất đệm rất tốt

trong phạm vi ấy Khi pH>4,5 Al2(SO4)3 sẽ thủy phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4

H2SO4 giải phóng ra sẽ làm giảm pH xuống, đồng thời Al(OH)3 được sinh ra ở dạng

keo, phân tán, có tác dụng nâng cao độ phân cực catot cải thiện thêm cấu trúc tinh thể,

lớp mạ mịn sáng hơn Mặt khác chất keo làm đục dung dịch và chính độ đục này lại là

một tín hiệu thông báo tình trạng tốt xấu của dung dịch

Thấy rằng mạ kẽm từ dung dịch sunfat luôn có hiệu suất dòng điện anot trên 100%

(trong khi hiệu suất dòng điện catot bé hơn 100%), lý do là trên anot ngoài quá trình

hòa tan điện hóa do hoạt động của các vi pin ăn mòn Anot càng nhiều tạp chất hiện

tượng hòa tan ấy càng mạnh Điều này đưa đến hai hậu quả: một là nồng độ Zn2+ trong

dung dịch dần dần đặc lên; hai là nồng độ H+ trong dung dịch mất dần, dẫn đến pH

tăng lên Để khắc phục hai hiện thượng đó ngoài việc dùng chất đệm, cần thường

xuyên theo dõi để bổ sung H2SO4và điều chỉnh nồng độ Zn2+ trong dung dịch được kịp

thời

Dung dịch mạ kẽm rất nhạy với tạp chất Các ion tạp chất nào có điện thế dương

hơn kẽm, sẽ được giải phóng trên catot cùng với kẽm Các tạp chất này lại thường có

quá thế hydro trên chúng thấp hơn trên kẽm (nhất là Co, Cu, Ag, Sb …) nên sẽ tạo

thành những điểm chỉ cho hydro thoát ra, làm giảm mạnh hiệu suất dòng điện, nhưng

nguy hại hơn là tạo thành các vết rỗ, sọc hoặc sùi, bột … làm hỏng lớp mạ Vì vậy hóa

chất, nước, anot phải dùng loại đủ sạch ( theo đúng tiêu chuẩn quy định) Khi sử dụng,

vận hành không được để lẫn tạp chất vào dung dịch

Để mạ kẽm bóng trực tiếp từ dung dịch sunfat người ta dùng các chất bóng:

2,6-2,7-disunfonaphtalat, chất DSU và U-2 hoặc dùng dòng điện đổi cực (T=6s; tc:ta =

6:1) Nói chung mạ bóng kẽm từ dung dịch sunfat chưa được nghiên cứu nhiều Có lẽ

vì bản thân lớp mạ kẽm không phải là lớp mạ trang sức, khi cần làm đẹp thì đã có cách

tẩy bóng sau khi mạ vẫn quen dùng từ lâu

2.2 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH XYANUA

2.2.1 Đặc điểm công nghệ

Dung dịch mạ kẽm xyanua, khả năng phân bố tốt, lớp mạ mịn, bóng có thể sử dụng

mật độ dòng điện và nhiệt độ cao, không ăn mòn thiết bị, mạ chi tiết có hình dáng

phức tạp, có độ dày trên 20µm Nhưng dung dịch xyanua có hiệu suất dòng điện thấp,

dung dịch rất độc, có hại đến sức khỏe, vì vậy phải có thiết bị hút độc tốt và có biện

2-5 80-85 Tẩy HNO3 cho lớp mạ sang

40-45 80-85 40-60

-

- Phòng

1,5-2 75-80

Mạ tĩnh

8-10 18-20

70

-

- Phòng

0,5-2,5 70-80

Mạ quay,

Ít độc

41-57 68-132 34,5-56

-

- 27-38

1-5 75-95

Mạ dày

Tỷ lệ diện tích anot/catot Sa/Sc : 2/1

Anot : kẽm độ sạch cao và thép

Điện thế nguồn 6-12V

Thời hạn phân tích điều chỉnh dung dịch 1-2 lần/ tuần

NaCN tạo với ZnO thành phức chất Na2[Zn(CN)4], cho khả năng phân bố lớn, độc

NaOH tạo thành với ZnO thành phức chất Na2ZnO2 (zincat), cho khả năng phân bố

thấp

Na2S dùng để kết tủa kim loại nặng xuống đáy bể, làm sạch dung dịch, lớp mạ sáng

hơn

Glixerin cho lớp mạ mịn, sáng

Làm việc lâu, hàm lượng Na2CO3 tăng dần lên do hấp thụ khí CO2 từ không khí

Khi nồng độ Na2CO3 vượt quá 100g/ml sẽ kết tinh trắng lên thành bể, làm giảm H%,

ic và chất lượng lớp mạ Loại bỏ bằng cách cứ thêm 1,5g Ba(OH)2 vào dung dịch sẽ

kết tủa được 1g Na2CO3 Sau đó lắng, gạn khỏi dung dịch

Hiện nay thị trường nước ta có bán chất bóng ZB-ATZ của Enthol dùng cho mạ kẽm

rất tốt, dùng trong dung dịch sau (g/l) : ZnO 22,4 ; NaCN 40 ; NaOH 85 ; ZB-ATZ

4ml/l ; ic = 0,5-5 A/dm² ; nhiệt độ thường

2.2.3 Pha chế dung dịch

Dung dịch mạ kẽm xyanua pha bằng các hóa chất ZnO hoặc Zn(OH)2 cho tác

dụng với NaCN Phản ứng chúng như sau :

2ZnO + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 2Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 + 2H2O Pha chế dung dịch mạ kẽm xyanua trong điều kiện có quạt hút Quá trình pha chế như

sau :

- Hòa tan NaCN và NaOH trong bể mạ (bể thép hay nhựa) có thể tích nước bằng ½

thể tích bể mạ

- Cho nước vào ZnO đã tính toán, khuấy thành dạng hồ đặc, vừa khuấy vừa cho vào

bể mạ đến khi hòa tan hoàn toàn

- Cho glicerin , Na2S,… và các chất phụ gia khác đã hòa tan vào trong bể Khuấy

đều, cho nước đến mức quy định Khi cần thêm ZnO phải hòa tan nó vào NaCN hay

NaOH rồi mới lọc vào dd

Pha xong mạ xử lí với ic = 0,1-0,2 A/dm² đến khi được lớp mạ sáng

2.3 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH ZINCAT

2.3.1 Đặc điểm công nghệ

Kẽm tồn tại dưới dạnh phức Na2ZnO3 Dung dịch này có khả năng phân bố khá lớn

nên mạ được các vật tương đối phức tạp Tuy không bằng dung dịch xyanua nhưng nó

không độc hại, thành phần đơn giản, giá rẻ, độ dẫn điện cao, chỉ cần nguồn điện 1

chiều dưới 6V

2.3.2 Chế độ công nghệ

Dung dịch loãng có khả năng phân bố tốt hơn, dùng mạ các vật phức tạp Sn4+

làm lớp mạ nhẵn, sáng Điều chế Sn4+ (ở dạng Na2SnO3): dùng 2ml H2O2 sẽ oxy hóa

được Sn2+ thành 1g Na2SnO3 (dùng thay cho SnCl4)

Polyetylenimi cho phép dùng mật độ dòng cao, lớp mạ trắng

-

- 3-4 2,0-2,5

50

3,5-6,8 65-80 0,2-0,5

-

- 1,5-2,0 0,7

1-5

50

Tỷ lệ diện tích anot/catot Sa/Sc = ½ đến 2/3

Anot có độ tinh khiết kĩ thuật

Điện thế nguồn 6V

2.3.3 Pha chế dung dịch

Cân hóa chất, hòa tan NaOH vào nước, đun nóng đến 90-100ºC

ZnO hay Zn(OH)2 mới chế hòa thành bột nhão rồi từ từ rót vào dd NaOH khuấy

đều cho đến khi tan hết

- Thêm nước đến thể tích đã tính toán, lọc dung dịch vào bể mạ, thêm các cấu tử còn

lại

- Lấy mẫu đem phân tích, đồng thời mạ xử lí với ic= 0,1-0,2 A/dm² cho đến khi được

lớp mạ sáng Sau khi phân tích điều chỉnh lại nồng độ nếu cần

2.4 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH AMONIACAT

2.4.1 Đặc điểm công nghệ

Dùng mạ cho các vật có hình dáng phức tạp, lớp mạ mịn (gần bằng mạ từ dung dịch

xyanua) Không độc, mạ được ở nhiệt độ phòng

Kẽm tồn tại dưới dạng phức Zn(NH3)2Cl2 ở pH<7 Ở pH>7 tồn tại dưới dạng

Zn(NH3)4Cl2 Ở pH<5 phức không tồn tại

2.4.2 Chế độ công nghệ

Độ hòa tan của ZnO trong NH4Cl bão hòa ở 20ºC là 0,18M

Các dung dịch này chứa nhiều ion Cl- nên sau khi mạ phải rửa sạch để trách gây gỉ về

sau:

Dùng ZnSO4 thay cho ZnO hay ZnCl2 để pha dung dịch cũng cho lớp mạ tốt

nhưng dd mạ hay biến động, không ổn định

H3BO3 và CH3COONH4 là các chất điệm nhưng không đổi lẫn được cho nhau

Urtropin C6H12 N4 và gelatin hay keo da trâu là những chất làm lớp mạ mịn , sáng,

phân bố tốt

Liconda ZnSR A và B là tên thương mại của chất bóng được bán trên thị trường

Anot dùng kim loại tinh khiết kĩ thuật

Nguồn điện 6V cho mạ tĩnh, treo ; 12V cho mạ trong thùng quay

2.4.3 Pha chế dung dịch

- NH4Cl hòa tan sẽ thu nhiệt nên phải hòa tan chúng trong nước nóng 50-60ºC

- ZnO hòa với nước thành bột nhão rồi cho từ từ vào dung dịch NH4Cl nóng và khuấy

lien tục cho đến khi tan hết Để hòa tan được nhanh nên cho ZnO vào HCl (đã pha

loãng với nước theo tỉ lệ 1:1) cho tan trước rồi mới rót vào dd NH4Cl

- Hòa tan H3BO3 riêng vào nước 60-70ºC rồi đổ chung vào Các chất còn lại cũng

phải hòa tan trước rồi mới trộn chung lại

- Thêm nước đến thể tích đã tính toán, lọc dung dịch vào bể mạ Mạ xử lí với ic=

0,25-5 A/dm² cho đến khi được lớp mạ trắng, sáng Nếu hóa chất ZnO lẫn nhiều Pb,

Fe, Cu….phải mạ xử lí khá lâu thường phải đạt trên 2-3 Ah/l mới được lớp mạ tốt

Chú ý: Urotropin hòa tan trong nước nguội Gelatin phải ngâm 1-2 ngày cho trương

hoặc ngâm trong nước nóng trong 1-2h

Các chất bóng cho trực tiếp vào dung dịch

2.5 MẠ KẼM TRONG DUNG DỊCH PYROPHOTPHAT

Anot kẽm dễ bị thụ động, nhất là ở nhiệt độ thấp do bị phủ màng muối khó tan

Tỷ lệ diện tích anot/catot Sa/Sc > 2-3

Các muối chứa NH4+ có tác dụng chống thụ động anot

K4P2O7, K2HPO4 có độ hòa tan lớn hơn, cho dung dịch có nồng độ phức cao hơn,

dùng được mật độ dòng cao hơn, ít gây thụ động anot hơn

Còn K4P2O7, Na2HPO7 thì ngược lại

- 3-5 3-5

- 1-2

- 50-55 8,0-8,3 75-95

Mạ mờ

60-70

300-330

- 45-55

-

-

- 0,1-0,5 2-5 0,5-1,0 20-30 8,5-9,0 83-92

Mạ bóng

35-40 140-150

- 15-30 11,2-11,6

95

Mạ tĩnh;

Mạ quay

90-100 300-350

-

-

- 50-60 1,3-30

- 0,8-1,2

- 18-25 7,5-8,5 85-95

-

54-60

- 190-240 18-20

-

-

5

- 1-5 0,7-1,2 50-55 84-89

- Anot ít

bị thụ động

2.5.3 Pha chế dung dịch

Hòa tan natri hay kali pyrophotphat bằng nước 70-80 ºC Hòa tan riêng ZnSO4

Cũng bằng nước nóng Đổ từ từ 2 dung dịch trên vào nhau và khuấy liên tục Thoạt

đầu sinh ra kết tủa kẽm pyrophotphat , sau đó phản ứng tiếp với pyrophotphat dư thành

phức tan

2ZnSO4 + Na4P2O7 = Zn2P2O7 + 2Na2SO4

Zn2P2O7 + 3Na4P2O7 = 2Na6[Zn(P2O7)]

Để nguội dung dịch , gạn lọc dung dịch vào bể mạ và loại bỏ cặn(là K2SO4 và

Na2SO4 kết tinh) Hòa tan riêng các cấu tử còn lại và lọc vào bể Thêm nước đến thể

Hoặc tấy trong NaOH 10 -15% nền thép không bị mòn

Hoặc tấy trong H2SO4 5 -10% ở nhiệt độ thường

4 HOÀN THIỆN LỚP MẠ KẼM (cromat hóa)

Kẽm rất hoạt động nên dễ bị các tác nhân ăn mòn trong môi trường tác dụng, xâm

thực, làm cho bề mặt dần xấu đi Để nâng cao tính bảo vệ và vẻ đẹp hàng hóa, lớp mạ

kẽm cần phải qua khâu hoàn thiện sau khi mạ như: thụ động, tẩy bóng trắng, khử dòn

hydro, photphat hóa

Thụ động hóa hay cromat hóa cho các lớp mạ kẽm được tiến hành trong dung dịch

axit cromic hoặc natri bicromat Phản ứng hóa học giữa bề mặt kẽm và dung dịch tạo

thành màng thụ động gồm một dãy các oxit, các hydroxit và các muối của kẽm và

crom Mỗi chất có 1 màu riêng, hợp thành một phổ màu cho lớp mạ từ lục sáng đến

ngũ sắc rồi đến không màu, tùy thuộc thành phần và chế dộ thụ động chiều dày mảng

~ 0,25 – 0,5 m Lúc còn ướt màng yếu, dễ cọ tuột mất, sau khi sấy khô ở nhiệt độ

60oC màng bám rất chắc với nền, màng ít bền cơ học Nếu sấy ở trên 60oC màng sẽ

mất nước kết tinh, gây nứt nẻ, chống ăn mòn kém Để màu được tươi sáng nên tẩy

sáng bằng HNO3 2 – 30 g/l ở nhiệt độ thường trong 0,1 – 0,3 ph rồi mới thụ động

hoặc cho hẳn HNO3 vào dung dịch thụ động

Thụ động bằng kẽm Cr (III) (Cromitr hóa)

Cấu tạo và khả năng bảo vệ lớp phủ Cromít

Cấu tạo

Giống như lớp phủ cromat, lớp phủ cromit là màng vô định hình có cấu trúc phức hợp

gồm các chất sau: Cr2O3 ,Cr(OH)3 , ZnO, Zn(OH)2, Cr, Zn(NO3)2, Zn(Cl)2, Cr(NO3)3,

Cr(Cl)3, phức Lớp màng là một cấu trúc phức tạp bao gồm rất nhiều chất , lớp màng

tạo thành bao phủ trên bề mặt Kẽm, có màu trắng xanh nhưng rõ đậm hơn màu của

kim loại Zn Nhờ có màng này nên làm cho khả năng chống ăn mòn của Zn tăng lên

rất là nhiều Mẫu tạo thành có thể để ngoài không khí một thời dài vẫn chưa bi oxy

hóa

Lớp phủ thụ động Crôm(III) có cấu trúc xốp nên dung dịch dễ thấm qua để tiếp xúc

với bề mặt kẽm thực hiện các phản ứng tạo ra màng thụ động Quá trình phát triển

màng thông qua trao đổi điện tích và chuyển khối qua các lỗ và khuyết tật trên bề mặt

cromit (ăn mòn từ phía trong) Lớp phủ cromit được xác định có mật độ lỗ tương đối

cao, do đó dung dịch và các sản phẩm ăn mòn dễ dàng đi xuyên các lỗ, tạo điều kiện

thuận lợi cả về chuyển khối và chuyển điện tích cho quá trình phát triển màng Chính

vì vậy có thể dự đoán độ dày màng cromit có khả năng dày lên theo thời gian, khác

hoàn toàn so với màng cromat hóa chỉ có thể dày ở mức độ nhất định (10-1000nm)

Khả năng bảo vệ

Màng Cromit hóa bảo vệ bề mặt kẽ theo cơ chế che chắn (barie) Chính vì vậy khả

năng chống ăn mòn phụ thuộc trực tiếp vào độ lỗ của màng Khi tráng một lớp bảo vệ

hữu cơ (sealing) thì khả năng chống ăn mòn của màng tăng lên rất nhiều do các hợp

chất hữu cơ này bịt được các lỗ trên bề mặt cromit Khi thêm màng phủ, khả năng chịu

thử mù muối chống ăn mòn có thể tăng gấp ba lần so với khi không có màng hữu cơ

bao phủ Bảng 1.1 là số liệu khảo sát khi có và không có lớp phủ hữu cơ Cũng cần