Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học hợp kim nickel có cơ tính cao

Đặc biệt, hiện nay lớp mạ Nickel hoá học đã phát triến sang loại lớp mạ Nickel hoá học composit là hướng nghiên CÚOI rất mới,với những tính chất mới có thế cải thiện cả những tính chất l

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

LỜI CẢM ƠN

Sau ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, tới nay em đã hoàn thành bản đồ án này Ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ tận tình của nhiều cá nhân và tập thể

Trước hết, em xin trân trọng cảm on đến thầy giáo TS Mai Thanh Tùng, người

đã quan tâm và trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn Điện hoá đã chỉ bảo và tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em có thế thực hiện bài đồ án của mình một cách tốt nhất

Nhân dịp này, em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân, bạn bè

đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình làm đồ án

Đây là bản đồ án với hướng nghiên cún mới, thêm vào đó trong quá trình thí nghiệm, do hạn chế về mặt thời gian nên không tránh khỏi sai sót, em kính mong được các thầy cô chỉ bảo để em hoàn thiện hơn nữa kiến thức của mình Em mong với

nỗ lực của bản thân tuy nhỏ nhung qua bản đồ án này sẽ góp phần vào sự phát triển ngành mạ nói riêng cũng như góp phần vào sự phát triến của khoa học kỹ thuật Việt Nam nói chung

Hà nội, ngày 24 tháng 5 năm 2008

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐÀU 4

Phần 1 TỐNG QUAN 6

1.1 Lý thuyết chung về mạ hoá học 6

1.1.1 Khái niệm chung 6

1.1.2 Cơ chế phản ứng mạ hoá học 8

1.1.3 Vai trò của nhạy hoá và hoạt hoá 11

1.1.4 Những đặc điếm và ứng dụng của lớp mạ hoá học: 12

1.2 Lớp mạ Nickel hoá học - electroless Nickel (EN) 15

1.2.1 Cơ chế mạ EN 15

1.2.2 Các tính chất của lớp mạ EN 17

1.2.2.1 Các tính chất vật lý 17

1.2.2.2 K hả năng chổng ăn mòn của lớp phủ EN 20

1.2.2.3 Ứ ng suất nội của lớp phủ EN 22

ỉ.2.2.4 Các tính chất cơ của lóp phủ EN 24

1.2.2.5 Khả năng chổng mài mòn của lớp phủ EN 27

1.2.3 N hững ứng dụng của lớp mạ Ni hoá học: 28

1.2.4 Đặc điếm vận hành của mạ Nickel hoá học 33

1.2.4 ỉ Vận hành bể mạ 33

1.2.4.2 Hiện tượng tự phân huỷ 33

1.2.4.3 A nh hưởng của các thông số đến tốc độ mạ Nỉckel hoả học 34

1.3 Lớp phủ Nickel composit hoá học 46

1.3.1 Giới thiệu chung về lóp phủ hoá học composit 46

1.3.2 Tính chất chống mài mòn của lớp phủ 47

1.3.3 Hệ số ma sát (Friction Coefficient) 52

1.3.4 Độ nhám 54

1.3.5 Sự tác động lẫn nhau giữa hạt và dung dịch 57

Phần 2 THỰC NGHIỆM 1 61

2.1 Chuẩn bị các mẫu và dung dịch 61

Phần 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 73

3.1 Ket quả đo độ cúng 73

3.2 Chụp ảnh SEM 73

3.3 Các phép đo điện hoá 76

3.3.1 Phép đ o E - t 76

3.3.2 Phép đo ăn mòn 77

3.3.3 Phép đo phổ tổng trở 79

3.3.4 Phân tích cấu trúc lớp phủ XRD 80

Phần IV KẾT LUẬN 82

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

LỜI NÓI ĐÀU

Có nhiều phương pháp khác nhau tạo màng phủ, trong đó mạ điện là phươngpháp truyền thống Nhưng trước những yêu cầu ngày càng cao về màng phủ, đòi hỏiphải hội tụ được nhiều tính chất trong cùng một màng phủ có thể ứng dụng được trongnhiều trường hợp đặc biệt thì phương pháp mạ điện còn hạn chế Mạ hoá học ra đời đãgóp phần giải quyết được yêu cầu này

Mạ hoá học tuy ra đời khá muộn nhưng đã nhanh chóng khẳng định được vaitrò của nó trong công nghệ tạo màng phủ Trong mạ hoá học thì mạ Nickel hoá học làquan trọng nhất, được quan tâm nhiều nhất và cũng có ứng dụng nhiều nhất MạNickel hoá học thực chất là tạo màng phủ hợp kim Ni-P hoá học Nó vừa là lớp mạtrang sức vừa là lớp mạ bảo vệ Thực tế đã khắng định được mạ hoá học có nhiều uưđiểm hơn so với mạ điện

Ngày nay trên thế giới, mạ hoá học nói chung và mạ Nickel hoá học nói riêngđang rất phát triển Được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng, đặcbiệt nó tỏ ra có hiệu quả trong những ngành công nghệ cao như điện tử viễn thông,ôtô, không gian, đòi hỏi độ chính xác cao

Ớ Việt Nam, mạ hoá học là ngành còn mới mẻ, hiện nay chưa có một công tynào sản xuất màng phủ bằng phương pháp hoá học Các trung tâm - viện nghiên CÚ01 ítquan tâm đến mạ hoá học do còn nhiều nguyên nhân khác nhau Tài liệu và nhữnghiểu biết về mạ hoá học còn ít và hạn chế Đặc biệt, hiện nay lớp mạ Nickel hoá học

đã phát triến sang loại lớp mạ Nickel hoá học composit là hướng nghiên CÚOI rất mới,với những tính chất mới có thế cải thiện cả những tính chất lớp phủ Nickel hoá họchiện còn chưa đạt tới như làm tăng độ cứng, nâng cao tính chất chịu mài mòn và chịu

Do đó, nhiệm vụ làm tốt nghiệp của tôi là nghiên cún lớp mạ Nickel hoá họccomposit cụ thể là: Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học hợp kim Nickel có cơ tính cao.

Hy vọng bản đồ án này góp phần cung cấp thêm về mạ Nickel hoá học nói chung và

mạ Nickel hóa học composit Chắc chắn trong một tương lai gần, mạ hoá học nóichung và mạ Nickel hoá học nói riêng cùng với mạ Nickel hoá học composit sẽ pháttriển ở Việt Nam đế có thế khai thác những ưu điểm của nó

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Phần 1 TỔNG QUAN

1.1 Lý thuyết chung về mạ hoá học

1.1.1 Khái niệm chung

Quá trình kết tủa lớp kim loại hay họp kim lên bề mặt vật rắn nhò' các phản ứng hoá học mà không cần đến dòng điện ngoài gọi là quá trình mạ hoá học hay còn gọi là mạ không điện.

Mạ hoá học có thể chia làm ba loại khác nhau

• Ma tiếp xúc

Đăc điếm: Nhúng vật cần mạ là kim loại M] vào dung dịch của một muối kim

loại Mn+ thì sẽ xảy ra phản ứng đẩy: Mn+ + M i = M + M i ' 1+ ( l l )

Như vậy, M kết tủa thành lóp mạ hoá học lên Mi, đồng thời bề mặt kim loại Mi

bị tan ra Động lực của phản ứng này là hiệu số điện thế giữa hai kim loại ấy Quátrình mạ chậm dần và ngừng hắn khi bề mặt nền Mi bị che lấp và phủ kín bởi M,khiến cho nền không tan được nữa Cách này cho lớp mạ mỏng (<10 pm), xốp, bámkém

Vi du: Nhúng thép vào dung dịch CuSƠ4 sẽ được lóp Cu trên thép

Fe + Cu2+ = Fe2+ +Cu (1.2)

Phản ứng anot: R - ne =0"+ (1.9)

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Muốn có lớp mạ M trên Mi phải nhúng thêm thanh kim loại M vào dung dịch

và nối ngắn mạch nó với nền MỊ Khi đó thanh M sẽ tan ra và kết tủa trên nền Mi:

* anôt trên thanh M: M - ne = Mnl (1.3)

* catôt trên nền M1: Mn+ + ne = M (1.4)

Động lực thúc đấy quá trình này là hiệu số điện thế giữa hai kim loại và kimloại âm hơn phải có cơ hội tan ra được Khi bề mặt nền bị phủ kín cũng là lúc quátrình mạ kết thúc Lóp mạ mỏng (<10pm), xốp, bám kém

Vi du: Nhúng thép vào dung dịch ZnSƠ4 phải nối thêm thanh Zn kim loại với

thép mới thu được lóp mạ Zn trên thép

• Tư xúc tác

Đăc điểm: Quá trình mạ này dựa vào phản ứng oxi hoá-khử, trong đó chất khử

R là một hoá chất nằm trong thành phần của dung dịch mạ và kim loại kết tủa M phải

Oxihoá: H3PO2 + H2O = H3PO3 + 2H++ 2e <p = - 0 , 5 V (1.6)

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Đặc điểm của lớp mạ này là công nghệ đơn giản, lớp mạ mỏng, chỉ dùng cho trườnghợp không cần độ dày lớp mạ hoặc lớp mạ lót trước khi mạ

Mạ hoá học theo kiểu tự xúc tác thì có những đặc điểm và yêu cầu sau:

c Điện thế bị oxi hoá chất khử trong dung dịch cần nhỏ hơn điện thế bị khử ion

kim loại, làm cho kim loại có thế kết tủa trên nền

c Phản ứng chỉ được tiến hành trên bề mặt chi tiết do tác dụng xúc tác, trong

dung dịch phản úng không được sinh ra để tránh sự phân huỷ tự’ nhiên của dungdịch

c Điều chỉnh nhiệt độ, pH dung dịch có thể khống chế tốc độ khử kim loại, tức

Oxi hoá : R + OH -> ROH+ e (1.12

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Hai phản ứng (1.8) và (1.9) xác lập nên thế mạ hoá học, được gọi là thế hỗnhợp Hình 1.1 thế hiện khái niệm thế hỗn hợp dùng đế mô tả nguyên tắc phản ứng mạhoá học

Hình 1.1: Đồ thị điện cực thế

hồn hợpTrong đó i : dòng điện thục

ia : dòng điện anot

ic : dòng diện catotipi : dòng điện mạ hoá học tại thế hỗn hợp Epi

Theo cách hiếu này thì phản ứng tổng được xem là một tố hợp đơn giản cáchành vi điện hoá của hai phản úng riêng phân (được xác định một cách độc lập ) lại

mà thành Thực ra quá trình mạ hoá học xảy ra phức tạp hơn nhiều so với những điềuvừa trình bày ở trên Bởi vì các phản ứng riêng phần không xảy ra một cách độc lập

mà còn có sự tương tác và phụ thuộc lẫn nhau, ngoài ra còn có các phản úng phụ xảy

ra đồng thời Do đó, các đường sẽ biến dạng và trở nên phức tạp hơn nhiều so vớiđường ghép đon giản từ hai phản úng độc lập lại với nhau như ở hình 1.1

Mặc dù có những giới hạn như vậy, thuyết thế hồn hợp vẫn có ích trong việcnghiên cúu tìm hiểu về tính chất của tùng phản úng riêng phần trong quá trình mạ hoáhọc

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Quá trình mạ hoá học xảy ra rất phức tạp, đa dạng vì nó còn phụ thuộc vào đặcđiếm của từng hệ mạ và từng loại chất khử khác nhau Tuy nhiên, chúng vẫn có một

số điểm chung là:

- Quá trình mạ hoá học nào cũng luôn kèm theo sự thoát khí hydro

Các kim loại có khả năng mạ hoá học được đều có tác dụng xúc tác nhận tách hydro

Các chất làm ngộ độc phản ứng nhận, tách hydro như tioure,mercaptobenzotiazol đồng thời cũng có khả năng làm ốn định dung dịch mạ hoáhọc

Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kích hoạt khi tăng pH

Từ các đặc điểm đó, người ta xây dựng thành một cơ chế tổng quát chung cho

e - điện tử cần thiết đế khử ion kim loại thành kim loại, được R ở (1.12) và H ở(1.14) cung cấp Phần đóng góp của mồi phản ứng sẽ quyết định hiệu quả sử dụng củachất khử.

H2 - khí hydro thoát ra do các nguyên tử hydro hấp phụ kết hợp lại ở (1.13) và

do phản ứng (1.16) Sản phẩm của chất khử sau phản ứng ( như p từ hypophotphit, B

từ dimetylamin boran ) tham gia vào thành phần lớp mạ

1.1.3 Vai trò của nhạy hoá và hoạt hoá

Đe quá trình mạ hoá học được tiến hành phải làm cho hai phản úng (1.8) và(1.9) đồng thời diễn ra

Động lực thúc đẩy chúng là tính xúc tác đối với phản ứng (1.9) của một kimloại nào đấy có trên bề mặt mạ Neu nền cần mạ là phi kim hoặc kim loại không cótính xúc tác cho phản ứng (1.9) thì phải cho chúng tiếp xúc với kim loại âm hon nhưnhôm hoặc cấp cho chúng dòng xung ban đầu Khi mạ hoá học lên vật liệu bằng thuỷtinh, gốm sứ, chất dẻo trước khi mạ phải hoạt hoá chúng trong dung dịch của muốikim loại có tính xúc tác Các ion kim loại của muối này sau khi hoạt hoá sẽ được khửtrên bề mặt nền thành các nguyên tử đóng vai trò là các trung tâm xúc tác cho phảnứng (1.9) Khi phản ứng (1.9) xảy ra sẽ làm cho phản ứng (1.8) cũng diễn ra vànguyên tử kim loại mạ xuất hiện Ta cần xét vai trò của hoạt hóa và nhạy hoá

• Nhay hoá:

Nhạy hoá là xử lý bề mặt (đã gia công) bằng dung dịch thiếc (II) clorua đế nângcao hoạt tính bề mặt cho các khâu tiếp theo Cụ thể là nhạy hoá trước trong dung dịchSnCl2 sẽ làm tăng sự hấp phụ ion Pd trên bề mặt chi tiết

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

tạo thành hợp chất thiếc khó tan Chất này tạo thành màng keo rất mỏng phủ khắp bềmặt làm cho tính khử được tăng cường và phân bố đều trên khắp bề mặt Chú ý nênrửa hai lần đế muối thuỷ phân hết trên toàn bộ bề mặt; chỉ rửa nhúng, không nên rủadưới vòi nước nước làm trôi mất muối thiếc

• Hoai hoá:

Hoạt hoá là xử lý bề mặt (đã nhạy hoá) bằng dung dịch chứa các họp chất kimloại có hoạt tính xúc tác như Pd, Pt, Ag, Au Thường dùng nhất là dung dịch chứahợp chất paladin Khi nhúng vật đã nhạy hoá vào dung dịch PdCE sẽ xảy ra phản úngkhử Pd trên bề mặt:

1.1.4 Những đặc điếm và ứng dụng của lớp mạ hoá học:

V Khả năng phân bố rất tốt, hơn hẳn mạ điện, được thể hiện ở sự đồng nhất của

lớp mạ trên cùng bề mặt nền ngay cả những vùng khuất-hốc-kín nên rấtthuận tiện cho trường hợp cần mạ trong lòng ống, trong các lỗ sâu, các bánhrăng dày, chồ có ren hay chỗ có nhiều khe khuất, các vật hình thù phứctạp

VKhông cần nguồn điện ngoài

c Lớp mạ hoá học có độ dày đều, độ xốp bé nên chống ăn mòn rất tốt trong

nhiều môi trường, độ chịu mài mòn cao, cơ tính cao thậm chí còn hơn cả lớp

Ni mạ điện và lớp crom cứng

cCó thể mạ hoá học lên các nền không dẫn như gốm, sứ, thuỷ tinh, chất dẻo.

Thường gặp nhất là mạ hoá học lên nền chất dẻo Các polymer bền ăn mòn,nhẹ, đàn hồi, khi được mạ hoá học có thêm lớp kim loại mong trên bề mặt

sẽ trở thành vật liệu mới được ứng dụng rộng rãi nhằm mục đích trang sứchay đế đảm nhiệm một chức năng nào đó Ví dụ:

- Mạ Ni và Cr hoá học lên nhựa ABS (acrylonitril butadiene styrene),nhựa PPO ( polyphenylen oxit), nhựa PAE (poĩyacryĩ ete) để sản xuất racác sản phẩm độc đáo trong công nghiệp điện tử, kỹ thuật tự động, đồ giadụng, đồ mỹ phẩm, đồ trang sức mỹ ký, các chi tiết trang trí trong nội thấtôtô

V Có thế thay đối được cấu trúc lóp mạ, thành phần pha một cách đơn giản nhò'

xử lý nhiệt khâu hoàn thiện lớp mạ hay thay đối thành phần dung dịch và

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Hình 1.2: Phân bố chiều dày lớp mạ Nickel hoá học và Nickel điện hoá

Do có những đặc điếm như vậy nên lớp mạ hoá học thu hút được sự quan tâmcủa các nhà nghiên cứu và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế: Mạ hoá học là mộttrong nhũng bước công nghệ then chốt trong sản xuất linh kiện điện tử với các mạchtích hợp kết nối trên bản mạch in polymer cách điện, dụng cụ bảo vệ các thiết bị, máymóc trong công nghiệp hoá chất, dầu khí, bảo vệ các bộ phận làm việc trong môitrường ăn mòn cao, dùng trong ngành ôtô, công nghiệp điện tử, công nghiệp khônggian và các sản phấm dân dụng khác

• Nhươc điêm của ma hoả hoc:

c Tốc độ mạ chậm, từ 2 - 25 pm, chiều dày nhỏ, ứng suất nội lớn, độ dẻo thấp,

chỉ dãn nở được 1 - 3 %

c Trong quá trình mạ hoá học do sản phẩm tù' phản ứng khử các ligands và các

kim muối kim loại bổ sung, các cặn bẩn tích luỳ dần trong dung dịch làm bẩndung dịch

c Thành phần dung dịch lại không ổn định và ít bền vững nên khi có mặt các

hạt bụi, cặn kim loại chúng sẽ trở thành các trung tâm hoạt động nên chỉ mộtlúc sau quá trình khử sẽ xảy ra trong toàn khối dung dịch

Do đó mà vấn đề thường gặp trong mạ hoá học là sự lão hoá dung dịch và sự

(H2PO2)' + o2' -» (HPO3)2' + H' (1.2

K + H' -»V Mặt khác, mạ hoá học thực hiện ở nhiệt độ tương đối cao nên dung dịch mạH2 (1.2

hoá học cũng đắt hơn so với dung dịch mạ điện Do vậy giá thành mạ hoá họccũng cao hơn mạ điện

Vì vậy, để đảm bảo chất lượng lớp mạ hoá học cần phải có sự kiểm tra, điềuchỉnh kịp thời thành phần bể mạ hoá học Đe tăng tính cạnh tranh với những lớp phủkhác, cần phải tiếp tục nghiên cún cả về công nghệ và chế độ mạ hoá học có thể được

ở nhiệt độ trung bình, kéo dài thời gian phục vụ có ích của dung dịch mạ hoá học

1.2 Lóp mạ Nickel hoá học - electroless Nickel (EN) 1.2.1 Co chế mạ EN

Các phản ứng tống diễn ra trong quá trình mạ hoá học Nickel:

NiCl2 +Na(H2P02) + HOH 17' NĨ + 2HC1+ NaH(HP03) (1.17)

xúc tác

CÓ thế thấy từ các phương trình trên, các ion Ni bị khử thành kim loại tạo thànhlớp mạ, hypophosphit bị oxy hoá thành phosphit Phản ứng sinh ra axit và pH của bểđiện phân giảm đi trong quá trình mạ Khi pH của dung dịch giảm, hiệu suất khử củahypophosphit thấp, do vậy tốc độ phản ứng chậm xuống Khi pH hạ xuống tới mộtmức nhất định sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại vừa kết tủa

Đe khắc phục hiện tượng pH không ổn định trong quá trình mạ, nói chung cần

Cư chế Gutzeỉt:

Theo cơ chế này, trên bề mặt xúc tác Ni sẽ hình thành ion metaphosphit (PO2)

và nguyên tử H theo phản ứng (1.20) Nguyên tử H này hấp phụ lên trên bề mặt vàthành tác nhân khử cực mạnh, khử ion Ni thành Ni kim loại (phản ứng (1.21)) và đồngthời ion PO2" phản ứng với nước tạo ra ion octophotphit (HPO3)2’ (phản ứng (1.22))

Có thể thấy rằng bề mặt Ni mới sinh ra từ phương trình (1.20) đươc tạo ra liêntục và là chất xúc tác để khử hydro (phương trình (1.21)), do vậy phản ứng diễn ra làtự’ xúc tác Quá trình này hoàn toàn giống với quá trình khử hyđro trên bề mặt Pd kimloại, do vậy một khi nguyên tử Ni đầu tiên hình thành trên bề mặt Pd, các phản ứngtạo Ni tiếp theo sẽ xảy ra hên tục thành chuỗi dẫn đến hình thành màng Ni trên bề mặtnhựa Cần luu ý rằng ion (H2PO2)" và (H2PO3)' cũng bị nguyên tử H khử thành pnguyên tố nên lớp mạ Ni hoá học luôn chứa p (phản ứng (1.23)) và khí H2 luôn tạothành do các nguyên tử H tương tác với nhau (phản ứng (1.24))

2- lon Ni24 được hoạt hóa từ năng lượng giải phóng ion hydro và nhờ nănglượng này Ni24 phản ứng với ion H2PO2' tạo ra Ni kim loại

Cơ chế Hersch:

Theo cơ chế này, hypophosphit không tạo ra nguyên tử H mà sẽ tương tác vớio2’ tạo ra ion hydit H\ lon hydit này sau đó sẽ tương tác với Ni24 để hình thành Ni.Ông đưa ra đặc tính tương đồng đáng chú ý của 2 chất khử (2 chất khử đó là H' và H)

1.2.2 Các tính chất của lóp mạ EN

1.2.2.1 Các tính chất vật lý

• Khơi lươns riêng (KLR)

KLR của lớp mạ EN phụ thuộc vào không gian giữa các nguyên tử và độ xốp

Hình 1.3: Anh hưởng của thành phẩn

hợp kim đếnkhối lượng riêng cùa các lóp phủ Ni-P

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Từ hình vẽ nhận thấy về cơ bản KLR giảm tuyến tính theo sự tăng hàm lượng ptrong lớp phủ Ni-P (tương tự với lớp phủ Ni-B) Nguyên nhân là do các nguyên tử ptăng lên trong không gian giữa các nguyên tử Ni

KLR của lớp phủ EN có cấu trúc tinh thể thì lớn hơn của lóp phủ EN có cấutrúc vô định hình Ví dụ: EN vô định hình chứa 12%p có KLR là 7.9g/cm3, nếu là tinhthể thì KLR là 8.1 g/cm3 Nguyên nhân là do ở các đường biên giới hạt thì không giangiữa các hạt cũng lớn hơn, mà cấu trúc tinh thể có chứa đáng kể số lượng đường biêngiới hạt nên KLR của EN tinh thể lớn hơn của EN vô định hình

• Điên trở suất (o)

Điện trở suất của lớp phủ EN cao hơn của lớp mạ Ni điện hoá khoảng 8

//ohm-cm, nguyên nhân do các nguyên tố hợp kim như p, B tăng lên đặc biệt là khi chúng ởdạng dung dịch rắn

Lớp phủ EN vô định hình cho giá trị điện trở suất lớn hơn so với lớp phủ ENtinh thế Xử lý nhiệt sẽ làm hình thành các hợp chất kim loại trung gian và làm tinhthế hoá cấu trúc vô định hình, do đó mà làm giảm điện trở suất Điện trở suất giảmcực nhanh trong giải nhiệt độ xử lý nhiệt mà ở đó sự tinh thế hoá cấu trúc vô địnhhình được quan sát thấy

• Đô dẫn nhiêt

Độ dẫn nhiệt tỷ lệ với độ dẫn điện Do đó có thể tính toán các giá trị độ dẫnnhiệt theo các công thức của điện trở suất Đối với những lớp mạ EN có hàm lượnghợp kim cao (P cao) thì độ dẫn nhiệt nằm trong khoảng từ 0.01 đến 0.02cal/cm/sec/°K, so với 0.2 caĩ/cm/sec/°K đối với lóp mạ Ni điện hoá

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

(g/cm3) (//ohm-cm) (//m/m/°K)

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Lớp phủ EN có chứa 11 đến 12% p thì co lại khoảng 11% sau khi xử lý nhiệt ở300°c và làm lạnh nhanh trở lại tới nhiệt độ phòng Phần lớn sự co lại là do sự thayđối cấu trúc Sau lần làm nóng và làm nguội lần thứ 2 thì độ co chỉ còn là 0.013%, nócho thấy cấu trúc tinh thế đã ốn định hon

Giá trị hệ số giãn nở nhiệt đối với lớp mạ Ni-B chứa 5% B là 12 //m/m/°K, vàgiảm đi còn là 10 //m/m/°K sau khi được xử lý nhiệt

• Từ tỉnh

Từ tính của lớp EN phụ thuộc vào nó là cấu trúc tinh thể hay vô định hình ENcấu trúc tinh thể là từ tính trong khi EN cấu trúc vô định hình cơ bản là không có tù'tính

Lớp phủ EN có thành phần hợp kim cao, cấu trúc vô định hình thường được sửdụng dưới các lớp kết tủa Cobant lên các đĩa ghi

Lớp phủ EN có hàm lượng p thấp, cấu trúc tinh thể có độ kháng từ tương đốithấp được dùng co việc khử từ Tính kháng từ của nó thay đối từ 0 -ỉ- 80 oe, còn độkháng từ của lớp mạ Ni điện hoá thay đổi từ 40 -ỉ- 120 oe Hầu hết các lớp phủ Ni-B

có tính từ yếu

Lớp phủ EN không có từ tính sẽ trở nên có tù' tính yếu sau khi được xử lý nhiệttù' 300 đến 400°c do có sự tinh thể hoá Tính kháng tù' của EN tinh thể cũng tăng lênkhi được xử lý nhiệt, nguyên nhân do có sự hình thành của hợp chất kim loại trunggian Ni3P CÓ tính thuận từ

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Bảng 1

1.2.2.2 Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ EN

Các lớp phủ EN cơ bản được sử dụng cho các úng dụng kỹ thuật để bảo vệ các

bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn Khả năng chống ăn mòn có được nhờ các lớp phủ EN

có độ xốp nhỏ, và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của Nickeĩ đối với nhiều loạidung dịch và hầu hết trong điều kiện khí quyến Lớp phủ EN ngăn cản các tạp chất vàcác vết ố của các chất như chất hóa dẻo, các loại dung môi, dầu, glycols, monomer,khí Lớp phủ EN tiết kiệm đáng kế chi phí thiết bị do có thế thay thế thép không gỉbằng thép thường được phủ lớp EN Đôi khi các chi tiết thép không gỉ vẫn được phủ

EN khi mà nó cần ngăn cản sự rỗ bề mặt bởi sự xuất hiện của ion clo

Các yếu tố quan trọng quyết định đến tính chất ăn mòn của lớp phủ EN, đó là:

• Cấu trúc, thành phần và khâu hoàn thiện bề mặt của nền

Vỉ du: Sự có mặt của cấu trúc dạng thó’ được thấy ở phần cắt ngang của lớp phủ

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

tra trong phun muối và điện thế phân cực cấu trúc thớ xuất hiện có thể do từ nguyênnhân chất ốn định như 2-mercaptobenzothiazole cấu trúc dạng dải có khả năng chống

ăn mòn tốt hon do cấu trúc này được tạo ra bởi sự thay đối hàm lượng p theo độ dày,

nó sẽ tạo ra lớp phủ giống như lóp phủ Ni kép Lóp phủ này chứa 2 lóp: lóp có hàmlượng p thấp hơn ở trên đóng vai trò như lớp hy sinh, lớp có hàm lượng p cao hơn ởdưới

• Các yêu cầu đối với khâu tiền xử lý đối với nền như: độ sạch bề mặt, tínhbằng phang của bề mặt

• Chiều dày của lóp phủ có phù họp để chống lại các ngoại cảnh và thời gian

• Khâu hoàn thiện lóp phủ bằng cách như thụ động hay luyện kim

Nhìn chung, lớp phủ EN có độ xốp thấp hơn cũng như có độ dày đồng đều hơnlớp phủ Nickel mạ điện nên có tính chống ăn mòn tốt hơn

- Khả năng chống ăn mòn được cải thiện sau khi luyện kim ở 600 đến 700°cbởi nó cải thiện liên kết nền thép với lớp phủ Nó cũng có tác dụng hoàn thiện lớpphủ.

- Lóp phủ EN có thê cải thiện khả năng chông ăn mòn đáng kê môi trườngphun muối bằng cách thụ động hoá bề mặt trong dung dịch axit cromic ấm 1% thòigian 15 phút

1.2.2.3 úng suất nội của lớp phủ EN

Các ứng suất nội lóp phủ EN không phải do tác động tù’ các lực bên ngoài.Chúng có thế được chia thành: ứng suất nội không bản chất “extrinsic” và loại ứngsuất nội bản chất “intrinsic”

Các ứng suất không bản chất chủ yếu là do nhũng sự khác nhau trong các hệ sốgiãn nở nhiệt của lóp phủ EN và của các chi tiết đã được phủ Như ta đã biết, mạ ENdiễn ra ở nhiệt độ rất cao, do vậy khi mà các chi tiết đã được phủ khi làm nguội tớinhiệt độ phòng sẽ dẫn đến sự co lại khác nhau Neu như có sự gắn bám giữa lóp phủ

và nền thì khi hệ số giãn nở nhiệt càng lớn thì ở chỗ này ứng suất căng phát triểntrong khi ở phần khác lại là ứng suất nén Lớp phủ EN co lại khoảng 1% khi làmnguội tù’ 90°c Ket tủa trên nền nhôm và đồng thau, nhũng nền có hệ số giãn nở nhiệtlớn hơn EN thì sẽ tồn tại ứng suất căng Ket tủa trên nền titan và bery, chúng có hệ sốgiãn nở nhiệt nhỏ hơn nên tồn tại ứng suất nén

Các úng suất nội bản chất phát triển trong quá trình mạ Nhìn chung, lóp phủ

EN không kết tủa thành lớp nguyên tử mở rộng mà nó kết tủa rời rạc giống như cáchòn đảo Sự hình thành và tập hợp các hạt khó khăn hơn sự mở rộng của và phát triển

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Xử lý nhiệt làm thay đối không gian giữa các nguyên tử, nếu không gian nàygiảm đi thì ứng suất là ứng suất căng, ứng suất nén là do các khí như hydro sinh ratrong quá trình mạ khuyếch tán vào các chỗ trống rất nhỏ và chúng nở ra Neu các khínày khuyếch tán ra ngoài lớp phủ hay vào trong nền thì lúc này, ứng suất căng pháttriển trong lớp phủ

ứng suất nội lớp phủ thay đổi theo hàm lượng p của lớp phủ EN trên nền thép

Hình 1.4: Ánh hưởng của hàm lượng p lên ứng suất bêntrong của lớp phue Ni-P lên các nền nhôm và thép

Mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất bên trong và pH của dung dịch mạ cũngđược nhận thấy Ớ pH = 4 thì lớp phủ EN có hàm lượng p cao thì ứng suất khoảng -50MPa, và trở thành ứng suất căng ở pH = 4.6, ở pH = 6 thì giá trị ứng suất đạt đượckhoảng 110 MPa

Giá trị ứng suất thay đổi theo điều kiện chất nền và thiết bị sử dụng cho việc đoứng suất, ví dụ nền nhôm thường cho ứng suất nén Các tác nhân và phụ gia của dung

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Xử lý nhiệt cũng làm tăng ứng suất căng và giảm ứng suất nén Lớp phủ Ni-B

có ứng căng cao hơn lớp Ni-P Lớp phủ Ni-B chứa 0.6% B cho giá trị ứng suất là 480MPa Hàm luợng B tăng thì ứng suất căng giảm, cụ thể là 310 MPa với lớp phủ chứa1.3% B và 120 MPa với lóp phủ chứa 4.7 %B

1.2.2.4 Các tỉnh chất cơ của lóp phủ EN

Các tính chất cơ của lớp phủ EN trong dung dịch axit thay đối theo thành phầnhợp kim, tức theo thành phần của p Xem bảng 2 Theo nhu bảng, nhận xét rằng:

Bảng 2

Cơ tính của lớp phủ EN được thể hiện qua :

Mô đun đàn hồi có giá trị lớn nhất trong khoảng giá trị thành phần hợp kimtrung gian Một số nhà nghiên cúư đã báo cáo cho thấy với lớp phủ EN có hàm lượng

p 5% thì mô đun đàn hồi có giá trị thấp hơn rất nhiều 120 MPa Tuy nhiên với lớp phủ

EN có 9 %p thì mô đun đàn hồi là 50CPa, giá trị này giông với giải được đưa ra trongbảng

p giống như báo cáo đưa ra trong bảng

ứng suất rạn nứt, độ bền bị ảnh hưởng bởi xử lý nhiệt Độ bền tăng lên từ 450MPa đến 550MPa sau khi xử lý nhiệt ở 200°c, thời gian 15 phút lớp phủ EN đượcphủ lên ống đồng mỏng Xử lý nhiệt tới 750°c trong 2 giờ thấy rằng: ứng suất rạn nứttăng đáng kể với lớp phủ EN có hàm lượng p thấp trong khi lại giảm với lớp phủ EN

có hàm lượng p cao Do đó, ứng suất rạn nứt với lớp phủ EN 5% p tăng lên khoảng

800 MPa, trong khi với hàm lượng p 9% giảm khoảng 250 MPa

• Đô dẻo

Độ dẻo của lớp phủ EN thấp, điều này được thấy khi độ giãn dài của lớp phủ

EN cho trong bảng nhỏ hơn hoặc bằng 1 %

Tóm lại: Những tính chất cơ đã trình bày trên cho thấy tất cả lớp phủ EN đều

có tính giòn

• Đô cứng

Độ cứng rất có ích trong việc tiên đoán tính chất chịu mòn nhung nó cũng

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

một số dung dịch mạ đặc biệt có thể tạo ra lớp phủ EN có độ cứng cao hon Sự giảmdần độ cứng khi tăng hàm lượng p cũng được nhận thấy

Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của lóp phủ EN

1 Nguyên to thứ ba ảnh hưởns đến đô cứng.

Ví dụ : Thêm Mo vào sẽ làm tăng độ cứng của lớp kết tủa Ni-B và khi lớp hợpkim Ni-Mo-B đã được xử lý nhiệt ở 600°c, thành phần có chứa 17% Mo và 0.3% Bthì đạt được độ cứng lớn nhất là 1000HV Độ cứng của hợp kim Ni-Mo-P tăng cùngvới sự tăng hàm lượng Mo và khi đã được xử lý nhiệt ở 400°c thì cũng đạt được giátrị độ cứng lớn nhất

2 Đô gan bám giữa lớv ma EN và bề măt nền

Độ gắn bám giữa lóp EN và các bề mặt nền phi kim phụ thuộc cơ bản vào liênkết cơ học Do đó mà sự chuấn bị bề mặt nền cũng ảnh hưởng đến độ bám dính Độbám dính tăng cùng với sự tăng độ nhám bề mặt Độ bám dính đối với một số kim loại

có thể được nâng cao bằng cách làm nhám các bề mặt của chúng, ví dụ như trongtrường hợp mạ lớp phủ EN lên nền hợp kim nhôm

Sự mất đi độ bám dính được cho là do có sự khác biệt trong các hệ số giãn nởnhiệt giữa lóp kết tủa và nền Giữa thép và lóp mạ EN, sự bám dính sẽ được tăng lênkhi xử lý nhiệt trên 600°c vì nó tạo ra lớp khuyếch tán có thế nâng cao hên kết giữachúng Xử lý nhiệt với nền thép là trên 200°c và nền nhôm là ở 150°c cũng làm cảithiện lóp bám dính Tuy nhiên đối với nền nhôm cũng cần chú ý không nên quá 130°c

đế duy trì độ cứng của nền

3 Anh hưởng của chính lớp phủ

Tính chất cơ của các chi tiết có thể bị ảnh hưởng bất lợi bởi chính lóp phủ EN,

Xử lý nhiệt trong vài giờ ở 200°c thường sẽ làm giảm sự giòn hydro do hydro sẽ đượcthoát ra ngoài.

Tuy nhiên, hydro hấp phụ trên bề mặt không chỉ là nguyên nhân duy nhất gây

ra cơ tính nghèo trong nền Các vết nứt, gãy trong lớp EN giòn do quá trình chịu tảitrọng lại truyền sang nền và làm cơ tính nền xấu đi Ví dụ như thép cacbon thấp, độbền cao ban đầu thì chịu giới hạn tải trọng là 342 MPa, sau đó nó giảm đi còn 260MPa khi nó được phủ lớp EN dày 25 //m Xử lý nhiệt ở 400°c hoặc hơn sẽ làm giảmtải trọng đi nữa, chỉ còn là 176 MPa

4 Xử lý nhỉêt

Xử lý nhiệt với nhiệt độ càng tăng thì độ cứng càng giảm một cách tuyến tính.Trên 385°c thì độ cứng càng giảm nhanh

1.2.2.5 Khả năng chong mài mòn của lớp phủ EN

Tính mài mòn là sự biến dạng về mặt cơ học của các bề mặt tiếp xúc Có hailoại mài mòn: mài mòn do gắn bám và mài mòn do cọ sát

Mài mòn do gắn bám xuất hiện khi ta hàn đế gắn các bề mặt với nhau Ta biếtrằng không có một bề mặt thực sự nào nhẵn, trên bề mặt của chúng có những chồ ghồghề, lồi, lõm Khi hai chi tiết được hàn với nhau, bề mặt của chúng tiếp xúc nhau chủyếu ở phần lồi, và do đó có một sự ma sát nhỏ ở những chỗ đó trên tống cả diện tích

bề mặt Sự ma sát này tạo ra lực ma sát, nó giống như một tải trọng tương đối nhẹ tácdụng lên hai bề mặt này và sinh ra ứng suất lớn trên cả hai vùng bề mặt tiếp xúc Do

đó khi hàn thì giữa hai bề mặt tiếp xúc phải được làm sạch Làm cứng và bôi trơn bềmặt làm giảm mài mòn gắn bám Sự lựa chọn vật liệu trong kỹ thuật hàn cũng giúp

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Mài mòn do cọ sát do hai bề mặt cọ sát với nhau, mài mòn do cọ sát có thểđược làm nhỏ tối thiểu bằng cách làm bề mặt cứng hơn và nhẵn hơn

Mài mòn do gắn bám và mài mòn do cọ sát hên quan tới nhau nhưng khôngliên quan trực tiếp đến độ cúng bề mặt Độ cứng bề mặt càng lớn thì độ biến dạng

1.2.3 Những ứng dụng của lóp mạ Ni hoá học:

Mạ hoá học hiện nay thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Đã cónhiều hệ mạ hoá học ra đời trong đó hệ mạ hoá học Ni là quan trọng nhất nhò' nhũngtính chất nối bật như đã được nêu Do vậy úng dụng của lớp mạ Ni hoá học cũng rất

Oil/Chemical Misc

Aerospace8%

Printng 3%

Computer22%

Những báo cáo hàng năm cho thấy giá trị thương mại của lớp phủ EN tăngtrưởng liên tục so với các lớp phủ khác Theo tài liệu đánh giá về giá trị thương mạicủa lớp phủ EN dùng cho chức năng tạo đĩa ghi từ nhôm:

Năm 1995 - 230 triệu đĩa

Năm 1996 - 288 triệu đĩa

Năm 1997 - 354 triệu đĩa

Năm 1998 - 435 triệu đĩa

Trên kết quả thống kê năm 1993, giá trị thương mại của lớp EN là 200 triệu

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

cần phải có mật độ ghi cao, khi đó từ tính trở thành vấn đề quan trọng đặc biệt là khiđĩa ghi từ yêu cầu mỏng hơn và hấp thụ nhiệt ít hơn trong quá trình làm việc

Thay đối thành phần mạ có thể làm chậm quá trình từ hoá, cải tiến công nghệ

mạ góp phần đưa lớp mạ EN trở thành hoàn hảo hơn cho đĩa ghi từ nhôm

Công nghiên điên tử:

Lớp mạ hoá học Ni-P được dùng nhiều trong công nghiệp điện tử để :

>Tăng tính dễ hàn

> Làm đế không tù’ tính trong các bộ phận mang tù'

> Chế tạo các vật liệu có độ dẫn thích họp theo yêu cầu

> Làm lớp chắn ngăn cản vàng khuyếch tán vào nền đồng tại các tiếp điếm

EN dày xấp xỉ 15 pm với hàm lượng p cao Ket quả là lớp phủ này sẽ thay thế đượccác chi tiết máy làm bằng thép không gỉ hay phải mua những thiết bị tốn kém tới hàngngàn dollar.

cỏmĩ nghiệp ôtô:

Với lớp mạ EN dày khoảng từ 5 - 9 pm hoặc EN với lượng p trung bình trongcác bộ phận tiếp liệu, bộ chế hoà khí trong động cơ ôtô đế ngăn cản sự ăn mòn nềntrong các môi trường alcohol (ethanol), clo, luu huỳnh

Các chi tiết trục bánh răng khác nhau đã được mạ Cr cứng thì điều đáng quantâm là xử lý nhiệt làm cho chúng giòn và do đó cũng làm bề mặt Cr bị mòn đi do masát Do vậy mà việc dùng lớp mạ Ni hoá học dày 25pm với hàm lượng p cao sẽ thực

sự làm tăng tính bôi trơn của lớp phủ khi vận hành các chi tiết Độ cứng bề mặt khôngnhất thiết cần xử lý nhiệt

Hình 1.8 : Các chốt trục nhỏ được mạ EN

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Nikel composit có tính bôi trơn cao, độ ma sát thấp, độ bóng cao chống ăn mòntốt nên được dùng cho mạ xylanh, piston, bộ phận hãm để chống mài mòn

Hình 1.9 : mạ hoá học Ni để nâng cao khâu hoàn thiện bề mặt của piston

Ngành hàng không:

Các chi tiết trên máy bay như cánh quạt phải làm bằng nhôm để giữ cho trọnglượng luôn là nhỏ nhất, đế bảo vệ các chi tiết như vậy thì thường không sử dụng đượccác phương pháp mạ điện do hình dáng phức tạp nên giải pháp là mạ EN dày 20pmvới hàm lượng p cao, lớp phủ có khả năng phân bố đồng đều toàn bộ bề mặt chi tiết

Các gương cầu lõm dùng trong hàng không hay không gian thì các vùng lõmbằng nhôm của gương cầu đòi hỏi lớp phủ có thể được đánh bóng để đạt độ bóng caocho việc đạt được độ phản quang lớn nhất và tốt nhất Đe đạt được lớp phủ đồng nhất

và dày đều trong cả những vùng lõm sâu như vậy thì mạ EN dày 15 pm ( hàm lượng pcao)

Cơ khí nói chung:

Lớp mạ Ni hoá học được dùng nhiều trong cơ khí vì nó hội tụ được nhiều uưđiểm vào cùng một vật liệu: chống ăn mòn tốt, bền nhiệt, bền mòn, bôi trơn tốt, độcứng cao (từ 400 - 600 HV đến trên 1000 HV), chiều dày lớp mạ rất đồng đều

Vỉ du: Các chốt, trục nhở của các chi tiết máy thường được làm cứng bằng

nitrua hoá (nitrided) sau đó crom hoá Mặc dù lớp phủ này là tốt nhưng vẫn có hiệntượng ăn mòn tại các mối hàn kín hay các vành bịt kín, do vậy nếu những chỗ đó được

Ngoài ra: ịMisc)

- Lóp mạ Ni hoá học còn được dùng trong công nghiệp hoá chất, dầu khí, bảo

vệ máy thiết bị trong các môi trường ăn mòn mạnh: các thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bịphản úng, bơm, turbin, rotor

- Trong ngành công nghiệp luyện kim và chế tạo các khuôn đúc

- Trong ngành công nghiệp mỏ: đầu khoan phá, các chi tiết đầu máy đặt mìn

- Các thiết bị, vũ khí trong quân đội: các ngòi kíp nổ và pháo; bộ phận dẫnhướng sóng rada

- Công nghiệp dệt: các đầu kim dệt, máy kéo sợi

1.2.4 Đặc điếm vận hành của mạ Nickel hoá học

độ ion ổn định và đồng đều trong dung dịch

Một số đặc điếm chính trong quá trình vận hành bế mạ Ni hóa học là: hiệntượng tự phân hủy và ảnh hưởng của các thông số công nghệ

1.2.4.2 Hiện tượng tự phân huỷ

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

trong lòng dung dịch và nổi lên tạo lớp trên bề mặt dung dịch Thể tích dung dịch tăngđáng kế bởi lượng hydro thoát ra nhanh chóng Ket quả là dung dịch mất hoàn toànkhả năng hoạt động trong một thời gian ngắn

1.2.4.3 Anh hưởng của các thông số đến tốc độ mạ Nickel hoá học

a Nhiệt độ

Tốc độ kết tủa tăng cùng nhiệt độ theo quy luật hàm mũ, do vậy bế mạ hóa họctốc độ cao nên làm việc ở nhiệt độ cao nhất có thế dưới điếm sôi Gutzei và Kreignhận thấy rằng giảm nhiệt độ đi 10°c (từ 100° đến 90°) làm giảm 52,5 % tốc độ kếttủa (xem hình 1.10) Mặt khác, quá trình mạ hóa học diễn ra chậm khi dung dịch(pH=4-5) hoạt động ở nhiệt độ dưới 70°c Khi tăng nhiệt độ, tốc độ ion hyđro tạo ratrong quá trình oxy hoá hypophosphite trong dung dịch thành phosphit tăng lên đáng

kể, và do đó khả năng tự phân hủy tăng lên đáng kế Chính vì vậy cần khống chế nhiệt

độ bế mạ trong khoảng rất hẹp (thường là ±1°C) Cũng cần luu ý thay đối nhiệt độcũng thường dẫn đến thay đối hàm lượng p trong lóp mạ, do đó sẽ làm thay đối tínhchất dẫn điện, cơ lý và cấu trúc lớp mạ

Tóm lại có thể tổng kết kết quả ảnh hưởng của tăng nhiệt độ như sau:

(a) Tốc độ kết tủa cao hon

(b) Tăng nồng độ ion phosphite

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Lượng kết tủa mạ %

Hình 1.10: Mối quan hệ giữa tốc độ

kếttủa vả nhiệt độ

b pH

Các hypophosphite là chất khử có hiệu quả trong môi trường axit hơn là môitrường kiềm Quá trình khử Ni diễn ra dễ dàng ở giới hạn trên (pH 5,5) Tuy nhiên,vận hành bế ở pH này hoàn toàn không dễ dàng vì pH thay đối nhanh do ion hydrosinh ra trong quá trình phản ứng (hình 1.11) Hơn nữa, các hợp chất hữu cơ dùng làmchất đệm không có tác dụng ở dải pH này (các chất này chỉ tỏ ra có hiệu quả ở giải pHthấp) Do vậy, kiềm phải được bổ sung liên tục để giữ giải pH tối uư Do thay đổi pHnên hàm lượng p trong lớp mạ cũng thay đổi theo Thêm vào đó, khả năng hoà tan củanickeĩ phosphite giảm khi tăng pH (xem bảng 3) và hợp chất kết tủa không mongmuốn này có thế bắt đầu phân huỷ và dẫn đến kết tủa thô Ngược lại, khi giá trị pHcao phản ứng có thể thay đổi từ mang tính xúc tác sang phản úng đồng nhất dẫn đếnhiện tượng tự phân hủy trong dung dịch

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Bảng 3:

Độ hoà tan của Nickel phosphite là hàm của pH

Với những lý do này, độ axit (pH) trong bế hoạt động không bao giò trên 5,thực tế, điều kiện tốt nhất là tại pH 4,4 - 4,8 pH <4 : sự kết tủa dừng lại do axit tấncông kết tủa kim loại trong suốt phản ứng Do đó sự khuấy dung dịch là cần thiết vìdung dịch tại bề mặt nền có pH thấp hơn nhiều so với trong dung dịch.

Trong môi truủng axit trung bình, có thể tổng kết ảnh huởng của pH tới quátrình mạ:

• Tăng pH dẫn đến kết quả:

(a) Tăng tốc độ kết tủa

(b) Phản ứng oxy hóa hypophosphite chuyến từ phản ứng xúc tác sang phảnứng đồng nhất, làm quá trình tự phân huỷ xảy ra dễ dàng

(c) Giảm độ hoà tan của nickel phosphite

(d) Giảm hàm luợng p

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

(b) Giảm tính khử của hypophosphit

(c) pH < 4 kết quả dẫn tới sự kết tủa dừng lại do kim loại Ni bị hoà tan bởiaxit có mặt trong dung dịch

Tốc độ kết tủa ụm/h

pH của dung dịchHình 1.11: Ảnh hưởng của độ axit dung

Sự lựa chọn chất tạo phức là rất quan trọng vì các phức này có ảnh hưởng rõ rệt

trường hợp có thể sử dụng trong vai trò chất đệm, trong một số trường hợp khác nó lại

có vai trò của chất exalant (chất tăng tốc)

Hàm lượng p (M)

0.08M0.224MNồng độ thay đổi

Hình 1.12: Mối quan hệ giữa hàm lượng p của bể

mạ với nồng độ của lactate

Các axit hydroxy cacboxylic và muối của chúng thường được sử dụng làm chấttạo phức cho dung dịch mạ hóa học Ni (hình 1.12) Ví dụ axit lactic trong dung dịch

mạ hóa học thực hiện 3 chức năng: tạo phức, chất đệm và chất tăng tốc, trong khi axitsuccinic hoạt động chủ yếu như một chất tăng tốc, và axit maleic chỉ là chất tạo phức.Mặt khác, axit tartaric tạo dạng phức rất ổn định nên khiến sự khử khó khăn, dẫn đếnkết tủa tốc độ rất chậm Tuy nhiên ảnh hưởng có thế được khắc phục bằng cách thêmexalant (chất tăng tốc) trong bể Nhìn chung axit citric và axit glycolic là 2 loại axithydroxy cacboxylic được dùng phổ biến nhất làm chất tạo phức

Tóm lại, khi có mặt chất tạo phức, tốc độ quá trình kết tủa sẽ chậm lại đáng kếngoại trừ trường hợp axit lactic (hình 1.13)