Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của lớp phủ composite niken – coban bằng phương pháp điện hóa

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế

Mở đầu

Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm một vị trí quan trong trongcác ngành công nghiệp cũng nh trong nền kinh tế quốc dân Do đó việc nghiêncứu chế tạo cũng nh tính chất của các loại vật liệu này nhằm đáp ứng nhu cầu

sử dụng luôn là vấn đề đợc các nhà khoa học thuộc nhiều lình vực khác nhaunghiên cứu

Do những đặc tính quan trọng của Niken nên mạ Niken đợc sử dụngrộng rãi trong ngành công nghiệp vật liệu cũng nh xúc tác Hàng năm cókhoảng 15 – 20% lợng Niken trên thế giới đợc dùng cho công nghiệp mạ và

có khoảng 80% Niken dung cho luyên kim Các lớp mạ Niken thờng đợc dùng

để mạ trang thí, mạ trang trí – bảo vệ, tuy nhiên lớp mạ niken thờng bị lỗ rỗlàm giảm khả năng chống ăn mòn cũng nh bảo vệ của vật liệu Thêm vào đólớp mạ Niken thờng không đợc cứng nên ngời ta thờng mạ hợp kim Nikencũng với một số kim loại khác nh Cu, Cr, Co … hoặc mạ composite với các hoặc mạ composite với cáchạt trơ nhằm tăng khả năng chống ăn mòn cũng nh tính chất lí hóa của lớp mạ

Các hợp kim Niken – Coban có các đặc tính lí hóa quan trọng khiếnchúng đợc sử dụng rộng rãi trong hàng loạt các ứng dụng khác nhau Hiện nayvới sự phát triển của ngành vật lí và mạ điện hóa, vật liệu Niken – Coban cónhiều ứng dụng mới nh làm băng thu âm từ, lớp mạ composite, khả năngchống ăn mòn

ở Việt Nam hiện nay cha có tác giả nào nghiên cứu về hợp kim cũng nhcomposite Niken-Coban, mặt khác các tác giả chỉ quan tam đến các tính chấtvật lí của loại vật liệu này mà cha chú trọng đến tính chất điện hóa, đặc biệt làkhả năng xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ Trên cơ sở đó, để nâng caonhững hiểu biết cũng nh các tính chất của loại vật liệu này, chúng tôi tiến

hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của lớp phủ composite Niken-Coban bằng phơng pháp điện hóa.

ra có nhiều văn bản cổ của Trung Quốc nói rằng loại "đồng trắng" này đã đợc

sử dụng ở phơng Đông từ những năm 1700 đến 1400 trớc Công nguyên Tuy

nhiên, vì quặng niken dễ bị nhầm lẫn với quặng bạc nên bất kỳ những hiểubiết về kim loại này hay thời gian sử dụng chúng cũng có thể cha đợc chínhxác.

Năm 1751, Baron Axel Frederik Cronstedt cố gắng tách đồng từ

kupfernickel (hiện nay gọi là niccolit), nhng thu đợc một kim loại trắng mà

nhờ đó ông đã tìm ra Niken Tiền xu đầu tiên bằng niken nguyên chất đợc làmvào năm 1881

1.1.2 Vài nét chung và ứng dụng của Niken

Niken là một kim loại màu trắng bạc, bề mặt bóng láng Niken nằm trongnhóm sắt từ Đặc tính cơ học của kim loại này: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn,

dễ kéo sợi Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lu huỳnh trong

khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lu

huỳnh trong quặng niken.

Niken có hai dạng thù hình:  - Ni lục phơng bền ở dới 2500C và  - Nilập phơng tâm diện bền ở trên 2500C Niken là một trong năm nguyên tố sắt

từ Niken chủ yếu dùng trong sản xuất các hợp kim: hợp kim từ, hợp kim chịunhiệt, hợp kim có tính chất đặc biệt

Hợp kim chịu nhiệt quan trọng của Ni là nimonic, inconen, kacten, có

hơn 60% là Ni, 15%-20% là crom, còn lại là các kim loại khác, chủ yếu sửdụng trong tuabin và động cơ phản lực hiện đại mà nhiệt độ có thể lên tới

900oC

Hợp kim từ quan trọng nhất của Ni là pecmaloi với 78.5% Ni, 21.5% Fe,

có độ thẩm từ rất cao nên có khả năng từ hoá mạnh ngay cả ở trong từ trờngyếu

Hợp kim có tính chất đặc biệt là monen, nikenlin, contantan, inva,

platinit,v.v Monen chứa 30% Cu đợc dùng rộng rãi trong chế tạo thiết bị nhờ

u việt hơn Ni về tính cơ học trong khi độ bền ăn mòn lại không thua kém Ni.Nikenlin và contantan cũng là hợp kim của Ni với Cu, có điện trở cao, hầu nhkhông thay đổi theo nhiệt độ, đợc sử dụng rộng rãi trong thiết bị đo điện Invachứa 64% Fe, 36% Ni, thực tế không giãn nở khi đun nóng đến 100oC, đợcdùng chủ yếu trong kỹ thuật điện, vô tuyến và chế tạo máy hoá chất Hợp kimPlatinit của Fe và Ni có hệ số giãn nở giống thuỷ tinh nên đợc dùng hàn đầutiếp xúc giữa kim loại và thuỷ tinh

Ngoài ra phụ gia Niken trong thép làm tăng độ dai và độ bền cho thép Nicòn đợc dùng làm pin sạc, pin niken kim loại hidrua (Ni-MH), pin Ni-Cd Đặcbiệt Ni còn đợc dùng làm xúc tác cho quá trinh hiđro hóa (no hóa) trong cácphản ứng hữu cơ.

Bảng 1: Các hằng số vật lí đặc trng của Niken

3 Năng lợng ion hoá E+  E2+ (eV) 18,15

4 Năng lợng ion hoá E2+  E3+ (eV) 35,16

1.1.3 Tính chất hoá học của Niken

Niken là kim loại trung bình, ở điều kiên thờng, không có hơi ẩm nikenkhông tác dụng với những phi kim nh O2, Cl2, Br2… hoặc mạ composite với các nhng khi đun nóng thìphản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là đối với niken dạng bột nghiền

2Ni + O2 2NiO

Niken trong môi trờng kiềm

Niken có độ bền cao trong môi trờng kiềm bởi khả năng thụ động hoácủa nó ở điều kiện thờng, ta không thể thấy đợc phản ứng của niken với kiềmnhng trên thực tế thì niken tác dụng ngay với OH- theo phản ứng:

Ni(OH)2 + 2e Ni + 2OH- Eo = -0,69VMàng Ni(OH)2 tạo ra phủ trên bề mặt niken kim loại ngăn cản khôngcho niken kim loại tiếp tục phản ứng với OH- nên chúng ta không thể quan sát

đợc phản ứng Ta thờng nói niken kim loại bị thụ động trong môi trờng kiềm

Khi phân cực anốt niken trong môi trờng kiềm với dòng áp vào đủ lớnthì niken vợt qua trạng thái thụ động và Ni(OH)2 chuyển thành NiOOH theophản ứng:

NiOOH + H2O + 1e Ni(OH)2 + OH

-Màng NiOOH cũng có tác dụng bảo vệ nên ta cũng không thể quan sát

đợc phản ứng mà chỉ thấy đợc một lớp vàng nâu mỏng của NiOOH trên bềmặt niken

Một vài giá trị thế điện cực tiêu chuẩn của niken đợc liệt kê dới đây:

NiS (α) + 2e Ni + S2- Eo=-1,07V; Eo(α)= -0,86VNi(OH)2 + 2e Ni + OH- Eo = -0,69V

[Ni(NH3)6]2+ + 2e Ni + 6NH3 Eo = -0,48V

NiCO3 + 2e Ni + CO32- Eo = -0,45V

1.2 Giới thiệu về Coban [5, 8, 10]

1.2.1 Tính chất chung của Coban

Coban là kim loại màu trắng xám, cứng, có nhiệt độ nóng chảy tnc =

1495oC, và nhiệt độ sôi ts = 2900oC Cũng nh sắt, coban là kim loại hoạt độngbình thờng, thể hiện nhiều mức oxi hóa, trong đó mức oxi hóa đặc trng là Co+2

và Co+3

Hơn 3/4 lợng coban đợc sản xuất dùng để chế tạo thép và hợp kim đặcbiệt Thép chứa coban có độ cứng và tính chịu mài mòn cao nên loại thép nàythờng dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt khác nhau Một số hợp kim củacoban còn đợc dùng trong công nghiệp quốc phòng và kỹ thuật tên lửa

9 Độ âm điện (theo Pauling) 1,7

Coban là vật liệu sắt từ, nhiều hợp kim của coban cũng có tính sắt từ.Hợp chất giữa các kim loại của coban và samari (SmCo5) và một số kim loại

đất hiếm khác đợc dùng làm vật liệu chế tạo nam châm vĩnh cửu mạnh

1.2.2 Trạng thái tồn tại của Coban

Coban có hai dạng thù hình, ở điều kiện thờng đến 417oC tồn tại ở dạng

α - Co, dạng α có mạng tinh thể lục phơng ( a = 2,5063 Ao, c= 4,0795 Ao); còn

ở khoảng 480oC tồn tại ở dạng β - Co, dạng β có mạng lập phơng tâm diện(a=3,5441 Ao)

Hàm lợng coban trong vỏ trái đất tơng đối ít Khoáng vật quan trọngcủa coban là quặng cobantin (CoAsS) Coban tồn tại lẫn với các kim loại khác

nh Cu, Ni, Ag, Fe, Mn trong các quặng đa kim Trong đá thiên thạch, hàm ợng coban khoảng 0,01%, nhng trong các thiên thạch coban chiếm 0,5%

l-Coban nằm trong số những nguyên tố quan trọng với con ngời, vitaminB12 hay cobanamin là phức chất của coban có chứa 4,5% Co về khối lợng,phức chất này đợc dùng đề chữa bệnh thiếu máu Trong nớc biển coban chiếmmột lợng rất nhỏ, khoảng 5.10-8% (5.10-3 mg/l)

Coban có tám đồng vị từ 54Co đến 61Co nhng chỉ có 59Co là đồng vị thiênnhiên 100%, số đồng vị còn lại đều là đồng vị phóng xạ trong đó bền nhất là

60Co, có chu kỳ bán hủy là 5,2 năm, kém bền nhất là 54Co với chu kỳ bán hủy

là 0,18 giây

1.3 Giới thiệu về Nhôm oxit [3, 5, 8, 10]

Nhôm oxit tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau nh các dạng Al2O3, β- Al2O3, γ- Al2O3, nhôm oxit có cấu trúc tinh thể khác nhau và phụthuộc vào điều kiện điều chế, trong đó dạng α -Al2O3 là bền nhất

α-α-Al2O3 là chất rắn tinh thể hình mặt thoi (tức hình romboet thuộc hệlục phơng) Có thể xem mạng tinh thể α-Al2O3 là mạng tinh thể phân tử, tạimắt mạng lới là những phân tử Al2O3 Trong mạng tinh thể mỗi nguyên tử Al

đợc bao quanh bởi 6 nguyên tử O và mỗi nguyên tử O đợc bao quanh bởi 4nguyên tử Al Trong mỗi tế bào nguyên tố đợc phân bố bởi một phân tử Al2O3,khoảng cách giữa hai nguyên tử Al là 1,36 Ao, còn khoảng cách giữa nguyên

tử Al và O là 1,99 Ao

α-Al2O3 có khối lợng riêng D = 3,99 g/cm3 Trong thiên nhiên, α-Al2O3thờng ở dạng khoáng vật có tên là corundum chứa 90% oxit, thờng chứa tạpchất nên đều có mầu Đá xaphia là corundom tinh khiết chứa Fe2+, V4+ ; đárutin (hồng ngọc) màu đỏ là corundum chứa vết Cr3+ Hiện nay các loại hồng

ngọc đó đã đợc điều chế nhân tạo bằng cách nấu chảy Al2O3 rồi cho thêm tạpchất thích hợp, sau đó cho kết tinh thành đơn tinh thể Loại ngọc đợc điều chếbằng cách nhân tạo này có tính chất tốt hơn ngọc thiên nhiên.

Loại corundum thiên nhiên có nhiệt độ nóng chảy cao (2050oC) và rấtcứng, nên đợc dùng làm đá mài ở dạng bột tán nhỏ gọi là bột nhám, dùng

đánh sạch bề mặt kim loại, làm chân kính đồng hồ, làm trục quay trong một

số máy chính xác

Corundom rất trơ về mặt hóa học, không tan trong nớc, trong axit vàtrong kiềm Khi nung đến 1000oC, α-Al2O3 phản ứng mạnh với hidroxit,cacbonat, hidrosunfat … hoặc mạ composite với các của các kim loại kiềm nóng chảy

Một số dạng thù hình khác của nhôm oxit có dạng tinh thể lập phơng làγ- Al2O3, dạng này không tồn tại trong thiên nhiên và tạo nên khi nung tinhthể hidraglit Al(OH)3 hoặc nung bemit, hoặc nung Al(OH)3 vô định hình ởkhoảng 500oC Khi nung đến 1000oC chuyển thành dạng α-Al2O3

1.4 Lý thuyết về công nghệ mạ điện [2, 3, 4, 6, 7]

1.4.1.Sự hình thành lớp mạ điện

Mạ điện có thể hiểu đơn giản là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặtnền tạo thành một lớp phủ có các tính chất cơ lý hóa … hoặc mạ composite với các đáp ứng yêu cầu kĩthuật (ví dụ phủ kim loại niken trên nền kim loại thép, phủ kẽm trên nền kimloại thép hoặc phủ một lớp hợp kim đồng – kẽm trên nền thép… hoặc mạ composite với các nhằm mục

đích trang trí làm đẹp các chi tiết cũng nh tăng độ bền chống ăn mòn của chitiết, các thiết bị… hoặc mạ composite với các) Lớp mạ Cu, Ni, Cr trên thép có thể làm đẹp các chi tiếtbằng thép (ví dụ mạ trên vành xe đạp, các chi tiết ôtô, các dụng cụ, hoặc mạkẽm các ốc vít, nan hoa xe đạp, xe máy, nhằm mục đích vừa làm đẹp vừachống lại sự ăn mòn)

Mạ điện thực chất là quá trình điện phân : trên anốt xảy ra quá trình hòatan kim loại để trở thành ion, các ion kim loại theo chiều của dòng điện dịchchuyển đến catốt, phóng điện kết tủa trở thành kim loại bám lên điện cực

Trong thực tế, quá trình kết tủa kim loại từ dung dịch nớc thờng đợctiến hành trong các dung dịch muối đơn hoặc phức và nói chung bao gồm cácgiai đoạn sau :

[Me(H2O)x]z +

dich dung [Me(H2O)x]z +

kep lop

[Me(H2O)x]dung dich [Me(H2O)x]lop kep

[Me(H2O)x]z +

kep

Mez+ + ze Menguyờn tử Menguyờn tử Memầm tinh thể Memầm tinh thể Melưới tinh thể Khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch, trên bề mặt các điện cựcdiễn ra các quá trình sau :

Tại anốt (+) : Me – ne Men+

Tại catốt (-) : Men+ + ne Me

Đồng thời, điện thế catốt (cực âm) trở nên âm hơn, điện thế anốt (cực

d-ơng) trở nên dơng hơn Hiện tợng điện thế điện cực bị dịch chuyển khỏi giá trịcân bằng nh thế gọi là sự phân cực điện cực, gọi tắt là sự phân cực, và đợcbiểu diễn nh sau :

η = φi - φcbtrong đó φi, φcb là điện thế điện cực khi có dòng điện i đi qua mạch điện hóa

và khi cân bằng

Ta có sự phân cực catốt nếu điện thế điện cực dịch chuyển về phía âmhơn so với điện thế cân bằng và ta có phân cực anốt nếu điện thế điện cực dịchchuyển về phía dơng hơn so với điện thế cân bằng, khi có dòng điện chạytrong mạch điện hóa

Nếu sự phân cực điện cực luôn kèm theo phản ứng xảy ra trên bề mặt

điện cực thì độ phân cực đó đợc gọi là quá thế

Quá thế có quan hệ mật thiết với mạ và quyết định :

+ Đợc lớp mạ kết tinh mịn

+ Khả năng phân bố tốt, lớp mạ phân bố đồng đều

+ Làm cho hiđrô thoát ra mạnh, làm giảm hiệu suất dòng điện và độbám chắc lớp mạ Khi nghiêm trọng có thể gây ra bọt khí, tróc lớpmạ… hoặc mạ composite với các

1.4.2 Cơ chế tạo thành lớp mạ điện

1.4.2.1 Điều kiện xuất hiện tinh thể

Cũng nh các quá trình kết tinh từ dung dịch quá bão hòa, từ chất nóngchảy… hoặc mạ composite với các, động học quá trình điện kết tủa kim loại cũng bị chi phối bởi hai yếu

tố tốc độ tạo mầm kết tinh và tốc độ phát triển mầm

Trờng hợp kết tinh từ dung dịch quá bão hòa thì yếu tố quyết định tốc

độ xuất hiện mầm tinh thể là độ quá bão hòa của dung dịch quyết định Trongtrờng hợp điện kết tủa kim loại trên catốt, yếu tố quyết định tốc độ xuất hiệnmầm tinh thể β là tỉ số giữa mật độ dòng catốt và mật độ dòng trao đổi io :

β = 0

c

i i

Nếu β lớn tốc độ tạo mầm lớn sẽ cho tinh thể nhỏ mịn, sít chặt Ngợclại, nếu β nhỏ tốc độ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể thô to, xốp

Khi đó ta thấy vì mật độ dòng điện trao đổi io phụ thuộc vào bản chấtkim loại nên ở cùng mật độ dòng ic thì kim loại nào có io bé hơn cho lớp mạ cótinh thể nhỏ mịn và ngợc lại Đối với cùng một kim loại io = const, nếu tăngmật độ dòng catốt trong một giới hạn nào đó ta cũng thu đợc tinh thể nhỏ mịn

1.4.2.2 Quá trình hình thành và tổ chức tinh thể

* Hình thành tinh thể:

Không phải mọi mầm tinh thể sinh ra đều đợc phát triển thành tinh thể,chỉ những mầm có kích thớc lớn đến một ngỡng nào đó mới có khả năng pháttriển tiếp thành tinh thể Để đạt hoặc vợt ngỡng đó cần phải có quá thế bổsung, khi tinh thể lớn lên không cần quá thế bổ sung nữa vì bề mặt ở trạng tháihoạt động

Quá trình phát triển mầm tinh thể diễn ra nh sau: Giả sử tinh thể códạng khối đơn giản nh Hình 1:

Hình 1 : Lớp mạng tinh thể

Các cation kim loại phóng điện thành nguyên tử và tham gia vào mạnglới tinh thể tại những vị trí có lợi nhất về năng lợng Đó chính là những điểmtập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhất vì ở đó năng lợng bề mặt lớn nhất.Trên hình vẽ ta thấy ion kim loại sẽ u tiên vào vị trí I nhất rồi đến vị trí số II

và cuối cùng là vị trí số III

Tổ chức tinh thể: Lớp mạ do vô vàn các tinh thể hợp thành, kích thớctinh thể và cách sắp xếp của chũng sẽ quyết định chất lợng lớp mạ

Kích thớc tinh thể: Ta biết để có tinh thể nhỏ mịn phải tạo đợc điều kiện

điện phân có phân cực catốt đủ lớn Chất hoạt động bề mặt là một trong nhữngbiện pháp thờng dùng làm tăng phân cực catốt Nếu nồng độ chất hoạt động bềmặt thích hợp và mật độ dòng đủ lớn, kết tủa sẽ gồm các tinh thể nhỏ mịn,chất lợng lớp mạ sẽ tốt

Ví dụ trong mạ niken chất hoạt động bề mặt thờng dùng là keo da, axitboric … hoặc mạ composite với các

Cách sắp xếp tinh thể: Nếu tinh thể sinh ra và sắp xếp bố trí hỗn độntrong kết tủa thì lớp mạ thờng có chất lợng thấp mặc dù kích thớc tinh thể khánhỏ

Bằng những điều kiện điện phân thích hợp hoàn toàn có thể làm cho cáctinh thể phải sắp xếp theo một hớng nhất định nào đó Mức độ định hớng cótrật tự càng cao thì tổ chức tinh thể càng hoàn chỉnh và có ảnh hởng rõ rệt đến

độ bóng, độ cứng, hoạt tính xúc tác, từ tính, độ giãn nở nhiệt … hoặc mạ composite với các của lớp mạ

Thay đổi điều kiện điện phân, nhất là mật độ dòng phân cực catốt, chấthoạt động bề mặt sẽ điều khiển đợc tổ chức tinh thể theo ý muốn Tuy nhiên

sự điều khiển này là khá phức tạp

6 Vôn kế

7 Ampe kế

8 Nguồn điện một chiều

Hình 2 : Sơ đồ nguyên lý mạ điện

1.4.3 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình điện cực

1.4.3.1 Điều kiện phóng điện đồng thời của các ion kim loại

Khi kết tủa hai kim loại M1 và M2 thành hợp kim M1 – M2 Hợp kimnày có thể là dung dịch rắn, hợp chất hóa học, hỗn hợp cơ học … hoặc mạ composite với cácvà thànhphần tỉ lệ của nó có thể thay đổi nếu điều kiện điện phân biến động Nh vậykhi mạ điện hợp kim, các ion kim loại M1 (hoặc M2) không phóng điện trênnền kim loại M1 (hoặc M2) mà là trên nền hợp kim M1 – M2 (luôn có khảnăng biến động về thành phần)

Do bản chất nền thay đổi và trạng thái bề mặt thay đổi khi mạ hợp kim

có thể làm thay đổi quá thế và tốc độ phóng điện tơng đối của các cấu tử sovới khi mạ kim loại

Điều kiện điện hóa cơ bản để hai hay nhiều ion kim loại cùng phóng

điện đồng thời trên catốt và tạo thành hợp kim là điện thế phóng điện Ep củachúng phải bằng nhau:

Ep1 = Ep2 hay Ecb1 - E1 = Ecb2 - E2

Muốn điều chỉnh thế phóng điện Ep của hai hay nhiều ion kim loại trởlên bằng nhau phải thay đổi cả điện thế cân bằng Ecb ( điều kiện nhiệt động)lẫn độ phân cực E (điều kiện động học) của chúng Cụ thể phải tìm các biện

pháp thay đổi một hay nhiều thông số cấu thành sao cho hai vế của phơngtrình (*) bằng nhau.

1.4.3.2 ảnh hởng của chế độ mạ

- ảnh hởng của mật độ dòng

Độ dốc (J/E) của các đờng cong phân cực riêng phần của các cấu tửthờng khác nhau nên khi tăng mật độ dòng điện (MĐDĐ) mạ (Jc), thì tốc độphóng điện của từng cấu tử tăng không bằng nhau Cấu tử nào ít phân cựchơn,khi tăng MĐDĐ mạ sẽ phóng điện nhanh hơn và thành phần của nó tronghợp kim tăng lên

- ảnh hởng của khuấy trộn

Cấu tử nào nghèo hơn trong dung dịch mạ hợp kim (thờng là cấu tử

d-ơng hơn) thì khi kết tủa đồng thời kim loại dd-ơng hơn sẽ phóng điện với tốc độlớn hơn cho nên tốc độ phóng điện của nó thờng bị khống chế bởi khuếch tán,khuấy dung dịch để tăng khuếch tán thì thành phần của nó trong hợp kim sẽtăng lên

- ảnh hởng của nhiệt độ

Nhiệt độ thờng làm tăng tốc độ phản ứng điện cực hay làm giảm phâncực catôt Nguyên nhân vì khi nhiệt độ tăng mức độ khuếch tán, khử hydrat,khử hấp phụ… hoặc mạ composite với các Nhng mức độ tăng giảm không giống nhau đối với từng loạiion, vì thế khi tăng nhiệt độ, ion nào có khả năng khử phân cực nhiều hơn thìtốc độ phóng điện sẽ tăng nhanh hơn và thành phần của nó trong hợp kim sẽtăng lên

1.4.3.3 Thành phần chất điện giải

Chất điện giải có ảnh hởng rất lớn đến quá trình phóng điện và đặc biệt

là chất lợng lớp mạ Chất điện giải dùng trong mạ điện thờng là dung dịch nớccủa muối đơn hay muối phức Thành phần của nó còn có thêm chất dẫn điện,phụ gia, tạo bóng… hoặc mạ composite với các

1.4.3.4 Chất dẫn điện

Để tăng độ dẫn điện cho chất điện giải, ngời ta thờng pha thêm vào cácchất dẫn điện Các chất này không tham gia vào quá trình catốt mà chỉ đóngvai trò chuyển điện tích trong dung dịch, làm giảm điện trở bể mạ, do đó giảmnhiệt thoát ra, cho phép dùng dòng điện mạ cao hơn

1.4.3.5 Chất đệm

Nhiều dung dịch mạ chỉ làm việc đợc trong một khoảng pH nhất định,nên phải dùng chất đệm thích hợp để khống chế pH Các chất đệm thờng dùng

là axit yếu nh boric, acetic, citric… hoặc mạ composite với các hoặc các muối nh amoni, acetate,Al2(SO4)3… hoặc mạ composite với các Mỗi chất đệm có tác dụng ổn định pH trong một khoảng nhất

định Đệm tốt sẽ tránh đợc dung dịch bị đục do sinh ra hiđroxit khi pH lên quácao hoặc thoát nhiều khí H2 ở catốt khi pH xuống quá thấp Các hiđroxit hoặckhí hiđro sinh ra lẫn vào lớp mạ, làm giảm chất lợng của nó

1.5 Mạ Niken – Coban [2, 3, 4]

1.5.1 Mạ Niken

Mạ niken hoá học thờng cho lớp mạ dày và đều ngay cả trên nhữnghình thù phức tạp So với lớp mạ niken điện hoá, lớp mạ niken hóa học có độcứng, độ chịu mài mòn cao hơn, vì vậy nó thờng đợc ứng dụng để mạ chonhững vật làm việc trong những điều kiện khắc liệt

Niken là kim loại nhóm sắt ( Fe, Co, Ni), có từ tính Về mặt điện hoáchúng có chung đặc điểm sau:

+ Dòng điện trao đổi i0 bé, nên theo phơng trình  = Jc/i0 thì  sẽ rấtlớn nên tốc độ tạo mầm tinh thể sẽ rất nhanh do đó kích thớc tinh thểtrong lớp mạ sẽ rất nhỏ mịn ( cỡ 10-3 – 10-6cm )

+ Phân cực catot rất lớn ngay cả khi kết tủa từ dung dịch muối đơn,nên lớp mạ có cấu trúc tinh thể rất nhỏ mịn Nguyên nhân gây phân cựccatot lớn là do năng lợng hyđrat hoá của ion Ni2+ rất lớn ( nên phóng

điện chậm) và do quá thế kết tinh không lớn

+ Quá thế thoát hyđro trên kim loại Ni bé nên hyđro dễ thoát ra

Do các đặc điểm trên, mạ niken từ dung dịch đơn đã cho lớp mạ khánhỏ mịn, Vì thế không mấy khi phải dùng tới dung dịch mạ phức Do hai đặc

điểm cuối mà quá trình mạ niken rất nhạy với nồng độ H+ và nhiệt độ củadung dịch

Các dung dịch mạ Ni thờng là: sunfat, sunfat-clorua, clorua, sunfamat,floborat trong đó dung dịch sunfat dùng phổ biến nhất

Mạ Niken từ dung dịch sunfat:

Dung dịch cơ bản để mạ Ni gồm có Niken sunfat, một ít Niken clorua

và chất đệm Dung dịch nổi tiếng do Watts đề nghị và đợc dùng rộng rãi là:

NiCl 2 6H 2 O 10 g/l

Niken sunfat là cấu tử chính, là nguồn cung cấp Ni2+ cho phản ứngcatốt Nó có độ hoà tan lớn (579g/l) ở 25oC, ổn định, anion không bị khử trêncatốt, hoặc oxi hoá trên anốt, không bay hơi, không chảy nớc, tơng đối rẻ, ít

ăn mòn thiết bị Nồng độ của nó trong dung dịch mạ cho phép dao động khárộng vẫn thu đợc lớp mạ tốt nh nhau Nhng vì Jgh catốt tỉ lệ thuận với hoạt độion phóng điện trong lớp sát catốt nên khi cần mạ nhanh, dùng mật độ dòng Jclớn thì nồng độ Ni2+ tự do (tức hoạt động) trong dung dịch phải lớn Muốn vậyphải dùng nồng độ Niken sunfat lớn Nồng độ cao còn tăng độ dẫn điện củadung dịch, giảm đợc điện thế của bể, góp phần cải thiện khả năng phân bốcho dung dịch Trong trờng hợp mạ Niken, phân cực catốt không giảm đi baonhiêu khi tăng nồng độ, vì kim loại nhóm sắt vốn có quá thế hoá học rất lớn,chiếm phần chủ yếu trong phân cực anốt Nhng dùng nồng độ Ni2+ bé quá, lớpmạ dễ bị cháy ngay từ khi Jc còn cha cao lắm

Ion clorua: Chức năng chính của ion Cl- là làm giảm phân cực anốt,giúp anốt dễ tan hơn, tránh thụ động anốt Nó còn làm tăng độ dẫn điện củadung dịch, tăng hiệu suất dòng điện catốt (Jc/φc, do đó đã làm tăng khảnăng phân bố lên Hiện tợng này đặc biệt rõ khi trong dung dịch clorua(không có mặt ion sunfat), ion clorua cũng làm tăng hệ số khuyêch tán của ion

Ni2+, nên Jgh đợc tăng lên Ion clorua đa vào bể dới dạng NiCl2, hoặc NaCl.Dùng muối ăn rẻ và sẵn hơn NiCl2 mà vẫn thoả mãn hầu hết các yêu cầu nóitrên Tuy nhiên cũng có ý kiến cho rằng ion Na+ có tác hại đến các phụ giahữu cơ trong dung dịch Thực ra ý kiến này cha thực sự xác đáng lắm, vì rấtnhiều hợp chất hữu cơ đợc dùng làm phụ gia cũng có chứa natri trong phân tửcủa chúng

Axit boric: Ta biết rằng điện thế tiêu chuẩn của Niken Eo = -0.25V, củahydro Eo = 0.00V, nên về mặt nhiệt động học hydro sẽ u tiên phóng điện trêncatốt hơn Niken, nếu hoạt độ của chúng đều bằng 1 Thế nhng hiệu suất dòng

điện mạ Ni từ dung dịch Watts thờng vẫn đạt khoảng 95%, đó là vì dung dịchnày đã dùng hoạt độ của Ni2+(~1 ion-g/l) lớn hơn hoạt độ của H+ ( 10-3 -10-6ion –g/l) rất nhiều nên điện thế thuận nghịch của hydro trở nên âm hơn (từ -0.18V đến -0.36V), lợng khuếch tán của ion H+ vào catốt sẽ bé hơn, làm chohydro trở nên khó phóng điện hơn Nhng vì quá thế của hydro trên Niken bé

nên vẫn tiềm ẩn khả năng phóng điện của hydro mỗi khi có điều kiện thuậnlợi nh khi dùng Jc lớn, pH thấp cho nên một trong những yếu tố quan trọngtrong mạ Niken là độ pH: pH thấp quá hydro sẽ thoát ra dễ dàng, làm giảmhiệu suất dòng điện, gân rỗ, châm kim cho lớp mạ, thấm vào kim loại gây dònhydro, lớp mạ trở nên cứng và dễ bong, pH lớn quá dễ sinh keo Niken hidroxit(nhất là taị lớp dung dịch sắt catốt) lẫn vào lớp mạ sinh gai, sùi, tăng ứng suấtnội… hoặc mạ composite với cáccũng làm hỏng hớp mạ Cho nên không đợc phép để pH >6 (vì Nikenhidroxit sinh ra tại pH=6.3) Dùng chất đệm axit boric H3BO3 sẽ cho phép giữ

đợc pH ổn định trong khoảng 4 - 4,5 tại lớp dung dịch sát catốt nên tránh đợccác hiện tợng h hỏng do không giữ đúng pH gây ra Vì vậy khi có H3BO3 lớp

mạ sẽ không vị rỗ, thủng , cứng mà trở nên dẻo, nhẵn và trắng hơn.

Có thể dùng các chất đệm khác nh axetat, format … hoặc mạ composite với các nhng dung dịch Wattscho H3BO3 vì ngoài những u điển trên nó cũng là một hoá chất ổn định, khôngbay hơi, không chảy nớc, dễ làm tinh khiết và tơng đối rẻ … hoặc mạ composite với các

Chất chống rỗ: Tuy hiệu suất dòng điện mà Ni khá cao ( ~95%), nhng

hydro vẫn còn cơ hội đợc giải phóng (~5%), Khi các bọt hydro hình thành vàbám lên catốt trong thời gian mạ sẽ cản trở quá trình kết tủa tại đó, làm cholớp mạ bị thủng và rỗ Muốn chống rỗ cho lớp mạ cần đa vào dung dịch chấtthấm ớt loại anion, không ảnh hởng gì đến độ dẻo và ứng suất nội của lớp mạ,

ví dụ nh natri laurylsunfat … hoặc mạ composite với các

Để chống rỗ cho lớp mạ Ni mờ thờng dùng H2O2 vì nó có tác dụng tăngphân cực catốt nên bọt hydro dễ bong ra, đồng thời nó còn oxi hoá các tạpchất hữu cơ trong dung dịch, cho nên nếu dùng đúng quy cách sẽ đợc lớp mạ

Ni mờ rất dẻo Hằng ngày bổ sung 0,5 ml H2O2 30% cho mỗi lít dung dịch mạ

là tốt nhất Nếu dùng d nhiều H2O2 lớp mạ dễ bị dòn, ứng suất nội tăng vọt,mật độ dòng điện giới hạn giảm, mạ dễ bị cháy Cần đặc biệt chú ý không đểdầu mỡ tạp chất hữu cơ lẫn vào dung dịch mạ quá nhiều vì chúng có thể làmmất tác dụng của H2O2 hoặc chất thẩm ớt

Chế độ mạ: Mật độ dòng điện, nhiệt độ, pH, cờng độ khuấy hoặc sự

chuyển động tơng đối giữa dung dịch và catốt cũng đều ảnh hởng mạnh đếnlớp dung dịch sát catốt và do đó sẽ ảnh hởng đến chất lợng lớp mạ Những yếu

tố này quan hệ qua lại mật thiết với nhau và với thành phần dung dịch: nếu chỉthay đổi đơn độc môt yêu tố mà giữ nguyên các yêu tố khác thì sẽ không đemlại kết quả mong muốn

Mật độ dòng điện còn ảnh hởng đến hiệu suất dòng điện và do đó sẽ

ảnh hởng đến khả năng phân bố của dung dịch Nhng ở những dung dịch có

pH lớn do mật độ dòng điện không ảnh hởng gì lắm đến hiệu suất dòng điệnnên phân bố kim loại gần giống nh phân bố dòng điện

Nhiệt độ dung dịch tăng sẽ làm giảm quá thế hydro, nhng quá thế Nicòn giảm nhiều hơn nên hiệu suất dòng điện vẫn tăng, nhất là dung dịch có pH

bé ở nhiệt độ cao, tốc độ khuếch tán lớn, hạn chế sự kiềm hóa trong lớp dungdịch sát catốt, tạo điều kiện cho phép dùng Jc cao hơn, đồng thời anốt khó thụ

động hơn Hiệu suất dòng điện anốt cao hơn Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, dophân cực catốt giảm nên chất lợng mạ giảm nếu không đồng thời áp dụng các

điều kiện khác để cho độ phân cực vẫn giữ nguyên giá trị cũ

Khuấy dung dịch hoặc cho catốt chuyển động là để đảm bảo khuếch tánkịp thời ion Ni2+ và lớp sát catốt, tránh hiện tợng kiềm hóa xẩy ra ở đấy, tạokhả năng dùng Jc lớn hơn Khuấy cũng là để đảm bảo cung cấp đều đặn cácphụ gia vi lợng vào sát catốt một cách thờng xuyên nên hiệu quả của chúngtăng lên rõ rệt hơn

Hạ thấp pH: ngoài những ảnh hởng đã xét còn có tác dụng mở rộngphạm vi làm việc của Jc cho lớp mạ nhẵn, mịn Các bể mạ Ni lót có thể dùng

pH từ 1,5 đến 2 để mạ lớp Ni dày 2-3 micromet nhẵn, sáng và bám chắc trênnền thép; còn bể mạ Ni trang sức khác cũng chỉ nên giữ pH<4,5

Hình 3: Sơ đồ bể điện phân

1,7 Anốt Ni 2 Catốt đồng 3.Nguồn một chiều

4 Von kế 5 Biến trở 6 Ampe kế

Phơng trình phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân :

Điện phân dung dịch NiSO4 với anốt tan Niken

Eo(Ni2+/Ni)= -0,25V ( >-0,41V) nhng kém hơn thế oxi hóa của nớc nhiều:2H 2O – 4e 4H+ + O2 E0= 1,228V

nên ở catốt xuất hiện kết tủa Niken, còn ở anốt điện cực Niken sẽ hòa tan NiSO4

Catốt Ni2++ SO42- Anốt

Ni2++ 2e Ni Ni - 2e Ni2+

1.5.2 Mạ Coban

Coban có tính chất tơng tự nh 2 nguyên tố Sắt (Fe) và Niken (Ni), Coban

đ-ợc sử dụng nhiều làm thành phần trong các hợp kim của thép và các hợp kimchống ăn mòn Kết tủa điện coban đợc khám phá lần đầu tiên vào năm 1842 bởiBottger Độ bền chống ăn mòn của lớp mạ coban phụ thuộc vào tỉ lệ của hai dạngthù hình α và β có mặt trong lớp mạ Tùy thuộc vào điều kiện điện phân mà có thểthu đợc dạng nào chiếm u thế hơn trong lớp mạ Mặc dù lớp mạ coban cứng vàchống ăn mòn tốt hơn lớp mạ niken trong một số môi trờng nhng ngời ta ít dùng vìgiá thành lớp mạ coban tơng đối đắt

Coban dễ dàng tạo hợp kim với niken và wonfram bằng phơng pháp điệnphân Các lớp mạ Ni-Co và W-Co thu đợc có nhiều tính chất quý giá, đợc ứngdụng phổ biến trong thực tế đời sống cũng nh trong khoa học kĩ thuật

Trong dung dịch muối đơn Ni và Co có thế điện cực tơng đối gần nhau, nênhai kim loại này dễ dàng kết tủa đồng thời tạo thành hợp kim Ni-Co

Coban cũng tạo hợp kim dễ dàng với wonfram bằng con đờng điện phân.Lớp mạ W-Co có độ cứng cao và chịu nhiệt tốt, bền trong nhiều môi trờng Hợpkim W-Co đợc ứng dụng nhiều trong kỹ thuật quân sự

Mạ Coban từ dung dịch sunfat:

mạ Trong thực tế có thể sử dụng dung dịch floborat để mạ coban với thành phần

t-ơng tự nh thành phần dung dịch floborat dùng mạ niken Pha chế và điều chỉnhdung dịch mạ coban tơng tự nh dung dịch mạ niken

1.6 Mạ composite [2, 3]

Mạ composite (hay còn gọi là mạ phức hợp) là công nghệ mạ khi chocác hạt rắn kích thớc nhỏ, không hoà tan trong nớc vào dung dịch điện phânlàm cho nó kết tủa trên bề mặt kim loại nền cùng với kim loại mạ, kết quả thu

đợc lớp mạ kim loại có lẫn các hạt rắn giống nh vật liệu composite Kích thớccác hạt độn rắn này thờng dao động trong khoảng 0,01 - 50 m, hàm lợngkhoảng từ 1 đến 50% thể tích Bản chất của kim loại nền và các hạt phân tán,mối quan hệ số lợng có thể làm thay đổi trong phạm vi rộng, thậm chí còn ấn

định cả tính chất đa dạng của lớp phủ Có thể sử dụng các bột của các nguyên

tố riêng biệt làm pha phân tán (thí dụ nh chất B, C, Si), nhng thờng dùng cáchợp chất hoá học trên cơ sở vô cơ hoặc hữu cơ - các hợp chất khó cháy, độcứng cao, bền hóa chất Các hạt phân tán mịn tham gia vào thành phần bể mạnhất thiết phải luôn duy trì ở trạng thái huyền phù (có nghĩa là bể mạ luôn ởthể huyền phù) Tùy theo tính chất và số lợng pha phân tán, lớp mạ composite

có thể có những tính chất cao về độ cứng, độ chịu mài mòn, chịu nhiệt, bền ănmòn ở nhiệt độ cao, tính chống ma sát và các đặc tính sử dụng cần thiết khác.Trong quá trình hình thành lớp mạ composite một số tính chất đợc nâng cao

nh độ cứng, chịu mài mòn, độ bền kéo, bền nén, độ bền mòn, chịu nhiệt, chịutải, chịu ma sát,v.v Tính chất lớp mạ composite phụ thuộc phức tạp vàonhiều yếu tố Nói chung, tính chất của lớp mạ composite phụ thuộc vào mốiquan hệ của các thành phần (nền và thành phần phân tán), phụ thuộc vàothành phần điện dịch (nồng độ các chất điện li, hàm lợng hạt độn, kích thớchạt độn, pH ), vào giai đoạn xử lí bề mặt trớc khi mạ, vào điều kiện điện kếttủa kim loại (mật độ dòng điện, dạng dòng điện, nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn,thời gian mạ ) và phụ thuộc cả vào quá trình gia công tiếp theo - xử lý nhiệt,hợp kim hoá khuyếch tán, chiếu laze Thành phần nền của lớp mạ là yếu tốcơ bản quyết định tính chất lớp mạ và cả công nghệ mạ cụ thể Tùy theo yêucầu về lớp mạ khác nhau mà chọn thành phần nền thích hợp

Mạ Niken Coban composite đợc thực hiện trên cơ sở mạ Niken - Coban với các hạt rắn đợc cho vào trong dung dịch mạ Quá trình mạ sử dụng máy khuấy từ để tạo huyền phù

Chơng 2: Phơng pháp nghiên cứu

2.1 Các phơng pháp nghiên cứu

2.1.1 Phơng pháp dòng- thế tuần hoàn [4, 7]

Phơng pháp dòng - thế tuần hoàn (cyclic voltammetry – CV) còn gọi là phơng pháp đo phân cực vòng hay phơng pháp vol-ampe vòng quét xung tam giác, đợc sử dụng để nghiên cứu tính chất điện hoá cũng nh động học và cơ chế phản ứng của chất nghiên cứu trên các điện cực khác nhau Phơng pháp này cho phép áp đặt lên điện cực nghiên cứu điện thế có dạng xác định đợc quét theo hớng anot hay catôt để quan sát dòng tơng ứng Trong phơng pháp

đo này, bề mặt điện cực nghiên cứu phải đợc phục hồi trớc mỗi thí nghiệm, dung dịch không có khuấy trộn, sự chuyển khối đợc thực hiện bằng khuyếch tán đặc biệt Phạm vi điện áp phụ thuộc vào việc lựa chọn dung môi , chất điện

ly nền và bản chất điện cực

Dạng của đờng phân cực vòng:

i(mA/cm2)

Đờng phân cực vòng là một đờng tuần hoàn biểu diễn mối quan hệ giữa mật độ dòng i (mA/cm2) và thế (V) Đờng cong biểu diễn quan hệ i-E có các đỉnh đặc trng ip,a ứng với Ep,a và ip,c ứng với Ep,c là dòng - thế anot và catot tơng ứng Trong quá trình thuận nghịch Ox+ne  Red, do khuếch tán khống chế, Randles và Sensick đã đa ra mối quan hệ giữa dòng điện cực cực đại với tốc độ quét thế :

E a

E c

i c

i a

V

Hình 4: Dạng đ ờng phân cực vòng

ip = 2.687.105.n3/2.A.Do1/2.Co.v1/2Trong đó:

n: số electrom tham gia phản ứng v: tốc độ quét thế (mv/s)

A: diện tích điện cực (cm 2 ) C: nồng độ chất phản ứng (mol/lit) D: hệ số khuếch tán (cm 2 /s) ip: mật độ dòng pic (mA/cm 2 )

Hiệu điện thế (E) đánh giá mức độ thuận nghịch của quá trình:

E = Ep,a- Ep,c = 0.059/n

Trong quá trình bất thuận nghịch: Ox + ne  Red, phơng trình dòngcực đại tuân theo Nichoson-Shain có dạng:

iP = 2.99.105.n.(.na)1/2.A.Co.Do1/2.v1/2

Trong đó: : Hệ số chuyển

Na: số electron trao đổi biểu kiến

Nếu trong quá trính điện hoá có xảy ra các phản ứng hoá học trớc vàsau phản ứng điện hoá thì quan hệ i - E không còn tuyến tính nữa

Theo phơng pháp đo này ta có thể xác định đợc các bớc khử riêng biệtcủa chất phản ứng, khoảng thế xảy ra phản ứng với các giá trị i, E và đặc biệt

là tính chất thuận nghịch- bất thuận nghịch của quá trình điện hoá.Trong

ph-ơng pháp này ta có thể sử dụng một chu trình (quét một lần) hay lặp nhiều chutrình liên tục (quét nhiều vòng) Trong phép đo nhiều chu trình, các đờng i-E

đợc quét liên tục, trong đó điện thế áp dụng đợc biến đổi tuần hoàn theo thờigian

Dùng đờng cong phân cực xác định dòng ăn mòn

Trạng thái thí nghiệm của hệ ăn mòn là không có dòng điện do các quátrình điện cực cân bằng với nhau (tổng dòng anôt bằng dòng catôt)

Để xác định mức độ ăn mòn điện hoá ta cần xác định dòng ăn mòn iam

và thế ăn mòn Eam của hệ , xây dựng đờng cong phân cực bằng cách phân cực

hệ ra khỏi trạng thái cân bằng rồi ngoại suy về trạng thái không có dòng điện.Cách tính:

Bớc 1: Phân cực anôt, catôt, xây dựng đờng cong E-logi Bớc 2: Tính tốc độ ăn mòn bằng cách ngoại suy các đờng phân

cực catot va anot trong khoảng tuân theo phơng trình Tafel dạng

E – log i

Tại điểm giao nhau của hai đờng thẳng Tafel trên, ta xác định đợc dòng

ăn mòn iăm ứng với thế ăn mòn Eăm

bọ kích thích bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ.

Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể cũng khoảng A0tinh thể tức là vào khoảng bớc sóng tia X Do đó khi chùm tia X đập vào mạttinh thể và đi vào bên trong nó thì mạng tinh thể đóng vai trò của một cách tửnhiễu xạ đặc biệt Theo phơng trình Vulf – Bragg



d

Hình 6 : Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể

Khi biết đợc d,  sẽ tính đợc  là bớc sóng là bớc sóng của tia phản xạ

Khi chiếu chùm tia X lên mẫu với các góc khác nhau ta thu đợc giản đồnhiễu xạ tia Rơnghen, mà mỗi chất tinh thể có một bộ vạch phổ tơng ứng vớicác giá trị d và cờng độ I đặc trng Việc tìm ra trên giản đồ đó sự giống nhaucả về vị trí lẫn tỷ lệ cờng độ của chất nghiên cứu và chất chuẩn đã biết là cơ

sở của phép phân tích phổ định tính

2.1.3 Phơng pháp hiển vi điện tử quét SEM và phân tích EDX

Phơng pháp hiển vi điện tử quét SEM

Phơng pháp SEM (Scanning Electron Microscopy) sử dụng chùm tia điện

tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu ảnh đó khi đến màn huỳnh quang có thể đạt độphóng đại theo yêu cầu Chùm tia điện tử đợc tạo ra từ catot qua hai “tụquang” điện sẽ đợc hội tụ lên mẫu nghiên cứu Khi chùm tia điện tử đập vàomẫu sẽ phát ra các chùm điện tử phản xạ và điện tử truyền qua Các điện tửphản xạ và truyền qua này đợc đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổithành một tín hiệu ánh sáng, tín hiệu đợc khuếch đại, đa vào mạng lới điềukhiển tạo độ sáng trên màn ảnh Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tơng ứngtrên màn Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lợng điện tử phát ra tới bộthu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu

Phơng pháp SEM thờng đợc sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích thớc,hình dạng tinh thể của vật liệu

Kỹ thuật phân tích nguyên tố bằng EDX

EDX (Energy dispersive X-ray analysis) là một kỹ thuật đợc dùng đểphân tích nguyên tố hay phân tích thành phần hóa học của mẫu chất Kỹ thuậtphân tích này dựa trên nguyên lý tơng tác giữa từ trờng và vật chất Tia X phát

ra từ mẫu chất sẽ va chạm với những phần tử tích điện Để kích thích sự phátxạ tia X, dòng năng lợng cao của các phần tử tích điện nh là dòng electron hayphoton, hay dòng tia X đợc chiếu tập trung lên mẫu chất

Trong mẫu chất, mỗi nguyên tử có những electron tồn tại ở những mứcnăng lợng rời rạc Những mức năng lợng đó, còn gọi là những lớp electron,bao xung quanh hạt nhân Khi nhận năng lợng, electron ở lớp vỏ trong sẽ bịtách ra và tạo nên một hố electron Còn electron ở lớp vỏ ngoài sẽ chui vào hốnày Sự di chuyển đó phát ra một năng lợng và năng lợng này hình thành nêntia X Số lợng và năng lợng của tia X đợc phát ra có thể đợc đo bởi phổ phântán năng lợng EDX Vì năng lợng của tia X đặc trng cho sự khác nhau giữacác mức năng lợng của mỗi nguyên tố, cũng chính là đặc trng cho cấu trúcnguyên tử của mỗi nguyên tố tạo nên thành phần của mẫu chất đợc đo.

2.1.4 Đo từ độ bão hòa

Các đờng cong từ hóa của các mẫu chất đã đợc đo bằng thiết bị từ kếmẫu rung Đó là một thiết bị dùng để xác định momem từ của mẫu Nguyên lýhoạt động của thiết bị này dựa trên cơ sở hiện tợng cảm ứng điện từ Bằngcách thay đổi vị trí tơng đối của mẫu có momen từ M với cuộn dây thu, từthông qua tiết diện ngang của cuộn dây sẽ thay đổi theo thời gian và xuất hiệntrong nó một suất điện động cảm ứng Các tín hiệu đo đợc chuyển sang giá trịcủa đại lợng từ cần đo bằng một hệ số chuẩn của hệ đo

Để thực hiện đợc phép đo này, mẫu đợc rung với tần số xác định trongvùng từ trờng đồng nhất của một nam châm điện Từ trờng này sẽ từ hóa mẫu

và khi mẫu rung sẽ tạo ra hiệu điện thế cảm ứng trên cuộn dây thu tín hiệu.Tín hiệu đợc thu nhận, khuyếch đại rồi đợc xử lí trên máy tính và cho ta biếtgiá trị từ độ của mẫu

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Dụng cụ và thiết bị

Phòng Điện hoá-Khoa hoá- Đại Học KHTN

- Thiết bị điện phân

- Máy khuấy từ, máy gia nhiệt, nhiệt kế

Máy đo PGS-HH8 & máy tính xử lí kết quả

Tính chất điện hoá của điện cực đợc khảo sát trên máy PGS HH-8 ghép

nối với máy tính tại phòng Điện hoá, khoa Hoá học, trờng Đại học Khoa học

Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội với bình điện phân ba điện cực: điện cực làm việc,

điện cực so sánh - điện cực calomen bão hoà, điện cực đối - điện cực Platin,dung dịch nghiên cứu

ảnh SEM của mẫu đợc chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét trên

máy SEM- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam: 10kV, khoảng cách làm

việc 8400 m, giá trị phóng đại tối đa x 200.000

Phổ XRD đợc ghi trên máy VNU - SIMENS - 5005, với ống phát tia Xbằng đồng với bớc sóng K = 1,5406 Ao, góc quét 2 tớng ứng với mỗi chất,tốc độ quét 0,2 0/s Khoa Hóa – Trớng Đại học Khoa học Tự nhiên

Potentiostat HH8

PGS-CE WE RE

Điện cực so sánh (CE): Calomen 3- Điện cực làm việc(WE)

Điện cực phụ trợ (RE):Platin 4- Dung dịch nghiên cứu

Hình 7: Sơ đồ thiết bị đo Potentiostat PGS-HH8

2

1 3

4

Máy in

Máy tính

Đo từ độ bằng máy VSM DMS 880 của hãng Digital MeasurementSystems (Mỹ) với từ trờng cực đại là 13,5 Koe tại TT KHVL

2.2.2 Hoá chất

NiSO4.7H2O Loại AR của Trung Quốc

CoSO4.7H2O Loại AR của Trung Quốc

NiCl2.6H2O Loại AR của Trung Quốc

H3BO3 Loại AR của Trung Quốc

K4[Fe(CN)6] Loại AR của Trung Quốc

K3[Fe(CN)6] Loại AR của Trung Quốc

Đồng tấm dùng làm điện cực, diện tích 1 cm2

Bột Al2O3 (kích thớc nhỏ hơn 0,5 m)

Nớc cất một lần, và một số hoá chất khác

2.2.3 Nội dung đề tài

* Điều kiện hai kim loại Ni – Co phóng điện đồng thời

* Lớp phủ Niken - Coban

- ảnh hởng của một số yếu tố đến thành phần lớp phủ Ni-Co

+ ảnh hởng của của tỉ lệ nồng độ mol/l đến thành phần lớp phủ

+ ảnh hởng của nhiệt độ đến thành phần lớp phủ

- Đánh giá tính chất lớp phủ Ni – Co

+ Độ dẫn điện của lớp phủ trong dung dịch Feroferi kalixyanua

+ Đánh giá tính chất của lớp phủ trong KOH

+ Độ bền của lớp phủ trong môi trờng NaCl

* Lớp phủ composite Ni - Co - Al2O3

- ảnh hởng của một số yếu tố đến thành phần lớp phủ composite

+ ảnh hởng của Al2O3 đến thành phần lớp phủ composite

+ ảnh hởng của nhiệt độ đến thành phần lớp phủ composite

- Đánh giá tính chất lớp phủ composite

+ Độ dẫn điện của lớp phủ composite trong dung dịch Feroferikalixyanua

+ Đánh giá tính chất của lớp phủ composite trong dung dịch KOH + Độ bền của lớp phủ composite trong dung dịch NaCl

* Đánh giá từ tính của lớp phủ hợp kim và lớp phủ composite

* Nghiên cứu khả năng xúc tác cho quá trình oxi hóa etanol trong môi trờngkiềm của các lớp phủ hợp kim và lớp phủ composite Ni-Co