Tài liệu Mạ điện pptx

Dung dịch điện phân a Bản chất của chất điện ly : Dung dịch muỗi đơn: ion kim loại là cation tw do phân cực catôt bé —› lớp mạ thô, sân sùi, không đông đêu... Dung dịch điện phân c Thành

MẠ ĐIỆN

Ma điện:

°- Bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn: giúp vật liệu trở nên bên hơn, chịu được những điêu kiện khắc nghiệt hơn

Tăng độ cứng; chông mài mòn

Phục hôi kích thước của các chỉ tiêt đã bị mài mòn

Chức năng trang trí: các lớp mạ crôm, vàng, bạc, hợp kim

m : khối lượng chat két tha; A: dudng ludng gam

I: luong dién chay qua dung dich; F: hang s6 Faraday t: thoi gian dién phan

Hiéu suat dong: H =(m,,/m, ,).100%

Các giai đoạn của quy trình mạ:

1) Xử lý bê mặt:

‹ - Tây dâu mỡ : hóa học, điện hóa

¢ Phosphat hoa, anod hoa

¢ On dinh tinh chat bé mat

¢ Mau sac

Các yêu tô ảnh hưởng phân bồ kim loại

Factors influencing

System components metal distribution Electrodeposit

Tank `

Electrodes Geometric } Metal distribution

Solution composition } Electrochemical Composition

Process conditions Incidental } — Structure

Các ngành KH nghiên cứu ứng dụng cho quá trình Mạ

Electrochemistry Electrode processes

Electrochemical engineering Transport phenomena

Surface science Analytical tools

Solid state physics Use of quantam mechanical

solid state concepts to study

(Quá trình điện phân với anod hòa tan:

Catod: M"+xare>M Anod: M - ne>M'"'

U= (1+ /)2, aT— Øs„ + A+ @) IR]

° 6: hệ sô tiêu hao điện năng tại các tiêp điềm

x2 dien thê phóng điện anot và catot

VẬN (0ï 2) 0011000012) năng tích tụ khí ở điện cực

s ¡: cường độ dòng qua bề mạ

e R: dién tro dung dich

Những tiêu chuân quan trọng khi lựa chọn hệ mạ

Yêu câu vệ lớp mạ:

- Bám chắc vào nên, không bong tróc

- Kết tủa nhỏ mịn; yêu câu vê độ xốp (lớn, nhỏ)

- Dẻo; Độ cứng cao; đủ độ dày theo yêu câu

Tôc độ của từng g/đ phụ thuộc vào đ/k điện phân:

T, l, độ phân cực, to dung dịch, khuây trộn,

Dung dịch điện phân

a) Bản chất của chất điện ly : Dung dịch muỗi đơn: ion kim loại là cation tw do

phân cực catôt bé —› lớp mạ thô, sân sùi, không đông đêu

Dung dịch muỗi phức: ion phức phân cực catôt lớn —› phân bô tốt, lớp mạ đêu hơn

Ví dụ: - phức CN- ;

- phức với Ion diphosphat, amoniac, floborat (BF,,)

Dung dịch điện phân

b) Nông độ :

Càng lớn càng làm giảm độ phân cực catôt — lớp mạ càng thô

Nhưng khi quá loãng thì :

- tốc độ kết tinh thâp —› hiệu suât thâp =

- | gibi han bé > I6p ma xau hinh thanh nhanh cay; ngoai ra độ

dan dién thap lam mat nhiéu nang lượng

Dung dịch điện phân

c) Thành phân

Thường thêm các phụ gia:

-Nén (chat điện ly, nồng độ cao) : tăng độ dẫn điện, tổ

chức lớp mạ tốt, không chê pH

-Chât HĐBM (làm bóng, làm bằng, làm ướt .): Gelatin,

Thiourê, 1,4-butildiol, dẫn xuất của sulfonapten, natri

laurylsulfat,

Chỉ số pH và tác dụng của dung dịch đệm:

- tăng quá thế hydro trên điện cực

- pH giảm thì hiệu suất dòng catot giảm

Câu tạo tinh thể càng nhỏ mịn —› lớp mạ càng tốt

Cách sắp xêp, định hướng các tinh thê —› độ bóng, t/c quang,

Phân bô dòng tốt

Tỉnh thể nhỏ mịn :

: KL kết tủa ở thê âm hơn nhiều so với E,

mức độ hoàn chỉnh của các tính thê cũng tăng

Đề đạt phân cực catod lớn:

- mật độ dòng lớn

- phức chất (phụ gia, ligand hữu cơ hoặc vô cơ)

Mật độ dòng cao : kêt câu bê mặt răn chắc; độ cứng cua lớp

mạ tăng, tuy nhiên bê mặt không đông nhất

Mật độ dòng thấp : lớp mạ không có độ cứng cao nhưng mịn, ít

gai hơn và chiêu dày lớp mạ giảm

Muôn thu được lớp mạ tốt thì độ dày ở các vị trí khác nhau phải

đồng đều Thực tê mạ : ở biên luôn dày hơn, chỗ lôi dày

a) Tim hiéu Nguyén nhân ảnh hưởng đến sự phân bồ của lớp

mạ để loại trừ

Hình học: đôi với các vật thê phức tạp làm cho khoảng cách „

anôt và catôt không đồng đều

Điện hóa: tác dụng phân cực, mật độ dòng

b) Các phương pháp cải thiện sự phân bô của lớp mạ:

Dùng dung dịch muỗi phức

Tăng khoảng cách giữa anod và catod

Dùng anod có hình dạng giông với catod Dùng vật cản giữa anod và catod đề cân bằng khoảng

vá `»

Sơ lược về gia công bề mặt trước khi mạ:

Phương pháp cơ khí: mài thô, mài tinh, đánh bóng, chải, phun cat

Phương pháp hóa học hay điện hóa: tẩy dầu, mỡ, tẩy sỉ, lầm bóng bề mặt, rửa sạch

+ Tẩy dầu, mỡ: xà phòng hoá bằng NaOH hoặc KOH

(RCOO),C,H, +3NaOH -> 3RCOONa +C,H.(OH),

+ Tẩy gỉ: thường dùng H,SO, 10% (dễ bay hơi) hoặc HCI 10%

(dễ gây giòn hydro)

do: Fe + 2 HCl > FeCl, + H,

CÁC THAO TÁC CHUẨN BỊ TRƯỚC MA

MAI & ĐÁNH BÓNG

Hệ thống: máy quay hai đầu trục có gắn bánh xe đánh bóng

Tốc độ quay bánh xe thay đối: tùy theo loại kim loại

Bánh xe đánh bóng: vải, da, lụa

Hạt mài được gắn lên bánh xe đánh bóng bằng một lớp keo

thủy tỉnh hay da trâu Nông độ keo phụ thuộc vao từng loại hat

Kích thước hạt mài quyết định hiệu quả đánh bóng Đề được độ

bóng cao phải đánh bóng từ thô đến tinh

Thuốc đánh bóng có nhiều loại: thuốc đánh bóng xanh (cứng - `

mạ Crôm); thuốc đánh bóng trắng (mềm - mạ Nickel, Nhôm);

thuốc đánh bóng đỏ (cứng trung bình - đồng và các hợp kim)

QUAY BÓNG

Dùng cho các chỉ tiết nhỏ

Nguyên tắc: sự cọ sát giữa các chỉ tiết với nhau và giữa chỉ tiết @

với nguyên liệu mài

Vận tốc quay: đóng vai trò quan trọng (15 — 50 vòng/phút)

Nguyên tắc: dùng khí nén thổi cát vào bề mặt chỉ tiết làm

Ứng dụng: các chỉ tiết chính xác, xử lý bề mặt chỉ tiết trước khi mạ

oxi hóa, phosphate hóa

Hệ thống trục có sắn bàn chải ở hai đầu

Nguyên tắc: dùng tính đàn hồi của các sợi dây kim loại để làm

bong I6p gi

Dây bàn chải: thép, đồng thiết, đồng kẽm, lông

Độ cứng dây chải tùy thuộc vào loại nguyên liệu

ĐÁNH BONG BANG DAY DAI

" Nguyên (ắc: dựa trên sự chuyển động của dây đai, các hạt mài được sắn lên dây đai

- Sản phẩm không bị quá nhiệt

— Hạt mài dùng được lâu; Có thể dùng tốc độ lớn

- Nếu dùng dây đai chịu nước, có thể gia công băng hạt mài nước

—

Thực chất là quá trình ăn mòn hóa học

Bề mặt ăn mòn phẳng, tương đối bóng (sau khi đánh bóng cơ

Ứng dụng: chế tạo dụng cụ đo, kính phản quang nhôm

Ưu điểm: không dùng nguồn, hiệu suất cao, có thể đánh bóng

các chỉ tiết phức tạp

Nhược điểm: độ bóng kém, sinh nitơ trong quá trình đánh bónđề

Phương pháp ăn mòn anod trong điều kiện nhất định

Ứng dụng: sắt, thép không gỉ, nhôm đồng, hợp kim ` Nhược điểm: không đánh bóng được các chỉ tiết có bề mặt

lõm, sâu; không khử tạp chất phi kim loại trên bề mặt; tốn

kém

Ưu điểm: bề mặt bóng, hiệu suất cao, tiết kiệm sức lao động

Nguyên nhân: các loại dầu mỡ bôi chống sỉ hay thuốc đánh bóng

ngăn cản quá trình điện kết tủa kim loại, gây bong lớp mạ,

đồng thời làm bẩn dung dịch mạ a

“" Tẩy dầu hóa học: dùng phản ứng hóa học hay các chất HĐBMae

= Tay dau điện phân: Tốc độ cao; hiêu suất cao va tẩy dầu sạch

Mật độ dòng: 10 — 15 A/dm“ ; nhiệt độ: 60 — 70°C

= Tay dau thủ công và tẩy dầu trong thùng quay: phương pháp

cơ khí -> thuận tiện, giản đơn, linh hoạt, chi tiết vẫn đảm bao

độ bóng, không bị ăn mòn Tốc độ quay (tẩy dầu trong thùng quay: 60 — 100 vòng/phút)

VÍ DỤ VỀ TẨY DẦU HÓA HỌC

Thành phần dung dịch tẩy dầu

Thành phần dung dịch (ø/1)

Thời

NaOH Na,CO, 12H,O Na,SiO, (phút),

Kimloaiden 20-60 20-30 10-20 5-10 80-90 20-40

Đồng và hợp 5Ú — 60 S0 — 60 3-5 80-90 20-40

kim đồng

“" Do chỉ tiết cần mạ thường có lớp oxit phủ bên ngoài

„ Tiên hành sau khi tây dấu

Tẩy gỉ hóa học và tẩy gỉ điện hóa

: dùng axit mạnh hòa tan lớp gỉ; trong

quá trình tẩy cần cho thêm chất ức chế `

: lợi dụng phản ứng điện cực để tách lớp gỉ trên bề mặt chỉ tiết Ưu điểm : tiết kiệm hóa chất,

chất lượng bề mặt tốt, năng suất cao Tuy nhiên, phải » dùng điện và thiết bị phức tạp

TAY NHE & TRUNG HÒA

»„ Tẩy nhẹ: dùng axit loãng rửa ở nhiệt độ thường từ 5

— 10 phút nhằm đẩy đi lớp oxit mỏng sau khi vật mạ

di chuyển ngoài không khí, khi chờ mạ hay tẩy dầu

điện phân

= Trung hoa: dùng dung dịch kiểm nhẹ ngâm các chi

tiết đã làm sạch bể mặt, chưa mạ kịp ngay được

(Na,CO, 30 — 50g/I hay NaOH 20 — 100g/I}

SƠ LƯỢC MỘT VÀI kt MA ĐIỆN:

Ma kem Ma cadimi Ma chi

Mạ đồng

Ma niken Ma crom

- Chiều dày nhỏ hơn 100 um

+ Môi trường ăn mòn rất mạnh : 36 - 42 um

+ Môi trường ăn mòn mạnh : 25 — 30 um + Môi trường ăn mòn trung bình :12 — 15 um

+ Môi trường ăn mòn yếu : 3 - 5 im + Kẽm mạ cho ốc vít, các bộ phận lắp ghép : 4— 7 um

+ Mạ cho các công trình vĩnh cữu có các quy định riêng

- E°=- 0,403 V Cd là lớp mạ catôt đối với Fe, thép

- Nước biển, có mặt các ion CI và SO,”, điện thế Cd trở

nên âm hơn, Cd biến thành lớp mạ anôt đối với Fe thép

- Mạ Cd: các ren ghép cần nối thật kín, làm việc ở 2500C, chống ăn mòn điện hóa cho các mặt tiếp xúc giữa đồng

với nhôm hay thép

- Chiều dày của lớp mạ Cd thường từ 12 đến 18 um

3 Ma chì:

- Độ cứng lớp mạ chì 60 - 90 Mbpa

- E°= 0,126 V, lớp mạ chì là catot so với Fe và chỉ bảo vệ được

thép khỏi ăn mòn khi lớp mạ chì đủ dày để không còn lỗ thủng

- Dùng để bảo vệ thiết bị chống lại tác dụng của H,SO, và không khí có chứa SO, và H,S; để chống tia X; để bảo vệ móc treo khi

tay bóng điện hóa cho kim loại trong H,SO,, cromic , để chế tạo

các anot phụ trong mạ crom

- Lớp mạ chì có độ chịu mài mòn rất cao

- Lớp mạ chì bám rất tốt trên nền đồng và hợp kim đồng, còn đối

với thép thì phải mạ kền trước khi mạ chì

- Chiều dày lớp mạ có thể 3 — 2000 um

- Dung dịch mạ chì đều có phân cực catot bé nên lớp mạ thô, dễ

sinh nhánh cây

4 Mạ đồng:

- Cu/Cu?** :+ 0.34V, Cu/Cut + 0.52V

- Lớp mạ catơt đối với Fe, thép

- Nếu cĩ lỗ thủng trong lớp mạ đồng thì trong khơng khí ẩm

lập tức hình thành một v1 pin ăn mịn Cu - Fe, trong đĩ Fe thép

là anơt hịa tan và quá trình ăn mịn xảy ra rất mạnh

- Lớp mạ đồng dễ đánh bĩng, bám gắn tốt với nhiều kim loaÏ

như Ni, Cr, Ag Đồng thường dùng mạ lĩt cho nhiều lớp mạ khác

- Chiều dày lớp mạ đồng : + Mạ lĩt dưới Ni hay Cr : 6 — 30 um

+ Mạ lên kim loại đen dễ hàn : 6 — 30 um

+ Mạ ghép hình nghệ thuật : trên 1000 um

> Ma niken:

Độ cứng của lớp ma Ni : 2500 — 4000 Mpa; cua Ni béng: 4500 -

5000 Mpa

- L6p ma Ni thudng citing va gion

- 6n dinh pH rat quan trong vi:

+ pH nhỏ : thì Ni khó kết tủa va trên catôt chỉ có thoát khí H

+ pH tăng : H và Ni cùng phóng điện đồng thời

+ pH cao hiệu suất dòng thoát Ni càng lớn, nhưng nếu quá cao thì có sự xuất hiện kết tủa hydroxyt Ni hoặc oxyt lẫn vào lớp

mạ gây lỗ

- Hiện tượng rõỗ

6 Ma crom

E° =— 0,7 V, Cr chong an mon tot

- Trong không khí ẩm, điện thế + 0,2 V, Cr là lớp mạ catôt đối với

thép nên phải kín mới có khả năng bảo vệ

- mạ trang sức rất mỏng trong hệ lớp mạ bảo vệ-trang sức (độ dầy

Sơ đồ quy trình mạ nhúng nóng

The Hot Dip Galvanizing Process

Degreasing Acid Pickling Bath Quench

> Sự hình thành lớp mạ nhúng nóng chủ yếu dựa vào phản ứng luyện kim trong bể Zn

(hoặc AI) nóng chảy, không bị tác động bởi

kỹ năng con người, thời tiết và không khi

»> Phương pháp này chỉ dùng để phủ các

kim loại có điểm nóng chảy tương đối thấp

nhu kém (419°C), thiéc (232°C), nhôm

(658°C)

> DO dày lớp phủ mạ nhúng nóng tuỳ thuộc

vào độ dày của kết cấu thép

Một vài sản phẩm mạ nhúng nóng:

ce

DIEN PHAN SAN XUAT

KIM LOAI BOT

KL bột thường được sử dụng:

Luyện kim : s/x hợp kim Xúc tác

Pigment S/x vat ligu compact,

Có thê s/x KL bột bằng các pp cơ học, hóa học,

Ưu điềm của pp điện hóa:

- Áp dụng được cho rất nhiều KL

© C6 thé s/x hop kim

¢ D6 tinh khiét cao

¢ Co thé thay doi chat lvong theo yéu cau bang cach thay doi

điêu kiện điện phân, thành phân dung dịch và bê mặt điện cực

‹ Bột hình thành có bê mặt riêng lon, rat tot dé lam xúc tác,

bà

¢ Dé dàng tự động hóa và liên tục quá trình sản xuất

PP điện hóa cho chất lượng tốt:

hạt mịn, kích thước nhỏ, đồng đều,

Trực tiêp hoặc gián tiễp

Nguyên tắc

Mật độ dòng cao : vùng dòng giới hạn

Anod tan hoặc không tan

- Anod tan : đề bên ngoài ngăn chứa bột thành phâm

- Anod không tan : dd chuyên động đề dễ dàng bồ Sung ion KL

Các yêu tô thuận lợi cho hình thành KL bột:

- Giảm nông độ ion KL trong dd điện ly

- Tăng nông độ chất điện ly nên

Tính chất bột (câu trúc, chât lượng, độ bám dính, ) phụ thuộc vào:

Mật độ dòng: Cu, Ni, Fe - bột chắc, đặc & / thap;

Ag, Pb, Cd - bét x6p, vay trong dung dịch không chứa phức chất

- Chât HĐBM, phụ gia hoạt điện,

- thu dong anod

Nhược điểm :

° _ Hình dạng và kích cỡ hạt có thế bi bat thường (hình nhánh cây, ) gây khó khăn cho một số

ứng dụng

„ Bê mặt riêng quá lớn —› KL rât hoạt động —›

gây khó khăn cho vân đề bảo quản

Các phương pháp tách sản phẩm:

¢ Đảo dòng

¢ Catod quay

° - Tạo hỗn hông với Hg

* Catod là giải băng chuyên và tách sản phẩm bên ngoài bê điện phân

¢ Binh hai ngăn: dd nước và dung môi hữu cơ; catod