KHÓA ĐÀO TẠO"CÁC KỸ THUẬT CẢI THIỆN HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG TRONG NGÀNH MẠ ĐIỆN

Thành phần dung dịch và phụ gia  Chất bóng loại II: Còn gọi là chất san bằng, nó u tiên hấp phụ lên các điểm lồi có mật độ và điện thế lớn, cản trở kết tủa tại đó.. Nhiệt độ• Là yếu tố

KHÓA ĐÀO TẠO

"CÁC KỸ THUẬT CẢI THIỆN HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG TRONG

NGÀNH MẠ ĐIỆN"

930C1 - Đường C – KCN Cát Lái – Q.2 - Tp HCM

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ

KỸ THUẬT MẠ ĐIỆN

• Ý NGHĨA CỦA MẠ HIỆU QUẢ

• CƠ SỞ CỦA LỚP MẠ KIM LỌAI

• CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TRONG MẠ

Ý nghĩa của lớp mạ hiệu quả

Cơ sở lớp mạ kim loại

Cơ sở lớp mạ kim loại

ĐIỆN THẾ CHUẨN CỦA KIM LOẠI

+

+ +

Cơ sở lớp mạ kim loại

ĐIỆN THẾ TIÊU CHUẨN CỦA MỘT SỐ KIM LỌAI

Cơ sở lớp mạ kim loại

2-Cơ sở lớp mạ kim loại

• ĐỊNH LUẬT FARADAY 1

m = k I t = kQ

m: Trọng lượng kim lọai kết tủa trên điện cực

I: cường độ dòng điện (A )

t: thời gian ( giờ)

Q: điện lựơng ( A/ giờ)

k: Hệ số tỷ lệ

Cơ sở lớp mạ kim loại

– Đương lượng điện hóa là số gam vật chất sinh ra khi cho

điện lượng 1 A.h đi qua dung dich

6 , 28

n

A

a 

Cơ sở lớp mạ kim loại

Lượng kim lọai kết tủa theo công thức:

m = a.I.t

m: lượng kim lọai kết tủa trên catot ( g)

I: cường độ dòng điện ( A )

t: thời gian ( giờ)

a: đượng lượng điện hóa

Đương lượng điện hóa của Nikel:

h A g

a  58 , 569  1 , 095 /

Cơ sở lớp mạ kim loại

Hiệu suất dòng điện :

m: Trọng l ợng chất thu đ ợc (gam )

a: đ ơng l ợng điện hóa (g/A.h)

I: c ờng độ dòng điện (A)

t: thời gian (giờ)

%

100

aIt m

K 

Cơ sở lớp mạ kim loại

§iªn ph©n dung dÞch crom :

%

100 2

20 324

, 0

8 ,

Cơ sở lớp mạ kim loại

Cơ sở lớp mạ kim loại

Thay thế vào công thức K, ta tính đ ơc độ dày lớp mạ

Ta biết a= 1,095 g/A.h,  = 8,8 ( g/cm3)

 mm 

a K

0 1000

8 , 8

095 ,

1 95

7 , 0 5

Hình thành lớp mạ điện

•Phản ứng tổng quát tạo thành lớp mạ trên catot:

Mn+ + ne  M

•Quá trình này xảy ra theo nhiều b ớc kế tiếp nhau nh sau:

a Mn+.mH2O hoặc MXn+ di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot

H×nh thµnh líp m¹ ®iÖn

• Giai ®o¹n a g©y ra qu¸ thÕ khuÕch t¸n

• Giai ®o¹n b, c g©y ra qu¸ thÕ chuyÓn ®iÖn tÝch

• Giai ®o¹n d, e g©y ra qu¸ thÕ kÕt tinh k phô thuéc b¶n chÊt M

• VËy ®iÖn thÕ cña catot khi lµm viÖc sÏ lµ Ec:

• Ec = cb - kt - ®h - k = cb - c

• tøc lµ khi lµm viÖc ®iÖn thÕ catot dÞch vÒ phÝa ©m

• §iÖn thÕ an«t: Ea

• §iÖn thÕ bÓ m¹: U = Ea – Ec

Hình thành lớp mạ điện

• Ec càng âm  U càng lớn  công tiêu tốn càng lớn  chất l ợng sản phẩm càng tăng

• Vậy quá thế catốt c cao thì chất l ợng lớp mạ càng tăng (mịn, sáng, đẹp, …)

• Tức là: muốn tăng chất l ợng lớp mạ phải làm tăng quá thế catốt c lên

• Sau đây là các biện pháp tăng cthông qua tăng kt, dh và

k

• Nồng độ thấp, nhiệt độ thấp, không khuấy  tăng k

• Để xét nồng độ cần nghiên cứu dung dịch

- Thay đổi c bằng nồng độ dung dịch:

- pha đặc hay pha loãng

- dung dịch muối đơn hay muối phức

Dung dịch điện giải

Dung dịch muối đơn:

Trong dung dịch: MA  Mn+ + A

M n+ - ion kim loai sẽ bám vào thành lớp mạ

A n- anion của axít vô cơ

MA có độ hòa tan lớn, phân ly hoàn tòan,

Mn+ chuyển động nhanh đến điện cực

dung dịch muối đơn cho quá thế catot bé nên lớp mạ dày mỏng không đều, tinh thể thô, to

- Khó thoát khỏi liên kết nội cầu  đh rất lớn

- Vì vậy dung dịch muối phức cho quá thế catot lớn, nên lớp mạ dày đều, tinh thể nhỏ mịn, tốt.

Thay đổi  c bằng thành phần

dung dịch

Chất đệm:

Giữ ổn định pH

pH lớn : đục dung dịch Kết tủa hydroxit

pH nhỏ : Thoát hydro -> giòn, xốp, rỗ, giảm hiệu suất dòng diện

Các axít yếu nh axít boric, axetic, nhôm sulphát

Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) :

Hấp phụ lên bề mặt làm chậm các giai đoạn phân ly và khuyếch tán đến bề mặt điện cực làm quá thế đh tăng -> quá thế catốt tăng , cải thiện lớp mạ Chủ yếu dùng

 Loại bỏ đuợc b ớc công nghệ phát sinh nhiều độc hại.

 Nâng cao chất l ợng, độ đồng đều cho sản phẩm

- Nh ợc điểm của việc dùng chất bóng: lớp mạ có ứng suất nội lớn (giòn) và sinh nhiều lỗ châm kim

Thµnh phÇn dung dÞch vµ

phô gia

- T¸c dông cña chÊt bãng hÊp phô lªn bÒ mÆt catot ®iÒu khiÓn qu¸ trinh kÕt tinh cho líp m¹ bãng

- M¹ bãng Ni cã ý nghÜa rÊt lín trong s¶n xuÊt:

 ChÊt bãng lo¹i I: ChØ cho líp m¹ bãng trªn bÒ mÆt thËt nh½n, cho líp m¹ cã øng suÊt kÐo

+ Naphtalen, disunphonaphtalen, sacacrin ,

P.toluolsunfamit, etylensunfonic …

Thành phần dung dịch và phụ

gia

 Chất bóng loại II: Còn gọi là chất san bằng, nó u tiên hấp

phụ lên các điểm lồi (có mật độ và điện thế lớn), cản trở kết tủa tại đó Nhờ vậy mà các điểm lõm, vết x ớc, lỗ rỗ

có cơ hội đ ợc lấp đầy, gây nên hiệu ứng san bằng bề

mặt sau khi mạ đủ dày, cho lớp mạ rất bóng

• Chất bóng loại II tr ớc đây hay dùng là coumarin, hiện nay chủ yếu là dùng 1,4 butindiol

HOH2C-CC-CH2OH

thoát ra ở catot khó giải phóng khỏi bề mặt hơn, do đó

làm tăng độ rỗ, xốp của lớp mạ, giảm khả năng bảo vệ của lớp mạ

- Mạ ở nhiệt độ cao và khuấy mạnh dung dịch

- Dùng chất thấm ớt cho vào dung dịch mạ

Thành phần dung dịch và phụ

gia

Chất thấm ớt: làm cho bề mặt dễ thấm ớt dung dịch do đó

bọt khí H2 khó bám lên bề mặt kim loại, tránh đ ợc hiện t ợng sinh lỗ (pitting)

Chất thấm ớt th ờng dùng là laurinsunphats alkylsunphat, r ợu

etylic

Chất chống thụ động anot: là chất giảm thụ động anot

trong quá trình mạ Ví dụ ion Cl- trong mạ Ni , Ion CN trong mạ

đồng

Chế độ điện phân

• Mật độ dòng điện

• Nhiệt độ

• Khấy

Chế độ điện phân

Mật độ dòng điện :

D = I / S (A/dm2)

I - c ờng độ dòng điện (A)

S – diện tich catốt (dm2)

D thể hiện tốc độ kết tủa trên bề mặt catot

D lớn -> kết tinh nhanh và lớp mạ kín, mịn

D nhỏ tinh thể ít, lớp mạ thô

Chế độ điện phân

D quá cao dẫn đến sự kêt tinh quá nhanh, các ion khuyếch tán không kịp đến catot dẫn đến hiện t ơng nhánh cây , bột , sần sùi dẫn đến lơp mạ xấu

Nhiệt độ

• Là yếu tố ảnh h ởng rất phức tạp: Nhiệt độ làm thay đổi tính chất hoá lý của dung dịch: độ dẫn, hoạt độ ion, thế phóng điện ion, quá thế hydro

• Tăng nhiệt độ dung dịch có u điểm:

– cho phép dùng nồng độ C cao hơn

– tăng độ dẫn điện của dung dịch

– giảm nguy cơ thụ động anot

– tăng công suất mạ

Giới hạn các thông số

Phân cực catốt neta c khi tăng thì có các u điểm đã biết, nh ng kéo theo các nh ợc điểm sau:

- tốn năng l ợng

- hiệu suất dòng điện giảm

- lớp mạ cứng, giòn do thấm hiđro

Giới hạn các thông số

Nhiệt độ dung dịch khi tăng thì có những u điểm đã biết, nh ng kéo theo các nh ợc điểm sau:

- dung dịch cạn nhanh

- bay hơi gây độc hại

- giảm tác dụng chất hoạt động bề mặt

- phức phân ly mạnh  giảm đh

Giíi h¹n c¸c th«ng sè

• C¸c th«ng sè kh¸c còng cã 2 mÆt nh vËy, nªn: + kh«ng ® îc l¹m dông c¸c u ®iÓm

+ ph¶i tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn tèi u

+ c¸c th«ng sè th êng cã t ¬ng t¸c lÉn nhau

ảnh h ởng của ph ơng pháp mạ

Dùng mật độ dòng lớn trong thời gian đầu :

Khi mơi bắt đầu mạ dùng mật độ dòng lớn hơn bình th ơng nhiều lần và sau đó chuyển về mật độ dòng bình th ờng :

a/ Khi mạ lên thép: trong tr ơng hơp sắt thép có điện thế âm hơn kim loại mạ, mật độ dòng lớn trong thời gian đầu tạo ra lớp mạ mầm mịn

b/ Khi mạ crôm lên gang thì trong 15 – 20 giây đầu dùng mật

độ lớn Mạ crôm lên đồng lúc đầu cần sử dụng mật độ dòng lớn để tránh ăn mòn đồng.

c/ Mạ các chi tiết phức tạp có nhiều lồi lõm

ảnh h ởng của ph ơng pháp mạ

Dùng dòng điện đổi cực :

– Dùng dòng điện đổi cực là do vật mạ bị đổi thành anot

trong thơì gian ngắn làm cho những chỗ nhọn lồi bị hòa tan

Vật liệu nền và sự thoát

Hydro

• Trạng thái bề mặt kim loại nền: 2 trạng thái bề mặt nền:

độ sạch và độ nhẵn

• Bản chất kim loại nền:

- kim loại nền d ơng hơn kim loại mạ : (Kẽm )

0000 00000

Sản phẩm

VËt liÖu nÒn vµ sù tho¸t Hydro

• B¶n chÊt kim lo¹i nÒn (tiÕp):

- kim lo¹i m¹ d ¬ng h¬n kim lo¹i nÒn:

- Hiệu suất dòng điện giảm

- Thay đổi pH dung dịch

- Làm rỗ lớp mạ

- Làm giòn lớp mạ

Vật liệu nền và sự thoát Hydro

Khắc phục:

- ổn định pH, bằng chất đệm

- Thêm chất thấm ớt

- Mạ nóng và khuấy mạnh

 Anot tan có nhiệm vụ cung cấp ion Mn+ cho dung dịch,

chuyển điện trong mạch điện phân

 Để anot tan dễ:

+ Dùng chất chống thụ động anot

+ Tăng diện tích anot

+ Dùng anot đặc biệt

 Khi anot hoà tan th ờng có hiện t ợng

+ Tạo mùn anot

+ Xảy ra phản ứng phụ thoát oxy

+ Anot tự tan trong dung dịch

 Anot trơ, chỉ có một nhiệm vụ chuyển điện qua mạch

điện phân Dung dịch nghèo dần Mn+ phải bổ sung bằng hoá chất

Phân bố kim loại mạ trên bề mặt

vật mạ

- do dòng điện luôn đi theo

đ ờng nào có điện trở nhỏ

nhất

- mật độ đ ờng sức không

bằng nhau ở mọi điểm

• Cạnh, rìa, điểm lồi, tốc

+

+

-Ph©n bè kim lo¹i m¹ trªn bÒ mÆt vËt

m¹

2 Tăng hiệu suất dòng điện H tại chỗ Dc thấp và ng ợc lại

3 Uốn nắn lại đ ờng sức, cụ thể:

 Dùng dung dịch phức

 Dùng dung dịch có đặc tính; hiệu suất dòng giảm khi tăng Dc nh dung dịch xyanua

 Dùng các chất hoạt động bề mặt

+Dung dịch muối đơn cho phân bố kim loại kém.

+Dung dịch muối phức cho phân bố kim loại tốt hơn,

đặc biệt là dung dịch xyanua cho phân bố kim loại

đồng đều nhất

GIA CÔNG BỀ MẶT TRƯỚC KHI MẠ

Gia cụng bề mặt trước khi mạ

- Ví dụ: Qui trình mạ kẽm bảo vệ cho vật có

kích th ớc trung bình

1- Tẩy dầu mỡ hoá học

10- Rửa lạnh (2-3 lần) 11- Tẩy bóng/ thụ động 12- Rửa lạnh (2-3 lần) 13- Sấy khô, tháo khung 14- Kiểm tra, nhập kho

Gia c«ng bÒ mÆt tr íc khi m¹

- VÝ dô: Qui tr×nh m¹ trang søc b¶o vÖ Ni-Cr

12- Thay khung 13- M¹ Crom

14- Röa thu håi 15- Röa l¹nh 2-3 lÇn 16- Trung hoµ

17- Röa l¹nh, röa nãng

18- SÊy kh«, th¸o khung

19- KiÓm tra, nhËp kho

Gia công bề mặt trước khi mạ

- ChuÈn bÞ bÒ mÆt cã 2 nhiÖm vô chÝnh:

Gia công c¬ häc bề mặt trước khi mạ

Mài và đánh bóng:

Làm cho bề mặt trở nên nhẵn bóng đạt yêu cầu

Sử dụng bánh xe quay để mài và đánh bóng Chọn tốc độ quay của bánh xe phù hợp :

- Đảm bảo kỹ thuật và năng suất lao đông

Tăng và giảm tốc độ quay có thể :

Điều chỉnh tốc độ quay của motor

Thay đổi đường kính bánh xe mài

Kinh nghiệm : Chi tiết mài đơn giản , và vật liệu sắt , thép có thể dùng tốc độ lớn

Chi tiết nhỏ có hình dáng phức tạp , vật liệu đồng chì kẽm v.v thi dùng tốc độ quay nhỏ

Gia công c¬ häc bề mặt trước khi mạ

• TỐC ĐỘ QUAY PHÙ HỢP VỚI CÁC NGUYÊN LIỆU KHÁC NHAU

Nguyên liệu Tốc độ quay ( m/ s )

Thép đúc , sắt , niken , crom 18- 30

Đồng và hk đồng , bạc , kẽm 14-18

Nhôm và hk nhôm, chì , thiếc 10 – 14

Gia công c¬ häc bề mặt trước khi mạ

SỐ VÒNG QUAY BÁNH XE VỚI CÁC NGUYÊN LIỆU KHÁC NHAU

Gia công c¬ häc bề mặt trước khi mạ

Gia cụng cơ học bề mặt trước khi mạ

Lau bóng sau khi mạ:

Dùng các thuốc đánh bóng cho bề mặt kim loại

– Bề mặt lớp mạ cứng: thuốc bóng xanh

– Bề mặt lớp mạ trung bình: thuốc bóng đỏ

– Bề mặt mềm: thuốc bóng trắng

Gia cụng cơ học bề mặt trước khi mạ

Xóc bóng và quay bóng

– Th ờng áp dụng cho những chi tiết nhỏ , cho vật mạ cùng với hạt mài và thiết bị quay, trong khi quay những va chạm giữa vật mạ và vật liệu mài làm cho vât mạ bóng sáng

– Chú ý giữ tốc độ quay th ờng là 15 – 50 vòng phút

Gia công c¬ häc bề mặt trước khi mạ

Gia cụng cơ học bề mặt trước khi mạ

Chải:

– Dùng trục quay có gắn bàn chải để làm sạch bề măt kim loại Nguyên liệu làm bàn chải th ờng là dây đồng, dây thép, dây đồng thiếc, dây đồng kẽm Chọn vật liêu dây phụ thuộc vào độ cứng của vật mạ

– Tốc độ quay của bàn chải khoảng 1200- 2800 v/phút– Bàn chải đ ờng kính lớn tốc độ quay thấp

– Chi tiết mạ là kim loai cứng thì tốc độ quay của bàn chải cao

Ph ¬ng ph¸p ho¸ häc vµ ®iÖn ho¸

- TÈy dÇu mì

TÈy trong dung m«i h÷u c¬

TÈy trong dung dÞch kiÒm nãng

TÈy ®iÖn ho¸ trong dung dÞch kiÒm

 TÈy Catot

 TÈy Anot

-TÈy gØ

-TÈy bãng

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Tẩy dầu mỡ

– Tẩy trong dung môi hữu cơ: để làm sạch sơ bộ lớp dẫu mỡ

bám trên mặt vật gia công Các dung môi không cháy nh

tricloetylen, tetracloetylen và các dung môi khác nh tetra

clorua, tetracloetan, hexacloetan

– Thiết bị: Tẩy trong thiết bị kín bằng cách nhúng, phun hay bốc hơi Cặn đ ợc loại bỏ bằng cách ch ng, hơi dung môi đ ợc dùng lại.

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Tẩy trong dung dịch kiềm nóng:

+ Nóng: để hoá lỏng dẫu mỡ, dễ tách khỏi bề mặt, dễ phản ứng + Kiềm: Để xà phòng hoá dẫu mỡ động thực vật, dễ tan ra

+ Các thành phần khác: Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 3 có tác dụng tạo huyền phù nhũ t ơng với dầu mỡ khoáng vật, lôi chúng khỏi bề mặt.

+ Các phụ gia: có tác dụng tăng khả năng tẩy rửa Hiện nay các hãng sản xuất cung cấp các chất tẩy rửa hoá học rất hiệu quả, bí quyết

là các phụ gia này Ví dụ chất Udyprep 110 EC, chất Aceclean

A-110 (Nhật)

Chú ý: Tẩy cho kim loại màu, kim loại nhẹ phải dùng nồng độ kiềm loãng hoặc thay NaOH bằng Na2CO3

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Tẩy dầu điện hoá trong dung dịch kiềm:

+ Dung dịch cũng giống dung dịch tẩy hoá học những loãng hơn.

+ Vật tẩy có thể mắc lên anot hay catot (nhờ cầu dao đổi chiều dòng điện)

– Tẩy catot:

H 2 thoát ra nhiều, mạnh có tác dụng đẩy dầu mỡ bong khỏi bề mặt, khử oxit bề mặt, hoạt hoá bề mặt, bề mặt trắng Nh ng làm kim loại tẩy bị giòn (giòn hydro) Rất thích hợp tẩy cho Cu và hợp kim đồng.

– Tẩy anot:

O 2 thoát ra có tác dụng đẩy dầu mỡ khỏi bề mặt, oxy hoá dẫu mỡ Tẩy lâu bề mặt bị đen do tạo thành oxit kim loại.

– Th ờng tẩy liên hoàn: 60 – 120 giây tẩy catot rồi đảo cực tẩy tiếp anot

30 giây để tận dụng lợi thế của cả hai Tẩy điện hoá rất hiệu quả,

nhanh chóng, triệt để.

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Tẩy gỉ

• Tẩy gỉ hoá học dùng phổ biến hơn Mỗi kim loại dùng một loại

dung dịch tẩy gỉ riêng:

- Sắt thép dùng HCl, H2 SO4 hoặc hỗn hợp giữa chúng

– Th ờng dùng chất ức chế để hạn chế nền bị ăn mòn mạnh.

- Đồng, hợp kim đồng dùng H 2 SO 4 có thêm HNO 3 , thoát nhiều khí độc

- Al, hợp kim Al dùng NaOH hoặc HF + HNO 3

- Zn, Cd dùng H 2 SO 4 hoặc HCl (50 - 200 g/l)

- Pb dùng HNO 3 (50 - 100 g/l) – Khi tẩy cả lớp oxit và kim loại nền đều bị hoà tan Cần chọn dung dịch và nồng độ, nhiệt độ thích hợp để sản phẩm ăn mòn dễ

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Tẩy gỉ điện hóa :

+ Làm nhanh quá trình tẩy gỉ

+ Có thể sử dụng tẩy gỉ catot hoặc tẩy rỉ anot

• Tẩy gỉ catot : do hydro thoát ra nhanh làm bong lớp gỉ

Dễ làm dòn kim loại do thấm hydro.

• Tẩy gỉ anot : Do hòa tan vật liệu hoăc do thóat khí oxi làm bong lớp gỉ

Nên tẩy gỉ anot ở mật độ dòng điện cao, Khi dòng điện thấp kim loại hòa tan nhanh, nhất là khi co nhiêt độ cao

Ưu điểm : Tiêt kiệm hóa chất, năng suất cao

Nh ợc điểm : Thiết bị ph c tạp, ăn mòn không đều, chỉ nên dùng cho các chi

tiết đơn giản

Có thể dùng dòng điện xoay chiêu để tẩy gỉ, nhanh và tiêt kiệm hơn, ăn mòn

đều

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá

Đánh bóng điện hóa

• Ph ơng pháp điện hoá hay dùng để tẩy bóng thép không

gỉ, Cu và hợp kim Cu, Al và hợp kim Al

• Vật tẩy mắc lên anot đặt trong dung dịch đặc biệt tạo thành màng nhớt phủ lên bề mặt tẩy: chỗ lõm màng dày, chỗ lồi màng mỏng Điện trở của màng rất lớn nên tốc độ hoà tan điện hoá tại điểm lồi mạnh lên, kết quả bề mặt sau tẩy sẽ nhẵn, bóng

• Hình 4 Màng anot khi tẩy bóng

• Dung dịch th ờng dùng là hỗn hợp các axit H3PO4, H2SO4,

Ph ¬ng ph¸p ho¸ häc vµ ®iÖn ho¸

H×nh 4 Mµng anot khi tÈy bãng

Một số Dung dịch đánh điện hóa bóng thép và hơp kim

72 23 5 - 65-70 20-100

66-70

12-14

18-20 1,70-1,74 75-80 20-30

60-62 18-22

10-15 8-12 1 18-20 1,6-1,7 25-35 10-25

Ph ơng pháp hoá học và điện hoá