2.5. Hồi phục chi tiết bằng mạ

2.5.1. Phân loại mạ

a) Dựa vào việc có sử dụng nguồn điện ngoài hay không:1. Mạ điện; 2. Mạ hóa.

b) Dựa vào kim loại lớp mạ:1. Mạ đơn: mạ crôm, mạ sắt; mạ niken; mạ vàng...; 2. Mạ hợp kim; 3. Mạ comozit

c) Dựa vào công dụng lớp mạ: 1. Mạ bảo vệ; 2. Mạ bảo vệ - trang trí; 3. Mạ chuyên dùng (mạ tăng cứng; mạ hồi phục...)

d) Dựa vào một số cơ sở khác: 1. Mạ với điện cực hòa tan và điện cực không hòa tan; 2. Mạ nóng, mạ lạnh; 3. Mạ trong bể, mạ ngoài bể...

Ở đây chủ yếu quan tâm đên mạ điện đơn.

2.5.2. Một số vấn đề chung về mạ điện

a) Sơ lược về một số loại mạ điện.

1. Mạ crôm: lớp mạ crôm có tính ổn định hoá học tốt, tính chịu mòn cao đồng thời bề mặt lớp mạ trông rất đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt vì thế chúng được sử dụng rộng rãi cho công nghiệp sản xuất ô tô, các chi tiết máy, dụng cụ y tế, phụ tùng.

Mặt khác lớp mạ crôm có độ cứng cao hơn các loại gang thép khác(HB = 800 ÷ 1000), hệ số ma sát nhỏ, chịu nhiệt độ cao(450 ÷ 5000C) không biến màu, bám chắc với kim loại nền. Vì vậy mạ crôm được ứng dụng rất rộng rãi để phục hồi các chi tiết máy đã bị mài mòn.

2. Mạ sắt: sắt kết tủa bằng phương pháp mạ điện có cấu trúc tinh thể khác hẳn sắt chế tạo bằng phương pháp luyện kim: có độ tinh khiết cao, cấu tạo đồng nhất nên bị ăn mòn chậm hơn so với sắt thông thường. Màu sắc của lớp mạ thay đổi từ xám sáng đến tối tuỳ thuộc vào điều kiện điện phân, lớp mạ mịn như nhung, hơi bóng hoặc rất bóng. Độ cứng lớp mạ dao động trong khoảng 1200 ÷1300 đến 6500 ÷ 7500 MPa. Nhược điểm của lớp mạ là khá giòn, độ bền kéo và đàn hồi kém. Vật mạ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt cần phải thấm than sau khi mạ. Khi thấm than hidrô được tách ra làm lớp mạ khắc phục được hiện tượng giòn hidrô.

Lớp mạ sắt được dùng chủ yếu để hồi phục các chi tiết máy đã bị hao mòn hay bù cho chi tiết máy bị hụt kích thước khi chế tạo. So với mạ crôm, mạ sắt có ưu điểm: tốc độ mạ nhanh, gắn bám chắc với nền, tiêu tốn ít điện năng. Lớp mạ sắt có thể mài thấm than.

3. Mạ kẽm: mạ kẽm được dùng với mục đích chống gỉ. Mạ kẽm những chi tiết bắt chặt làm tăng độ bền lâu của chi tiết.

Dung dịch mạ kẽm có hai loại: dung dịch axit và dung dịch xianua. Dung dịch axit có hiệu suất dòng điện cao (96% - 98%) nhưng khả năng tán xạ không tốt. Dung dịch xianua có khả năng tán xạ cao hơn nhưng hiệu suất dòng điện thấp (70% - 75%) và rất độc.

3. Mạ đồng: mạ đồng dùng để bảo vệ các phần riêng rẽ của chi tiết khi hoá nhiệt lượng khỏi bão hoà cacbon, cũng như mục đích chống gỉ, dùng để làm lớp mạ lót cho crôm, niken.

Chất điện phân mạ theo thành phần chia làm hai loại; dung dịch axit và dung dịch xianua. Dung dịch axit có thành phần đơn giản trong làm việc có hiệu suất dòng điện gần 100% nhưng khả năng tán xạ thấp và lớp mạ không bám chắc với gang thép.

Dung dịch xianua có khả năng tán xạ cao hơn, có thể nhận được lớp mạ đồng có cấu trúc nhỏ hạt, có độ bám tốt với gang thép.

4. Mạ niken: mạ niken được sử dụng rộng rãi với mục đích làm bảo vệ, trang trí cũng như để tăng độ chống mòn của một số chi tiết. Mạ niken được lớp mạ có độ bóng sáng, cứng mà chịu mài mòn. Ưu điểm của lớp mạ niken là có thể nhận được lớp mạ đều đặn trên toàn chi tiết có hình dáng phức tạp.

Dung dịch mạ niken có thể kể ra hai loại chính là kiềm và axit. Tuy nhiên cũng tuỳ theo tính chất của từng chi tiết mạ người ta điều chỉnh dung dịch khác nhau.

5. Mạ vàng: lớp mạ vàng chống rỉ tốt, dẫn điện tốt, dễ hàn, chịu nhiệt độ cao. Vì thế mạ vàng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp làm đồng hồ, các mạch điện, điểm tiếp xúc...lớp mạ vàng trên lớp mạ bạc chống sự thay đổi màu. Lớp mạ vàng có nhiều màu khác nhau, vì thế nó được dung để mạ các chi tiết có giá trị cao. Dung dịch mạ vàng có hai loại: dung dịch mạ vàng có xianua và dung dịch mạ vàng không có xianua.

6. Mạ hợp kim: mạ hợp kim là phương pháp có nhiều triển vọng vì nó tạo điều kiện để nhận được lớp mạ có chất lượng cao với nhiều tính chất khác nhau: độ cứng, độ chống gỉ và độ chịu mài mòn lớn.

Có nhiều loại dung dịch để mạ và ở điều kiện nhất định có thể nhận được như sắt với cacbon, sắt với mangan, sắt với crôm, sắt với niken...

7. Mạ compozit: đây cũng là một trong các phương pháp có nhiều triển vọng. Lớp mạ nhận được có thể coi là vật liệu compozit (lớp phủ compozit).

Lớp phủ compozit là một khối vật liệu kim loại hay phi kim trong đó có chứa các chất làm bền. Các chất làm bền này có thể là dạng sợi, bột và các vật liệu có các tính chất khác hẳn với vật liệu cơ bản.

b) Dung dịch điện ly, sự tạo thành lớp mạ

Dung dịch điện li

Trong kỹ thuật mạ, áp dụng rộng rãi các dung dịch axit, bazơ và muối. Khi hòa tan trong dung dịch (nước) thì chúng phân li thành những ion và được gọi là dung dịch điện li.

Trong dung dịch axit thì phân li thành ion H+ và gốc axit:

HCl  H+ + Cl-

Trong dung dịch kiềm thì phân li thành ion kim loại và ion hiđroxit OH- :

NaOH  Na+ + OH-

Trong dung dịch muối thì phân li thành ion kim loại và gốc axit:

FeSO4 ® Fe2+ + SO42-

Trong dung dịch muối phức thì phân li thành hai bước. Bước thứ nhất phân li thành ion kim loại và ion muối phức. Bước thứ hai ion muối phức phân li thành ion kim loại và ion gốc axit:

Na2[Zn(CN)4] ® 2Na+ + Zn(CN)42-

Zn(CN)42- ® Zn2+ + 4CN-

Sự phân li của ion muối phức rất nhỏ, nên nồng độ kim loại rất thấp.

Ion dương (ion kim loại, H+) còn gọi là kation; ion âm (gốc axit, OH-) - anion.

Sự hình thành lớp mạ

Nhúng hai tấm kim loại (gọi là điện cực) vào dung dịch điện li và nối với nguồn điện một chiều. Cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anôt (cực dương), cực nối với cực âm của nguồn điện gọi là katôt (cực âm).

Khi có dòng điện chạy qua thì các ion dương (kation) sẽ theo chiều dòng điện chạy về katôt, nhận điện tử - bị khử. Ion âm (anion) sẽ chạy về anôt và mất điện tử - bị oxi hóa.

Ví dụ khi nhúng hai cực vào dung dịch sắt sunphát và nối với nguồn điện một chiều (hình 2.5.1) lúc này ta thấy trên katôt có sắt và khí hiđrô thoát ra. Trên anôt, nếu anôt không hòa tan thì ôxi thoát ra, nếu anôt là sắt (hòa tan) thì sắt bị hòa tan và ôxi thoát ra. Phản ứng của chúng như sau:

Trên katôt: Fe2+ + 2e  Fe

2H+ + 2e  H2

Trên atôt: Fe - 2e  Fe2+

4OH- - 2e  2H2O + O2

2SO4 - + 2H2O - 4e  2H2SO4 + O2

Trên anôt, sắt bị hòa tan, bổ sung ion sắt bị tiêu hao trong ducng dịch. Nếu như katôt là chi tiết đã được làm sạch, thì sẽ tạo thành lớp mạ sắt trên bề mặt chi tiết.

Ở katôt ion kim loại thành nguyên tử kim koại, ở anôt nguyên tử kim loại thành ion kim loại. Đó là anôt hòa tan. Ở anôt không hòa tan xảy ra những phản ứng phức tạp khác.

c) Xác định khối lượng kim loại mạ, thời gian mạ

Định luật Pharađây

Định luật Pharađây phát biểu như sau: "Lượng chất thoát ra ở điện cực tỷ lệ thuận với khối lượng mol nguyên tử hoặc khối lượng mol phân tử của chất thoát ra ở điện cực, với lượng điện đi qua dung dịch (tức cường độ và thời gian điện phân) và tỷ lệ nghịch với số electron tham gia phản ứng điện cực".

Định luật Pharađây được viết dưới dạng công thức:

(2.5.1)

trong đó: m - khối lượng chất thoát ra ở điện cực, g; M - khối lượng mol nguyên tử hoặc mol phân tử của chất thoát ra ở điện cực, g.mol-1; I - cường độ dòng điện, A; t - thời gian, giờ (h); F - số Pharađây (F = 96500C.mol-1 =96500A.s.mol-1=26,8A.giờ.mol-1); n0 - số electron tham gia phản ứng điện cực (trong trường hợp ion kim loại Mn+ bị khử thành kim loại M thì số n0 bằng hóa trị kim loại Mn+ + n0e  M); Q = It là điện lượng, C .

Ghi chú: Khối lượng mol là khối lượng của 6,022.1023hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, ion...). Khi nói khối lượng mol phải nói rõ khối lượng mol của hạt vi mô nào. Ví dụ khối lượng mol của nguyên tử hidro là 1,008g.mol-1, còn khối lượng mol của phân tử hidro là 2,016g.mol-1.

Công thức trên (2.5.1) có thể viết dưới dạng:

Số mol chất thoát ra ở điện cực nmol: (2.5.2)

hoặc: m = E.I.t (2.5.3)

trong đó: - đương lượng điện hóa chất thoát ra ở điện cực, g/A.h.

Như vậy đương lượng điện hóa là số gam chất thoát ra ở điện cực khi đi qua điện lượng 1A.giờ (3600A.s = 3600C). Bảng 2.5.1 là đương lượng điện hóa của một số nguyên tố.

Bảng 2.5.1. Đương lượng điện hóa của một số nguyên tố

Tên Zn Cd Cu Cu Ni Ni Sn Sn Cr Cr Ag Au

Hóa trị 2 2 1 2 2 3 2 4 3 6 1 3

Đương lượng điện hóa mg/C 0,399 0,852 0,658 0,329 0,304 0,203 0,615 0,307 0,18 0,0896 1,118 0,681

mg/A.h 1,22 2,079 2,372 1,186 1,1095 0,730 2,214 1,107 0,647 3,24 4,025 2,452

Xác định khối lượng lớp mạ

Khối lượng lớp mạ xác định theo công thức 2.5.3 chỉ là khối lượng lớp mạ lý thuyết (mLT). Bởi trên katôt ngoài ion kim loại phóng điện (kết tủa kim loại) còn có các ion khác (ví dụ ion hiđrô - thoát khí hiđrô). Chính vì vậy khối lượng kim loại mạ thực tế (mTT) bao giờ cũng nhỏ hơn khối lượng kim loại mạ thực tế và được xác định theo công thức:

(2.5.4)

trong đó: được gọi là hiệu suất dòng điện (%).

Hiệu suất dòng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có mật độ dòng điện.

Xác định thời gian mạ

Trên thực tế, công thức 2.5.4 được sử dụng để xác định chiều dầy lớp mạ h đạt được khi thời gian mạ cho trước là t hay ngược lại xác định thời gian mạ t để đạt được lớp mạ có chiều dầy yêu cầu là h.

Với mục đích trên khối lượng lớp mạ được xác định bằng tích của thể tích lớp mạ V (cm3), trọng lượng riêng của lớp mạ d (g/cm3) và từ công thức 2.5.4 có (với điều kiện lớp mạ đều):

(2.5.5)

trong đó: t - thời gian mạ để đạt được lớp mạ có chiều dầy là h, h; h - chiều dầy lớp mạ, mm; S- diện tích cần mạ, dm2; - mật độ dòng điện katôt, A/dm2 (ngoài ra còn có Da - mật độ dòng điện anôt).

Trên thực tế lớp mạ không đều. Ví dụ: mạ một mặt phẳng thì lớp mạ ở biên dầy hơn ở giữa, những chi tiết phức tạp thì lớp mạ chỗ lồi dầy hơn chỗ lõm...Nguyên nhân là do mật độ dòng điện phân bố ở các vị trí không đều nhau.

Khả năng phân bố (khả năng tán xạ) tốt là khả năng cho độ dày lớp mạ ở các vị trí đều nhau. Định lượng khả năng phân bố được đo bằng phần trăm (%) và được xác định bằng các công thức khác nhau phụ thuộc vào từng loại bình thí nghiệm chuẩn.

Hình 2.5.2 là một loại bình thí nghiệm chuẩn và công thức xác định khả năng phân bố như sau:

(2.5.6)

trong đó: KPB - khả năng phân bố, %; mg, mx - khối lượng lớp mạ trên katôt gần và katôt xa, mg; lg, lx - khoảng cách từ anôt chung đến katôt gần và katôt xa, mm; k = lx/lg - hệ số.

Bình xác định khả năng phân bố theo một vài tiêu chuẩn khi k = 5 được xác định như sau:

Nếu mg = mx , KPB =100% - khả năng phân bố "lý tưởng"; nếu , KPB = 0 còn khi , KPB < 0.

d) Điện thế (thế điện cực) của kim loại, sự phân cực

Điện thế của kim loại

Khi nhúng thanh kim loại M vào dung dịch muối của nó (ví dụ MCln - hình 2.5.3, trên hình không vẽ anion Cl-) có thể xảy ra ba quá trình:

- Ion Mn+ chạm vào thanh kim loại trở thành kim loại M: Mn+ + ne  Me ;

- Ion Mn+ va chạm vào thanh kim loại nhưng không có sự biến đổi nào và trở lại dung dịch;

- Nguyên tử kim loại cho (để lại) ne trở thành Mn+ đi vào dung dịch (kim loại bị hòa tan): Me - ne  Men+. Các ion này sau khi đi vào dung dịch bị điện tích âm của khi loại giữ lại tạo nên lớp điện tích kép (hình 2.5.3).

Sau một thời gian đạt tới trạng thái cân bằng, nghĩa là:

M  Mn+ + ne (2.5.7)

(rắn) (dung dịch)

Như vậy giữa thanh kim loại và dung dịch tạo nên hiệu điện thế. Đối với các kim loại khác nhau thì hiệu điện thế này cũng khác nhau.

Người ta không đo được giá trị tuyết đối của từng thế điện cực mà chỉ đo được hiệu điện thế giữa hai điện cực nên người ta chọn điện cực hiđrô (hình 2.5.4) gồm một bản platin phủ muội platin (platin bột đen), nhúng vào dung dịch axit có [H+] = 1M nằm cân bằng với H2 (áp suất 1atm) :

H2(k)  2Hn+ + 2e (2.5.8)

(rắn) (dung dịch)

làm điện cực hiđrô tiêu chuẩn (hình 2.4.4) và thế của điện cực đó được quy ước bằng không.

Điện thế điện cực của kim loại có liên quan tới nhiệt độ, áp suất, tính chất của dung dịch và nồng độ ion. Để tiện so sánh người ta đo điện thế điện cực ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc): nhiệt độ 25oC, nồng độ ion trong dung dịch là 1g ion/lít (nếu là chất khí thì áp suất bằng 1 atm) và gọi là điện thế tiêu chuẩn (ĐTTC)(điện thế cân bằng - ký hiệu là cb).

Bảng 2.5.2 là điện thế tiêu chuẩn của một số kim loại thường dùng. Điện thế của kim loại sắp xếp từ âm đến dương (nếu là âm, nghĩa là ở đktc khi nối điện cực khảo sát với điện cực hiđrô dòng electron chuyển từ điện cực khảo sát sang điện cực hiđrô còn nếu là âm thì ngược lại). Giá trị điện thế tiêu chuẩn cho thấy khả năng ôxi hóa (hoặc khử) của các chất. ĐTTC càng dương khả năng ôxi hóa càng lớn và ĐTTC càng âm khả năng khử càng lớn (ĐTTC càng âm thì kim loại càng hoạt động). Những kim loại có ĐTTC âm hơn có thể đẩy những kim loại có ĐTTC dương hơn khỏi muối của nó.

Sự phân cực

Khi nhúng một thanh kim loại vào trong dung dịch thì tạo nên một điện thế nhất định khi đạt tới trạng thái cân bằng (như đã trình bày như trên). Nhưng khi có dòng điện đi qua trì trạng thái cân bằng bị phá hủy.

Khi có dòng điện một chiều (dòng I) đi vào hai cực kim loại nhúng vào trong dung dịch thì điện thế katôt (cực âm) trở nên âm hơn (điện thế khi này được ký hiệu là k), điện thế anôt (cực dương ) trở nên dương hơn (điện thế khi này được ký hiệu là a). Sự thay đổi điện thế như vậy gọi là sự phân cực. Khi điện phân, tốc độ di chuyển của ion kim loại trong dung dịch và tốc độ phóng điện của chúng không kịp thời với tốc độ di chuyển của điện tử, làm cho bề mặt katôt tích điện âm tăng lên. Vì vậy điện thế càng âm. Ở anôt, do sự hòa tan của kim loại, tăng các nồng độ ion, tích lũy điện tích dương càng nhiều, làm cho điện thế càng dương.

Bảng 2.5.2. Điện thế tiêu chuẩn của kim loại

Kim loại Phản ứng tạo thành điện thế Điện thế tiêu chuẩn

Mg Mg  Mg2+ + 2e -2,38

Al Al  Al3+ + 3e -1,66

Zn Zn  Zn2+ + 2e -0,76

Cr Cr  Cr3+ + 3e -0,74

Fe Fe  Fe2+ + 2e -0,44

Cd Cd  Cd2+ + 2e -0,4

Ni Ni  Ni2+ + 2e -0,25

Sn Sn  Sn2+ + 2e -0,14

Pb Pb  Pb2+ + 2e -0,127

H H  H+ + e 0,000

Cu Cu  Cu2+ + 2e +0,399

Ag Ag  Ag+ + e +0,799

Au Au  Au+ + e +1,68

Sự phân cực gây nên do tốc độ di chuyển của ion, gọi là sự phân cực nồng độ. Sự phân cực nồng độ là do sự thay đổi nồng độ ion kim loại ở lớp sát anôt và katôt. Ở lớp sát anôt nồng độ ion kim loại tăng lên, ở lớp sát katôt nồng độ ion kim loại giảm đi.

Sự phân cực do sự phóng điện chậm của ion gọi là sự phân cực điện hóa. Trong quá trình điện phân thường xảy ra đồng thời hai loại phân cực nồng độ và phân cực điện hóa, nhưng tùy trường hợp cụ thể mà nó chiếm tỷ trọng khác nhau. Thông thường khi mật độ dòng điện nhỏ thì phân cực điện hóa là cơ bản. Khi mật độ dòng điện cao thì phân cực nồng độ là cơ bản.

Sự phân cực có quan hệ mật thiết với mạ và quyết định:

- Được lớp mạ kết tinh mịn;

- Khả năng phân bố tốt, lớp mạ phân bố đồng đều;

- Làm hiđrô thoát ra mạnh, làm giảm hiệu suất dòng điện và độ bám lớp mạ. Khi nghiêm trọng có thể gây ra bọt khí, tróc...

- Sự phân cực anôt làm cho hòa tan không bình thường, dung dịch không ổn định.

Ảnh hưởng của sự phân cực đến lớp mạ có mặt lợi có mặt hại. Trong quá trình mạ, cần lợi dụng mặt lợi, khống chế mặt hại. Trong quá trình mạ ngoài dung dịch mạ thiếc tính kiềm và mạ hợp kim thiếc, lợi dụng phân cực anôt, làm cho anôt thụ động hóa để hòa tan ion Sn4+, nói chung không cần sự phâncực anôt. Đa số trường hợp muốn được lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt đều phải nâng cao phân cực katôt nhưng phải hạn chế trong phạm vi nhất định bởi vì nâng cao phân cực katôt sẽ làm giảm hiệu suất dòng, độ bám mạ không tốt...

Giá trị định lượng của sự phân cực katôt còn được gọi là độ phân cực katôt (quá thế katôt - ký hiệu là pc-k ), tức là điện thế katôt dịch về phía âm hơn một lượng pc-k so với cân bằng:

pc-k = cb-k¬ - k (2.5.9)

trong đó: ¬cb-k¬ - điện thế cân bằng của katôt, V; k - điện thế phân cực của katôt (đã có dòng I), V.

Sự phân cực phụ thuộc vào thành phần dung dịch, mật độ dòng điện, nhiệt độ và sự khuấy trộn.

Nói chung, sự phân cực của dung dịch nồng độ thấp lớn hơn sự phân cực của dung dịch nồng độ cao. Hiện tượng này do trong dung dịch nồng độ thấp, số ion của nó rất khó bổ sung vào lớp sát katôt. Dung dịch muối phức có sự phân cực lớn hơn dung dịch muối đơn. Khi cho phụ gia vào dung dịch, sẽ có ảnh hưởng lớn tới sự phân cực. Đa số trường hợp khi cho chất phụ gia vào làm tăng sự phân cực.

Khi mật độ dòng điện nâng cao, sự phân cực cũng tăng lên. Bởi vì khi mật độ dòng điện cao, tốc độ di chuyển của ion và tốc độ phóng điện của nó cũng khác nhau rõ rệt. Quan hệ giữa điện thế điện cực và mật độ dòng điện thay đổi gọi là đường cong phân cực.

Nhiệt độ của dung dịch tăng lên, làm tăng sự dịch chuyển của ion, bổ sung rất nhanh số ion ở lớp sát katôt và khuyếch tán mạnh số ion của anôt hòa tan, do đó làm giảm sự phân cực.

Khuấy trộn làm tăng sự khuyếch tán của ion, do đó làm giảm sự phân cực.

đ) Quá thế hiđrô

Muốn có kim loại kết tủa trên katôt phải có điện thế tiêu chuẩn âm hơn điện thế của nó. Ví dụ: khi mạ niken, ĐTTC của niken là -0,25V, cần phải điện thế -0,6V mới có lớp mạ. Vậy lượng điện thế tăng lên so với ĐTTC gọi là quá thế.

Trên katôt ngoài ion kim loại thoát ra còn có hiđrô thoát ra. Hiđrô thoát ra nhiều hay ít là do quá thế hiđrô quyết định. Ion nào có quá thế thấp thì ion đó phóng điện trước, quá thế cao thì ion khó phóng điện.

Quá thế hiđro có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật mạ. Những kim loại như kẽm, niken, crôm, sắt...có điện thế tiêu chuẩn âm hơn so với hiđrô, vì vậy khí hiđrô thoát ra trước, kim loại không thể kết tủa được. Nhưng do tồn tại quá thế hiđrô, nên có thể mạ được những kim loại này. Đồng thời quá thế hiđrô làm giảm sự thoát hiđrô, làm giảm tính giòn lớp mạ, nâng cao hiệu suất dòng điện, lớp mạ bám chắc.

Hiđrô thoát ra làm lớp mạ không tốt, vì vậy phải dùng mọi biện pháp để nâng cao quá thế hiđrô.

Qúa thế hiđrô phụ thuộc vào bản chất điện cực, quá thế hiđrô trên platin bằng 0,03V, quá thế hiđrô trên crôm bằng 0,826V. Quá thế hiđrô phụ thuộc vào trạng thái điện cực: bề mặt gồ ghề, xù xì quá thế hiđrô nhỏ.

Quá thế hiđrô tăng khi mật độ dòng điện tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.

Quá thế hiđrô phụ thuộc vào tính chất của dung dịch. Quá thế hiđrô phụ thuộc vào độ pH của dung dịch. Ví dụ: quá thế hiđrô của dung dịch mạ axit tăng khi độ pH tăng.

e) Yêu cầu đối với lớp mạ

Trong mạ điện, yếu tố quan trọng nhất không phải là tiết kiện năng lượng, tăng hiệu suất, mà là vấn đề chất lượng mạ. Vì vậy phải tìm các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ như dung dịch, điều kiện điện phân...và điều khiển chúng để lớp mạ đạt chất lượng cao. Chất lượng của lớp mạ được đánh giá nhờ các tính chất cơ bản sau:

- Bám chắc vào kim loại nền, không bong;

- Lớp mạ có kết tủa nhỏ mịn, độ xốp nhỏ;

- Lớp mạ bóng, dẻo, độ cứng cao;

- Lớp mạ có đủ độ dày nhất định và độ đồng đều cao.

g) Cơ chế tạo thành lớp mạ điện

Quá trình hình thành lớp mạ

Sự hình thành lớp mạ được trình bày ở mục b (hình 2.5.1) chỉ là khái quát. Thực ra quá trình tạo thành lớp mạ điện rất phức tạp, nó xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao gồm nhiều giai đoạn nối tiếp nhau. Ví dụ, quá trình katôt có thể gồm các bước sau:

- Kation hyđrat hóa Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt katôt;

- Kation mất vỏ hyđrat (mH2O), vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt katôt (hấp phụ);

- Điện tử (e) từ katôt điền vào vành điện tử hóa trị của kation, biến nó thành nguyên tử kim loại trung hòa (phóng điện) ở dạng hấp phụ;

- Các nguyên tử kim loại trên hoặc sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm phát triển thành tinh thể. Tinh thể kết thành lớp mạ.

Tốc độ chung của quá trình katôt nhanh hay chậm là do tốc độ chậm nhất của một trong các bước quyết định. Mọi trở lực của các bước trên đều được thể hiện ở độ phân cực katôt.

Hình thành các tinh thể

Cũng như các quá trình kết tinh từ dung dịch bão hòa, từ chất nóng chảy...động học quá trình hình thành lớp mạ điện (điện kết tinh) cũng bị chi phối bới hai yếu tố chính: tốc độ tạo mầm tinh thể (hay các trung tâm kết tinh) và tốc độ phát triển các mầm ấy. Tốc độ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể nhỏ mịn, chặt sít...Tốc độ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể thô, to, xốp.

Lớp mạ điện có cấu trúc tinh thể rất điển hình. Không phải mọi mầm tinh thể sinh ra đều được phát triển thành tinh thể cả. Chỉ có những mầm có kích thước lớn hơn một ngưỡng nào đó mới có khả năng phát triển thành tinh thể được. Để sinh ra được mầm đạt hoặc vượt ngưỡng ấy đòi hỏi phải có một quá thế bổ sung (tức cần cung cấp thêm năng lượng), điều đó có thể thực hiện được nếu trên bề mặt điện cực bị thụ động nhẹ. Khi tinh thể lớn lên (phát triển mầm) chỉ đòi hỏi một quá thế bình thường (không cần quá thế bổ sung nữa) vì bề mặt tinh thể ở trạng thái hoạt động. Các tinh thể này thường được nuôi lớn đến cỡ 10-5  10-3cm. Hình thù của chúng không giống hệt nhau, vì trong lúc phát triển mầm chúng tự chèn ép lẫn nhau mà biến dạng đi.

Mầm phát triển thành tinh thể diễn ra như sau: giả sử tinh thể có kiểu ô mạng như hình 2.5.5. Các kation kim loại phóng điện thành nguyên tử và tham gia vào mạng lưới tinh thể tại chỗ nào có lợi nhất về năng lượng. Đó chính là chỗ tập trung nhiều nguyên tử làng giềng nhất, vì ở đó năng lượng dư bề mặt lớn nhất, các mối liên kết chưa được sử dụng là nhiều nhất. Trên hình 2.5.5: góc 1 dễ tiếp nhận nguyên tử mới phóng điện vào mạng tinh thể nhất, sau đó là mặt 2. Còn mặt 3 khó tiếp nhận nguyên tử mới hơn cả. Kết quả là kết tủa lan theo hai chiều thành một mặt mới. Chỉ khi nào trên mặt 3 xuất hiện một nguyên tử mới thì từ đó kết tủa lại lan theo hai chiều thành một mặt khác (tức lớp đơn nguyên tử khác). Cứ như thế các mặt mạng kế tiếp nhau xuất hiện và tinh thể được lớn lên. Cũng có khi trên mặt 3 xuất hiện nhiều nguyên tử mới chồng chất vô trật tự lên nhau (do có hấp phụ tạp chất chẳng hạn), từ đó chúng sẽ lan ra thành lớp đa nguyên tử. Các lớp trên chỉ phát triển trong phạm vi một tinh thể. Các trung tâm khác cũng phát triển đồng thời như vậy thành các tinh thể khác. Chúng phát triển dần và tiếp giáp nhau bằng các tinh giới và hợp thành kim loại kết tủa.

Lúc đầu, khi tinh thể còn nhỏ, chúng cách biệt nhau nên hình dạng của chúng khá chuẩn mực. Các mặt bên của tinh thể lớn lên theo từng lớp lan đến biên giới của nó. Chiều dầy và tốc độ lan của mỗi lớp phụ thuộc vào nồng độ ion, chất hoạt động bề mặt, chế độ mạ...

Trong quá trình lớn lên của tinh thể, hình dạng của nó biến đổi dần. Có nhiều nguyên nhân, nhưng trước hết phải kể đến hiện tượng lệch mạng. Do nhiều tác động khiến một số nguyên tử không được xếp vào vị trí vốn có của chúng mà xếp lệch so với nguyên tử khác làm xuất hiện bậc OA thẳng (hình 2.5.6). Khi tiếp tục lớn lên, lệch ban đầu về bên phải thành lệch móc và cuối cùng là lệch xoắn. Nếu bậc của lệch xoắn đủ lớn thì tinh thể tiếp tục lớn lên chủ yếu bằng cách tiếp nhận trực tiếp các nguyên tử mới giải phóng vào các bậc ấy, và lệch xoắn cứ tồn tại mãi chừng nào tinh thể chưa bị thụ động. Quan sát bề mặt mạ thấy mật độ lệch rất lớn. Tại các bậc của lệch cũng dễ hấp phụ các nguyên tử, phân tử, ion lạ, các chất hoạt động bề mặt vào, làm thay đổi rất rõ các tính chất cơ lý của lớp mạ như tính chất quang học, bán dẫn, dẫn điện, độ cứng, độ dẻo, độ bóng...

h) Thành phần dung dịch và chế độ mạ

Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày tối đa, mặt hàng mạ,...) và chất lượng mạ. Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điên li, và các loại phụ gia nhằm đảm bảo thu được lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muốn

1. Ion kim loại mạ: trong dung dịch chúng tồn tại ở dạng ion hydrat hoá hoặc ion phức, nhưng nói chung đều có nồng độ lớn là để tăng giá trị của dòng điện giới hạn, tạo điều kiện nâng cao hơn giải mật độ dòng điện thích hợp Dc cho lớp mạ tốt. Dung dich đơn thường dùng để mạ với tốc độ cao cho các vật có hình thù đơn giản, còn dung dịch phức dùng cho trường hợp cần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dạng phức tạp .

2. Chất điện ly: chất điện ly được đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng độ dẫn điện cho chúng và cũng đóng vai trò là chất đệm, khống chế pH luôn ổn định,

3. Chất tạo phức: dùng phức chất để làm cho điện thế kết tủa trở nên âm hơn nhằm tránh hiện tượng tự xảy ra phản ứng hoá học giữa katot và ion kim loại mạ và cũng dùng để làm thay đổi phản ứng khử kim loại nhằm cải thiện khả năng phân bố của dung dịch mạ. Nó cũng có vai trò làm hoà tan anot vì chúng ngăn cản được sự thụ động anot.

4. Phụ gia hữu cơ: chất hữu cơ được cho vào bể mạ với nồng độ tương đối thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái và tính chất của kết tủa katot. Chúng thường có khả năng hấp phụ lên bề mặt catot, và có trường hợp chất hữu cơ bị giữ lại và kết tủa. Nhiều chất cũng làm tăng quá thế điện kết tủa. Một số chất phụ gia thường dùng:

Chất bóng: chất bóng thường được dùng với liều lượng tương đối lớn và có thể bị lẫn vào lớp mạ khá nhiều. Chúng cho lớp mạ nhẵn, mịn và có thể làm thay đổi quá trình tạo mầm.

Chất san bằng: các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi khá rộng. Nguyên nhân là chúng hấp phụ lên những điểm có tốc độ mạ lớn và làm giảm tốc độ ở đó xuống

Biến đổi cấu trúc: các phụ gia là thay đổi cấu trúc lớp mạ và thậm chí có thể ưu tiên định hướng tinh thể hay ưu tiên sinh ra kiểu mạng tinh thể nào đó. Một số chất được dùng để tạo ra các tính chất đặc biệt cho lớp mạ, số khác dùng để điều chỉnh ứng suất trong lớp mạ

Chất thấm ướt:cho vào để thúc đẩy các bọt khí, bột hydro mau chóng tách khỏi bề mặt điện cực.

5. Mật độ dòng điện catot Dc: mật độ dòng điện giữ vai tro rất quan trọng trong khi mạ. Nếu mật độ dòng điện thấp, tốc độ chuyển đổi điện tử trong các phản ứng điện cực sẽ nhỏ, các nguyên tử mới hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng tinh thể, vì vậy mạng lưới và cấu trúc tinh thể được duy trì, không bị biến đổi.

Khi tăng mật độ dòng điện, tốc độ điện tăng nhanh, các nguyên tử kim loại sinh ra ồ ạt, không chịu gia nhập vào vị trí cân bằng trong mạng tinh thể. Mặt khác do quá thế lúc đó lớn, nên nhiều mầm tinh thể mới tiếp tục sinh ra. Do vậy mà tinh thể trở nên mất trật tự và được thể hiện ra là lớp mạ có nhiều lớp, nhiều gợn sóng, và nhiều khối đa tinh. Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện lên cao hơn nữa, tốc độ phóng điện quá nhanh, làm cho ion kim loại gần catot quá nghèo, quá trình điện cực bị lâm vào tình trạng bị chi phối bởi sự khuếch tán: những điểm lồi, mũi nhọn,...được ion kim loại chuyển đến dễ dàng hơn, đồng thời điện thế rơi từ các điểm này đến anot lại dễ hơn, nên tại đó sẽ được ưu tiên phóng điện, kết tủa là kết tủa có sần sùi hoặc có dạng hình nhánh cây. Nếu tăng tiếp mật độ dòng điện thì nó sẽ khuếch tán ion hoàn toàn không kịp cho quá trình điện cực thì kết tủa thu được thì sẽ là bột kim loại.

Vì vậy, để có lớp mạ đạt yêu cầu buộc phải dùng dải mật độ dòng điện tương đối thấp. Hơn nữa ở Dc thấp kim loại mạ dễ bắt chước lặp lại đúng kiểu mạng lưới của kim loại nền và cho độ gắn bám rất cao, lớp mạ nhẵn, đa tinh, rất bền, được dùng nhiều nhất.

6. Khuấy: khuấy để tăng chuyển động tương đối giữa catot và dung dịch nên được phép dùng mật độ dòng điện Dc cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn, ngoài ra nó còn làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực; san bằng pH và nhiệt độ trong toàn khối dung dịch cũng như tại nơi gần điện cực.

Một số cách khuấy:

- Chuyển động catot: cho catot đu đưa theo chiều dọc và chiều đứng; quay catot; mạ trong thùng quay; catot là dây, băng cho chạy liên tục qua bể mạ

- Chuyển động dung dịch: bằng cách sục khí nén vào bể ; bơm tuần hoàn dung dịch ra vào bể hay phun dung dịch vào khe hẹp giữa anot và catot

Tuy nhiên khuấy phải luôn kèm theo lọc dung dịch để loại hết cặn bẩn

7. Anot: anot thường làm bằng kim loại cùng loại với lớp mạ và chọn cách sử dụng sao cho nồng độ ion kim loại trong dung dịch thay đổi chậm nhất. Muốn vậy phải làm cho hiệu suất dòng điện catot và anot phải bằng nhau trong suốt thời gian phục vụ của anot. Phải đảm bảo cho anot không bị thụ động, anot phải luôn dễ tan và tan đều; muốn thế diện tích bề mặt anot phải lớn để mật độ dòng điện đủ nhỏ, tức là giữ anot nằm trong vùng hoạt động.

Phải khống chế các điều kiện kỹ thuật để anot tan thành các ion có hoá trị mong muốn. Anot phải được chế tạo sao cho khi hoà tan ít tạo thành bùn cặn nhất, ít tạp chất nhất và khó bị tơi rã nhất.

2.5.3. Chuẩn bị bề mặt (gia công) trước khi mạ

Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ là công việc tốn kém, vất vả, nhưng không thể bỏ qua, vì nó quyết định chất lượng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ quan trọng nhất của chuẩn bị bề mặt là làm sạch hết các lớp gỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ, tạp chất, tạo độ bóng...trên bề mặt kim loại để tạo điều kiện cho lớp mạ gắn chắc với nền; đồng thời tùy đặc điểm của sản phẩm mà nhiệm vụ chuẩn bị bề mặt có những yêu cầu riêng nữa (với các chi tiết mòn không đều khi hồi phục phải lấy lại hình dáng hình học...).

Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ phải trải qua nhiều bước, tùy đặc điểm của phôi, yêu cầu của sản phẩm và căn cứ vào thiết bị, vật liệu của chi tiết mạ. Chọn dây chuyền mạ (chọn số bước và thứ tự các bước đó) sao cho hợp lý nhất cả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Vì vậy ở đây không thể tìm được quy trình công nghệ xử lý chung cho các vật mạ cho nên chỉ lấy ví dụ để tham khảo. Khi điều kiện và yêu cầu thay đổi cần thêm bớt một công nghệ nào đó cho hợp lý.

Ví dụ quy trình gia công bề mặt sắt thép có gỉ và dính nhiều dầu mỡ: tẩy dầu hóa học (hoặc lau mùn cưa)  tẩy gỉ  rửa nước  sấy  đánh bóng  tẩy dầu hóa học  rửa  tẩy gỉ  rửa nước  chải  tẩy dầu điện hóa  rửa nước  tẩy nhẹ  rửa  mạ.

Dưới đây trình bày sơ lược nội dung một số bước chính.

a) Gia công cơ học

Có nhiều cách gia công cơ học: mài, đánh bóng, quay xóc, rung, phun cát, phun nước, chải...

Mài được thực hiện bằng bột mài với nhiều cỡ hạt khác nhau (từ 250m  3m). Dùng keo để gắn bột mài lên các loại đế có hình dạng khác nhau: dạng đĩa trụ (phớt mài), dạng đai chuyền... và chúng được gắn lên máy quay để mài.

Đánh bóng được dùng để gia công lần cuối cho bề mặt thép đã mài, để đánh bóng các vật bằng đồng, nhôm, kẽm...hoặc đánh bóng cho các lớp mạ trang trí...Cách thực hiện cũng giống như mài nhưng vật liệu dùng và chế độ gia công có khác: đế ghép rời bằng 10  20 lượt vải mềm (thường gọi là bóng). Chất kết dính được đun nóng chảy rồi trộn đều với bột mài, đóng thành bánh ở dạng sáp, khi dùng bôi lên mặt chiếc bóng. Bột mài là một trong các oxit của crôm, sắt, mage, kẽm... Chất kết dính là một hỗn hợp gồm parafin, stearin, axit oleic, dầu hỏa...Tốc độ quay (hoặc tốc độ dài) khi đánh bóng phải lớn hơn khi mài từ 20  60%.

Quay xóc áp dụng cho các vật bé, mảnh. Chúng được đổ vào thùng quay hay máng rung cùng với chất tẩy rửa và chất độn.

Phun áp dụng cho vật to, thô, vật khó di chuyển... Dùng tia cát hoặc tia nước áp suất cao, phun lên bề mặt cần làm sạch làm bong hết chất bẩn, dầu mỡ và gỉ, ôxit...

Chải áp dụng cho các vật có nhiều khe, kẽ, lỗ, rãnh, răng... Bàn chải quay làm bằng dây thép, dây đồng thau hoặc rễ cây... Thường chải ướt bằng dung dịch xà phòng.

Trong quá trình gia công cơ học, lớp kim loại bề mặt của sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám với lớp mạ sau này. Khắc phục bằng cách trước khi mạ phải tẩy sạch dầu mỡ lại, hoạt hóa bề mặt kim loại sau đó rửa sạch trong nước chảy rồi mạ ngay.

b) Tẩy dầu mỡ

Bề mặt kim loại thường dính dầu mỡ, dù rất mỏng cũng đủ làm cho bề mặt kim loại trở nên kỵ nước, không tiếp xúc được với các dụng dịch tẩy, dung dịch mạ... Một số phương pháp tẩy dầu mỡ đã được trình bày ở mục 1.8.3 (Rửa chi tiết). Ở đây chỉ trình bày hai phương pháp: tẩy dầu mỡ điện hóa và tẩy dầu mỡ siêu âm.

Tẩy dầu mỡ điện hóa có ưu điểm là tẩy rất nhanh, rất sạch. Thường tẩy katôt (chi tiết nối với cực âm) nhưng đôi khi cũng tẩy anôt hoặc tẩy liên hoàn katôt - anôt. Dung dịch tẩy có thành phần giống tẩy dầu mỡ hóa học nhưng loãng hơn. Cơ chế của tẩy dầu mỡ điện hóa là tách dầu mỡ trên bề mặt thành nhũ tương trong dung dịch nhờ thoát các bọt hiđrô trên katôt hoặc ôxi trên anôt. Khi nhúng chi tiết dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bề mặt, màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt nhỏ. Dưới tác dụng của phân cực, độ bám của dầu trên kim loại yếu đi, các giọt dầu càng co lại mạnh hơn, đồng thời tính thấm ướt của kim loại tăng lên. Các bọt khí nhỏ tách khỏi bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó. Dần dần bọt khí lớn lên ôm lấy giọt dầu và cùng tách khỏi bề mặt kim loại do sức đẩy thủy tĩnh.

Để tẩy thép và gang có thể dùng dung dịch sau: NaOH (10  20g/l); Na3PO4 hoặc Na2CO3 (25  50g/l); Na2SiO3 (3  5g/l); nhiệt độ (70  800C); D (3  10A/dm2); tkatôt (2  3 ph); tanôt (0,5  1ph).

Tẩy dầu mỡ siêu âm: tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ hoặc trong dung dịch kiềm yếu có thêm tác dụng của siêu âm sẽ rất nhanh và rất sạch. Không chỉ dầu mỡ được tẩy sạch mà màng ôxit cũng bị bào mòn, bong ra. Tăng nhiệt độ cho dung dịch tác dụng của tẩy siêu âm càng tăng lên. Thành phần dung dịch tẩy siêu âm cũng ảnh hưởng đến chất lượng và tốc độ tẩy rửa. Nếu chất lỏng không có tác dụng gì với chất bẩn thì vật vẫn được tẩy sạch do tác dụng cơ học tạo ra bởi siêu âm. Thường người ta tẩy trong dung dịch kiềm để tận dụng cả tác dụng hóa học của nó nữa. Ví dụ tẩy trong siêu âm cho kim loại đen và màu từ dung dịch gồm: NaOH (5  10g/l); Na2CO3 (15  20g/l); Na3PO4 (40  60g/l). Tần số siêu âm: 20kHz. Khi tẩy cho vật có nhiều khe, lỗ, rãnh hẹp phải nâng tần số lên 200  500kHz.

c) Tẩy gỉ

Tẩy gỉ kim loại đen có thể sử dụng tẩy hóa học hoặc tẩy điện hóa.

Tẩy gỉ hóa học: bề mặt kim loại đen thường phủ lớp oxit dầy (gỉ) gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 và các hiđrôxit của Fe2+ và Fe3+. Tẩy gỉ hóa học cho sắt, thép thường dùng dung dịch axit loãng H2SO4 hoặc HCl hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy thường diễn ra đồng thời hai quá trình: hòa tan oxit và hòa tan sắt nền. HCl hòa tan ôxit là chính, H2SO4 hòa tan sắt nền là chính và cho khí hiđrô thoát ra làm bong màng ôxit. Các phản ứng hóa học xảy ra khi tẩy gỉ trong HCl gồm:

FeO + 2HCl  FeCl2 + H2O

Fe2O3 + 6HCl  2FeCl3 + 3H2O

Fe3O4 + 8HCl  3FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

2FeCl3 + H2  2FeCl2 + 2HCl

2FeCl3 + Fe  3FeCl3

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2

Tẩy bằng HCl nhanh hơn, cho bề mặt trắng hơn. Nồng độ tốt nhất là 150  200g/l và tẩy ở nhiệt độ dưới 400C. Nồng độ và nhiệt độ cao hơn sẽ bốc mùi khó chịu, sắt nền bị ăn mòn nhanh.

Tẩy bằng H2SO4 sẽ nhanh nếu tăng nhiệt độ dung dịch. Sau khi tẩy phải làm sạch mùn đen trên mặt vật tẩy. Tốt nhất là dùng nồng độ 80  120g/l ở nhiệt độ 50  700C.

Để hạn chế hòa tan kim loại nền trong khi tẩy, ngày nay thường dùng các chất ức chế dưới dạng phụ gia của dung dịch. Các chất này được các nhà chế tạo cung cấp dưới những tên gọi đã được mã hóa nhưng có hướng dẫn rõ cách sử dụng.

Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ hóa học đồng thới có sự tham gia của dòng điện. Vật tẩy có thể nối với cực âm hay cực dương của nguồn điện.

Khi tẩy anôt màng ôxit bị mất đi do hòa tan điện hóa và bị bong ra do tác dụng cơ học của khí thoát ra. Dung dịch là H2SO4, HCl hoặc muối của các axit ấy. Katôt (anôt) làm bằng chì. Tẩy anôt bề mặt rất sạch và hơi nhám nên độ gắn bám của lớp mạ sẽ rất tốt. Khi tẩy anôt, thoạt đầu màng ôxit bị tẩy đi, tiếp đó trên bề mặt kim loại có thể hình thành một màng thụ động, tạo điều kiện cho OH- phóng điện và giải phóng ôxi:

4OH- - 4e  2H2O + O2

Tốc độ tẩy anôt rất nhanh và mạnh nên dễ bị tẩy quá nếu không theo dõi đầy đủ. Tẩy anôt hay dùng cho các vật bằng thép cacbon, thép hợp kim có hình thù đơn giản. Có thể tẩy anôt cho thép cacbon trong dung dịch sau: H2SO4 (200  250g/l); FeSO4 (1  2g/l); NaCl (20  25g/l); Da (5  10A/dm2); nhiệt độ T (500C); thời gian t (10  20ph).

Khi tẩy katôt trên sản phẩm xảy ra quá trình giải phóng hiđrô:

2H+ + 2e  H2

Hiđrô nguyên tử mới sinh sẽ khử một phần lớp ôxit, còn bọt hiđrô làm tơi cơ học màng gỉ, oxit...rồi rời ra. Dung dịch là H2SO4 hay HCl hoặc hỗn hợp H2SO4 và HCl hoặc muối của các axit ấy, cần phải có độ dẫn điện cao. Anôt làm bằng chì, hợp kim Pb và 8%Sb, gang silic...Tẩy katôt thường sử dụng cho các sản phẩm bằng thép cácbon và không xảy ra hiện tượng tẩy quá. Vật bằng Ni, Cr tẩy katôt không hiệu quả lắm. Thường cho thêm muối Sn hay muối Pb vào dung dịch. Sn và Pb sẽ kết tủa lên phần katôt đã được tẩy sạch gỉ, vừa bảo vệ nền không bị tẩy quá vừa giảm dòn hiđrô cho nền (do quá thế hiđrô trên chúng lớn nên khó thoát ra). Màng Sn, Pb dễ dàng bóc đi bằng cách hòa tan anôt trong dung dịch kiềm. Dung dịch tẩy katôt cho thép cacbon: H2SO4 (50  60g/l); HCl (25  30g/l); NaCl (15  20g/l); Dc (8  10A/dm2); T (60  700C); t (10  15ph).

Tẩy gỉ kim loại màu để áp dụng để hoàn thiện bề mặt sản phẩm và tiếp đó phải có lớp thụ động hay lớp sơn không màu bảo vệ, hoặc để chuẩn bị bề mặt trước khi mạ lên nó. Tẩy gỉ cho Cu và hợp kim Cu thường dùng H2SO4. Tẩy nhẵn cho Cu và hớp kim Cu thường dùng HNO3 có cho thêm H2SO4 và/hoặc HCl. Khi tẩy có thoát khí NO, NO2 rất độc, cần phải có thiết bị an toàn tốt.

Tẩy Al và hợp kim Al bằng NaOH hoặc hỗn hợp HF + HNO3.

Tẩy Zn và Cd bằng H2SO4 hoặc HCl (50  200g/l).

Tẩy Pb bằng HNO3 (50  100g/l).

Tẩy Sn bằng HCl (50  100g/l).

d) Tẩy nhẹ

Tẩy nhẹ còn gọi là hoạt hóa bề mặt (tẩm thực), nhằm lấy đi lớp ôxit rất mỏng, không nhìn thấy bằng mắt thường, được hình thành trong quá trình chuẩn bị ngay trước khi mạ. Khi tẩy nhẹ xong, cấu trúc của nền được lộ ra, độ gắn bám của lớp mạ được tăng lên. Tẩy nhẹ tiến hành ngay trước khi nhúng vật mạ vào bể mạ.

Có thể tẩy nhẹ hóa học và tẩy nhẹ điện hóa.

Dung dịch tẩy nhẹ hóa học thường là H2SO4 hoặc HCl (3 10%). Tẩy nhẹ cho đồng, hợp kim Cu thực hiện trong H2SO4 (5  10%) ở một bể riêng. Có thể tẩy nhẹ trong NaCN (3  7%) cho Zn, Al...trước khi mạ trong môi trường kiềm. Thời gian tẩy nhẹ chỉ cần 5  10s. Sau tẩy nhẹ phải rửa và mạ ngay.

h) Rửa

Trong công nghệ mạ, sau mỗi khâu gia công thường phải rửa vật gia công. Nếu do thiếu nước rửa hoặc rửa không đủ, không đúng...sẽ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ, làm lẫn dung dịch từ bể này sang bể kia, gây nên nhiều hư hỏng và phiền toái trong sản xuất.

Có thể rửa nhúng liên tiếp trong nhiều bể, rửa trong dòng chảy, rửa trong bể có sục khí, rửa dưới vòi nước hoặc dưới giàn phun mưa...Nên kết hợp nhiều cách trong một lần rửa. Nước sau khi rửa sẽ lẫn nhiều hóa chất, nồng độ các chất này trong nước rửa phải dưới giới hạn cho phép, nếu không sẽ gây hại cho nhiều khâu tiếp theo. Ví dụ, nước rửa có quá 3g/l SO42- thì sau đó vật đưa sang bể tẩy dầu mỡ sẽ bị giảm hiệu quả tẩy từ 93 xuống 75%, nếu nước rửa lại có mặt Fe2+ nữa thì hiệu quả này còn giảm nhiều hơn. Muối trong nước rửa có thể tác dụng với kim loại thành màng muối khó tan. Các ion Ca2+, Ma2+ trong nước cứng cũng tạo thành màng khó rửa sạch. Trường hợp phải dùng nước cứng, nước tận dụng để rửa, nhất thiết phải rửa lại lần cuối cùng bằng nước sạch, nước mềm. Nước rửa có thể là nước lạnh, nước ấm (49  590C) hay nước nóng (60  900C). Nước ấm rửa sau tẩy dầu mỡ, sau tẩy gỉ cho kim loại nhẹ và hợp kim của nó để bóc lớp bùn cặn, rửa sau khi ôxi hóa kim loại đen. Nước nóng để rửa vật trước khi sấy khô. Có trường hợp để thu hồi dung dịch nước rửa có yêu cầu như nước pha dung dịch.

Bảo quản tạm thời vật đã gia công xong (chưa kịp mạ) trong nước có chứa 3  5% Na2CO3 và một ít NH4OH, khi cần mạ phải tẩy nhẹ lại.

2.5.4. Một số biện pháp nhằm nâng cao chất lượng lớp mạ

a) Nâng cao độ đồng đều của lớp mạ

Trên thực tế lớp mạ thường không đồng đều do sự phân bố mật độ dòng điện trên bề mặt chi tiết mạ không đều. Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp (nhiều chỗ lồi, lõm) sự phân bố này lại càng không đều hơn.

Lớp mạ đều có ý nghĩa rất lớn trong việc giảm thời gian mạ cũng như giảm chi phí cho mạ.

Trên thực tế sử dụng một số biện pháp như (hình 2.5.7): dùng anôt phụ; dùng katôt phụ; dùng bảng chắn phi kim; dùng anôt lặp lại hình dáng của chi tiết. Ngoài ra có thể tăng khoảng cách giữa anôt và katôt (chi tiết); bố trí hợp lý khoảng cách giữa thành bể và các điện cực.

Nguyên nhân của sự không đồng đều lớp mạ là do sự phân bố mật độ dòng điện trên bề mặt chi tiết.

b) Mạ với chế độ không ổn định

Mạ với chế độ không ổn định không chỉ nâng cao năng suất mà còn nâng cao chất lượng lớp mạ.

Trong thực tế sử dụng mạ với dòng điện đảo chiều (hình 2.5.8a) và mạ với dòng điện xoay chiều không đối xứng (hình 2.5.8b).

Khi mạ với dòng điện đảo chiều, chi tiết nối với cực âm (dòng điện Ik) trong thời gian tk. Trong thời gian này quá trình mạ xảy ra bình thường. Sau đó thay đổi chiều dòng điện, chi tiết nối với cực dương (Ia = Ik) trong thời gian ta nhỏ hơn tk (thông thường tk/ta  60). Ở gian đoạn này, lớp mạ được hòa tan một phần, nhờ đó chiều dầy lớp mạ trở lên đồng đều hơn, cấu trúc có ứng suất nhỏ hơn.

Tương tự như vậy khi mạ với dòng điện xoay chiều bất đối xứng. Đặc điểm của phương pháp mạ này là chỉ có thể thay đổi  = Ik/Ia và giữ không đổi các điều kiện khác của dung dịch. Để nâng cao độ bám của lớp mạ sắt nên bắt đầu mạ với Da = 20  30A/dm2;  = 1,3 và duy trì trong khoảng 15  30s sau đó tăng từ từ Dk và Da để nhận được  = 6  8 trong vòng 5  10 phút.

c) Mạ không thùng mạ (mạ ngoài bể)

Khi hồi phục các chi tiết có kích thước lớn như trục cơ, xilanh ôtô, máy kéo...gặp nhiều khó khăn khi phải bao các vị trí không cần mạ, rửa,...Để đơn giản có thể ứng dụng phương pháp mạ ngoài bể.

Có một số phương pháp mạ ngoài bể như: mạ phun; mạ dòng chảy và mạ quét (mạ xoa).

Mạ phun (hình 2.5.9): dung dịch mạ được cung cấp đến bề mặt chi tiết nhờ vòi phun đặc biệt. Vòi phun đó có thể đồng thời là anôt. Để có lớp mạ đều chi tiết quay với 2  6v/ph (hình 2.5.9a). Ngoài phương pháp quay chi tiết, lớp mạ đều có thể nhận được khi chi tiết không quay nhờ bố trí các lỗ phun hợp lý (lỗ phun được chế tạo dưới góc 30  400 so với hướng bán kính). Điều đó tạo ra sự quay tương đối giữa bề mặt chi tiết và dung dịch.

Mạ dòng chảy (hình 2.5.10): nguyên tắc mạ dòng chảy là cho dung dịch chảy qua bề mặt cần mạ. Trong một số trường hợp khi mạ các bề mặt nhỏ, dung dịch mạ ở các bề mặt mạ cục bộ có thể không luân chuyển.

Mạ quét (mạ tiếp xúc, mạ xoa) (hình 2.5.11): ở phương pháp này chổi quét hay bàn chải (anôt được bọc vải bông để giữ dung dịch) dịch chuyển theo bề mặt của katôt (chi tiết). Lớp mạ cũng có thể nhận được khi chuyển động bề mặt mạ tương đối với anôt không chuyển động. Khi đó chi tiết được định vị trên mâm cặp của máy tiện còn anôt bắt trên bàn dao. Chổi quét được cung cấp dung dịch khi quét trên bề mặt chi tiết tạo nên bể mạ cục bộ và diễn ra tất cả các quá trình điện hóa.

Sự dịch chuyển tương đối của chổi quét cản trở sự phát triển của mầm kết tinh của lớp mạ, làm giảm ứng suất bên trong và do đó cho phép nâng cao mật độ dòng điện đến 150  200A/dm2. Do mật độ dòng điện cao như vậy có khả năng tăng nhiệt độ vùng mạ, vì vậy sử dụng bộ phận giữ chổi quét có cánh tản nhiệt.

2.5.5. Một số loại mạ

a) Mạ crôm

Một số đặc điểm của mạ crôm:

So với những quá trình mạ khác mạ crôm có những đặc điểm kỹ thuật sau:

- Đa số các dung dịch mạ đều kết tủa kim loại từ muối của nó riêng mạ crôm lại kết tủa kim loại từ axít crômic, ngoài ra còn có các ion khác nh¬ư SO4-2, SiF6-2 với tỷ lệ nhất định thì crôm mới kết tủa đ¬ược. Dung dịch mạ crôm ít nhạy với các tạp chất kim loại;

- Chế độ mạ (nhiệt độ, mật độ dòng điện) ảnh hư¬ởng đến quá trình mạ nhạy hơn so với các quá trình mạ khác. Chọn chế độ mạ thích hợp có thể cho lớp mạ bóng mà không cần phải dùng chất làm bóng (hình 2.5.12).. Mật độ dòng điện tối thiểu để được lớp mạ crôm lớn gấp hàng chục lần quá trình mạ khác.

- Khải năng phân bố của lớp mạ crôm kém, những chi tiết có hình dáng phức tạp cần áp dụng những phương pháp để có lớp mạ đồng đều, mật độ dòng điện mạ lớn, nên phải chú ý đến việc sử dụng móc treo hợp lý (hình 2.5.13);

- Các điều kiện mạ như nhiệt độ, mật độ dòng điện có ảnh hưởng lớn đến chất lượng lớp mạ crôm lớn hơn hàng chục đến hàng trăm lần so với trường hợp mạ các kim loại khác

- Điện trở của các dung dịch mạ crôm cao, nên điện áp phải bằng 10  12 vôn. Sử dụng anôt không tan mà không dùng crôm, vì crôm rất giòn, tốc độ tan của crôm nhanh hơn tốc độ mạ. Vì vậy phải thường xuyên bổ sung dung dịch để bù lại lượng crôm đã kết tủa.

- Hiệu suất dòng catôt khi mạ crôm thấp do trên bề mặt catôt có hydro giải phóng, còn trên bề mặt anôt không tan thì ôxi thoát ra mạnh. Các khí thoát ra kéo theo một lượng lớn điện phân làm hao hụt các chất điện phân. Để làm giảm hao hụt này người ta thường thêm vào dung dịch này một lượng hoá chất "crômmin" để làm giảm sức căng bề mặt của chất điện phân. Cũng có thể thêm vào bể các mẫu hoặc các viên bi nổi làm từ các vật liệu trơ (pôlyêtylen, plyprôpylen, ...).

Một số dung dịch mạ crôm:

Có rất nhiều loại dung dịch mạ crôm. Bảng 2.5.3 là một số loại dung dịch thường dùng.

Bảng 2.5.3. Một số loại dung dịch mạ crôm

Tên chất Hàm lượng, g/l Chế độ mạ

CrO3 H2SO4 Dk, A/dm2 T, 0C

Loãng 120  150 1,2  1,5 40  100 55  65

Vạn năng 200  250 2,0  2,5 20  60 45  55

Đặc 300  350 3,0  3,5 15  30 40  50

Dung dịch loãng có khả năng tán xạ tốt và hiệu suất dòng cao hơn. Lớp mạ nhận được có độ cứng và độ chống mòn cao.

Dung dịch vạn năng được sử dụng rộng rãi để nhận lớp mạ cứng chịu mòn và có tính bảo vệ, trang trí. Nó là dung dịch trung gian giữa dung dịch loãng và dung dịch đậm đặc.

Dung dịch đậm đặc có khả năng tán xạ và hiệu suất dòng điện thấp (10  12%). Tuy vậy có thể nhận được lớp mạ chặt, có ứng suất nhỏ hơn, không phải thường xuyên hiệu chỉnh thành phần dung dịch, cho phép sử dụng rộng rãi với mục đích bảo vệ - trang trí.

Một số hư hỏng thưởng gặp khi mạ crôm:

Bảng 2.5.4. là một số hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục khi mạ crôm

Bảng 2.5.4. Một số hư hỏng thường gặp khi mạ crôm

Đặc điểm hư hỏng Nguyên nhân của hư hỏng Biện pháp khắc phục

Crôm không kết tủa ở tất cả các chi tiết 1. Mật độ dòng nhỏ quá

2. Nhiệt độ dung dịch cao quá 1. Tăng mật độ dòng điện

2. Giảm nhiệt độ dung dịch

Crôm không kết tủa ở từng chi tiết Tiếp xúc giữa chi tiết với giá treo không tốt Sửa chữa các chỗ tiếp xúc giữa chi tiết và giá treo

Các kết tủa crôm màu tối; lớp chì lót bị phá huỷ Có mặt axit nitric HNO3¬ 1. Kết tủa HNO3 bằng barriclorua Bacl2 và điện phân dung dịch ở mật độ dòng cao trong 4-5 giờ.

2. Thay dung dịch nếu xử lý bằng điện phân không tác dụng

Crôm không kết tủa cả trong những chỗ ít lõm 1. Dư axit sunfuric(H2SO4)

2. Nồng độ CrO3 thấp qúa

3. Nồng độ Fe3+ quá quy định 1. Tách H2SO4 bằng BaCO3

2. Thêm CrO3 theo quy định

3. Kết tủa bằng kalifeo-xianua

Crôm không kết tủa ở từng chỗ của bề mặt 1. Mật độ dòng thấp

2. Bề mặt bị che chắn

3. Có các bọt khí 1. Tăng mật độ dòng

2. Thay đổi vị trí các chi tiết trên giá treo

3. Như trên (1,2)

Lớp mạ crôm và lớp mạ niken ở dưới bị bóc từng lớp Mạ niken rồi không đúng chế độ gia công bề mặt trước khi mạ niken tồi Cải thiện tính chất bề mặt niken và gia công bề mặt ban đầu

Lớp mạ crôm tách khỏi kim loại nền 1. Chi tiết làm từ hợp kim có nhiều crôm

2. Còn lớp mạ crôm cũ không tẩy hết

3. Tẩy gỉ chưa đủ 1. Thay vật liệu chi tiết

2. Tách hoàn toàn lớp mạ cũ

3. Tẩy gỉ lại

Lớp mạ xám khó đánh bóng 1.Thiếu CrO3

2. Mật độ dòng lớn 1. Thêm CrO3

2. Giảm mật độ dòng

b) Mạ niken hóa học

Khác nhau cơ bản giữa mạ điện và mạ hóa là ở mạ hóa không sử dụng dòng điện ngoài. Ở đây chỉ giới thiệu sơ lược về mạ niken hóa học để hiểu được nguyên lý của kiểu mạ này.

Phân loại mạ hóa học

Hiện có bốn phương pháp mạ hóa học được sử dụng.

1. Phương pháp mạ hóa học nhờ phản ứng trao đổi.

Trong phương pháp này kim loại nền có điện thế tiêu chuẩn âm hơn kim loại mạ, nên khử được ion kim loại mạ có trong dunh dịch. Ví dụ có thể mạ đồng lên thép nhờ phản ứng trao đổi:

Fe + Cu2+  Cu + Fe2+

Các chi tiết bằng thép, gang sau khi làm bóng, tẩy dầu, mỡ, tẩy gỉ, nhúng trực tiếp vào dung dịch CuSO¬4¬ đã axit hóa, phản ứng trao đổi trên sẽ diễn ra, tạo lớp phủ đồng (Cu) trên toàn bộ bề mặt chi tiết.

Lớp mạ hóa học nhờ phản ứng trao đổi thường rất mỏng, khoảng 0,02  0,5 m và được sử dụng như lớp mạ trang trí. Tốc độ hình thành lớp mạ phụ thuộc vào nồng độ muối kim loại mạ, nhiệt độ và sự chênh lệch điện thế tiêu chuẩn của kim loại mạ và kim loại nền. Cấu trúc tinh thể lớp mạ phụ thuộc vào tốc độ mạ và cường độ khuấy trộn dung dịch. Tốc độ mạ càng lớn nếu chênh lệch điện thế tiêu chuẩn của kim loại mạ và kim loại nền càng lớn. Ví dụ kẽm có cb-Zn2+/Zn = -0,76V, bạc cb-Ag2+/Ag = +0,79V ngay ở nồng độ bạc rất nhỏ và cường độ khuấy trộn yếu cũng không tạo được lớp mạ bạc trên kẽm. Ion bạc Ag+ bị khử nhanh, tạo thành bạc (Ag) dạng bột màu xi măng. Trong thực tế, phương pháp mạ trao đổi chỉ sử dụng cho những kim loại có điên thế tiêu chuẩn gần nhau. Ví dụ mạ thiếc (Sn), đồng (Cu), niken (Ni) lên sắt thép.

2. Phương pháp mạ hóa học tiếp xúc.

Lớp mạ thu được bằng phương pháp mạ tiếp xúc phải có 2 điều kiện:

- Kim loại mạ có điện thế tiêu chuẩn dương hơn kim loại nền;

- Phải có một kim loại khác có độ âm điện cao hơn kim loại nền tiếp xúc với kim loại nền ngay trong dung dịch mạ.

Về bản chất người ta xem lớp mạ tiếp xúc như lớp mạ điện hóa.

Nguồn điện được hình thành do 2 kim loại tiếp xúc nhau trong dung dịch chất điện phân. Kim loại nền đóng vai trò catốt, trên đó ion kim loại mạ bị khử điện thành kim loại tạo lớp mạ.

Kim loại tiếp xúc đóng vai trò anôt, bị ôxi hóa ion của nó tan vào dung dịch.

Phương pháp tiếp xúc cho lớp mạ có độ dày cao hơn phương pháp trao đổi, tuy tốc độ hình thành lớp mạ diễn ra tương đối chậm. Phương pháp mạ tiếp xúc chủ yếu sử dụng để mạ những chi tiết nhỏ trong thùng mạ quay, có độ dày lớp mạ khoảng 1  2 m.

3. Phương pháp tạo lớp mạ nhờ phản ứng khử hóa học.

Trong phương pháp nay người ta thường sử dụng chất khử hữu cơ để khử ion kim loại mạ. Sự khử ion kim loại từ muối đơn diễn ra quá nhanh, lớp mạ tạo ra xốp, dễ bong, nên trong thực tế người ta sử dụng muối phức của kim loại mạ. Tùy thuộc độ bền ion phức kim loại mạ, điện thế của chất khử, nồng độ muối phức, nồng độ chất khử, pH dung dịch, nhiệt độ mà tốc độ hình thành lớp mạ nhanh hay chậm. Phản ứng khử tạo lớp mạ chỉ bắt đầu khi cho chất khử vào dung dịch và diễn ra trong toàn bộ thể tích dung dịch mạ, nhưng chỉ một phần nhỏ lượng kim loại thoát ra trên bề mặt đối tượng mạ. Phương pháp khử tạo lớp mạ có hiệu quả kinh tế thấp do phải sử dụng một lượng hóa chất lớn hơn rất nhiều so với yêu cầu tạo lớp mạ. Phương pháp khử tạo lớp mạ chủ yếu dùng để mạ đồng (Cu), bạc (Ag) lên các chi tiết chất dẻo, thủy tinh, sứ kỹ thuật và các phi kim khác.

4. Phương pháp tạo lớp mạ hóa học nhờ xúc tác.

Lớp mạ hóa học xúc tác là trường hợp riêng của phương pháp khử.

Thành phần dung dịch mạ, nồng độ muối kim loại mạ, chất khử và nồng độ của nó cũng như các thành phần phụ gia khác được chọn sao cho dung dịch mới pha chế dù ở nhiệt độ cao phản ứng khử cũng không diễn ra. Phản ứng khử tạo lớp mạ chỉ thực sự diễn ra khi dung dịch tiếp xúc với chất xúc tác có mặt trên bề mặt chi tiết mạ. Chất xúc tác cho phản ứng khử tạo lớp mạ có thể là bản thân kim loại nền như trong trường hợp mạ niken hóa học cho sắt (Fe), nhôm (Al), kẽm (Zn), magiê (Mg) và coban (Co).

Trong trường hợp kim loại nền không có khả năng xúc tác như đồng và hợp kim của nó (đồng thau) thì có thể dùng nhôm (Al), sắt (Fe), kẽm (Zn), magiê (Mg), côban (Co) làm chất xúc tác. Bản thân lớp mạ niken hóa học cũng là chất xúc tác cho phản ứng khử ion Ni trong dung dịch, nhờ vậy mà quá trình khử Ni tạo lớp mạ liên tục diễn ra, làm dày lớp mạ theo yêu cầu.

Trong trường hợp mạ đồng và niken lên chất dẻo hoặc các phi kim thì chất xúc tác là các kim loại quý như vàng (Au), bạc (Ag), platin(Pt), paladi (Pd), trong đó paladi có hoạt tính xúc tác cao nhất và rẻ tiền hơn vàng và platin nên được sử dụng phổ biến nhất. Bằng cách sử dụng chất xúc tác thích hợp có thể tạo được lớp mạ hóa học có độ dày theo yêu cầu như lớp mạ điện.

So với mạ điện, mạ hóa học không những tạo được lớp mạ đồng đều ngay trên bề mặt có cấu hình rất phức tạp mà còn mạ được kim loại trên bề mặt các phi kim.

Phương pháp mạ hóa học có nhược điểm là phải định kỳ phân tích, bổ sung các hóa chất, thiết bị mạ phức tạp, đắt tiền, giá thành cao.

Mạ niken hóa học

1.Mạ niken trao đổi.

Mạ niken nhờ phản ứng trao đổi cho lớp mạ mỏng 0,1m thực hiện trực tiếp trên thép. Các chi tiết bằng thép sau khi gia công bề mặt được nhúng trực tiếp vào dung dịch có thành phần sau: NiCl2.6H2O (600g/l); H3BO3 (30g/l); pH (3,5  4,5); T (790C). Dung dịch cần khuấy liên tục.

Ở các nước công nghiệp phát triển, quá trình mạ niken trao đổi thường được thực hiện trong các thiết bị tự động hóa. Trong thiết bị này quá trình làm giàu NiCl¬¬2¬¬¬ và làm nghèo FeCl¬2¬ diễn ra liên tục nhờ bổ sung vào dung dịch NiCO¬3:

4FeCl2 + 2H2O + 4NiCO3 + O2  4FeOHCO3 + 4NiCl2

¬Kết tủa FeOHCO¬3¬ được lọc và loại bỏ.

2. Mạ niken tiếp xúc

Mạ niken tiếp xúc cho đồng (Cu) và hợp kim của nó thường diễn ra trong dung dịch: Ni(NH4)2(SO4)2 (320g/l); axit xitric (15g/l); NH4Cl (66,5g/l); T (1000C).

Kim loại tiếp xúc thường dùng là nhôm (Al) hay thiếc (Sn).

3. Mạ niken xúc tác

Mạ niken xúc tác được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều ở các nước công nghiệp phát triển.

Quá trình hình thành lớp mạ tên bề mặt chi tiết nhờ phản ứng khử Ni2+ bằng các chất khử thích hợp. Ví dụ theo phản ứng:

Ni2+ +H2  Ni + 2H+

Chất khử mạ niken hóa học thường dùng nhất là natrihipôphôtphit (NaH2PO2.H2O), ở mức độ ít hơn còn dùng natribohyđric (NaBH4).

Cơ chế quá trình khử Na2+ chưa được biết chính xác, tuy nhiên cơ chế sau đây được nhiều người thừa nhận. Theo cơ chế này, quá trình khử Ni2+ bằng NaH2PO2.H2O diễn ra theo 4 phản ứng sơ cấp:

Phản ứng (1) và (2) là phản ứng chủ yếu. Phản ứng (3) và (4) là những phản ứng phụ làm giảm hiệu suất quá trình. Phản ứng (3) giải phóng photpho (P), tạo với lớp niken hình thành dung dịch rắn. Lớp mạ Ni - P thường chứa 7  10% P. Photpho có mặt trong lớp mạ làm thay đổi thành phần, cấu tạo lớp mạ và vì thế làm thay đổi tính chất cơ lý cũng như hóa học của lớp mạ.

Dung dịch và quy trình mạ niken hóa học.

Một số loại dung dịch mạ niken hóa học cho ở bảng 2.5.5. Quy trình mạ hóa không khác mấy so với mạ điện. Mạ hóa được thực hiện trong bể mạ bằng sứ, bằng thủy tinh hay bể tráng men (hình 2.5.14). Quá trình mạ kéo dài trong thời gian khoảng 60 phút ở nhiệt độ 90  920C. Nhược điểm chính của mạ hóa niken là thay đổi thành phần dung dịch theo thời gian, giảm muối niken, hipôphôtphit. Điều đó làm thay đổi pH của dung dịch và làm giảm vận tốc tách Ni cho đến khi kết thúc hoàn toàn quá trình mạ. Vì vậy mạ hóa Ni phải sử dụng dung dịch mạ mới.

Bảng 2.5.5. Một số loại dung dịch mạ niken hóa học

Tên chất Hàm lương, g/l của dung dịch

Số 1 Số 2 Số 3

Niken sunphat NiSO4.7H2O 30 - -

Natri hipôphôtphit NaH2PO2.H2O 10 12 22  23

Axêtat natri CH3COONa 10 10 10

Niken clorua - 30 21  22