TẠO LỚP PHỦ KIM LOẠI BẰNG MẠ ĐIỆN NHÓM 4 Các phương pháp tạo lớp phủ kim loại: I. GIỚI THIỆU CHUNG • MẠ ĐIỆN • Mạ hóa học • Mạ nhúng nóng • Phun phủ kim loại • khuếch tán kim loại • bốc bay chân không 1. Định nghĩa và ứng dụng Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa, … đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Về nguyên tắc, vật liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo, gốm sứ hoặc composit. Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thể là composit của kim loại – chất dẻo hoặc kim loại – gốm,… Ứng dụng: Mạ điện được dùng trong nhiều ngành công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi kích thước, trang sức, chống mòn, tăng cứng, phản quang và nhiệt, dẫn nhiệt, dẫn điện, thấm dầu, dễ hàn,… 2. Sơ đồ nguyên tắc của một bình mạ điện Dung dịch mạ gồm: muối dẫn điện, ion kim loại làm lớp mạ, chất đệm, các phụ gia Vật cần được mạ Mn+ + ne → M M – ne → Mn+ Bằng thép, lót lót caosu, polypropylene, polyvinylclorua, chịu được dung dịch mạ 3. Thành phần dung dịch Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện), chất tạo phức và các loại phụ gia nhằm đảm bảo thu được lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muốn. Ứng dụng: Mạ điện được dùng trong nhiều ngành công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi kích thước, trang sức, chống mòn, tăng cứng, phản quang và nhiệt, dẫn nhiệt, dẫn điện, thấm dầu, dễ hàn,… II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐƠN MẠ 1. MẠ ĐỒNG 2. Mạ KỀN 3. Mạ KẼM 4. MẠ HỢP KIM 5. MẠ KIM LOẠI QUÝ 1. Mạ đồng Có hai nhóm dung dịch mạ đồng : Dung dịch axit đơn Thành phần chính là muối đồng và axit tương ứng của nó. • Ưu điểm: thành phần đơn giản, làm việc ổn định, dùng được mật độ dòng điện cao, nhất là khi khuấy và tăng nhiệt độ dung dịch, hiệu suất dòng điện cao, gần hoặc bằng 100%. Lớp mạ gồm các tinh thể thô to nhưng khá kín. • Nhược điểm: khả năng phân bố bé và không được mạ trực tiếp lên nền sắt thép, hợp kim kẽm và các kim loại có điện thế âm hơn đồng. Dung dịch kiềm phức đồng nằm trong các ion phức có độ phân ly rất bé. Để khử được các ion phức này cần phân cực catot lớn, do đó mà điện thế phóng điện của các ion phức đồng này rất âm. Hiệu suất dòng điện bé và giảm nhiều khi dùng mật độ dòng điện lớn. Khả năng phân bố lớn, tinh thể nhỏ mịn. Bảng thành phần dung dịch mạ đồng sunfat 1.1.1. Dung dịch sunfat 1.1. MẠ ĐỒNG TỪ DUNG DỊCH AXIT • Điện thế nguồn một chiều < 6 V • Anot: dùng loại có độ sạch cao, chứa 99,9% Cu và phải bao bằng vải polypropylene bền hoá để giữ mùn anot lại. Mạ bóng phải dùng anot có chứa 0,03 − 0,06% P để khi tan không sinh mùn cặn. Anot đúc lẫn nhiều Cu2O không tốt. • Bể mạ có lót chất dẻo chống ăn mòn. Bể mạ bóng cần trang bị bộ phận sục khí nén. Tốt nhất là mạ trong điều kiện có bơm, lọc tuần hoàn liên tục. Điều kiện mạ • Rót từ từ và cẩn thận H2SO4 vào nước đựng trong bể nhựa hay gốm sứ, khuấy đều. Cho tiếp đồng sunfat vào và khuấy cho tan hết. Thêm nước đến thể tích đã định. • Để lắng, lọc vào bể mạ (có lót chất dẻo chống ăn mòn). Các phụ gia rắn pha riêng trong nước rồi bổ sung vào dung dịch, phụ gia lỏng cho trực tiếp vào bể. • Mạ xử lý với ic = 0,5 A/dm2 trong nhiều giờ cho đến khi được lớp mạ tốt. Nước pha chế dung dịch mạ bóng không được phép có hàm lượng ion clo quá lượng quy định như trong đơn pha chế. Pha chế xong đo tỷ trọng để làm chuẩn cho việc kiểm tra sơ bộ về nồng độ sau này khi cần. Pha chế dung dịch: [...]... trong thùng quay, chuông quay rất tốt Thành phần dung dịch (g/l) và chế độ mạ như sau : 2.4 MẠ KỀN NHIỀU LỚP  Mạ kền bóng một lớp  Mạ kền hai lớp  Mạ kền bóng ba lớp  Lớp mạ crom trang sứctrên lớp kền  Mạ kền compozit Các dung dịch để mạ kền nhiều lớp 2.5 CÁC QUY TRINH MẠ KỀN ĐẶC BIỆT 2.5.1 Mạ kền cứng, chịu mài mòn Lớp mạ có thể chứa đến 10%P, cho độ cứng 5-5,5GPa (510 − 562 kg/mm2) Sau khi nung... tích đã định, lọc vào bể mạ, chỉnh pH, thêm các phụ gia, mạ thử • Tạp chất Fe2+ và Cu+ làm lớp mạ bị nhám Loại Fe2+ bằng cách dùng NaOH để kết tủa chúng rồi lọc bỏ, loại trừ Cu+ bằng H2O2 để oxy hoá chúng thành Cu2+ 2 Mạ Kền 2.1 Mạ kền từ dung dịch sunfat  Dung dịch thông dụng nhất trong mạ kền là dung dịch sunfat, nó cho lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, khả năng phân bố tốt, có thể mạ cho các vật có hình... không điện trong dung dịch NiCl.6H2O 200 −250 g/l, HCl 150 − 200 ml/l trong 1 h ở nhiệt độ phòng, sau đó nối điện để mạ kền trong dung dịch ấy với ic 5 − 10 A/dm2 trong 1 h, anot bằng kền, rửa, mạ kền tiếp trong dung dịch thông thường 2.5.6 Mạ kền cho các kim loại khác  Mạ kền lên hợp kim mage và hợp kim kẽm đúc nhất thiết phải có lớp đồng lót như đã nói ở 6.1.5, sau đó mới mạ kền chồng lên  Mạ kền... gỉ, sau đây là một loại dung dịch như vậy: • Làm đúng như trên độ gắn bám của lớp mạ với nền có thể đạt đến 70 − 100 kg/cm2 đối với lớp mạ dày 8 − 10 µm Dung dịch và chế độ mạ này cũng được dùng để mạ Ni lên lớp mạ Cr mới, lên lớp mạ molipđen  2.5.7 Mạ kền cho bản kẽm, phù điêu kẽm  2.5.8 Mạ kền lên gốm sứ, thuỷ tinh  2.5.9 Mạ kền trong siêu âm ... tương đương với độ cứng của lớp mạ crom Hệ số ma sát của lớp Ni này trên thép, gang thấp hơn 30% so với lớp crom trên thép, gang Thành phần dung dịch và chế độ mạ như sau : 2.5.2 Mạ kền đen 2.5.3 Mạ kền quay Điều kiện tối ưu của mạ quay:  Lớp mạ sẽ đồng đều nhất khi lượng tải trong thùng quay chiếm 45 - 50% thể tích thùng quay;  Tổng diện tích lỗ của thùng quay tốt nhất là bằng 20 − 25% diện tích mặt... Cần chú ý các điểm sau khi mạ Ni cho titan và hợp kim của chúng  Rửa sau khi tẩy phải thao tác thật nhanh chóng;  Thành phần dung dịch và chế độ mạ phải chọn sao cho hydro phóng điện đồng thời một cách mạnh mẽ cùng với kim loại kết tủa (như Ni, Cr , Pt …)  Dung dịch mạ kền clorua cho titan và hợp kim titan cũng giống như dung dịch mạ cho thép không gỉ, sau đây là một loại dung dịch như vậy: • Làm... nhất cho lớp mạ đồng đều là: 9 − 12 vg/ph 2.5.4 Mạ kền compozit cứng, chịu mài mòn  Dung dịch mạ kền chọn tuỳ theo yêu cầu của lớp hạt mài cần có  Khi mạ kền compozit chế tạo đĩa mài, băng mài… dùng 2 − 4 g/l bột, làm răng giả dùng hạt mài số 120 − 160, mặt cần mạ của catot đặt hướng lên trên để hứng hạt mài, sau khi nối điện khuấy đục dung dịch bằng khí nén trong 2 ph, ngừng khuấy Khi mạ kền compozit... nén trong 2 ph, ngừng khuấy Khi mạ kền compozit chế tạo đĩa mài, băng mài … dùng 2 − 4 g/l bột corundum số 150 − và mạ 10 − 15ph, rồi lại mạ khuấy 2 ph và mạ tĩnh 10 − 15 ph, lặp lại nhiều lần như vậy, lúc kết thúc phải mạ tĩnh 10 ph trước khi ngừng 2.5.5 Mạ kền lên thép không gỉ Lớp mạ gắn bám rất kém trên thép không gỉ Để tăng độ gắn bám của lớp mạ trên thép không gỉ cũng như trên thép chịu axit,... sau đó mới mạ kền chồng lên  Mạ kền lên titan và hợp kim titan khâu quan trọng cơ bản là chuẩn bị bề mặt trước khi mạ Lớp oxit tự nhiên ngăn cản lớp mạ bám lên nền titan, tẩy bỏ chúng cũng rất khó khăn vì dễ tái sinh khi rửa chúng trong nước Phải loại bỏ lớp oxit này bằng cách tẩy trong HCl đậm đặc (d = 1,19) một giờ ở nhiệt độ phòng Cũng có thể tẩy bằng H2SO4 pha loãng với nước theo tỷ lệ thể tích 1:1... 2 ml/l H2O2 , khuấy mạnh trong 3 − 4h, thêm 3 g/l than hoạt tính, khuấy trong 8 h, để lắng, lọc vào bể mạ Mạ xử lý ở ic0,1 − 0,2 A/dm2 và khuấy trong thời gian 3 − 5h Thêm các phụ gia, riêng benzosunfamid phải hoà tan trước trong một ít dung dịch mạ nóng 2.3 Mạ kền từ dung dịch floborat Dung dịch này cho tốc độ mạ lớn Lớp mạ sáng, dẻo, độ cứng 3000 − 3500 MPa (306 − 357 kg/mm2) Mạ trong thùng quay,