KHOA HĨA LÝ KỸ THUẬT BỘ MƠN KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG ֍֍֍֍֍֍֍ THẢO LUẬN CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Chủ đề 1: Mạ Vàng Giáo viên hướng dẫn : Lê Văn Toán Sinh viên thực : Phạm Thị Thu Hằng Nguyễn Hoàng Dũng Đinh Thị Tâm Nguyễn Việt Dũng Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Tuấn Thịnh Hà Nội Tháng Năm 2016 MỞ ĐẦU Mạ điện phương pháp hiệu để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn mơi trường khí Các vật mạ có giá trị trang trí cao, bền, rẻ ngồi có độ cứng, độ dẫn điện cao áp dụng rộng rãi nhà máy sản xuất công cụ, thiết bị điện năng, oto, moto, xe đạp, thiết bị y tế…ở nước công nghiệp ngành mạ điện phát triển mạnh Ở nước ta ngành mạ điện ln hồn thiện để đáp ứng nhu cầu ngày phát triển cơng nghiệp Nhưng nói chung mặt kĩ thuật chưa ý, chất lượng mạ chưa tốt Những năm gần đây, công nghệ mới, kĩ thuật mạ điện đặc biệt mạ trang sức, mạ vàng giả, mạ kim loại, mạ phức hợp…có nhiều thành nghiên cứu ứng dụng phong phú Chính tiềm phát triển ngành mạ điện nói chung, mạ vàng nói riêng, nhóm chúng tơi định tìm hiểu nghiên cứu chủ đề mạ vàng Rất mong nhận quan tâm người! NỘI DUNG 1.Sơ lược hình thành lớp mạ Sơ lược kỹ thuật mạ điện Mạ điện trình điện phân, anot (cực dương) xảy q trinh oxy hóa (hòa tan kim loại hay giải phóng khí oxy), catot (cực âm) xảy q trinh khử (khử ion kim loại từ dung dịch mạ thành lớp kim loại bám vật mạ hay trình phụ giải phóng khí hyđro ) có dòng điện chiều qua dung dịch mạ Phản ứng xảy catot: Mn+ + ne = Phản ứng xảy anot: M – ne = M Mn+ Sơ đồ trình bày trình mạ điện Nguồn điện, Điện trở chạy R, Vôn kế chiều, Ampe kế, Anot, Catot, Dung dịch điện ly, Bể điện phân, Lớp mạ bám bề mặt kim loại Bản chất yêu cầu lớp mạ Mạ điện dung phương pháp điện phân để kết tủa bề mặt kim loại lớp kim loại hợp kim mỏng, để chống ăn mòn, trang sức bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt Trong mạ điện, yếu tố quan trọng tiết kiệm lượng, tăng hiệu suất mà vấn đề chất lượng mạ Vì vậy, phải tìm thành phần dung dịch, điều kiện điện phân, để đảm bảo lớp mạ có tính chất sau: -Bám vào kim loại nền, khơng bong -Lớp mạ có kết tinh nhỏ mịn, độ xốp nhỏ -Lớp mạ bóng, dẻo, có độ cứng cao -Lớp mạ có đủ độ dày định Cấu tạo tinh thể giữ vai trò định đến chất lượng lớp mạ Tinh thể nhỏ mịn lớp mạ tốt Quá trình điện kết tủa kim loại Quá trình điện kết tủa kim loại gồm giai đoạn: tạo mầm phát triển mầm Mỗi giai đoạn có tốc độ định vào điều kiện điện phân ( nhiệt độ, mật độ, dòng điện, khuấy trộn, thành phần dung dịch ) mà định giai đoạn chiếm ưu Yêu cầu lớp mạ cấu tạo nhỏ mịn, kết hợp tinh thể chặt chẽ Vì phải tăng tốc độ hình thành mầm tinh thể Nếu tốc độ hình thành mầm tinh thể cao đơn vị thời gian kim loại kết tủa bám bề mặt nhiều Do đó, phải tăng tốc độ tạo mầm lớn tốc độ phát triển mầm => phải tăng phân cực catot Trong điều kiện điện phân định tinh thể xếp theo hướng vị trí định Tính định hướng cao cấu trúc tinh thể hồn chỉnh có ảnh hưởng định đến độ bóng, độ giãn nở nhiệt lớp mạ Thay đổi mật độ dòng điện làm thay đổi tốc độ phát triển mầm, tăng phân cực catot làm tăng mức độ hoàn chỉnh tinh thể định hướng Định luật Faraday Quá trình điện phân dung dịch xảy theo định luật Faraday: Lượng chất tách trình điện phân tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện thời gian điện ly m= k.I.t = k.q m:trọng lượng vật kết tủa (hoặc hòa tan) điện cực I: Cường độ dòng điện T:thời gian (giờ) q: điện lượng (ampe giờ) k: hệ số tỉ lệ Khi cho đương lượng vào dung dịch khác lượng chất kết tủa catot tỉ lệ thuận với đương lượng hóa học Nếu cho điện lượng 96.500 culơng(28,6 ampe giờ) qua dung dịch đương lượng gam chất Đương lượng gam chất phân tử gam chất chia cho số điện tích hay số điện tử chất trao đổi hay tham gia phản ứng Đương lượng điện hóa số gam vật chất sinh qua điện lượng ampe Sơ lược vàng mạ vàng Vàng Vàng (Au) kim loại mềm, dễ cán, dát, bền hóa Axit, kiềm, H2S hợp chất lưu huỳnh khơng tác dụng với vàng Trong khơng khí vàng khơng bị oxy hóa, khơng bị mờ Vàng hòa tan cường toan, hỗn hợp HCl với H2CrO4 dung dịch xyanua Vàng kim loại chuyển tiếp chu kì 6, nhóm IB Tính chất hóa lý vàng: tỷ trọng 19,3 g/cm3 ; trọng lượng nguyên tử 197,20; điện thiêu chuẩn vàng hóa trị ba Au/Au3+ = +1,50 V; vàng hóa trị Au/Au+ = +1,691V ; đương lượng điện hóa tương ứng 2,45 7,357 g/Ah: điện trở riêng 2,45.10-8 Ω.m Vàng tự nhiên có đồng vị ổn định 197Au Vàng có tính dẫn nhiệt điện tốt, không bị tác động khơng khí phần lớn hố chất (chỉ có bạc đồng chất dẫn điện tốt hơn) Nó khơng bị ảnh hưởng mặt hố học nhiệt, độ ẩm, ơxy hầu hết chất ăn mòn; thích hợp để tạo tiền kim loại trang sức Các halogen có tác dụng hố học với vàng, nước cường toan hồ tan Tuy nhiên, axit selenic đậm đặc nóng ăn mòn vàng tạo thành vàng selenat Vàng bị cơng hồ tan dung dịch kiềm hay natri xyanua, xyanua vàng chất điện phân dùng kỹ thuật mạ điện vàng lên kim loại sở kết tủa điện Các dung dịch vàng clorua (axit cloroauric) dùng để chế tạo vàng keo cách khử với ion citrat hay ascorbat Vàng clorua vàng oxit dùng để chế tạo thuỷ tinh màu đỏ hay thuỷ tinh nam việt quất, mà giống huyền phù vàng keo, có chứa hạt vàng nano hình cầu với kích cỡ đồng Mạ vàng Vàng dùng để mạ bảo vệ chống ăn mòn cho dụng cụ, máy móc thí nghiệm, y tế Để mạ tiếp điểm kỹ thuật điện tử đảm bảo điện trở tiếp xúc nhỏ không thay đổi theo thời gian: để mạ sản phẩm kim hoàn,… Chiều dày lớp mạ vàng kim hoàn từ 0,25 đến µm, cho mục đích khác từ đến µm Thường mạ vàng trực tiếp lên vật đồng , thau, lên lớp mạ lót bạc hay kền Lớp mạ vàng lớp mạ catot bảo vệ khơng có lỗ xốp, thủng Độ xốp lại phụ thuộc vào chiều dày lớp mạ, vào chất hay lớp mạ lót Vàng dễ bị miết kín cườm bóng cho chúng Thường cườm bóng hay miết kín cho lớp mạ vàng trục đánh bóng Lớp mạ vàng có độ cứng thấp chịu cọ xát, mài mòm kém, nhiều trường hợp phải mạ hợp kim vàng với coban hay kền để tang độ cứng, độ chịu mài mòm mà màu sắc đẹp thêm lên Quy trình cơng nghệ mạ vàng A, Sơ đồ q trình mạ vàng Phơi sắt Gia cơng bề mặt Rửa nước Tẩy dầu siêu âm Lau Khô Rửa nước Tẩy dầu điện hóa Rửa nước Mạ đồng Mạ vàng SP Phơi sắt trước hết cần gia cơng khí để làm vết rỉ, vết không phẳng bề mặt phơi sắt, sau phơi sắt rửa sấy khơ trước tẩy dầu điện hóa tẩy dầu hóa học cơng đoạn cuối làm phôi sắt trước vào giai đoạn mạ, tiếp tục rửa sấy khô phôi sắt trước mạ lót lớp đồng mỏng sau mạ vàng Bể mạ cần khuấy trộn để thu lớp mạ ý B, Phân tích quy trình 1.Gia cơng khí bề mặt mạ Có nhiều cách gia cơng học: mài, đánh bóng, quay xóc, rung, phun cát, phun nước, chải…nhưng chủ yếu người ta sử dụng mài đánh bóng Mục đích gia cơng học làm cho bề mặt kim loại sần sùi trở lên nhẵn bóng đạt tiêu chuẩn để mạ Để mài đánh bóng người ta dùng máy quay hai đầu trục có gắn bánh đánh bóng 1.1 Mài bóng Mài bóng q trình gia cơng bề mặt chi tiết phớt mài bong (hoặc dây đai) Mài bong loại bỏ khỏi bề mặt chi tiết lớp oxy hóa, lớp gỉ, vết xước, vết hàn…làm phẳng chi tiết Ngoài chi tiết yêu cầu chất lượng khơng cao mài bong lần, thơng thường phải mài bong nhiều lần, hạt mài có kích thước nhỏ dần Chất lượng mài bong định độ lớn hạt mài, nguyên liệu hạt mài, tính chất phớt mài tốc độ mài Cho thêm chất bơi trơn (như thuốc đánh bóng) phớt mài bóng mài tinh Độ thơ bề mặt chi tiết sau mài bóng đạt 94 Kích thước hạt mài phân bố bề mặt định có quan hệ với tính chất phớt ( bao gồm nguyên liệu cách khâu) hiệu đánh bóng Khi hạt mài to, bề mặt kim loại có lượng cắt gọt lớn dùng phớt cứng, bề mặt kim loại màu lượng cắt gọt nhỏ dùng phớt mềm, phớt vải có tính mềm tốt 1.2 Đánh bóng Đánh bóng q trình gia cơng bề mặt chi tiết phớt đánh bóng có thuốc đánh bóng Đánh bóng tiến hành bề mặt tương đối phẳng, làm giảm độ nhám bề mặt, bề mặt nhẵn bóng Đánh bóng bao gồm giai đoạn đánh bóng thơ, đánh bóng trung bình, đánh bóng tinh Đánh bóng thơ dùng phớt cứng đánh bóng bề mặt qua mài bóng chưa mài bóng, có tác dụng mài cắt định với kim loại nền, loại bỏ vết mài thơ Đánh bóng trung bình dùng phớt tương đối cứng đánh bóng bề mặt qua đánh bóng thơ, bề mặt tương đối bóng Đánh bóng tinh cơng nghệ sau đánh bóng, dùng phớt mềm, bề mặt bóng gương 2.Gia cơng hóa học điện hóa bề mặt 2.1 Tẩy dầu dung mơi Dung môi hữu thường dùng: xăng, dầu hỏa, axeton, xilen, triclo etylen…xăng rẻ độc, sử dụng nhiều, dễ cháy, ngâm tẩy nhiệt độ thường Đặc điểm: dầu mỡ xà phòng hóa khơng xà phòng hóa hòa tan , khơng ăn mòn chi tiết, tẩy dầu nhanh không triệt để, cần phải tẩy dầu bổ sung hóa học điện hóa Dung mơi dễ cháy, giá thành cao Dùng để tẩy chi tiết nhỏ, hình dáng phức tạp, chi tiết kim loại màu có nhiều dầu, chi tiết bị kiềm ăn mòn cần tẩy sơ Khi tẩy dầu dung môi hữu cần ý điểm sau: - Dung môi hữu bay độc( đặc biệt triclo etylen) nên khơng để - lọt , có biện pháp an tồn phòng chống cháy, nổ, thơng gió Lượng chất bẩn dung môi hữu chiểm 25-30% (phần trăm thể tích), - phải thay dung mơi mới, để tránh làm bẩn chi tiết Triclo etylen bị phân hủy tia tử ngoại tạo thành HCl ăn mòn mạnh, độc Vì khơng mang nước vào thùng, tránh bị chiếu sang ánh sang mặt trời Những chi tiết nhôm, magie không dùng triclo etylen để tẩy dầu 2.2 Tẩy dầu hóa học Là trình tác dụng xà phòng hóa nhũ hóa dung dịch kiềm nóng dầu để tẩy lớp dầu, mỡ Tác dụng nhũ hóa chất hoạt động bề mặt để tẩy lớp dầu, mỡ xà phòng hóa 2.3 Tẩy dầu dung dịch kiềm Tẩy dầu dung dịch kiềm dễ quản lí, sử dụng rộng rãi Hàm lượng NaOH dung dịch kiềm không cao Tẩy dầu sắt thép hàm lượng NaOH nhỏ 100 g/l, tẩy dầu đồng hợp kim đồng hàm lượng NaOH nhỏ 20 g/l Tẩy dầu kẽm , thiếc, chì nhơm hợp kim chúng, khơng tẩy dầu dung dịch kiềm đặc mà dùng muối kiềm Na2CO3, Na2SO4 tẩy dầu dung dịch kiềm tẩy dầu mỡ thực vật xà phòng hóa, cho thêm số chất hoạt động bề mặt thủy tinh lỏng, bột xà phòng, chất nhũ hóa OP tẩy mỡ khoáng vật Thủy tinh lỏng chất nhũ hóa mạnh, có lực xà phòng hóa, có tác dụng làm chậm chì, kẽm… khó rửa sạch, dễ hình thành keo thủy tinh khó hòa tan, sang cơng đoạn khác, ảnh hưởng đến độ bám 2.4 Tẩy dầu axit Tẩy dầu axit đồng thời tẩy dầu lớp oxyt mỏng bề mặt chi tiết Nó tạo thành hỗn hợp axit vô hữu chất hoạt động bề mặt 2.5 Tẩy dầu dung dịch kiềm nhiệt độ thấp Hiệu suất tẩy dầu cao, nhiệt độ kiềm thấp, tiêu hao lượng lớn, khơng nhiễm mơi trường, xử lí nước thải khơng tốn kém….mà tẩy dầu dung dịch kiềm nhiệt độ cao khơng có ưu điểm Chọn thành phần tẩy dầu: tẩy dầu nhiệt độ thấp bao gồm hợp chất tính kiềm chất hoath động bề mặt Hợp chất kiềm bao gồm hydroxyt kim loại, loại muối cacbonat, muối photphat…chiếm 75% ,ngồi có chất tăng tốc độ tẩy chất làm chậm… 2.6 Tẩy dầu điện hóa Tẩy dầu điện hóa bao gồm tẩy dầu catot, tẩy dầu anot, tẩy dầu phối hợp anot, catot Tẩy dầu điện hóa cơng nghệ cuối tẩy dầu 10 Dung dịch mạ để lâu tác dụng => cho them HCl với lượng thích hợp, điều chỉnh pH=3-4 , xuất kết tủa bột màu vàng, lọc rửa nước cất, sau sấy khơ.bột vàng thu hồi điều chế thành Au(NH3)3(OH)3 để tiếp tục sử dụng Lưu ý cho phương pháp 1,3,4 Pha chế mạ vàng thường Pha chế khơng dung mạ in ăn mòn hợp kim đồng pha chế mạ vàng cứng pha chế 5: mạ vàng bóng, có màu xanh pha chế 6: mạ vàng dày 5.Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ vàng 5.1 Sự phân cực Nguyên nhân gây phân cực Khi nhúng kim loại vào dung dịch tạo nên điện định, đạt tới trạng thái cân Khi có dòng điện qua trạng thái cân bị phá vỡ, tạo nên điện Khi có dòng điện chiều vào hai điện cực kim loại nhúng dung dịch điện catot (cực âm) trở nên âm hơn, điện anot (cực dương) trở nên dương Sự thay đổi điện yậy gọi phân cực Khi điện phân, tốc độ di chuyển ion kim loại dung dịch phóng điện chúng khơng kịp với tốc độ di chuyển điện tử, làm cho bề mặt catot tích điện âm tăng lên Vì yậy điện âm Ở anot hoà tan kim loại, tăng cao nồng độ ion, tích luỹ điện tích dương nhiều, làm cho điện dương Sự phân cực gây nên tốc độ di chuyển ion gọi phân cực nồng độ Sự phân cực nồng độ thay đổi nồng độ ion kim loại lớp sát anot catot Ở lớp sát anot, nồng độ ion kim loại tăng lên, lớp sát catot, nồng độ ion kim loại giảm 21 Sự phân cực gây nên phóng điện chậm ion gọi phân điện cực hoá Trong trình điện phân, thường xảy đồng thời phân cực nồng độ phân cực điện hoá, tuỳ trường họp cụ thể mà chiếm tỉ trọng khác Thông thường, mật độ dòng điện nhỏ phân cực điện hố Khi mật độ dòng điện cao phân cực nồng độ Những nhân tổ ảnh hưởng đến phân cực a Ảnh hưởng thành phần dung dịch Sự phân cực phụ thuộc vào thành phần dung dịch, dung dịch Dung dịch khác phân cực khác Nói chung, phân cực dung dịch nồng độ thấp lớn phân cực dung dịch nồng độ cao Hiện tượng dung dịch nồng độ thấp, số ion khó bổ sung vào lớp sát catot Dung dịch muối phức có phân cực lớn dung dịch muối đơn phân cực dung dịch xyanua lớn dung dịch tính axit Ngồi cho chất phụ gia vào dung dịch, có ảnh hưởng lớn đến phân cực Đa số trường họp cho chất phụ gia vào làm tăng phân cực b Ảnh hưởng mật độ dòng điện Khi mật độ dòng điện tăng cao, phân cực tăng lên Bởi mật độ dòng điện cao, tốc độ di chuyển ion tốc độ phóng điện khác rõ rệt Quan hệ điện điện cực mật độ dòng điện thay đổi gọi phân cực Điện catot âm mật độ dòng điện catot nâng cao c Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ dung dịch tăng lên, làm tăng dịch chuyển ion, bổ sung nhanh số ion lớp catot khuếch tán mạch số ion anot hoà tan, làm giảm phân cực d Ảnh hưởng khuấy trộn Khuấy trộn làm tăng khuếch tán ion, làm giảm phân cực e Ảnh hưởng phân cực đổi vói mạ điện 22 Sự phân cực có quan hệ mật thiết với mạ định - Được lớp mạ kết tinh mịn - Khả phân bố tốt, lớp mạ phân bố đồng - Làm cho hyđrơ mạnh, làm giảm hiệu suất dòng điện độ bám lớp mạ, nghiêm trọng gây bọt khí tróc - Sự phân cực anot làm cho anot hồ tan khơng bình thường, dung dịch khơng ổn định Q trình mạ khơng cần phân cực anot, trừ dung dịch mạ thiếc có tính kiềm cần phân cực anot làm cho anot thụ động để hoà tan ion Sn+4 Đa số trường họp muốn lớp mạ mịn, khả phân bố tốt phải nâng cao phân cực catot phải hạn chế phạm vi định nâng cao phân cực catot làm giảm hiệu suất dòng điện, độ bám lớp mạ không tốt 5.2 Quá hyđro Muốn có kim loại kết tủa catot phải có điện âm điện tiêu chuẩn nó, lượng điện tăng lên so với điện tiêu chuẩn gọi Trên catot ion kim loại có hyđro Hyđro nhiều hay định Ion có q thấp ion phóng điện trước, q cao ion khó phóng điện Quá hyđro có ý nghĩa lớn lã thuật mạ Những kim loại kẽm, niken, crôm, sắt có điện tiêu chuẩn âm so hyđro, hyđro trước, kim loại khơng thể kết tủa Nhưng tồn hyđro nên mạ kim loại Đồng thời hyđro làm giảm thoát hyđro, làm giảm tính giòn lớp mạ, nâng cao hiệu suất dòng điện, dung dịch ổn định, lớp mạ bám Hyđro thoát làm cho lớp mạ khơng tốt phải dùng biện pháp để nâng cao hyđro Quá hyđro phụ thuộc vào chất điện cực, trạng thái bề mặt điện cực, bề mặt gồ ghề, xù xì, hyđro nhỏ 23 Quá hyđro tăng mật độ dòng điện tăng giảm nhiệt độ tăng Quá hyđro phụ thuộc vào tính chất pH dung dịch 5.3 Quá trình anot thụ động catot Quá trình anot Mạ điện thường dùng anot (cực dương) hòa tan Khi có dòng điện qua, kim loại hòa tan phân cực chuyển phía dương Me - ne = Me+n (Me gốc kim loại) Trên anot ngồi q trình hòa tan có hyđro Trong mơi trường kiềm, oxit thoát theo phản ứng: 40H' - 4e 2H20 + 02 Trong mơi trường axit, oxi theo phản ứng: 4H+ + 02 4H20 - 4e Trên anot hòa tan xảy nhiều phản ứng phụ khác oxi thoát làm cho hiệu suất anot giảm thấp Thụ động anot Thơng thường có dòng điện vào dung dịch điện li, anot bị hòa tan Nhưng mật độ dòng điện anot lớn thành phần dung dịch khơng anot khơng tan mà có oxi ra, anot bị đen Q trình hòa tan anot bị kim hãm gọi thụ động Để chống lại thụ động, người ta cho vào chất hoạt động ion Cl', F",B r 5.4 pH dung dịch mạ Giá trị pH ảnh hưởng lớn tới tính chất lớp mạ Trong trình mạ phải khống chế pH phạm vi quy định Neu pH thay đổi làm xấu chất lượng lớp mạ tăng độ giòn, gãy, bong Trong q trình mạ, pH ln trạng thái cao, cần điều chỉnh bổ sung kịp thời Neu pH cao dùng H2SO4 3% để điều chỉnh, pH thấp điều chỉnh cách điện phân dùng diện tích anot lớn, diện tích catot nhỏ để nâng cao giá trị pH 24 5.5 Sự ăn mòn kim loại Nguyên nhân gây ăn mòn kim loại Kim loại tiếp xúc với khơng khí, đất dung dịch sinh ăn mòn, có hai loại ăn mòn ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa Sự ăn mòn hóa học xảy khơng có dòng điện phát sinh mà xảy bị oxi hóa nhiệt độ cao, hay ăn mòn dung dịch chất điện li dung môi hữu Sự ăn mòn điện hóa xảy có dòng điện phát sinh tạo thành pin ngun nhân chênh lệch điện hai cực Những nhân tổ ảnh hưởng tói ăn mòn a Ảnh hưởng chất kim loại Điện tiêu chuẩn kim loại âm hoạt độ hóa học cao, kim loại dễ bị ăn mòn Một số kim loại khác (Ni, Cr) điện tiêu chuẩn chúng âm, hoạt độ hóa học cao tính bền ăn mòn tốt, bề mặt có hình thành màng oxi hóa kém, mỏng, bảo yệ kim loại khỏi bị ăn mòn thụ động kim loại Tạp chất kim loại nhiều, chống gỉ Độ bóng kim loại cao, tính chống gỉ tốt b Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến ăn mòn Nhiệt độ cao hoạt độ hóa học kim loại dung dịch tăng, làm tăng ăn mòn c Ảnh hưởng mơi trường ăn mòn Trong mơi trường khác nhau, tính ổn định kim loại khác nhau, ví dụ vàng ổn định nhiều dung dịch bị ăn mòn nước cường toan 5.5 Chất tạo phức chất hoạt động bề mặt Chất tạo phức 25 Họp chất phức tạp tạo thành phân tử đơn giản hóa họp với theo tỉ lệ định gọi họp chất phân tử Họp chất phân tử dung dịch nước phân ly toàn thành ion đơn giản gọi muối kép Những chất có tính ổn định định, họp chất phân tử phân ly phận không phân ly gọi phức chất, chất có khả tạo phức với ion kim loại Phức chất khó hòa tan nước, ion phức khác có khả phân ly khác Hằng số cân ion phức phân ly đạt đến giá trị cân gọi số khơng ổn định, kí hiệu K, K biểu thị lực phân ly phức chất Những ion phức khác có số khơng ổn định khác nhau, ion phức giống nhau, nhiệt độ khác nhau, hệ số không ổn định không giống Để thuận tiện, dùng kí hiệu pK để biểu thị: pK = - log K Từ công thức thấy pK lớn, ion phức ổn định, khó hòa tan Chất hoạt động bề mặt Trên mặt tiếp xúc chất lỏng khơng khí, lực hấp dẫn phân tử chất lỏng lớn phân tử chất khí, tạo nên lực tác dụng co lại bề măt chất lỏng gọi sức căng bề mặt Chất làm giảm sức căng bề mặt gọi chất hoạt động bề mặt, chất hấp phụ đặc biệt sinh bề mặt kim loại chất lỏng gọi chất hoạt động bề mặt a Tính chất tác dụng chất hoạt động bề mặt Phân tử chất hoạt động bề mặt có đầu khơng cực ghét nước thường dãy hyđro cacbon đầu ưa nước (như nhóm -OH, -COOH, -SO3H, -NH2 ) có tác dụng hút phân tử nước Đầu ưa nước đầu ghét nước chất hoạt động bề mặt tạo thành màng hấp phụ làm cho phân tử xếp định hướng, cải thiện tổ chức kết tinh lớp mạ, nâng cao phân cực, nang cao khả phân bố ăn sâu dung dịch 26 Chất hoạt động bề mặt có tác dụng thấm ướt, nhũ hóa, thẩm thấu, tạo bọt để làm nhanh trình tẩy dầu vật mạ, nâng cao hiệu tẩy dầu Tác dụng thấm ướt chúng đề phòng lưu lại bọt khí hyđro, chống sinh châm kim lớp mạ b Phân loại chất hoạt động bề mặt Căn vào công dụng chất hoạt động bề mặt mà phân loại: chất tạo bọt, chất nhũ hóa, chất thấm ướt, chất tẩy rửa Căn đặc điểm cấu tạo phân tử mà chia chất hoạt động bề mặt ion âm, chất hoạt động bề mặt ion dương, chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, chất hoạt động bề mặt phi ion 5.6 Một số yếu tố khác -Ảnh hưởng chất điện giải - Anh hưởng trạng thái bế mặt kim loại tổ chức lớp mạ - Ảnh hưởng phương pháp công nghệ đến cấu trúc lớp mạ - Ảnh hưởng q trình hyđro Dòn hyđro: sau ion hyđro khử catot, phần tạo thành khí H bay lên, phần nguyên tử hyđro thấm vào kim loại kim loại mạ làm cho kim loại bị giòn Rộp bọt khí: sau mạ xong, nhiệt độ mơi trường cao, hyđro hấp thụ bề mặt kim loại nở ra, sinh bọt khí Rỗ, châm kim: bọt khí hi đro bám bề mặt kim loại, tạo chỗ cách điện làm cho ion kim loại phóng điện chỗ bọt khí được, mà phóng điện xung quanh chỗ bọt khí sinh điểm rỗ lớp mạ 6.Giới Thiệu số công nghệ mạ vàng Việt Nam 6.1 Quy trình mạ vàng chuyên nghiệp truyền thống Bước 1: Kiểm tra bề mặt vật cần mạ vàng Có nhiều loại bề mặt với cấu tạo chất kiệu khác nhau, chất liệu bề mặt khác lại có cơng nghệ kỹ thuật mạ vàng khác ( khác 27 dung dịch, hóa chất, quy trình mạ vàng, sơn xịt mạ vàng….) Đặc biệt, với bề mặt đặc biệt, có chất kiệu phức tạp cần kiểm tra máy phổ kế huỳnh quang tia X (một công cụ kiểm tra chất liệu đại) để nhận biết xác thành phần kim loại chứa bên vật thể cần mạ để từ lựa chọn loại kỹ thuật mạ vàng phù hợp Thông thường, thời gian kiểm tra khoảng 3h Bước : Tiến hành gia công cho bề mặt vật liệu Tất bề mặt vật liệu trước muốn mạ vàng với máy xi vàng cần phải (kể bề mặt chưa mạ vàng trước đó) Việc gia công bề mặt đảm bảo làm lớp sỉ, lớp bị oxi hóa, giúp cho kim loại gốc bề mặt vật liệu dễ dàng gắn chặt với lớp vàng mạ Bước thường tiến hành khoảng 1h tùy trường hợp Bước 3: Đánh bóng bề mặt vật liệu cần mạ vàng Việc đánh bóng bề mặt vật liệu cần mạ vàng tiền đề để tạo lớp mạ nhẵn bóng gương Công việc gồm giai đoạn đánh bóng vật lý đánh bóng điện hóa, tiêu tốn khoảng 1h đến 1h tùy trường hợp Bước 4: Tẩy dầu điện hóa chất bẩn khác bề mặt Sau q trình mài, đánh bóng vật liệu, phía bề mặt chứa nhiều chất bẩn mồ hôi tay, dầu mỡ, chất hữu cơ,… Nếu không tiến hành tẩy dầu chất bẩn gây ảnh hưởng trực tiếp tới bề mặt lớp mạ, tạo “vết” bề mặt lớp mạ Thời gian tầy dầu điện hóa vệ sinh bề mặt khoảng 2h Bước 5: Tiến hành hoạt hóa bề mặt vật liệu Trong trình mạ vàng tiêu chuẩn hoạt hóa bề mặt vật liệu điều khơng thể thiếu, giúp cho lớp mạ bám dính với vật liệu cần mạ, làm cho kim loại hoạt động bề mặt dễ dàng gắn kết với lớp vàng mạ Q trình hoạt hóa tiến hành nhiều dung dịch khác với thời gian hoạt hóa nhanh ( khoảng 15-30p) Bước 6: Mạ lót kim loại 28 Bước mạ lót kim loại đem lại tác dụng : + làm lớp trung gian gắn chặt lớp nên kim loại với lớp vàng mạ + giúp phủ lấp hết cac khe kẽ nhỏ làm mịn bề mặt nhám bề mặt vật liệu Mạ lót kim loại thường thực 30-90p tùy loại bề mặt Bước 7: Mạ mờ, mạ dày bề mặt: Lớp mạ lớp mạ làm từ chất liệu bạc, đồng hay số loại chất liệu riêng khác Tác dụng lớp mạ đảm bảo độ bền cho lớp mạ chúng cứng dày Thời gian dành cho bước dao động khoảng 30p đến 1h Bước 8: Mạ bóng bề mặt Mạ bóng bề mặt cơng nghệ mạ vàng đơn giản q trình mạ vàng lại có vai trò quan trọng Đây lớp mạ định sản phẩm mạ vàng có tính thẩm mỹ cao hay không Công đoạn tốn khoảng 15-20p Bước 9: Tiến hành mạ vàng vật liệu Tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng lựa chọn công nghệ mạ vàng loại vàng phù hợp 18k,20k 24k Tùy thuộc vào độ dày loại vàng chọn để mạ mà thời gian mạ vàng khác Bước 10: Tạo bóng cho bề mặt Tạo bóng cho bề mặt lớp sơn lót bóng vừa bảo vệ lớp mạ bề mặt, vừa gắn kết lớp mạ với lớp sơn phỉ Nano dùng tới bước cuối Thời gian chờ cho sơn khô khoảng 2h Bước 11: Phủ cứng bề mặt vật liệu sơn nano Phủ cứng bề mặt vật liệu sơn nano công đoạn cần thiết kỹ thuật mạ vàng , tạo lớp sơn cứng cho bề mặt giúp bảo vệ lớp mạ vàng tốt bền Để chờ sơn khô cần khoảng 3h 6.2 Mạ vàng công nghệ Nano - Công nghệ mạ vàng Nano hay gọi phun mạ nano, loại cơng nghệ phun mạ vàng hóa chất mạ nano đại, đòi hỏi kỹ thuật cao, khác 29 hồn tồn so với cơng nghệ mạ vàng truyền thống hay sử dụng trước Với công nghệ mạ nano này, vật dụng bể mạ, loại kim loại nặng, không cần dùng đến, đồng thời, chất thải nước, rác, cặn bã khơng - Ưu điểm: Xi mạ tất kích cỡ (dù lớn mà mạ điện khơng thể thực được), tất bề mặt, kiểu dáng, xi mạ nano ứng dụng rộng rãi việc sản xuất, gia cơng hàng thủ cơng mỹ nghệ, trang trí xe hơi, moto, đồ điện, máy tính, điện thoại, trang trí nội ngoại thất Khơng có kim loại nặng, không thải loại chất thải nước, rác, cặn bã Công nghệ mạ nano không an tồn mà đơn giản, lớp mạ siêu mỏng, bền gia cơng màu sắc tùy ý: màu vàng, màu bạc, màu crôm, màu sắc khác… Có thể định vị vị trí phun mạ, hiệu suất cao, gia cơng lại cần, nguyên liệu mạ sử dụng lại, giá thành thấp Ứng dụng: • Quy trình mạ vàng 24k 30 Xử lý bề mặt mạ: Để xử lý bề mặt mạ, thông thường sử dụng mài đánh bóng Mục làm cho bề mặt kim loại sần sùi trở nên nhẵn bóng đạt tiêu chuẩn để mạ Để mài đánh bóng, người ta dùng máy quay hai đầu trục có gắn hai bánh xe đánh bong bề mặt sản phẩm Làm bề mặt mạ: Có nhiều phương pháp làm bề mặt, tùy vật liệu bề mặt sản phẩm mà sử dụng chất hóa học khác để làm bề mặt Tiến hành mạ: phương pháp mạ phổ biến mạ bề mạ quét Chất lượng sản phẩm sau mạ tương đương Tùy theo kết cấu đặc điểm vật cần mạ mà sử dụng mạ bể hay mạ quét Mạ bể áp dụng cho mạ toàn sản phẩm số lượng lớn Mạ quét sử dụng khách hàng yêu cầu mạ chi tiết sản phẩm yêu cầu mạ tận nơi sản phẩm (sản phẩm hạn chế tháo dỡ không tháo dỡ được) Kiểm tra bề mặt lớp mạ: Kiểm tra bề mặt lớp mạ phương pháp thường dùng để kiểm tra chất lượng lớp mạ Dùng mắt để kiểm tra bề mặt mạ đạt tiêu chuẩn chất lượng chưa Những chi tiết có lớp mạ không đạt chất lượng bao gồm chi tiết phải tẩy mạ lại loại bỏ mà không cần tẩy lớp mạ cần thêm số cơng đoạn khác (như đánh bóng lại …) u cầu sản phẩm đạt u cầu: lớp mạ khơng có châm kim, điểm rỗ …lớp mạ phải có độ bóng đẹp, màu sắc phù hợp Sơn phủ lớp bảo vệ: Để bảo vệ lớp mạ khỏi bị xước bị mòn, sau mạ sơn nano phủ lên lớp mạ để chống xước bảo vệ bề mặt mạ 6.3 Mạ vàng công nghệ PVD - Khái niệm công nghệ PVD: Công nghệ mạ PVD phương pháp bay lắng 31 đọng vật lý, thực điều kiện chân không (10-2 đến 10-4 Torr) Đây coi công nghệ mạ tiên tiến giới không gây ô nhiễm môi trường Tuổi thọ vật liệu sau phủ lớp PVD thường cao gấp 2-3 lần so với không phủ Đặc biệt, số trường hợp tuổi thợ tăng lên gấp 10 lần - Quy trình: - Lớp mạ TiN phủ lên bề mặt sản phẩm cho màu vàng (Gold: 1424K) ZrN cho màu vàng sáng (Light gold – màu vàng ý), CrC cho màu xám, màu hồng vàng, màu xanh nước biển,… màu khác theo yêu cầu - Những ưu điểm mạ vàng PVD so với mạ vàng truyền thống: • Thứ nhất, Mạ vàng PVD bền Đơn giản cấu trúc kim loại nhiều tầng giúp đồng hồ mạ vàng PVD ma sát tốt, khó bị trầy xước hay ăn mòn tiếp xúc với mồ hơi, bụi bẩn,… 32 • Thứ hai, Mạ vàng PVD có độ bám dính tuyệt vời, lớp phủ thống • nên có nước mạ vàng đẹp, mịn tính thẩm mỹ cao Thứ ba, Mạ vàng PVD có quy trình phủ đơn giản, thân thiện với môi trường so với kỹ thuật mạ vàng trước Mạ vàng PVD ứng dụng phổ biến mạ đồng hồ, trang sức, đồ gia dụng 33 KẾT LUẬN Kỹ thuật mạ điện ngày có bước tiến nhảy vọt, thỏa mãn nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng sản xuất đời sống Các nhà khoa học ln tập trung nỗ lực nhằm tìm chất phụ gia mới, phát minh chất điện giải mới, phương pháp điện phân với mục đích nâng cao khơng ngừng chất lượng lớp mạ khơng bề mặt kim loại mà bề mặt chất dẻo hay phi kim loại khác Kỹ thuật mạ điện ln đòi hỏi lớp mạ có cấu trúc tinh thể mịn, dẻo cứng, độ bám tốt, khơng xốp, khơng bong tróc thay đổi nhiệt độ hay va chạm mạnh bền mơi trường sử dụng Vì phải khơng ngừng nghiên cứu, cải tiến thiết bị, máy móc chuyên dùng, thiết kế dây chuyền sản xuất đồng bộ, tự động hóa với độ tin cậy cao Điều giúp nâng cao chất lượng lớp mạ cách vững chắc, hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môi trường 34 35 ... nghiệp Nhưng nói chung mặt kĩ thuật chưa ý, chất lượng mạ chưa tốt Những năm gần đây, công nghệ mới, kĩ thuật mạ điện đặc biệt mạ trang sức, mạ vàng giả, mạ kim loại, mạ phức hợp…có nhiều thành... ngành mạ điện nói chung, mạ vàng nói riêng, nhóm chúng tơi định tìm hiểu nghiên cứu chủ đề mạ vàng Rất mong nhận quan tâm người! NỘI DUNG 1.Sơ lược hình thành lớp mạ Sơ lược kỹ thuật mạ điện Mạ điện. .. mặt Tiến hành mạ: phương pháp mạ phổ biến mạ bề mạ quét Chất lượng sản phẩm sau mạ tương đương Tùy theo kết cấu đặc điểm vật cần mạ mà sử dụng mạ bể hay mạ quét Mạ bể áp dụng cho mạ toàn sản phẩm