Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của lớp phủ composite Niken-Coban bằng phương pháp điện hóa

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về Niken …………………………………………………. 2
1.1.1. Lịch sử về Niken …………………………………………………. 2
1.1.2. Vài nét chung và ứng dụng của Niken ……………………………. 2
1.1.3. Tính chất hoá học của Niken ……………………………………. 4
1.2. Giới thiệu về Coban ................................................................................. 5
1.2.1. Tính chất chung của Coban .................................................................. 5
1.2.2. Trạng thái tồn tại của Coban ................................................... 6
1.3. Giới thiệu về Nhôm oxit ......................................................................... 6
1.4. Lý thuyết về công nghệ mạ điện ……………………………………. 7
1.4.1.Sự hình thành lớp mạ điện …………………………………………. 7
1.4.2. Cơ chế tạo thành lớp mạ điện …………………………………. 9
1.4.2.1. Điều kiện xuất hiện tinh thể …………………………………….. 9
1.4.2.2. Quá trình hình thành và tổ chức tinh thể …………………… 10
1.4.2.3. Sơ đồ nguyên lý mạ điện …………………………………… 12
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện cực ……………….. 12
1.4.3.1. Điều kiện phóng điện đồng thời của các ion kim loại ……… 12
1.4.3.2. Ảnh hưởng của chế độ mạ ………………………………….. 13
1.4.3.3. Thành phần chất điện giải ………………………………….. 14
1.4.3.4. Chất dẫn điện ……………………………………………….. 14
1.4.3.5. Chất đệm ……………………………………………………. 14
1.5. Mạ Niken – Coban ……………………………………………… 14
1.5.1. Mạ Niken ……………………………………………………... 14
1.5.2. Mạ Coban …………………………………………………….. 19
1.6. Mạ composite …………………………………………………… 20
1
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Các phương pháp nghiên cứu ………………………………….. 22
2.1.1. Phương pháp dòng- thế tuần hoàn ......................................... 22
2.1.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X ………………………………….. 24
2.1.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM và phân tích EDX ……. 26
2.1.4. Đo từ độ bão hòa ……………………………………………… 27
2.2. Thực nghiệm …………………………………………………….. 27
2.2.1. Dụng cụ và thiết bị ……………………………………………. 27
2.2.2. Hoá chất .................................................................................. 29
2.2.3. Nội dung đề tài ……………………………………………….. 29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Điều kiện phóng điện đồng thời của Ni – Co …………………… 31
3.2. Lớp phủ hợp kim ………………………………………………… 32
3.2.1.Ảnh hưởng của một số yếu tố đến thành phần lớp phủ hợp kim.... 32
3.2.1.1. Ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ mol/lít Ni
2+
:Co
2+
đến thành phần lớp
phủ hợp kim
………………………………………………………………..
32
3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần lớp phủ hợp kim ……. 33
3.2.2. Đánh giá tính chất của lớp phủ Ni-Co ……………………………. 34
3.2.2.1. Đánh giả khả năng dẫn điện trong dung dịch Feroferi kalixyanua 34
3.2.2.2. Đánh giá tính chất lớp phủ Ni-Co trong môi trường kiềm
……….
36
3.2.2.3. Đánh giá độ bền của lớp phủ Ni-Co trong NaCl
………………..
38

3.3. Lớp phủ composite Niken – Coban ……………………………….. 39
3.3.1.Ảnh hưởng của một số yếu tố đến thành phần lớp phủ composite
….
39
3.3.1.1. Đánh giá ảnh hưởng của Al
2
O
3
đến thành phần lớp phủ
composite
39
2
3.3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần lớp phủ composite ……. 42
3.3.2. Đánh giá tính chất của lớp phủ composite Ni-Co-Al
2
O
3
…………..
44
3.3.2.1. Đánh giá khả năng dẫn điện trong dung dịch Feroferi kalixyanua. 44
3.3.2.2. Đánh giá tính chất của lớp phủ composite trong môi trường
kiềm.
45
3.3.2.3. Đánh giá độ bền của lớp phủ composite trong môi trường NaCl 47
3.4. Đánh giá từ tính của lớp phủ hợp kim và lớp phủ composite ………. 50
3.5. Khả năng xúc tác oxi hóa điện hóa etanol trong môi trường kiềm của
lớp phủ composite Ni-Co-Al
2
O
3

………………………………………….
52
3.5.1. Khả năng xúc tác của lớp phủ composite

cho quá trình oxi hóa điện
hóa etanol trong môi trường kiềm ………………………………………..
52
3.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ etanol đến khả năng xúc tác của lớp mạ
composite Ni-Co-Al
2
O
3
…………………………………………………...
54
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Mở đầu
Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm một vị trí quan trong trong
các ngành công nghiệp cũng như trong nền kinh tế quốc dân. Do đó việc
nghiên cứu chế tạo cũng như tính chất của các loại vật liệu này nhằm đáp ứng
nhu cầu sử dụng luôn là vấn đề được các nhà khoa học thuộc nhiều lình vực
khác nhau nghiên cứu.
Do những đặc tính quan trọng của Niken nên mạ Niken được sử dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp vật liệu cũng như xúc tác. Hàng năm có
3
khoảng 15 – 20% lượng Niken trên thế giới được dùng cho công nghiệp mạ
và có khoảng 80% Niken dung cho luyên kim. Các lớp mạ Niken thường
được dùng để mạ trang thí, mạ trang trí – bảo vệ, tuy nhiên lớp mạ niken
thường bị lỗ rỗ làm giảm khả năng chống ăn mòn cũng như bảo vệ của vật

liệu. Thêm vào đó lớp mạ Niken thường không được cứng nên người ta
thường mạ hợp kim Niken cũng với một số kim loại khác như Cu, Cr, Co ….
hoặc mạ composite với các hạt trơ nhằm tăng khả năng chống ăn mòn cũng
như tính chất lí hóa của lớp mạ
Các hợp kim Niken – Coban có các đặc tính lí hóa quan trọng khiến
chúng được sử dụng rộng rãi trong hàng loạt các ứng dụng khác nhau. Hiện
nay với sự phát triển của ngành vật lí và mạ điện hóa, vật liệu Niken – Coban
có nhiều ứng dụng mới như làm băng thu âm từ, lớp mạ composite, khả năng
chống ăn mòn.
Ở Việt Nam hiện nay chưa có tác giả nào nghiên cứu về hợp kim cũng
như composite Niken-Coban, mặt khác các tác giả chỉ quan tam đến các tính
chất vật lí của loại vật liệu này mà chưa chú trọng đến tính chất điện hóa, đặc
biệt là khả năng xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ. Trên cơ sở đó, để nâng
cao những hiểu biết cũng như các tính chất của loại vật liệu này, chúng tôi
tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của lớp
phủ composite Niken-Coban bằng phương pháp điện hóa.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về Niken [1, 5, 6, 8, 9, 10]
1.1.1. Lịch sử về Niken
Niken là kim loại đã được sử dụng từ rất lâu, có thể từ năm 3500 trước
Công nguyên. Quặng đồng được tìm thấy ở Syria có chứa niken đến 2%.
Ngoài ra có nhiều văn bản cổ của Trung Quốc nói rằng loại "đồng trắng" này
đã được sử dụng ở phương Đông từ những năm 1700 đến 1400 trước Công
nguyên. Tuy nhiên, vì quặng niken dễ bị nhầm lẫn với quặng bạc nên bất kỳ
4
những hiểu biết về kim loại này hay thời gian sử dụng chúng cũng có thể chưa
được chính xác.
Năm 1751, Baron Axel Frederik Cronstedt cố gắng tách đồng từ
kupfernickel (hiện nay gọi là niccolit), nhưng thu được một kim loại trắng mà
nhờ đó ông đã tìm ra Niken. Tiền xu đầu tiên bằng niken nguyên chất được

làm vào năm 1881.
1.1.2. Vài nét chung và ứng dụng của Niken
Niken là một kim loại màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken nằm
trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học của kim loại này: cứng, dễ dát mỏng và dễ
uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu
huỳnh trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với
asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken.
Niken có hai dạng thù hình: α - Ni lục phương bền ở dưới 250
0
C và β -
Ni lập phương tâm diện bền ở trên 250
0
C. Niken là một trong năm nguyên tố
sắt từ. Niken chủ yếu dùng trong sản xuất các hợp kim: hợp kim từ, hợp kim
chịu nhiệt, hợp kim có tính chất đặc biệt.
Hợp kim chịu nhiệt quan trọng của Ni là nimonic, inconen, kacten,.. có
hơn 60% là Ni, 15%-20% là crom, còn lại là các kim loại khác, chủ yếu sử
dụng trong tuabin và động cơ phản lực hiện đại mà nhiệt độ có thể lên tới
900
o
C.
Hợp kim từ quan trọng nhất của Ni là pecmaloi với 78.5% Ni, 21.5% Fe,
có độ thẩm từ rất cao nên có khả năng từ hoá mạnh ngay cả ở trong từ trường
yếu.
Hợp kim có tính chất đặc biệt là monen, nikenlin, contantan, inva,
platinit,v.v.. Monen chứa 30% Cu được dùng rộng rãi trong chế tạo thiết bị
nhờ ưu việt hơn Ni về tính cơ học trong khi độ bền ăn mòn lại không thua
5
kém Ni. Nikenlin và contantan cũng là hợp kim của Ni với Cu, có điện trở
cao, hầu như không thay đổi theo nhiệt độ, được sử dụng rộng rãi trong thiết

bị đo điện. Inva chứa 64% Fe, 36% Ni, thực tế không giãn nở khi đun nóng
đến 100
oC
, được dùng chủ yếu trong kỹ thuật điện, vô tuyến và chế tạo máy
hoá chất. Hợp kim Platinit của Fe và Ni có hệ số giãn nở giống thuỷ tinh nên
được dùng hàn đầu tiếp xúc giữa kim loại và thuỷ tinh.
Ngoài ra phụ gia Niken trong thép làm tăng độ dai và độ bền cho thép.
Ni còn được dùng làm pin sạc, pin niken kim loại hidrua (Ni-MH), pin Ni-Cd.
Đặc biệt Ni còn được dùng làm xúc tác cho quá trinh hiđro hóa (no hóa) trong
các phản ứng hữu cơ.
Bảng 1: Các hằng số vật lí đặc trưng của Niken
1 Bán kính nguyên tử (A
o
) 1,24
2 Năng lượng ion hoá E  E
+
(eV) 7,63
3 Năng lượng ion hoá E
+
 E
2+
(eV) 18,15
4 Năng lượng ion hoá E
2+
 E
3+
(eV) 35,16
5 Bán kính ion Ni
2+
(A

o
) 0,74
6 Khối lượng riêng (g/cm
3
) 8,9
7 Nhiệt độ nóng chẩy (
o
C) 1455
8 Nhiệt độ sôi (
o
C) 2730
Khoảng 65% lượng niken được tiêu thụ ở phương Tây được dùng để
sản xuất thép không gỉ. 12% được dùng làm "siêu hợp kim" và 23% còn lại
được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc
tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại.
1.1.3. Tính chất hoá học của Niken
Niken là kim loại trung bình, ở điều kiên thường, không có hơi ẩm
niken không tác dụng với những phi kim như O
2
, Cl
2
, Br
2
… nhưng khi đun
nóng thì phản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là đối với niken dạng bột nghiền.
2Ni + O
2
2NiO
Niken trong môi trường kiềm
6

Niken có độ bền cao trong môi trường kiềm bởi khả năng thụ động hoá
của nó. Ở điều kiện thường, ta không thể thấy được phản ứng của niken với
kiềm nhưng trên thực tế thì niken tác dụng ngay với OH
-
theo phản ứng:
Ni(OH)
2
+ 2e Ni + 2OH
-
E
o
= -0,69V
Màng Ni(OH)
2
tạo ra phủ trên bề mặt niken kim loại ngăn cản không
cho niken kim loại tiếp tục phản ứng với OH
-
nên chúng ta không thể quan sát
được phản ứng. Ta thường nói niken kim loại bị thụ động trong môi trường
kiềm.
Khi phân cực anốt niken trong môi trường kiềm với dòng áp vào đủ lớn
thì niken vượt qua trạng thái thụ động và Ni(OH)
2
chuyển thành NiOOH theo
phản ứng:
NiOOH + H
2
O + 1e Ni(OH)
2
+ OH

-
Màng NiOOH cũng có tác dụng bảo vệ nên ta cũng không thể quan sát
được phản ứng mà chỉ thấy được một lớp vàng nâu mỏng của NiOOH trên bề
mặt niken.
Một vài giá trị thế điện cực tiêu chuẩn của niken được liệt kê dưới đây:
Ni
2+
+ 2e Ni E
o
= -0,25V
NiS (α) + 2e Ni + S
2-
E
o
=-1,07V; E
o
(α)= -0,86V
Ni(OH)
2
+ 2e Ni + OH
-
E
o
= -0,69V
[Ni(NH
3
)
6
]
2+

+ 2e Ni + 6NH
3
E
o
= -0,48V
NiCO
3
+ 2e Ni + CO
3
2-
E
o
= -0,45V
1.2. Giới thiệu về Coban [5, 8, 10]
1.2.1. Tính chất chung của Coban
Coban là kim loại màu trắng xám, cứng, có nhiệt độ nóng chảy t
nc
=
1495
o
C, và nhiệt độ sôi t
s
= 2900
o
C. Cũng như sắt, coban là kim loại hoạt
7
động bình thường, thể hiện nhiều mức oxi hóa, trong đó mức oxi hóa đặc
trưng là Co
+2
và Co

+3
.
Hơn 3/4 lượng coban được sản xuất dùng để chế tạo thép và hợp kim
đặc biệt. Thép chứa coban có độ cứng và tính chịu mài mòn cao nên loại thép
này thường dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt khác nhau. Một số hợp kim
của coban còn được dùng trong công nghiệp quốc phòng và kỹ thuật tên lửa.
Bảng 2 : Một số hằng số vật lí của Coban
1 Bán kính nguyên tử (A
o
) 1,25
2 Bán kính ion Co
2+
(A
o
) 0,78
3 Bán kính ion Co
3+
(A
o
) 0,64
4 Khối lượng riêng (g/cm
3
) 8.9
5 Nhiệt độ nóng chảy (
oC
) 1495
6 Nhiệt độ sôi (
oC
) 2900
7 Độ dẫn điện (Hg=1) 10

8 Độ dẫn nhiệt (Hg=1) 8
9 Độ âm điện (theo Pauling) 1,7
10 Cấu hình electron [Ar]3d
7
4s
2
Coban là vật liệu sắt từ, nhiều hợp kim của coban cũng có tính sắt từ.
Hợp chất giữa các kim loại của coban và samari (SmCo
5
) và một số kim loại
đất hiếm khác được dùng làm vật liệu chế tạo nam châm vĩnh cửu mạnh.
1.2.2. Trạng thái tồn tại của Coban
Coban có hai dạng thù hình, ở điều kiện thường đến 417
o
C tồn tại ở
dạng α - Co, dạng α có mạng tinh thể lục phương ( a = 2,5063 A
o
, c= 4,0795
A
o
); còn ở khoảng 480
o
C tồn tại ở dạng β - Co, dạng β có mạng lập phương
tâm diện (a=3,5441 A
o
).
Hàm lượng coban trong vỏ trái đất tương đối ít. Khoáng vật quan trọng
của coban là quặng cobantin (CoAsS). Coban tồn tại lẫn với các kim loại khác
8
như Cu, Ni, Ag, Fe, Mn trong các quặng đa kim. Trong đá thiên thạch, hàm

lượng coban khoảng 0,01%, nhưng trong các thiên thạch coban chiếm 0,5%.
Coban nằm trong số những nguyên tố quan trọng với con người,
vitamin B
12
hay cobanamin là phức chất của coban có chứa 4,5% Co về khối
lượng, phức chất này được dùng đề chữa bệnh thiếu máu. Trong nước biển
coban chiếm một lượng rất nhỏ, khoảng 5.10
-8
% (5.10
-3
mg/l).
Coban có tám đồng vị từ
54
Co đến
61
Co nhưng chỉ có
59
Co là đồng vị
thiên nhiên 100%, số đồng vị còn lại đều là đồng vị phóng xạ trong đó bền
nhất là
60
Co, có chu kỳ bán hủy là 5,2 năm, kém bền nhất là
54
Co với chu kỳ
bán hủy là 0,18 giây.
1.3. Giới thiệu về Nhôm oxit [3, 5, 8, 10]
Nhôm oxit tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau như các dạng α-
Al
2
O

3
, β- Al
2
O
3
, γ- Al
2
O
3
, nhôm oxit có cấu trúc tinh thể khác nhau và phụ
thuộc vào điều kiện điều chế, trong đó dạng α -Al
2
O
3
là bền nhất.
α-Al
2
O
3
là chất rắn tinh thể hình mặt thoi (tức hình romboet thuộc hệ
lục phương). Có thể xem mạng tinh thể α-Al
2
O
3
là mạng tinh thể phân tử, tại
mắt mạng lưới là những phân tử Al
2
O
3
. Trong mạng tinh thể mỗi nguyên tử

Al được bao quanh bởi 6 nguyên tử O và mỗi nguyên tử O được bao quanh
bởi 4 nguyên tử Al. Trong mỗi tế bào nguyên tố được phân bố bởi một phân
tử Al
2
O
3
, khoảng cách giữa hai nguyên tử Al là 1,36 A
o
, còn khoảng cách giữa
nguyên tử Al và O là 1,99 A
o
.
α-Al
2
O
3
có khối lượng riêng D = 3,99 g/cm
3
. Trong thiên nhiên, α-
Al
2
O
3
thường ở dạng khoáng vật có tên là corundum chứa 90% oxit, thường
chứa tạp chất nên đều có mầu. Đá xaphia là corundom tinh khiết chứa Fe
2+
,
V
4+
; đá rutin (hồng ngọc) màu đỏ là corundum chứa vết Cr

3+
. Hiện nay các
loại hồng ngọc đó đã được điều chế nhân tạo bằng cách nấu chảy Al
2
O
3
rồi
9
cho thêm tạp chất thích hợp, sau đó cho kết tinh thành đơn tinh thể. Loại ngọc
được điều chế bằng cách nhân tạo này có tính chất tốt hơn ngọc thiên nhiên.
Loại corundum thiên nhiên có nhiệt độ nóng chảy cao (2050
o
C) và rất
cứng, nên được dùng làm đá mài. Ở dạng bột tán nhỏ gọi là bột nhám, dùng
đánh sạch bề mặt kim loại, làm chân kính đồng hồ, làm trục quay trong một
số máy chính xác.
Corundom rất trơ về mặt hóa học, không tan trong nước, trong axit và
trong kiềm. Khi nung đến 1000
o
C, α-Al
2
O
3
phản ứng mạnh với hidroxit,
cacbonat, hidrosunfat … của các kim loại kiềm nóng chảy.
Một số dạng thù hình khác của nhôm oxit có dạng tinh thể lập phương
là γ- Al
2
O
3

, dạng này không tồn tại trong thiên nhiên và tạo nên khi nung tinh
thể hidraglit Al(OH)
3
hoặc nung bemit, hoặc nung Al(OH)
3
vô định hình ở
khoảng 500
o
C. Khi nung đến 1000
o
C chuyển thành dạng α-Al
2
O
3
.
1.4. Lý thuyết về công nghệ mạ điện [2, 3, 4, 6, 7]
1.4.1.Sự hình thành lớp mạ điện
Mạ điện có thể hiểu đơn giản là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt
nền tạo thành một lớp phủ có các tính chất cơ lý hóa … đáp ứng yêu cầu kĩ
thuật (ví dụ phủ kim loại niken trên nền kim loại thép, phủ kẽm trên nền kim
loại thép hoặc phủ một lớp hợp kim đồng – kẽm trên nền thép… nhằm mục
đích trang trí làm đẹp các chi tiết cũng như tăng độ bền chống ăn mòn của chi
tiết, các thiết bị…). Lớp mạ Cu, Ni, Cr trên thép có thể làm đẹp các chi tiết
bằng thép (ví dụ mạ trên vành xe đạp, các chi tiết ôtô, các dụng cụ, hoặc mạ
kẽm các ốc vít, nan hoa xe đạp, xe máy, nhằm mục đích vừa làm đẹp vừa
chống lại sự ăn mòn).
10
Mạ điện thực chất là quá trình điện phân : trên anốt xảy ra quá trình hòa
tan kim loại để trở thành ion, các ion kim loại theo chiều của dòng điện dịch
chuyển đến catốt, phóng điện kết tủa trở thành kim loại bám lên điện cực.

Trong thực tế, quá trình kết tủa kim loại từ dung dịch nước thường
được tiến hành trong các dung dịch muối đơn hoặc phức và nói chung bao
gồm các giai đoạn sau :
[Me(H
2
O)
x
]
+z
dich dung
[Me(H
2
O)
x
]
+z
kep lop
[Me(H
2
O)
x
]
+z
dich dung
[Me(H
2
O)
x
]
+z

kep lop
[Me(H
2
O)
x
]
+z
kep lop
Me
z+
+ xH
2
O
Me
z+
+ ze Me
nguyên tử

Me
nguyên tử
Me
mầm tinh thể

Me
mầm tinh thể
Me
lưới tinh thể

Khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch, trên bề mặt các điện cực
diễn ra các quá trình sau :

Tại anốt (+) : Me – ne Me
n+
Tại catốt (-) : Me
n+
+ ne Me
Đồng thời, điện thế catốt (cực âm) trở nên âm hơn, điện thế anốt (cực
dương) trở nên dương hơn. Hiện tượng điện thế điện cực bị dịch chuyển khỏi
giá trị cân bằng như thế gọi là sự phân cực điện cực, gọi tắt là sự phân cực, và
được biểu diễn như sau :
η = φ
i
- φ
cb
trong đó φ
i
, φ
cb
là điện thế điện cực khi có dòng điện i đi qua mạch điện hóa
và khi cân bằng.
Ta có sự phân cực catốt nếu điện thế điện cực dịch chuyển về phía âm
hơn so với điện thế cân bằng và ta có phân cực anốt nếu điện thế điện cực
dịch chuyển về phía dương hơn so với điện thế cân bằng, khi có dòng điện
chạy trong mạch điện hóa.
11
Nếu sự phân cực điện cực luôn kèm theo phản ứng xảy ra trên bề mặt
điện cực thì độ phân cực đó được gọi là quá thế.
Quá thế 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 cho hiđrô thoát ra mạnh, làm giảm hiệu suất dòng điện và độ

bám chắc lớp mạ. Khi nghiêm trọng có thể gây ra bọt khí, tróc lớp
mạ…
1.4.2. Cơ chế tạo thành lớp mạ điện
1.4.2.1. Điều kiện xuất hiện tinh thể
Cũng như các quá trình kết tinh từ dung dịch quá bão hòa, từ chất nóng
chảy…, động học quá trình điện kết tủa kim loại cũng bị chi phối bởi hai yếu
tố tốc độ tạo mầm kết tinh và tốc độ phát triển mầm.
Trường hợp kết tinh từ dung dịch quá bão hòa thì yếu tố quyết định tốc
độ xuất hiện mầm tinh thể là độ quá bão hòa của dung dịch quyết định. Trong
trường hợp điện kết tủa kim loại trên catốt, yếu tố quyết định tốc độ xuất hiện
mầm tinh thể β là tỉ số giữa mật độ dòng catốt và mật độ dòng trao đổi i
o
:
β =
0
c
i
i
Nếu β lớn tốc độ tạo mầm lớn sẽ cho tinh thể nhỏ mịn, sít chặt. Ngược
lại, nếu β nhỏ tốc độ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể thô to, xốp.
Khi đó ta thấy vì mật độ dòng điện trao đổi i
o
phụ thuộc vào bản chất
kim loại nên ở cùng mật độ dòng i
c
thì kim loại nào có i
o
bé hơn cho lớp mạ
có tinh thể nhỏ mịn và ngược lại. Đối với cùng một kim loại i
o

= const, nếu
tăng mật độ dòng catốt trong một giới hạn nào đó ta cũng thu được tinh thể
nhỏ mịn.
12
1.4.2.2. Quá trình hình thành và tổ chức tinh thể
* Hình thành tinh thể:
Không phải mọi mầm tinh thể sinh ra đều được phát triển thành tinh
thể, chỉ những mầm có kích thước lớn đến một ngưỡng nào đó mới có khả
năng phát triển tiếp thành tinh thể. Để đạt hoặc vượt ngưỡng đó cần phải có
quá thế bổ sung, khi tinh thể lớn lên không cần quá thế bổ sung nữa vì bề mặt
ở trạng thái hoạt động.
Quá trình phát triển mầm tinh thể diễn ra như sau: Giả sử tinh thể có
dạng khối đơn giản như Hình 1:
Hình 1 : Lớp mạng tinh thể
Các cation kim loại phóng điện thành nguyên tử và tham gia vào mạng
lưới tinh thể tại những vị trí có lợi nhất về năng lượng. Đó chính là những
điểm tập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhất vì ở đó năng lượng bề mặt lớn
nhất. Trên hình vẽ ta thấy ion kim loại sẽ ưu tiên vào vị trí I nhất rồi đến vị trí
số II và cuối cùng là vị trí số III.
Tổ chức tinh thể: Lớp mạ do vô vàn các tinh thể hợp thành, kích thước
tinh thể và cách sắp xếp của chũng sẽ quyết định chất lượng lớp mạ.
Kích thước tinh thể: Ta biết để có tinh thể nhỏ mịn phải tạo được điều
kiện điện phân có phân cực catốt đủ lớn. Chất hoạt động bề mặt là một trong
13
những biện pháp thường dùng làm tăng phân cực catốt. Nếu nồng độ chất
hoạt động bề mặt thích hợp và mật độ dòng đủ lớn, kết tủa sẽ gồm các tinh thể
nhỏ mịn, chất lượng lớp mạ sẽ tốt.
Ví dụ trong mạ niken chất hoạt động bề mặt thường dùng là keo da,
axit boric …
Cách sắp xếp tinh thể: Nếu tinh thể sinh ra và sắp xếp bố trí hỗn độn

trong kết tủa thì lớp mạ thường có chất lượng thấp mặc dù kích thước tinh thể
khá nhỏ.
Bằng những điều kiện điện phân thích hợp hoàn toàn có thể làm cho
các tinh thể phải sắp xếp theo một hướng nhất định nào đó. Mức độ định
hướng có trật tự càng cao thì tổ chức tinh thể càng hoàn chỉnh và có ảnh
hưởng rõ rệt đến độ bóng, độ cứng, hoạt tính xúc tác, từ tính, độ giãn nở nhiệt
… của lớp mạ.
Thay đổi điều kiện điện phân, nhất là mật độ dòng phân cực catốt, chất
hoạt động bề mặt sẽ điều khiển được tổ chức tinh thể theo ý muốn. Tuy nhiên
sự điều khiển này là khá phức tạp.
1.4.2.3. Sơ đồ nguyên lý mạ điện
1. Bình điện phân
2. Dung dịch điện phân
3. Anốt (anốt trơ hoặc kim loại cần
mạ lên catốt)
4. Catốt (vật cần mạ)
5. Biến trở
6. Vôn kế
14
7. Ampe kế
8. Nguồn điện một chiều
Hình 2 : Sơ đồ nguyên lý mạ điện
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện cực
1.4.3.1. Điều kiện phóng điện đồng thời của các ion kim loại
Khi kết tủa hai kim loại M
1
và M
2
thành hợp kim M
1

– M
2
. Hợp kim
này có thể là dung dịch rắn, hợp chất hóa học, hỗn hợp cơ học …và thành
phần tỉ lệ của nó có thể thay đổi nếu điều kiện điện phân biến động. Như vậy
khi mạ điện hợp kim, các ion kim loại M
1
(hoặc M
2
) không phóng điện trên
nền kim loại M
1
(hoặc M
2
) mà là trên nền hợp kim M
1
– M
2
(luôn có khả năng
biến động về thành phần).
Do bản chất nền thay đổi và trạng thái bề mặt thay đổi khi mạ hợp kim
có thể làm thay đổi quá thế và tốc độ phóng điện tương đối của các cấu tử so
với khi mạ kim loại.
Điều kiện điện hóa cơ bản để hai hay nhiều ion kim loại cùng phóng
điện đồng thời trên catốt và tạo thành hợp kim là điện thế phóng điện E
p
của
chúng phải bằng nhau:
E
p1

= E
p2
hay E
cb1
- ∆E
1
= E
cb2
- ∆E
2
Và với E
cb
= E
o
+
RT
nF
ln a
Ta có:
0
1
E
+
RT
nF
ln a
1
- ∆E
1
=

0
2
E
+
RT
nF
ln a
2
- ∆E
2
(*)
Trong đó:
E
p
: Điện thế phóng điện (hay phân cực) E
cb
: Điện thế cân bằng
0
E
: Điện thế tiêu chuẩn
∆
E: Quá thế điện hóa
a: Hoạt độ của ion kim loại n: Số electron trao đổi
15
T: Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin (K) R: Hằng số khí(8,314kJ/mol.K)
F: Hằng số Faraday (96500 c)
Muốn điều chỉnh thế phóng điện E
p
của hai hay nhiều ion kim loại trở
lên bằng nhau phải thay đổi cả điện thế cân bằng E

cb
( điều kiện nhiệt động)
lẫn độ phân cực ∆E (điều kiện động học) của chúng. Cụ thể phải tìm các biện
pháp thay đổi một hay nhiều thông số cấu thành sao cho hai vế của phương
trình (*) bằng nhau.
1.4.3.2. Ảnh hưởng của chế độ mạ
- Ảnh hưởng của mật độ dòng
Độ dốc (∆J/∆E) của các đường cong phân cực riêng phần của các cấu
tử thường khác nhau nên khi tăng mật độ dòng điện (MĐDĐ) mạ (J
c
), thì tốc
độ phóng điện của từng cấu tử tăng không bằng nhau. Cấu tử nào ít phân cực
hơn,khi tăng MĐDĐ mạ sẽ phóng điện nhanh hơn và thành phần của nó trong
hợp kim tăng lên.
- Ảnh hưởng của khuấy trộn
Cấu tử nào nghèo hơn trong dung dịch mạ hợp kim (thường là cấu tử
dương hơn) thì khi kết tủa đồng thời kim loại dương hơn sẽ phóng điện với
tốc độ lớn hơn cho nên tốc độ phóng điện của nó thường bị khống chế bởi
khuếch tán, khuấy dung dịch để tăng khuếch tán thì thành phần của nó trong
hợp kim sẽ tăng lên.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thường làm tăng tốc độ phản ứng điện cực hay làm giảm phân
cực catôt. Nguyên nhân vì khi nhiệt độ tăng mức độ khuếch tán, khử hydrat,
khử hấp phụ… Nhưng mức độ tăng giảm không giống nhau đối với từng loại
ion, vì thế khi tăng nhiệt độ, ion nào có khả năng khử phân cực nhiều hơn thì
tốc độ phóng điện sẽ tăng nhanh hơn và thành phần của nó trong hợp kim sẽ
tăng lên.
16
1.4.3.3. Thành phần chất điện giải
Chất điện giải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phóng điện và đặc

biệt là chất lượng lớp mạ. Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung
dịch nước của muối đơn hay muối phức. Thành phần của nó còn có thêm chất
dẫn điện, phụ gia, tạo bóng…
1.4.3.4. Chất dẫn điện
Để tăng độ dẫn điện cho chất điện giải, người ta thường pha thêm vào
các chất dẫn điện. Các chất này không tham gia vào quá trình catốt mà chỉ
đóng vai trò chuyển điện tích trong dung dịch, làm giảm điện trở bể mạ, do đó
giảm nhiệt thoát ra, cho phép dùng dòng điện mạ cao hơn.
1.4.3.5. Chất đệm
Nhiều dung dịch mạ chỉ làm việc được trong một khoảng pH nhất định,
nên phải dùng chất đệm thích hợp để khống chế pH. Các chất đệm thường
dùng là axit yếu như boric, acetic, citric… hoặc các muối như amoni, acetate,
Al
2
(SO
4
)
3
… Mỗi chất đệm có tác dụng ổn định pH trong một khoảng nhất
định. Đệm tốt sẽ tránh được dung dịch bị đục do sinh ra hiđroxit khi pH lên
quá cao hoặc thoát nhiều khí H
2
ở catốt khi pH xuống quá thấp. Các hiđroxit
hoặc khí hiđro sinh ra lẫn vào lớp mạ, làm giảm chất lượng của nó.
1.5. Mạ Niken – Coban [2, 3, 4]
1.5.1. Mạ Niken
Mạ niken hoá học thường cho lớp mạ dày và đều ngay cả trên những
hình thù phức tạp. So với lớp mạ niken điện hoá, lớp mạ niken hóa học có độ
cứng, độ chịu mài mòn cao hơn, vì vậy nó thường được ứng dụng để mạ cho
những vật làm việc trong những điều kiện khắc liệt.

Niken là kim loại nhóm sắt ( Fe, Co, Ni), có từ tính. Về mặt điện hoá
chúng có chung đặc điểm sau:
17
+ Dòng điện trao đổi i
0
bé, nên theo phương trình β = J
c
/i
0
thì β sẽ
rất lớn nên tốc độ tạo mầm tinh thể sẽ rất nhanh do đó kích thước tinh
thể trong lớp mạ sẽ rất nhỏ mịn ( cỡ 10
-3
– 10
-6
cm ).
+ Phân cực catot rất lớn ngay cả khi kết tủa từ dung dịch muối đơn,
nên lớp mạ có cấu trúc tinh thể rất nhỏ mịn. Nguyên nhân gây phân cực
catot lớn là do năng lượng hyđrat hoá của ion Ni
2+
rất lớn ( nên phóng
điện chậm) và do quá thế kết tinh không lớn.
+ Quá thế thoát hyđro trên kim loại Ni bé nên hyđro dễ thoát ra.
Do các đặc điểm trên, mạ niken từ dung dịch đơn đã cho lớp mạ khá
nhỏ mịn, Vì thế không mấy khi phải dùng tới dung dịch mạ phức. Do hai đặc
điểm cuối mà quá trình mạ niken rất nhạy với nồng độ H
+
và nhiệt độ của
dung dịch.
Các dung dịch mạ Ni thường là: sunfat, sunfat-clorua, clorua, sunfamat,

floborat trong đó dung dịch sunfat dùng phổ biến nhất.
Mạ Niken từ dung dịch sunfat:
Dung dịch cơ bản để mạ Ni gồm có Niken sunfat, một ít Niken clorua
và chất đệm. Dung dịch nổi tiếng do Watts đề nghị và được dùng rộng rãi là:
NiSO
4
.7H
2
O 250 g/l
NiCl
2
.6H
2
O 10 g/l
H
3
BO
3
30 g/l
Niken sunfat là cấu tử chính, là nguồn cung cấp Ni
2+
cho phản ứng
catốt. Nó có độ hoà tan lớn (579g/l) ở 25
o
C, ổn định, anion không bị khử trên
catốt, hoặc oxi hoá trên anốt, không bay hơi, không chảy nước, tương đối rẻ,
ít ăn mòn thiết bị. Nồng độ của nó trong dung dịch mạ cho phép dao động khá
rộng vẫn thu được lớp mạ tốt như nhau. Nhưng vì J
gh
catốt tỉ lệ thuận với hoạt

độ ion phóng điện trong lớp sát catốt nên khi cần mạ nhanh, dùng mật độ
dòng J
c
lớn thì nồng độ Ni
2+
tự do (tức hoạt động) trong dung dịch phải lớn.
18
Muốn vậy phải dùng nồng độ Niken sunfat lớn. Nồng độ cao còn tăng độ dẫn
điện của dung dịch, giảm được điện thế của bể, góp phần cải thiện khả năng
phân bố cho dung dịch. Trong trường hợp mạ Niken, phân cực catốt không
giảm đi bao nhiêu khi tăng nồng độ, vì kim loại nhóm sắt vốn có quá thế hoá
học rất lớn, chiếm phần chủ yếu trong phân cực anốt. Nhưng dùng nồng độ
Ni
2+
bé quá, lớp mạ dễ bị cháy ngay từ khi J
c
còn chưa cao lắm.
Ion clorua: Chức năng chính của ion Cl
-
là làm giảm phân cực anốt,
giúp anốt dễ tan hơn, tránh thụ động anốt. Nó còn làm tăng độ dẫn điện của
dung dịch, tăng hiệu suất dòng điện catốt (∆J
c
/∆φ
c
, do đó đã làm tăng khả
năng phân bố lên. Hiện tượng này đặc biệt rõ khi trong dung dịch clorua
(không có mặt ion sunfat), ion clorua cũng làm tăng hệ số khuyêch tán của ion
Ni
2+

, nên J
gh
được tăng lên. Ion clorua đưa vào bể dưới dạng NiCl
2
, hoặc
NaCl. Dùng muối ăn rẻ và sẵn hơn NiCl
2
mà

vẫn thoả mãn hầu hết các yêu cầu
nói trên. Tuy nhiên cũng có ý kiến cho rằng ion Na
+
có tác hại đến các phụ gia
hữu cơ trong dung dịch. Thực ra ý kiến này chưa thực sự xác đáng lắm, vì rất
nhiều hợp chất hữu cơ được dùng làm phụ gia cũng có chứa natri trong phân
tử của chúng.
Axit boric: Ta biết rằng điện thế tiêu chuẩn của Niken E
o
= -0.25V, của
hydro E
o
= 0.00V, nên về mặt nhiệt động học hydro sẽ ưu tiên phóng điện trên
catốt hơn Niken, nếu hoạt độ của chúng đều bằng 1. Thế nhưng hiệu suất
dòng điện mạ Ni từ dung dịch Watts thường vẫn đạt khoảng 95%, đó là vì
dung dịch này đã dùng hoạt độ của Ni
2+
(~1 ion-g/l) lớn hơn hoạt độ của H
+
( 10
-3

-10
-6
ion –g/l) rất nhiều nên điện thế thuận nghịch của hydro trở nên âm
hơn (từ -0.18V đến -0.36V), lượng khuếch tán của ion H
+
vào catốt sẽ bé hơn,
làm cho hydro trở nên khó phóng điện hơn. Nhưng vì quá thế của hydro trên
Niken bé nên vẫn tiềm ẩn khả năng phóng điện của hydro mỗi khi có điều
kiện thuận lợi như khi dùng J
c
lớn, pH thấp cho nên một trong những yếu tố
19
quan trọng trong mạ Niken là độ pH: pH thấp quá hydro sẽ thoát ra dễ dàng,
làm giảm hiệu suất dòng điện, gân rỗ, châm kim cho lớp mạ, thấm vào kim
loại gây dòn hydro, lớp mạ trở nên cứng và dễ bong, pH lớn quá dễ sinh keo
Niken hidroxit (nhất là taị lớp dung dịch sắt catốt) lẫn vào lớp mạ sinh gai,
sùi, tăng ứng suất nội…cũng làm hỏng hớp mạ. Cho nên không được phép để
pH >6 (vì Niken hidroxit sinh ra tại pH=6.3). Dùng chất đệm axit boric
H
3
BO
3
sẽ cho phép giữ được pH ổn định trong khoảng 4 - 4,5 tại lớp dung
dịch sát catốt nên tránh được các hiện tượng hư hỏng do không giữ đúng pH
gây ra. Vì vậy khi có H
3
BO
3
lớp mạ sẽ không vị rỗ, thủng , cứng mà trở nên
dẻo, nhẵn và trắng hơn.

Có thể dùng các chất đệm khác như axetat, format … nhưng dung dịch Watts
cho H
3
BO
3
vì ngoài những ưu điển trên nó cũng là một hoá chất ổn định,
không bay hơi, không chảy nước, dễ làm tinh khiết và tương đối rẻ …
Chất chống rỗ: Tuy hiệu suất dòng điện mà Ni khá cao ( ~95%), nhưng
hydro vẫn còn cơ hội được giải phóng (~5%), Khi các bọt hydro hình thành
và bám lên catốt trong thời gian mạ sẽ cản trở quá trình kết tủa tại đó, làm cho
lớp mạ bị thủng và rỗ. Muốn chống rỗ cho lớp mạ cần đưa vào dung dịch chất
thấm ướt loại anion, không ảnh hưởng gì đến độ dẻo và ứng suất nội của lớp
mạ, ví dụ như natri laurylsunfat …
Để chống rỗ cho lớp mạ Ni mờ thường dùng H
2
O
2
vì nó có tác dụng
tăng phân cực catốt nên bọt hydro dễ bong ra, đồng thời nó còn oxi hoá các
tạp chất hữu cơ trong dung dịch, cho nên nếu dùng đúng quy cách sẽ được lớp
mạ Ni mờ rất dẻo. Hằng ngày bổ sung 0,5 ml H
2
O
2
30% cho mỗi lít dung dịch
mạ là tốt nhất. Nếu dùng dư nhiều H
2
O
2
lớp mạ dễ bị dòn, ứng suất nội tăng

vọt, mật độ dòng điện giới hạn giảm, mạ dễ bị cháy. Cần đặc biệt chú ý không
để dầu mỡ tạp chất hữu cơ lẫn vào dung dịch mạ quá nhiều vì chúng có thể
làm mất tác dụng của H
2
O
2
hoặc chất thẩm ướt.
20
Chế độ mạ: Mật độ dòng điện, nhiệt độ, pH, cường độ khuấy hoặc sự
chuyển động tương đối giữa dung dịch và catốt cũng đều ảnh hưởng mạnh
đến lớp dung dịch sát catốt và do đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ.
Những yếu tố này quan hệ qua lại mật thiết với nhau và với thành phần dung
dịch: nếu chỉ thay đổi đơn độc môt yêu tố mà giữ nguyên các yêu tố khác thì
sẽ không đem lại kết quả mong muốn.
Mật độ dòng điện còn ảnh hưởng đến hiệu suất dòng điện và do đó sẽ
ảnh hưởng đến khả năng phân bố của dung dịch. Nhưng ở những dung dịch
có pH lớn do mật độ dòng điện không ảnh hưởng gì lắm đến hiệu suất dòng
điện nên phân bố kim loại gần giống như phân bố dòng điện.
Nhiệt độ dung dịch tăng sẽ làm giảm quá thế hydro, nhưng quá thế Ni
còn giảm nhiều hơn nên hiệu suất dòng điện vẫn tăng, nhất là dung dịch có
pH bé. Ở nhiệt độ cao, tốc độ khuếch tán lớn, hạn chế sự kiềm hóa trong lớp
dung dịch sát catốt, tạo điều kiện cho phép dùng J
c
cao hơn, đồng thời anốt
khó thụ động hơn. Hiệu suất dòng điện anốt cao hơn. Tuy nhiên ở nhiệt độ
cao, do phân cực catốt giảm nên chất lượng mạ giảm nếu không đồng thời áp
dụng các điều kiện khác để cho độ phân cực vẫn giữ nguyên giá trị cũ.
Khuấy dung dịch hoặc cho catốt chuyển động là để đảm bảo khuếch tán
kịp thời ion Ni
2+

và lớp sát catốt, tránh hiện tượng kiềm hóa xẩy ra ở đấy, tạo
khả năng dùng J
c
lớn hơn. Khuấy cũng là để đảm bảo cung cấp đều đặn các
phụ gia vi lượng vào sát catốt một cách thường xuyên nên hiệu quả của chúng
tăng lên rõ rệt hơn.
Hạ thấp pH: ngoài những ảnh hưởng đã xét còn có tác dụng mở rộng
phạm vi làm việc của J
c
cho lớp mạ nhẵn, mịn. Các bể mạ Ni lót có thể dùng
pH từ 1,5 đến 2 để mạ lớp Ni dày 2-3 micromet nhẵn, sáng và bám chắc trên
nền thép; còn bể mạ Ni trang sức khác cũng chỉ nên giữ pH<4,5.
21
Hình 3: Sơ đồ bể điện phân
1,7. Anốt Ni 2. Catốt đồng 3.Nguồn một chiều.
4. Von kế 5. Biến trở 6. Ampe kế
Phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân :
Điện phân dung dịch NiSO
4
với anốt tan Niken
E
o
(Ni
2+/
Ni)= -0,25V ( >-0,41V) nhưng kém hơn thế oxi hóa của nước nhiều:
2H
2
O – 4e 4H
+
+ O

2
E
0
= 1,228V
nên ở catốt xuất hiện kết tủa Niken, còn ở anốt điện cực Niken sẽ hòa tan.
NiSO
4

Catốt Ni
2+
+ SO
4
2-
Anốt
Ni
2+
+ 2e Ni Ni - 2e Ni
2+
1.5.2. Mạ Coban
Coban có tính chất tương tự như 2 nguyên tố Sắt (Fe) và Niken (Ni), Coban
được sử dụng nhiều làm thành phần trong các hợp kim của thép và các hợp kim
chống ăn mòn. Kết tủa điện coban được khám phá lần đầu tiên vào năm 1842 bởi
22
Bottger. Độ bền chống ăn mòn của lớp mạ coban phụ thuộc vào tỉ lệ của hai dạng
thù hình α và β có mặt trong lớp mạ. Tùy thuộc vào điều kiện điện phân mà có thể
thu được dạng nào chiếm ưu thế hơn trong lớp mạ. Mặc dù lớp mạ coban cứng và
chống ăn mòn tốt hơn lớp mạ niken trong một số môi trường nhưng người ta ít
dùng vì giá thành lớp mạ coban tương đối đắt.
Coban dễ dàng tạo hợp kim với niken và wonfram bằng phương pháp điện
phân. Các lớp mạ Ni-Co và W-Co thu được có nhiều tính chất quý giá, được ứng

dụng phổ biến trong thực tế đời sống cũng như trong khoa học kĩ thuật.
Trong dung dịch muối đơn Ni và Co có thế điện cực tương đối gần nhau,
nên hai kim loại này dễ dàng kết tủa đồng thời tạo thành hợp kim Ni-Co.
Coban cũng tạo hợp kim dễ dàng với wonfram bằng con đường điện phân.
Lớp mạ W-Co có độ cứng cao và chịu nhiệt tốt, bền trong nhiều môi trường. Hợp
kim W-Co được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật quân sự.
Mạ Coban từ dung dịch sunfat:
CoSO
4
.7H
2
O 300 g/l
NaCl 17 g/l
H
3
BO
3
45 g/l
Lớp mạ thu được dẻo, bám tốt. Thép bền axit có thể làm anot trong quá
trình mạ coban, không dùng kim loại coban làm anot vì nó dễ thụ động trong dung
dịch mạ. Trong thực tế có thể sử dụng dung dịch floborat để mạ coban với thành
phần tương tự như thành phần dung dịch floborat dùng mạ niken. Pha chế và điều
chỉnh dung dịch mạ coban tương tự như dung dịch mạ niken.
1.6. Mạ composite [2, 3]
Mạ composite (hay còn gọi là mạ phức hợp) là công nghệ mạ khi cho
các hạt rắn kích thước nhỏ, không hoà tan trong nước vào dung dịch điện
phân làm cho nó kết tủa trên bề mặt kim loại nền cùng với kim loại mạ, kết
23
quả thu được lớp mạ kim loại có lẫn các hạt rắn giống như vật liệu composite.
Kích thước các hạt độn rắn này thường dao động trong khoảng 0,01 - 50 µm,

hàm lượng khoảng từ 1 đến 50% thể tích. Bản chất của kim loại nền và các
hạt phân tán, mối quan hệ số lượng có thể làm thay đổi trong phạm vi rộng,
thậm chí còn ấn định cả tính chất đa dạng của lớp phủ. Có thể sử dụng các bột
của các nguyên tố riêng biệt làm pha phân tán (thí dụ như chất B, C, Si),
nhưng thường dùng các hợp chất hoá học trên cơ sở vô cơ hoặc hữu cơ - các
hợp chất khó cháy, độ cứng cao, bền hóa chất... Các hạt phân tán mịn tham
gia vào thành phần bể mạ nhất thiết phải luôn duy trì ở trạng thái huyền phù
(có nghĩa là bể mạ luôn ở thể huyền phù). Tùy theo tính chất và số lượng pha
phân tán, lớp mạ composite có thể có những tính chất cao về độ cứng, độ chịu
mài mòn, chịu nhiệt, bền ăn mòn ở nhiệt độ cao, tính chống ma sát và các đặc
tính sử dụng cần thiết khác. Trong quá trình hình thành lớp mạ composite một
số tính chất được nâng cao như độ cứng, chịu mài mòn, độ bền kéo, bền nén,
độ bền mòn, chịu nhiệt, chịu tải, chịu ma sát,v.v... Tính chất lớp mạ
composite phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố. Nói chung, tính chất của lớp
mạ composite phụ thuộc vào mối quan hệ của các thành phần (nền và thành
phần phân tán), phụ thuộc vào thành phần điện dịch (nồng độ các chất điện li,
hàm lượng hạt độn, kích thước hạt độn, pH...), vào giai đoạn xử lí bề mặt
trước khi mạ, vào điều kiện điện kết tủa kim loại (mật độ dòng điện, dạng
dòng điện, nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn, thời gian mạ...) và phụ thuộc cả vào
quá trình gia công tiếp theo - xử lý nhiệt, hợp kim hoá khuyếch tán, chiếu
laze... Thành phần nền của lớp mạ là yếu tố cơ bản quyết định tính chất lớp
mạ và cả công nghệ mạ cụ thể. Tùy theo yêu cầu về lớp mạ khác nhau mà
chọn thành phần nền thích hợp.
24
Mạ Niken Coban composite được thực hiện trên cơ sở mạ Niken -
Coban với các hạt rắn được cho vào trong dung dịch mạ. Quá trình mạ sử
dụng máy khuấy từ để tạo huyền phù.
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các phương pháp nghiên cứu
2.1.1. Phương pháp dòng- thế tuần hoàn [4, 7]

Phương pháp dòng - thế tuần hoàn (cyclic voltammetry – CV) còn gọi là
phương pháp đo phân cực vòng hay phương pháp vol-ampe vòng quét xung
tam giác, được sử dụng để nghiên cứu tính chất điện hoá cũng như động học
và cơ chế phản ứng của chất nghiên cứu trên các điện cực khác nhau. Phương
pháp này cho phép áp đặt lên điện cực nghiên cứu điện thế có dạng xác định
được quét theo hướng anot hay catôt để quan sát dòng tương ứng. Trong
phương pháp đo này, bề mặt điện cực nghiên cứu phải được phục hồi trước
mỗi thí nghiệm, dung dịch không có khuấy trộn, sự chuyển khối được thực
hiện bằng khuyếch tán đặc biệt. Phạm vi điện áp phụ thuộc vào việc lựa chọn
dung môi , chất điện ly nền và bản chất điện cực.
Dạng của đường phân cực vòng:
i(mA/cm
2
)




25
E
a
E
c
i
c
i
a
V
Hình 4: Dạng đường phân cực vòng