Kỹ thuật mạ vàng mạ điện

Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
KỸ THUẬT MẠ VÀNG
1. Mạ vàng dung dịch xyanua
1.1. Đặc điểm công nghệ
Trong dung dịch mạ vàng xyanua vàng tồn tại dưới dạng Au(CN)
2
−
, dung dịch
còn có lượng nhất định xyanua tự do; dung dịch có phân cực catốt lớn, khả năng phân
bố tốt. Hiệu suất dòng điện cao (gần 100%), tạp chất kim loại khó kết tủa cùng, do đó
lớp mạ có độ tinh khiết cao.
Lớp mạ có độ cứng thấp, lỗ xốp nhiều. Khi cho vào dung dịch ion kim loại như
niken, coban…có thể nâng cao độ mài mòn lớp mạ. Cho một ít kim loại khác (như
đồng xyanua, bạc xyanua) lớp mạ có màu đỏ, màu vàng kim loại nhạt hoặc màu xanh,
thỏa mãn yêu cầu trang sức đặc biệt. Dung dịch này dùng để mạ trang sức
1.2. Chế độ công nghệ
Pha chế 1 − 2: mạ vàng thường. Pha chế 3 không dùng mạ in vì ăn mòn hợp kim
đồng. Pha chế 4: mạ vàng cứng. Pha chế 5 mạ vàng bóng, có màu hơi xanh. Pha chế 6
mạ vàng dày.
Bảng 1.11. Chế độ công nghệ mạ vàng xyanua
Pha chế 1 2 3 4 5 6
Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)
Au (ở dạng KAu(CN)
2
) 4-5 3-5 4-12 4 12 25 - 35
KCN (tổng) 15 - 20 15 - 25 30 90
KCN (tự do) 3-6 16 8-10
NaOH 1
K
2
O

3
15 30 10 100
K
3
(Co(CN)
6
) 12
K
2
HP
4
30
KAg(CN)
2
0.3
K
2
Ni(CN)
4
15
Na
2
SO
3
.5H
2
O 20
Nhiệt độ (
0
C) Thường 60 - 70 50 - 65 70 21 50 - 60

pH 8-9 12
Mật độ dòng điện: A/dm
2
0.05 - 0.1 0.2 - 0.3 0.1- 0.5 0.2 0.5 2 - 4
Anốt Au, Pt Au Au Au Au Au
1.3. Duy trì công nghệ
Mạ vàng xyanua dùng mật độ dòng điện catôt thấp. Khi lớp mạ có màu đỏ mờ,
nên giảm mật độ dòng điện hoặc nâng cao nhiệt độ để tránh tạp chất kim loại kết tủa.
HV: Lê Thị Vân Kiều - 1 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
Dung dịch mạ đồng xyanua ít nhạy với tạp chất kim loại, nhưng phải tránh tạp
chất đồng, bạc, nhôm…rơi vào dung dịch, để tránh tạp chất có hàm lượng cao, ảnh
hưởng đến cấu tạo, bề mặt lớp mạ, làm giảm tính hàn và độ dẫn điện lớp mạ. Dung
dịch có Cl
-
làm giảm độ bám chắc lớp mạ.
Anôt là vàng tinh khiết 99.99%, nhưng dung dịch không có Na
+
, nồng độ vàng có
xu hướng tăng cao. Cho nên phải thay thế một bộ phận anôt vàng thành anôt không
hòa tan. Bạch kim là anôt không tan tốt nhất, cũng có thể sử dụng thép không gỉ.
Khi dung dịch có Na
+
, dẫn đến thụ động anôt, dung dịch có màu nâu. Vì vậy
dung dịch mạ vàng xyanua chỉ sử dụng KCN mà không dùng NaCN.
Cho vào dung dịch mạ lượng thích hợp chất xyanua côban, có thể nâng cao độ
cứng 80%, nâng cao gấp đôi độ mài mòn.
2. Mạ vàng dung dịch trung tính và axit
2.1. Đặc điểm công nghệ
Dung dịch mạ vàng axit và trung tính bao gồm KAu(CN)

2
, axit hữu cơ yếu (như
H
3
C
6
H
5
O
7
) muối phốt phát, chất làm bóng. Cho thêm lượng rất nhỏ côban, niken và
đồng có thể tăng độ cứng lớp mạ, nâng cao độ mài mòn. Mạ vàng trung tính hiệu suất
dòng điện 80-90%, độ tinh khiết lớp mạ cao, dùng để mạ những chi tiết bán dẫn. Mạ
vàng axit do có chất axit hữu cơ yếu (như H
3
C
6
H
5
O
7
), khi pH= 3, KAu(CN)
2
vẫn rất ổn
định, dung dịch mạ có thể dùng nồng độ ion vàng rất thấp. So với dung dịch kiềm,
hiệu suất dòng điện dung dịch trung tính thấp, nhưng có thể khắc phục dùng cường độ
dòng điện cao, cải thiện tốc độ kết tủa.
2.2. Chế độ công nghệ
HV: Lê Thị Vân Kiều - 2 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức

Bảng 2.1. Chế độ công nghệ mạ vàng axit và trung tính
Pha chế 1 2 3 4
Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)
Au (ở dạng KAu(CN)
2
) 10 30 6-8 1-2
H
3
C
6
H
5
O
7
18-20 0.8-2.5
K
3
C
6
H
5
O
7
28-30
(NH
4
)C
6
H
5

O
7
100
KSbOC
4
H
4
O
6
1
/
2
H
2
O 0.05-0.3
KCNS 70
K
2
Ni(CN)
4
2-4
K
2
HPO
4
25-30
Chất làm bóng B ml/l 600
Độ Bome 12
pH 5.2-5.8 5.2-6 6.5-7.5 3.5-5
Nhiệt độ (

0
C) 30-40 60-65 40-60
Mật độ dòng điện (A/dm
2
) 0.2-0.5 0.3-0.5 0.2-0.4 0.5-1.2
Anôt Au Bạch kim, grafit,
thép không gỉ
Thép
không gỉ
Thép không
gỉ 316S
2.3. Duy trì công nghệ
Anôt thường dùng là anôt không hòa tan, như bạch kim, lưới mạ bạch kim, titan,
nếu dùng thép không gỉ cần phải điện phân hoặc đánh bóng cơ khí, nếu không sẽ gây
ăn mòn làm bẩn dung dịch. Thông thường dùng thép không gỉ.
Anôt là điện cực không hòa tan, nên định kỳ bổ sung vàng.
Khống chế tốt giá trị pH của dung dịch để được lớp mạ vàng có độ bóng tốt. Giá
trị pH dung dịch mạ vàng muối citric ảnh hưởng đến độ bóng lớp mạ xem bảng 2.2
Bảng 2.22. Giá trị pH của dung dịch mạ vàng muối citric sảnh hưởng đến độ bóng lớp
mạ
Giá trị pH > 6 < 3.5 3.5 - 4.5 4.5 - 5.8
Màu sắc lớp mạ Không bóng Không bóng Bóng có màu đỏ Bóng, màu vàng
kim
Nâng cao nhiệt độ và mật độ dòng điện có thể nâng cao hiệu suất dòng điện,
nhưng chú ý không để mật độ dòng điện cao quá, nếu không lớp mạ có màu đỏ, kết
tinh thô. Ngược lại, nhiệt độ thấp, mật độ dòng điện nhỏ, màu sắc lớp mạ nhạt, thậm
chí có màu đồng kẽm.
HV: Lê Thị Vân Kiều - 3 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
3. Mạ vàng dung dịch muối sunfit

3.1. Đặc điểm công nghệ
Trong dung dịch mạ vàng dung dịch muối sunfit, vàng ở dạng KAu(SO
3
)
2
, chất
tạo phức là (NH
4
)
2
SO
3
. Công nghệ mạ vàng muối sunfit là công nghệ mạ vàng không
độc có giá trị thực tiễn và tương lai phát triển tốt. Khả năng phân bố của dung dịch rất
tốt, hiệu suất kết tủa nhanh, lỗ xốp nhỏ. Lớp mạ bám chắc với kim loại niken, đồng,
bạc…Cho vào dung dịch CoSO
4
, EDTA, có thể thu được lớp mạ vàng cứng, nhưng
anôt không hòa tan nên thường xuyên bổ sung vàng.
3.2. Chế độ công nghệ
Bảng 3.13. Chế độ công nghệ mạ vàng muối sunfat
Pha chế 1 2 3 4
Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)
(NH
4
)
2
SO
3
150-50

Au 5-25 25-35 (ở dạng
AuCl
3
)
10-15 8-15 (ở dạng
HAuCl
4
)
Na
2
SO
3
.7H
2
O 120-150 140-180 150-180
K
3
C
6
H
5
O
7
80-120 80-100
(NH
4
)
3
C
6

H
5
O
7
70-90
EDTA 50-70 40 5-Feb
CoSO
4
.7H
2
O 0.5-1 0.5-1 0.5-1
KCl 60-100
K
2
HPO
4
20-35
CuSO
4
.5H
2
O 0.1-0.2
pH 8.5-9.5 6.5-7.5 8-10 9.0-9.5
Nhiệt độ (
0
C) 45-65 Thường 40-60 45-50
Khuấy Di động
catôt
Khuấy không khí Di động catôt
Mật độ dòng điện

(A/dm
2
)
0.1-0.8 0.2-0.3 0.3-0.5 0.1-0.4
Anôt Au Au Au Au
3.3. Duy trì công nghệ
Khống chế pH>8. Đây nhân tố cơ bản bảo đảm ổn định dung dịch mạ. Khi pH
<6.5 dung dịch mạ đục, lúc này cần điều chỉnh bằng dung dịch NH
4
OH hoặc NaOH.
Khi pH > 10, lớp mạ có màu nâu đen, phải điều chỉnh bằng axit citric.
KC
6
H
5
O
7
là chất tạo phức phụ trợ, đồng thời là chất làm điệm, làm cho pH ổn
định, nâng cao độ bám chắc giữa lớp nền niken với vàng.
Anôt dùng là vàng, bạch kim hoặc lưới bạch kim titan, không dùng thép không
gỉ, bởi vì ion clo có thể làm cho crôm thành Cr
+6
, làm bẩn dung dịch, dung dịch có
màu vàng da cam. Diện tích anôt: diện tích anôt = 1:3 nếu không axit thụ động hóa,
dung dịch không ổn định.
HV: Lê Thị Vân Kiều - 4 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
Anôt không hòa tan, vì vậy hàm lượng vàng trong dung dịch không ngừng tiêu
hao, cần bổ sung thường xuyên hàm lượng vàng.
Để tránh bạc, đồng, niken… tác dụng với nitơ trong dung dịch tạo nên ion phức

làm bẩn dung dịch, khi mạ cần có điện vào bể mạ, thanh đồng và móc treo có giá treo
phải mạ lớp vàng, nếu không ảnh hưởng đến độ tinh khiết và độ cứng lớp mạ. Khi mạ
quay phải dùng dòng điện xung gấp 3-5 lần dòng điện bình thường. Tốc độ quay của
thùng là 20 vòng/phút.
Di động catôt hoặc khuấy bằng không khí nén để phòng pH hạ xuống cục bộ, làm
cho dung dịch không ổn định.
Muối sunfit quá nhiệt phân hủy thành S
2-
tác dụng với Au
+
tạo thành Au
2
S màu
đen, phản ứng của chúng như sau:
Gia nhiệt bể mạ gián tiếp để tránh quá nhiệt cục bộ, dung dịch vẫn đục.
Định kỳ phân tích hàm lượng vàng và SO
3
2
bổ sung kịp thời để làm ổn định dung
dịch.
Dung dịch mạ để lâu mất tác dụng, có thể cho HCl với lượng thích hợp, điều
chỉnh pH = 3-4 có kết tủa bột màu vàng. Lọc và rửa bằng nước cất sau đó sấy khô. Bột
vàng thu hồi có thể điều chế thành Au(NH
3
)
3
(OH)
3
để tiếp tục sử dụng.
4. Một số dung dịch mạ vàng và hợp kim vàng theo Alred M.Weisberg.

4.1. Các dung dịch mạ vàng theo phương pháp cổ điển
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
6g/l
NaOH 15g/l
Na
2
CO
3
30g/l
NaCN 4g/l
Nhiệt độ 160-180
0
F
Khuấy trộn Không
Mật độ dòng I
K
30 − 40A/ft
2
HV: Lê Thị Vân Kiều - 5 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
2g/l
Bạc dưới dạng KAg(CN)
2
0.3g/l
(NH
4
)

2
CO
3
38g/l
NaCN 15g/l
Nhiệt độ 70 − 90
0
F
Khuấy trộn Không
Mật độ dòng I
K
10A/ft
2
Trong 2 dung dịch trên pH trong khoảng10 − 11.
4.2. Dung dịch mạ vàng trang trí dùng trong bể mạ quay
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
0.4g/l
Xyanua tự do dưới dạng NaCN 30g/l
Na
2
HPO
4
23g/l
Nhiệt độ 100 − 120
0
F
Anôt Thép không gỉ
4.3. Dung dịch axit mạ vàng dày 22K
Vàng dưới dạng KAu(CN)

2
4 – 8 g/l
Muối dẫn điện tốt 120g/l
Niken (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 0.2g/l
Co (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 1g/l
pH 4.0 – 4.5
Nhiệt độ 90 − 1000F
Mật độ dòng catôt I
K
10 – 20A/ft
2
Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ.
4.4. Dung dịch axit mạ vàng dày 24K
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
4-8g/l
Muối dẫn điện tốt 120g/l
Co (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 0.5g/l
pH 4.4 – 4.8
Nhiệt độ 80 − 90
0
F
Mật độ dòng I
K
10 – 20A/ft
2
Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ.
4.5. Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 1N
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2

4 – 8g/l
Muối dẫn điện tốt 120g/l
Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 7 – 10g/l
pH 4.0 – 4.2
Nhiệt độ 120 − 140
0
F
HV: Lê Thị Vân Kiều - 6 -
Gia công bề mặt
Rửa nước
Tẩy dầu siêu âm
Rửa nước
Tẩy dầu điện hóa
Rửa nưởc
Lau khô
Mạ đồng
Sản
phẩm
Mạ vàng
Phôi sắt
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
Mật độ dòng I
K
10 – 20A/ft
2
Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ.
4.6. Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 2N
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
4 – 8g/l

Muối dẫn điện tốt 120g/l
Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 4 – 6g/l
pH 4.0 – 4.2
Nhiệt độ 100 − 120
0
F
Mật độ dòng I
K
10 – 20A/ft
2
Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ.
4.7. Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 3N
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2
4 – 8g/l
Muối dẫn điện tốt 120g/l
Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 1 – 3g/l
pH 4.0 – 4.2
Nhiệt độ 90 − 100
0
F
Mật độ dòng I
K
10 – 20A/ft
2
Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ.
Bảng 4.1. Các dung dịch mạ vàng kiềm - xyanua
Thành phần Mạ mờ Mạ bóng
Vàng dưới dạng KAu(CN)
2

(g/l) 8-20 8-20
Bạc dưới dạng KAu(CN)
2
(g/l) - 0.3- 0.6
K
2
HPO
4
(g/l) 22- 45 60-100
KCN (g/l) 15-30 60-100
pH 12 12
Nhiệt độ (
0
F) 120-160 60-80
Anôt Thép không gỉ Thép không gỉ
Tỷ lệ Anôt: Catôt 1:01 1:1→ 5:1
Mật độ dòng I
K
(A/ft
2
)
Mạ treo
Mạ quay
3- 5
1- 2
3- 8
1- 2
Hiệu suất dòng catôt (%) 90- 93 90-100
Thời gian để lớp mạ đạt 0.0001 inch 8 phút ở I
K

= 5A/ft
2
7phút ở I
K
= 6A/ft
2
5. Quy trình công nghệ mạ vàng
5.1. Sơ đồ quy trình mạ vàng
HV: Lê Thị Vân Kiều - 7 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
5.2. Thuyết minh quy trình mạ vàng
Phôi sắt trước hết cần gia công cơ khí để làm sạch các vết rỉ vết không bằng
phẳng trên bề mặt phôi sắt, sau đó phôi sắt được rửa và sấy khô trước khi tẩy dầu diện
hóa và tẩy dầu hóa học là công đoạn cuối cùng làm sạch phôi sắt trước khi vào giai
đoạn mạ, tiếp tục rửa và sấy thật khô phôi sắt trước khi mạ lót một lớp đồng mỏng và
sau cùng là mạ vàng. Bể mạ cần khuấy trộn để thu lớp mạ như ý.
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ vàng
6.1. Dung dịch mạ vàng muối sunfit
HV: Lê Thị Vân Kiều - 8 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
AuCl
3
là muối chủ yếu trong dung dịch. Hàm lượng vàng càng cao, có thể dùng
mật độ dòng điện cao. Hàm lượng vàng thấp thì phạm vi mật độ dòng điện hẹp. Độ
bóng cũng thấp.
(NH
4
)
2
SO

3
: (NH
4
)
2
SO
3
là chất khử để khử Au
+3
thành Au
+1
, nó còn là chất tạo
phức với vàng, nâng cao phân cực catốt, làm tăng cao khả năng phân bố của dung
dịch.
NH
4
OH cung cấp một lượng amôn tự do hình thành chất tạo phức và điều chỉnh
PH.
K
3
C
6
H
5
O
7
là chất tạo phức và có tác dụng làm đệm làm tăng độ bám chắc giữa
lớp mạ với kim loại nền
pH ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của dung dịch. PH<8 vàng khử yếu, PH<5
dung dịch đục vì vậy phải điều chỉnh độ PH, khống chế PH>8 để đảm bảo dung dịch

ổn định.
Gia nhiệt: có thể dùng mật độ dòng điện cao, nâng cao tốc độ mạ, nhưng khi gia
nhiệt cần chú ý quá nhiệt cục bộ dung dịch phân hủy thành vàng sunfua kết tủa màu
đen.
Khuấy: khuấy bằng cách di động hoặc khuấy không khí để đề phòng PH ở vùng
anốt hạ thấp làm cho dung dịch không ổn định.
6.2. Dung dịch mạ vàng xyanua nồng độ thấp
Ảnh hưởng của KAu(CN)
2
: hàm lượng KAu(CN)
2
không đủ, dùng mật độ dòng
điện thấp, lớp mạ có màu đỏ tối. Nâng cao hàm lượng vàng, có thể dùng mật độ dòng
điện cao, nâng cao độ bóng lớp mạ, hàm lượng vàng quá cao, lớp mạ có hoa.
Ảnh hưởng của muối citrat: muối citrat có tác dụng tạo phức, làm chất đệm và
làm cho lớp mạ bóng. Khi hàm lượng muối thấp, tác dụng dẫn điện và khả năng phân
bố kém. Hàm lượng quá cao, hiệu suất dòng điện giảm.
Ảnh hưởng K
2
HPO
4
: là chất đệm làm cho lớp mạ bóng.
Ảnh hưởng KNi(CN)
3
và KSb(H
4
H
4
O
6

)
3
: hai chất này làm tăng độ cứng lớp mạ,
hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn tới độ cứng, nên cần phải khống chế trong
phạm vi quy định.
Nhiệt độ, PH: nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng tới phạm vi sử dụng mật độ dòng
điện. PH của dung dịch ảnh hưởng lớn tới độ cứng và bề mặt lớp mạ. Nếu PH quá cao
hoặc quá thấp làm cho lớp mạ xấu, độ cứng giảm đi.
Ảnh hưởng của tạp chất: các loại tạp chất kim loại như đồng, kẽm…. và các tạp
chất hữu cơ, ảnh hưởng tới tổ chức lớp mạ, bề mặt ngoài, khả năng hàn…. Nếu ion clo
nhiều, làm giảm độ bám chắc của lớp mạ. Các tạp chất hữu cơ dùng than hoạt tính hấp
thụ, tạo chất kim loại rất khó khử đi, nên hết sức tránh đưa tạp chất này vào dung dịch.
6.3. Mạ vàng xyanua
HV: Lê Thị Vân Kiều - 9 -
Tiểu luận Điện hóa – Ăn mòn GVHD: TS. Lê Minh Đức
Ảnh hưởng của hàm lượng vàng. Hàm lượng vàng thấp, lớp mạ kết tinh mịn,
nhưng phạm vi sử dụng mật độ dòng điện nhỏ. Hàm lượng vàng cao, lớp mạ đỏ, màu
tối, kết tinh thô.
Ảnh hưởng KCN: hàm lượng KCN thấp. mạ hòa tan không tốt, màu đậm, kết tinh
thô. Hàm lượng KCN cao, hàm lượng vàng trong dung dịch tăng lên, màu nhạt hơn.
Ảnh hưởng của muối cacbonat: do tác dụng với CO
2
, của không khí hàm lượng
trong dung dịch tăng lên, hàm lượng quá cao, lớp mạ có điểm rỗ.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và mật độ dòng điện: nhiệt độ và mật độ dòng điện ảnh
hưởng lớn tới màu sắc của lớp mạ, không ảnh hưởng tới độ dẫn điện của dung dịch.
Nhiệt độ cao, có thể dùng mật độ dòng điện cao. Nhiệt độ cao quá 70
0
C lớp mạ đỏ, kết
tinh thô. Mật độ dòng điện không nên quá cao, nếu không lớp mạ mềm, tối, thô, các

kim loại khác cũng kết tinh trên lớp mạ.
Ảnh hưởng của tạp chất. Trong dung dịch có ion natri anốt dễ thụ động hóa, dung
dịch có màu nâu. Đồng, bạc, chì… ảnh hưởng đến tổ chức lớp mạ, làm giảm độ bóng
lớp mạ và độ dẫn điện. Vì vậy, không để cho các ion kim loại trên lẫn vào, tạp chất
hữu cơ cũng không tốt, có thể dùng than hoạt tính để khử.
HV: Lê Thị Vân Kiều - 10 -