các tính chất cơ lý hóa và ứng dụng lớp mạ

November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

1

CHƯƠNG 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn
đề liên quan.

CHƯƠNG 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số l
ớp mạ trong thực tế.
CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA
VÀ ỨNG DỤNG LỚP MẠ
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

2

Quá trình điện kết tủa kim loại.

Ứng dụng lớp mạ trong thực tế.
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

3
Quá trình điện kết tủa kim loại
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Khái niệm và yêu cầu của lớp mạ.


Cơ sở lý thuyết.

Điện kết tủa kim loại.

Các yếu tố ảnh hưởng điện kết tủa.

Các tính chất lớp mạ.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

4
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Khái niệm và yêu cầu của lớp mạ

Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa lên lớp kim
loại nền một lớp kim loại hoặc hợp kim mỏng có tính chất cơ lý
hóa, đáp ứng được yêu cầu mong muốn.

Yêu cầu của lớp mạ.

Bám chắc với kim loại nền không bong tróc.

Lớp mạ mịn, độ xốp nhỏ.

Lớp mạ bóng dẻo, có độ cứng cao.

Có bề dày đáp ứng.
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

5
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết ban đầu.

Cơ sở hóa học
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

6
Cơ sở lý thuyết
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Cơ sở lý thuyết ban đầu
Cơ sở lý thuyết ban đầu
Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với
cực âm cathode, kim loại mạ gắn với cực dương
anode của nguồn điện.
Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e-
trong quá trình oxy hóa và giải phóng các ion kim
loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion
dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng
nhận lại e- trong quá trình oxy hóa khử hình
thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được
mạ.
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

7
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Cơ sở hóa học

Quá trình oxy hóa: Chất A cho ne
-
thành A
n+
.

Quá trình khử: Chất B nh ận ne
-
thành B
n-
.

Phản ứng oxy hóa khử A + B A→
n+
+ B
n-
.

Khi A và B đều là kim loại thì có phản ứng oxy hóa
khử:
A
n+
+ B A + B→
n+
.


Nếu phản ứng này là liên tục thì có 1 dòng chuyển
động của ne- hay 1 dòng điện giữa A và B.
Cơ sở lý thuyết
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

8
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Quá trình này gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo mầm và giai đoạn
phát triển mầm.

Tốc độ tạo mầm lớn thì tinh thể sẽ nhỏ mịn. Tốc độ phát triển
mầm lớn thì lớp mạ thu được to thô.

Trong dung dịch bảo hòa thì yếu tố quyết định đến tốc độ xuất
hiện mầm tinh thể là độ quá bão hòa β của dung dịch. Thông số
này có giá trị như sau:
cb
C
C
=
β

C: Nồng độ của dung dịch quá bão hòa.

C
cb

: Nồng độ cân bằng của dung dịch bão hòa.
Điện kết tủa kim loại
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

9
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Thành phần dung dịch mạ

Chế độ mạ.

Bản chất của kim loại nền.

Sự thoát hyđrô.

Thụ động anôt.

Sự phân cực.
Các yếu tố ảnh hưởng điện kết tủa kim loại
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

10
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Sự thoát hyđrô

Muốn có kim loại kết tủa trên caôt thì phải cho điện thế âm hơn điện

thế tiêu chuẩn của nó.

Vậy lượng điện thế tăng lên so với điện thế tiêu chuẩn gọi là quá
thế.

Trên catôt ngoài iôn kim loại thoát ra, còn có khí hyđrô thoát ra.
Hiđrô thoát ra nhiều hay ít là do quá thế của nó.

Iôn nào có quá thế thấp thì iôn ấy phóng điện trước, quá thế cao thì
ion khó phóng điện.
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

11
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan
Sự phân cực

Khi nhúng một thanh kim loại vào trong dung dịch thì tạo nên một
điện thế nhất định đạt tới trạng thái cân bằng. Nhưng khi có dòng
điện đi qua thì trạng thái cân bằng này bị phá vỡ tạo nên một điện
thế mới.

Khi có dòng điện một chiều đi vào 2 cực kim loại nhúng trong dung
dịch thì điện thế tại cực âm càng trở nên âm hơn, điện thế ở cực
dương trở nên dương hơn. Sự thay đổi điện thế như thế gọi là sự
phân cực.
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

12
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Tính cơ lý: Điển hình là độ dẻo dai, độ bám chắc, độ chịu mài mòn,
…

Tính vật lý của lớp mạ: Độ chịu nhiệt, độ dẫn điện và cách điện, độ
phản quang,…

Tính chất hoá lý: Đáng lưu ý của lớp mạ chính là tính chất hấp phụ
ánh sáng,…

Độ dày của lớp mạ cũng là một chỉ tiêu quan trọng
Các tính chất của lớp mạ
Quá trình điện kết tủa kim loại
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

13
Ứng dụng lớp mạ trong thực tế
Chương 1:
Những khái niệm cơ bản và các vấn đề liên quan

Ứng dụng trong lãnh vực xây dựng: các tấm lợp đường dây điện,
đường sắt, các ống nước, cống nước, các thiết bị lắp đặt ngoài trời.

Dùng làm đồ trang sức, huy chương, thìa bát đĩa, … làm gương phản
chiếu, pha đèn của ô tô, làm tiếp điểm điện, dây dẫn, làm điện cực
trong các môi trường ăn mòn(mạ bạc, vàng, hợp kim…).


Tăng một số cơ tính cho vật liệu(mài mòn, bào mòn, chịu va đập,
tăng cứng…) trong kĩ thuật in, mạ các khuôn bản in, dụng cụ gia
đình, dụng cụ y tế, phụ tùng xe đạp, máy khâu… Trong lãnh vực
nghiên cứu quang học làm tăng khả năng hấp thụ ánh sang(mạ
crôm, hợp kim Ni-Cr).

xử lý bề mặt kim loại.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

14

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm.

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ nickel.

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ đồng.

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm.

Tính chất và ứng dụng của lớp mạ CEP.
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

15
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Giới thiệu kẽm.


Đặt vấn đề.

Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn.

Đánh giá hiệu quả.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

16
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Giới thiệu kẽm

Kẽm là kim loại óng ánh, màu trắng, hơi xanh lam.

Điện thế tiêu chuẩn -0,76V. Điện thế tiêu chuẩn của kẽm tương đối
âm, đối với sắt thép nó là lớp mạ anot, vì vậy trong công nghiệp, mạ
kẽm dùng để đề phòng ăn mòn kim loại, được gọi là lớp mạ bảo vệ.

Độ tinh khiết của lớp mạ kẽm cao, cấu trúc đồng đều, do đó tính ổn
định hóa học cao. Tính đàn hồi của lớp mạ tốt, khi chi tiết bị uốn
kéo, nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, trong không khí dễ tạo muối
kẽm Cacbonat có tính kiềm nên bị mờ.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

17
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Đặt vấn đề

Sự han rỉ và ăn mòn mà hàng năm nuốt mất hàng chục triệu tấn
sắt thép trên thế giới

Dưới tác động của môi trường, kim loại bị xâm thực, bị ăn mòn
trong không khí, trong đất hay trong vùng ngập nước làm cho tuổi
thọ công trình bị xuống cấp nhanh chóng.

Lớp rỉ không đồng đều, nguy hiểm nhất là các dạng rỉ điểm, rỉ lỗ
làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

18
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

19
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn

Cathodic protection.

Bản chất của quá trình: Xây dựng thành một hệ gồm catốt (kim
loại cần bảo vệ) và anốt. Anốt được chọn như Mg, Al, Zn làm vật

liệu hy sinh thay thế cho sắt thép cần bảo vệ vì các kim loại này
đều đứng trước Fe trong bảng tuần hoàn hóa học.

Trong hệ luôn tồn tại dòng điện một chiều đi qua giữa anốt và
catốt, xuất phát từ sự chênh lệch điện thế giữa hai kim loại khác
nhau trong môi trường tồn tại dung dịch điện phân là nước hoặc
do bị áp đặt từ nguồn điện một chiều bên ngoài.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

20
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn

Phương pháp mạ kẽm nhúng nóng.

Các kết cấu kim loại sau khi đã được làm sạch bằng axit, hóa
chất… được đưa vào các bể kẽm được nung nóng chảy ở nhiệt độ
cao hình thành nên một màng chắn bao bọc kim loại.

Lớp bảo vệ này chịu va đập, không thấm nước, chống tia cực
tím…
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

21
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Biện pháp chống rỉ sét và ăn mòn


Phương pháp mạ kẽm lạnh.

Mạ kẽm lạnh là phủ lên bề mặt kim loại một lớp kẽm lỏng tương tự
như sơn ở nhiệt độ môi trường bình thường, bằng cách dùng áp lực
khí nén thổi dung dịch kẽm lỏng thành chùm các hạt kẽm bắn vào bề
mặt kim loại đã vệ sinh sạch bề mặt. Trong dung dịch kẽm có chất
gắn liên kết và các phụ gia giúp cho kẽm bám chặt vào bề mặt kim
loại và khô cứng trong vài giờ tương tự như các loại sơn truyền thống.

Hai chức năng bảo vệ: thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động
(passive protection) là lớp màng chắn bảo vệ kim loại như các loại
sơn truyền thống; và chức năng thứ hai là bảo vệ chủ động (active
protection) tức chức năng chống ăn mòn catốt (Cathodic protection),
chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ bằng mạ kẽm nhúng nóng (hot-
dip galvanizing).
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

22
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ kẽm
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ
Đánh giá hiệu quả.

Mạ Zn được thực hiện nhờ phương pháp nhúng các chi tiết
bằng thép vào trong bể mạ kẽm. Các bể mạ này có thể áp
dụng cho các vật mạ có chiều dài 18 - 24m. Đây là phương
pháp lý tưởng để áp dụng cho các kết cấu thép có hình dạng
phức tạp rất khó làm sạch bề mặt và sơn.


Một số kết quả nghiên cứu cho thấy trong một môi trường
công nghiệp khắc nghiệt mà chất ô nhiễm chính là lưu huỳnh
đioxit thì lớp sơn giàu Zn chỉ tồn tại được 7 năm còn lớp mạ Zn
trong những điều kiện như vậy là 25 năm.

Các kết quả điều tra cho thấy, trong đa số các trường hợp, lớp
mạ Zn có tốc độ ăn mòn nhỏ hơn 10 mm/năm.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

23
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ Nickel
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Giới thiệu nickel.

Tính chất và ứng dụng.
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

24
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ Nickel
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Nikel là kim loại có màu trắng hơi vàng.

điện thế tiêu chuẩn -0.25V, Nikel sẽ tan trong trong acid loãng, bị
thụ động trong acid đặc, hòa tan chậm trong acid Sunphuric và
acid clohydric.


Lớp mạ Nikel dễ đánh bóng, sau khi đánh bóng có thể đạt được độ
bóng như gương.

Điện thế của nikel dương hơn so với sắt, nên nó là lớp mạ catod, vì
vậy chỉ khi nào lớp mạ không có lỗ xốp mới có tác dụng bảo vệ cho
sắt khỏi bị ăn mòn.

Mạ nikel còn để làm tăng chịu mài mòn, như trong kỹ thuật in, mạ
các khuôn bản in, tăng độ cứng bề mặt, tăng tính chịu mài mòn
Giới thiệu nickel
November 13, 2014 SVTH:Tran Hoang Thai

25
Tính chất và ứng dụng của lớp mạ Nickel
Chương 2:
Các tính chất cơ lý hóa của một số lớp mạ

Lớp mạ kền thường cứng và giòn, nếu được nung nóng đến 9000C
sẽ mềm và dẻo trở lại.

Độ cứng của lớp mạ kền phụ thuộc vào thành phần dung dịch và
điều kiện mạ. Độ cứng của lớp mạ kền mờ dao động từ 2500 –
4000MPa, của lớp mạ kền bóng từ 4500 – 5000MPa. Giới hạn bền
là 400 – 500MPa, độ dãn dài tương đối là 40%.Lớp mạ kền có khả
năng hấp phụ khí khá lớn cũng chính vì thế mà cơ tính của lớp mạ
kền kém đi.

Mạ Ni đen : có khả năng hấp phụ ánh sáng rất cao, có độ ăn mòn
và mài mòn thấp, độ dẻo và độ gắn bó với kim loại nền kém.
Tính chất và ứng dụng