Điện phân dung dịch không thoát kim loại

Điện phân dung dịch không thoát kim loại
I. MẠ ĐIỆN
1.Cơ sở của quá trình mạ điện
1.1. Mạ điện
Mạ điện là phủ một lớp kim loại có tính chất mong muốn (Cu, Ag, Ni, Cr) lên kim
loại nền, hay các vật liệu khác theo phương pháp điện hoá.
1.2. Nguyên tắc chung của quá trình mạ điện
-Chuyển chất phóng điện đến bề mặt catot do các hình thức chuyển chất (khuếch
tán, điện di đối lưu)
-Hấp thụ các chất lên bề mặt catot
-Thực hiện quá trình phóng điện
-Sắp xếp và hoàn thành mạng lưới tinh thể kim loại
-Quá trình điện xảy ra trên điện cực có thể tóm tắt như sau:
Quá trình catot:
M
n+
+ ne → M cho ion đơn
M(CN)
4
2-
= M
2+
+ 4CN
-
cho ion phức
M
2+
+ 2e = M
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 1
ĐIỆN
PHÂN

DUNG
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
M
n+
có thể phóng điện nhiều giai đoạn, ngoài ra có thể có các quá trình phụ khác
trên catot, thường là ion H
+
phóng điện.
Quá trình anot
Hòa tan M - ne → M
n+
Anot không hòa tan H
2
O –ne →1/2 O
2
+2H
+

2. Cơ chế tạo thành lớp phủ
2.1. Cơ chế phóng điện
Khi thực hiện phản ứng trên catot, cation hidrat hóa tiệm cận đến lớp khuếch tán
(mặt phẳng ngoài của Helmholtz) theo cơ chế sau:
Ion kim loại hydrat hóa chuyến đến vị trí thích hợp nhất hấp phụ, thay đổi cấu
trúc, phóng điện và kết tinh ngay tại chỗ:
M
hp
n+
.mH
2
O → M

n+
hp
.(m-n)H
2
O
M
n+
hp
.(m-n)H
2
O +ne → M
hp
→ M
M

Ion kim loại hydrat hóa chuyển đến bề mặt kim loại → hấp phụ → thay đổi cấu
trúc → phóng điện thành kim loại→ chuyển kim loại đến vị trí thích hợp nhất → kết tinh
trong mạng lưới
M
n+.
mH
2
O → M
n+
hp
.(m-n)H
2
O
M
n+

hp
.(m-n)H
2
O +ne → M
hp
M
hp
chuyển đến vị trí thích hợp: M
hp
→ M
M
M
n+.
.mH
2
O→ M
hp
n+
.mH
2
O→ đến vị trí thích hợp nhất → M
n+
hp
.(m-n)H
2
O phóng
điện và kết tinh
M
n+.
.mH

2
O→ M
n+
hp
.(m-n)H
2
O→ vị trí thích hợp của phóng điện.
M
hp

n+
.(m-n)H
2
O +ne→ M
hp
+ (m-n)H
2
O
M
hp
kết tinh tại chỗ
Ion kim loại hydrat hóa phóng điện từng phần chuyển đến vị trí thích hợp →
phóng điện thành kim loại và kết tinh
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 2
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
M
hp
n+
.mH
2

O→M
n+
.(m-n)H
2
O +xe→ M
(n-x)
+ (m-n)H
2
O
M
(n-x)
+ (m-n)H
2
O + (n-x)e→ M
hp
→ M
M
2.2. Động hóa học của quá trình
Theo phương trình động học tổng quát
Quá trình catot theo phương trình
M
n+
+ ne→ M nhánh trước của đường 1
Quá trình anot theo
M-ne → M
n+
nhánh dưới của đường 1
Khi mật độ dòng điện i
1
=i

c
=|i
A
| (tốc độ phản ứng catot và anot) điện thế tương ứng
với E
1
:
E
1
=E
C
-E
A
=-(η
A
-η
C
)
Theo đồ thị thì không có phản ứng cực nào khác cạnh tranh với phản ứng chính
Khi mật độ dòng điện i
2
=i
c
=|i
A
|, điện thế tương ứng E
2
, trên catot có sự phóng điện
Hydro
Phản ứng điện cực xảy ra trên catot:

M
n+
+ ne→ M (phản ứng chính )
H
+
+ e → 1/2M
n+
(phản ứng phụ)
Còn ở anot chỉ một phản ứng xảy ra theo :
M -ne→M
n+
Khi anot không tan nghĩa tại anot không xảy ra phản ứng, do anot là điện cực trơ,
hay bị thụ động hoàn toàn như vậy sẽ không có nhánh dưới của đường 1
Khi i=i
c
=|i
A
|, tương ứng với điện thế E
3
:
E
3
=E
c
-E
a
=E
o
Mn+/M
-|η

C
|-(E
O
OH-/O2
+η
O2
)
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 3
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Ở anot có O
2
thoát ra
Ta có một số công thức sau đây:
2
( )
c
I A
S d
i
m
=
-Mật độ dòng catot
Với: I- dòng điện đưa vào; S-diện tích vật mạ
m q I A
τ
=
Khối lượng kim loại bám lên vật mạ xác đinh theo phương trình
Faraday:
Với q- đượng lượng điện hóa, g/A.h; I- dòng điện dựa vào
t-Thời gian mạ ; A hiệu suất dòng điện%

100
o
m
A
m
=
-Hiệu suất dòng điện :
Với m
o
– được tính theo Faraday nhưng xem A=1
m – khối lượng kim loại bám lên vật mạ thực tế (cân trước và sau khi mạ)
q.m
m
AV I
γ τ
==
-Chiều dày trung bình của lớp mạ
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 4
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
.
m
V s
δ
=
s = 1dm
2
= 100 cm
2
100. .
100.

m
m
δ γ δ
γ
= → =
q
100.
I A
τ
δ
γ
=
↔
.
g
q
A h
=

2
A
i
dm
=
( / )
100
qiA
cm h
δ
γ

=
t= 1/h
2
10.
( / )
qiA
m h
δ µ
γ
=
Với ɣ là khối lượng riêng (g/cm
3
)
Ví dụ: xác định chiều dày lớp mạ cần biết:
i=3(A/dm
2
)
A%=100%
ɣ=8,9(g/cm
3
)
q= 1,035(g/A.h)
2
1,035.3.
34,8( )
8
0
,9
1
m

δ µ
= =
2.3. Khả năng san bằng bề mặt
Vật liệu dù gia công kỹ thuật đến đâu cũng có hiện tượng nhấp nhô bề mặt
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 5
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Khi hoàn thành lớp mạ có thể có các trường hợp sau:
-San bằng hoàn toàn không còn nhấp nhô bề mặt
-San bằng không hoàn toàn độ nhấp nhô ít hơn ban đầu
-Không san bằng nhấp nhô như ban đầu
-Tăng độ nhấp nhô hơn ban đầu có thể hình thành các lô xốp
Để đánh giá độ mức độ san bằng bề mặt Muller đưa ra công thức :
2 1 1
100

100
( ) ( )

o
o o
R R
R
MPC
R
δ δ
= − = −
Theo Hohm và một số tác giả khác đưa ra mô hình. Theo mô hình này thì bề mặt
là những hạt hình cầu có bán kính R
o
và độ nhấp nhô α

o
, khi đó thực hiện mạ với chiều
dày δ thì độ nhấp nhô α< α
o
.
Khi đánh bóng bề mặt càng cao để sự nhấp nhô các hạt không đáng kể R
o
→0 thì
độ nhấp nhô bề mặt rất nhỏ khi mạ chỉ một lớp dày δ=α
o
Khi hạt càng lớn thì mạ càng dày sẽ giảm độ nhấp nhô song sẽ không có lợi về ý
nghĩa kinh tế nên phải khắc phục bằng phương pháp khác
3. Quá trình anot
Theo phản ứng tổng quát : R-ne→Ox
Khi anot hòa tan M-ne→M
n+
Tốc độ phản ứng trên anot theo phương trình tổng quát
i=i
α
=i
o
.e
-(1-α)nFη
α
/RT
Đường cong phân cực anot, quan hệ E=f(i
α
) nhánh dưới. ở anot điện thế cực eoa
của cặp nào âm hơn sẽ phóng điện trước. do đó, E
o

A
của M/M
n+
thường âm hơn của
O
2
/OH
-
E
o
M/Mn+
< E
o
O2/OH-
Nên phản ứng anot thường là M – ne → M
n+
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 6
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Nhánh I: thuộc miền hoạt động trên điện cực xảy ra phản ứng
M – ne → M
n+
Nhánh ii thuộc miền thụ động, tại miền này trên anot tạo thành lớp hấp phụ, có thể
là oxit hay dioxit ngăn cản hoàn toàn phản ứng hòa tan.
Nhánh iii thuộc miền thoát khí O
2
theo phản ứng :
H
2
O – ne →1/2O
2

+ 2H
+
Khi dòng điện i<i
td
thì quá trình anot xảy ra bình thường tốc độ phản ứng có thể
xác định theo i hiệu xuất dòng điện A%=100% ion kim loại M
n+
khuếch vào dung dịch và
chuyển đến bề mặt catot theo diện di hay khuếch tán;
Nếu i
td
nhỏ thì i
α
nhỏ có thể không tương ứng với i
c
do đó không có khả năng nâng
cao dòng điện ở catot i
c
Nếu i
α
>> i
td
thì trên anot không thoát khí O
2
theo phản ứng và ion kim loại không
được bổ sung vào dung dịch, vì thế dĩ nhiên dung dịch sẽ càng nghèo. Để chống hiện
tượng thụ động anot trong dung dịch phải thêm những chất chống thụ động, tăng bề mặt
thật của anot.
A
A

i
I
S
=
Nếu i= const thì tăng S
A
sẽ giảm i
A
nghĩa là chưa đến dòng thụ động i
td
Sử dụng anot bằng bi tròn hay hình trụ trong giỏ anot, trong mạ đồng hay mạ Ni
và sử dụng “nickel carbonul” hay “S nickel” thì bề mặt làm việc rất lớn.
Khi anot không tan nghĩa là không xảy ra phản ứng mà chỉ xày ra trên điện cực
Pb, Pt, Ti…
II QUY TRÌNH MẠ ĐIỆN
1. Thành phần dung dịch và điều kiện kỹ thuật
Ki
m
Thành phần
chất điện
Nhiệt
độ
Mật độ
dòng
Hiệu suất
dòng(%)
Phụ gia anot Áp dụng
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 7
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
loại giải(g/l) điện

(mA.cm
2
)
1 2 3 4 5 6 7 8
Cu CuSO
4
(200-
250)
H
2
SO
4
(25-50)
20-40 20-50 95-99 Dextrin
Glelatin
Chất bóng
chứa
S, sulphonic
acid
Đồng
phospho
ric
CuCN(40-50)
KCN(20-30)
K
2
CO
3
(10)
40-70 10-40 60-90 Na

2
CO
3
Cu có độ
dẫn cao
Mạ lót đồng
độ bám dính
tốt
Ni NiSO
4
(250)
NiCl
2
(45)
H
3
BO
3
(30)
pH=4-5
40-70 20-50 95 Coumarin
Saccharin
Benzene
sulphonamid
e
1,4 butydiol
Ni tấm
Ni bi
trong giỏ
Ti

Ni
sulphamale(600
)
NiCl
2
(5)
H
3
BO
4
(40)
pH=4
50-60 20-400 98 Naphthalene
1,3,6
trisulphonic
acid
Ni tấm
Ni
miếng
nhỏ
Ag KAg(CN)
2
(40-
60)
KCN(80-100)
K
2
CO
3
(10)

20-30 3-10 99 Chất làm
bóng chứa S
Ag
Sn SnSO
4
(40-60)
H
2
SO
4
(100-
200)
20-30 10-30 90-95 Phenol
cresol
Sn
Na
2
SnO
3
(50-
100)
NaOH (8-18)
60-80 10-20 70 Sn
SnCl
2
(75)
NaF
2
(37)
NaCl (45)

KF (45)
65 50-200 90 SCN
-
dissulphonon
apht larlinic
acid
Sn Mạ tốc độ
cao thường
dùng
NH
4
ZnCl
3
(200-
300)
25 10-40 98 Dextrin
oranic
Zn
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 8
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
NH
4
Cl (60120)
pH=5
Zn ZnO (20-40)
NaCN (60-120)
NaOH(60-100)
15-30 10-50 70-90 glycerin Zn
ZnO (6-10)
NaOH (70-100)

20-40 10-30 30-60 Hữu cơ Zn
Cr CrO
3
(450)
H
2
SO
4
(4)
45-60 100-200 8-12 Phức fluor Pb-Sb
Pb-Sn
CrO
3
(200)
H
2
SO
4
(2)
40-55 100-200 10-15 Pb-Sb
Pb-Sn
Bảng 1.1 Thành phần và dung dịch mạ kim loại
Hợp kim Thảnh phần
chất điện giải
Nhiệt độ Mật độ
dòng diện
mạ(ma.cm2)
Hiệu suất
dòng(%)
Anot Áp dụng

70% Cu
30% Zn
K
2
Cu(CN)
3
(50)
K
2
Zn(CN)
4
(50)
KCN(12)
Soldium
tartrate(60)
40-50 5-10 60-80 Hợp kim
40%Sn
60%Cu
K
2
Cu(CN)
3
(40)
Na
2
SnO
3
(45)
NaOH(12)
KCN(14

60-70 20-50 70-90 Hợp kim
hay hỗn
hợp Cu
và Sn
65%Sn
35%Ni
NiCl
2
(250)
SnCl
2
(50)
NH
4
F.HF(40)
NH
4
OH(30)
60-70 10-30 97 Ni+ Sn
80%Ni
20%Fe
NiSO
4
(300)
FeSO
4
(20)
H
3
BO

3
(45)
NaCl(30)
pH=3-4
50-70 20-50 90 Ni+ Fe
Bảng 1.2 Thành phần và dung dịch mạ hợp kim
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 9
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
1.1.Cấu tử chính
Sử dụng dung dịch mạ thường là dung dịch muối đơn hay muối phức hòa tan trong
dung dịch nước, trong môi trường acid, trung tính hay kiềm.
Dung dịch muối đơn thường phân cực catot thấp, phân bố dòng điện sơ cấp khả
năng phân bố kém nhưng hiệu suất dòng điện cao, mạ tinh thể thô chỉ phù hợp với chi tiết
phẳng như băng, tấm, sợi.
Dung dịch muối phức, một số kim loại có khả năng tạo phức thông thường, sử
dụng các phức chứa cyanua ammoniac, các hợp chất amin… hiện nay có hai quan điểm
phóng điện của ion phức sau:
-Khử trên catot do ion đơn của kim loại:
KM(CN)
2
 K+ +M(CN)
2
-
M(CN)
2
-
 M
+
+2CN
-

M
+
+e →M
-Khử catot trực tiếp ion phức
KM(CN)
2
↔ K
+
+ M(CN)
2
-
M(CN)
-
+e→ M+ 2CN
-

Ví dụ: Mạ kẽm trong dung dịch muối đơn và muối phức:
Thành phần dung dịch muối đơn:
ZnSO
4
.7H
2
O 200-300g/l
Al
2
(SO4)
3
.18H
2
O 20-40g/l

Na
2
SO
4
.10H
2
O 50-100g/l
i
c
(A/dm
2
) 1-4
t(C
o
) 15-30
pH 3-4
Thành phần dung dịch muối phức cyanua:
ZnO 20-40
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 10
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
NaCN 60-120
NaOH 60-100
ic(A/dm
2
) 0,5-2
t(C
o
) 15-40
Cơ chế phóng điện:
Ion đơn:

Zn
2+.
mH
2
O +2e =Zn + mH
2
O
Ion phức:
Zn(OH)
2
+ 4NaCN = Na
2
[Zn(CN)
4
] +2NaOH
Zn(OH)
2
+ 2NaOH =Na
2
ZnO
2
+ 2H
2
O
2Zn(OH)
2
+ 4NaCN → Na
2
[Zn(CN)
4

] + Na
2
ZnO
2
+ 2H
2
O
Sự phân ly và khử ion kẽm theo
Na
2
[Zn(CN)
4
] → 2Na
+
+ Zn(CN)
2-
4
Zn(CN)
2-
4
 Zn
2+
+4CN
-
Zn
2+
+ 2e → Zn
( )
4
2

24
2
4
4,2.
.
10
K
Zn CN
K
Zn CN
+ −
−
−
   
   
= =
 
 
Hằng số không bền:
Phức Zn(CN)
2-
4
phân ly trong dung dịch rất nhỏ nên nồng độ thực tế hầu như
không thay đổi.
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 11
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Ta có thể viết như sau:
[Zn
2+
].[CN

-
]
4
= K
K
. [Zn(CN)
2-
4
] =K
Điều đó chứng tỏ thực tế Zn
2+
trên catot cũng rất nhỏ dẫn đến phân cực cotot đáng
kể, lớp mạ phân bố tốt hơn
So sánh đường cong phân cựu:
Thành phần muối phức ammoniacat:
ZnO hòa tan trong NH
4
Cl theo phản ứng:
ZnO+NH
4
Cl → Zn(NH
3
)
n
Cl
2
+ H
2
O
n=2 trong môi trường axit

n=4 trong môi trường kiềm
Các quá trình phân ly:
Zn(NH3)
n
Cl
2
 [Zn(NH3)n]2+ + 2Cl
-
[Zn(NH3)
n
]
2+
+ n.H
2
O  Zn
2+
+ nNH
4
+
+ nOH
-
Dung dịch này phân cực lớn, độ dẫn điện của dung dịch cao, khả năng phân bố tốt
cho nên có thể mạ được chi tiết phức tạp.
Ví dụ: Mạ đồng trong dung dịch muối đơn và muối phức
Thành phần dung dịch sunfat
CuSO
4
.5H
2
O g/l 200-250

H
2
SO
4
g/l 35-70
Thành phần dung dịch cyanua:
CuCN g/l 50-70
NaCN g/l 10-25
CuCN hòa tan trong nacn theo phản ứng:
NaCN + CuCN = NaCu(CN)
2
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 12
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
NaCu(CN)
2
 Na+ + Cu(CN)
-
2
Cu(CN)
-
2
 Cu+ +2CN
-
Cu
+
+ e → Cu
Cu+ ở sát bề mặt catot rất nhỏ, phân cực catot lớn
CuSO
4
.5H

2
O g/l 60-90
K
4
P
2
O
7
g/l 300-330
Natri sulfosalisilat g/l 25-30
ph 8,2-8,9
t
o
C 18-50
i
c
A/dm
2
0,5-2
Khi hòa tan CuSO
4
vào pefrophotphat tạo thành dung dịch phức Na
6
[Cu(P
2
O
7
)
2
]

nếu thừa Na
4
P
2
O
7
thì tạo thành Na
2
[Cu(P
2
O
7
)
2
]. Hệ số không bền [Cu(P
2
O
7
)
2
]
6-
và
[Cu(P
2
O
7
)
2
]

2-
lần lượt là 3.10
-3
và 2.10
-9
Phản ứng catot:
[Cu(P
2
O
7
)
2
]
2-
+ 2e → Cu + 2P
2
O
7
4-
[Cu(P
2
O
7
)
2
]
6-
 [CuP
2
O

7
]
2-
+ P
2
O
7
4-
1.2.Các chất phụ gia
Trong dung dịch mạ ngoài cấu tử chính còn có chất phụ gia nhằm cải thiện chất
lượng lớp mạ, nâng cao hiệu suất dòng điện. Các chất phụ gia thường dùng là:
Chất đệm: có những tác dụng sau:
+Ổn định pH của dung dịch mạ, tùy theo khoảng pH sử dụng mà cho các chất cho
phù hợp.
Ví dụ: H
3
BO
3
sử dụng trong dung dịch mạ nikensunfat
NaCH
3
COO, CH
3
COOH… trong mạ hóa học Ni

+Tăng độ dẫn điện của dung dịch:
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 13
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Những chất này có tính chất làm giảm điện trở dung dịch nhưng không tham gia
phản ứng điện cực nhằm tăng khả năng phân bố

Các chất phụ gia thường gặp:
Na
2
SO
4
trong mạ Zn, Ni, sulfat
H
2
SO
4
trong mạ đồng sulfat
Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt sẽ hấp phụ trên bề mặt catot, sự hấp phụ này phụ thuộc vào
dạng chất hoạt động bề mặt (chiều dài phân tử, nhóm phân cực, sự phân cực trong phân
tử ) nồng độ chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ, điện tích của catot và các chất khác của
dung dịch tham gia vào lớp điện tích kép. Để giải thích tác dụng của chất hoạt động bề
mặt có hai quan điểm:
Chất hoạt động bề mặt có thể tạo phức với ion kim loại. phức này ở dạng keo trên
catot, đưa đến sự phân cực catot khá lớn, cho nên kết tủa kim loại theo cơ chế phức như
đã trình bày ở bày ở trên. Trong thực tế thấy rằng nồng độ chất hoạt động bề mặt rất nhỏ
và khó có khả năng tạo phức với kim loại chính nên cơ sở lý thuyết này chưa thuyết phục
Chất hoạt động bề mặt có thể hấp phụ trên catot. Chất hoạt động bề mặt có thể tồn
tại ở dạng không phân cực, phân tử của nó có thể hấp phụ ở những vùng điện thế mà
vùng bề mặt không tích điện (xem sự hấp phụ chất hữu cơ và lý thuyết về điện thế điểm
không điện tích.
Nếu những chất hữu cơ có chứa nhóm iongel là anion như các loại axit béo mạch
thẳng, các nhóm sulfo, các nhóm oh-… iongel là cation như các loại amin, hay trong
phân tử hữu cơ, mạch vừa phải hòa tan trong nước, có sự phân cực trong phân tử.
Do độ âm điện tương đối khác nhau của các nguyên tử trong phân tử hữu cơ nên
sinh ra sự phân cực trong phân tử hữu cơ (xem độ âm điện của các nguyên tử ).

Trên catot nối với cực âm của nguồn điện sự phân bố điện tích trên bề mặt khác
nhau và luôn luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt kim loại
i m
q
E
a
γ
∂
= −
∂
Theo lý thuyết điện mao quản của frumkin quan hệ giữa sức căng bề
mặt điên tích và điện thế được theo phương trình:
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 14
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Khi q
M
=0 thì đường cong mao quản cực đại. điện thế e tương ứng gọi là điện thế
điểm không tích điện, ký hiệu E
z
nếu (E-E
z
)<=0 và (E-E
z
)>=0 nghĩa là điện thế dao động
chung quanh điện thế điểm không tích điện thế E
z
thì có khả năng hấp phụ các hữu cơ
trên catot. Nếu điện thế xa nhiều với điện thế E
z
nghĩa là quá dương hơn so với E

z
hay âm
hơn so với E
z
thì trên điện cực sẽ hấp phụ các phân tử nước khử mạnh hơn so với các chất
hữu cơ (các chất hữu cơ sẽ bị đẩy ra). Khi phân cực catot, tùy theo dạng kim loại mà có
E
z
khác nhau, nếu E>E
z
thì dễ hấp phụ các chất hữu cơ tích điện âm như sulfonat hữu cơ.
Do đó, các chất hoạt động bề mặt kiểu aniongel dễ hấp phụ trên bạc, đồng, kẽm, ni, cd
còn các chất hoạt động bề mặt kiểu cationgel như amin, pyridine… dễ hấp phụ trên kẽm.
khi hấp phụ các chất hoạt động bề mặt trên những vùng nào đó của catot, tại đó dòng
catot cục bộ sẽ giảm đến 0; i
c
=0 thì không hình thành lớp mạ, do điện tích catot giảm và
mật độ dòng điện ở những vùng hoạt động sẽ tăng đáng kể. Khi mật độ tăng lên kéo theo
quá thế ở vùng hoạt động tăng sẽ tăng theo, (nghĩa là điện thế chuyển về âm càng lớn) và
đưa đến sự nhả hấp phụ ở vùng có điện thế dương quá lớn. Điên thế trên catot luôn luôn
thay đổi, nghĩa là có sự hấp phụ nhả hấp phụ và dẫn đến sự thay đổi tính chất của lớp mạ.
1.3.Các phụ gia khác
Trong dung dịch ma cho các chất phụ gia nhằm mục đích khác nhau:
Chất làm bóng: đó cũng là chất hoạt động bề mặt, mặc dù nộng độ nhỏ nhưng hiệu
quả rất cao, có thể dùng các chất vô cơ hay hữu cơ hòa tan trong dung dịch mạ. cơ chế có
tác dụng có thể tóm tắt như sau:
+Chất hoạt động bề mặt tạo thành màng rất mỏng trên catot, có thể làm thay đổi
ph cục bộ.
+Nồng độ của ion kim loại phóng điện được cải thiện, có thể hình thành phức
trung gian, có thể hình thành các hợp chất hóa học trung gian điểu chỉnh tốc độ phóng

điện cục bộ trên catot.
+Điện trở Ohm và phân cực ở sát catot khác nhau có thể thay đổi sự phân cực cục
bộ trên catot.
+Có thể hấp phụ và khử hấp phụ từng phần trên catot.
Chất làm bóng có khả năng thay đổi vài tính chất cơ lý của lớp mạ:
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 15
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
+Định hướng các tinh thể: các tinh thể phát triển theo hướng song song với catot,
điều chỉnh và hoàn thiện các phương và mặt tinh thể, nghĩa là có tác dụng san bằng bề
mặt.
+Có khả năng làm cho lớp mạ rất mịn các hạt tinh thể nhỏ phát triển theo hướng
song song với catot, hình thành mặt phăng gương và phản xạ ánh sáng toàn phần.
+Có khả năng thay đổi tính chất của lớp mạ: tăng độ cứng của lớp mạ do trong
hình thành phần lớp mạ có thể tham gia một phần rất nhỏ của các nguyên tử trong chất
làm bóng; tăng độ dẻo của lớp mạ do khử được độ dòn của hydro, nghĩa là hạn chế khả
năng hòa tan của các nguyên tử hydro vào trong lớp mạ. như vậy, chất làm bóng có thể bị
phân hủy trên điện cực với tốc độ rất nhỏ, có thể cải thiện tính chất mạ nhưng cũng có thể
làm xấu tính chất lớp mạ như tăng độ dòn giảm độ bám dính nên chất làm bóng cho mỗi
loại dung dịch sẽ khác nhau, điều kiện hoạt động khác nhau (nhiệt đô, đô pH), nồng độ
khác nhau…
Tóm lai, chất làm bóng sử dụng trong bề mặt mạ phải cần đạt các yêu cầu sau:
-Nồng độ nhỏ, phạm vi điều hành rộng (biến thiên nồng độ nhưng vẫn còn tác
dụng) không ảnh hưởng đến dung dịch mạ (độ dẫn điện, pH, phản ứng hóa học với ion
chính trong dung dịch…)
-Không thay đổi tính chất mạ như độ dòn, xốp, nhám, ứng suất nội…
-Không phân hủy hay sự phân hủy không đáng kể trên catot, sản phẩm phân hủy
không làm độc cho dung dịch và làm xấu lớp mạ
-Có thể loại bỏ hoàn toàn theo phương pháp thông thường (đun nóng, hấp phụ…)
mà không ảnh hưởng đến dung dịch mạ.
-Có hiệu quả kinh tế (giá thành của chất làm bóng, nâng cao giá trị của lớp mạ …)

trong chất làm bóng thông thường có những nhóm hoạt động sau:
C=O C=C C≡C C=N N-C=S
N=O N=N C-S-H -C=COO-C-
2. Quy trình mạ
Quy trình mạ điện có ba công đoạn quan trong:
2.1. Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 16
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Trước khi đưa vào bể mạ chi tiết phải hoàn toàn sạch, nghĩa là làm sao để bề mặt
lộ cấu trúc của nó, và lớp mạ tiếp theo sắp xếp, liên kết chặt chẽ vào cấu trúc đó. Như ta
đã biết, cấu trúc bề mặt thường bị xô dịch đi, khác với cấu trúc bên trong của kim loại,
liên kết ở bề mặt khác hơn ở bề trong thường hình thành oxit kim loại trên bề mặt, lớp
oxit dù dầy hay mỏng cũng cản trỏ sự phóng điện, giảm khả năng liên kết và dẫn đến lớp
mạ không bám chắc vào kim loại nền. Mặt khác bề mặt kim loại dễ hấp phụ nước, dầu
mỡ và các chất hoạt động bề mặt khác dẫn đến khả năng liên kết lớp mạ với kim loại nền
kém. Do đó, chất lượng lớp mạ phụ thuộc nhiều vào khả năng làm sạch bề mặt chi tiết.
Quy trinh gia công bề mặt thông thường theo các bước sau:
2.1.1.Gia công cơ học
Tùy theo chi tiết ban đầu có thể tiến hành gia công cơ học khác nhau:
Mài thô: làm sạch hoàn toàn lớp gỉ (đặc biệt là lớp thép có lớp gỉ dày, lớp oxit
nhân tạo khi chế tạo) sử dụng đá mài, hay phớt mài có gắn bột mài cứng có kích thước
hạt khác nhau, độ cứng khác nhau tùy theo chi tiết mạ, nếu không thực hiên mài thì có
thể thực hiên phun hạt (phun cát) mài vào chi tiết để lớp gỉ bong ra. Sau khi mài thô, chi
tiết đã sạch gỉ song bề mặt vẫn còn thô.
Mài tinh: hạt mài mịn hơn làm cho các chi tiết bằng phẳng hơn và đô chính xác
cao hơn.
Đánh bóng: dùng các phớt đánh bóng để mặt chi tiết bóng sáng lên, tùy theo yêu
cầu phải đạt được độ bóng cần thiết. Ngoài đánh bóng cơ học còn có phương pháp đánh
bóng khác như đánh bóng điện hóa, hay hóa học cũng cho độ bóng cao. Đối với các chi
tiết nhỏ, dạng hình học khác nhau thì có thể dùng thùng quay kết hợp cơ học (các chi tiết

va đập vào nhau, hay các hạt mài ) và hóa học.
2.1.2.Gia công hóa học và điện hóa
Các chi tiết đã đánh bóng thật kỹ rồi sẽ tiến hành gia công hóa học hay điện hóa
học. Mục đích làm sạch dầu mỡ bám lên vật mạ, hay làm sạch lớp gỉ mỏng hình thành
trong gia công cơ học
Tẩy dầu mỡ
Tẩy dầu mỡ hóa học trong dung dịch kiềm. Mỡ có gốc thực vật (các acid béo) khi
kết hợp với kiềm sẽ xà phòng hóa và dễ tan trong dung dịch.
Ví dụ:
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 17
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
C
17
H
35
COOH+ NaOH = C
17
H
35
COONa + H
2
O
(C
17
H
35
COO)
3
C
3

H
5
+3NaOH = 3(C
17
H
35
COONa) + C
3
H
5
(OH)
3

Nếu dầu mỡ có nguồn gốc từ khoáng (từ chế biến dầu mỏ) sẽ không tham gia phản
ứng trên, hiệu quả làm sạch không cao, do đó phải dùng dung môi hữu cơ, để hòa tan dầu
mỡ. Chi tiết được nhúng vào dung môi vào chi tiết bị kín chứa các chi tiết cần tẩy, hơi
dung môi ngưng tụ trên bề mặt chi tiết, hòa tan dầu mỡ và chảy xuống. Dầu mỡ và cặn
bẩn được tách ra ở thiết bị bay hơi. Thực hiện theo phương pháp này , bề mặt sạch, ổn
định, có thể tự động hóa hoàn toàn.
Tẩy dầu mỡ theo phương pháp điện hóa
Dung dịch sử dụng là dung dịch kiềm, chi tiết có thể treo ở catot hay anot, hay
catot thì phổ biến hơn.
Cơ chế tách dầu mỡ như sau:
Theo lý thuyết hấp phụ: các chất hữu cơ trung tính hấp thu ở vùng điện thế điểm
không tích điện E
z
khi phân cực catot hay anot, nghĩa là điện thế khá xa với điện thế E
z
thì
hấp phụ phân tử nước mạnh hơn và các chất hữu cơ bị đẩy ra khỏi dung dịch.

Theo lý thuyết sức căng bề mặt: khi phân cực catot hay anot thì sức căng bề mặt sẽ
giảm và các chất hữu cơ sẽ bị đẩy ra, kết hợp thành giọt, các bọt khí thoát ra nhanh chóng
nổi lên trên bề mặt kéo theo các giọt dầu mỡ li ti và đưa theo dung dịch chảy tràn.
Theo phản ứng điện hóa hữu cơ: một số chất có thể bị phá hủy trên điện cực thành
chất có mạch cacbon thấp bay hơi hay hòa tan có thể phản ứng tạo thành các chất trung
gian, tác dụng với oxi hay hydro mới sinh H
+
hay OH
-
ở sát điện cực và thay đổi tính chất
hóa học của dầu mỡ, dẫn đến khả năng hấp phụ trên kim loại giảm.
Tẩy gỉ
Tẩy gỉ theo phương pháp hóa học hay điện hóa hoc:
Sau khi đánh bóng và tẩy dầu mỡ, thì bề mặt kim loại có một lớp gỉ rất mỏng,
trước khi mạ phải làm sạch hoàn toàn hay làm hoạt hóa bề mặt mạng lưới tinh thể kim
loại nền nhân nguyên tử mới vào mạng tinh thể của mình mà không qua một lớp trung
gian nào. Người ta gọi là tẩy nhẹ, thường tiến hành trong dung dịch acid loãng thời gian
rất ngắn từ 5-10 giây. Sau khi tẩy, rửa kỹ phải mạ ngay. Có thể tiến hành tẩy trên anot rửa
và mạ ngay. Nếu chi tiết có lớp gỉ dày không thực hiện được bằng gia công cơ học như
trên, người ta có thể lấy lớp gỉ đi bằng phương pháp hóa học trong dung dịch acid.
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 18
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
Phản ứng hóa học xảy ra giữa oxit hydroxit với acid đồng thời với kim loại nền
cũng tác dụng với acid, hydro thoát ra khá nhiều, tiêu hao acid lớn và gây ô nhiễm môi
trường. Trong dạng tẩy acid có thể cho các chất ức chế khác nhau
Tác dụng của chất ức chế ngăn cản quá trình hòa tan kim loại thoát H
2
, nhằm giải
quyết vấn đề:
Giảm độ giòn hydro cho vật liệu.

Tiết kiệm acid, và giảm độ ô nhiễm môi trường.
Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày, gọi là gỉ. Tẩy gỉ hóa học cho
kim loại đen thường dùng axit loãng H
2
SO
4
hay HCl hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy
thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan oxit và kim loại nền. Tẩy gỉ điện hóa là tẩy
gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện. Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy
gỉ anot. Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt.
Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác dụng khử một phần oxit. Hidro sinh ra còn góp
phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra. Tẩy gỉ bằng catot chỉ áp dụng cho vật
mạ bằng thép cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả lắm.
Tẩy bóng điện hóa và hóa học
Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học. Lớp mạ trên nó gắn bám
tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt. Khi tẩy bóng điện hóa
thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt. Do tốc độ hòa tan của phần
lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng. Cơ chế tẩy
bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa. Khi tẩy bóng hóa học cũng xuất hiện lớp
màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực của dung dịch với kim loại tại chỗ
lõm.
Tẩy nhẹ
Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng, không nhìn
thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi mạ. Khi tẩy
nhẹ xong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên.
2.1.3.Vấn đề rửa
Sau mỗi lần gia công hóa học đều phải rửa nước lạnh hay nước nóng. Mục đích
rửa:
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 19
Điện phân dung dịch không thoát kim loại

-Làm sạch hóa chất mang theo lên bề mặt chi tiết làm tiêu hao và ảnh hưởng đến
dung dịch phía sau.
-Chi tiết mạ phải hoàn toàn sạch các tạp chất cơ học và hóa học.
-Các loại nước rửa và hình thức rửa.
-Nước rửa được thu hồi, tái sử dụng hay thải bỏ thông qua hệ thống sử lý. Thông
thường, sau khi mạ (crom, vàng bạc…) nước rửa được xử lý thu hồi hóa chất, xử lý và
thải.
Có thể nhúng chảy tràn, phun nước, lượng nước sử dụng khá lớn.
2.1.4. Các phương pháp gia công khác
Trong công nghệ mạ hiện nay, thường dùng phương pháp siêu âm để làm sạch bề
mặt chi tiết mạ. phương pháp này có thể làm sạch dầu mỡ, làm sạch oxit mỏng, hay các
hạt nằm trong khe hẹp. Sóng siêu âm do dao động cơ học với tần số rất cao tạo nên (dao
động biến thành dao động cơ qua chất điện môi đặc biệt).
2.2. Các quá trình mạ
Sau khi tẩy rửa thật kỹ chi tiết được đưa vào bể mạ. Chế độ mạ được tính toán và
điều khiển theo một quy hoạch nhất định.
2.3. Các quá trình gia công sau khi mạ
Chi tiết sau khi mạ, được gia công hóa học và vật lý khác nhau tùy theo yêu cầu và
tính chất của lớp mạ.
-Có thể tiến hành thụ động hóa bề mặt lớp mạ như mạ kẽm thiếc…
-Có thể thực hiên gia công nhiệt để khuếch tán, biến tính, khử ứng suất của lớp mạ
như ma crom.
-Có thể phủ sơn bóng để chống oxy hóa bề mặt lớp mạ như vàng, bạc, giả vàng.
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 20
Điện phân dung dịch không thoát kim loại
STT Họ và tên sinh viên MSSV
1 PHẠM TRỌNG HIẾU 2204112027
2 NGUYỄN ANH VŨ 2204112001
3 LÊ THÀNH VƯƠNG 2204112004
4 ĐỖ HOÀNG SƠN 2204112012

5 NGUYỄN MÔNG KHA 2204112104
6 NGUYỄN THỊ NGỌC 2204112002
7 HUỲNH VĂN THẨM 2204112010
8 NGUYỄN THỊ THANH VÂN 2204112034
Th.s ĐẶNG THANH PHONG Trang 21