đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế Dây chuyền mạ Ni – Cr chi tiết vành xe máy.

Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế: Dây chuyền mạ Ni – Cr chi tiết vành xe máy.
Yêu cầu:
Chiều dày lớp mạ Ni mờ: 6,5 µm
Chiều dày lớp mạ Ni bán bóng: 5 µm
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 1
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Chiều dày lớp mạ Ni bóng: 6 µm
Chiều dày lớp mạ Crôm: 0,5µm
Công suất: 12.000 m
2
/ năm.
Nội dung:
1. Tính toán:
- Các bể, kích thước.
- Thông số các chỉnh lưu.
- Gia nhiệt.
- Hóa chất tiêu hao.
- Nước, điện tiêu hao.
- Hệ thống xử lý nước thải.
2. Vẽ:
- Mặt bằng (A0).
- Bể mạ Ni, Cr
- Thiết kế giá mạ
LỜI MỞ ĐẦU
Phương pháp mạ điện cũng đã có một lịch sử khá lâu, khoảng trên 200
năm. Kể từ năm 1805 do nhà bác học Luigi V. Brugnatelli khai sinh ra đến
nay, ngành mạ điện cũng đã trải qua biết bao thăng trầm lịch sử. Trong suốt
30 năm đầu, kĩ thuật mạ điện chỉ có thể nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Nhưng cho đến khi máy phát điện ra đời thì kĩ thuật mạ điện đã bước sang
một kỷ nguyên mới. Các sản phẩm mạ mang tính thương mại ra đời và phát
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 2
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
triển rực rỡ, bởi ý nghĩa vô cùng to lớn của lớp mạ.Mạ vừa có tính trang trí, lại
vừa có tính bảo vệ.Mật độ dòng điện tăng lên, năng suất lao động tăng, quá
trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn. Những dung dịch cùng
với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn. Các lớp mạ được
nghiên cứu phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm
đẹp Kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành
công kĩ thuật mạ crom cứng, mạ đa lớp
Trong bài đồ án này, em được cơ Th.S.LÊ THỊ THU HẰNG giao cho
thiết kế dây chuyền mạ Ni - Cr tự động, mạ chi tiết tay nắm cửa. Do còn hạn
chế về thời gian và kiến thức, nên bài đồ án của em không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy, cơ.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 LÝ THUYẾT CHUNG
1.1.1 Quá trình catot
1.1.1.1 quá trình chính
Dung dịch mạ thường là muối của các kim loại trong môi trường kiềm
hay axit, vì vậy khi mạ từ dung dịch nước có chứa muối kim loại tương ứng
quá trình quá trình điện hoá xảy ra như sau:
Me
n+
+ ne  Me
o

Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 3
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Quá trình này là quá trình phóng điện của cation kim loại (quá trình

khử), để thực hiện được như vậy phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau như:
- Cation mang vỏ hyđrat hoá Me
n+
.nH
2
O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt
catot (giai đoạn tiền hấp phụ).
- Cation mất vỏ hyđrat vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catôt (giai đoạn hấp
phụ).
- Electron từ catôt điền vào vành điện tử, hoá trị của cation biến nó thành
nguyên tử kim loại trung hồ ở dạng phóng điện.
- Các nguyên tử kim loại này hoặc tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia
nuôi lớn mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm lớn thành tinh thể kết thành
lớp mạ.
1.1.1.2 Quá trình phụ
Song song với quá trình phóng điện của cation kim loai, còn có quá
trình phóng điện của nước hoặc ion hyđrô và giải phóng khí H
2
.
Khi môi trường axit.
2H
+
+2e  H
2
Khi môi trường kiềm hoặc trung tính.
2H
2
O+2e  2OH
-
+ H

2
.
Hoặc quá trình phóng điện của cation kim loại từ hoá trị cao về hoá trị thấp.
Me
+ne
+ (n-m)e  Me
m+
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 4
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Chính những quá trình phụ này làm cho hiệu suất dòng điện catôt của ion kim
loại mạ là H<100%.
1.1.2 quá trình anot
- Quá trình chính:
Me  Me
+n
+ ne.
- Quá trình phụ:
+ Môi trường axit và trung tính.
2H
2
O  O
2
+4H
+
+ 4e
+ Môi trường kiềm.
4OH
-
 2H
2

O + O
2
+ 4e
Các ion kim loại đi vào dung dịch mạ, còn khí thoát ra trên anôt. Electron
được chuyển vào mạch qua nguồn điện trở về catôt.
1.2. Lý thuyết về lớp mạ Ni
1.2.1. Tính chất của niken
Niken (kền) là một kim loại có màu trắng bạc, dẻo dễ cán và rất mỏng,
đánh bóng. Độ cứng của lớp mạ niken phụ thuộc nhiều vào thành phần của
dung dịch và điều kiện mạ, độ cứng của lớp mạ niken bóng từ 4500Mpa tới
5000Mpa, của lớp mạ niken mờ 2500Mpa tới 4000Mpa tương đương với
450(kg/cm
2
) tới 500(kg/cm
2
) và 250(kg/cm
2
) tới 400(kg/cm
2
). Giới hạn bền là
400Mpa tới 500Mpa, độ dãn dài tương đối là 40%. Trong lĩnh vực mạ điện
niken là một trong các kim loại quý, quan trọng nhất, thông dụng nhất. Trong
lĩnh vực vật liệu từ niken là một vật liệu quan trọng có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ
nhất, tính sắt từ được bảo toàn tới 358
o
C, điện trở riêng là 7.10
-8
(Ω.m) khả
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 5
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa

năng phản xạ ánh sáng 58% tới 62%. Trọng lượng riêng 8,9 (g/cm
2
). Nhiệt độ
nóng chảy là 1452
o
C, nhưng lớp mạ có thể làm việc ở 650
o
C. Lớp mạ thường
cứng, giòn nếu nung tới 900
o
C sẽ mềm và dẻo lại.
Điện thế tiêu chuẩn của niken là -0,25(V). Trong mọi môi trường lớp
mạ niken đều là lớp mạ catôt đối với sắt và thép, vì vậy điều kiện cơ bản để
lớp mạ kền bảo vệ được lền sắt thép là phải phủ kín hoàn toàn, không châm
kim, không lỗ xốp, chiều dày của lớp mạ trong môi trường ăn mòn mạnh phải
từ 25µm trở lên.
Trọng lượng nguyên tử của kim loại niken M=58,70(gam). Trong các
hợp chất thường gặp niken với hóa trị +2 và một số hóa trị +3. Ở điều kiện khí
quyển bề mặt luôn được bao phủ một lớp ôxit mỏng trong suốt làm thụ động
bề mặt của nó. Nếu khí quyển có chứa lưu huỳnh (S), bề mặt sẽ nhanh chóng
bị mờ đi. Trong nước niken rất bền. Trong H
2
SO
4
và HCl thì niken tan chậm
hơn, trong HNO
3
loãng thì dễ tan nhưng trong HNO
3
đặc thì bị thụ động.

Niken bền trong các dung dịch kiềm đặc, loãng, nóng chảy.
Niken là kim loại khá đắt cần phải tiết kiệm, để giảm tiêu tốn niken cho
lớp mạ nhưng vẫn phải đảm bảo khả năng bảo vệ nền thường người ta tiến
hành mạ thành nhiều lớp chồng lên nhau, hoặc mạ lót đồng…
1.2.2. Ứng dụng của lớp mạ niken
Mạ niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy móc,
dụng cụ, các đồ dùng trong nhà để bảo vệ khỏi ăn mòn và tăng vẻ đẹp cho
chúng.
Niken bền hơn sắt vì vậy trong công nghiệp hóa chất thường mạ niken
để bảo vệ cho các máy móc, dụng cụ và đường ống. Trường hợp này lớp mạ
dày hàng trăm micromet. Lớp mạ dày, ứng suất lớn dễ bị bóng khỏi bề mặt chi
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 6
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
tiết vì vậy phải tiến hành nhiệt luyện khử bỏ ứng suất làm cho lớp mạ dẻo trở
lại.
Mạ niken còn được dựng để tăng tính chịu mài mòn như trong kĩ thuật
in người ta mạ niken cho các khuôn bản in tăng độ cứng và độ chịu mài mòn
cho chúng.
Mạ niken còn được dựng để tăng tính chịu mài mòn như trong kĩ thuật
in người ta mạ niken cho các khuôn bản in tăng độ cứng và độ chịu mài mòn
cho chúng.
Trong công nghiệp chế tạo các thiết bị quang học… người ta còn áp
dụng mạ kền đen. Thành phần của kết tủa đen này gồm có 75% là pha kim
loại, nó chính là niken phân bố vào khối kền sunfat và kẽm hydroxit. Chiều
dày từ 0,5µm tới 1µm, có khả năng hấp thụ ánh sáng rất tốt.
Mạ niken bóng là một công nghệ tiên tiến và ngày nay được dựng khá
phổ biến trong việc tạo lớp mạ bảo vệ và trang sức cho hàng mạ. Hoặc người
ta có thể mạ niken hai hay nhiều lớp chồng lên nhau tạo lớp mạ kín hơn bảo
vệ nền tốt hơn.
Lớp mạ kền đen có chứa nhiều lưu huỳnh nên dùng cho điện phân nước

khá tốt, quá thế hydro và oxy trên nó rất thấp. Điện thế phóng điện trên nó xấp
xỉ với điện thế phóng điện trên điện cực bạch kim.
Ngoài ra còn nhiều ứng dụng khác như mạ kền xốp chế tạo “la men”
dùng trong chế tạo ắc quy, màng lọc…
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 7
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
1.2.3. Các loại lớp mạ niken
1.2.3.1. Lớp mạ Ni mờ
Ni là kim loại thuộc nhóm sắt (Fe, Co, Ni) có từ tính. Về mặt điện hóa chúng
có chung các đặc điểm sau:
- Dòng điện trao đổi bộ, chính vì vậy tốc độ tạo mầm tinh thể rất nhanh và
kích thước tinh thể rất nhỏ.
- Phân cực catot rất lớn ngay khi kết tủa từ dung dịch muối đơn, nên lớp
mạ có cấu trúc tinh thể mịn
- Quá thế thoát hydro trên chúng bộ nên hydro dễ thoát ra, nên quá trình
mạ Ni rất nhạy với nồng độ ion H
+
và nhiệt độ dung dịch.
Dung dịch mạ Ni có thể thay đổi thay đổi các chất có trong để thu được
lớp mạ bán bóng, mạ bóng hay làm lớp lót cho các lớp mạ khác.
1.2.3.2. Mạ Ni bán bóng
Kền (Ni) là một kim loại trắng bạc, dẻo, dễ cán, đánh bóng…Độ cứng
của Ni phụ thuộc vào điều kiện mạ và dung dịch mạ ( thông thường là 4500
Mpa đến 5000 Mpa với lớp mạ bóng ). Giới hạn bền 400 đến 500 Mpa, độ
giòn tương đối là 40%, điện trở suất là 0,07.10
-6
(ôm.một), khả năng phản xạ
ánh sáng là 58 đến 62%, từ tính cao, trọng lượng riêng là 8,9 g/cm
3
, nhiệt

nóng chảy là 1452
o
C. Lớp mạ Ni có thể làm việc tới nhiệt độ 650
0
C nếu lớn
hơn nhiệt độ này lớp mạ bị giòn. Nhưng nếu nung tới nhiệt độ 900
0
C lớp mạ
sẽ dẻo trở lại. Ni thông thường có hóa trị II nhưng một số trường hợp nó có
hóa trị III.
Trong không khí Ni bị bao phủ bởi một lớp oxyt mỏng trong suốt tự
sinh ra do Ni tác dụng với oxy không khí. Lớp oxyt này vừa bền, trong suốt
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 8
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
cho nên lớp mạ Ni trong không khí luôn bền, sáng bóng nếu như lớp mạ này
kín. Cũng chính vì lý do này mà Ni là kim loại quan trọng công nghệ mạ.
Kền bền trong nước tự nhiên, nước cất và nước chảy. Kền dễ bị ăn mòn
trong nước biển tự. Trong H
2
SO
4
và HCl loãng kền tan chậm hơn Fe. Kền dễ
tan trong HNO
3
loãng, nhưng lại thụ động trong HNO
3
đặc. Kền không tác
dụng với N
2
cho dù nhiệt độ tăng đến 1400

0
C. Kền bền trong các dung dịch
kiềm và trong kiềm nóng chảy, các axit hữu cơ chỉ tác dụng với kền khi tiếp
xúc lâu ngày với nó. Kền không làm hỏng các vitamin, không độc.
Kền có khả năng hấp phụ khí khá lớn, cũng chính vì thế mà cơ tính lớp
mạ Ni kém đi. Kền có thể mạ lên Fe, Cu, Ti, Al và các hợp kim của chúng
cũng có thể mạ lên vật liệu phi kim như gốm sứ, thủy tinh, chất dẻo…
Điện thế tiêu chuẩn của Ni dương hơn của Fe cho nên nó là lớp mạ
catot với Fe. Để bảo vệ Fe bằng lớp phủ Ni thì Ni phải thật kín. Lớp mạ Ni
không kín sẽ tạo vi pin ăn mòn vì vậy người ta mạ Ni hai hay nhiều lớp Ni để
tăng độ kín, mạ Ni bán bóng trước khi mạ Ni bóng.
Lớp mạ Ni bán bóng cho độ kín cao, dễ gia công, ứng suất nội bộ, độ
gắn bám nền và kim loại khác cao cho nên nó được dựng lớp mạ lót. Lớp Ni
bóng cho độ bóng cao, cứng cao nhưng ứng suất nội cao cho nên người ta mạ
Ni bóng sau bán bóng để tăng tính trang sức và bảo vệ cho lớp mạ Ni.
Dung dịch mạ Ni không cho hiệu suất 100%, do sự thoát khí H
2
và dẫn
đến làm rỗ lớp mạ và gây cản trở sự khuếch tán Ni
2+
từ dung dịch vào catot vì
vậy ta phải sục khí cho H
2
thoát nhanh.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 9
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Trong dung dịch cấu tử chính là NiSO
4
độ hòa tan lớn. Các dung dịch
hiện đại thường dùng nồng độ lớn hơn 300 g/l và thường làm ở nhiệt độ cao

(40 đến 70
0
C).
Chất đệm sử dụng trong dung dịch là H
3
BO
3
có tác dụng ổn định pH
trong dung dịch mạ cũng như lớp dung dịch sát catot nơi H
2
bay ra làm kiềm
hóa dung dịch. Nồng độ tối ưu của chất đệm là 20 đến 40 g/l. Đối với dung
dịch pH thấp thì chất đệm NaF thích hợp hơn.
Ion Cl
-
trong dung dịch có tác dụng chống thụ động hóa anot. Sự có
mặt của ion Cl
-
vừa làm tăng độ dẫn điện vừa phá hủy lớp thụ động kết tủa
trên anot.
Nhiệt độ thấp làm lớp mạ giòn, tốc độ mạ chậm. Mật độ dòng cao làm
lớp mạ giòn dễ cháy, hiệu suất dòng giảm nhanh. Tạp chất làm giảm nhiều cơ
tính của lớp mạ. Mạ Ni rất nhạy với tạp chất, chất có thể sinh ra từ nhiều
nguồn như sử dụng hóa chất không sạch, do vật mạ rơi xuống rồi tan ra sinh ra
cặn, mùn anot, nước rửa không sạch, ăn mòn thiết bị, dụng cụ…Các tạp chất
nguồn gốc hữu cơ sinh ra do vật gia công rửa chưa sạch, vải có dầu mỡ thôi
ra, giá treo chưa sạch, từ tay chân công nhân của công nhân, xác động vật chết
( gián, thạch sùng …chết rơi vào bể mạ ). Tạp chất khí thoát ra chủ yếu từ
catot, CO
2

thoát ra khi dựng Na
2
CO
3
để điều chỉnh pH. Không khí lẫn vào
trong quá trình bơm, lọc gây giòn, rỗ lớp mạ. Các ion có hại khi mạ Ni là Fe,
Zn, Pb, Cu, Cr ngoài ra còn có các tạp chất hữu cơ.
Cu làm nhám lớp mạ ở vùng D
C
thấp, Fe làm lớp mạ rỗ, sọc dài, nhám
khi pH cao. Zn làm lớp mạ tối, sọc đen hoặc nâu. Pb làm lớp mạ tối bong
thành vảy nhỏ như bột. Al và Si làm nhám nhẹ bề mặt và làm mờ lớp mạ bóng
khi dựng D
C
trung bình và cao. Cr làm tăng nhẹ khả năng phân bố nhưng lại
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 10
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
làm giảm tính bảo vệ của lớp mạ. Anion NO
3
-
(do tẩy trong dung dịch HNO
3
,
sau đó rửa không sạch) làm kền khó mạ, catot bị đen và lớp mạ dễ bong. Chất
hữu cơ gây rỗ, giòn, nhám cho lớp mạ, làm mờ hay vệt mây trên lớp mạ bóng.
Hàm lượng tạp chất cho phép như sau (g/l) : Fe ≤0,1; Cu ≤ 0,02; Zn ≤
0,01; Pb ≤0,001; Cr ≤ 0,04; Sn ≤ 0,02; S ≤ 0,005; Al ≤ 0,06; Ca ≤ 0,5.
Mỗi lần bổ sung điều chỉnh dung dịch nên kết hợp xử lý để loại bỏ Fe,
Cu và chất hữu cơ, đôi khi cả Zn nữa.
Khi Fe trên 0,1 g/l phải xử lý bằng cách : axit hóa dung dịch đến pH 3,5

– 4,0; đun nóng lên 50-60
0
C, cho thêm H
2
O
2
vào để oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
,
khuấy mạnh bằng không khí nén; kiềm hóa dung dịch đến pH = 6,0 kết tủa
Fe
3+
dưới dạng Fe(OH)
3
. Một số chất hữu cơ bị Fe(OH)
3
hấp phụ cũng được
loại theo khi lọc bỏ kết tủa. Chỉnh lại pH và bắt đầu làm việc lại.
Khi hàm lượng Cu trên 0,02 g/l thì phải loại bỏ bằng cách axit hóa dung
dịch tới pH = 2,5 đến 3,5 và mạ xử lý ở điện thế 0,8 đến 1,0 V, mật độ dòng
0,1 đến 0,2 A/dm
2
trên catot lượn sóng trong nhiều giờ cho tới khi được lớp
mạ sáng.
Loại bỏ Zn bằng cách cho thêm nước vôi vào.
Loại bỏ Cr bằng cách cho 1,2 g/l thuốc tím hay 2,4 g/l PbSO
4
vào dung

dịch hay khử Cr
6+
thành Cr
3+
ở pH thấp ( pH bằng 3 và khuấy ) rồi tăng nhiệt
độ nên 75
0
C sau đó kết tủa ở pH cao.
1.2.3.3 Mạ Ni bóng
Mạ NiKel bóng cho lớp mạ có độ bóng cao nhưng giòn, độ kín nhỏ hơn
của lớp mạ Ni bán bóng. Mạ Ni bóng dung dịch có thành phần giống như mạ
Ni bán bóng nhưng có thêm phụ gia bóng.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 11
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Vai trò của các chất trong mạ Ni bóng giống như trong mạ Ni bán bóng.
Riêng 1,4butindiol có tác dụng làm vật mạ bóng hơn. Về vai trò của các chất
làm bóng hiện nay còn nhiều quan điểm khác nhau và chưa đi tới thống nhất.
Hiện nay quan điểm được công nhận nhiều nhất là: 1,4 butindiol được hấp phụ
lên bề mặt vật mạ, trên lớp mạ Ni bán bóng làm thay đổi tốc độ và khả năng
phóng điện của Ni
2+
và như vậy ta sẽ được lớp mạ mịn hơn.
Các hư hỏng khi mạ Ni và cách nhận biết:
Khi mạ Ni thường xảy ra một số sự cố làm lớp mạ không đạt yêu cầu ta
có thể nhận biết nguyên nhân gây hỏng lớp mạ dựa vào bề mặt lớp mạ.
• Lớp mạ bong trúc : Do tẩy dầu mỡ, rỉ bề mặt vật mạ chưa sạch.
• Lớp mạ gai dỏm : Do dung dịch cặn đục, do tẩy chưa sạch.
• Lớp mạ có màu cam nhạt do dung dịch bị lẫn dầu mỡ.
Lớp mạ bị dòn do pH cao hay quá thấp. Sau khi mạ Ni bóng vật mạ
được rửa 3 lần rồi đem mạ Cr.

1.2.3.3 Mạ Cr
Crôm(Cr) là kim loại trắng bạc, ánh xanh, độ cứng rất cao và chịu mài
mòn rất tốt. Trọng lượng nguyên tử là 52,01 g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy là
1750 đến 1850
0
C. Chúng ta thấy rằng theo như điện thế tiêu chuẩn của
Cr/Cr
3+
= 0,7V thì Cr là kim loại hoạt động nhưng trong khí quyển nó sinh ra
một màng oxyt mỏng rất kín, chắc,chống ăn mòn tốt và giữ được lâu trong
không khí. Cr bền trong khí quyển chứa H
2
S, SO
2
, trong H
2
SO
4
, HNO
3
,
H
3
PO
4
, axit hữu cơ, dung dịch kiềm.Nhưng trong HCl, H
2
SO

4
, NaOH nóng nó
bị hòa tan do lớp oxyt bị phá hủy.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 12
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Trong Hợp chất Cr có hóa trị 6 và hóa trị 3. Hợp chất Cr
3+
có tính oxy
hóa mạnh, CrO
3
hòa tan trong nước tạo ra hỗn hợp axit cromic. Đương lượng
điện hóa của Cr
3+
là 0,648 g/Ah, Cr
6+
là 0,324 g/Ah. Lớp mạ Cr có tính trang
sức, bảo vệ cao. Khi mạ trên nền Ni nó gắn bám tốt, nâng cao đáng kể cơ tính
của lớp mạ Ni vì độ cứng rất cao lại bền hóa.
Lớp mạ Cr gắn bám tốt lên nền Cu, Fe, Ni… và cho ta lớp mạ có cơ
tính cao, tính trang sức,bảo vệ tốt nên nó là lớp mạ ưu việt để mạ các sản
phẩm vệ sinh, đồ dùng cá nhân.
Trong dung dịch này CrO
3

tan trong nước tạo thành hỗn hợp các axit Cromic.
Tất cả axit Cromic là các axit mạnh. Quá trình mạ Cr rất khác với quá trình
mạ các kim loại.
• Mạ Cr tiến hành trực tiếp từ hỗn hợp các axit Cromic (H
2
CrO

4
và
H
2
CrO
7
) chứ không phải muối kim loại kết tủa.
• Dung dịch mạ nhất thiết phải có mặt các ion hoạt hóa ( thông thường
là SO
4
2-
, F
-
, SiF
6
-
).
• Mạ Cr có điện thế khử ion Cromat rất âm, hiệu suất dòng catot rất
thấp, mật độ dòng lớn, khả năng phân bố lớp mạ kém.
Tất cả các điều này có liên quan đến cơ chế phóng điện của Cr
6+
trên
catot. Tuy nhiên cơ chế phóng điện này rất phức tạp và còn nhiều tranh cãi.
Không dùng anot crom hòa tan mà dựng anot trơ bằng hợp kim chì và
cần giữ tỷ lệ diện tích anot và catot trong giới hạn là từ ½ đến 2/3.
Khi mạ Cr các ion ảnh hưởng đến là Fe, Cu, Ni, NO
3
-
, NO
2

, Cl
-
…
Fe làm giảm độ dẫn điện
Cu và Ni làm lớp mạ bị tối, xám.Đặc biệt Ni
2+
gây ảnh hưởng như sau:
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 13
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Làm Cr
6+
Cr
3+
Ni
2+
Ni + Cr
6+
Có hại nhất là các ion NO
3
-
, NO
2
-
, Cl
-
làm tăng mật độ dòng điện và làm
hỏng dung dịch nếu nồng độ lớn.
- Mạ Cr dung dịch dựng là ở dạng axit
- Trong dung dịch phải có ion xúc tác
- Mật độ dòng điện lớn hơn rất nhiều so với quá trình mạ khác

- Lớp mạ thay đổi phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và mật độ dòng điện
- Hiệu suất dòng điện rất thấp.

1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.
1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 14
Mạ Ni bán bóng
Rửa thu hồi 3Rửa thu hồi 4Mạ CromHoạt hóaRửa nước 6
Rửa nước 5
Rửa thu hồi 2
Rửa thu hồi 1
Mạ Ni bóng
Rửa nước 7
Mạ Ni mờ
Rửa nước 5
Tẩy nhẹ
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
1.2. Thông số các quá trình gia công.
Bảng thông số các quá trình gia công
ST
T
Công đoạn
Thông số
Tên Tiêu chuẩn
1 Tẩy dầu nóng
NaOH 50 g/l
Na
2
CO
3

20 g/l
Na
3
PO
4
.12H
2
O 30 g/l
Na
2
SiO
3
10 g/l
Chất hoạt động bề mặt 5 g/l
Thời gian 10 phút
Nhiêt độ 80 - 95
o
C
2 Rửa nước 1
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
3 Tẩy dầu điện
NaOH 50 g/l
Na
2
CO
3
50 g/l
Na

3
PO
4
.12H
2
O 20g/l
Na
2
SiO
3
5 g/l
Thời gian 5 phút
D
c
5 ÷ 10 A/dm
2
4 Rửa nước 2
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 15
Rửa nước 4
Rửa nước 3
Tẩy gỉ
Rửa nước 2
Sản PhẩmTẩy dầu điện hóa
Sấy Rửa nước 1
Rửa nước
nóng
Rửa nước 8Tẩy dầu nóng

Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
5 Tẩy gỉ
H
2
SO
4
200 g/l
NaCl 150 g/l
Thời gian 5 phút
Nhiệt độ 40 - 60
o
C
6 Rửa nước 3
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
7 Rửa nước 4
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
8 Tẩy nhẹ
H
2
SO
4
10g/l
NaCl 25g/l
9 Rửa nước 5
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường

Thời gian 0,5phút
10 Mạ Ni mờ
NiSO
4
.7H
2
0 250 – 300 g/l
NiCl
2
.6H
2
0 30 – 60 g/l
H
3
BO
3
35 – 40g/l
Na
2
SO
4
70g/l
C
12
H
25
SO
4
Na 0,05 – 0,1 g/l
pH 3 – 4

Nhiệt độ 45 – 60
o
C
Mật độ dòng điện 3 - 4 A/dm
2
11
Mạ Ni bán
bóng
NiSO
4
.7H
2
0 280 – 300 g/l
NiCl
2
.6H
2
0 30 – 40 g/l
H
3
BO
3
35 – 40 g/l
C
12
H
25
SO
4
Na 0,1 g/l

C
9
H
6
O
2
0,15 – 0,30 g/l
HCHO 0,15 – 0,20 g/l
Nhiệt độ 55 – 60
o
C
Mật độ dòng điện 3 – 5 A/dm
2
pH 3,8 – 4,2
12 Mạ Ni bóng NiSO
4
.7H
2
0 300 – 400 g/l
NiCl
2
.6H
2
O 30g/l
H
3
BO
3
30 – 40 g/l
Sacarin 1 g/l

pH 3,8 – 4,2
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 16
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Nhiệt độ 60
o
C
Mật độ dòng điện 3 - 4 A/dm
2
HCHO 0,15-0,2 g/l
NaCl 35g/l
13
Rửa thu hồi
dd mạ 1
Nước RO
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
14
Rửa thu hồi
dd mạ 2
Nước RO
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
15 Rửa nước 5
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
16 Rửa nước 6
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút

17 Hoạt hóa
CrO
3
125 g/l
H
2
SO
4
1,35 g/l
Nhiệt độ 50
o
C
Thời gian 1,5 phút
18 Mạ Cr
CrO
3
230 – 270 g/l
H
2
SO
4
2,3 – 2,7 g/l
Cr
3+
2,3 – 5, 4 g/l
Nhiệt độ 40 - 50
o
C
Mật độ dòng điện 10 - 20 A/dm
2

19 Rửa thu hồi 3
Nước RO
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
20 Rửa thu hồi 4
Nước RO
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
21 Rửa nước 7
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
22 Rửa nước 8
Nước RO Chảy tràn
Nhiệt độ Thường
Thời gian 0,5phút
23 Rửa nước Nước RO Chảy tràn
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 17
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
nóng
Nhiệt độ 40 – 60
o
C
Thời gian 0,5phút
Sản phẩm
1.3. Thuyết minh dây chuyền.
- Vật mạ sau khi được gá lên giá mạ, được máy nâng đưa giá mạ vào bề tẩy dầu
nóng
- Sau một thời gian gia công, giá được đưa sang bể rửa nước 1, để loại bỏ các
tạp bẩn còn dính trên giá mạ

- Sau đó giá được đưa vào gia công tại bề tầy dầu điện, tại đây, giá mạ đóng vai
trị là anot, còn catot là các tấm thép không rỉ
- Sau thời gian gia công là 5 phút tại bề tầy dầu điện giá mạ được chuyển sang
bể rửa nước 2, để loại bỏ các tạp bẩn còn dính trên giá mạ
- Tiếp đó giá mạ được chuyển qua bề tẩy gỉ, và được ngâm trong 5 phút
- Sau thời gian gia công 5 phút, giá mạ được chuyển qua lần lượt bề rửa nước 3
& bể rửa nước 4 để loại sạch tạp bẩn và axit còn dính trên vật mạ
- Giá mạ được đưa vào bề mạ Ni mờ
- Sau đó được chuyển qua bề mạ Ni bán bóng
- Tiếp theo là bề mạ Ni sunfua cao
- Rồi mới đến bề mạ Ni bóng
- Sau khi mạ, giá mạ được chuyển qua lần lượt bề thu hồi 1 & 2
- Rồi được đưa đi rửa nước tại bể rửa nước 5 & 6
- Sau đó được chuyển qua bề hoạt hóa để tiến hành hoạt hóa trước mạ Crôm
- Tiếp đó giá mạ được đưa vào bề mạ Crôm
- Sau đó qua lần lượt 2 bề thu hồi 3 & 4
- Rồi qua bề rửa nước 7 & 8
- Sau đó giá mạ được rửa nước nóng tại bể rửa nước nóng để giúp vật mạ mau
khô
- Giá mạ được đưa đến vị trí tháo sản phẩm.
2. Thiết kế.
2.1. Tính toán kích thước bể.
2.1.1. Diện tích sản phẩm.
Chi tiết mạ là tay nắm cửa
Tay nắm cửa có hình dạng như sau:
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 18
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Vật mạ được làm bằng thép, đúc thành khối có dạng như trên hình vẽ.
Các kích thước, ta ước lượng được diện tích tay nắm cửa là: 2 dm
2

Công suất dây chuyền một năm phải đạt được: 12.000 dm
2
.
 Số vật mạ phải mạ được trong năm:
1.200.000/2= 600.000 (sản phẩm).
2.1.2. Chế độ làm việc.
Chọn chế độ làm việc 2 ca / ngày, mỗi ca 8 h.
Do quy trình sản xuất là tự động, nên tổng thời gian sửa chữa, bảo
dưỡng thiết bị là 3 % thời gian san xuất.
Ở Việt Nam, số ngày nghỉ lễ là 8 ngày/ năm.1 năm có 52 tuần, tuần làm
việc 5 ngày (nghỉ thứ 7, chủ nhật). Do đó, số ngày làm việc thực tế là:
52.5 – 8 =252 (ngày/năm).
Bảng 1: quỹ thời gian làm việc thực tế của phân xưởng.
Làm việc
(ca/ngày)
Quỹ thời gian
danh nghĩa (giờ)
Bảo dưỡng,
sửa chữa (%)
Quỹ thời gian
thực tế (giờ)
Thời gian làm
việc trong một
ngày( giờ)
2 4032 3 3785 15,58
2.1.3. Kế hoạch sản xuất.
Do sản xuất bao giờ cũng có phế phẩm, vì vậy năng suất thực tế phải
cao hơn năng suất yêu cầu. Ta chọn tỷ lệ phế phẩm là 5 %.
 Công suất thực tế của dây chuyền:
P

n
= P
o
+ 5%P
o
= 1.200.000.(1 + 0,05) = 1.260.000
dm
2
/năm.
Bảng 2: Kế hoạch sản xuất.
Tên sản Lượng đạt yêu cầu Lượng phế phẩm Lượng sản xuất thực tế
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 19
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
phẩm Số lượng
Diệntích
m2
Số
lượng
Diện
tích
m
2
/năm
Số lượng
Diện tích
m
2
/năm
Tay nắm cửa 600.000 12.600
30.00

0
600 630.000 12.000
Lượng hàng phải sản xuất được trong ngày là:
12600/252 = 50 ,m
2
/ngày.
Và số vật mạ phải sản xuất được trong ngày là:
50/0,02 = 2.500 (tay nắm cửa)
2.1.4. Thời gian gia công.
Thời gian mạ điện τ được tính theo công thức:
=
1
+
2
, phút
Trong đó:
1
là thời gian điện phân , phút.
2
là thời gian thao tác, di chuyển gá và tháo nắp , phút.
Khi điện kết tủa kim loại,
1
được tính theo công thức (2.1) - PPTKXMĐ/17
1
= )/(i
c
) , phút
Đối với mạ Ni mờ:
Có các giá trị:
- Chiều dày lớp mạ:

= 6,5 = 0,0065 , mm
- Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):
d
Ni
= 8,90 , g/cm
3
- của niken ( tra phụ lục 13):
q = 1.095 , g/Ah
- Mật độ dòng catot:
Chọn : i
c
= 4 , A/dm
2
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 20
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
- Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):
= 95 %
Vậy
1
= ( 0,00065. 8,90. 60)/(1,095.0,04.0,95) , phút
= 8,35 , phút
Đối với dây chuyền tự động:
2
chiếm khoảng 1- 2 phút.
Vậy thời gian mạ niken mờ là khoảng 10 phút.
Đối với mạ Ni bán bóng:
Có các giá trị:
- Chiều dày lớp mạ:
= 5 = 0,005 , mm
- Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):

= 8,90 , g/cm
3
- của niken ( tra phụ lục 13):
q = 1.095 , g/Ah
- Mật độ dòng catot:
Chọn : i
c
= 4(A/dm
2
) ,
A/dm
2
- Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):
= 95 %
Vậy
1
= ( 0,0005. 8,90. 60)/(1,095. 0,04. 0,95) , phút
= 6,42 , phút
Đối với dây chuyền tự động:
2
chiếm khoảng 1- 2 phút.
Vậy thời gian mạ niken bán bóng là khoảng 8 phút.
Đối với mạ Ni bóng:
Có các giá trị:
- Chiều dày lớp mạ:
= 6 = 0,006 , mm
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 21
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
- Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):
= 8,90 , g/cm

3
- của niken ( tra phụ lục 13):
c = 1.095 , g/Ah
- Mật độ dòng catot:
Chọn : i
c
= 4 , A/dm
2
- Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):
= 95 %
Vậy
1
= ( 0,0006. 8,90. 60)/(1,095. 0,04. 0,95) , phút
= 6,16 , phút
Đối với dây chuyền tự động:
2
chiếm khoảng 1- 2 phút.
Vậy thời gian mạ niken bóng là khoảng 8 phút.
Đối với mạ Cr:
Có các giá trị:
- Chiều dày lớp mạ:
= 0, 5 = 0,0005 , mm
- Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):
= 7,0 , g/cm
3
- của niken ( tra phụ lục 13):
c = 0,324 , g/Ah
- Mật độ dòng catot:
Chọn : i
c

= 20 , A/dm
2
- Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):
= 15 %
Vậy
1
= ( 0,00005. 7,0. 60)/(0,324. 0,2. 0,15) , phút
= 2,16 , phút
Đối với dây chuyền tự động:
2
chiếm khoảng 1- 2 phút.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 22
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Vậy thời gian mạ Crôm là khoảng 4phút.
 Nếu tất cả các khâu làm việc một cách tuần tự (chỉ có 1 bể mạ đối
với các quá trình mạ và một bộ tự hành), thì thời gian tối đa để xuất ra được 1
mẻ chính là thời gian của khâu chậm nhất (ở đây là khâu mạ Ni Mờ):
T
0
= 10 ,phút
2.1.5. Chọn kích thước khung.
2.1.5.1. Chọn kích thước khung.
Chọn kích thước khung sao cho:
 Mỗi khung treo được 30 vật mạ.
 Số đơn vị tải trên một khung: y
o
= 30.0,02 = 0,6 m
2
.
Mỗi một đơn nguyên bể có 1 cầu catot.

Bảng 3: Số vật mạ trên khung.
Tên
vật
mạ
Số vật mạ
trên khung
(cái/khung
)
Tổng diện
tích bề mặt
vật mạ trên
khung
(m
2
/khung)
Trọng
lượng 1
khung
(kg)
Kích thước
khung
(mm)
LxHxW
Kế hoạch sản xuất
P
n
(m
2
)
Số

khung
Vàn
h xe
30 0,6 15 990x420x620 12600 21000
Ghi Chú:
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 23
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
Một năm cần mạ :21000 (mẻ).
Một ngày cần mạ :84 (mẻ).
Một giờ cần mạ : 6 (mẻ).
2.1.5.2. Nhịp ra hàng lý thuyết của dây chuyền.
Nhịp ra hàng của dây chuyền cũng chính là nhịp ra hàng của từng khâu,
là thời gian giữa hai lần lấy hàng.
Nhịp ra hàng lý thuyết được tính theo công thức sau :
N =
Pn
ykT .60
,ph.
Trong đó :
T: là quỹ thời
gian làm việc
thực tế của
thiết bị, T =
3785 h.
y: là phụ tải
mạ, y = 0,6
m
2
/khung.
P

n
: là năng
suất của dây
chuyền P
n
=
12600
m
2
/năm.
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 24
Đồ án thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết tay nắm cửa
k: là hệ số tính tới thời gian mất vào việc chuẩn bị - kết
thúc sản xuất trong 1 ngày làm việc.
Với chế độ làm 2 ca thì k = ( 16 – T
ck
)/16.
T
ck
là thời gian chuẩn bị - kết thúc sản xuất mỗi ngày, đây là thời gian chuẩn
bị cho mẻ mạ đầu tiên đưa vào bể mạ và thời gian kết thúc mẻ cuối cùng sau
khi lấy ra từ bể mạ, hay đây chính là thời gian gia công hàng mạ không kể sấy
T*.
Chọn T
ck
= T* = 45, ph.
k = ( 16 – 45/60 )/16 = 0,953.
Vậy ta được :
N =(3785.0,953.60.0,6)/2730000 = 10,3 phút.
2.5.1.3. Số bể mạ và số bể gia công:

Số đơn nguyên bể được tính theo công thức sau :
n
i
= T
i
/N.
Trong đó :
T
i
: thời gian gia công ở bể đó, ph.
N : Nhịp ra hàng lý thuyết.
a. Bể tẩy dầu nóng:
n
1
= 10/10,3 = 0,935
Quy tròn là 1 đơn nguyên bể.
b. Bể tẩy dầu điện:
n
2
= 5/10,3 =0,468
Quy tròn là 1 đơn nguyên bể.
c. Bể tẩy gỉ:
n
3
= 5/10,3 =0,468
Quy tròn là 1đơn nguyên bể.
d. Bể mạ Ni mờ:
n
4
= 10/10,3 = 0,97

Quy tròn là 1 đơn nguyên bể.
e. Bể mạ Ni bán bóng:
n
5
= 8/10,3 = 0,78
Bùi Văn Hưng – CN Điện hóa K53 Trang 25