TẠO LỚP PHỦ KIM LOẠI BẰNG MẠ ĐIỆN

TẠO LỚP PHỦ KIM LOẠI
BẰNG MẠ ĐIỆN
NHÓM 4
Các phương pháp tạo lớp phủ kim loại:
I. GIỚI THIỆU CHUNG
•
MẠ ĐIỆN
•
Mạ hóa học
•
Mạ nhúng nóng
•
Phun phủ kim loại
•
khuếch tán kim loại
•
bốc bay chân không
1. Định nghĩa và ứng dụng
Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề
mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa,
… đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Về
nguyên tắc, vật liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp
kim, đôi khi còn là chất dẻo, gốm sứ hoặc composit.
Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó
còn có thể là composit của kim loại – chất dẻo hoặc
kim loại – gốm,…
Ứng dụng: Mạ điện được dùng trong nhiều ngành
công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi
kích thước, trang sức, chống mòn, tăng cứng, phản
quang và nhiệt, dẫn nhiệt, dẫn điện, thấm dầu, dễ
hàn,…

2. Sơ đồ nguyên tắc của một bình mạ điện
Dung dịch mạ gồm: muối dẫn điện,
ion kim loại làm lớp mạ, chất đệm,
các phụ gia
Vật cần được mạ
Mn+ + ne → M
M – ne → Mn+
Bằng thép, lót lót caosu,
polypropylene, polyvinylclorua,
chịu được dung dịch mạ
3. Thành phần dung dịch
Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp
gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện), chất
tạo phức và các loại phụ gia nhằm đảm bảo thu được
lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muốn.
Ứng dụng: Mạ điện được dùng trong nhiều ngành
công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi
kích thước, trang sức, chống mòn, tăng cứng, phản
quang và nhiệt, dẫn nhiệt, dẫn điện, thấm dầu, dễ
hàn,…
II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐƠN MẠ
1. MẠ ĐỒNG
2. Mạ KỀN
3. Mạ KẼM
4. MẠ HỢP KIM
5. MẠ KIM LOẠI QUÝ
1. Mạ đồng
Có hai nhóm dung dịch mạ đồng :
Dung dịch axit đơn Thành phần chính là muối đồng và axit
tương ứng của nó.

•
Ưu điểm: thành phần đơn giản, làm việc ổn định, dùng được
mật độ dòng điện cao, nhất là khi khuấy và tăng nhiệt độ dung
dịch, hiệu suất dòng điện cao, gần hoặc bằng 100%. Lớp mạ
gồm các tinh thể thô to nhưng khá kín.
•
Nhược điểm: khả năng phân bố bé và không được mạ trực tiếp
lên nền sắt thép, hợp kim kẽm và các kim loại có điện thế âm
hơn đồng.
Dung dịch kiềm phức đồng nằm trong các ion phức có độ phân
ly rất bé. Để khử được các ion phức này cần phân cực catot lớn,
do đó mà điện thế phóng điện của các ion phức đồng này rất âm.
Hiệu suất dòng điện bé và giảm nhiều khi dùng mật độ dòng điện
lớn. Khả năng phân bố lớn, tinh thể nhỏ mịn.
Bảng thành phần dung dịch mạ đồng sunfat
1.1.1. Dung dịch sunfat
1.1. MẠ ĐỒNG TỪ DUNG DỊCH AXIT
•
Điện thế nguồn một chiều < 6 V
•
Anot: dùng loại có độ sạch cao, chứa 99,9% Cu và phải bao bằng
vải polypropylene bền hoá để giữ mùn anot lại. Mạ bóng phải
dùng anot có chứa 0,03 − 0,06% P để khi tan không sinh mùn
cặn. Anot đúc lẫn nhiều Cu2O không tốt.
•
Bể mạ có lót chất dẻo chống ăn mòn. Bể mạ bóng cần trang bị bộ
phận sục khí nén. Tốt nhất là mạ trong điều kiện có bơm, lọc tuần
hoàn liên tục.
Điều kiện mạ
•

Rót từ từ và cẩn thận H2SO4 vào nước đựng trong bể nhựa hay
gốm sứ, khuấy đều. Cho tiếp đồng sunfat vào và khuấy cho tan
hết. Thêm nước đến thể tích đã định.
•
Để lắng, lọc vào bể mạ (có lót chất dẻo chống ăn mòn). Các phụ
gia rắn pha riêng trong nước rồi bổ sung vào dung dịch, phụ
gia lỏng cho trực tiếp vào bể.
•
Mạ xử lý với ic = 0,5 A/dm2 trong nhiều giờ cho đến khi được lớp
mạ tốt. Nước pha chế dung dịch mạ bóng không được phép có
hàm lượng ion clo quá lượng quy định như trong đơn pha chế. Pha
chế xong đo tỷ trọng để làm chuẩn cho việc kiểm tra sơ bộ về
nồng độ sau này khi cần.
Pha chế dung dịch:
Bảng thành phần dung dịch mạ đồng floborat
1.1.2. Dung dịch floborat
•
Pha chế dung dịch xong đo tỷ trọng để làm chuẩn giúp
cho việc kiểm tra sơ bộ sau này được tiện lợi mỗi khi
cần.
•
Theo dõi dung dịch bằng cách thường xuyên kiểm tra tỷ
trọng, pH.
•
Chỉnh nồng độ đồng bằng Cu(OH)2 và HBF4
•
Chỉnh pH bằng Na2CO3 và axit HBF4.
•
Anot: đồng. Khuấy bằng khí nén hay đu đưa catot.
•

Tăng nhiệt độ và khuấy sẽ tăng được ic lên gấp 2 − 3
lần.
Điều kiện mạ
•
Chế HBF4
•
Chế Cu(OH)2 bằng cách rót dung dịch NaOH loãng vào
dung dịch CuSO4 (khuấy đều) cho đến khi hết sinh kết
tủa nữa thì ngừng rót. Gạn bỏ nước và rửa kết tủa cho
hết kiềm dư và ion sunfat.
•
Hoà tan Cu(OH)2 vừa chế được vào axit floboric sẽ
được floborat đồng :
•
Cu(OH)2 + 2 HBF4 = Cu(BF4)2 +
2H2O
•

•
Dung dịch thu được thêm HBF4 đến giá trị pH yêu cầu;
thêm H3BO3 theo đơn chỉ dẫn; thêm nước đến thể tích
đã định để được dung dịch có nồng độ các chất đúng quy
định.
Pha chế dung dịch:
Bảng thành phần dung dịch mạ đồng xyanua
1.2.1. Mạ đồng từ dung dịch xyanua
1.2. MẠ ĐỒNG TỪ CÁC DUNG DỊCH PHỨC
•
Tỷ lệ diện tích các cực Sa / Sc ≥ 2/1.
•

Anot đồng, lồng trong túi vải polypropylen.
•
Phải có thiết bị hút khí cho bể mạ.
•
Khuấy chỉ áp dụng cho dung dịch 6 và 7.
•
Bể mạ bằng thép hoặc chất dẻo.
•
Điện thế nguồn một chiều: 6 V.
•
Trong quá trình làm việc cần thường xuyên phân tích
theo dõi nồng độ Cu+, NaCN tự do, Na2CO3
Điều kiện mạ
•
Hoà tan NaCN vào 1/2 thể tích bể bằng nước 60 − 70OC
, thêm từ từ CuCN vào và khuấy liên tục. Để lắng, gạn,
lọc vào bể mạ, phần đục chưa tan cho thêm nước nóng,
khuấy cho tan hết, lắng, gạn, lọc vào bể mạ. Thêm các
cấu tử còn lại, thêm nước đến thể tích đã định, khuấy
đều; phân tích nồng độ, đặc biệt là NaCN tự do, điều
chỉnh nếu cần.
•
Có thể thay CuCN bằng các hoá chất khác.
•
Luôn luôn chuẩn bị sẵn dung dịch FeSO4 10 − 12% +
vôi tôi 5% để tiêu độc dung dịch mạ vương vãi hoặc
dung dịch hỏng bỏ đi, cứ 20−25 ml dung dịch này khử
được 1 g/l natri xyanua tự do, khuấy trộn chúng với
nhau và để vài giờ trước khi thải.
Pha chế dung dịch:

Bảng thành phần dung dịch mạ đồng pyrophotphat
1.2.2. Mạ đồng từ dung dịch pyrophotphat
•
Điều cần chú ý khi vận hành các dung dịch này
là phải giữ đúng pH quy định; Điều chỉnh pH
bằng dung dịch loãng NaOH hay H3PO4.
•
Anot : đồng điện giải hay đồng cán (xem mục
13.1).
•
Tỷ lệ diện tích các cực Sa/Sc = 2/1 − 3/1.
•
Tốc độ mạ, µm/h, tính theo công thức hay tra
bảng theo dung dịch axit;
•
Điện thế nguồn một chiều : 6V;
•
Vật liệu lót bể mạ: ebonit, chất dẻo;
Điều kiện mạ
•
Hoà tan riêng CuSO4 và K4P2O7 hay Na4P2O7 vào
nước nóng 60−70OC, khuấy cho tan hết. Khuấy đều và
đổ từ từ dung dịch đồng vào dung dịch pyrophotphat sẽ
xảy ra phản ứng tổng sau, nếu pH gần 8 và P2O74 − đủ
dư :
CuSO4 + 4K4P2O7 = 2K6[Cu(P2O7)2] + 2K2SO4
•
Thêm nước đến thể tích đã định, lọc vào bể mạ, chỉnh
pH, thêm các phụ gia, mạ thử.
•

Tạp chất Fe2+ và Cu+ làm lớp mạ bị nhám. Loại Fe2+
bằng cách dùng NaOH để kết tủa chúng rồi lọc bỏ, loại
trừ Cu+ bằng H2O2 để oxy hoá chúng thành Cu2+.
Pha chế dung dịch
2.1. Mạ kền từ dung dịch sunfat

Dung dịch thông dụng nhất trong mạ kền là dung dịch
sunfat, nó cho lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, khả năng phân
bố tốt, có thể mạ cho các vật có hình dạng khá phức tạp

Điện thế nguồn một chiều 6 − 12V.

Các dung dịch mạ bóng phải khuấy liên tục trong khi mạ
bằng khí nén với lưu lượng 20lít/ph cho 1 dm cầu catot.

Anot: Ni dạng tấm chữ nhật, ovan… treo trực tiếp vào bể
hay dạng bi, mảnh nhỏ, viên dẹt, đồng tiền… cho vào giỏ
titan rồi treo vào bể. Anot phải lồng trong túi vải
polypropylen.
2. Mạ Kền
Các dung dịch sunfat mạ kền
Pha chế dung dịch: Các hoá chất hoà tan riêng
trong nước mềm (riêng axit boric phải dùng
nước nóng, NaF hay KF phải dùng chậu nhựa),
lọc chúng vào bể mạ, thêm nước đến thể tích đã
dự định, chỉnh pH. Thêm 1 − 2 g/l than hoạt tính,
khuấy, 12 − 24h sau đem lọc rồi mạ xử lý với ic
0,1 − 0,2 A/dm2 cho đến khi được lớp mạ mờ
tốt, thêm các chất bóng, khuấy đều.
2.2. Mạ kền từ dung dịch sunfamat

Ưu điểm nổi bật là lớp mạ có ứng suất nội bé, dùng cho mạ đúc chính xác, có
khả năng phân bố lớn, nhưng giá thành cao. Thành phần dung dịch và chế độ
mạ như sau :
Pha chế dung dịch: Hoà tan riêng các muối kền và axit
boric trong nước nóng, đổ chung lại, thêm nước đến thể
tích cần thiết, lọc, thêm kền cacbonat và khuấy để đưa pH
lên 5,5, thêm 1,2 − 2 ml/l H2O2 , khuấy mạnh trong 3 −
4h, thêm 3 g/l than hoạt tính, khuấy trong 8 h, để lắng, lọc
vào bể mạ. Mạ xử lý ở ic0,1 − 0,2 A/dm2 và khuấy trong
thời gian 3 − 5h. Thêm các phụ gia, riêng benzosunfamid
phải hoà tan trước trong một ít dung dịch mạ nóng.
2.3. Mạ kền từ dung dịch floborat
Dung dịch này cho tốc độ mạ lớn. Lớp mạ sáng, dẻo, độ cứng 3000 − 3500
MPa (306 − 357 kg/mm2). Mạ trong thùng quay, chuông quay rất tốt.
Thành phần dung dịch (g/l) và chế độ mạ như sau :