Nghiên cứu phương pháp mạ hóa kim loại lên nền nhựa

viii
MC LC

Trang
Quyt định giao đề tài i
Lý lịch khoa học ii
Li cam đoan iv
Li cảm ơn v
Tóm tắt vi
Abstract vii
Mục lục viii
Danh sách các bảng xii
Danh sách các hình xiii
CHNG 1 TNG QUAN 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cu, các kt quả nghiên cu trong và
ngoài nớc đư công bố. 1
1.2 Tính cấp thit ca đề tài 2
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ca đề tài 2
1.4 Mục tiêu nghiên cu ca đề tài 3
1.5 Đối tợng và phạm vi nghiên cu 3
1.6 Phơng pháp nghiên cu 3
CHNG 2 C S LÝ THUYT 4
2.1 Mạ hóa học: 4
2.1.1 Mạ hóa học nh phản ng trao đổi: 4
2.1.2 Mạ hóa học tip xúc: 4
2.1.3 Mạ hóa học nh phản ng khử hóa học: 4
2.1.4 Mạ hóa học nh chất xúc tác: 4
2.2 Cơ ch mạ hóa học đồng: 4
2.2.1 Các phản ng mạ hóa học đồng: 4
ix
2.2.2 Quá trình hình thành lớp mạ 5

2.2.3 Hoạt hóa bề mặt 5
2.3 Hệ thống mạ điện hóa: 6
2.4 Thành phần ca dung dịch mạ điện: 7
2.5 Ion kim loại mạ: 7
2.5.1 Chất dẫn điện: 7
2.5.2 Chất ổn định pH: 7
2.5.3 Các chất phụ gia hữu cơ: 8
2.6 Điện cực – các quá trình điện cực: 8
2.6.1 Quá trình anod: 9
2.6.2 Sự hòa tan ca kim loại: 9
2.6.3 Sự thu động anod: 9
2.6.4 Biện pháp chống thụ động anod: 9
2.6.5 Quá trình catod: 10
2.7 Kt tinh điện hóa: 10
2.7.1 Khái niệm: 10
2.7.2 δý thuyt tạo mầm: 11
2.7.3 δý thuyt phát triển tinh thể: 11
2.8 Cấu trúc tinh thể: 11
2.8.1 Phơng pháp chụp ảnh kính hiển vi quang học: 11
2.8.2 Phơng pháp chụp ảnh kính hiển vi: 11
2.9 Định luật Faraday: 11
2.9.1 Định luật Faraday th nhất: 11
2.9.2 Định luật Faraday th hai: 12
2.10 δý thuyt độ bám dính kim loại – nhựa: 12
2.10.1 Bám dính cơ học: 14
2.10.2 Bám dính do lực liên kt hóa học và lực Van dec van: 15
2.10.3 Bám dính do lực tĩnh điện: 17
2.10.4 Bám dính do khuch tán: 18
x
2.10.5 Phơng pháp giọt lỏng xác định khả năng bám dính: 18

2.11 Các phơng pháp kiểm tra lớp mạ: 22
2.11.1 Chiều dày lớp mạ: 22
2.11.2 Độ bám: 26
2.11.3 Độ bền ăn mòn: 30
2.11.4 Độ lỗ: 31
CHNG 3 M HOA KIM LOI LÊN NN NHA 32
3.1 Mục đích tin hành thực nghiệm 32
3.2 Quy trình mạ kim loại lên nhựa 32
3.2.1 Rửa sơ bộ: 33
3.2.2 Xử lý dung môi: 33
3.2.3 Xử lý bề mặt trớc khi mạ: 33
3.2.4 Trung hòa: 34
3.2.5 Tiền hoạt hóa: 34
3.2.6 Hoạt hóa: 34
3.2.7 Tăng tốc: 34
3.2.8 Mạ hóa học: 34
3.2.9 Mạ điện hóa: 34
3.2.10 Bốc bay trang trí 35
3.3 Chuẩn bị mẫu 35
3.4 Tin hành xử lý bề mặt 35
3.4.1 Xử lý trong dung môi 35
3.4.2 Xâm thực 36
3.5 Trung hòa 36
3.6 Tiền hoạt hóa (Nhạy hóa) 36
3.7 Hoạt hóa 36
3.8 Mạ hóa học đồng (Cu) 37
3.9 Mạ điện hóa đồng tăng cng 38
3.10 Tạo hình dáng ngôi sao năm cánh 41
xi
3.11 Mạ điện hóa niken tăng cng 41

3.12 Mạ điện hóa crôm trang trí 44
CHNG 4 KT QU KIM TRA MU 49
4.1 Kiểm tra độ bám dính 49
4.2 Kiểm tra đo độ dày lớp mạ: 50
4.2.1 Tính toán độ dày trên lý thuyt: 50
4.2.2 Đo độ dày mẫu bằng máy: 50
4.3 Đánh giá về tính trang trí: 52
CHNG 5 KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 53
5.1 Kt luận: 53
5.2 Hớng phát triển: 53
PH LC 55
TÀI LIU THAM KHO 57

xii
DANH SÁCH CÁC BNG

BNG TRANG
Bảng 2.1 Thành phần và điều kiện vận hành một số dung dịch nhạy hóa và hoạt hóa
6
Bảng 2.2 Thành phần và điều kiện vận hành dung dịch hoạt hóa một giai đoạn 6
Bảng 2.3 Ví dụ các phơng pháp thử định tính theo các tiêu chuẩn ca CHδB Đc
(DIN) 27
Bảng 2.4 Ví dụ các phơng pháp thử định lợng theo các tiêu chuẩn ca CHLB
Đc (DIN) 28
Bảng 2.5 Phân loại lớp mạ theo khả năng chịu sốc nhiệt 29
Bảng 3.1 Quy trình mạ hóa học – điện hóa 32
Bảng 3.2 Thành phần hóa chất dung dịch xâm thực 36
Bảng 3.3 Thành phần dung dịch đư sử dụng 36
Bảng 3.4 Thành phần dung dịch đư sử dụng 36
Bảng 3.5 Các vấn đề thng gặp khi hoạt hóa 37

Bảng 3.6 Thành phần hóa chất trong dung dịch mạ hóa học đồng 37
Bảng 3.7 Thành phần dung dịch mạ điện hóa đồng tăng cng 39
Bảng 3.8 Các khuyt tật trong quá trình mạ đồng trong dung dịch axít 40
Bảng 3.9 Thành phần dung dịch mạ điện hóa ζiken tăng cng 42
Bảng 3.10 Các khuyt tật trong mạ điện hóa niken nguyện nhận và cách khắc phục
42
Bảng 3.11 Thành phần dung dịch mạ điện hóa Crôm 44
Bảng 3.12 Những sự cố, nguyên nhân và cách khắc phục trong quá trình mạ crôm
trang trí 45
Bảng 4.1 Độ dày ca mẫu M2 và M3 50

xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 1.1 Các sản phẩm ôtô mạ kim loại lên nhựa ABS 1
Hình 2.1 Cấu trúc lớp biên giới pha nhựa – kim loại 13
Hình 2.2 Sơ đồ mô tả các cơ ch bám dính trên bề mặt nhựa 13
Hình 2.3 Bám dình cơ học ca kim loại trên nhựa 14
Hình 2.4 Quá trình hình thành lớp oxit/hyđroxit trên bề mặt kim loại 16
Hình 2.5 Sơ đồ quá trình chuyển điện tích khi kim loại tip xúc với bề mặt nhựa 18
Hình 2.6 Thấm ớt bề mặt giữa ba pha rắn – lỏng – hơi 19
Hình 2.7 Sơ đồ phơng pháp xác định chiều dày lớp mạ bằng culông k 23
Hình 2.8 εáy đo độ dày lớp mạ DIGITAL METER CM – 8823 26
Hình 2.9 Thit bị đo độ bám dính theo tiêu chuẩn DIN 53152 27
Hình 2.10 Quy cách đo độ bám dính lớp mạ theo tiêu chuẩn DIN 53494 28
Hình3.3 Máy chỉnh lu dùng để mạ điện hóa 39
Hình 4.1 Phơng pháp gạch khía mẫu mạ kiểm tra độ bám 49
Hình 4.2 Mẫu ε2 và ε3 đư gạch khía để kiểm tra độ bám 49
Hình 4.3 5 điểm đợc đánh ngẫu nhiên mẫu ε2 và ε3 dùng để đo độ dày 51
Hình 4.4 εáy đo độ dày lớp mạ DIGITAL METER CM – 8823 51

Hình 4.5 Sau khi đánh bóng ε2 bị mòn lớp Crôm để lộ ra lớp đồng so với M3 52

1
CHNG 1
TNG QUAN
1.1 Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cứu, các kt qu nghiên cứu trong và
ngoƠi nc đƣ công bố.
Kể từ khi kt thúc Chin tranh th giới th hai, sử dụng nhựa đư tăng đáng kể,
do khai thác các lợi th chính ca nhựa, đó là: nhẹ, linh hoạt và dẻo dai, dễ ch tạo
thành các chi tit phc tạp và chất lợng bề mặt tuyệt vi. Điều này đư dẫn đn một
phạm vi các ng dụng rất rộng, có thể thay th các chi tit kim loại trong một số bộ
phận chi tit máy.
Tháng 8/1970 George C. Blytas đợc cấp patent tại Mỹ cho đề tài “mạ kim
loại lên nhựa” bằng cách mạ lên nhựa một lớp đồng hay nickel dày 5 micro mét.
Vào những năm 90 ca th kỷ XX, kim loại đợc thay th bi nhựa trong
ngành công nhiệp ô tô trên th giới: nh cản phía trớc xe, mâm bánh xe, logo, mạ
trang trí lọ nớc hoa,… Hầu ht các sản phẩm này nền là nhựa ABS (Acrylonitrile
Butadiene Styrene)(Hình 1.1).

Hình 1.1: Các sản phẩm ôtô mạ kim loại lên nhựa ABS
2
 Việt Nam, tháng 3/2011 Công ty Nhất Quang xây dựng một dây chuyền sản
xuất chóa đèn bằng nhựa mạ kim loại tại Bình Dơng.
UPE-Watson là một công ty liên doanh giữa Watson E.P Inductries Pte. Ltd.
(Singapore) và UNIPLAST – TÂN TIN ( Việt ζam). Công ty đợc thành lập theo
giấy phép số 496/GP ngày 19/01/1993 ca chính ph Việt Nam và ngày 30/03/2009
đợc UBND thành phố Hồ Chí minh cấp giấy phép mơ
́
i số 411022000420. Chuyên
sản xuất mặt hàng xi mạ nh Crôm, Niken m trên sản phẩm nhựa.

1.2 Tính cấp thit của đ tài
 Việt Nam, mạ hoá học lên nền nhựa còn mới mẻ, đặc biệt là mạ hoa kim
loại lên nền nhựa. Các trung tâm - viện nghiên cu ít quan tâm đn mạ hoá học lên
nền nhựa do còn nhiều nguyên nhân khác nhau. Tài liệu và những hiểu bit về mạ
hoá học lên nền nhựa còn ít và hạn ch. Đặc biệt, hiện nay mạ hoa kim loại lên nhựa
đợc sử dụng nhiều trong ngành ô tô, điện tử, viễn thông và logo thơng hiệu.
Để có đợc những ng dụng rộng rãi là do nhựa dễ gia công ch tạo, nhẹ và rẻ
hơn kim loại. Việc tạo một lớp màng kim loại ph lên toàn bộ bề mặt nhựa thì dễ
hơn việc ph một phần kim loại lên bề mặt nhựa. Chính vì vậy để có thể m rộng
khả năng ng dụng ca mạ kim loại lên nền nhựa cần phải nghiên cu thêm các
phơng pháp mạ kim loại lên nền nhựa. Vì vậy đề tài này nghiên cu phơng pháp
tạo lớp ph kim loại lên một phần bề mặt nhựa.
1.3 ụ nghĩa khoa học và thc tin của đ tài
Đặc điểm quan trọng ca mạ kim loại lên nhựa là sự liên kt bám dính giữa
kim loại và nhựa. Ngoài ra, cơ tính, khả năng chịu mài mòn và tính chất trang trí
ca mạ nhựa đều chịu sự ảnh hng ca độ bám dính giữa hai vật liệu này.




3
1.4 Mc tiêu nghiên cứu của đ tài
↓ác định tính bám dính ca kim loại lên nhựa phân cực và nhựa không phân
cực khi mạ hoa kim loại lên nền nhựa.
↓ác định phơng pháp mạ hoa kim loại lên nhựa
Các yu tố ảnh hng đn tính chất và chiều dày lớp mạ và tính thẩm mỹ
1.5 Đối tng và phm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tng nghiên cứu
Mạ hoa kim loại lên epoxi, vì bản thân epoxi là nhựa có tính phân cực và là
chất dẻo nhiệt rắn. Mạ hai lớp kim loại lên nền nhựa là đồng – crôm và mạ ba lớp

kim loại lên nền nhựa là đồng – niken – crôm.
1.5.2 Phm vi nghiên cứu
Nghiên cu phơng pháp mạ hoa kim loại lên nhựa epoxi và so sánh các tính
chất độ bám dính, tính ăn mòn và tính chất thẩm mỹ trong trang trí.
1.6 Phng pháp nghiên cứu
Ngày nay, trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung, đặc biệt là kỹ thuật cơ
khí nói riêng, hầu nh mọi quá trình đều nghiên cu bằng thực nghiệm vì cho kt
quả nghiên cu nhanh, thực t và chính xác. Ví dụ nh quá trình mài mòn chi tit,
quá trình cắt trong gia công chi tit máy, quá trình nhiệt cắt,…
Trong đề tài này, nghiên cu thực nghiệm đợc sử dụng để khảo sát quá trình
mạ hoa kim loại lên nền nhựa. Phơng pháp nghiên cu là phơng pháp thực
nghiệm, quan sát và đo độ dày. Vì vậy, các vấn đề chính ca đề tài là:
 ↓ây dựng các thông số dữ liệu bằng con đng thí nghiệm trên các mẫu vật
mạ.
 ζghiên cu tối u hóa các yu tố nhằm đạt đợc lớp mạ hoa kim loại lên nền
nhựa cho độ bám dính cao, tính mỹ thuật và kinh t.
4
CHNG 2
C S LÝ THUYT

2.1 M hóa học:
Phơng pháp tạo ra lớp mạ kim loại hay hợp kim lên các bề mặt các chi tit
không dùng nguồn điện một chiều bên ngoài mà nh vào phản ng hóa học đợc
gọi là phơng pháp mạ hóa học
2.1.1 M hóa học nh phn ứng trao đi:
PP này kim loại nền có điện th tiêu chuẩn âm hơn kim loại mạ, nên khử
đợc ion kim loại mạ có trong dung dịch.
2.1.2 M hóa học tip xúc:
Lớp mạ thu đợc bằng phơng pháp mạ tip xúc phải có hai điều kiện:
a. Kim loại mạ có điện th tiêu chuẩn dơng hơn kim loại nền.

b. Phải có một kim loại khác có độ âm điện cao hơn kim loại nền tip xúcvới kim
loại nền ngay trong dung dịch mạ.
2.1.3 M hóa học nh phn ứng khử hóa học:
Phản ng khử tạo lớp mạ khi cho chất khử vào dung dịch và diễn ra trong toàn
bộ thể tích dung dịch mạ, nhng chỉ một phần nhỏ lợng kim loại thoát ra trên bề
mặt đối tợng mạ. Phơng pháp khử tạo lớp mạ ch yu dùng để mạ đồng (Cu), bạc
(Ag), vàng (Au) lên các chi tit chát dẻo, thy tinh, s kỹ thuật và các phi kim khác.
2.1.4 M hóa học nh chất xúc tác:
Lớp mạ hóa học xúc tác là trng hợp riêng ca phơng pháp khử. Thành
phần dung dịch mạ, nồng độ muối kim loại mạ, chất khử và nồng độ ca dung dịch
cũng nh các thành phần phụ gia khác đợc chọn sao cho dung dịch mới pha ch dù
 nhiệt độ cao phản ng khử cũng không diễn ra. Phản ng khử tạo lớp mạ chỉ thực
sự diễn ra khi dung dịch tip xúc với chất xúc tác có mặt trên bề mặt chi tit mạ.
Trong trng hợp mạ đồng và niken lên chất dẻo hoặc các phi kim thì chất xúc
tác là các kim loại quý nh vàng (Au), bạc (Ag), platin (Pt), paladi (Pd), trong đó
paladi có hoạt tính xúc tác cao nhất và rẻ tiền hơn vàng và platin nên đợc sử dụng
phổ bin nhất.
2.2 C ch m hóa học đng:
2.2.1 Các phn ứng m hóa học đng:
Phản ng mạ hóa học đồng bao gồm các quá trình sau:
Catốt HCHO + 3OH
-
Ō HCOO
-
+ 2H
2
O +2e (2.1)
Anốt Cu
2+
+ 2e Ō Cu

0
ō (2.2)
Cu
2+
+ HCHO + 3OH
-
Ō Cu
0
ō + HCOO
-
+ 2H
2
O (2.3)
5
Hoặc CuSO
4
+ HCHO + 3ζaOH Ō Cu
0
+ HCOONa + Na
2
SO
4
+ 2H
2
O
(phương trình phân tử)
2.2.2 Quá trình hình thành lp m
Giai đoạn 1: Hoạt hóa bề mặt. Quá trình này các tâm xúc tác đợc tạo ra
Sn
2+

+ Pd
2+
Ō Sn
4+
+ Pd
0
(2.4)
Giai đoạn 2: Phản ng anốt xảy ra trên bề mặt xúc tác Pd
0

HCHO + OH
-
Ō H
2
+ HCOO
-
(2.5)
Giai đoạn 3: Phản ng catốt xảy ra trên bề mặt xúc tác Pd
0

Cu
2+
+ H
2
+ 2ζaOH Ō Cu
0
+ SO
4
2-
+ 2H

2
O (2.6)
Giai đoạn 4: Phản ng anốt xảy ra trên bề mặt xúc tác Cu
0

HCHO + OH
-
Ō H
2
+ HCOO
-
(2.7)
Ta thấy rằng phản ng (2.5) hoàn toàn giống với phản ng (2.7). Điều này
đồng nghĩa với việc chỉ có thi điểm đầu là Pd
0
có vai trò xúc tác, trong các giai
đoạn sau, Cu
0
vừa tạo ra s thay th Pd
0
trong vai trò xúc tác và các phản ng (2.6)
và (2.7) s liên tục xảy ra. Kt quả là các tinh thể Cu liên tục đợc kt ta trên bề
mặt Cu vừa tạo ra và hình thành nên lớp mạ đồng. Vậy quá trình mạ đồng hóa học
có đặc điểm lớp mạ tạo ra trên bề mặt xúc tác chính là kim loại vừa tạo ra, do đó
phản ng này còn đợc gọi là phản ng tự xúc tác.
2.2.3 Hot hóa b mặt
Mục đích ca hoạt hóa bề mặt là tạo ra lớp hoạt hóa Pd theo phản ng (2.1).
Yêu cầu quan trọng nhất ca lớp hoạt hóa này là phải bám chắc trên bề mặt nhựa và
không bị các lớp oxit – hyđroxit thic bao ph để có thể tip xúc đợc với dung
dịch mạ. Có hai quy trình hoạt hóa lớp Pd trên bề mặt: quy trình hai giai đoạn và

quy trình một giai đoạn.
2.2.3.1 Quy trình hai giai đon:
Gồm giai đoạn nhạy hóa và hoạt hóa. Quá trình nhạy hóa bề mặt đợc tip
xúc với dung dịch SnCl
2
. Nh tính chất a nớc và độ nhám ca bề mặt nhựa, s
tạo ra một lớp dung dịch SnCl
2
. Lớp dung dịch này tip xúc với nớc s dễ dàng
thy phân tạo ra lớp nhầy clorua hyđrôxit thic (Sn(OH)Cl) bám chắc trên bề mặt
nhựa theo phản ng:
SnCl
2
+ H
2
O Ō Sn(OH)Cl + HCl (nhạy hóa) (2.8)
Sau khi nhạy hóa, lớp nhầy này đợc nhúng trong dung dịch cha PdCl
2
. Lúc
này s xảy ra phản ng tạo ra hạt trung tâm xúc tác Pd
0
cho mạ hóa học:
Sn
2+
+ Pd
2+
Ō Sn
4+
+ Pd
0

(hoạt hóa) (2.9)
Hạt Pd
0
lúc này  dạng nhỏ mịn, nằm ch yu  phía trên lớp keo Sn(OH)Cl
do chỉ có phần trên mới tip xúc tốt với dung dịch PdCl
2
. Chính vì vậy Pd
0
tạo ra dễ
6
dàng tip xúc với dung dịch mạ hóa học tạo điều kiện cho phản ng hóa học xảy ra.
Dung dịch nhạy hóa và hoạt hóa thng sử dụng  bảng 2.1.
Bng 2.1 Thành phần và điều kiện vận hành một số dung dịch nhạy hóa và hoạt hóa

Dung dịch nhạy hóa
Dung dịch hoạt hóa

1
2

1
2
SnCl
2

HCl (d=1,18)
Nhiệt độ
Thi gian
20-80g/l
80 ml/l

Phòng
2-10 ph
40g/l
40ml/l
Phòng
5-10 ph
PdCl
2

HCl (d=1,18)
Nhiệt độ
Thi gian
0,5-0,8g/l
5-10ml/l
Phòng
3-10 ph
0,4g/l
2ml/l
Phòng
3-5 ph

2.2.3.2 Quy trình mt giai đon:
Trong quy trình này chỉ cần nhúng bề mặt nhựa trong một dung dịch hoạt hóa
dạng nhũ cha cả Sn và Pd. Khi đó phản ng (2.4) đư diễn ra sẵn trong dung dịch
này vì vậy các nhũ Sn – Pd đư đợc tạo ra trong dung dịch. Khi tin hành hoạt hóa
trong dung dịch nàycần chú ý hạn ch hiện tợng co cụm các nhũ. ζhợc điểm
quan trọng nhất trong dung dịch một giai đoạn là đa phần Pd
0
bị hyđroxit thic che
ph dẫn đn việc nhũ không hoạt động nu cha rửa đợc lớp hyđroxit này. ζhợc

điểm th hai cần lu ý là bản thân các nhũ khó bám chắc đợc trên bề mặt nhựa nu
không đợc gắn với các chất hữu cơ tăng cng khả năng hấp thụ lên bề mặt nhựa.
Bảng 2.2 là thành phần dung dịch hoạt hóa một giai đoạn ca Brenner.
Bng 2.2 Thành phần và điều kiện vận hành dung dịch hoạt hóa một giai đoạn

PdCl
2
SnCl
2

HCl (d=1,18)
Axít maleic
Nhiệt độ
Thi gian
5g/l
30-50g/l
100ml/l
4-12g/l
Phòng
5 phút

2.3 H thống m đin hóa:
Hệ thống điện phân bao gồm các bộ phận chính là dung dịch điện ly, điện cực
và nguồn điện một chiều.
7
Dung dịch điện ly: Vật dẫn điện bằng ion.
Điện cực: Vật dẫn điện bằng điện tử.
Hệ trong đó phản ng hóa học diễn ra khi cung cấp điện năng đợc gọi là bình
điện phân. Điện cực giải phóng điện tử là điện cực dơng (điện cực anod), tại anod
xảy ra phản ng oxi hóa. Điện cực nhận điện tử đợc gọi là điện cực âm (điện cực

catod), tại catod xảy ra phản ng khử.
2.4 Thành phần của dung dịch m đin:
Dung dịch mạ giữ vai trò quyt định năng lực mạ, chiều dầy tối đa, chất lợng
ca lớp mạ,… Dung dịch mạ thng là một hỗn hợp khá phc tạp bao gồm các ion
kim loại mạ, chất dẫn điện, chất ổn định pH, chất phụ gia,… nhằm đảm bảo thu
đợc lớp mạ có chất lợng và tính chất mong muốn.
2.5 Ion kim loi m:
Trong dung dịch, ion kim loại mạ có thể tồn tại đơn giản hydrat hóa hay ion
phc. Nồng độ ca ion kim loại mạ thng cao nhằm tăng giá trị ca mật độ dòng
giới hạn i
gh
tạo điều kiện nâng cao mật độ dòng điện catod i
c
để thu đợc lớp mạ
nhanh và tốt hơn.
Dung dịch ion đơn giản thng đợc sử dụng để mạ với tốc độ cao cho các vật
có hình thù đơn giản. Dung dịch ion phc thng đợc sử dụng trong trng hợp
cần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dạng phc tạp.
2.5.1 Chất dn đin:
Để tăng độ dẫn điện cho dung dịch điện ly, ngi ta thng phải cho thêm các
chất dẫn điện. Các chất này không tham gia vào quá trình anod và catod mà chỉ
đóng vai trò dẫn điện, làm giảm điện tr ca dung dịch.
Các chất thng đợc sử dụng vào mục tiêu này là acid sulfuric hay các muối
sunfat ca các kim loại kiềm, kiềm thổ,…
2.5.2 Chất n định pH:
Nhiều dung dịch mạ chỉ làm việc đợc một khoảng pH nhất định, cho nên cần
phải sử dụng chất đệm thích hợp pH để giữ pH ổn định. Các chất đệm thng là các
acid yu nh: Acid boric, acid acetic, … hoặc các muối ca các acid đó.
8
Dung dịch đợc đệm tốt s tránh đợc các hiện tợng nh bị đục do kim loại

thy phân khi pH tăng lên quá cao hoặc thoát nhiều khí H
2
 catod khi pH xuống
quá thấp. Các hydroxid hoặc khí H
2
sinh ra bị lẫn vào lớp mạ làm cho lớp mạ có
chất lợng kém.
2.5.3 Các chất ph gia hu c:
Nhiều loại chất phụ gia hữu cơ đợc cho vào bể mạ với nồng độ tơng đối
thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái và tính chất ca kt ta catod. Loại chất
và hàm lợng ca chất phụ gia đợc lựa chọn ch yu dựa vào thực nghiệm. Chính
các chất hữu cơ này hay sản phẩm phản ng điện cực ca chúng đư có tác dụng nói
trên.
Các chất hữu cơ đợc sử dụng làm phụ gia thng có khả năng hấp thụ lên bề
mặt catod và có khi chất hữu cơ đợc giữ lại bên trong kt ta, đặc biệt là khi mạ
các kim loại có năng lợng bề mặt lớn. Trong nhiều trng hợp, ngi ta còn sử
dụng đồng thi nhiều chất phụ gia để phối hợp các tác dụng ca chúng.
Các phụ gia đợc phân thành nhiều loại:
 Chất làm bóng.
 Chất làm phẳng.
 Chất bin đổi cấu trúc.
 Chất thấm ớt
2.6 Đin cc ậ các quá trình đin cc:
Khi cho hai pha tip xúc với nhau thì giữa chúng hình thành bề mặt phân chia
pha và có sự phân bố lại điện tích giữa các pha. Trên bề mặt phân chia pha s hình
thành lớp điện tích kép và xuất hiện bớc nhảy th giữa các pha.
Dòng điện đi qua bề mặt phân chia pha, dòng điện này s thể hiện tốc độ phản
ng điện cực. Trong quá trình điện phân, ngi ta thng sử dụng đại lợng mật độ
dòng i (i = I/S, A/đơn vị diện tích) vì nó cho bit nhiều thông tin hơn cng độ
dòng điện I.

Quá trình điện phân tuân theo định luật Faraday: “ lợng kim loại kt ta trên
catod hoặc hòa tan trên anod tỷ lệ thuận với điện lợng chạy qua dung dịch ”.
9
Điện lợng đợc biểu diễn bằng đơn vị coulomb
2.6.1 Quá trình anod:
Điện cực đợc nối với cực dơng ca nguồn điện một chiều đợc gọi là anod.
Anod sử trong mạ điện gồm hai loại: Anod hòa tan và anod không hòa tan.
 Anod hòa tan đợc sử dụng khi mạ nikel, đồng, km, thic,…
 Anod không hòa tan đợc sử dụng khi mạ crom và một số kim loại
khác.
Tại anod xảy ra quá trình oxi hóa điện hóa trong đó các phần tử phản ng
nhng điện tử cho điện cực:
M – ne-
Mn+ Anod hòa tan (1)
H
2
O – 4e- O
2
+ 4H+
2.6.2 S hòa tan của kim loi:
Sự hòa tan kim loại trên anod bao gồm ba giai đoạn chính sau:
 Giai đoạn phá mạng lới tinh thể.
 Giai đoạn chuyển điện tích.
 Giai đoạn khuch tán ion kim loại từ bề mặt điện cực qua lớp kép để
đi vào trong dung dịch điện phân.
2.6.3 S thu đng anod:
Hiện tợng bề mặt anod bị bao ph một lớp màng ngăn cản quá trình hòa tan
gọi là sự thụ động anod. Trong đó sự thụ động bi màng oxid là hay gặp nhất trong
quá trình điện phân.
2.6.4 Bin pháp chống th đng anod:

Để khắc phục và hạn ch sự thụ động anod thông thng ngi ta tăng điện
tích anod nhằm làm giảm mật độ dòng anod, kt hợp với việc khuấy trộn và đun
nóng dung dịch, làm tăng khả năng khuch tán sản phẩm hòa tan anod ra khỏi bề
mặt điện cực, tránh hiện tợng muối kt tinh lên bề mặt anod. Ngoài ra, phải khống
ch điện th điện cực anod, ngăn cản quá trình thoát oxy nhằm ngăn cản việc tạo
màng oxid do oxy mới sinh khí oxy hóa kim loại anod.
10
2.6.5 Quá trình catod:
Quá trình catod là quá trình khử điện hóa, trong đó các phần tử phản ng nhận
điện tử từ điện cực.
a. S phơn cc:
Sự phân cực là hiện tợng dịch chuyển điện th ca điện cực ra khỏi điện th
cân bằng ca nó khi có dòng điện chạy qua.
b. Các yu tố nh hng đn s phơn cc catod:
 Phân cực khuch tán (phân cực nồng độ).
 Phân cực điện hóa.
 Phân cực kt tinh.
c. Mối liên h gia s phơn cc catod vƠ cấu trúc lp m:
Quá trình khử catod ca các ion kim loại đợc gọi là quá trình điện kt ta
kim loại. δớp mạ thu đợc có cấu trúc tinh thể rất điển hình. Quá trình kt tinh đợc
chi phối bi hai yu tố chính: tốc độ tạo mầm tinh thể và tốc độ phát triển các mầm
ấy. Tốc độ tạo mầm lớn hơn s cho tinh thể nhỏ min. Tốc độ phát triển mầm lớn
hơn s cho tinh thể to hơn.
d. nh hng của s thoát hydro đn cấu trúc lp m:
Hydro thoát ra trên catod trong quá trình mạ gây nhiều tác hại:
 Giảm hiệu suất dòng điện, tốc độ mạ bị giảm.
 δàm thay đổi pH trong dung dịch trong khi nhiều quá trình mạ cần giữ
độ pH ổn định.
 Gây giòn hydro.
 Gây rộp bọt khí, rỗ chân kim trên lớp mạ.

2.7 Kt tinh đin hóa:
2.7.1 Khái nim:
Quá trình kt tinh điện hóa ca một kim loại đợc xác định bi quá trình tạo
mầm và quá trình phát triển tinh thể. Quá trình kt ta catod tạo ra cấu trúc đa tinh
thể.
11
2.7.2 Lý thuyt to mầm:
Để hình thành một mầm tinh thể cần cung cấp năng lợng. ζguồn cung cấp
năng lợng để hình thành mầm tinh thể là giá trị năng lợng quá th đợc giải
phóng khi phóng điện các ion trong quá trình điện cực.
2.7.3 Lý thuyt phát trin tinh th:
Không phải mọi mầm tinh thể sinh ra đều đợc phát triển thành tinh thể. Chỉ
những mầm có kích thớc lớn hơn một ngỡng nào đó mới có khả năng phát triển
tip thành tinh thể đợc. Để sinh ra đợc mầm đạt hoặc vợt ngỡng ấy đồi hỏi
phải có một quá th bổ sung, tc là cần thêm năng lợng.
2.8 Cấu trúc tinh th:
Cấu trúc tinh thể ảnh hng đn hình dạng tinh thể và tính chất cơ lý ca vật
thể. ζghiên cu cấu trúc tinh thể là công việc cần thit và quan trọng khi xem xét
tính chất cơ lý ca vật liệu.
2.8.1 Phng pháp chp nh kính hin vi quang học:
Phơng pháp quan sát và chụp ảnh kính hiển vi quang học đợc sử dụng để
xác định hình thái và kích thớc ca tinh thể các mẫu nghiên cu. Dùng phơng
pháp tẩm thực (HζO
3
4% trong etanol) làm lộ rõ tinh thể ca lớp mạ, sau đó quan
sát tinh thể bằng kính hiển vi kim tơng.
2.8.2 Phng pháp chp nh kính hin vi:
Phơng pháp quan sát và chụp ảnh kính hiển vi đợc sử dụng để xác định hình
thái và kích thớc hạt tinh thể ca các mẫu nghiên cu.
2.9 Định lut Faraday:

2.9.1 Định lut Faraday thứ nhất:
Khi cho dòng điện một chiều qua dung dịch chất điện ly (hay qua thể nóng
chảy của chất điện ly), khối lượng các chất thoát ra ở anốt hay ở catốt tỷ lệ với điện
lượng đi qua dung dịch (hay qua chất điện ly nóng chảy), tức tỷ lệ với cường độ
dòng điện I và thời gian t:
m = K.I.t (2.1)
12
Trong đó:
m là khối lợng chất thoát ra trên một điện cực (gam).
I là cng độ dòng điện (A).
T là thi gian điện phân (h).
K là đơng lợng điện hóa (g/Ah).
2.9.2 Định lut Faraday thứ hai:
Những lượng điện như nhau khi điện phân sẽ làm thoát ra những lượng tương
đương các chất khác nhau.
K =
(2)
Trong đó:
A là nguyên tử gam ca chất (gam).
n là số electron hóa trị trao đổi  điện cực(A).
F là hằng số Faraday(Ah).
Từ (1) và (2)
biểu thc chung cho cả hai định luật Faraday:
m = K.I.t = (3)
2.10 Lý thuyt đ bám dính kim loi ậ nha:
Độ bám là sự tơng tác trao đổi giữa các phân tử  ranh giới hai pha gây ra
hiện tợng các pha liên kt với nhau. Độ bám dính đợc tính bằng công thc:
r
i
b

A
F


(3.1)
Trong đó: F
i
là lực tơng tác giữa hai pha
A
r
là bề mặt tip xúc giữa hai pha
δực bám và độ bám không thể đo trực tip bằng phơng pháp vật lý, nên
ngi ta thng sử dụng thông số độ bám liên kt Ńv để xác định độ bám dính:
g
a
v
A
F


(3.2)
Trong đó: F
a
là lực tác động bên ngoài
13
A
g
là diện tích hình học ca bề mặt đư đợc xác định bằng cách
đo lực bóc kim loại khỏi nhựa
Trong trng hợp kim loại đợc mạ trên bề mặt nhựa, cấu trúc ca lớp biên

giới kim loại – bề mặt nhựa có thể mô tả nh trên hình 2.1. Có thể thấy giữa pha
nhựa và pha kim loại tồn tại một lớp tơng tác yu phía nhựa (cỡ nm đn μm), lớp
tơng tác mạnh (vài nm) và trên bề mặt kim loại luôn tồn tại một lớp oxit – hyđroxit
kim loại.

Hình 2.1 Cấu trúc lớp biên giới pha nhựa – kim loại
Tóm lại, cơ ch quan trọng nhất để giải thích độ bám dính kim loại – nhựa là
bám dính cơ học, bám dính liên kt (hóa học – vật lý), bám dính do lực tĩnh điện,
bám dính thấm ớt và bám dính khuch tán (hình 2.2).




Hình 2.2 Sơ đồ mô tả các cơ ch bám dính trên bề mặt nhựa
(a) Bám dính cơ học (b) Bám dính tĩnh điện
(c) Bám dình khuch tán (d) Bám dính liên kt (hóa học – vật lý)
14
2.10.1 Bám dính c học:
Mô hình ca lý thuyt bám dính cơ học ch yu dựa trên giả thuyt màng kim
loại bị “mắc” cơ học vào các điểm lồi lõm trên bề mặt polyme (hình 2.3). Diện tích
bề mặt bị mắc càng lớn thì độ bám dính càng cao. Điều kiện áp dụng lý thuyt này
là pha kim loại bị mắc hoàn toàn vào các lỗ trên bề mặt nhựa. Độ bám dính ngoài
phụ thuộc vào diện tích bám dính còn phụ thuộc vào số lợng và hình dạng, chiều
sâu, đng kính, góc nghiêng các lỗ trên bề mặt nhựa. ζgoài ra độ bám còn phụ
thuộc chiều dày lớp kim loại, nhìn chung chiều dày càng tăng độ bám dính càng
giảm.
Hiện tại vẫn cha có mô hình nào thỏa đáng cho phép tính toán ngoại suy lực
bám theo thông số ảnh hng nói trên. ζhng nhìn chung, độ nhám bề mặt cao luôn
cho độ bám dính ca kim loại lên trên bề mặt nhựa tốt nhất.

Hình 2.3 Bám dình cơ học ca kim loại trên nhựa
15
2.10.2 Bám dính do lc liên kt hóa học và lc Van dec van:
Thông thng lực liên kt giữa các phần tử chất rắn không đồng chất cũng
chính là một trong những tác nhân tạo ra sự gắn bám giữa các phân tử này. Các
dạng liên kt hóa học giữa kim loại và nhựa gồm:
Liên kt hóa trị chính:
 Liên kt đồng cực
 Liên kt khác cực (liên kt ion)
 Liên kt kim loại
Liên kt hóa trị th cấp:
 Liên kt hyđro
 Liên kt lỡng cực – lỡng cực
 Lực phân tán
Cần chú ý rằng dạng liên kt hóa học và liên kt kim loại không xuất hiện giữa
kim loại và polyme. Liên kt đồng hóa trị tuy không xuất hiện giữa kim loại – nhựa,
nhng lại rất quan trọng cho quá trình hoạt hóa mạ hóa học vì quá trình này liên
quan đn hấp phụ nhũ và chất hữu cơ phân tử thấp lên bề mặt nhựa.

16

Hình 2.4 Quá trình hình thành lớp oxit/hyđroxit trên bề mặt kim loại
Bình thng, bề mặt vật liệu không thể sạch tuyệt đối. Mà bề mặt kim loại bị
che ph bi một lớp oxit mỏng hoặc một lớp hyđroxit mỏng (hình 2.4). Các nhóm –
OH trên bề mặt kim loại này có thể tơng tác trực tip với bề mặt polyme tạo thành
liên kt bám dính, hoặc có thể thông qua một chất trung gian để tạo độ bám dính.
Các chất trung gian này (ví dụ hợp chất silan có gắn chc hữu cơ) có khả năng vừa
tạo đợc liên kt cộng hóa trị với bề mặt polyme, lại vừa tạo đợc liên kt với lớp
oxit kim loại, do đó hình thành liên kt nhựa – kim loại. Các phản ng này xảy ra
giữa bề mặt bị oxy hóa ca kim loại (-MOH) và chất hữu cơ tạo nên liên kt bám
dính là:
(a) – MOH với axit hữu cơ:
-εOH + H↓R Ō -MO HXR
17
(b) –MOH với bazơ hữu cơ:
-εOH + ↓R Ō -MO HXR
2.10.3 Bám dính do lc tĩnh đin:
Cơ ch bám dính kim loại – polyme do lực tĩnh điện tơng đối quan trọng vì
chỉ cần một lợng điện tích nhỏ cũng cho lực tơng tác lớn hơn nhiều so với lực
liên kt phân tử giữa hai vật liệu. Liên kt này cũng đặc biệt quan trọng trong mạ
hóa học lên bề mặt nhựa do quá trình này liên quan đn hấp phụ các hạt xúc tác lên
bề mặt nhựa.
Khi bề mặt kim loại tip xúc với bề mặt nhựa, ngay lập tc quá trình di chuyển
điện tử từ kim loại sang polyme dẫn đn chênh lệch điện th  biên giới pha tơng
tự nh quá trình hình thành lớp kép trên bề mặt điện cực trong dung dịch (Hình
2.5). Tuy nhiên điện tử muốn tip tục dịch chuyển từ polyme sang kim loại cần một
năng lợng cao hơn 2 – 3 eV so với năng lợng  bề mặt pha. Do đó lợng điện tử
di chuyển từ kim loại sang polyme không nhiều và tạo ra lực bám dính không cao.
ζhng trong trng hợp polyme có cấu trúc năng lợng dễ tip nhận điện tử, điện

tử s dễ di chuyển và lực bám dính s tăng lên đáng kể. Lực hút tĩnh điện ƒ tạo độ
bám dính kim loại – polyme đợc tính theo phơng trình:
0
2
2
2
0
2
0
222
e
ƒ

s
d
UeE

(3.3)
Trong đó e
0
: Là hằng số điện môi tuyệt đối
E: Cng độ điện trng
U: Hiệu điện th
d: Khoảng cách giữa 2 khe bám dính
s: Diện tích bề mặt kim loại – polyme
ł
0
: số lợng điện tử di chuyển từ kim loại sang polyme

18












Hình 2.5 Sơ đồ quá trình chuyển điện tích khi kim loại tip xúc với bề mặt nhựa
2.10.4 Bám dính do khuch tán:
Thông thng, lý thuyt bám dính do khuch tán đợc áp dụng cho trng
hợp hai polyme tip xúc với nhau có khả năng hòa lẫn trong nhau và độ linh động
ca các phần tử trong hai pha tơng đối lớn. Lý thuyt này đợc xây dựng trên cơ
s hiện tợng thực nghiệm: lực bám dính phụ thuộc vào thi gian bám dính và khối
lợng phân tử ca các polyme. Đối với hệ kim loại – nhựa, lý thuyt này chỉ áp
dụng trong trng hợp có lớp polyme trung gian giữa kim loại và polyme nền.
Nhằm đánh giá độ bám dính trong trng hợp này, ngi ta thng sử dụng thông
số độ hòa lẫn Ł. δiên kt bám dính tạo ra s mạnh nhất nu độ hòa lẫn Ł ca polyme
nền và polyme trung gian xấp xỉ bằng nhau.
2.10.5 Phng pháp giọt lỏng xác định kh năng bám dính:
Có thể quan niệm bám dính nh hiện tợng hấp phụ lớp mạ lên bề mặt
polyme. Do đó từ khả năng hấp phụ chất lỏng lên bề mặt nhựa có thể ngoại suy ra
19
khả năng hấp phụ chất rắn lên bề mặt này. Đây chính là mô hình đánh giá độ bám
dính kim loại thông qua khả năng thấm ớt bề mặt polyme.

Theo lý thuyt thấm ớt này, năng lợng để tách hai pha 1 và 2 tip xúc với
nhau đợc tính toán theo phơng trình Dupré:
1221


a
W
(3.4)
W
a
ζăng lợng bám dính
γ
1
Sc căng bề mặt ca pha 1
γ
2
Sc căng bề mặt ca pha 2
γ
12
Sc căng bề mặt ca pha 1 và 2
Khi hai pha 1 và 2 giống nhau, γ12 = 0 và γ1 = γ2 năng lợng bám dính bằng
năng lợng cố kt (cohesion force) Wa = Wc = 2 γj (j=1,2). Do vậy, sc căng bề
mặt ca các pha và sc căng ranh giới cũng cho phép xác định năng lợng bám dính
và độ bám dính.
Sc căng bề mặt có thể xác định bằng nhiều phơng pháp nh: phơng pháp
giọt lỏng, phơng pháp tấm nghiêng, cột mao quản. Trong đó phơng pháp thng
đợc sử dụng nhất là phơng pháp giọt lỏng.

Hình 2.6 Thấm ớt bề mặt giữa ba pha rắn – lỏng – hơi
ζguyên lý phơng pháp này là nhỏ một giọt lỏng có thể tích và diện tích xác

định lên một vật rắn phẳng và xác định góc thấm ớt θ và giữa các pha rắn, lỏng và