Bài thuyết trình chủ đề tạo lớp phủ là lớp oxit kim loại và nhuộm màu kim loại

Đại học Bách Khoa Hà Nội
nhóm 9:
Trịnh Hồng Dương.












Đinh Văn Đại.
Dương Ngọc Sơn.
Nguyễn Hồng Thắng.
Môn: gia công và xử lý bề mặt
chủ đề:
Tạo lớp phủ là lớp oxit kim loại và nhuộm
màu kim loại
1
Mục tiêu:
•
Nắm được ứng dụng của một số lớp oxit kim
loại, cơ sở lý thuyết, cơ chế hình thành.
•
Giới thiệu thành phần dung dịch tạo lớp oxit
kim loại trên nền một số kim loại.

•
Điều kiện và các bước tiến hành v.v…
•
Ứng dụng vào thực tế.
2
Tạo lớp
phủ oxi
hóa và
nhuộm
màu
Giới thiệu chung
Tạo lớp phủ trên nền nhôm
Lớp phủ trên nền magie
Tạo lớp phủ trên nền gang &
thép
Nội dung:
3
Giới thiệu chung:
•
quá trình tạo lớp oxit và nhuộm màu kim loại là một
phương pháp gia công bề mặt kim loại được áp dụng
rộng rãi trong công nghiệp để xử lý bề mặt kim loại.
•
có thể nằm ở bước cuối cùng của gia công hoặc là
bước chuẩn bị bề mặt kim loại tốt nhất khi sơn phủ
hoặc nhúng dầu mỡ để bảo vệ các chi tiết kim loại
đen.
4
Giới thiệu chung:
Mục đích:

•
tạo lớp oxit có chiều dày, độ kín khít, khả năng bám
vào nền kim loại… và các tính chất khác thích hợp để
làm lớp phủ bảo vệ kim loại nền chống lại ma sát và
tác dụng ăn mòn của môi trường.
•
Lợi dụng màu sắc của lớp oxit để trang trí cho vật
liệu kim loại hoặc tạo các lớp xốp trên bề mặt kim
loại tạo nền bám cho các chất nhuộm hoặc sơn phủ
lên.
5
Ưu điểm:
•
Oxi hóa kim loại và nhuộm màu kim loại vừa có thể tạo lớp bảo vệ,
đồng thời cho được lớp phủ màu sắc đa dạng, bền mà các phương
pháp xử lý bề mặt khác như mạ điện, mạ hóa hay nhúng nóng khó
có thể thực hiện được.
•
Có thể áp dụng để tạo lớp phủ cho các kim loại hoạt động khó mạ
như nhôm, magie.
Nhược điểm:
•
Phạm vi ứng dụng chỉ cho 1 số kim loại và hợp kim của nó như Al,
Mg, Fe, Cu… có thể tạo được lớp oxit bền
•
Oxi hóa hóa học thường cho màng không tốt, còn oxi hóa điện hóa
thì cho lớp màng oxit tốt hơn nhưng cần đầu tư chi phí thiết bị và kỹ
thuật hơn.
6
Oxi hóa và nhuộm màu trên nền nhôm

7
Oxi hóa nhôm và hợp kim nhôm
•
Đặc điểm của vật liệu Al: trên bề mặt luôn tồn tại lớp oxit
mỏng 0.02-0.1 µm không đều nên ko thể chịu mài mòn
để làm lớp bảo vệ được. Do đó cần tiến hành oxi hóa
để thu được lớp oxit dày hơn.
•
Thường dùng oxi hóa điện hóa vì cho lớp phủ dày hơn:
20-30 µm, so với oxi hóa hóa học: 3-5 µm. phương
pháp hóa học chỉ dùng cho các vật phức tạp
•
Ứng dụng cho từ các dụng cụ bằng nhôm đến các vật
liệu xây dựng nội thất.
8
Oxi hóa hóa học Al
•
Tẩy dầu mỡ:
Dung dịch gồm: Na3PO4 50g/l, NaOH 5-10g/l, Na2SiO3
10- 30g/l, nhiệt độ 50-60oC, thời gian 3-5 phút.
•
Oxi hóa:
Dung dịch gồm Na2CrO4 17 - 20 g/l, Na2CO3 57 - 60
g/l, Na2SiO3 1 - 1,5 g/l; Nhiệt độ 85 oC, thời gian 8-10
ph.
•
Hoàn thiện màng Al2O3
Nhúng vào dung dịch CrO3 2% trong 2-10 s để thụ
động các lỗ xốp, trung hòa kiềm còn sót lại trong màng
9

Oxi hóa điện hóa Al
•
Dưới dức ép của hiệu số điện thế tại hai mặt của màng
oxit có sẵn trên bề mặt điện cực nhôm, các in Al3+ sẽ
sẽ di chuyển theo hướng từ cực nhôm qua màng ra
dung dịch, còn ion O2- sẽ di chuyển ngược lại từ dung
dịch qua màng vào điện cực nhôm , chúng tác dụng với
nhau tạo thành Al2O3 tại mặt trong của màng.
2Al3+ + 3O2 - → Al2O3
•
Nếu dung dịch có H2SO4 thì còn có quá trình hòa tan
lớp màng phía bên ngoài xảy ra song song.
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
10
Kết quả là ta thu được 2 lớp màng: lớp sát với nhôm mới sinh kín, sít chặt, mỏng, gọi là
lớp barie, và lớp ngoài giáp với dung dịch khá dày, sinh ra và tiếp xúc lâu với dung dịch nên bị
hòa tan thành các lỗ xốp nhỏ hình phễu xuyên đến lớp barie
11
Đặc điểm của quá trình
•
Trong một điều kiện nhất định thì lớp oxit cũng chỉ đạt đến
một chiều dày tối đa do tốc độ quá trình hòa tan và quá trình
tạo mới bằng nhau.
•
Thể tích riêng của nhôm oxit lớn hơn nhôm nên kích thước
vật gia công sẽ thay đổi.
•
Quá trình anot hóa ngoài sinh ra nhôm oxit còn sinh ra O2
nên tổn thất một phần dòng điện.
•

Điều kiện: dd axit H2SO4 20% ,
to= 15-30 oC,
Da = 0,8-1,0 A/dm2 .
Điện thế bể 10-12 V.
Catot chì.
Thời gian 20-40 phút
thường dùng dòng 1 chiều.
12

Tính chất lớp oxit
Thay đổi điều kiện anot hóa Chiều dày
tối đa
Độ
cứng
Độ bám, tính
hấp thụ
Độ bền ăn
mòn
Độ xốp
Tăng nhiệt độ


↓

↓

↑ ↑


↑

Tăng mật độ dòng điện


↑

↑

↓

↑

↓
Giảm thời gian oxi hóa


↑

↑

↓

↓

↑
Giảm nồng độ axit


↑

↑

↓
↑

↓

Dùng dòng đổi chiều


↓

↓

↑

↓

↑
13
•

 !"#$%&"$
'()*&+, µ*)./
012341-5$67,89:1;<=1'($#>
?1,@A?#BC-@DE61-@'FG
,74.H!? !"'IJ !"<#7
KL M'
•
3* !"*)dßng
xoay chiÒu'FJN"O%BD*%

%'FJN"OL %'<ư
*%P<#78QR&??SE
T%/!*$JN"O#
*JH'
14
Nhum mu nhụm sau oxi húa

Cỏch 1:
9.MUV%&W!/X
&YZ*L %/*
%B'Nhuộm xong phải luộc trong n ớc sôi để bịt kín các lỗ xốp đã hấp
phụ màu, tăng độ bền màu cho sản phẩm.

Cỏch 2:
7[\"#J*#]W!\R
&X"#JLG.#"&'\
#"^_\LV%^%`nhuộm màu điện hóa
*!"%.&"$
G$!'@ET$*21a%
/012341-=#a22346-=#a!T.R&
_%M%ZJH.HDR
$G$!'
15
Al
•
b&Y_!c"*"d!T
&"$*R!? !
"U'F%"%M&#J !"*)
*)_$WAR`dWE !"*
)L W !"&Y*#J

REV'@`D^%`*
>eL \R!_!. !fZ#Jư
 !"U'
16
Oxi hóa magie và hợp kim magie
17
Magie và hợp kim magie rất
nhẹ, nhẹ hơn hợp kim nhôm 25-
30%, nhưng lại chịu lực tốt hơn
hợp kim nhôm. Điều đó có
nghĩa có thể chế tạo những chi
tiết có độ bền lực cao mà khối
lượng rất nhẹ như đối với các
thiết bị điện tử, thiết bị hàng
không và các thiết bị cao cấp.
Oxi hóa magie và các hợp kim của chúng
•
I LH !"\*K/AR'gư
B^h"\"EB"_$ L >"hư
AR'3*L E_$>ư
Be")NT>%% LGư
gJL 'if!*%BH !"H*)ư
L ! LV!!*$*'ư ư
18
•
[**H
/RJ#
"EL f\Dư
"*'[*
%B

/D!
Oxi hóa hóa học Mg & hợp kim Mg
•
Oxi hóa học Mg và hợp kim của nó thường tiến hành
trong dd K2Cr2O7, môi trường axit. Mg kim loại bị
oxi hóa tạo lớp màng oxit bám lên bề mặt. Thành
phần của lớp màng tùy vào thành phần của hợp kim
mà tạo nên các oxit và muối kim loại khác trên bề
mặt nên có các màu sắc khác nhau từ vàng kim đến
xám hoặc đen.
•
Nói chung lớp màng này không quá bền, nên chỉ
dùng để bảo vệ vật liệu trong môi trường ít ăn mòn
và mang tính trang sức là chính.
19
Dung dịch oxi hóa hóa học Mg vag hợp kim Mg
Thành phần dd (g/l)
Và chế độ oxi hóa
Dung dịch số
1 2 3 4
KE2Cr2O7
HNO3
NH4Cl
CrO3
(NH4)2SO4
CH3COOH 60%, ml/l
PhÌn nh«m
Nhiệt độ, oC
Thời gian, ph

40-50
75-90
0,8-1,2
-
-
-
-
70-80
1-2
20-25
30-35
1-1,5
-
-
-
-
70-80
1-2
150-160
-
-
1-3
2-4
10-20
-
60-80
1-2
30-50
-
-

-
-
5-8
8-12
-
-
20
Oxi hóa điện hóa Mg& hợp kim Mg
•
Oxi hóa điện hóa với vật liệu Mg nằm ở anot. Tại đây
Mg sẽ bị oxi hóa do bị anot hóa tạo nên lớp màng
oxit. Môi trường trong dung dịch có thể là axit hoặc
bazo.
•
Nếu trong môi trường axit thì cần mật độ dòng cao vì
cần chia cho quá trình thoát hidro ngoài quá trình tạo
màng oxit. Các sản phẩm là các muối và hidroxyt khó
tan. Có thể dùng dòng 1 chiều hoặc xoay chiều.
•
Nếu môi trường kiềm thì sẽ thu được màng magie
hidroxyt.
•
Sau khi oxi hóa thì rửa kỹ, sấy khô, rồi phủ sơn lên.
21
Oxi hóa điện hóa cho Mg và hợp kim Mg
Thành phần dd (g/l) Dung dịch số
Và chế độ anot hóa 1 2 3 4
NaOH
Na3PO4
Phenol

Na2O.SiO2
HBF
H3PO4
KF
Da , A/dm2
NhiÖt ®é, oC
Thêi gian, ph
§iÖn thÕ, V

140-160
-
3-5
21-25
-
-
-
0,5-1,0
60-70
30
-
50
3
-
-
-
-
-
1,5
70
40

-
-
-
-
-
60-80
300-400
100-120
5
70-80
30-40
70-90
-
-
-
-
-
300-400
-
5
15-30
20-40
120-150
22
Oxi hóa gang & thép
23
Oxi hóa gang&thép
24
Phạm vi ứng dụng:
ứng dụng rộng rãi

cho gang thép để
chống ăn mòn và
làm đẹp bề mặt, từ
xoong nồi, cho đến
các thanh thép xây
dựng, ống nước,
các dụng cụ cơ khí.

Oxi hóa thép & gang
•
Có thể dùng gia công hóa học trong dung dịch kiềm hay axit
hoặc gia công điện hóa trên anot trong dd kiềm hoặc axit
cromic; nhiệt độ gia công khá cao ( 400-800oC).
•
Phương pháp hóa học được dùng phổ biến, cho màng màu
đen dày 1,5 µm dùng để bảo vệ và trang sức trong môi
trường ăn mòn nhẹ. Tiến hành trong dd kiềm hoặc axit
photphric để tạo màng sắt oxyt-photphat ( màng này bền cơ
và ăn mòn hơn màng thu từ dd kiềm và thường làm nền cho
sơn rất tốt).
•
Oxi hóa điện hóa tiến hành trên anot trong dd kiềm. Lớp phủ
này tốt hơn so với phương pháp phủ hóa nhưng ít được dùng
vì cần đầu tư thiết bị và tốn nhiều công sức hơn.
25