Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học hợp kim nickel có cơ tính cao

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................1
Sau ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, tới nay em đã hoàn thành bản đồ án này.
MỤC LỤC.......
2
Ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ tận tình của
nhiều
LỜI NÓI
cá nhân
ĐÀU.................................................................................................................4
và tập thể.
Phần 1. TỐNG QUAN.....................................................................................................6
hết,chung
em xin
trọnghọc..........................................................................6
cảm on đến thầy giáo TS. Mai Thanh Tùng, người
1.1 Trước
Lý thuyết
vềtrân
mạ hoá
1.1.1tâmKhái
niệmtiếp
chung.............................................................................................6
đã quan
và trực
hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này. Em cũng xin chân
1.1.2 Cơ chế phản ứng mạ hoá học.........................................................................8
thành1.1.3
gửi lời

ơn đến
cô giáo
trong bộ môn Điện hoá đã chỉ bảo và tạo
Vaicảm
trò của
nhạycác
hoáthầy
và hoạt
hoá.................................................................11
đặc điếm
và ứng
dụng
lớphiện
mạ hoá
nhiều1.1.4
điều Những
kiện thuận
lợi cho
em có
thếcủa
thực
bài học:.....................................12
đồ án của mình một cách tốt
1.2 Lớp mạ Nickel hoá học - electroless Nickel (EN)..............................................15
nhất. 1.2.1 Cơ chế mạ EN.............................................. 15
1.2.2 Các tính chất của lớp mạ EN.......................................................................17
1.2.2.1 Các tính chất vật lý.................................................................................17
Nhân dịp này, em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân, bạn bè
1.2.2.2.................................................................................................................. K
đã giúphả

đỡ,năng
độngchổng
viên em
trongcủa
suốt
trình
làm đồ án.
ăn mòn
lớpquá
phủ
EN..............................................................20
1.2.2.3.................................................................................................................. Ứ
ng suất nội của lớp phủ EN.................................................................................22
Đây làCác
bảntính
đồ chất
án với
cún mới, thêm vào đó trong quá trình thí
ỉ.2.2.4
cơ hướng
của lópnghiên
phủ EN.............................................................24
Khảchế
năng
mài gian
mòn của
phủ tránh
EN..............................................27
nghiệm,1.2.2.5
do hạn

về chổng
mặt thời
nên lớp
không
khỏi sai sót, em kính mong
1.2.3........................................................................................................................ N
được hững
các thầy
chỉcủa
bảolớp
để mạ
em Ni
hoàn
hơn nữa kiến thức của mình. Em mong với
ứng cô
dụng
hoáthiện
học:.................................................................28
1.2.4
điếm tuy
vậnnhỏ
hànhnhung
của mạ
Nickel
hoáán
học.................................................33
nỗ lực
của Đặc
bản thân
qua

bản đồ
này sẽ góp phần vào sự phát triển
1.2.4. ỉ Vận hành bể mạ........................................................................................33
ngành 1.2.4.2
mạ nói riêng
góp huỷ.........................................................................33
phần vào sự phát triến của khoa học kỹ thuật Việt
Hiện cũng
tượngnhư
tự phân
1.2.4.3..................................................................................................................
A
Nam nói
chung.
nh hưởng của các thông số đến tốc độ mạ Nỉckel hoả học.................................34
1.3 Lớp phủ Nickel composit hoá học.......................................................................46
1.3.1 Giới thiệu chung
vềngày
lóp phủ
hoá học
composit............................................46
Hà nội,
24 tháng
5 năm
2008
1.3.2 Tính chất chống mài mòn của lớp phủ.........................................................47
1.3.3 Hệ số ma sát (Friction Coefficient)..............................................................52
1.3.4 Độ nhám.......................................................................................................54
1.3.5 Sự tác động lẫn nhau giữa hạt và dung dịch.................................................57
Phần 2. THỰC NGHIỆM................................1.........................................................61

2.1 Chuẩn bị các mẫu và dung dịch..........................................................................61
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

21


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................................73
3.1 Ket quả đo độ cúng.............................................................................................73
3.2 Chụp ảnh SEM....................................................................................................73
3.3 Các phép đo điện hoá.........................................................................................76
3.3.1 Phép đ o E - t .................................................................................................76
3.3.2 Phép đo ăn mòn............................................................................................77
3.3.3 Phép đo phổ tổng trở....................................................................................79
3.3.4 Phân tích cấu trúc lớp phủ XRD..................................................................80
Phần IV. KẾT LUẬN...................................................................................................82

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

3


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
LỜI NÓI ĐÀU
Có nhiều phương pháp khác nhau tạo màng phủ, trong đó mạ điện là phương
pháp truyền thống. Nhưng trước những yêu cầu ngày càng cao về màng phủ, đòi hỏi
phải hội tụ được nhiều tính chất trong cùng một màng phủ có thể ứng dụng được trong
nhiều trường hợp đặc biệt thì phương pháp mạ điện còn hạn chế. Mạ hoá học ra đời đã
góp phần giải quyết được yêu cầu này.

Mạ hoá học tuy ra đời khá muộn nhưng đã nhanh chóng khẳng định được vai
trò của nó trong công nghệ tạo màng phủ. Trong mạ hoá học thì mạ Nickel hoá học là
quan trọng nhất, được quan tâm nhiều nhất và cũng có ứng dụng nhiều nhất. Mạ
Nickel hoá học thực chất là tạo màng phủ hợp kim Ni-P hoá học. Nó vừa là lớp mạ
trang sức vừa là lớp mạ bảo vệ. Thực tế đã khắng định được mạ hoá học có nhiều uư
điểm hơn so với mạ điện.
Ngày nay trên thế giới, mạ hoá học nói chung và mạ Nickel hoá học nói riêng
đang rất phát triển. Được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng, đặc
biệt nó tỏ ra có hiệu quả trong những ngành công nghệ cao như điện tử viễn thông,
ôtô, không gian, đòi hỏi độ chính xác cao...
Ớ Việt Nam, mạ hoá học là ngành còn mới mẻ, hiện nay chưa có một công ty
nào sản xuất màng phủ bằng phương pháp hoá học. Các trung tâm - viện nghiên CÚ01 ít
quan tâm đến mạ hoá học do còn nhiều nguyên nhân khác nhau. Tài liệu và những
hiểu biết về mạ hoá học còn ít và hạn chế. Đặc biệt, hiện nay lớp mạ Nickel hoá học
đã phát triến sang loại lớp mạ Nickel hoá học composit là hướng nghiên CÚOI rất mới,
với những tính chất mới có thế cải thiện cả những tính chất lớp phủ Nickel hoá học
hiện còn chưa đạt tới như làm tăng độ cứng, nâng cao tính chất chịu mài mòn và chịu
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

4


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Do đó, nhiệm vụ làm tốt nghiệp của tôi là nghiên cún lớp mạ Nickel hoá học
composit cụ thể là: Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học hợp kim Nickel có cơ tính cao.
Hy vọng bản đồ án này góp phần cung cấp thêm về mạ Nickel hoá học nói chung và
mạ Nickel hóa học composit. Chắc chắn trong một tương lai gần, mạ hoá học nói
chung và mạ Nickel hoá học nói riêng cùng với mạ Nickel hoá học composit sẽ phát
triển ở Việt Nam đế có thế khai thác những ưu điểm của nó.

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

5


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
Phần 1
TỔNG QUAN

1.1 Lý thuyết chung về mạ hoá học
1.1.1

Khái niệm chung

Quá trình kết tủa lớp kim loại hay họp kim lên bề mặt vật rắn nhò' các phản
ứng hoá học mà không cần đến dòng điện ngoài gọi là quá trình mạ hoá học hay còn
gọi là mạ không điện.
Mạ hoá học có thể chia làm ba loại khác nhau
• Ma tiếp xúc
Đăc điếm: Nhúng vật cần mạ là kim loại M] vào dung dịch của một muối kim
loại Mn+ thì sẽ xảy ra phản ứng đẩy: Mn+ + M i = M + M i ' 1+ ( l . l )
Như vậy, M kết tủa thành lóp mạ hoá học lên Mi, đồng thời bề mặt kim loại Mi
bị tan ra. Động lực của phản ứng này là hiệu số điện thế giữa hai kim loại ấy. Quá
trình mạ chậm dần và ngừng hắn khi bề mặt nền Mi bị che lấp và phủ kín bởi M,
khiến cho nền không tan được nữa. Cách này cho lớp mạ mỏng (<10 pm), xốp, bám
kém.

Vi du: Nhúng thép vào dung dịch CuSƠ4 sẽ được lóp Cu trên thép
Fe + Cu2+ = Fe2+ +Cu (1.2)

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

6


Phản ứng catot:
Phản ứng anot:

MLmn+ + ne =M + mL
R - ne =0"+
Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

(1.8)
(1.9)

Đặc điểm Muốn
của lớp
có mạ
lớp này
mạ M
là công
trên Mi
nghệ
phảiđơn
nhúng
giản,thêm
lớp thanh
mạ mỏng,
kim loại

chỉ M
dùng
vàocho
dung
trường
dịch
và
hợpnối
không
ngắncần
mạch
độ nó
dàyvới
lớpnền
mạMỊ.
hoặcKhi
lớpđómạ
thanh
lót trước
M sẽkhi
tan mạ.
ra và kết tủa trên nền Mi:
Mạ hoá* học
anôttheo
trênkiểu
thanhtựM:
xúcMtác
- ne
thì=có
Mnl

những
(1.3)đặc điểm và yêu cầu sau:
* catôt trên nền M1: Mn+ + ne = M (1.4)
c Điện thế bị oxi hoá chất khử trong dung dịch cần nhỏ hơn điện thế bị khử ion
kim loại, làm cho kim loại có thế kết tủa trên nền.
Động lực thúc đấy quá trình này là hiệu số điện thế giữa hai kim loại và kim
loại âm hơn phải có cơ hội tan ra được. Khi bề mặt nền bị phủ kín cũng là lúc quá
c Phản ứng chỉ được tiến hành trên bề mặt chi tiết do tác dụng xúc tác, trong
trình mạ kết thúc. Lóp mạ mỏng (<10pm), xốp, bám kém.
dung dịch phản úng không được sinh ra để tránh sự phân huỷ tự’ nhiên của dung
dịch.
Vi du: Nhúng thép vào dung dịch ZnSƠ4 phải nối thêm thanh Zn kim loại với
thép mới thu được lóp mạ Zn trên thép.
c Điều chỉnh nhiệt độ, pH dung dịch có thể khống chế tốc độ khử kim loại, tức
• Tư
xúc
tác tốc độ mạ.
là
điều
chỉnh
điểm:
trình
mạra,
nàycódựa
phản
đó chất
cĐăc
Kim
loại Quá
bị khử

tách
tácvào
dụng
xúcứng
tác,oxi
nhưhoá-khử,
vậy lớptrong
mạ mới
tăngkhử
độ
R là một
hoá chất nằm trong thành phần của dung dịch mạ và kim loại kết tủa M phải
dày.
có tác dụng xúc tác cho phản ứng ấy.
c Chất sinh ra trong phản ứng không cản trở quá trình mạ, tức là dung dịch có
Độngthọlực
quá
trình
tuổi
sửcủa
dụng
phù
hợp.này là khả năng xúc tác của kim loại kết tủa M đối với
phản ứng oxi hoá chất khử: R - ne = o. Cách này cho lớp mạ dày từ 1 đến 100 pm.
1.1.2
Cơ chế phản ứng mạ hoá học
Vi du: Mạ Ni hoá học:
• Thuyết thế hỗn họp
Khử:

Ni2+ + 2e = Ni


(1.5)

Oxihoá:

H3PO2 + H2O = H3PO3 + 2H++ 2e
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

= - 0 , 5 V (1.6)
7


Oxi hoá

: R + OH

Kết hợp

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
:H+H
-> H2

Oxi hoá :
Catot:

H

-> ROH+ e

(1.12
(1.13

+
-> H20+ e
(1.14
Hai phản
(1.8)
vàxảy
(1.9)
lập nên
mạ hoá
học,
là vào
thế hỗn
Quá
trình ứng
mạ hoá
học
ra xác
rất phức
tạp, thế
đa dạng
vì nó
cònđược
phụ gọi
thuộc

đặc

hợp.
1.1 thế
khái
niệm
hỗnkhử
hợpkhác
dùngnhau.
đế mô
nguyênchúng
tắc phản
mạ
điếm Hình
của từng
hệ hiện
mạ và
từng
loạithế
chất
Tuytả nhiên,
vẫn ứng
có một
Kết tủa kim loại
Mn+
+ ne -»
M
(1.15)
hoá
học.chung

số :điểm
là:
Thoát hydro

:

+ 2e -»
H2 + 20H
(1.16)
- Quá trình mạ hoá học nào cũng luôn kèm theo sự thoát khí hydro.
- Các kim loại có khả năng mạ hoá học được đều có tác dụng xúc tác nhận -

tách hydro.
- Các chất làm ngộ độc phản ứng nhận, tách hydro như tioure,
Hình 1.1: Đồ thị điện cực thế
mercaptobenzotiazol... đồng
thời cũng có khả năng làm ốn định dung dịch mạ hoá
hồn hợp
Trong đó i : dòng điện thục
học.
ia : dòng điện anot
ic : dòng diện catot
ipihoá
: dòng
mạ được
hoá học
tạihoạt
thế hỗn
hợp Epi
Các phản ứng kết tủa

họcđiện
thường
kích
khi tăng
pH.
Theo
phản
tổng được
hợp
đơnchung
giản cho
các
Từ cáccách
đặc hiếu
điểmnày
đó, thì
người
ta ứng
xây dựng
thànhxem
một là
cơ một
chế tố
tổng
quát
hành vi điện hoá của hai phản úng riêng phân (được xác định một cách độc lập ) lại
mà thành. Thực ra quá trình mạ hoá học xảy ra phức tạp hơn nhiều so với những điều
vừa trình bày ở trên. Bởi vì các phản ứng riêng phần không xảy ra một cách độc lập
mà còn có sự tương tác và phụ thuộc lẫn nhau, ngoài ra còn có các phản úng phụ xảy
ra đồng thời. Do đó, các đường sẽ biến dạng và trở nên phức tạp hơn nhiều so với

đường ghép đon giản từ hai phản úng độc lập lại với nhau như ở hình 1.1.
Mặc dù có những giới hạn như vậy, thuyết thế hồn hợp vẫn có ích trong việc
nghiên cúu tìm hiểu về tính chất của tùng phản úng riêng phần trong quá trình mạ hoá
học.

Trong đó:
RH - chất khử, chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại mạ, phân ly thành gốc R và

nguyên tử hydro theo phản ứng (1.11)
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

10
9


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

e - điện tử cần thiết đế khử ion kim loại thành kim loại, được R ở (1.12) và H ở
(1.14) cung cấp. Phần đóng góp của mồi phản ứng sẽ quyết định hiệu quả sử dụng của
chất khử.
H2 - khí hydro thoát ra do các nguyên tử hydro hấp phụ kết hợp lại ở (1.13) và
do phản ứng (1.16). Sản phẩm của chất khử sau phản ứng ( như p từ hypophotphit, B
từ dimetylamin boran...) tham gia vào thành phần lớp mạ.
1.1.3

Vai trò của nhạy hoá và hoạt hoá

Đe quá trình mạ hoá học được tiến hành phải làm cho hai phản úng (1.8) và
(1.9) đồng thời diễn ra
Động lực thúc đẩy chúng là tính xúc tác đối với phản ứng (1.9) của một kim

loại nào đấy có trên bề mặt mạ. Neu nền cần mạ là phi kim hoặc kim loại không có
tính xúc tác cho phản ứng (1.9) thì phải cho chúng tiếp xúc với kim loại âm hon như
nhôm hoặc cấp cho chúng dòng xung ban đầu. Khi mạ hoá học lên vật liệu bằng thuỷ
tinh, gốm sứ, chất dẻo...trước khi mạ phải hoạt hoá chúng trong dung dịch của muối
kim loại có tính xúc tác. Các ion kim loại của muối này sau khi hoạt hoá sẽ được khử
trên bề mặt nền thành các nguyên tử đóng vai trò là các trung tâm xúc tác cho phản
ứng (1.9). Khi phản ứng (1.9) xảy ra sẽ làm cho phản ứng (1.8) cũng diễn ra và
nguyên tử kim loại mạ xuất hiện. Ta cần xét vai trò của hoạt hóa và nhạy hoá.
• Nhay hoá:
Nhạy hoá là xử lý bề mặt (đã gia công) bằng dung dịch thiếc (II) clorua đế nâng
cao hoạt tính bề mặt cho các khâu tiếp theo. Cụ thể là nhạy hoá trước trong dung dịch
SnCl2 sẽ làm tăng sự hấp phụ ion Pd trên bề mặt chi tiết.

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

11


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

tạo thành hợp chất thiếc khó tan. Chất này tạo thành màng keo rất mỏng phủ khắp bề
mặt làm cho tính khử được tăng cường và phân bố đều trên khắp bề mặt. Chú ý nên
rửa hai lần đế muối thuỷ phân hết trên toàn bộ bề mặt; chỉ rửa nhúng, không nên rủa
dưới vòi nước nước làm trôi mất muối thiếc.
• Hoai hoá:
Hoạt hoá là xử lý bề mặt (đã nhạy hoá) bằng dung dịch chứa các họp chất kim
loại có hoạt tính xúc tác như Pd, Pt, Ag, Au...Thường dùng nhất là dung dịch chứa
hợp chất paladin. Khi nhúng vật đã nhạy hoá vào dung dịch PdCE sẽ xảy ra phản úng
khử Pd trên bề mặt:
Pd2+ + Sn2+ -> Pd + Sn4+ (1.18)

Một phần ion Pd chưa khử hết bằng nhạy hoá sẽ bị khử tiếp bằng H2PO2" (là
chất khử trong mạ Ni hoá học) theo phản ứng:
PdCl4' + H2P02‘ + H20

-> Pd + H2P03‘ + 2H+ + 4C1' (1.19)

Paladi sinh ra ở dạng nhỏ mịn, phân tán là chất xúc tác cho quá trình khử hoá
học đồng hay nickel tiếp đó.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mạ hoá học như thành phần dung dịch (phụ
gia,chất đệm, chất ốn định, chất tạo phức, ion kim loại mạ, chất khử...) và chế độ vận
hành dung dịch (nhiệt độ, khuấy, lọc, pH, theo dõi và điều chỉnh dung dịch...). Những
yếu tố ảnh hưởng này sẽ được nói kỹ hơn trong phần mạ EN.
1.1.4

Những đặc điếm và ứng dụng của lớp mạ hoá học:

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

12


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

V Khả năng phân bố rất tốt, hơn hẳn mạ điện, được thể hiện ở sự đồng nhất của
lớp mạ trên cùng bề mặt nền ngay cả những vùng khuất-hốc-kín nên rất
thuận tiện cho trường hợp cần mạ trong lòng ống, trong các lỗ sâu, các bánh
răng dày, chồ có ren hay chỗ có nhiều khe khuất, các vật hình thù phức
tạp...
VKhông cần nguồn điện ngoài.
c Lớp mạ hoá học có độ dày đều, độ xốp bé nên chống ăn mòn rất tốt trong

nhiều môi trường, độ chịu mài mòn cao, cơ tính cao thậm chí còn hơn cả lớp
Ni mạ điện và lớp crom cứng.
cCó thể mạ hoá học lên các nền không dẫn như gốm, sứ, thuỷ tinh, chất dẻo.
Thường gặp nhất là mạ hoá học lên nền chất dẻo. Các polymer bền ăn mòn,
nhẹ, đàn hồi, khi được mạ hoá học có thêm lớp kim loại mong trên bề mặt
sẽ trở thành vật liệu mới được ứng dụng rộng rãi nhằm mục đích trang sức
hay đế đảm nhiệm một chức năng nào đó. Ví dụ:
- Mạ Ni và Cr hoá học lên nhựa ABS (acrylonitril butadiene styrene),
nhựa PPO ( polyphenylen oxit), nhựa PAE (poĩyacryĩ ete)... để sản xuất ra
các sản phẩm độc đáo trong công nghiệp điện tử, kỹ thuật tự động, đồ gia
dụng, đồ mỹ phẩm, đồ trang sức mỹ ký, các chi tiết trang trí trong nội thất
ôtô...
V Có thế thay đối được cấu trúc lóp mạ, thành phần pha một cách đơn giản nhò'
xử lý nhiệt khâu hoàn thiện lớp mạ hay thay đối thành phần dung dịch và
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

13


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

ELECTROLESS
NICKEL

ELECTROLYTIC
NICKEL

Hình 1.2: Phân bố chiều dày lớp mạ Nickel hoá học và Nickel điện hoá
Do có những đặc điếm như vậy nên lớp mạ hoá học thu hút được sự quan tâm
của các nhà nghiên cứu và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế: Mạ hoá học là một

trong nhũng bước công nghệ then chốt trong sản xuất linh kiện điện tử với các mạch
tích hợp kết nối trên bản mạch in polymer cách điện, dụng cụ bảo vệ các thiết bị, máy
móc trong công nghiệp hoá chất, dầu khí, bảo vệ các bộ phận làm việc trong môi
trường ăn mòn cao, dùng trong ngành ôtô, công nghiệp điện tử, công nghiệp không
gian và các sản phấm dân dụng khác...
• Nhươc điêm của ma hoả hoc:
c Tốc độ mạ chậm, từ 2 - 25 pm, chiều dày nhỏ, ứng suất nội lớn, độ dẻo thấp,
chỉ dãn nở được 1 - 3 %.
c Trong quá trình mạ hoá học do sản phẩm tù' phản ứng khử các ligands và các
kim muối kim loại bổ sung, các cặn bẩn tích luỳ dần trong dung dịch làm bẩn
dung dịch.
c Thành phần dung dịch lại không ổn định và ít bền vững nên khi có mặt các
hạt bụi, cặn kim loại... chúng sẽ trở thành các trung tâm hoạt động nên chỉ một
lúc sau quá trình khử sẽ xảy ra trong toàn khối dung dịch.
Do đó mà vấn đề thường gặp trong mạ hoá học là sự lão hoá dung dịch và sự
14
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC


N1CI2 + 2H (xt)

Ni° + 2H+

(1.21)

Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
(H2PO2)' + o2'
K

-»

(HPO3)2' + H'
(1.2
Cư
chếNi24
Gutzeỉt:
2V Mặt
lon
khác,
mạ hoá
hoạt
họchóa
thực
từ(1.2
hiện
năngở lượng
nhiệt độ
giảitương
phóng
đốiion
caohydro
nên dung
và nhờ
dịchnăng
mạ
+ H'
-»
H2 được
hoáNi24
học cũng
đắt hơn

so với
dungtạo
dịch
điện.loại.
Do vậy giá thành mạ hoá học
lượng này
phản ứng
với ion
H2PO2'
ra mạ
Ni kim
Theo cơ chế này, trên bề mặt xúc tác Ni sẽ hình thành ion metaphosphit (PO2)
cũng
caoHersch:
hơn mạ điện.
Cơ
chế
và nguyên
tử H
theo phản ứng (1.20). Nguyên tử H này hấp phụ lên trên bề mặt và
thành tác nhân khử cực mạnh, khử ion Ni thành Ni kim loại (phản ứng (1.21)) và đồng
Vì vậy,
chất lượng không
lớp mạtạo
hoá
cần tử
phải
Theo
cơ để
chếđảm

này,bảo
hypophosphit
ra học
nguyên
H có
màsự
sẽ kiểm
tươngtra,
tácđiều
với
thời ion PO2" phản ứng với nước tạo ra ion octophotphit (HPO3)2’ (phản ứng (1.22)).
chỉnh
thành H\
phần
mạ hoá
Đesẽtăng
tínhtác
cạnh
lớp phủ
o2’ tạokịp
ra thời
ion hydit
lonbểhydit
này học.
sau đó
tương
vớitranh
Ni24với
để những
hình thành

Ni.
khác,
cầnraphải
nghiên
cả về
và chế
mạ hoá
có H'
thểvàđược
Ông đưa
đặctiếp
tínhtục
tương
đồngcún
đáng
chúcông
ý củanghệ
2 chất
khử độ
(2 chất
khửhọc
đó là
H).
ở nhiệt độ trung bình, kéo dài thời gian phục vụ có ích của dung dịch mạ hoá học.
1.2 Lóp mạ Nickel hoá học - electroless Nickel (EN)
Có thể thấy rằng bề mặt Ni mới sinh ra từ phương trình (1.20) đươc tạo ra liên
tục 1.2.1
và là chất xúc
tác mạ
để khử

Co chế
EN hydro (phương trình (1.21)), do vậy phản ứng diễn ra là
tự’ xúc tác. Quá trình này hoàn toàn giống với quá trình khử hyđro trên bề mặt Pd kim
Các phản ứng tống diễn ra trong quá trình mạ hoá học Nickel:
Cáckhi
tính
chất của
lópđầu
mạtiên
EN hình thành trên bề mặt Pd, các phản ứng
loại,1.2.2
do vậy một
nguyên
tử Ni
tạo Ni +Na(H2P02)
tiếp theo sẽ xảy
ra hên17'
tụcNĨthành
chuỗi NaH(HP03)
dẫn đến hình(1.17)
thành màng Ni trên bề mặt
NiCl2
+ HOH
+ 2HC1+
1.2.2.1
Các tính chất vật lý
nhựa. Cần luu ý rằng ion (H2PO2)" và (H2PO3)' cũng bị nguyên tử H khử thành p
nguyên tố nên
lớp mạ Ni hoá học luôn
chứa p (phản ứng (1.23)) và khí H2

luôn tạo
Na(H2P02)
HOH
(1.18)
• Khơi+ lươns
riêng (KLR) bềmặt NaH2P03 + H2
thành do các nguyên tử H tương tác với nhau (phản ứng (1.24)).
xúc tác
KLR của lớp mạ EN phụ thuộc vào không gian giữa các nguyên tử và độ xốp
H2PO2)- + H (bề mặt xúc tác) -> p + H20 + OH‘ (1.23)
CÓ thế thấy từ các phương trình trên, các ion Ni bị khử thành kim loại tạo thành
H+H
-> H2t
(1.24)
lớp mạ, hypophosphit
bị oxy hoá thành phosphit.
Phản ứng sinh ra axit và pH
của bể
điện phân
giảmBrenner:
đi trong quá trình mạ. Khi pH của dung dịch giảm, hiệu suất khử của
Cơ chế
hypophosphit thấp, do vậy tốc độ phản ứng chậm xuống. Khi pH hạ xuống tới một
Giải
thích
cơ chế
củatrình
Brenner
khác
một điểm chính. Ông cho

mức nhất
định
sẽ diễn
ra quá
hòa tan
kimvới
loạiGutzeit
vừa kết ởtủa.
rằng: sự hoạt động của hydro ảnh hưởng đến sự hoạt động của Ni chứ không phải khử
Ni + 2HCI -» NiCl2 + H2 T
(1.19)
hoá học ion Ni2+ thành Ni kim loại. Quá trình khử Ni gồm 2 giai đoạn:
Hình 1.3: Anh hưởng của thành phẩn
hợp kim
đến
Đe khắc phục hiệnkhối
tượng
pH riêng
không
ổncác
định
quá trình mạ, nói chung cần
lượng
cùa
lóptrong
phủ Ni-P
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

17
15

16


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Từ hình vẽ nhận thấy về cơ bản KLR giảm tuyến tính theo sự tăng hàm lượng p
trong lớp phủ Ni-P (tương tự với lớp phủ Ni-B). Nguyên nhân là do các nguyên tử p
tăng lên trong không gian giữa các nguyên tử Ni.
KLR của lớp phủ EN có cấu trúc tinh thể thì lớn hơn của lóp phủ EN có cấu
trúc vô định hình. Ví dụ: EN vô định hình chứa 12%p có KLR là 7.9g/cm3, nếu là tinh
thể thì KLR là 8.1 g/cm3. Nguyên nhân là do ở các đường biên giới hạt thì không gian
giữa các hạt cũng lớn hơn, mà cấu trúc tinh thể có chứa đáng kể số lượng đường biên
giới hạt nên KLR của EN tinh thể lớn hơn của EN vô định hình.
• Điên trở suất (o)
Điện trở suất của lớp phủ EN cao hơn của lớp mạ Ni điện hoá khoảng 8 //ohmcm, nguyên nhân do các nguyên tố hợp kim như p, B tăng lên đặc biệt là khi chúng ở
dạng dung dịch rắn.
Lớp phủ EN vô định hình cho giá trị điện trở suất lớn hơn so với lớp phủ EN
tinh thế. Xử lý nhiệt sẽ làm hình thành các hợp chất kim loại trung gian và làm tinh
thế hoá cấu trúc vô định hình, do đó mà làm giảm điện trở suất. Điện trở suất giảm
cực nhanh trong giải nhiệt độ xử lý nhiệt mà ở đó sự tinh thế hoá cấu trúc vô định
hình được quan sát thấy.
• Đô dẫn nhiêt
Độ dẫn nhiệt tỷ lệ với độ dẫn điện. Do đó có thể tính toán các giá trị độ dẫn
nhiệt theo các công thức của điện trở suất. Đối với những lớp mạ EN có hàm lượng
hợp kim cao (P cao) thì độ dẫn nhiệt nằm trong khoảng từ 0.01 đến 0.02
cal/cm/sec/°K, so với 0.2 caĩ/cm/sec/°K đối với lóp mạ Ni điện hoá.

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

Thành
kim

phần

hợp Khối lượng riêng

Điện trở suất

(g/cm3)
(//ohm-cm)
Bùi
Bùi Thu
Thu Hà
Hà -- Điện
Điện Hoá
Hoá &
& BVKL
BVKLK48
K48

Hệ số giãn nở nhiệt
(//m/m/°K)

Lớp phủ EN có chứa 11 đến 12% p thì co lại khoảng 11% sau khi xử lý nhiệt ở
Bảng 1
300°c và làm lạnh nhanh trở lại tới nhiệt độ phòng. Phần lớn sự co lại là do sự thay
đối cấu trúc. Sau lần làm nóng và làm nguội lần thứ 2 thì độ co chỉ còn là 0.013%, nó
cho thấy cấu trúc tinh thế đã ốn định hon.

7%B

Giá trị hệ số giãn nở nhiệt đối với lớp mạ Ni-B chứa 5% B là 12 //m/m/°K, và
7.8
190
11
giảm đi còn là 10 //m/m/°K sau khi được xử lý nhiệt.
• Từ tỉnh
Từ tính của lớp EN phụ thuộc vào nó là cấu trúc tinh thể hay vô định hình. EN
cấu trúc tinh thể là từ tính trong khi EN cấu trúc vô định hình cơ bản là không có tù'
tính.
Lớp phủKhả
ENnăng
có thành
phần
hợp kim
cấu EN
trúc vô định hình thường được sử
1.2.2.2
chống
ăn mòn
của cao,
lớp phủ
dụng dưới các lớp kết tủa Cobant lên các đĩa ghi.
Các lớp phủ EN cơ bản được sử dụng cho các úng dụng kỹ thuật để bảo vệ các
phủ khỏi
EN có
lượng
p thấp,
cấu trúc

độ nhờ
kháng
tương
bề mặt Lớp
kim loại
bị hàm
ăn mòn.
Khả
năng chống
ăntinh
mònthể
có có
được
cáctừlớp
phủ đối
EN
thấpđộđược
co việc
khử từ.
Tínhăn
kháng
của vời
nó thay
từ 0đối
-ỉ- với
80 oe,
còn loại
độ
có
xốp dùng

nhỏ, và
khả năng
chống
mòntừtuyệt
của đối
Nickeĩ
nhiều
khángdịch
từ của
lớp hết
mạ trong
Ni điện
hoákiện
thaykhí
đổiquyến.
từ 40 Lớp
-ỉ- 120
hếtcản
cáccác
lớptạp
phủchất
Ni-B
dung
và hầu
điều
phủoe.
ENHầu
ngăn
và
có tính

các
vết từ
ố yếu.
của các chất như chất hóa dẻo, các loại dung môi, dầu, glycols, monomer,
khí...Lớp phủ EN tiết kiệm đáng kế chi phí thiết bị do có thế thay thế thép không gỉ
Lớpthường
phủ ENđược
không
từ tính
trởkhi
nêncác
có chi
tù' tính
yếu sau
khi gỉ
được
lý nhiệt
bằng thép
phủcólớp
EN. sẽ
Đôi
tiết thép
không
vẫnxửđược
phủ
tù' 300
đếnnó
400°c
do cócản
sựsự

tinh
hoá.bởi
Tính
kháng
tù' của
của ion
ENclo.
tinh thể cũng tăng lên
EN
khi mà
cần ngăn
rỗ thể
bề mặt
sự xuất
hiện
khi được xử lý nhiệt, nguyên nhân do có sự hình thành của hợp chất kim loại trung
CácCÓ
yếutính
tố quan
gian Ni3P
thuậntrọng
từ. quyết định đến tính chất ăn mòn của lớp phủ EN, đó là:
• Cấu trúc, thành phần và khâu hoàn thiện bề mặt của nền.
Vỉ du: Sự có mặt của cấu trúc dạng thó’ được thấy ở phần cắt ngang của lớp phủ
19
20
ĐÒ
ĐÒ ẢN
ẢN TÓT
TÓT NGHIỆPNGHIỆP- MẠ

MẠ COMPOSIT
COMPOSIT HOẢ
HOẢ HỌC
HỌC


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

tra trong phun muối và điện thế phân cực. cấu trúc thớ xuất hiện có thể do từ nguyên
nhân chất ốn định như 2-mercaptobenzothiazole. cấu trúc dạng dải có khả năng chống
ăn mòn tốt hon do cấu trúc này được tạo ra bởi sự thay đối hàm lượng p theo độ dày,
nó sẽ tạo ra lớp phủ giống như lóp phủ Ni kép. Lóp phủ này chứa 2 lóp: lóp có hàm
lượng p thấp hơn ở trên đóng vai trò như lớp hy sinh, lớp có hàm lượng p cao hơn ở
dưới.
• Các yêu cầu đối với khâu tiền xử lý đối với nền như: độ sạch bề mặt, tính
bằng phang của bề mặt.
• Chiều dày của lóp phủ có phù họp để chống lại các ngoại cảnh và thời gian
ăn mòn.
Vỉ du: Trên bề mặt thép hay nền nhôm nhám thì độ dày lớp phủ EN phải từ 50
đến 75 pm mới có tính ăn mòn.
• Các tính chất lớp phủ (thành phần, độ xốp, ứng suất nội) được quyết định bởi
pH, cách thức sử dụng và thành phần dung dịch mạ.
Ví dụ: ứng suất căng nội cũng làm lớp phủ EN tăng tính ăn mòn. Vì nó làm
tăng sự chênh lệch điện thế, do đó mà điện thế ăn mòn thấp đi và dòng ăn mòn cao
hơn. Các ứng suất như vậy có thể do nguyên nhân từ sự biến đổi của dung dịch do sự
tích tụ các ion orthophotphit và ion sulphate sau một vài chu kỳ sử dụng
• Khâu hoàn thiện lóp phủ bằng cách như thụ động hay luyện kim.
Nhìn chung, lớp phủ EN có độ xốp thấp hơn cũng như có độ dày đồng đều hơn
lớp phủ Nickel mạ điện nên có tính chống ăn mòn tốt hơn.
ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẮ HỌC

21


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

- Khả năng chống ăn mòn được cải thiện sau khi luyện kim ở 600 đến 700°c
bởi nó cải thiện liên kết nền thép với lớp phủ. Nó cũng có tác dụng hoàn thiện lớp
phủ.
- Lóp phủ EN có thê cải thiện khả năng chông ăn mòn đáng kê môi trường
phun muối bằng cách thụ động hoá bề mặt trong dung dịch axit cromic ấm 1% thòi
gian 15 phút.
1.2.2.3

úng suất nội của lớp phủ EN

Các ứng suất nội lóp phủ EN không phải do tác động tù’ các lực bên ngoài.
Chúng có thế được chia thành: ứng suất nội không bản chất “extrinsic” và loại ứng
suất nội bản chất “intrinsic”.
Các ứng suất không bản chất chủ yếu là do nhũng sự khác nhau trong các hệ số
giãn nở nhiệt của lóp phủ EN và của các chi tiết đã được phủ. Như ta đã biết, mạ EN
diễn ra ở nhiệt độ rất cao, do vậy khi mà các chi tiết đã được phủ khi làm nguội tới
nhiệt độ phòng sẽ dẫn đến sự co lại khác nhau. Neu như có sự gắn bám giữa lóp phủ
và nền thì khi hệ số giãn nở nhiệt càng lớn thì ở chỗ này ứng suất căng phát triển
trong khi ở phần khác lại là ứng suất nén. Lớp phủ EN co lại khoảng 1% khi làm
nguội tù’ 90°c. Ket tủa trên nền nhôm và đồng thau, nhũng nền có hệ số giãn nở nhiệt
lớn hơn EN thì sẽ tồn tại ứng suất căng. Ket tủa trên nền titan và bery, chúng có hệ số
giãn nở nhiệt nhỏ hơn nên tồn tại ứng suất nén.
Các úng suất nội bản chất phát triển trong quá trình mạ. Nhìn chung, lóp phủ
EN không kết tủa thành lớp nguyên tử mở rộng mà nó kết tủa rời rạc giống như các

hòn đảo. Sự hình thành và tập hợp các hạt khó khăn hơn sự mở rộng của và phát triển

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

22


Thành phần hợp kim
(% P)

10 đến 12

Mô đun đàn hồi

ứng suất căng

Độ giãn dài

GPa
Msi
MPa
Ksi
Bùi
BùiThu
ThuHà
Hà- Điện
- ĐiệnHoá
Hoá&&BVKL
BVKLK48
K48

HKio

%

Xử
Xửlýlýnhiệt
nhiệtcũng
làmlàm
thaytăng
đối ứng
không
suấtgian
cănggiữa
và giảm
các nguyên
ứng suất
tử,nén.
nếu Lớp
không
phủgian
Ni-B
này
50-70
7.1
65093-129
1
500
cógiảm
ứng căng

đi thìcao
ứnghơn
suất
lớplàNi-P.
ứng suất
Lớp căng,
phủ Ni-B
ứng chứa
suất nén
0.6%làBdocho
cácgiákhí
trịnhư
ứng hydro
suất làsinh
480ra
MPa.
trong
Hàm
quáluợng
trình mạ
B tăng
khuyếch
thì ứng
tánsuất
vào căng
các chỗ
giảm,
trống
cụ rất
thểnhỏ

là 310
và chúng
MPa với
nở ra.
lớpNeu
phủ các
chứakhí
1.3%
nàyBkhuyếch
và 120 MPa
tán ra
vớingoài
lóp phủ
lớpchứa
phủ 4.7
hay%B.
vào trong nền thì lúc này, ứng suất căng phát
triển trong lớp phủ.
1.2.2.4
Các tỉnh chất cơ của lóp phủ EN
ứng suất nội lớp phủ thay đổi theo hàm lượng p của lớp phủ EN trên nền thép
Các tính chất cơ của lớp phủ EN trong dung dịch axit thay đối theo thành phần
hợp kim, tức theo thành phần của p. Xem bảng 2. Theo nhu bảng, nhận xét rằng:

Bảng 2

Hình 1.4: Ánh hưởng của hàm lượng p lên ứng suất bên
trong của lớp phue Ni-P lên các nền nhôm và thép

Mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất bên trong và pH của dung dịch mạ cũng

được nhận thấy. Ớ pH = 4 thì lớp phủ EN có hàm lượng p cao thì ứng suất khoảng -50
MPa, và trở thành ứng suất căng ở pH = 4.6, ở pH = 6 thì giá trị ứng suất đạt được
khoảng 110 MPa.
Giá trị ứng suất thay đổi theo điều kiện chất nền và thiết bị sử dụng cho việc đo
ứng suất, ví dụ nền nhôm thường cho ứng suất nén. Các tác nhân và phụ gia của dung
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

23


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48
• ứng suất ran nứt
ứng suất tại những chỗ rạn nứt hay gọi là ứng suất rạn nứt về cơ bản là giống
với độ căng.
Từ bảng giá trị thấy rằng độ căng của lớp phủ EN cấu trúc tinh thế và có hàm
lượng p thấp thì thấp hơn so với của vô định hình. Graham, Lindsay và Road đo cơ
tính của lớp phủ EN tù’ dung dịch kiềm bằng cách kiểm tra độ phồng thì nhận thấy có
một sự tăng mạnh ứng suất rạn nút. Giá trị ứng suất rạn nứt khoảng 650 - 850 MPa
đối với lớp phủ EN chứa>7% p, và từ 350 - 500 Mpa tương ứng với lớp phủ EN 5%
p giống như báo cáo đưa ra trong bảng.
ứng suất rạn nứt, độ bền bị ảnh hưởng bởi xử lý nhiệt. Độ bền tăng lên từ 450
MPa đến 550MPa sau khi xử lý nhiệt ở 200°c, thời gian 15 phút lớp phủ EN được
phủ lên ống đồng mỏng. Xử lý nhiệt tới 750°c trong 2 giờ thấy rằng: ứng suất rạn nứt
tăng đáng kể với lớp phủ EN có hàm lượng p thấp trong khi lại giảm với lớp phủ EN
có hàm lượng p cao. Do đó, ứng suất rạn nứt với lớp phủ EN 5% p tăng lên khoảng
800 MPa, trong khi với hàm lượng p 9% giảm khoảng 250 MPa.
• Đô dẻo
Độ tính
dẻo của
của lớp

lớpphủ
phủEN
ENđược
thấp,thể
điều
Cơ
hiệnnày
quađược
: thấy khi độ giãn dài của lớp phủ
EN cho trong bảng nhỏ hơn hoặc bằng 1 %.
Mô
hồi tính
có giá
khoảng
Tómđun
lại: đàn
Những
chấttrịcơlớn
đãnhất
trìnhtrong
bày trên
cho giá
thấytrịtấtthành
cả lớpphần
phủhợp
EN kim
đều
trung
có tínhgian.
giònMột số nhà nghiên cúư đã báo cáo cho thấy với lớp phủ EN có hàm lượng

p 5% thì mô đun đàn hồi có giá trị thấp hơn rất nhiều 120 MPa. Tuy nhiên với lớp phủ
• Đô cứng
EN có 9 %p thì mô đun đàn hồi là 50CPa, giá trị này giông với giải được đưa ra trong
bảng.

Độ cứng rất có ích trong việc tiên đoán tính chất chịu mòn nhung nó cũng

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

24
25


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

một số dung dịch mạ đặc biệt có thể tạo ra lớp phủ EN có độ cứng cao hon. Sự giảm
dần độ cứng khi tăng hàm lượng p cũng được nhận thấy.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của lóp phủ EN
1. Nguyên to thứ ba ảnh hưởns đến đô cứng.
Ví dụ : Thêm Mo vào sẽ làm tăng độ cứng của lớp kết tủa Ni-B và khi lớp hợp
kim Ni-Mo-B đã được xử lý nhiệt ở 600°c, thành phần có chứa 17% Mo và 0.3% B
thì đạt được độ cứng lớn nhất là 1000HV. Độ cứng của hợp kim Ni-Mo-P tăng cùng
với sự tăng hàm lượng Mo và khi đã được xử lý nhiệt ở 400°c thì cũng đạt được giá
trị độ cứng lớn nhất.
2. Đô gan bám giữa lớv ma EN và bề măt nền
Độ gắn bám giữa lóp EN và các bề mặt nền phi kim phụ thuộc cơ bản vào liên
kết cơ học. Do đó mà sự chuấn bị bề mặt nền cũng ảnh hưởng đến độ bám dính. Độ
bám dính tăng cùng với sự tăng độ nhám bề mặt. Độ bám dính đối với một số kim loại
có thể được nâng cao bằng cách làm nhám các bề mặt của chúng, ví dụ như trong
trường hợp mạ lớp phủ EN lên nền hợp kim nhôm.

Sự mất đi độ bám dính được cho là do có sự khác biệt trong các hệ số giãn nở
nhiệt giữa lóp kết tủa và nền. Giữa thép và lóp mạ EN, sự bám dính sẽ được tăng lên
khi xử lý nhiệt trên 600°c vì nó tạo ra lớp khuyếch tán có thế nâng cao hên kết giữa
chúng. Xử lý nhiệt với nền thép là trên 200°c và nền nhôm là ở 150°c cũng làm cải
thiện lóp bám dính. Tuy nhiên đối với nền nhôm cũng cần chú ý không nên quá 130°c
đế duy trì độ cứng của nền.
3. Anh hưởng của chính lớp phủ
Tính chất cơ của các chi tiết có thể bị ảnh hưởng bất lợi bởi chính lóp phủ EN,
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

26


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Xử lý nhiệt trong vài giờ ở 200°c thường sẽ làm giảm sự giòn hydro do hydro sẽ được
thoát ra ngoài.
Tuy nhiên, hydro hấp phụ trên bề mặt không chỉ là nguyên nhân duy nhất gây
ra cơ tính nghèo trong nền. Các vết nứt, gãy trong lớp EN giòn do quá trình chịu tải
trọng lại truyền sang nền và làm cơ tính nền xấu đi. Ví dụ như thép cacbon thấp, độ
bền cao ban đầu thì chịu giới hạn tải trọng là 342 MPa, sau đó nó giảm đi còn 260
MPa khi nó được phủ lớp EN dày 25 //m. Xử lý nhiệt ở 400°c hoặc hơn sẽ làm giảm
tải trọng đi nữa, chỉ còn là 176 MPa.
4. Xử lý nhỉêt
Xử lý nhiệt với nhiệt độ càng tăng thì độ cứng càng giảm một cách tuyến tính.
Trên 385°c thì độ cứng càng giảm nhanh.
1.2.2.5

Khả năng chong mài mòn của lớp phủ EN

Tính mài mòn là sự biến dạng về mặt cơ học của các bề mặt tiếp xúc. Có hai
loại mài mòn: mài mòn do gắn bám và mài mòn do cọ sát.
Mài mòn do gắn bám xuất hiện khi ta hàn đế gắn các bề mặt với nhau. Ta biết
rằng không có một bề mặt thực sự nào nhẵn, trên bề mặt của chúng có những chồ ghồ
ghề, lồi, lõm. Khi hai chi tiết được hàn với nhau, bề mặt của chúng tiếp xúc nhau chủ
yếu ở phần lồi, và do đó có một sự ma sát nhỏ ở những chỗ đó trên tống cả diện tích
bề mặt. Sự ma sát này tạo ra lực ma sát, nó giống như một tải trọng tương đối nhẹ tác
dụng lên hai bề mặt này và sinh ra ứng suất lớn trên cả hai vùng bề mặt tiếp xúc. Do
đó khi hàn thì giữa hai bề mặt tiếp xúc phải được làm sạch. Làm cứng và bôi trơn bề
mặt làm giảm mài mòn gắn bám. Sự lựa chọn vật liệu trong kỹ thuật hàn cũng giúp

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

27


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Mài mòn do cọ sát do hai bề mặt cọ sát với nhau, mài mòn do cọ sát có thể
được làm nhỏ tối thiểu bằng cách làm bề mặt cứng hơn và nhẵn hơn.
Mài mòn do gắn bám và mài mòn do cọ sát hên quan tới nhau nhưng không
liên quan trực tiếp đến độ cúng bề mặt. Độ cứng bề mặt càng lớn thì độ biến dạng

1.2.3 Những ứng dụng của lóp mạ Ni hoá học:
Mạ hoá học hiện nay thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Đã có
nhiều hệ mạ hoá học ra đời trong đó hệ mạ hoá học Ni là quan trọng nhất nhò' nhũng
tính chất nối bật như đã được nêu. Do vậy úng dụng của lớp mạ Ni hoá học cũng rất
Oil/Chemical Misc.
12% 1Ơ%
Printng 3%

Aerosp
ace
8%

Comp
uter
22%

Hình 1.5: Biếu đồ ứng dụng lớp mạ EN trong các ngành
Nhiều nhất là trong lĩnh vực sản xuất linh kiện máy vi tính (22%); điện tử
(17%), tiếp đó là trong ngành công nghiệp ôtô (15%), hoá học, dầu khí, cơ khí, hàng
Máy vi tính (Computer):
Mạ EN được dùng chủ yếu để chế tạo màng phủ (dày > 5 pm), trong đó chức
năng quan trọng nhất là làm màng phủ chống ăn mòn và đĩa ghi tù' nhôm với hàm
lượng p cao cho máy vi tính.

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

28


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Những báo cáo hàng năm cho thấy giá trị thương mại của lớp phủ EN tăng
trưởng liên tục so với các lớp phủ khác. Theo tài liệu đánh giá về giá trị thương mại
của lớp phủ EN dùng cho chức năng tạo đĩa ghi từ nhôm:

Năm 1995 - 230 triệu đĩa.

Năm 1996 - 288 triệu đĩa.

Năm 1997 - 354 triệu đĩa.

Năm 1998 - 435 triệu đĩa.
Trên kết quả thống kê năm 1993, giá trị thương mại của lớp EN là 200 triệu

Hình 1.6: Đĩa cứng
Vì vậy công nghệ mạ EN nhằm mục đích cải tiến công nghệ ghi. Đe có mật độ
ghi cao cần phải tiếp tục cải tiến chất lượng lớp mạ cả về thành phần dung dịch và xử
lý sản phẩm.

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

29


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

cần phải có mật độ ghi cao, khi đó từ tính trở thành vấn đề quan trọng đặc biệt là khi
đĩa ghi từ yêu cầu mỏng hơn và hấp thụ nhiệt ít hơn trong quá trình làm việc.
Thay đối thành phần mạ có thể làm chậm quá trình từ hoá, cải tiến công nghệ
mạ góp phần đưa lớp mạ EN trở thành hoàn hảo hơn cho đĩa ghi từ nhôm.
Công nghiên điên tử:

Lớp mạ hoá học Ni-P được dùng nhiều trong công nghiệp điện tử để :

>Tăng tính dễ hàn.

> Làm đế không tù’ tính trong các bộ phận mang tù'

> Chế tạo các vật liệu có độ dẫn thích họp theo yêu cầu

> Làm lớp chắn ngăn cản vàng khuyếch tán vào nền đồng tại các tiếp điếm

> Làm các vi mạch, màng bán dẫn trong suốt.

> Dùng làm trang sức và bảo vệ các linh kiện điện tử, thiết bị viễn thông...
*•
Vú
/C.

1 *•
è

••

ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

30


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

EN dày xấp xỉ 15 pm với hàm lượng p cao. Ket quả là lớp phủ này sẽ thay thế được
các chi tiết máy làm bằng thép không gỉ hay phải mua những thiết bị tốn kém tới hàng
ngàn dollar.
Côìĩíỉ nghiên ìn:
Những lô cuốn mực máy in đã mạ Cr thì lớp Cr sẽ bị ăn mòn từ mực in, giải
pháp cho vấn đề này là thay thế lớp mạ Cr bằng lớp mạ EN dày 50 pm có hàm lượng
p cao và độ đồng đều cao. Như vậy vấn đề ăn mòn được giải quyết, thêm vào đó là

việc làm sạch các lô cuốn cũng dễ dàng và tiết kiệm được chi phí do bỏ được khâu gia
công cơ khí lại lô cuốn sau khi mạ.
cỏmĩ nghiệp ôtô:
Với lớp mạ EN dày khoảng từ 5 - 9 pm hoặc EN với lượng p trung bình trong
các bộ phận tiếp liệu, bộ chế hoà khí trong động cơ ôtô ... đế ngăn cản sự ăn mòn nền
trong các môi trường alcohol (ethanol), clo, luu huỳnh...
Các chi tiết trục bánh răng khác nhau đã được mạ Cr cứng thì điều đáng quan
tâm là xử lý nhiệt làm cho chúng giòn và do đó cũng làm bề mặt Cr bị mòn đi do ma
sát. Do vậy mà việc dùng lớp mạ Ni hoá học dày 25pm với hàm lượng p cao sẽ thực
sự làm tăng tính bôi trơn của lớp phủ khi vận hành các chi tiết. Độ cứng bề mặt không
nhất thiết cần xử lý nhiệt.

Hình 1.8 : Các chốt trục nhỏ được mạ EN
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC

31


Bùi Thu Hà - Điện Hoá & BVKL K48

Nikel composit có tính bôi trơn cao, độ ma sát thấp, độ bóng cao chống ăn mòn
tốt nên được dùng cho mạ xylanh, piston, bộ phận hãm để chống mài mòn.

Hình 1.9 : mạ hoá học Ni để nâng cao khâu hoàn thiện bề mặt của piston
Ngành hàng không:
Các chi tiết trên máy bay như cánh quạt phải làm bằng nhôm để giữ cho trọng
lượng luôn là nhỏ nhất, đế bảo vệ các chi tiết như vậy thì thường không sử dụng được
các phương pháp mạ điện do hình dáng phức tạp nên giải pháp là mạ EN dày 20pm
với hàm lượng p cao, lớp phủ có khả năng phân bố đồng đều toàn bộ bề mặt chi tiết.
Các gương cầu lõm dùng trong hàng không hay không gian thì các vùng lõm

bằng nhôm của gương cầu đòi hỏi lớp phủ có thể được đánh bóng để đạt độ bóng cao
cho việc đạt được độ phản quang lớn nhất và tốt nhất. Đe đạt được lớp phủ đồng nhất
và dày đều trong cả những vùng lõm sâu như vậy thì mạ EN dày 15 pm ( hàm lượng p
cao).
Cơ khí nói chung:
Lớp mạ Ni hoá học được dùng nhiều trong cơ khí vì nó hội tụ được nhiều uư
điểm vào cùng một vật liệu: chống ăn mòn tốt, bền nhiệt, bền mòn, bôi trơn tốt, độ
cứng cao (từ 400 - 600 HV đến trên 1000 HV), chiều dày lớp mạ rất đồng đều...
Vỉ du: Các chốt, trục nhở của các chi tiết máy thường được làm cứng bằng
nitrua hoá (nitrided) sau đó crom hoá. Mặc dù lớp phủ này là tốt nhưng vẫn có hiện
tượng ăn mòn tại các mối hàn kín hay các vành bịt kín, do vậy nếu những chỗ đó được
32
ĐÒ ẢN TÓT NGHIỆP- MẠ COMPOSIT HOẢ HỌC