Tổng quan về mạ kim loại Tiểu luận môn học

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...................................................................................................................2
1.TỔNG QUAN VỀ MẠ KIM LOẠI..............................................................................................................3
1.2.4. Tiến hành mạ.........................................................................................................................6
1.3.Phân loại........................................................................................................................................8
2. TỔNG QUAN VỀ MẠ ĐIỆN PHÂN..........................................................................................................8
2.1.1.Mạ điện phân là gì ..................................................................................................................9
2.1.2 . Mục đích của quá trình mạ điện............................................................................................9
2.1.3. Đặc điểm lớp mạ theo công nghệ mạ điện phân...................................................................9
2.2. Mạ Niken ......................................................................................................................................9
2.3.1 Dung dịch có xyanua.............................................................................................................12
2.3.2 Dung dịch mạ kẽm zincat......................................................................................................12
2.3.3 Dung dịch mạ kẽm muối amon.............................................................................................13
2.3.4 Dung dịch mạ kẽm không có amon.......................................................................................13
2.3.5 Dung dịch mạ kẽm sunfat.....................................................................................................13
2.5.1. Đặc điểm của lớp mạ crôm..................................................................................................15
2.5.2. Thành phần của dung dịch mạ crôm....................................................................................16
2.6. Mạ các kim loại quý và hiếm.......................................................................................................18
2.7. Mạ hợp kim.................................................................................................................................21
2.7.1. Tính chất chung....................................................................................................................21
3.MẠ HÓA HỌC......................................................................................................................................27
3.1.Khái niệm chung..........................................................................................................................27
3.1.1.Phương pháp tiếp xúc (ngâm)...............................................................................................28
3.1.2.Phương pháp khử hóa học....................................................................................................28
3.1.Các phương pháp mạ hóa học thông dụng..................................................................................29

1


KẾT LUẬN............................................................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................35

MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, các nhu cầu về số lượng chủng
loại mặt hàng tiêu dùng ngày càng tăng, cũng như yêu cầu về chất lượng mẫu mã
của các sản phẩm tiêu dùng cũng ngày càng cao. Sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học

2


kỹ thuật trong các lĩnh vực khác nhau chính là chìa khóa để giải quyết nhu cầu
thiết thực đó của con người.
Ngành công nghệ hóa học nói chung và ngành mạ kim loại cũng nằm trong
quy luật phát triển đó. Mạ kim loại đã tạo lớp phủ bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn,
làm đồ trang sức, tăng thêm các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm như độ cứng, độ
bền, độ chống mài mòn…
Sau hơn hai trăm năm hình thành và phát triển ngành mạ kim loại đã đạt
được những tiến bộ rất lớn. Song hiện nay nó vẫn đang tiếp tục phát triển để ngày
càng nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sự tác động tới môi trường, giảm
giá thành sản phẩm và nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu. Đó là lý do mà tôi
lựa chọn nghiên cứu nội dung:
“Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp mạ kim loại”
Mục đích của khóa luận này là tích lũy và xây dựng nền tảng về lý thuyết
của quá trình mạ điện phân và mạ hóa học. Là cơ sở để có thể trực tiếp đi vào sản
xuất và có thể tiếp tục các nghiên cứu chuyên sâu các vấn đề còn tồn tại của môn
khoa học ứng dụng này.

1.TỔNG QUAN VỀ MẠ KIM LOẠI
1.1.Khái niệm chung [4,6,7]
Mạ là tạo nên một lớp màng kim loại hoặc hỗn hợp các kim loại bao phủ lên
bề mặt vật cần mạ để chống sự ăn mòn, trang trí bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng

độ cứng bề mặt…Tùy theo thành phần và bản chất của lớp mạ mà các tính chất
3


hóa học, lý học và cơ học của lớp mạ cũng thay đổi phù hợp với mục đích sử dụng
của sản phẩm.
Vật cần mạ có thể là các chi tiết, thiết bị, máy móc bằng các kim loại và hợp
kim khác nhau như gang, thép, sắt, đồng … Và cũng có thể là các chi tiết, thiết bị,
vật dụng làm từ các vật liệu phi kim loại như là polypropylen, policacbonat,
phenol focmandehit, cao su tự nhiên…
1.2.Quy trình cơ bản cuả mạ kim loại [1,3,4,5]
Quy trình cơ bản của mạ kim loại gồm các nguyên công cơ bản sau:
1.2.1.Gia công cơ học bề mặt chi tiết trước khi mạ [1,4]
Trước khi mạ, chi tiết cần phải được gia công cơ học để bề mặt chi tiết thật
bằng phẳng và đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng.Tẩy sạch hết các vết gỉ, tẩy
sạch dầu, mỡ, nhớt, mỡ kỹ thuật cũng như sạch các hợp chất hóa học khác có trên bề
mặt chi tiết. Trong điều kiện như vậy lớp mạ thu được mới có độ bám tốt, độ bóng
sáng cao đồng nhất, không có vết xước. Các phương pháp gia công cơ học bề mặt
chi tiết kim loại bao gồm mài thô, chải, phun cát, mài tinh, đánh bóng, quay bóng
hay xóc bóng trong thùng quay…
1.2.2. Tẩy dầu mỡ hóa học [1,3]
Phương pháp cơ học chỉ phần nào lấy đi các chất bẩn và dầu mỡ trên bề mặt.
Sau khi sử dụng các biện pháp cơ học ta tiến hành sử dụng các tác nhân hóa học để
loại bỏ dầu mỡ bám chắc trên bề mặt vật cần mạ.
Dầu mỡ hóa học bám trên bề mặt vật cần mạ gồm hai loại là dầu mỡ có
nguồn gốc động, thực vật và dầu mỡ có nguồn gốc dầu mỏ như paraphin, hắc ín,
xăng, vazơlin…
Tùy thuộc loại dầu mỡ mà có các cách xử lý khác nhau như:

4

- Tẩy dầu mỡ bằng các sản phẩm có sử dụng các chất tẩy rửa chuyên dụng như xà
phòng, dung dịch tẩy rửa pha chế chuyên dụng cho các vêt bẩn dầu mỡ….
- Tẩy dầu mỡ bằng các dung môi hữu cơ như là cacbon tetraclorua,
tricloetylen,tetraclo etylen…
- Tẩy dầu mỡ bằng điện hóa học
Ta có thể tẩy dầu mỡ bằng phương pháp anot, catot hay tẩy dầu hỗn hợp.
Phương pháp này tiến hành như sau: nối vật cần mạ vào các điện cực anot, catot rồi
tiến hành điện phân. Dung dịch điện phân là các dung dịch muối có tác dụng tạo ra
sự điện phân nước giải phóng oxi, hydro ở các điện cực. Các chất khí này có tác
dụng phá hủy lớp màng dầu mỡ trên bề mặt. Nhờ đó lớp dầu mỡ này bị tách khỏi
bề mặt và đi vào dung dịch. Có thể tiến hành đổi vật cần mạ từ điện cực này sang
điện cực kia để tạo ra hiệu quả tối ưu (phương pháp tổng hợp).
- Tẩy dầu mỡ bằng siêu âm
Để loại bỏ một cách tuyệt đối các loại dầu, mỡ phân tán trong khe, rãnh sâu
hoặc những vết dầu còn bám chặt trên bề mặt chi tiết, người ta dùng máy phát siêu
âm có tần số từ 20 – 1000kHz truyền vào dung dịch kiềm nóng hay dung môi nóng
ngâm chi tiết. Sau khi kiểm tra thấy toàn bộ chi tiết bề mặt đã sạch dầu, mỡ thì rút
chi tiết ra. Thực tế đã chứng tỏ dùng siêu âm có tần số cao không chỉ tẩy sạch
hoàn toàn dầu, mỡ mà còn tẩy sạch cả gỉ, oxyt, cặn bẩn…. Tác dụng tẩy sạch của
siêu âm được giải thích là do siêu âm khi truyền vào dung dịch sẽ làm xuất hiện
những vùng áp suất rất cao xen lẫn những vùng áp suất rất thấp liên tiếp hoán vị
cho nhau với tần số rất cao. Nếu cường độ dao động đủ lớn thì những biến đổi đột
ngột về áp suất luân phiên theo không gian và thời gian trong môi trường tẩy gây
ra tác dụng xâm thực rất mãnh liệt, bào sạch mọi tạp chất trên bề mặt chi tiết.

5

Các dung dịch sử dụng đê ngâm vật cần mạ trong phương pháp này có thể
là kiềm, muối photphat, silicat, cacbonat của natri và có sử dụng một số chất
hoạt động bề mặt.
1.2.3. Tẩy gỉ hóa học [1,5]
Các chi tiết đem mạ điện thông thường gồm: thép cacbon các loại, sản
phẩm gang xám, sản phẩm đúc của các kim loại khác, và một số loại inox, đồng,
hợp kim của đồng, hợp kim gốc kẽm, gốc chì và gốc thiếc hay nhôm và hợp kim
của nó…Bề mặt của các chi tiết này luôn tích tụ các sản phẩm ăn mòn, có khi
mắt thường không nhìn thấy được. Để cho lớp mạ bám chắc trên bề mặt chi tiết
cần phải loại bỏ hoàn toàn các sản phẩm này khỏi bề mặt của nó trước khi mạ.
Các sản phẩm ăn mòn sắt, thép chủ yếu gồm các oxyt FeO, Fe 3O4, Fe2O3,
các hydroxyt Fe(OH) 2, Fe(OH)3. Tẩy sạch các sản phẩm nầy có thể bằng phương
pháp hóa học hay điện hóa học. Quá trình tẩy gỉ có thể thực hiện bằng các
phương pháp sau:
- Tẩy gỉ bằng phương pháp cơ học: mài, chải, phun, hay dùng thùng quay vừa tẩy
gỉ vừa làm bóng và sạch. Đây chỉ là phương pháp tẩy gỉ sơ bộ.
- Tẩy gỉ bằng phương pháp hóa học.
- Tẩy gỉ bằng phương pháp điện hóa học.

1.2.4. Tiến hành mạ
Sử dụng các phương pháp mạ và các thiết bị mạ chuyên dụng để tạo nên lớp
kim loại bao phủ lên trên bề mặt vật cần mạ theo yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra.

6


Các phương pháp được sử dụng có thể là phương pháp điện phân hay
phương pháp hóa học. Sẽ trình bày rõ hơn trong mục 2 và 3 của báo cáo.
1.2.5. Hoàn thiện sản phẩm [1,4]
Sau khi tiến hành mạ chuyển sang giai đoạn hoàn thiện sản phẩm để tạo độ

bóng, tăng thêm độ chống ăn mòn hóa học. Thường sử dụng phương pháp crômat
hóa bề mặt. Sản phẩm được thụ động hóa trong dung dịch anhydric cromic CrO3
hay trong dung dịch natri bicromat Na 2Cr2O7 hoặc kalibicromat K2Cr2O7. Màng thụ
động có thành phần chủ yếu: Cr(OH)3 .Cr(OH). CrO4 Hay Cr2O3. CrO3. xH2O
Màng thụ động thường mỏng, sáng chủ yếu chứa hợp chất Cr 3+, màng dày
hơn màu vàng chứa chủ yếu hợp chất Cr 3+ lẫn Cr6+. Màng thụ động chứa nhiều
Cr6+ thường có màu vàng rơm. Màng thụ động có độ dày không quá 1µm.
Màng thụ động có màu sắc thay đổi tùy theo thành phần dung dịch, thời gian
thụ động, pH và nhiệt độ. Màng thụ động chỉ có Cr 3+ có màu xanh, chứa Cr6+ có
màu vàng. Thường màng thụ động gồm có Cr 3+lẫn Cr6+ nên có màu cầu vồng (bảy
màu).Tính chất bảo vệ của màng thụ động cầu vồng là tốt nhất. Trong thực tế ta
còn thấy có màng thụ động không màu, màu nâu, màu vàng rơm hay màu xanh
nhạt đặt trưng. Lớp mạ kẽm bóng có màng thụ động màu xanh nhạt đặc trưng
thường được sử dụng như lớp mạ vừa bảo vừa có tính trang trí được ưa thích.
Màng thụ động trên lớp mạ kẽm hay cadimi bóng cho màu cầu vồng hay
màu xanh nhạt thường mềm, chịu mài mòn kém nhưng có khả năng chống ăn
mòn khí quyển cao hơn lớp mạ bình thường hàng chục lần. Lớp mạ kẽm bóng
thu được từ dung dịch xyanua – kiềm thụ động màu cầu vồng có khả năng
chống ăn mòn tốt hơn cả.
Vai trò của các thành phần tạo nên lớp màng thụ động:

7


- Các hợp chất Cr6+ là thành phần chủ yếu tạo thành màng thụ động. Nồng độ các
hợp chất Cr6+ tương đối cao có tác dụng tạo thành màng nhanh. Nồng độ hợp chất
Cr6+ nhỏ khó hình thành màng thụ động.
- Axit HNO3 đảm bảo cho màng bóng và có độ bám chắc giữa màng và lớp mạ
- Axit H2SO4 có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng tạo sương mờ trên màng thụ động.
1.3.Phân loại

Có nhiều cách phân loại khác nhau:
- Nếu theo sản phẩm của quá trình mạ thì có thể phân chia thành các phương pháp
mạ với từng kim loại và hợp kim cụ thể.
- Nếu theo phương pháp tiến hành mạ và bản chất của quá trình mạ thì mạ kim loại
được chia ra thành hai loại cơ bản là:
+Mạ điện phân.
+Mạ hóa học .
Đây là cách phân loại phổ biến và khoa học nhất hiện nay.

2. TỔNG QUAN VỀ MẠ ĐIỆN PHÂN
2.1.Khái niệm chung [1,3,4,5]

8


2.1.1.Mạ điện phân là gì
Mạ điện phân (hay còn gọi tắt là mạ điện) là phương pháp điện phân để kết
tủa trên lớp kim loại nền một lớp kim loại mỏng, để chống sự ăn mòn, trang sức bề
mặt tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt.
2.1.2 . Mục đích của quá trình mạ điện
-

Mạ phục hồi các chi tiết bị mài mòn

-

Mạ chống mài mòn

-

Mạ chống gỉ, sét

-

Phục hồi các mặt lắp ghép chặt của chi tiết

-

Làm cho sự tiếp xúc của các bề mặt chi tiết tốt hơn

-

Mạ trang sức

2.1.3. Đặc điểm lớp mạ theo công nghệ mạ điện phân
-

Lớp mạ có độ bám cao, độ cứng tuỳ thuộc vào việc chọn vật liệu mạ.

-

Kim loại gốc(vật cần mạ, hay còn gọi là phôi) không bị nung nóng do đó
tính chất cơ học và hình dạng không bị thay đổi.

-

Khuyết điểm của phương pháp mạ điện là khi lớp mạ dày thì thời gian mạ dài
hơn nữa khi lớp mạ dày thì tính chất của nó cũng kém đi.

2.2. Mạ Niken

Lớp mạ niken được sử dụng trong các thiết bị chống sự xâm thực của môi
trường đặc biệt là trong môi trường kiềm, nó làm tăng độ chịu mài mòn và tăng độ
dẫn điện cho sản phẩm. Lớp mạ niken đen dùng để chế tạo các dụng cụ quang học.
Ngoài ra lớp mạ điện niken còn được dùng trong kỹ nghệ mạ đúc điện chế tạo
khụôn mẫu (Niken electroforming).

2.2.1.Mạ niken thông thường [3,5]
9


Dung dịch được sử dung rộng rãi nhất trong công ngiệp là dung dịch sunfat:
- Thành phần chính là muối niken sunfat.
- Chất đệm làm ổn định pH là axit boric và natri axetat. pH thích hợp nhất là từ 5
đến 6. Đối với các dung dịch mạ có pH nhỏ hơn 5 thì có thể dùng hỗn hợp đệm
NaF và các florua khác.
- chất chống thụ động cho anôt là các chất clorua như natri clorua, kali clorua...
- Ngoài ra có thể sử dụng thêm các muối như natri sunfat, amoni sunfat... để làm
tăng độ dẫn điện của dung dịch đối với các dung dịch có hàm lượng muối niken
nhỏ hơn 150 g/l.
2.2.2. Mạ niken bóng [3,5]
Lớp mạ niken dùng để trang trí cần có bề mặt sáng bóng. Có hai loại dung
dịch mạ bóng. Dung dịch loại 1 cho dung dịch nửa bóng, thường sử dụng các chất
như 2,6 hoặc 2,7 disunfo naphtalen, sunfamit, o-benzen sunfamit...Dung dịch loại 2
cho lớp mạ rất bóng nhưng lại giòn. Thường đi từ các chất như cadimi sunfat, kẽm
sunfat, coban sunfat, 1,4 butadiol, curamin....
Thành phần dung dịch gồm các thành phần cơ bản sau:
- Các muối niken như: niken sufat, niken clorua..
- Các chất tạo độ bóng như: sunfamit, curamin...
- Chất điều chỉnh pH: axit boric H3BO3. pH dung dịch trong khoảng từ 4-5,5.
- Chất phụ gia như: cloramin B, ftalimit, sacarin, fomalin, H2O2...

- Chât hoạt động bề mặt : natri lauryl sunfat..

10


2.2.3. Mạ niken đen [3,5]
Dùng để trang trí hoặc dùng làm chất hấp thụ ánh sáng trong công nghiệp
quang học. Lớp mạ niken đen kém dẻo kém chịu ăn mòn, và độ bám chặt kém.
Do vậy thường mạ một lớp mạ đồng lót hoặc 1 lớp niken sáng có độ dày không
quá 0,5 micromet.
Thành phần dung dịch gồm các thành phần sau:
- Muối của niken: niken sunfat
- Chất tạo màu đen: Zn2+, và CNS- có trong các muối kẽm sunfat và natri
sunfoxyanua NaCNS, amoni sunfoxyanua NH4CNS, kali sunfocyanua.
- Chất điều chỉnh pH: H3BO3. pH của dung dịch mạ trong khoảng từ 4,5 đến 6.
-

Chất phụ gia: axit xitric.

- Chất tăng độ dẫn điện của dung dịch: NaCl, Na2SO4.10H2O.
2.3. Mạ Kẽm [3,4,5]
Điện thế tiêu chuẩn là - 0.763V nên là lớp mạ anot với thép, đồng, kền và
bảo vệ chúng rất tốt. Tốc độ ăn mòn kẽm mỗi năm khoảng 1 - 1.5 μm ở vùng nông
thôn, 1.5 – 2 μm ở vùng nhiệt đới ẩm, 6 – 8 μm ở vùng công nghiệp, ở vùng biển
kẽm bị ăn mòn rất mạnh. Vì vậy thường mạ kẽm để bảo vệ sắt thép dùng trong
không khí, dưới đất, trong nước ngọt. Khi cần chiều dày lớp mạ lớn hơn 100 μm
nên dùng phương pháp phun, nhúng nóng... chỉ khi cần chiều dày nhỏ hơn 100 μm
mới nên dùng phương pháp mạ điện. Chiều dày lớp mạ điện kẽm được quy định
trong các tiêu chuẩn nhà nước hoặc tiểu chuẩn của nhà sản xuất và thường dao
động trong giới hạn sau:

+ Làm việc môi trường ăn mòn rất mạnh phải mạ dày 36 – 42 μm
11


+ Làm việc môi trường ăn mòn rất mạnh phải mạ dày 25 – 30 μm
+ Làm việc môi trường ăn mòn trung bình phải mạ dày 12 – 15 μm
+ Làm việc môi trường ăn mòn yếu phải mạ dày 3 – 5 μm
+ Mạ kẽm cho các ốc vít và các bộ phận lắp ghép chỉ nên dày 4 – 7 μm
+ Mạ kẽm cho các công trình vĩnh cửu có quy định riêng.
Thường mạ kẽm từ dung dịch đơn: sunfat, floborat,... hoặc dung dịch phức:
xyanua, zincat, amoniacat, pyrophotphat…Thành phần dung dịch cụ thể là:
2.3.1 Dung dịch có xyanua
- Ưu điểm: Dung dịch mạ kẽm xyanua có khả năng phân bố tốt, lớp mạ mịn,
bóng, có thể sử dụng mật độ dòng điện và nhiệt độ cao, không ăn mòn thiết bị, mạ
được các chi tiết có hình dáng phức tạp, có độ dày trên 20 m.
- Nhược điểm: Dung dịch xyanua có hiệu suất thấp, dung dịch độc nên ảnh
hưởng tới sức khỏe cộng đồng nên cần có thiết bị hút độc tốt và có biện pháp an
toàn cần thiết.
2.3.2 Dung dịch mạ kẽm zincat
- Ưu điểm: Thành phần đơn giản, sử dụng thuận lợi; lớp mạ bóng, màng thụ
động khó biến màu, dung dịch mạ ít ăn mòn thiết bị, có thể dùng thiết bị mạ kẽm
xyanua sẵn có, thiết bị xử lý nước thải đơn giản.
- Nhược điểm: Khả năng phân bố của dung dịch kém hơn dung dịch xyanua
nên hiệu suất dòng chỉ khoảng 70 – 85 %. Khi mạ quá độ dòng quy định thì độ
giòn tăng lên.

12


2.3.3 Dung dịch mạ kẽm muối amon

- Ưu điểm: Được lớp mạ kết tinh mịn, bóng; hiệu suất dòng điện cao, tốc độ
kết tủa nhanh. Có các dung dịch như sau: NH 4Cl-N(CH2COOH)3 khả năng phân bố
tốt nhất, NH4Cl-C6H8O7 khả năng phân bố trung bình, NH4Cl khả năng phân bố
kém.
- Nhược điểm: Dung dịch mạ kẽm muối amon ăn mòn thiết bị, xử lý nước
thải khó khăn.
2.3.4 Dung dịch mạ kẽm không có amon
Dung dịch này ngày nay đang được phát triển mạnh.
- Ưu điểm: Mạ kẽm không amon trong KCl (hay NaCl) có kết tinh nhỏ, mịn,
bóng, độ bằng phẳng tốt, hiệu suất dòng điện cao (> 95 %). Tốc độ kết tủa nhanh,
sử dụng mật độ cho phép rộng, phạm vi rộng, xử lý nước thải đơn giản.
- Nhược điểm: Lớp mạ thụ động trong dung dịch Crom thấp, độ bám chắc
kém, độ giòn tăng lên khi chiều dày lớp mạ tăng.
2.3.5 Dung dịch mạ kẽm sunfat
- Ưu điểm: Dung dịch axit có khả năng phân bố thấp nên chỉ mạ cho các chi
tiết đơn giản như tấm, băng, thanh, dây... Dung dịch axit cho phép dùng mật độ
dòng điện ic lớn, có hiệu suất dòng điện H % cao, lớp mạ dẻo, không độc.
- Nhược điểm: Xuất hiện nhiều tạp chất có hại (là những kim loại dương
hơn kẽm, thoát ra tại dòng giới hạn, làm cho lớp mạ bị sùi, xám hoặc đen), chất
hữu cơ nhiều làm lớp mạ giòn, pH cao và mật độ dòng điện lớn sinh ra Zn(OH) 2
làm lớp mạ tối, xùi và bở.
2.4. Mạ Sắt [4,5]
13


Mạ sắt thường dùng để phục hồi các chi tiết mòn hỏng của ôtô, tàu thủy,
máy kéo… Độ cứng của lớp mạ sắt thay đổi tùy thuộc vào các điều kiện và kỹ
thuật mạ. Do sắt bị ăn mòn trong môi trường không khí ẩm vì thế mạ sắt chỉ thu
hẹp trong một số trường hợp là mạ lên bản in kẽm và chống mài mòn, mạ lên gang
để tăng độ bám của kẽm. Và mạ sắt đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực phục

hồi chi tiết máy. Việc phục hồi bằng mạ sắt có ưu điểm hơn hẳn các kim loại khác
như giá thành, độ bám chắc, hiệu suât mạ tăng, tốc độ kết tủa sắt lớn… Nhược
điểm cơ bản của mạ sắt là giòn.
Hiện nay có ba loại dung dịch mạ sắt cơ bản là:
 Dung dịch mạ sắt (II) clorua
Dung dịch này là dung dịch sử dụng phổ biến nhất. Đặc điểm của dung dịch
này là độ dẫn điện cao tuy nhiên ion sắt II clorua dễ bị oxi hóa thành sắt III clorua,
quá trình này xảy ra nhanh với pH lớn hơn 2. Do vậy khi mạ người ta hạ pH của
dung dịch xuống dưới 2 và cho hidro mới sinh chạy qua dung dịch.
Thành phần dung dịch bao gồm:
- Muối FeCl2 có nồng độ thay đổi từ 200 đến 700g/l. Khi nồng độ FeCl 2 càng
cao thì độ dẫn điện lớn nhưng tính chất lớp mạ lại xấu đi.
- Axit clohidric HCl để duy trì pH của dung dịch.
- Muối CaCl2 hoặc NaCl để làm tăng độ dẫn điện của đung dịch và ngăn cản sự
bay hơi của dung dịch.
- Muối MnCl2 có khả năng mở rộng phạm vi sử dụng pH của dung dịch.
- Axit Boric có khả năng ngăn cản sự oxi hóa của dung dịch mạ, là chất đệm để
cho pH ít thay đổi. Khi cho axit boric làm cho lớp mạ sắt có hạt mịn, trắng và độ
bám tăng lên.
- Các chất hoạt động bề mặt thường cho vào trong dung dịch với nồng độ nhỏ.
Chất hoạt động bề mặt thường sử dụng là natri laurylsunfat. Chất hoạt động bề mặt
14


có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch và là chất có tác dụng tuyển
nổi các chất bẩn và cặn.
 Dung dịch mạ sắt (II) sunfat
Các dung dịch mạ sắt (II) sunfat có độ dẫn điện kém hơn các dung dịch mạ
sắt (II) clorua. Vì vậy mật độ dòng thấp hơn, tốc độ kết tủa chậm hơn, dung dịch dễ
bị đục. Nhưng lớp mạ nhận được từ dung dich này có đô cứng tốt hơn ngay cả ở

mật độ dòng thấp.
Thành phần của dung dịch mạ này sử dụng axit là H2SO4
 Dung dịch mạ sắt (II) floborat
Dung dịch mạ này là dung dịch hiện đại có nhiều ưu điểm so với hai loại
dung dịch mạ nói trên. Lớp mạ có độ ổn định cao hơn và có độ mịn và khả năng
làm việc trong dải nhiệt độ dài.
Thành phần của dung dịch bao gồm:
Sắt (II) floborat Fe(BF4)2

NaCl

H3BO3

PH của dung dịch trong khoảng từ 3 đến 3,7.
Pha chế dung dịch như sau: nhỏ từ từ axit boric vào axit flohidric, khuấy đều
đến khi hòa tan hoàn toàn. Sau đó dùng phoi sắt hòa tan trong axit floboric. Lọc rồi
thêm các chất còn lại và điều chỉnh pH của dung dịch.
Lưu ý khi pha chế có HF rất độc nên phải pha chế trong tủ hút và đựng dung dịch
mạ trong các dụng cụ bằng nhựa.

2.5. Mạ Crom [1,4,5]
2.5.1. Đặc điểm của lớp mạ crôm
Crôm là kim loại có thế điện cực tiêu chuẩn là -0,744V. Tuy thế rất nhỏ nhưng
kim loại này lại không bị ăn mòn bởi không khí, bởi nhiều axit và kiềm như: không
15


tan trong HCl và HNO3, nó chỉ tan trong HCl và H2SO4 nóng. Nguyên nhân là trên bề
mặt kim loại này có tồn tại một lớp oxit rất bền vững với các tác nhân oxi hóa.
Đồng thời lớp mạ crôm lại có những tính chất cơ lý, hóa lý cũng như bề

ngoài đẹp mắt, có độ bóng cao và bền vững tới nhiệt độ đến 500 oC. Crôm có thể
mạ lên hầu hết tất cả các kim loại thông dụng. Do đó crôm được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp mạ. Được ứng dụng cho nhiều mục đích:
- Mạ trang trí bảo vệ: lớp mạ crôm ở trên lớp mạ đồng và niken có tác dụng chống
ăn mòn, làm cho bề mặt bóng đẹp. Lớp mạ này thường sử dụng cho mạ trên ôtô, xe
máy, xe đạp….
- Mạ crôm để tăng khả năng phản xạ ánh sáng của các chi tiết cần mạ. Được dùng
để làm gương, kính phản chiếu.
- Mạ để tăng tính chịu mài mòn cơ học. Dùng trong công nghệ chế tạo máy.
- Mạ phục hồi các chi tiết đã hỏng hoặc hết thời gian sử dụng đặc biệt là với các
chi tiết cần có độ cứng cao.
- Độ dày lớp mạ theo các mục đích khác nhau như sau:
Mạ trang trí bảo vệ: 0,5 đến 9 micromet.
Mạ để tăng độ mài mòn: 7 đến 60 micromet.
Mạ để phục hồi có thể đến 500 micromet.
2.5.2. Thành phần của dung dịch mạ crôm
Tùy theo mục đích của lớp mạ mà thành phần của các dung dịch mạ crôm
cũng thay đổi. Có 6 dung dịch mạ cơ bản được sử dụng đó là các dung dịch sau:
 Dung dịch mạ crôm cứng
Sử dụng trong toàn bộ các lĩnh vực mạ crôm. Dung dịch này sử dụng có hàm
lượng Cr2O3 cao, nhiệt độ cao và mật độ dòng lớn. Thành phần gồm:
Cr2O3

H2SO4

Chất crômin.
16


Đáng lưu ý nhât của dung dịch này là phải giữ cho tỉ lệ nồng độ crôm oxit và

axit sunfuric ở giá trị 100:1. Chất crômin là chất hoạt động bề mặt có tác dụng làm
giảm sức căng bề mặt của dung dịch mạ.
 Dung dịch mạ crôm xốp
Lớp mạ crôm xốp có tác dụng chứa dầu nhờn, làm cho khả năng ma sát tốt
hơn, nâng cao tính chịu mài mòn. Thành phần dung dịch gồm:
Cr2O3

H2SO4
Ion Cr3+.

Chất crômin
 Dung dịch mạ crôm tự điều chỉnh

Có thể dùng để mạ chống mài mòn, mạ trang trí bảo vệ, mạ phục hồi. Thành
phần gồm:
CrO3

Chất crômin

SrSO4

Kaliflosilicat

 Dung dịch mạ crôm bảo vệ, trang trí
Thành phần gồm:
CrO3

H2SO4

NaOH

 Dung dịch mạ crôm đen
Dùng để mạ các chi tiết của hệ quang học. Độ dày lớp mạ từ 1,5 đến 2
micromet. Thành phần dung dịch gồm:
Anhidrit cromic

Criolit

Amoni clorua

Sắt oxalat

Natri nitrat

Bari axetat

Axit boric

Chất crômin.

 Dung dịch mạ crôm màu trắng sữa
17


Dùng để nâng cao tính chịu mài mòn, chống gỉ, phục hồi kích thước của các
chi tiết. Làm cho lớp mạ kín, khít. Thường dùng trong công nghiệp hàng không,
dụng cụ đo lường và dụng cụ y tế. Thành phần gồm:
CrO3

H2SO4.

2.6. Mạ các kim loại quý và hiếm
2.6.1. Mạ Bạc [3,5]
Bạc có tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt, tính phản xạ quang học tốt do vậy bạc
được sử dụng để làm các dụng cụ như gương, các loại chén bát, và sử dụng tại các
tiếp điểm cần độ dẫn điện trong các máy móc thiết bị. Ngoài ra, bạc là kim loại bền
với các tác nhân oxi hóa do vậy mạ bac lên các thiết bị có thể chống sự an mòn bởi
không khí, dung dich kiềm…
Các dung dịch mạ thông dụng là các dung dịch xyanua, feroxianua,
sunfoxianua…
 Dung dịch xyanua: thành phần gồm
Muối phức bạc là muối phức của bạc và kali xianua tự do. Muối phức bạc có thể
nhận được bằng cách hòa tan muối bạc trong kali xianua. Do có quá trình tạo phức
mà thế điện cực của bạc giảm xuống còn –0,369 V.
Ngoài hai thành phần trên còn có cacbonat của kali hoặc natri. Ion caccbnat có tác
dụng làm tăng tính dẫn điện của dung dịch, tăng độ phân cực của anot.
Chất tạo bóng được sử dụng phổ biến có các loại là: các chất hữu cơ có liên kết
đôi, hay liên kết ba (như xeton); các chất vô cơ chứa lưu huỳnh như CS 2; các muối
selen và telu.
Ngoài ra có thể có các chất thấm ướt.
Tùy theo thành phần dung dịch mạ sẽ quyết định đến chế độ mạ.
 Dung dịch không chứa xyanua

18


- Dung dịch feroxyanua: thành phần gồm
Bạc clorua (hoặc nitrat)
Kaliferoxyanua K4[Fe(CN6)]
Kali cacbonat
Kalisunfoxyanua KCNS (chất làm bóng).

- Dung dịch sunfoxyanua:
AgCl (hoặc AgNO3)

Kali sunfoxyanua KCNS

Amonisufoxyanua NH4CNS

Axit boric H3BO3,

Cacbondisunfua CS2

K2CO3

- Dung dịch ferosunfua xyanua:
Bạc clorua

Kali feroxyanua

Natri cacbonat

Kali sunfo xyanua.

- Dung dịch pyrophotphat:
Bạc

Kalipyrophotphat K4O3P7

Amoni cacbonat.
- Dung dịch sunfit:
Bạc clorua

Natricacbonat
Kali feroxyanua (K4[Fe(CN)6])

Natri sunfit .

- Dung dịch iotdua:
Bạc nitrat hoặc clorua

Kali iotdua

Gelatin

Natri sunfit.

2.6.2. Mạ vàng [3,5]
Vàng là kim loại quý, nó được sử dụng để trang trí cho các vật dụng và đồ
19


trang sức cổ. Cùng với sự phát triển của khoa học thì mạ vàng đã trở thành một
công nghệ phổ biến để sản xuất đồ trang sức. Ngoài ra vàng còn được sử dụng
nhiều trong các linh kiện điện tử.
Từ đầu thế kỷ 19 thì mạ vàng bằng dung dịch xyanua đã ra đời. Đến nay
ngoài sử dụng các dung dịch xyanua người ta còn sử dụng dung dịch feroxyanua
để mạ.
 Mạ vàng trong các dung dịch xyanua
Vàng trong các dung dịch xyanua có thể tồn tại ở dạng anion phức: vàng
hóa trị ba Au[CN -] và hóa trị một Au[(CN)2]-, nhưng ở dạng vàng hóa trị một được
sử dụng phổ biến hơn.Dung dịch mạ sử dụng có thể là dung dịch có tính kiềm, tính
axit hay trung tính.

- Dung dịch mạ có tính kiềm
Kali dixianurat K[Au(CN)2]

Muối KCN

Kaicacboant K2CO3

Kalihidrosunfit KHSO3

Trinatri photphat Na3PO4
Dinatriphotphat Na2HPO4.H2O
Kali hydroxit

Vanilin

Kalisunfit KHSO3

Dầu alizalin

- Dung dịch mạ có tính axit và trung tính:
Kali dixianurat K[Au(CN)2]

Axit xitric

Diamoni photphat (NH4)2HPO4

kalinitrat

Dimetylhydrazin

natrixitrat

Dung dịch này điều chỉnh pH bằng axit xitric.
 Mạ vàng bằng các dung dịch không có xyanua
Vàng clorua HAuCl4.4H2O

Kali feroxyanua
20


Vàng ở dạng phức sunfit

natricacbonat

Kalisunfoxyanua hoặc muối senbet KNaC4H4O2
Amonisunfat

Natri sunfat

Các dung dịch feroxyanua để mạ được pha chế như sau: đun nóng vàng
clorua, K4[Fe(CN)6] và Na2CO3 đến sôi.
Dung dịch sunfit để mạ vàng được chuẩn bị như sau: hòa tan Au(CN) 3(OH)3
vào dung dịch Na2SO3 bão hòa. Đun nóng trong 6 đến 8h ở nhiệt độ 80 oC. Phức
thu được phải không màu.
2.7. Mạ hợp kim
2.7.1. Tính chất chung
Do yêu cầu sản phẩm phải có các đặc tính như độ dẫn điện cao, khả năng
chịu mài mòn, có độ phản quang và hấp thụ ánh sáng tốt. Việc mạ từng kim loại
riêng biệt là không đáp ứng đươc tổ hợp của các yêu cầu kỹ thuật trên do vậy giải
pháp mạ kết hợp hai hay nhiều kim loại để lớp mạ có được những đặc tính ưu việt

của từng kim loại tạo nên lớp mạ. Quá trình phát triển của mạ hợp kim đã tạo ra
được khoảng 300 lớp mạ hợp kim khác nhau.
Điều kiện để các kim loại có thể cùng nhau tạo ra lớp mạ hợp kim là: các
kim loại phải kết tủa đồng thời.Để đạt được điều đó thì các kim loại phải có thế
phóng điện gần nhau. Tuy nhiên những cặp các kim loại như vậy là không nhiều.
Có thể tạo ra sự tương đương về thế phóng điện của các kim loại nhờ tạo thành các
phức kim loại có thế phóng điện xấp xỉ nhau hoặc sử dụng các chất hoạt động bề
mặt. Các chất hoạt động bề mặt này kìm hãm quá trình kết tủa của các kim loại có
thế phóng điện cao hơn và làm cho cac kim loại này có thế phóng điện gần nhau.
2.7.2. Mạ hợp kim đồng [2,3,5]
 Mạ hợp kim đồng kẽm

21


Lớp mạ đồng-kẽm để tăng độ liên kết giữa thép với cao su, dùng để trang trí.
Thế điện cực tiêu chuẩn của đồng (+0,34V với sự chuyển từ đồng II về đồng hoặc
+0,15V với sự chuyển từ đồng II về đồng I) và thế điện cực tiêu chuẩn của kẽm (0,76V) khác xa nhau. Do vậy với các dung dịch đơn giản của chúng thì không thể
nhận được lớp mạ hợp kim. Để khắc phục vấn đề này, người ta tạo dung dịch mạ
với thành phần là phức đồng và kẽm xyanua có thế lần lượt là 0,9V và 1,1V. Ngoài
dung dịch xyanua ta có thể sử dụng các dung dịch pyrophotphat, etylendiamin,
tactarat. Thành phần dung dịch mạ gồm có:
Đồng xyanua (Cu(CN)2, CuCN)

Kẽm xyanua Zn(CN)2

Kali xyanua KCN

natricacbonat Na2CO3

pH của dung dịch trong khoảng 9-11 tùy thuộc từng dung dịch.
Ngoài ra còn có các chất độn và các chất điều chỉnh pH khác như là
amoniac, NaOH, axitsunfuric, muối photphat và hydrophotphat kali, etylendiamin,
sacarin, axit oxalic, axit boric .
 Mạ hợp kim đồng thiếc
Tùy theo hàm lương thiếc trong lớp mạ, người ta phân ra làm ba loại đó là
hàm lượng thiếc thấp (2-3%) lớp mạ có màu của đồng, hàm lượng trung bình (1520%) lớp mạ có màu vàng, loại thiếc cao (trên 35%) lớp mạ có màu trắng bạc.
Hiện nay phổ biến nhất là sử dụng lớp mạ có thành phần thiếc có thành phần 1020% thiếc, sử dụng để chống ăn mòn và bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn khỏi nước
nóng 90-100oC. Các lớp mạ có thành phần thiếc cao hơn 35% không dùng để
chống ăn mòn do có nhiều lỗ xốp trên bề mặt lớp mạ.
Thành phần dung dịch mạ như sau:
Đồng xyanua

Đồng

thiếc sunfat

Thiếc

NaOH

Natri xyanua
22


Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O

axit oxalic

pH của dung dịch trong khoảng từ 8-9,5.

Ngoài ra trong dung dịch còn có thể có các chất độn như phenol, gelatin,
thioure, natristanat, các octo photphat và pyro photphat.
 Mạ hợp kim đồng chì
Lớp mạ đồng chì có tính chống ma sát tốt, để mạ hợp kim đồng chì có thể
dùng các dung dịch xyanua, và đung dịch nitrat. Nhưng phổ biến hơn là sử dụng
dung dịch nitrat. Thành phần dung dịch cụ thể như sau:
-

Dung dịch xyanua
Đồng xyanua

NaOH

Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O
Lớp mạ thu được có thành phần 28-30% chì.
-

Dung dịch nitrat:
Đồng nitrat

Chì nitrat

Kali nitrat

HNO3.

 Mạ hợp kim đồng niken
Lớp mạ đồng niken dùng để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn và dùng để trang
trí. Lớp mạ có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển ẩm. Hàm lượng Niken
trong lớp mạ có tác dụng làm cho màu sắc lớp mạ bị thay đổi từ hồng đến xám

nhạt. Thành phần đung dịch cụ thể như sau:
-

Dung dịch mạ tạo ra lớp mạ có 60-70% niken
Muối Niken , Đồng

Kali pyrophotphat (K4P2O7)

Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O
pH của dung dịch là 9,2 đến 9,6
23


-

Dung dịch mạ tạo ra lớp mạ có 20% niken
Muối Niken, Đồng

Kali pyrophotphat tự do (K4P2O7)

Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O
pH của dung dịch là 9,2 đến 9,6 và dung dịch mạ phải được khuấy trộn.
Mặc dù nhìn bề ngoài thì thành phần các chất trong 2 dung dịch mạ này
không có sự khác biệt lớn nhưng mà chúng là hai dung dịch khác nhau chủ yếu ở
thành phần các chất trong dung dịch và phương pháp tiến hành mạ. Do vậy sản
phẩm của quá trình mạ là khác nhau.
 Mạ hợp kim đồng cacdimi
Hợp kim này có tính chịu mài mòn tốt và được dùng để làm vàng giả trong
trang trí. Thành phần dung dịch cụ thể như sau:
- Dung dịch mạ xyanua

Đồng xyanua (CuCN)

Cacdimi xyanua (Cd(CN)2)

Natri xyanua NaCN .
- Dung dịch mạ tactarat
Đồng sunfat (CuSO4.5H2O)
Cacdimisunfat (CdSO4.8/3H2O)
Muối senhet KNaC4H4O6.4H2O
NaOH
Trrilon B.
 Mạ hợp kim đồng kẽm thiếc
Các hợp kim này có độ rắn cao, dễ bảo quản. Dùng để chống ăn mòn cho các
chi tiết ren. Lớp mạ màu vàng (nửa vàng). Thành phần dung dịch mạ gồm
Đồng xyanua (CuCN)

Kẽm oxit (ZnO)
24


Natri stanat (Na2SnO3)

Natri xyanua (NaCN)

Natri cacbonat (Na2CO3)

pH từ 12,7 đến 13,1.

Lớp mạ dùng để giả vàng, màu sắc của lớp mạ có thể điều chỉnh bằng cách
thay đổi nhiệt độ và mật độ dòng.

2.7.3. Mạ hợp kim niken, sắt và coban [3,5]
 Mạ hợp kim niken coban
Thế oxi hóa khử của hai kim loại này khá gần nhau niken (-0,25V) và coban
(-0,28V). Do vậy chúng dễ tạo thành hợp kim khi mạ. Lớp mạ này thường dùng để
làm khuôn cứng để đúc và ép chất dẻo. Ngoài ra lớp mạ hợp kim này còn có tính
kháng từ nên để dùng trong kỹ thuật điện tử.
Thành phần dung dịch gồm:
- Các muối niken và coban như là niken sunfat, niken clorua, coban sunfat,
coban clorua…
- Chất điều chỉnh pH là H3BO3.
- Chất hoạt động bề mặt như natri lauryl sunfat.
- Chất phụ gia là muối fomiat, andehit fomic,dẫn xuất của naptalen…
- Chất tăng độ dẫn điện của dung dịch như NaCl, MgCl…
 Mạ hợp kim sắt niken
Được sử dụng làm vật liệu từ mềm. Thành phần dung dịch gồm
- Các

muối

niken

và

sắt:

NiSO4.7H2O,

NiCl2.6H2O,

FeSO4.7H2O,

FeCl2.6H2O….
- Chất hoạt động bề mặt: natri lauryl sunfat.
- Chất điều chỉnh pH: H3BO3, pH dung dịch trong khoảng 1 đến 3.
- Các chất phụ gia: sacarin, pyrophotphat kali, axit ascobic C 6H8O6, natri
xitrat, natri salixilat, axit aminoaxetic.
25