KỸ THUẬT MẠ LÊN NỀN NHỰA

1


Mục Lục

1. LÝ THUYẾT ĐỘ BÁM DÍNH KIM LOẠI-NHỰA.
1.1 Đặc điểm bề mặt nhựa.
Độ bám dính của kim loại trên nền nhựa phụ thuộc vào tương tác giữa hai vật liệu
này. Như vậy, tính chất bề mặt của từng loại vật liệu là yếu tố quan trọng cần xem xét
khi nghiên cứu khả năng bám dính của kim loại trên nhựa.

2


Cấu hình bề mặt của polymer thường hiếm khi đồng nhất. Trong phần lớn các
trường hợp, chất dẻo thường tồn tại dưới dạng hệ đa pha và tính chất vật lí (ví dụ như
độ khúc xạ và tỉ trọng) thường thay đổi đột biến trên ranh giới pha.

3


Cấu trúc phân tử bề mặt của polymer cho đến nay vẫn chưa được giải thích một
cách hoàn chỉnh, các suy luận giải thích thường dựa trên các tính chất vật liệu khối
của chính polymer đó. Trong vật liệu khối polymer, phân bố năng lượng và lực liên
kết thường là đẳng hướng. Ngược lại các phân tử gần với biên giới pha có lượng các
phân tử lân cận cùng loại ít hơn, do đó có năng lượng cao hơn trong khối. Sự khác biệt
4


này có thể bỏ qua trong trường hợp xem xét tính chất của vât liệu khối do lượng vật
liệu trong khối lớn hơn nhiều so với lượng vật liệu trên bề mặt. Trong khi đó, lại

không thể bỏ qua hiện tượng thay đổi tính chất vật lí ở vị trí biên giới pha của polymer
và kim loại.

Độ bám dính phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai nguyên tử tương tác gần nhất.
Lực tương tác giữa hai nguyên tử thường hiệu quả nhất khi khoảng cách đạt 0.1 đến
0.5nm. Năng lượng của liên kết này trong khoảng 40-800KJ/mol trong trường hợp
liên kết hóa học và nhỏ hơn 40kJ/mol trong trường hợp liên kết lực Van dec Van.

Liên kết hóa học và tương tác phân tử ở khoảng cách ngắn thường cho độ bám rất
tốt. Thậm chí khi không có liên kết hóa học, cũng có thể tạo được độ bám tốt bằng
cách tăng các điểm tiếp xúc ở biên giới pha. Như vậy dạng hình học của bề mặt cũng
rất quan trọng đối với độ bám dính do hình dạng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp tới số
điểm tiếp xúc giữa các pha trên bề mặt.

1.2 Lý thuyết độ bám.
Bám dính theo định nghĩa là tương tác trao đổi giữa các phân tử trên ranh giới hai pha
gây ra hiện tượng các pha liên kết với nhau. Để giải thích độ bám dính kim loại-nhựa,
cần dựa vào các cơ chế quan trọng như: bám dính cơ học, bám dính tĩnh điện, bám
dính thấm ướt.
a) Bám dính cơ học.

5


Mô hình của lý thuyết bám dính cơ học dựa trên giả thuyết màng kim loại bám “mắc”
cơ học vào các điểm lồi lõm trên bề mặt polymer. Diện tích bề mặt bám mắc càng lớn
thì độ bám dính càng cao.Ngoài ra, độ bám dính còn phụ thuộc vào số lượng và hình
dạng, chiều sâu, đường kính, góc nghiêng các lỗ trên bề mặt nhựa. Hơn nữa, độ bám
còn phụ thuộc vào chiều dày lớp kim loại, nhìn chung chiều dày càng tăng độ bám
dính càng giảm.

b) Bám dính do lực liên kết hóa học và lực Van dec Van.
Thông thường lực liên kết giữa các phần tử chất rắn không đồng nhất cũng chính
là một trong những tác nhân tạo ra sự gắn bám giữa các phần tử này. Các dạng liên kết
hóa học giữa kim loại và nhựa gồm:
Liên kết hóa trị chính: Liên kết đồng cực, liên kết khác cực (liên kết ion), liên kết
kim loại.
Dạng liên kết hóa trị thứ cấp: liên kết hydro, liên kết lưỡng cực-lưỡng cực, lực
phân tán.
Thông thường, bề mặt vật liệu không thể sạch tuyệt đối.Bề mặt kim loại thường bị
phủ bởi một lớp oxit mỏng hoặc một lớp hydroxit mỏng. Các nhóm -OH trên bề mặt
kim loại này có thể tương tác trực tiếp với bề mặt polymer tạo thành liên kết 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 chức hữu cơ) có khả năng vừa tạo được liên kết
cộng hóa trị với bề mặt polymer, lại vừa tạo được liên kết với lớp oxit kim loại, do đó
hình thành liên kết nhựa-kim loại.
c) Bám dính do lực tĩnh điện.
Cơ chế bám dính do lực tĩnh điện tương đối quan trọng vì chỉ cần một lượng điện
tích nhỏ cũng cho lực tương tác lớn hơn nhiều so với lực liên kết phân tử giữa hai vật
liệu. Liên kết này cũng đặc biệt quan trọng trong mạ hóa học lên bề mặt nhựa do quá
trình này liên quan đến hấp phụ các hạt xúc tác lên bề mặt nhựa. Khi bề mặt kim loại
tiếp xúc với bề mặt nhựa, ngay lập tức xuất hiện quá trình di chuyển điện tử từ kim
loại sang polymer dẫn đến chênh lệch điện thế ở biên giới pha tương tự như quá trình
hình thành lớp kép trên bề mặt điện cực trong dung dịch. Tuy nhiên, điện tử muốn tiếp
tục dịch chuyển từ polymer sang kim loại cần một năng lượng cao hơn 2-3 eV so với
năng lượng ở bề mặt pha. Do đó, lượng điện tử dịch chuyển từ kim loại sang polymer
không nhiều và tạo ra lực bám dính không cao. Nhưng trong trường hợp polymer có
cấu trúc năng lượng dễ tiếp nhận điện tử, điện tử sẽ dễ dàng di chuyển sẽ cho lực bám
dính tăng lên đáng kể.

2. XỬ LÍ BỀ MẶT TRƯỚC KHI MẠ.

Mục đích: nhằm làm sạch bề mặt trước khi mạ và tăng khả năng bám dính giữa bề
mặt nhựa và kim loại mạ. Có thể chia các phương pháp xử lí bề mặt thành các loại sau
: các phương pháp hóa học, các phương pháp cơ học, các phương pháp nhiệt.

6


2.1 Các phương pháp hóa học.
Phương pháp này cho phép xử lí số lượng lớn các bề mặt của sản phẩm, phù hợp
với quy mô sản xuất lớn. Xử lí bề mặt bằng phương pháp hóa học, hay còn gọi là xâm
thực, ngoài tác dụng tạo ra độ nhám cho cơ chế bám dính cơ học, còn có thể gây ra
các biến đổi hóa học trên bề mặt nhựa, do đó tạo ra các cơ chế bám dính khác như liên
kết hóa học hay lực tĩnh điện.
Dung dịch xử lí bề mặt nhựa có thể chia làm hai loại : cromic-sunphuric (tính axit)
và pecmaganat (tính kiềm). Thành phần cơ bản của các dung dịch này là:
Dung dịch cromic-sunphuric: CrO3 350-400g/l, H2SO4 350-400g/l, Nhiệt độ 6080 C.
o

Dung dịch pecmanganat: KMnO4 60-200g/l, NaOH 30-50g/l, Nhiệt độ 60-80oC.
Đặc điểm chung của các dung dịch này là có tính oxy hóa rất mạnh. Ở nhiệt độ
cao, các dung dịch này có khả năng phá vỡ các liên kết chuỗi polymer, nghĩa là các
dung dịch này có khả năng “hòa tan” một phần bề mặt nhựa. Tuy nhiên khả năng “hòa
tan” còn phụ thuộc vào bản chất hóa học của từng loại nhựa. Do đó, sẽ có các trường
hợp sau xảy ra :
a) Các chất xâm thực chỉ hòa tan một pha của chất dẻo.
Trường hợp này xảy ra khi polymer được mạ có cấu trúc không đồng nhất bao
gồm các pha khác nhau Ví dụ là nhựa acrylon nitril butadiene (ABS). Nhựa này là hỗn
hợp của nền styrene-acrylon-nitril (SAN) và các hạt cao su polybutadiene (PB) phân
tán. Khi tiếp xúc với dung dịch xâm thực, pha SAN tương đối bền vững và tan rất
chậm, trong khi đó pha PB nhanh chóng bị hòa tan. Kết quả là trên bề mặt xuất hiện

các lỗ có kích thước từ 1-2 micron. Bề mặt này rất lý tưởng cho việc mạ kim loại lên,
tạo cơ chế bám cơ học mạnh cho kim loại.
b) Chất xâm thực tấn công toàn bộ bề mặt.
Trong đa phần các trường hợp, chất xâm thực gây ra oxi hóa hoặc mạnh hơn nữa là
“hòa tan” đồng đều trên toàn bộ bề mặt. Trong trường hợp này không tạo được độ
nhám cho bề mặt nhựa. Do đó cơ chế bám dính cơ học không được tạo ra.
c) Chất xâm thực không phản ứng với nhựa.
Các polymer chứa flo (ví dụ như Teflon) là những polymer có độ bền hóa rất cao.
Vì vậy trong môi trường hóa chất xâm thực trên, dù ở nhiệt độ cao cũng chỉ bị oxi hóa
rất ít. Vì vậy đối với các polymer này bắt buộc phải sử dụng các phương pháp vật lý
mới có khả năng tạo độ nhám cho quá trình mạ nhựa.

2.2 Các phương pháp cơ học.
Mục đích: nhằm tạo độ nhám cho bề mặt nhựa và do đó tạo độ bám cơ học cho
kim loại trên nhựa. Tuy nhiên nhược điểm lớn của phương pháp này là tạo ứng suất bề
mặt, do đó ảnh hưởng tới độ bám dính lớp mạ. Phương pháp này có thể chia thành hai
loại: quay xóc và phun.
Phương pháp quay xóc: phù hợp với vật có kích thước nhỏ, xử lí trong khoảng thời
gian kéo dài, thường cỡ vài giờ. Quay xóc thường thực hiện trong điều kiện ướt, có
7


nghĩa là sử dụng bột mài trộn với nước trong quá trình quay. Tốc độ thùng quay, hình
dạng, lượng bột mài và thời gian quay là những thông số chính của quá trình này. Do
đặc điểm thời gian quay xóc dài nên phương pháp này không được ưa chuộng lắm.
Phương pháp phun: dựa trên nguyên tắc phun hỗn hợp bột mài vào bề mặt vật
nhựa. Trong quá trình phun, vật liệu mài ở dưới dạng nhũ tương phân tán trong nước.
Dung dịch nhũ tương này đươc cung cấp liên tục cho máy phun bằng bơm ly tâm.
Trên thực tế có thể sử dụng nhiều loại bột mài khác nhau phù hợp với từng loại vật
liệu nhựa.

Các chất mài tự nhiên thường được sử dụng bao gồm hạt oxit silic hoặc kháng
ganat. Các chất mài nhân tạo như vonfram cũng được sử dụng trong dây chuyền công
nghệ. Đặc biệt là bột oxit nhôm là loại bột mài thích hợp nhất và thường thấy nhất đối
với đa phần vật liệu nhựa, nhưng do giá thành cao nên các vật liệu này ít được sử
dụng trong thực tế.

2.3 Các phương pháp nhiệt.
Các phương pháp xử lí nhiệt thường chỉ áp dụng cho các loại polyolefin, đặc biệt
là polyetilen (PE). Các phương pháp xử lí nhiệt này chỉ áp dụng trước khi mạ bằng
các phương pháp bốc bay vật lí chứ không sử dụng cho mạ điện hóa. Ứng dụng
thường thấy của phương pháp xử lí này là mạ lên các tấm mỏng PE cho quá trình in.
Có hai quá trình xử lí nhiệt thường được sử dụng.
Quy trình Kreidl: dựa trên nguyên tắc cho polyetilen nóng chảy tiếp xúc oxy
hoặc không khí. Quá trình tiếp xúc oxy sẽ làm oxy hóa bề mặt đồng thời thay đổi ứng
suất và cả độ kết tinh của polymer. Những yếu tố này sẽ tạo ra bề mặt không đồng
nhất cả về hóa học, độ nhám, độ kết tinh và do đó tạo độ liên kết cho kim loại và
polymer. Khả năng bám dính của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy PE và
thời gian tiếp xúc với oxy.
Quy trình Krtichever: Quy trình này được thực hiện bằng cách tiếp xúc bề mặt
nhựa với ngọn lửa. Bằng cách điều khiển năng lượng ngọn lửa có thể làm cho quá
trình khử hydro bề mặt xảy ra. Bề mặt này sau đó ở trạng thái không bão hòa và các
liên kết dư sẽ tạo độ bám dính cho kim loại trên nhựa.

3. GIA CÔNG NHỰA CHO MẠ
3.1 Ảnh hưởng của vật liệu nhưa:
Nhựa đòi hỏi các công đoạn xử lí bề mặt thích hợp nhằm tạo sự gắn bám kim loại
cho bề mặt nhựa. Không chỉ bản chất hóa học đống vai trò quan trọng khi xử lí bề
mặt, mà các thay đổi cấu trúc vật liệu khi gia công nhựa phải được lưu ý. ứng suất và
hiện tượng tạo ra các vết nhựa rõ rệt chảy và hướng nguội của dòng nhựasinh ra trong
qua trình gia công nhựa là yếu tố quan trọng cần xem xét nhất đối với khả năng bám

dính. ứng suất khi đổ khuôn làm nguội nhựa ảnh hưởng rất rõ đến độ gắn bám của
nhựa trên kim loại. trong khi đó, định hướng bề mặt làm tăng khả năng lớp mạ bị bong
tróc do các vi lỗ được hướng chỉ theo chỉ một chiều.
Để giảm được ứng suất, giảm định hướng bề mặt, tăng độ bám kim loại, phương
pháp thường sử dụng nhất là xử lí nhiệt sau khi đúc áp lực hoặc đúc phun. Đôi khi xử
8


lí nhiệt một số loại nhựa không được vượt quá 600C, nhưng thông thường nhất nhiệt
độ xử lí nhiệt phải lơn hơn nhiệt độ hóa dẻo của nhựa.
3.2 Ảnh hưởng của chế độ gia công nhựa:
Vật nhựa đúc nhằm mục đích mạ cần hạn chế tối đa ứng suất và định hướng bề
mặt. Do vậy hình dạng khuôn phải được cân nhắc, công nghệ và thiết bị phải được
xem xét phù hợp. Trong quá trình phun nhựa, dòng nhựa sẽ gặp thành khuôn lành, tạo
ra ứng suất tiếp tuyến trên bề mặt nhưa. Do đó các phân tử sẽ bị định hướng dọc theo
khuôn, trong nhiều trường hợp có thể tạo ra các cục hoặc u trên bề mặt.
Chiều dày khuôn cũng ảnh hưởng tới quá trình làm nguội. trong trường hợp tối
ưu, khuôn dày từ 2-4mm. Bề mặt của dòng nhựa nóng chảy có vận tốc nhỏ nhất nên
tính định hướng của nhựa tại vị trí này là ít nhất. Ngoài ra mức định hướng còn giảm
dần trong quá trình làm nguội. những vị trí vật nhựa mỏng hoặc có diện tích mặt cắt
ngang bé thường có ứng suất lớn, do đó tại vị trí này có đọ bám dính kim loại kém. Do
đó khi thiết kế sản phảm nhựa sẽ mạ cần tránh cách vặt có chiều dày nhỏ hơn 1mm,
hoặc trong trường hợp bất khả kháng, phải thiết kế các rãnh chảy ngắn.

4. MẠ ĐỒNG HÓA HỌC
Hầu hết các dung dịch mạ hóa học đồng được sử dụng hiện nay đều dựa trên dung
dịch cơ sở Fehlings ( hay còn gọi là Fehlings- Formandehit) có các thành phần cơ bản
sau:

-

CuSO4.5H2O
NaOH
HCHO
Kali-natri tactrat
Nhiệt độ

10g/l
10g/l
10ml/l
50g/l
25-900C

Ngoài ra có nhiều loại dung dịch khác phục vụ cho các mục tiêu cụ thể như mạ trang
trí, mạ bản mạch in, mạ vật liệu điện tử,…
Cách mạ hóa học đồng này đã đạt được sự ổn định cũng như chất lượng của bề mặt
mạ, nhưng bản thân dung dịch mạ luôn tồn tại các vấn đề về kỹ thuật luôn đòi hỏi phải
cải tiến cả về hóa chất lẫn thiết bị, điển hình như hiện tượng tự phân hủy bề mặt mạ.
4.1 Cơ chế mạ đồng hóa học:
Các phản ứng:
Phản ứng mạ hóa học đồng bao gồm các quá trình sau:

- Cathode: HCHO + 3OH-  HCOO- + 2H2O + 2e
- Anode: Cu2+ + 2e
 Cu
Cu2+ + HCHO + 3OH-

 HCOO- + Cu + 2H2O

Ngoài các phản ứng chính, trong dung dịch mạ luôn xảy ra các phản ứng phụ gây

giảm hiệu suất mạ. Trong đó có các phản ứng phụ quan trọng nhất đổi với bề mặt mạ
đồng hóa học là: phản ứng cannizzaro, phản ứng tự phân hủy.

9


4.2 Quá trình hình thành lớp mạ:
Có thể tóm tắt các giai đoạn chính của quá trình hình thành lớp mạ như sau:
Giai đoạn 1: Hoạt hóa bề mặt. Trong quá trình này tâm xúc tác Pb được tạo ra:
Sn2+ + Pd2+

 Sn4+

+

Pd

(1)

Giai đoạn 2: Phản ứng anode xảy ra trên bề mặt xúc tác Pd:
HCHO + OH-

 H2

+ HCOO-

(2)

Giai đoạn 3: Phản ứng catode xảy ra trên bề mặt xúc tác Pd:
Cu2+

+ H2

+ 2NaOH

 Cu

+ SO42- + 2H2O

(3)

Giai đoạn 4: Phản ứng anode xảy ra trên bề mặt xúc tác Cu:
HCHO + OH-

 H2

+ HCOO-

(4)

Có thể thấy rằng phản ứng (2) hoàn toàn giống với phản ứng (4) . Điều này đồng
nghĩa với việc chỉ có thời điểm đầu Pd đống vai trò làm xúc tác , trong các giai đoạn
sau Cu sinh ra sẽ thay thế Pd đóng vai trò là xúc tác, các phản ứng (3) và (4) sẽ liên
tục xảy ra, Kết quả là Cu liên tục kết tủa lên bề mặt Cu vừa mới tạo thành tạo ra lớp
mạ đồng. Như vậy quá trình mạ hóa học đồng có đặc điểm là lớp mạ tạo ra trên bề mặt
xúc tác chính là kim loại vừa tạo ra và còn được gọi là phản ứng tự xúc tác.
4.3 Hoạt hóa bề mặt:
Mục đích của giai đoạn hoạt hóa bề mặt là tạo ra lớp hoạt hóa Pd theo phản ứng. Các
yêu cầu quan trọng nhất của lớp hoạt hóa này là bám chắc vào bề mặt nhựa và không
bị các lớp Oxit- Hydroxyde thiết bao phủ để có thể tiếp xúc được với dung dịch mạ.

Hiện nay có hai quy trình hoạt hóa tao lớp Pd trên bề mặt: quy trình hai giai đoạn và
quy trình một giai đoạn.

a) Quy trình hai giai đoạn
Trong quy trình này cần phả thực hiện hai giai đoạn nhạy hóa và hoạt hóa. Trong giai
đoạn nhạy hóa bề mặt được tiếp xúc với dung dịch SnCl2. Nhờ tính chất ưa nước cảu
bề mặt nhựa, sẽ tạo ra một lớp dung dịch SnCl2. Lớp dung dịch này khi tiếp xúc với
nước sẽ tạo ra lớp nhầy Clorua hydroxit thiếc ( Sn(OH)Cl)) bám chặt lên bề mặt nhựa.
Sau khi nhạy hóa lớp nhầy này được nhúng trong dung dịch PdCl2 , lúc này sẽ có phản
ứng tạo hạt trung tâm xúc tác cho quá trình mạ:
Sn2+ + Pd2+

 Sn4+

+

Pd

b) Quá trình một giai đoạn
Trong quá trình này chỉ cần nhúng bề mặt nhựa trong một dung dịch hoạt hóa dạng
nhũ chứa cả Sn và Pd.
4.4 Ảnh hưởng của các thông số lên bề mặt mạ đồng hóa học:

10


- Nhiệt độ:
Khi nhiệt độ tăng tốc độ tạo tủa tăng rõ rệt nhưng tốc độ tự phân hủy cũng tăng rõ rệt.

- Nồng độ các chất trong dung dịch:

Khi sử dụng loại dung dịch có nồng độ Cu2+ thấp, tốc độ mạ không thảy đổi nhiều khi
tăng nông độ của tactrac hoặc formandehit. Các dung dịch này cũng rất ổn định.
Tăng nông độ Cu2+ theo lý thuyết sẽ làm tăng tốc độ mạ. Tuy nhiên tốc độ mạ không
tăng liên tục mà đạt cực đại tại nồng độ Cu2+ trong khoảng 9-10g/l.

- Tỷ lệ thể tích/diện tích:
Nếu tỷ lệ thể tích trên diện tích lớn, quá trình phân hủy bề dễ dàng xảy ra. Tỷ lệ thể
tích/diện tích cho các loại mà đồng hóa học nằm trong khoảng 250cm 2/l dung dịch.

- Các chất tạo phức :
Các chất tạo phức có tác dụng ngăn cản hiện tượng tạp kết tủa Đồng hydroxit do quá
trình tạo phức sẽ làm giảm nồng độ Cu2+ tự do. Sự hình thành đồng hydroxit không
những có tác hại làm giảm nồng độ Cu2+ mà còn gây ra hiện tượng phân hủy bề. Nồng
độ ion Cu2+ phụ thuộc vào các loại phức sử dụng.
Các phức thường được sử dụng: Phức xyanua K3[Cu(CN)4] và K2[Cu(CN)4], phức
amoni, EDTA, tactrat,…

- Chất khử:
Đặc điểm quan trọng nhất của chất khử đối với bề mặt mà đồng hóa học là phải phản
ứng với ion Cu2+ với xúc tác là Cu. Đây chính là điều kiện để phản ứng tự xúc tác xảy
ra. Nhìn chung khả năng khử của các chất khử phụ thuộc vào pH.
Các chất khử thường được sử dụng: Aldehit, Tactrat, Hypophotphit, Hydrazyn…

- Chất ổn định:
Các chất ổn định được thêm vào bề mạ đồng hóa học nhằm làm giảm quá trình tự
phân hủy của dung dịch. Một phương pháp làm giảm quá trình tự kết tủa của luồng
không khí hay khí Oxy vào dung dịch. Bằng cách này các muối đồng hòa tan được tạo
thành thay vì quá trình hình thành hạt rắn Cu2O, do đó hạn chế được quá trình tự phân
hủy.
Hai chất ổn định được sử dụng phổ biến: Mercaptobenzothiazon (MBT) cho phép

kéo dài tuổi thpj dung dịch từ 1.5-2 lần, thứ hai là các muối cacbonat.

- Mạ tốc độ cao:
Lớp mạ đồng hóa học trong quy trình
mạ mạch xuyên lỗ mạch in điện tử tương đối
dày ( cỡ 1 micromet). Do đó mạ hóa học đồng này đòi hỏi tốc độ mạ phải cao
(1mm/h).
Ví dụ: ta có một quá trình mạ như sau
Dung dịch A:
11


Dung dịch B:

CuSO4.5H2O

35g/l

NaOH

50g/l

HCHO
Kali-natri tactrat. 3H2O
Na2CO3
Versense T

10ml/l
170g/lg/l
30g/l

20g/l

HCHO (37%)

Trộn lẫn A và B mạ tại nhiệt độ phòng. Nhược điểm dung dịch này là độ ổn định
không cao, chỉ sử dụng được qua 2 giờ.

5. MẠ HÓA HỌC NIKEN
5.1 Cơ chế mạ hóa học Niken
Các phản ứng tổng diễn ra trong quá trình mạ hóa học Niken
NiCl2 + Na(HPO2) + HOH  Ni + 2HCl
Na(H2PO2)

+ HOH

 Na(H2PO3)

+ NaH(HCO3)
+ H2

Có thể thấy ở phương trình trên Ni2+ bị khử thành kim loại, hypophotphit bị oxy hóa
thành photphit, phản ứng sinh ra axit dẫn đến pH của bề điện phân giảm đi trong quá
trình mạ.

5.2 Các đặc điểm của bề mặt hóa học niken
Thông thường khi không có phụ gia bề mặt mạ niken thường có các vấn đề sau

-

Độ ổn định kém

Lớp kết tủa thô và tối
Tốc độ mạ thấp
Chi phí mạ tương đối cao
Lớp mạ không đồng nhất về chiều dày

Để khắc phục các vấn đề trên cần dùng các chất phụ gia: phụ gia tăng tốc, phụ gia
ổn định, phụ gia thấm ướt, ngoài ra còn có các phụ gia tạo phức và chất đệm.
Một vấn đề đáng chú ý đối với bề mạ niken là ổn định các thông số trong bề. Các
nghiên cứu cho thấy các cấu trúc tinh thể, tính chất cơ lý, khả năng dẫn điện, khả năng
chịu ăn mòn của lớp mạ Ni – P phụ thuộc rất nhiều vào pH và nhiệt độ cũng như tỷ lệ
các ion trong dung dịch. Trong quá trình mạ nồng độ các cấu tử, pH và nhiệt độ cũng
thay đổi trên bề mặt vật mạ và tại các vị trí khác nhau trong bề. Do đó nếu không giữ
ổn định các thông số sẽ làm cho chất lượng không đồng đều và bề nhanh hỏng. Hình
dưới đây là sơ đồ bổ sung nhằm ổn định các thông số của bề mạ hóa học niken theo
chu trình Kaigen:

12


Hình a. Sơ đồ nguyên tắc của chu trình Kaigen.

Hình b. các thiết bị hỗ trợ cho chu trình Kaigen

5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mạ hóa học Niken
- Nhiệt độ
- Chất ổn định
- Chất tạo phức
- pH
- Chất tăng tốc
- Tỷ lệ nồng độ Niken/hydrophotphit ([Ni2+ ]/[H2PO2])

13


- Tính chất lớp mạ Niken hóa học
5.4 Các loại dung dịch mạ Niken hóa học
- Dung dịch hypophotphit
- Bohydrit
- Amin boran
- Hydrazin
- Hydrosunfit
6. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY VẬT LÝ
Bốc bay vật lý cùng với mạ hóa học-điện hóa là 2 phương pháp phổ biến
nhất để mạ kim loại lên nền nhựa chiếm 20-30% tổng sản phẩm mạ nhựa.
phương pháp này dựa trên quá trình kết tủa kim loại từ pha khí ở điều kiện áp
suất thấp. có thể mạ 1 lượng lớn sản phẩm tốc độ và chất lượng sản phẩm dể
khống chế hơn

6.1 Nguyên lí của quá trình bốc bay
Trong quá trình bốc bay kim loại hoặc hợp kim được chuyển từ trang thái rắn
sang trạng thái hơi trong điều kiện áp suất thấp bằng nhiệt điện trở hoặc bắn phá chùm
điện tử hay hồ quang sau đó hơi kim loại ngưng tụ lên bề mặt nhựa tao lớp mạ, nó
thường thực hiện trong môi trương chân không hoặc khí trơ

14


6.2 Thiết bị bốc bay
6.2.1 Phân loại thiết bị
Có thể chia thành 2 loại là kín và hở , trong thiết bị hở chỉ có quá trình bốc bay
và xử lí bề mặt được thực hiện trong môi trường chân không còn trong quá trình kín

thì tất cả các bước được thực hiện trong môi trường chân không ngoại trừ quá trình
làm sạch cơ học và hóa học thiết bị hở là loại thường được sủ dụng hơn chia làm hai
loại là liên tục và gián đoạn
Xét theo cấu tạo có thể chia làm 2 loại là thẳng đứng và nằm ngang
Loại thiết bị được lựa chọn tùy thuộc vào ứng dụng vật liệu mạ vật liệu nền

15


6.2.2 Cấu tạo thiết bị bốc bay
Thiết bị bốc bay chân không

Buồng chân không chứa thiết bị bốc gá giữ vật mạ và các thiết bị che chắn bẫy
lạnh và các cảm biến nhằm điều khiển quá trình
Chân không được tạo ra bằng 1 loatj các bơm chân không đặt bên ngoài với mạ nhựa
chỉ cần sử dụng bơm dầu khuếch tán là đạt đc độ chân không cần thiết

16


6.2.3 Thiết bị gia nhiệt điện trở
Là cách đơn giản để bốc hơi kim loại và có nhiều ưu điểm tổn thất nhiệt do bức xạ
ít và dể vận hành như nhôm có thể dể dàng đun chảy bằng gia nhiệt điện trở trong khi
đồng và các kim loại khác thì cần them các biện pháp phụ trợ để dể nóng chảy

6.2.3 Chùm điện tử bắn phá
Hầu hết các kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái rắn đều có thể chuyển sang
trạng thái hơi khi bị chùm điện tử năng lượng cao bắn phá phương pháp này có thể mạ
đc hầu hết các hợp kim bằng việc bốc bay đồng thời 2 kim loại khác nhau có thể để
dàng điều chỉnh và mạ liên tục các thiết bị này thường có công suất 150kw chiều

ngang vật thường đạt cỡ 800mm khoang bốc bay thường đc làm lạnh bằng nước

6.2.4 Bốc bay bằng hồ quang
Đầu tiên kim loại được nung chảy bằng điện trở sau đó duy trì trạng thái nóng
chảy bằng hồ quang

17


Ưu điểm là phân bố khá đồng đều và chi phí năng lượng thấp độ ion hóa rất cao làm
tang đáng kể độ bám dính của lớp mạ

6.2.5 Phún xạ
Quá trình chuyển kim loại từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi ở áp suất thấp có
thể thực hiện bằng phương pháp bắn phá các hạt tích điện lên bề mặt nhựa hiệu điện
thế giữa catot và anot cở vài kV từ trường có thể tang đáng kể độ va chạm của các hạt
ion thiết bị phún xạ có cấu tạo phức tạp và không sử dụng nhiều trong công nghiệp

6.3 Các ứng dụng mạ bốc bay lên nền nhựa
6.3.1 Công nghiệp điện từ
Một trong những ứng dụng quan trọng chính là mạ điện tử sản xuất tụ điện các
tấm nhựa lớn được mạ bốc bay rồi cắt ra cuộn lại thành tụ điện
Sản xuất mạch in mạ các đường dẫn xuyên lỗ

6.3.2 Mạ chống nhiễu
Tất cả các thiết bị điện tử đò hỏi phải có độ dẫn song lớn mà nhựa lại là vật
liệu cách điện nên gây trở lực với song điện từ trường và gây nhiễu nhằm tránh hiện
tượng này người ta phủ một lớp mạ kim loại lên bề mặt trong của thiết bị có vỏ nhựa
thường là mạ nhôm nhưng ngày nay thì lớp phủ hỗn hợp cu+nicr trở nên chiếm ưu thế
hơn do giá thành rẻ chịu mài mòn tốt không làm thay đổi tính chất nền nhựa

6.2.3 Mạ trang trí
Là một trong những ứng dụng quan trọng nhất thường mạ hợp kim cứng vừa
tạo độ cứng vừa tạo màu trang trí tạo ra lớp mạ có cơ tính cao chịu ăn mòn trang trí có
thể phối hợp mạ điện bên trong và mạ bốc bay bên ngoài và phải thoải 1 số yêu cầu
như
Biên giới nhựa kim loại không có khuyết tật, không có vẩy Cr trên lớp mạ điện
hóa, chiều dày lớp Cr nhỏ hơn 0,5µm, không có rổ khí,độ dày lớp mạ hóa học phải đủ
cho độ dẫn tiếp xúc gá mạ
18


6.3.4 Mạ chi tiết quang học
Có thể mạ được các lớp mạ có tính chất đặc biệt như các lớp lọc quang lớp
phản xạ lớp chống phản quang như mạ đền pha đèn flash mắt kính nhựa khi mạ
thường phải có quá trình xử lí bề mặt trong plasma nhựa dung làm nền là loại nhiệt
dẻo lớp mạ bốc bay là nhôm dày cở 100nm và thường có lớp phủ trung gian làm tang
độ dính của nhôm

6.3.5 Tạo lớp phủ dẫn điện trong suốt
Như lớp chống nhiễu cho màn hình phẳng , chống phản quang cho kính lái xe

7. CÁC QUY TRÌNH MẠ LÊN NHỰA
Quy trình mạ hoàn chỉnh bao gồm rất nhiều bước và mỗi bước đều ảnh hưởng
đến chất lượng sản phẩm mạ cuối cùng thông thường bao gồm các bước mạ hóa học
tạo lớp lót mạ tang cường bằng mạ điện và mạ bốc bay vật lý…
Trong đó ba loại quan trọng nhất là mạ hóa học-điện hóa, mạ bốc bay vật lý và
mạ xuyên lỗ bản mạch in điện tử

7.1 Mạ hóa học –điện hóa

Được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất đồ gia dụng công nghiệp ô tô, thiết bị
vệ sinh do có năng suất lớn mạ vật có hình dạng phức tạp diện tích bề mặt lớn , vật mạ
có tính trang trí cao cơ tính tốt chịu ăn mòn tốt chiếm trên 50% sản phẩm mạ nhựa

7.1.1 Quy trình sử dụng mạ hóa học
Được ứng dụng rộng rãi do chất lượng lớp mạ tốt tính ổn định của sản phẩm
cao thiết bị đơn giản bao gồm các bước

19


Rửa sơ bộ nhằm loại bỏ các vết bẩn như vân tay bụi bẩn các mảnh vụn do gia
công rửa bằng dd kiềm nhẹ
Xữ lý dung môi nhằm giảm ứng suất trên bề mặt nhựa tạo ra bề mặt có ứng suất
thấp đều làm cho độ bám dính kim loại tăng lên , củng như làm nở 1 số loại nhựa như
pp polycacbonat, polysunphone tạo điều kiện xâm thực
Xâm thực thông thường sử dụng dd xâm thực crom-sunphuric hoặc dd thuần
cromic tạo vi lỗ đều đặn nhiệt độ khoảng 70-80 0C từ 4-10 phút là 1 trong những công
đoạn quan trọng nhất của quá trình

Trung hòa sau khi xâm thực vật nhựa được rửa và đi qua dd trung hòa bằng dd
bisunphit natri và phụ gia nhằm hạn chế việc dd xâm thực tấn công vật mạ và gá
Tiền hoạt hóa một số loại nhựa yêu cầu tiền hoạt hóa để tạo nhũ để chất hoạt hóa
có thể bám lên bề mặt nhựa yêu cầu chất tiền hoạt hóa là phải khử được Cr +6 xuống
Cr+3
Hoạt hóa quá trình này nhằm tạo lớp keo Pd trên bề mặt nhựa làm xúc tác cho quá
trình mạ hóa học

20

Tăng tốc bề mặt đã hoạt hóa được rửa trong nước vấn đề lớn nhất chính là
nhiễm kim loại quá trình này có thể làm dừng viếc mạ
Mạ hóa học nhằm tạo lớp dẫn điện đầu tiên cho các quá trình mạ điện tiếp theo
có thể lựa chọn giữa mạ Ni hoặc Cu tùy yêu cầu
Mạ điện tạo lớp phủ nhằm trang trí bảo vệ tăng cơ tính trên nền lớp mạ hóa học
đã tao ra chiều dày lớp mạ từ 10-25µm tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng, mạ điện hóa
nói chung củng giống như mạ lên nền kim loại tuy nhiên mật độ dòng lúc ban đầu là
rất thấp thường mạ đồng, mạ niken, mạ crom
Bốc bay trang trí công đoạn bốc bay không nhất thiết phải có trong quy trình
chỉ đồi hỏi khi quy trình cần độ trang trí cao tạo độ cứng và màu đặc biệt

7.1.2 Các quy trình mạ trực tiếp
Là phương pháp tạo ra các lớp xúc tác hoặc lớp phủ dẫn điện mà k phải trãi qua
công đoạn mạ hóa học 1 số quy trình còn bỏ qua giai đoạn phủ crom tuy nhiên mạ
trực tiếp không ổn định bằng việc mạ hóa học ít quy trình được thương mại hóa
Quy trình sử dụng hợp chất sunphua kim loại
Nguyên tác của phương pháp là tạo ra 1 lớp sunphua kim loại trên bề mặt nhựa lớp
này là lớp phủ có độ dẫn tốt , khi có dòng điện lớp này xúc tác cho phản ứng mạ điện
xảy ra, chỉ có thể mạ trực tiếp Ni , 1 số ưu điểm không cần hoạt hóa và mạ hóa học
không có các bước khử crom và xâm thực bằng muối crom giá thành rẻ không cần xúc
tác kim loại quý 1 số so sánh

21


Ngoài ra còn có các quy trình mạ trực tiếp sử dụng Pd để mạ Cu, sử dụng keo
đẫn điện để mạ sửa mạ xuyên lỗ trong mạch in, sử dụng polymer dẫn điện

7.2 Quy trình mạ bốc bay vật lý

7.2.1 Làm sạch bề mặt
a) Mạ lên nền nhựa trần gồm các bước
Vật nhựa
Phủ sơn
Mạ bốc bay ( xử lý bề mặt nhựa ngay trong buồng bốc bay)
Phủ sơn
Kiểm tra

22


b) Mạ lên nhựa đã mạ điện hóa
Được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp nhằm tăng độ cứng tăng cơ tính và
tính trang trí cho vật mạ về lớp kim loại mạ điện hóa phải đảm bảo chức năng sau

- Tạo độ dày cho lớp mạ
- Tạo độ bóng theo yêu cầu
- Tạo ra các tính chất theo yêu cầu cho lớp phủ
Cần phải làm sạch cơ học và hóa học bề mặt

23


7.3.2 Mạ bốc bay vật lý
Sau khi làm sạch bề mặt thì chuyển sang bước mạ bốc bay gồm các bước sau

24


Treo gá và nạp liệu sau khi kiểm tra chất lượng khoảng cách các vật mạ sẽ được

treo vào gá và đưa sang buồng chân không, tránh làm bẩn vật mạ , công đoạn nạp
liệu cần thời gian khá lâu vài giờ , cần chú ý để đảm bảo thời gian vận hành cho cả
dây chuyền đối với vật mạ có dạng 3 chiều thì cần phải có cơ cấu xoay 2 cấp hoặc
3 cấp
Tạo chân không trong buồng chân không mục đích tạo chân không và loại bỏ bớt
hơi nước
Xử lý Plasma xảy ra 2 quá trình trái ngược là tạo lớp phủ và ăn mòn bề mặt yêu
cầu tốc độ tạo lớp phủ phải nhỏ hơn tốc độ ăn mòn bề mặt một số hiệu ứng làm
tăng độ bám dính như tích điện tạo nhám làm sạch dầu mỡ tạo nhóm chức phân
cực
Tạo lớp phủ có thể tạo ra nhiều cấu trúc lớp phủ khác nhau thực tế thường mạ
nhiều lớp bằng cách đặt nhiều nguôn khác nhau trong buồng chân không các quá
trình này cần phải khống chế nhiệt độ nhỏ hơn 60 oC

7.3 Quy trình mạ xuyên lỗ bản mạch in
Mạ hóa học điện hóa là công nghệ phổ biến nhất nhằm tạo ra các đường dẫn xuyên lỗ
trong các bản mạch điện tử có thể chia làm 2 quá trình là cơ bản và phụ gia

25