Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia đến quá trình mạ kẽm, định hướng ứng dụng cho bể mạ kẽm kiềm không xyanu TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
----------------------------

TRƯƠNG THỊ NAM

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ PHỤ GIA ĐẾN
QUÁ TRÌNH MẠ KẼM, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG CHO BỂ MẠ KẼM
KIỀM KHƠNG XYANUA.

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

HÀ NỘI 2021


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

TRƯƠNG THỊ NAM

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ PHỤ GIA ĐẾN
QUÁ TRÌNH MẠ KẼM, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG CHO BỂ MẠ KẼM
KIỀM KHƠNG XYANUA

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Chun ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý

Mã số: 9.44.01.19

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS, Lê Bá Thắng
2. PGS. TS Nguyễn Thị Cẩm Hà

Hà Nội – 2021


1
1. Tính cấp thiết của luận án
Vấn đề chống ăn mòn cho vật kiệu kim loại đã trở thành nhu cầu cấp thiết đối với
tất cả các quốc gia trên thế giới, đặc biệt đối với Việt Nam là quốc gia nằm trong
vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí cao [1].
Phủ kim loại là một trong những phương pháp bảo vệ chống ăn mòn được tập
trung nghiên cứu, sử dụng khá phổ biến trên thế giới và Việt Nam. Trong số đó, kẽm
là một trong các lớp phủ kim loại được sử dụng nhiều nhất để bảo vệ cho các linh
kiện, chi tiết, phụ tùng máy và kết cấu thép cacbon nhờ giá thành thấp, có khả năng
bảo vệ catơt cho thép. Lớp mạ kẽm có thể tạo được từ nhiều phương pháp khác nhau
như mạ điện, nhúng nóng, phun phủ, trong đó mạ điện chiếm ưu thế với các chi tiết
nhỏ, sử dụng trong điều kiện khí quyển và khơng u cầu tuổi thọ quá cao.
Một số dung dịch mạ kẽm đã được nghiên cứu sử dụng như: mạ kẽm từ dung dịch
sunfat, floborat, xyanua, pyrophotphat, clorua và kiềm khơng xyanua. Trong đó, các
dung dịch được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là xyanua, clorua và kiềm không
xyanua.
Dung dịch mạ kẽm kiềm khơng xyanua trên thế giới đã được thương mại hóa rất
sớm từ những năm 1960 [3]. Tuy nhiên, gần đây nhờ sự ra đời của các hệ phụ gia tạo
bóng mới cũng như do các yêu cầu về bảo vệ môi trường, bể mạ này mới thực sự
được quan tâm, chấp nhận và trở thành giải pháp tốt nhất để thay thế bể mạ xyanua.
Dung dịch mạ kẽm kiềm không xyanua có một số ưu điểm nổi trội như: kinh tế hơn,

không độc, chất lượng lớp mạ tốt, dễ thụ động, đặc biệt rất thích hợp với các dung
dịch thụ động Cr(III), khả năng phân bố tốt, đặc biệt nước thải dễ xử lý [2, 4]. Nhược
điểm là phức tạp hơn, yêu cầu xử lý bề mặt tốt.
Tuy nhiên, nếu bể mạ kiềm khơng xyanua khơng có phụ gia sẽ cho lớp mạ chất
lượng kém không thể sử dụng trong công nghiệp. Nhiều loại phụ gia hữu cơ và vô cơ
được đưa vào với nồng độ tương đối thấp có thể làm thay đổi quá trình kết tủa kẽm,
cấu trúc, hình thái, và tính chất lớp mạ. Một phụ gia cho vào có thể ảnh hưởng tới
nhiều tính chất của lớp mạ, nhưng trong thực tế người ta vẫn cho đồng thời nhiều phụ
gia vì cần tới tác động tổng hợp của chúng. Chúng làm cho lớp mạ nhẵn, phẳng, tăng
khả năng phân bố, có độ bóng đẹp, làm việc được ở khoảng mật độ dòng rộng [3, 524].
Thực tế tại Việt Nam, để đáp ứng yêu cầu phụ gia cho q trình mạ kẽm của các
hãng sản xuất ơtơ, xe máy, một số hệ phụ gia đã được giới thiệu và đưa vào sản xuất.
Từ đầu những năm những năm 2000, hãng ENTHONE đã đưa vào thị trường Việt
Nam hệ phụ gia NCZ DIMENSION, hãng COLOMBIA đưa vào hệ COLZINC ACF2


2
v.v.. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng của các chế phẩm này còn hạn chế do giá thành
cao, chất lượng có những hạn chế nhất định.
Trong nước, việc nghiên cứu các hệ phụ gia cho q trình mạ kẽm nói chung và
mạ kẽm kiềm nói riêng chưa được quan tâm đúng mức. Chưa có một kết quả nghiên
cứu chính thức nào công bố về sự ảnh hưởng của các yếu tố tới q trình mạ kẽm nói
chung và mạ kẽm kiềm khơng xyanua nói riêng, cũng như chưa có nhà cung cấp nào
đưa ra được hệ phụ gia cho bể mạ kẽm kiềm khơng xyanua.
Xuất phát từ tình hình trong nước như trên, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
ảnh hưởng của một số phụ gia đến quá trình mạ kẽm trong bể mạ kẽm kiềm không
xyanua định hướng chế tạo hệ phụ gia cho bể mạ kẽm kiềm” đáp ứng được những
nhu cầu thực tế, hướng nghiên cứu có thể tạo ra một sản phẩm định hướng ứng dụng
cho công nghiệp mạ kẽm kiềm trong nước, đồng thời thêm những hiểu biết sâu sắc
để hỗ trợ các doanh nghiệp mạ kẽm.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định ảnh hưởng của các đơn phụ gia là các dòng chất hữu cơ và vô cơ như:
poly ancol, poly amin, muối natrisilicat các môdun khác nhau và tổ hợp của các phụ
gia đến tính chất của lớp mạ kẽm tạo được trong dung dịch mạ kiềm khơng xyanua,
so sánh các tính chất hố lý của lớp mạ thu được từ bể mạ kiềm khơng xyanua và các
bể mạ khác. Từ đó đưa ra được một hệ phụ gia sử dụng được trong bể mạ kẽm kiềm
khơng xyanua.
3. Nội dung nghiên cứu chính
1. Khảo sát ảnh hưởng của các đơn phụ gia đến khả năng phân bố, hiệu suất dòng
điện, phân cực catot, dải mật độ dịng làm việc, hình thái học bề mặt, độ bóng của lớp
mạ kẽm.
2. Khảo sát ảnh hưởng của tổ hợp các phụ gia đến khả năng phân bố, hiệu suất dòng
điện, phân cực catot, dải mật độ dòng làm việc, hình thái học bề mặt, độ bóng của lớp
mạ kẽm từ đó đưa ra một hệ phụ gia có thể dùng được cho bể mạ kẽm kiềm.
3. Xác định cơ chế tác động của các phụ gia tới q trình kết tủa kẽm và một số tính
chất của lớp mạ trong bể mạ kẽm kiềm không xyanua
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Năm 1973, Robert Leonard Adelman và Wilmington [30] đã sử dụng kết hợp
polyvinyl rượu, các sản phẩm vinyl rượu biến tính bởi axit periodic hoặc muối natri
perionat như một tác nhân làm bóng cho bể mạ kẽm kiềm khơng xyanua, cải thiện
tính chất lớp mạ ở khoảng mật độ dịng thấp. Các polyvinyl rượu biến tính cũng được
sử dụng với các tác nhân làm bóng khác đặc biệt là các hợp chất nitơ dị vịng có ít


3
nhất một nhóm thế để cải thiện tính chất lớp mạ. Năm 1979, trong sáng chế của mình,
Zehnder và Stevens [29] sử dụng các polyamin sulpho với các hàm lượng rất khác
nhau từ 0,1÷ 100g/lit, kết hợp với các hợp chất pyrydin hoặc nicotin hàm lượng
khoảng vài g/lit để cải thiện tính chất lớp mạ kẽm, trong bể mạ kiềm không xyanua.
Tuy nhiên, các hợp chất pyrydin được biết đến là những chất bay hơi rất độc hại, ảnh

hưởng đến sức khoẻ những người làm việc trong môi trường xung quanh. Những năm
gần đây, khá nhiều những sáng chế, công trình cơng bố về phụ gia cho bể mạ kẽm
kiềm [2-7,12-21,23,26-32]. Các chất được sử dụng làm phụ gia cho bể mạ kẽm kiềm
thuộc các dòng như: các polime rượu, polime của các amin từ bậc 1 đến bậc 4, hợp
chất dị vòng, chất hoạt động bề mặt, benzanđehit, các poly rượu hoặc các hợp chất
chứa nitơ dị vịng có một nhóm thế là nhóm sunpho, đường khử, muối natri, một số
chất tạo phức được sử dụng kết hợp với nhau, theo từng trường hợp có tác dụng cải
thiện tính chất lớp mạ, thay đổi tính chất kết tủa, làm mịn tinh thể, chất thấm ướt, tác
nhân làm bóng. Nhìn chung, các sản phẩm thương mại sử dụng tốt, hệ ổn định không
nhiều, thành phần hệ khá phức tạp thường gồm tới 4 thành phần.
Ngoài ra, nhiều loại phụ gia hữu cơ và vô cơ khác được đưa vào với nồng độ
tương đối thấp có thể làm thay đổi quá trình kết tủa kẽm, cấu trúc, hình thái, và tính
chất lớp mạ. Một phụ gia cho vào có thể ảnh hưởng tới nhiều tính chất của lớp mạ,
nhưng trong thực tế người ta vẫn cho đồng thời nhiều phụ gia vì cần tới tác động tổng
hợp của chúng. Chúng làm cho lớp mạ nhẵn, phẳng, tăng khả năng phân bố, có độ
bóng đẹp, làm việc được ở khoảng mật độ dòng rộng [3, 5-24]
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Chuẩn bị mẫu, hố chất và thiết bị
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
Mẫu thí nghiệm: thép cacbon thấp có kích thước khác nhau phụ thuộc vào từng
thí nghiệm.
Thép nghiên cứu tương đương mác SPHC theo tiêu chuẩn JIS G3131.
2.1.2. Tạo mẫu thử nghiệm
Bảng 2.2. Các loại mẫu thử nghiệm và mục đích sử dụng
TT

Kích thước, đặc điểm

1
2

3

50 x 50 x 1,8 mm
40 x 40 x 1,8 mm
70 x 100 x 1 mm
 10 mm; hàn dây dẫn
điện, bao bằng epoxy

4

Mục đích sử dụng

SEM, XRD, IR, xác định hiệu suất dòng điện
Xác định khả năng phân bố
Thử nghiệm Hull
Phân cực catôt, CV


4
Bảng 2.3. Quy trình tạo mẫu
TT Cơng đoạn
1
2

Mài bóng
Tẩy dầu
mỡ

3

Tẩy gỉ

4
5

Hoạt hóa
Mạ

Điều kiện tiến hành
Giấy ráp No 100 đến No 600
Dung dịch 60 g/L UDYPREP-110EC (ENTHONE), nhiệt độ 50
÷ 80 oC, thời gian 5 ÷ 10 phút.
Dung dịch HCl 10% thể tích, urotropin 2-3 g/L, thời gian 2 ÷ 5
phút
Dung dịch HCl 5% thể tích, thời gian 10÷ 15 giây
Dung dịch mạ kẽm

2.1.3. Dung dịch thí nghiệm.
- Dung dịch mạ kẽm kiềm cơ bản S0 có thành phần như sau
NaOH: 140 g/L ZnO: 15 g/L
- Các dung dịch nghiên cứu khác được dựa trên dung dịch S0 và bổ sung thêm
polyamin (poliethyleneimin), polyvinyl ancol, natrisilicat với các nồng độ khác nhau.
Hoá chất được sử dụng là loại tinh khiết (Trung Quốc) và pha bằng nước cất.
2.2. Thiết bị
- Bể mạ chế tạo bằng nhựa PP, dung tích 20 lít, - Máy điện phân, 12V – 30 A
- Bình Hull, 250 ml, - Bình Haring-Blum, 400 ml
- Cân phân tích, cân kỹ thuật SHIMADZU AEG-220G với độ chính xác 0,1 mg
Và một số thiết bị khác
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp Hull.

2.3.2. Phương pháp Haring-Blum.
2.3.3. Phương pháp xác định hiệu suất dòng điện catot
2.3.4. Đo đường cong phân cực catot.
2.3.5. Khảo sát cấu trúc tế vi lớp mạ bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM –Scanning
Electron Microscope).
2.3.6. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR
2.3.7. Đo phân cực vịng
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Các polime có thể sử dụng làm phụ gia cho hệ mạ kẽm kiềm không xyanua, phải
tan được trong dung dịch mạ, tùy thuộc vào khối lượng phân tử mà các polime có độ
tan trong dung mạ kẽm kiềm thay đổi hoặc không tan.
Sau khi khảo sát độ tan của các polyme nhận thấy, chỉ nên nghiên cứu các polyme
ở nồng độ từ 0,05 g/L đến 1,0 g/L để đảm bảo chúng tan hoàn toàn trong các dung
dịch mạ. Các phần phụ gia khơng tan trong dung dịch mạ có thể trở thành tạp chất,
tạo các kết tủa đi vào lớp mạ, có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ.


5
3.1.

Ảnh hưởng của Polivinyl ancol (PVA) tới quá trình mạ kẽm

PVA có khả năng tạo phức với ion kim loại và hấp phụ trên bề mặt kim loại khi
có dịng điện bởi sự phân cực liên kết cácbon-oxy trong cấu tạo phân tử, vì vậy PVA
được nhiều tác giả nghiên cứu sử dụng làm phụ gia san bằng bề mặt cho các hệ mạ.
Khá nhiều công bố đề cập đến việc sử dụng PVA làm phụ gia cho bể mạ kẽm kiềm
không xyanua [8, 16, 18, 23, 24, 93].
3.1.1. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử PVA tới phân cực catôt
Để xác định hiệu ứng của phụ gia đối với q trình mạ, phương pháp đo đường
cong phân cực catơt điện cực thép ở 250C, quét từ -1,2 đến -1,8 V với tốc độ quét

2mV/s trong các dung dịch có và khơng có PVA, cho kết quả hình 3.1, hình 3.2 và
hình 3.5.

Hình 3.1. Đường cong phân cực catơt Hình 3.2. Đường cong phân cực catôt
điện cực thép trong dung dịch mạ kẽm điện cực thép trong dung dịch mạ kẽm
kiềm không xyanua không chứa PVA kiềm không xyanua không chứa PVA
và chứa PVA – 05.
và chứa PVA – 16.
Kết quả đo đường cong phân cực, cho thấy, trong tất cả các trường hợp, đường
cong phân cực đều đặc trưng bởi sự xuất hiện các đỉnh catôt đầu tiên (I), khi qt thế
về phía âm hơn, trong dung dịch khơng chứa PVA mật độ dòng điện tăng nhanh,
đường cong phân cực quét trong các dung dịch mạ chứa PVA xuất hiện đỉnh catơt
thứ (II).
Đối với bể mạ khơng có PVA, đường cong phân cực catơt có đỉnh (I) theo sau là
sự tăng trưởng nhanh về mật độ dòng điện, được gắn với q trình mạ trong các dung
dịch mạ khơng chứa PVA, quá trình khử Zn 2+ thành Zn, hình thành lớp mạ xảy ra
theo các phản ứng sau [21, 125]:
Zn(OH)42- + 2e- ↔ Zn + 4OH-

(3.1)

Các phản ứng xảy ra theo 4 bước trong đó bước thứ 3 có tốc độ chậm nhất bởi
q trình chuyển điện tích, phản ứng (3.3) đóng vai trị quyết định tới tốc độ phản
ứng [126]:


6
Zn(OH)42- ↔ Zn(OH)3- + OH-

(3.2)

Zn(OH)3- + e- → Zn(OH)2- + OH-

(3.3)

Zn(OH)2-

↔ ZnOH + OH-

(3.4)

ZnOH + e- → Zn + OH-

(3.5)

Zn2+ thường tồn tại ở dạng phức 6 phối trí hoặc phức 4 phối trí Zn(OH) 3-, vì vậy,
Zn(OH)3- trở thành Zn(OH)3(H2O)-, phản ứng (3.3) trở thành phản ứng (3.6):
Zn(OH)3(H2O)- + e- → Zn(OH)2- + OH- + H2O

(3.6)

Khi có mặt PVA trong dung dịch thay thế sự có mặt của nước H 2O trong phức
Zn(OH)3(H2O)- phản ứng (3.3) trở thành phản ứng (3.7).
Zn(OH)3(H2O)- + PVA ↔ Zn(OH)3(PVA)- + H2O

(3.7)

Do đó, năng lượng cần thiết để phá vỡ phức PVA cho quá tình kết tuả kẽm trên
bề mặt thép là lý do xuất hiện đỉnh pic (II). Hơn nữa, cấu tạo phân tử PVA có sự phân
cực liên kết cacbon – oxy, có khả năng hấp phụ trên các đỉnh của bề mặt chất nền kim

loại, tạo hiệu ứng san bằng bề mặt. Do đó các hiệu ứng san lấp bề mặt được hình
thành trên bề mặt điện cực thép.
Cơ chế động học của quá trình điện phân kẽm ở vùng điện trở phân cực âm đã
được chỉ ra bởi Lee [127].
Một loạt các bài báo như Kardos [84], [86], [87], [88], [128], đã nghiên cứu và
đưa ra những giải thích về cơ chế về quá trình san bằng bề mặt.
3.1.2. Nghiên cứu các quá trình tác động của các phụ gia trong q trình mạ bằng
phương pháp phân cực thế vịng
Dung dịch mạ và dung dịch mạ được thêm phụ gia để nghiên cứu, các quá trình
tác động, của các phụ gia, trong quá trình mạ bằng phương pháp phân cực thế vịng.
a. Nghiên cứu các q trình tác động của các phụ gia PVA trong quá trình mạ
bằng phương pháp phân cực thế vòng
Các đường phân cực vòng được đo trong các dung dịch mạ kẽm kiềm chứa và
không chứa PVA để nghiên cứu ảnh hưởng của PVA tới các giá trị thế và mật độ
dòng cực đại.
Bảng 3.1. Các giá trị thế, q thế và dịng tại các píc của các
q trình mạ trong dung dịch có và khơng có PVA

So
Sp2-4

ECo

EI’c

EI’c

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

-1,48
-1,48

-1,54

-1,65

∆𝐸’c
(V)

∆E”c
(V)

-0,06

-0,17

Ip(I’c)
Ip(I”c)
2
(mA/cm ) (mA/cm2)

-27,35

-30,90


7

Hình 3.3. Đường phân cực vịng điện
cực thép đo trong dung dịch mạ kẽm
kiềm không chứa phụ gia (S0), từ -1,2
đến -1,65 V, tốc độ quét 2 mV/s, 250C

Hình 3.4. Đường phân cực vòng đo trong
dung dịch mạ kẽm kiềm và mạ kẽm kiềm
chứa PVA - 16(S0 và Sp2-4) từ -1,2 đến
-1,65 V, tốc độ quét 2 mV/s, 250C

Các đường phân cực vòng điện cực thép đo trong dung dịch mạ kẽm kiềm cho
kết quả, các đỉnh I’c và I”c tương đương với các đỉnh pic (I) và đỉnh pic (II) của quá
trình mạ là các quá trình phản ứng hóa học được trình bày sau (hình 3.1 và hình 3.2),
Ia là dịng anơt tương ứng với q trình hịa tan lớp mạ.
Kết quả Nghiên cứu quá trình tác động của PVA tới quá trình mạ kẽm trong dung
dịch mạ kẽm kiềm không xyanua bằng phương pháp quét phân cực vịng cho thấy, sự
có mặt của PVA trong dung dịch mạ làm làm tăng thế trong dung dịch mạ đồng thời
làm giảm mật độ dòng điện tại các đỉnh hấp phụ.
b. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của PVA đến quá trình khuếch tán

Hình 3.5. Đường phân cực vịng thay đổi Hình 3.6. Đồ thị sự phụ thuộc của i
1/2
tốc độ quét trong dung dịch mạ kẽm kiềm vào v quét trong dung dịch mạ kẽm
kiềm (S0)
(S0) từ -1,2 đến -1,65 V, tốc độ quét thay

đổi, 250C
Kết quả cho thấy sự có mặt của PVA trong dung dịch mạ làm cho hệ số góc a
(phản ảnh hệ số khuếch tán D) của đường thẳng phụ thuộc i vào v1/2 giảm, có thể nói
rằng PVA-05 và PVA-16 đều làm tăng quá thế khuếch tán trong dung dịch mạ.
Khả năng che phủ bề mặt của phụ gia (Ꝋ) được tính theo cơng thức:


8
Ꝋ=

𝑖−𝑖𝑠
𝑖

(3.8)

Trong đó i là mật độ dịng khi khơng có phụ gia, is là mật độ dịng khi có phụ gia.
Mức độ tác động Ꝋ được xác định tại giá trị thế -1,48V, (Sp1-4) (Ꝋ1) -1,512 và (Ꝋ2)1,6; (Sp2-4) (Ꝋ1) tại -1,54 và (Ꝋ2) tại -1,65 cho kết quả bảng 3.2.
Bảng 3.2. Khả năng che phủ của PVA
Dung dịch
S0
Sp1-4
Sp2-4

Ꝋ

Ꝋ1

Ꝋ2

0,53

0,67

0,55
0,61

0,23
0,47

D
2,446
-112,9
-128,9

Kết quả thu được cho thấy PVA hấp phụ bề mặt catôt tại các đỉnh lồi, quá trình
hấp phụ này làm cản trở quá trình kết tủa kim loại tại các điểm nhô, kim loại kết tủa
tại các đỉnh lồi giảm xuống, kim loại sẽ kết tủa tại các vị trí lõm lân cận giúp san bằng
bề mặt.
Quá trình hấp phụ này cũng làm giảm sự tăng nhanh kích thước hạt, khi kim loại
kết tủa tại một điểm thì điểm đó sẽ nhô cao hơn, đồng thời xảy ra phản ứng (3.9):
Zn2+ + 2e- = Zn
(3.9)
Sẽ làm cho mật độ điện tử tại vị trí đó giảm hơn so với các vị trí xung quanh, vị
trí kẽm vừa kết tủa sẽ có điện tích dương hơn các vị trí xung quanh, phân tử PVA có
nhóm OH phân cực âm (OH-) sẽ đi đến, hấp phụ lên bề mặt làm cản trở quá tình kết
tủa, kích thước hạt khơng tăng lên mà tạo thêm nhiều hạt mới xuất hiện tại vị trí lân
cận, q trình này tạo ra các hạt mạ có kích thước nhỏ mịn, bề mặt lớp mạ đồng đều
hơn.
3.2.3.Ảnh hưởng của khối lượng phân tử PVA tới độ bóng và khoảng bóng
(phương pháp Hull)
Phương pháp Hull cho thấy khi thêm PVA vào dung dịch mạ với các nồng độ

khác nhau, đều có tác dụng làm mịn tinh thể so với các lớp mạ trong dung dịch không
chứa PVA.
Khi tăng nồng độ PVA, bề mặt kết tủa kẽm trở nên mịn hơn, độ bóng và khoảng
bóng được mở rộng. Có thể giải thích rằng khi có PVA, phản ứng (3.6) đã được thay
đổi. PVA có thể thay thế sự hiện diện của H2O trong Zn(OH)3(H2O)- và trở thành
Zn(OH)3(PVA)- như phản ứng (3.7) ở trên. Kết quả là phản ứng (3.6) trở thành (3.10)
dưới đây:
Zn(OH)3(PVA)- + e → Zn(OH)2- + OH- + PVA
(3.10)
Giả thiết phản ứng (3.10) chậm hơn nhiều so với (3.6) do năng lượng cần thiết để
phá vỡ phức PVA, sẽ giải thích các tính chất làm mịn tinh thể hạt mạ của PVA trong
dung dịch mạ [12]. Kết quả của nghiên cứu ảnh hưởng của PVA tới quá trình mạ


9
bằng phương pháp Hull, cho kết quả phù hợp với các đường cong phân cực. Nếu nồng
độ PVA tăng, phức hợp Zn(OH)3(PVA)- tạo ra nhiều hơn và do đó sự kết tủa kẽm cần
nhiều năng lượng hơn để phá vỡ phức, dẫn đến giảm mật độ dòng mạ ở mẫu mạ trong
dung dịch có nồng độ PVA cao.

Hình 3.14. Hình ảnh lớp mạ kẽm Hull
trong dung dịch mạ kẽm kiềm có và
khơng có PVA – 05

Hình 3.15. Hình ảnh lớp mạ kẽm
Hull trong dung dịch mạ kẽm kiềm có
và khơng có PVA - 16

3.1.3. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử polivinyancol (PVA) tới hình thái học
lớp mạ.

Hình 3.16. Ảnh SEM cuả lớp mạ kẽm trong dung dịch mạ kẽm
kiềm chứa PVA - 05 ở mật độ dòng 0,5 A/dm2
Sự có mặt của PVA-16 và PVA-05 trong dung dịch mạ làm giảm kích thước hạt
mạ, thay đổi hình thái học lớp mạ kẽm ở cả 2 mật độ dòng nghiên cứu, cho lớp mạ
xít chặt, mịn, đồng đều và bán bóng,


10
3.1.4. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử PVA tới khả năng phân bố (sự đồng đều
lớp mạ) và hiệu suất mạ
Ảnh hưởng của PVA tới khả năng phân bố (sự đồng đều lớp mạ).
Bảng 3.7. Khả năng phân bố của hệ mạ có và khơng có PVA
TT

Nồng độ phụ Khả năng phân bố (0,5 A/dm2)
gia (g/L)
PVA-05
PVA - 16
30,2
30,2
0

Khả năng phân bố ở (2 A/dm2)
PVA-05
PVA - 16

25,9
25,9
2

0,05
40,1
42,7
37,8
40,6
3
0,10
47,9
44,1
44,9
49,2
4
0,25
62,3
55,8
56,3
52,1
5
0,50
64
76,2
64,7
64,3
6
1,0
72,2
77,2
70,9
70,3
Kết quả bảng 3.9 cho thấy thêm PVA vào trong dung dịch mạ thì khả năng phân

bố của quá trình mạ tăng. Sự tăng phân bố phụ thuộc nhiều vào nồng độ PVA trong
dung dịch mạ, trong khi ít phụ thuộc vào mật động dòng làm việc.
PVA-16 phân tử lượng lớn hơn PVA-05, đồng thời cũng tác động tới khả năng
phân bố lớp mạ lớn hơn so với PVA-05.
a. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử PVA tới hiệu suất mạ
1

Bảng 3.10. Hiệu suất mạ của hệ mạ có và khơng có PVA
TT

Nồng độ phụ
gia (g/L)
0

Hiệu suất mạ ở (0,5 A/dm2)
PVA -05
PVA - 1600

Hiệu suất mạ ở (2A/dm2)
PVA-05
PVA - 1600

80,7
80,7
79,2
79,2
2
0,05
72,7
73,9

39,91
56,65
3
0,10
67,1
69,3
23,53
41,8
4
0,25
49,08
55,8
11,59
19,89
5
0,50
34,92
36,2
7,56
9,15
6
1,0
15,93
15,2
7,18
7,43
Sự có mặt của PVA trong dung dịch mạ kẽm kiềm làm giảm hiệu suất mạ so với
q trình mạ kẽm trong dung dịch khơng chứa PVA.
1

3.2.

Ảnh hưởng của BT tới quá trình mạ kẽm

3.2.1. Ảnh hưởng của BT tới phân cực catôt
Các đường phân cực được đo trong dung dịch mạ kẽm kiềm không chứa phụ gia
và dung dịch mạ kẽm kiềm chứa BT với nồng độ và khối lượng phân tử thay đổi để
đánh giá ảnh hưởng của nồng độ và khối lượng phân tử BT đến quá trình mạ.


11

Hình 3.20. Đường cong phân cực catơt điện cực thép trong dung dịch mạ kẽm
kiềm khơng xyanua khơng có BT và có BT ở các nồng độ khác nhau từ -1,2
đến -1,8V, tốc độ quét 2mV/s, 250C
Kết quả cho thấy BT có khối lượng phân tử lớn hơn BT-200, BT-700, ít ảnh
hưởng tới phân cực catơt hơn các BT có khối lượng phân tử thấp BT-12, BT-18 (Hình
3.21). Do cùng nồng độ thì các BT có khối lượng phân tử thấp chứa nhiều phân tử
hơn, tham gia vào phản ứng tại nhiều vị trí hơn.
3.2.2. Nghiên cứu các q trình tác động của các phụ gia BT trong quá trình mạ
bằng phương pháp phân cực vòng
Bảng 3.9. Các giá trị đỉnh píc của các
q trình mạ trong dung dịch có và khơng có BT-18
Dung
dịch

S0
SB2-1
SB2-2
SB2-3

SB2-4
SB2-5

ECo

EI’c

EI’c

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

-1,48
-1,48
-1,48
-1,48
-1,48
-1,48

-1,52
-1,52
-1,53
-1,53
-1,52

-1,59
-1,56
-1,59
-1,6
-1,65

ȠI’c
(V)

ȠI”c
(V)

-0,04
-0,04
-0,05
-0,05
-0,04

-0,11
-0,08
-0,05
-0,05
-0,04

Ip(I’c) Ip(I”c)
mA/cm2 mA/cm2

27,70
18,60

32,70
30,90
18,50

40,7
43,18
39,76
41,58
43,10


12

Hình 3.23. Phân cực vịng trong dung dịch mạ kẽm kiềm chứa BT-700 với các
nồng độ khác nhau từ -0,5 đến -1,65 V, tốc độ quét 2 mV/s, 250C
Bảng 3.10. Các giá trị đỉnh píc của các
q trình mạ trong dung dịch có và khơng có BT-700
Dung
dịch

S0
SB4-1
SB4-2
SB4-3
SB4-4
SB4-5

ECo

EI’c

EI’c

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

VAg/AgCl
(V)

-1,48
-1,48
-1,48
-1,48
-1,48
-1,48

-1,54
-1,53
-1,53
-1,51
-1,51

-1,60
-1,60
-1,60
-1,60
-1,60

Hình 3.26 Thế mạch vòng thay đổi tốc
độ quét trong dung dịch mạ chứa BT700 từ -0,5 đến -1,65 V, 250C

ȠI’c
(V)

-0,06
-0,05
-0,049
-0,032
-0,032

ȠI”c
(V)

-0,12
-0,12
-0,12
-0,12
-0,12

Ip(I’c) Ip(I”c)
mA/cm2 mA/cm2

42,37
29,70
24,23
13,85
11,80

53,6
55,63
38,90
29,30
28,50

Hình 3.27. Đồ thị sự phụ thuộc của i
vào v1/2 quét trong dung dịch mạ kẽm
kiềm chứa BT-700


13
Bảng 3.11. Các giá trị trên đồ thị sự phụ thuộc của i vào v1/2
quét trong dung dịch mạ kiềm và dung dịch mạ kiềm chứa BT
R2
Hệ số a (phản ánh hệ
b
số khuếch tán D)
S0
0,9942
244,6
-6,3
SB2-4
0,9499
-181,3
0,045
SB4-4
0,9678
-77,7

5,63
Kết quả cho thấy, sự có mặt của BT trong dung dịch mạ làm cho hệ số góc a
(phản ánh hệ số góc D) của đường thẳng phụ thuộc của i vào v1/2 giảm, có thể nói
rằng BT-18 và BT 700 đều làm tăng quá thế khuếch tán trong dung dịch mạ.
Bảng 3.12 Khả năng che phủ của BT
Dung dịch
S0
SB2-4
SB4-4

Ꝋ

Ꝋ1

Ꝋ2

0,49
0,61

0,37
0,56

0,25
0,43

D
244,6
-181,3
-77,7

Kết quả bảng 3.12 cho thấy BT hấp phụ bề mặt catôt tại các đỉnh lồi, quá trình
hấp phụ này làm cản trở quá trình kết tủa kim loại tại các điểm nhô, kim loại kết tủa
tại các đỉnh lồi giảm xuống, kim loại sẽ kết tủa tại các vị trí lõm lân cận giúp san bằng
bề mặt.
Quá trình hấp phụ này cũng làm ngăn cản sự tăng nhanh kích thước hạt, khi kim
loại kết tủa tại một điểm thì điểm đó sẽ nhơ cao hơn, đồng thời xảy ra phản ứng (3.9):
Zn2+ + 2e = Zn
Sẽ làm cho mật độ dịng điện tại vị trí đó giảm hơn so với các vị trí xung quanh,
vị trí kẽm vừa kết tủa sẽ có điện tích dương hơn các vị trí xung quanh, phân tử BT có
nhóm chức -N= có đơi điện tử tự do sẽ đi đến, hấp phụ lên bề mặt làm cản trở quá
tình kết tủa, kích thước hạt khơng tăng lên mà tạo thêm nhiều hạt mới xuất hiện tại vị
trí lân cận, quá trình này tạo ra các hạt mạ có kích thước nhỏ mịn, bề mặt lớp mạ đồng
đều hơn.
BT khối lượng phân tử lớn hơn có độ che phủ cao hơn so với BT có khối lượng
phân tử nhỏ hơn.
Nghiên cứu sự ổn định của quá trình mạ trong dung dịch chứa phụ gia Poliamin
Đo Đường cong phân cực 10 vòng quét trong dung dịch mạ chứa BT, kết quả cho
thấy từ vòng 1 đến vòng 6 chiều cao pic giảm dần, điều này cho thấy trong các vòng
quét đầu tiên lớp mạ cịn có những đỉnh lồi, các đỉnh lồi được san bằng sau các vòng
quét. Sau vòng quét thứ 5, các vòng quét từ vòng 6, 7, 8, 9, 10 có chiều cao pic trùng
nhau, điều này cho thấy, bề mặt lớp mạ đã trở nên bằng phẳng sau 5 vòng quét.


14
3.3.4. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT tới độ bóng và khoảng bóng (phương
pháp Hull)

Hình 3.29. Hình ảnh lớp mạ kẽm Hull Hình 3.30. Hình ảnh lớp mạ kẽm Hull
trong dung dịch mạ kẽm kiềm có và
trong dung dịch mạ kẽm kiềm có và

khơng có BT-18
khơng có BT-12
Bảng 3.13. Khoảng bóng và độ bóng lớp mạ trong dung dịch có
và khơng có BT trên tấm Hull
TT
1
2
3
4
5
6

Nồng độ
phụ gia
(g/L)
0,00
0,05
0,1 0
0,25
0,5 0
1 ,00

BT-18
0,0

Độ bóng cao nhất đo được ở góc
60o
BT-12 BT-700 BT20 BT-18 BT-12
0,0
0,0

0,0
0,0
0,0

< 2,0
< 5,5
< 5,5
< 4,0
< 3,0

< 1,0
< 3,0
< 4,0
< 5,0
<10,0

Khoảng bán bóng (A/dm2)
BT-700
0,0

BT20
0,0

0,0
< 6,0
0,0
< 6,5
<5
<5,0
0,7÷10 <7,0

<10 Cả tấm

0,0
0,0
11,6
51,4
56,7

2,6
4,3
7,2
39
38,0

2,1
4,0
8,3
15,7
14,0

1,4
3,7
5,4
9,5
6,1

Các BT được thêm vào dung dịch mạ kẽm kiềm ở nồng độ 0,05 g/L cho lớp mạ
mịn hơn, nhìn có vẻ đồng đều hơn ở các mật độ dịng, phân bố lớp mạ trên tấm Hull
tốt hơn so với lớp mạ trong dịch kẽm kiềm khơng có BT. Khi tăng nồng độ BT trong

15
dung dịch mạ lên 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 g/L lớp mạ trên tấm Hull có khoảng bán bóng
rộng hơn, độ bóng tăng.
BT-200 được thêm vào dung dịch mạ ở nồng độ 1 g/L lớp mạ bán bóng trên tồn
bộ tấm Hull. Tuy nhiên, độ bóng đo được có giảm so với mẫu 0,5 g/L.
Ảnh hưởng của BT đến độ bóng lớp mạ của: BT-700, BT-200 > BT-18, BT-12.
Ảnh hưởng của BT đến khoảng bóng lớp mạ của: BT-700, BT-200 > BT-18, BT12.
Sau khi tiến hành nghiên cứu theo phương pháp Hull đánh giá sơ bộ được mức
độ ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT đến quá trình mạ (khoảng bóng và độ bóng
lớp mạ). Cần thêm những nghiên cứu khác, để đánh giá ảnh hưởng của khối lượng
phân tử BT đến quá trình mạ. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo chỉ cần tiến hành
ở khu vực mật độ dịng mà các phụ gia này có tác dụng nhiều nhất.
3.3.5. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT tới hình thái học lớp mạ

Hình 3.40. Hình thái học lớp mạ mạ trong dung dịch chứa BT 700
ở mật độ dòng 5A/dm2
Kết quả cho thấy các poliamin phân tử lượng cao BT-12 và BT-18 ảnh hưởng
đến hình thái học bề mạ, lớn hơn, các poliamin phân tử lượng thấp BT-200 và BT700. Các hình ảnh lớp mạ trong dung dịch khơng chứa phụ gia ở các mật độ dịng 0,5
A/dm2 và 5,0 A/dm2 (M0) cho thấy, khi mạ trong dung dịch khơng chứa phụ gia, mật
độ dịng ảnh hưởng lớn đến kích thước hạt mạ.
3.3.6. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT tới hiệu suất mạ và khả năng phân
bố
a. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT tới hiệu suất mạ


16
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử và nồng độ
poliamin đến hiệu suất mạ
TT

Nồng độ
phụ gia
(g/L)
0,0

Hiệu suất mạ ở (0,5 A/dm2)
BT-12

Hiệu suất mạ ở (5 A/dm2)

BT-18 BT-200 BT-700 BT-12 BT-18 BT-200 BT-700

80,7
80,7 80,7 80,7 79,2 79,2 79,2
79,2
2
0,05
25,5
23,8 81,8 59,8 28,1 27,8 39,3
70,9
3
0,1 0
19,2
19,1 79,4 57,4 25,3 27,2 35,3
47,1
4
0,25
18,1
18,3 63,6 53,3 21,1 22,4 31,1

31,4
5
0,50
17,2
18,3 58,2 46,3 17,6 17,2 25,9
22,2
6
1,0
14,1
16,7 46,1 36,7 17,1 16,9 22,1
21,9
Với sự có mặt của BT trong dung dịch mạ, làm giảm hiệu suất mạ so với mẫu mạ
trong dung dịch mạ không chứa poliamin.
b. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử BT tới khả năng phân bố (phương pháp Haring
- Blum)
1

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử và nồng độ BT
đến khả năng phân bố

TT

1

Khả năng phân bố (0, 5A/dm2)
(%)

Nồng độ
phụ gia
(g/L)

BT-12

0,0

80,7

Khả năng phân bố ở (5 A/dm2)
(%)
BTBT-18 BT-200 BT-700 BT-12 BT-18 BT-200
700

80,7

30,2 30,2 25,9 25,9 25,9 25,9
38,2
2
0,05
38,9
37,5 48,4 38,6
41
37,2 41,8
39
3
0,10
39,2
38,8 49,5 39,8 42,9
39
42,4
4

0,25
44,9
45
42,5 58,3 45,3 45,6 43,1 43,6
5
0,50
51
50,5
49,6 60,8 53,7 51,2 52,6 46,3
6
1,0
58,7
60,1
60
66,6 62,1 59,3 61,3 49,1
Bảng 3.15. Cho thấy khi poliamin được thêm vào dung dịch mạ với các nồng độ
và khối lượng phân tử khác nhau đều tăng phân bố so với khi mạ trong dung dịch mạ
không chứa BT.
Sự tăng phân bố phụ thuộc nhiều cả vào nồng độ, khối lượng phân tử và phụ
thuộc vào mật động dòng làm việc BT trong dịch mạ. Khi mạ ở mật độ dòng làm việc
cao, phân bố kém hơn so với mạ ở mật độ dòng làm việc thấp.


17
3.4.

Ảnh hưởng của natrisilicat và hệ poliamin – natrisilicat với quá trình mạ
kẽm

3.4.1. Ảnh hưởng của poliamin và natrisilicat đến phân cực catôt

Sau khi nghiên cứu, ảnh hưởng của khối lượng phân tử và nồng độ poliamin, tới
quá trình mạ kẽm trong bể mạ kiềm không xyanua, chọn được BT-700 nồng độ 0,5
g/L làm phụ gia cơ sở. Poliamin BT-700 làm mịn tinh thể, cho lớp mạ bán bóng, độ
bóng đo được cao, khoảng bán bóng 0,8 đến trên 10,2 A/dm2. Tuy nhiên, bề mặt lớp
mạ khơng đồng đều, thí nghiệm cần tiến hành rất cẩn thận vì rất nhạy tạp, khó để sử
dụng cho cơng nghiệp. Mạ trong dung dịch mạ chỉ chứa phụ gia BT-700 cho hiệu
suất catôt thấp, ở khoảng mật độ dòng < 0,8 A/dm2 lớp mạ tối đen, vì vậy, cần kết
hợp với phụ gia thứ 2 để tăng tính ổn định của phụ gia cơ sở trong hệ mạ, tăng hiệu
suất mạ và mở rộng khoảng bán bóng về phía mật độ dịng thấp.
3.4.2. Ảnh hưởng của poliamin và natrisilicat đến phân cực catôt
. Kết quả cho thấy Poliamin và natrisilicat, được thêm vào dung dịch mạ đều tăng
phân cực catôt so với phép đo trong dung dịch mạ không chứa poliamin và natrisilicat.
Natrisilicat làm tăng phân cực catôt nhưng không làm thay đổi thế kết tủa kẽm, trong
khi poliamin làm chuyển dịch thế kết tủa của kẽm về phía âm hơn, từ -1.48 lên -1.62
V (Hình 3.43a).

Hình 3.43. Đường cong phân cực catot điện cực thép trong dung dịch mạ kẽm
kiềm không xyanua không chứa BT và chứa BT+ Natrisilicat ở các nồng độ khác
nhau, từ -1,2 đến -1,8 V, tốc độ quét 2 mV/s, 250C
Nồng độ natrisilicat trong dịch mạ tăng thì phân cực catơt tăng. Phép đo trong
dung dịch mạ có nồng độ natrisilicat lớn nhất 8 g/L cho phân cực lớn nhất.
Khi thêm natrisilicat 8 g/L vào dung dịch mạ kẽm kiềm cho thấy phân cực catôt
tăng khi modun natrisilicat tăng. Các đường phân cực đo trong dung dịch kẽm kiềm
có poliamin và natrisilicat các modun khác nhau đều xuất hiện 1 đỉnh hấp phụ, đỉnh
hấp chuyển dịch về phía âm hơn khi tăng modun natrisilicat.


18
3.4.3 Ảnh hưởng của poliamin và natrisilicat đến độ bóng và khoảng bóng lớp
mạ kẽm trong bể mạ kiềm khơng xyanua theo phương pháp Hull.

Hình 3.44. Ảnh Hull lớp mạ trong dung dịch mạ có BT,
hệ BT-natrisilicat nồng độ và mođun khác nhau.
Hàng 1: Mẫu Hull mạ trong các dung dịch tương ứng,(b) S0: dung dịch NaOH 14 g/L + ZnO 15
g/L, (a)SB4-4 dung dịch S0 + 0,51 g/L BT-700 ,(c) Sn dung dịch S0 + 4 g/L natrisilicat,
Hàng 2: Mẫu Hull mạ trong các dung dịch tương ứng,(d) Mn1-1:S0 + 4 g/L natrisilicat modun 1
(e) Mn1-2:S0 + 8 g/L natrisilicat modun 1, (f) Mn1-3: S0 + 16 g/L natrisilicat modun 1,
Hàng 3: Mẫu Hull mạ trong các dung dịch tương ứng,(d) Mn2-1:S0 + 4 g/L natrisilicat modun
2,5 (e) Mn2-2:S0 + 8 g/L natrisilicat modun 2,5, (f) Mn2-3: S0 + 16 g/L natrisilicat modun 2,5,
Hàng 4: Mẫu Hull mạ trong các dung dịch tương ứng,(d) Mn3-1:S0 + 4 g/L natrisilicat modun 3
(e) Mn3-2:S0 + 8 g/L natrisilicat modun 3, (f) Mn3-3: S0 + 16 g/L natrisilicat modun 3,

Các kết quả nghiên cứu cho thấy poliamin tác dụng lên tất cả các tính chất nghiên
cứu, đối với q trình mạ kẽm trong bể mạ kiềm không xyanua. Trong khi natrisilicat
chỉ tác dụng đến một số tính chất của q trình mạ.
Poliamin làm tăng phân cực catôt và chuyển dịch thế kết tủa của kẽm về phía âm
hơn từ -1.48 đến -1.62 V. Natrisilicat chỉ tác động đến phân cực catôt nhưng không
làm chuyển dịch thế kết tủa kẽm.
Phương pháp Hull chỉ ra, sự có mặt của poliamin trong dung dịch mạ làm mịn
tinh thể, lớp mạ bán bóng trên gần như toàn bộ tấm Hull. Thêm natrisilicat tạo lớp
mạ sáng hơn và đồng đều hơn.
Nghiên cứu hình thái học bề mặt cho thấy thêm poliamin kích thước hạt giảm
mạnh và khơng rõ hạt. Kích thước hạt khối khoảng 5 đến 7 µm ở mẫu mạ trong dung
dịch không chứa trong poliamin sang bề mặt bẳng phẳng khơng cịn rõ các hạt ở mẫu
mạ trong dung dịch thêm poliamin. Khi chỉ thêm natrisilicat không làm giảm đáng kể


19
kích thước các hạt tuy nhiên nhận thấy các hạt có sự đồng đều hơn. Khi thêm
natrisilicat và trong dịch mạ chứa poliamin cũng nhận thấy sự đồng đều hơn trên bề

mặt lớp mạ.
Khi thêm natrisilicat ít ảnh hưởng đến hiệu suất mạ nhưng lại làm tăng đáng kể
khả năng phân bố lớp mạ.
Sau nghiên cứu lựa chọn được hệ phụ gia 2 thành phần như sau:
Bảng 3.20. Hệ phụ gia luận án và các thơng số của hệ
poliamin
BT-700
0,5 g/L
3.4.

Natrisilicat

Khoảng
bóng

Độ bóng

Hiệu suất
(%)

Phân bố
(%)

Modun 3/8 g/L

0,06÷trên10
A/dm2

109.9
139.5

117

45,1

66,2

Nghiên cứu các q trình tác động của các phụ gia đến quá trình mạ

3.5.1. Nghiên cứu quá trình đi vào thành phần lớp mạ của các phụ gia bằng phổ
hồng ngoại.
Phụ gia và các lớp mạ trong dung dịch mạ kẽm kiềm và dung dịch mạ kiềm chứa
các phụ gia, được chụp phổ hồng ngoại, để nghiên cứu sự tham gia vào thành phần
lớp mạ của các phụ gia.
Kết quả phổ hồng ngoại cho thấy PVA và polyamin không tham gia vào thành
phần màng.
3.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia đến tinh thể kẽm bằng phương pháp
XRD.
Ảnh hưởng của các phụ gia đến tinh thể kẽm được nghiên cứu bằng phương pháp
XRD.
Nghiên cứu theo phương pháp XRD cho kết quả: tinh thể kẽm thay đổi tỷ lệ ở
các mặt phẳng khác nhau, kết hợp với các nghiên cứu hình thái học bề mặt, nghiên
cứu Hull cho thấy sự thay đổi tỷ lệ này lớp cho các hạt mạ được xắp xếp chặt khít
hơn, bề mặt lớp mạ nhẵn hơn tạo độ bóng và độ bám dính tốt hơn. Kết quả phân tích
giản đồ XRD (bảng 0.21) tinh thể mạ trong các dung dịch chứa và không chứa phụ
gia cho thấy: các lớp mạ kẽm trong dung dịch mạ kiềm chứa và không chứa phụ gia
PVA, phụ gia BT ở cả 2 mật độ dịng nghiên cứu đều cho kích thước tinh thể kẽm
dạng lục giác. Sự thay đổi rõ rệt nhất là sự hình thành mặt 100 ở cả hai phụ gia nghiên
cứu. Kết quả này cũng đã được chỉ ra trong nghiên cứu của Aparicio [17]. Vả lại,
phân tích kích thước tinh thể hạt mạ trong các dung dịch mạ, cho thấy khi thêm phụ
gia vào dung dịch mạ thì kích thước tinh thể hạt mạ có sự thay đổi.

20
3.6.

So sánh tính chất của lớp mạ với hệ mạ kẽm kiềm thương mại và các hệ
mạ khác

Hệ mạ kẽm kiềm của luận án, các hệ thương mại, được thêm phụ gia, với các
nồng độ tối ưu và cận trên, cận dưới, theo tại liệu kỹ thuật, gọi là nồng độ trung bình,
nồng độ cao, nồng độ thấp, điện phân theo các phương nghiên cứu khác nhau, để so
các tính chất của lớp mạ và hệ mạ.
3.6.1. Ảnh hưởng của nồng độ các chất phụ gia trong các hệ mạ kẽm tới độ bóng
của lớp mạ và dải mật độ dịng thích hợp, bằng phương pháp Hull.
Các hệ thương mại, được thêm phụ gia, với các nồng độ theo tại liệu kỹ thuật,
điện phân, áp dòng 2 A, để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ phụ gia đến khoảng
bóng và độ bóng lớp mạ. Nghiên cứu so sánh chất lượng những ưu điểm và hạn chế
của lớp mạ kẽm được tạo thành từ hệ phụ gia 2 thành phần đề xuất với các lớp mạ tạo
thành từ các phương pháp khác cho kết quả hình 3.50 và bảng 3.22: Độ bóng lớp mạ
kẽm được tạo thành từ hệ phụ gia 2 thành phần đề xuất khá cao so với lớp mạ kẽm
tạo thành từ hệ mạ kẽm kiềm thương mại.

Hình 3.51. Ảnh Hull của mẫu mạ trong các hệ mạ
Hàng 1: Mẫu mạ trong các hệ mạ không chứa phụ gia
Hàng 2: Mẫu mạ trong hệ mạ kẽm kiềm không xyanua của luận án
Hàng 3: Mẫu mạ trong hệ mạ kẽm kiềm không xyanua thương mại
Hàng 4: Mẫu mạ trong hệ mạ kẽm amoni - clorua thương mại

Bên cạnh đó lớp mạ cịn cần cải thiện về khoảng bóng ở khu vực mật độ dịng
thấp.

Hệ mạ kẽm clorua có độ bịng và khoảng bóng tốt tuy nhiên có nhược điểm là
gây ô nhiễm môi trường, chất thải chứa ion amoni khó xử lý.


21

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Bảng 3.22. Độ bóng và khoảng bóng
của lớp mạ kẽm trong bể mạ kẽm chứa các phụ gia khác nhau.
Độ bóng góc 600
Mẫu mạ
trong dung
Khoảng bóng
Mật độ
Mật độ
Mật độ
dịch
dịng cao

dịng tb
dịng thấp
Mo
0,0
0,0
0,0
0,0
Ma-1
0,8÷10,2 A/dm2
96,7
98,8
91,1
Ma-2
0,4÷10,2 A/dm2
107,4
113,9
109,3
2
Ma-3
0,4÷ 10,2 A/dm
109,9
139,5
117
2
Mt-1
0÷ 10,2 A/dm
83,5
87,4
83,7
Mt-2

0÷ 10,2 A/dm2
86,1
87,0
98,9
0÷ 10,2 A/dm2
0
0÷ 10,2 A/dm2
0÷ 10,2 A/dm2
0÷ 10,2 A/dm2

Mt-3
Mc
Mc-1
Mc-2
Mc-3

105
0
164
384
166,1

103,2
0
163
380
158

120
0

155
348
158

Ảnh hưởng của nồng độ phụ gia trong các hệ mạ kẽm tới hiệu suất mạ và khả
năng phân.
Các hệ được thêm phụ gia để nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất mạ
và khả năng phân bố. Các thí nghiệm được tiến hành ít nhất 3 lần để lấy kết quả trung
bình.
Bảng 3.23. Hiệu suất mạ và khả năng phân bố cuả quá trình mạ
trong dung dịch chứa các phụ gia khác nhau.
Dung dịch mạ
S0
Sa-1
Sa-2
Sa-3
St-1
St-2
St-3
Sc
Sc-1
Sc-2
Sc-3

Hiệu suất mạ
(%)
79,2
52,616
45,1
35,560

51,02
47,692
44,836
98,176
87,353
78,077
95,393

Khả năng phân bố
(%)
25,2
61,246
66,2
77,384
73,31
80,282
86,228
26,225
32,132
38,372
32,92


22
Nghiên cứu so sánh những ưu điểm và hạn chế của quá trình mạ kẽm từ hệ phụ
gia 2 thành phần đề xuất với các quá trình mạ từ các phương pháp khác cho kết quả
bảng 3.23: Khi sử dụng hệ phụ gia đề xuất ở nồng độ thấp cho q tình mạ có hiệu
suất mạ tương đương với hệ phụ gia mạ kẽm kiềm thương mại, khả năng phân bố cao
hơn so với hệ mạ kẽm amoniclorua.
Bên cạnh đó q trình mạ cịn cần cải thiện về phân bố và hiệu suất mạ khi sử

dụng hệ phụ gia ở nồng độ cao, điều này là do hệ phụ gia 2 thành phần đề xuất chưa
hồn chỉnh, vì vậy cần những nghiên cứu tiếp theo để phối hợp thêm các thành phần
phù hợp.

KẾT LUẬN
1- Đã khảo sát ảnh hưởng của các phụ gia nhóm poliamin và nhóm Polivinyl ancol
có khối lượng phân tử khác nhau đến các tính chất của lớp mạ kẽm được tạo thành
từ quá trình mạ kiềm. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các phụ gia có khối lượng
phân tử, nồng độ sử dụng đến tính chất lớp mạ cho thấy phụ gia poliamin BT-700
nồng độ 0,5 g/L cho chất lượng lớp mạ tốt nhất.
2- Sự tác động của hệ phụ gia đến các tính chất của quá trình mạ và lớp mạ bước đầu
được tìm hiểu thông qua các phương pháp đo phân cực catôt, đo phân cực vòng,
phương pháp phổ hồng ngoại và phân tích nhiễu xạ tia A. Kết quả tìm hiểu cho
thấy hệ phụ gia tác động đến các tính chất của q trình mạ thơng qua q trình
hấp phụ và giải hấp phụ, thay đổi thế kết tủa, thế khuếch tán, thay đổi cấu trúc tinh
thể, tăng khả năng phân bố và giảm hiệu suất dịng catơt.
3- Đã nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp 2 phụ gia gồm poliamin và natrisilicat cho
thấy chất lượng lớp mạ được cải thiện rõ rệt, độ bóng và khoảng bóng, khả năng
phân bố tăng, lớp mạ đồng đều hơn so với khi chỉ sử dụng một phụ gia. Từ kết
quả khảo sát thu được đã đề xuất một hệ phụ gia 2 thành phần phù hợp gồm:
Poliamin BT-700 - 0,5 g/L + natrisilicat modun 2 -8 g/L
4- Đã tiến hành nghiên cứu nhằm so sánh chất lượng những ưu điểm và hạn chế của
lớp mạ kẽm được tạo thành từ hệ phụ gia 2 thành phần đề xuất với các lớp mạ tạo
thành từ các phương pháp khác cho kết quả: Lớp mạ kẽm được tạo thành từ hệ
phụ gia 2 thành phần đề xuất khá cao so với lớp mạ kẽm tạo thành từ hệ mạ kẽm
kiềm thương mại.

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Luận án đã nghiên cứu ảnh hưởng của natri silicat đến q trình mạ và tính
chất của lớp mạ nhận được. Natri siliacat khi dùng riêng biệt gần như khơng

ảnh hưởng đến q trình mạ và tính chất lớp mạ nhưng khi sử dụng hỗn hợp
với polyamin BT 700 đã gia tăng ảnh hưởng tích cực của phụ gia này: Khả


23
năng phân bố của dung dịch mạ được cải thiện, lớp mạ nhận được có độ bóng
lớp mạ cao và đồng đều hơn.
2. Đã đề xuất hệ phụ gia cơ bản gồm 2 thành phần (silicat modul 2 và
polyamin BT 700) cho bể mạ kẽm kiềm. Các nghiên cứu so sánh hệ phụ gia
của luận án và hệ phụ gia thương mại cho thấy, đây là nền tảng ban đầu cho
những nghiên cứu tiếp theo kỹ lưỡng hơn để có thể ứng dụng các kết quả
nghiên cứu vào thực tế.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
1. Qualy reinforcement of electroplating zinc coatingselectrodeposited from
cyanide free alkaline solution by poliamine 70.000 and Polivinyl alcohol 16.000.
“Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Nguyen Thi Cam Ha, Hoang Thi Huong Thuy,
Hoang Van Hung” Vietnam Journal of Science and Technology, 55 (5B), 18-26
(2017)..
2. The effect of poliamine 70000 (BT-700) on the zinc plating process in the noncyanide alkaline plating bath. Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Nguyen Thi Thanh
Huong, Nguyen Van Khuong, Nguyen Van Chien, Le Duc Bao. Do Ngoc Bich. Tạp
chí hóa học, 55 (4), 400-405 (2017).
3. The effect of sodium silicate and poliamine – sodium silicate system on the
alkaline non-cyanide zinc plating process. “Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Le Duc
Bao, Nguyen Thi Thanh Huong, Nguyen Van Khuong, Nguyen Van Chien, Nguyen
Thi Cam Ha”. Vietnam Journal of chemistry, 55 (5e12), 425-429 (2017).
4. Effects of molecular weight of poliamine on the alkaline non-cyanide zinc
plating process. “Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Nguyen Thi Cam Ha, Nguyen
Quoc Dung, Hoang Thi Huong Thuy. Processdings Asam – 6, 616-621(2017).
5. The Effect of Polivinyl Alcohol 16000 on the Alkaline Non-Cyanide Zinc Plating
Process. “Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Le Duc Bao , Hoang Thai Hau and Hoang

Van Hung” Elixir Corrosion & Dye – 124, 52102-52105 (2018)