Đồ án tốt nghiệp hóa vô cơ tính toán thiết kế xưởng mạ kẽm treo sản phẩm tay gương xe máy năng xuất 75000m2 năm

Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Bản đồ án tốt nghiệp này thực hiện và hồn thành dưới sự giúp đỡ của các
thầy cơ, bạn bè và người thân của em. Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy
giáo – ThS. Nguyễn Xuân Huy, người đã quan tâm và trực tiếp hướng dẫn em
hoàn thành bản đồ án này. Em cũng chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô trong
bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi để cho em, cùng các bạn trong lớp có thể hồn
thành tốt nhất đồ án của mình.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới các bạn bè, người thân đã giúp đỡ
em trong suốt q trình làm đồ án.
Do cịn nhiều hạn chế về mặt kiến thức cũng như thời gian nên trong q
trình thiết kế khơng tránh khỏi sai sót, em kính mong được các thầy cơ chỉ bảo
thêm để em có thể hoàn thiện hơn bản đồ án này cũng như những kiến thức của
mình.
Em xin chân thành cám ơn!
Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Linh

ĐATN | 1

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.............................................................................................................7
PHẦN I. TỔNG QUAN.....................................................................................9
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT NGÀNH MẠ ĐIỆN............................................9
1.1.

LỊCH SỬ CỦA NGÀNH MẠ ĐIỆN......................................................9

1.1.1. Công nghệ mạ trên thế giới....................................................................9
1.1.2. Công nghệ mạ tại Việt Nam....................................................................9
1.2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ MẠ...........................................11

1.2.1. Khái niệm chung về mạ điện................................................................11
1.2.2. Bản chất của công nghệ mạ điện..........................................................12
1.2.3. Nguồn điện dùng trong cơng nghệ mạ điện hố.................................12
1.2.3.1.

Q trình catot.................................................................................13

1.2.3.2.

Q trình anot.................................................................................15

1.2.4. Sự hình thành lớp mạ...........................................................................15

1.3.

CƠNG NGHỆ MẠ KẼM......................................................................16

1.3.1. Các bước công nghệ..............................................................................16
1.3.2. Lớp mạ kẽm...........................................................................................16
1.3.3. Các dạng dung dịch, chế độ mạ kẽm...................................................17
1.3.3.1.

Mạ kẽm trong dung dịch axit..........................................................17

1.3.3.2.

Mạ kẽm từ dung dịch phức.............................................................18

2.2.

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ................................................................20

2.2.1. Chuẩn bị mạ...........................................................................................20
2.2.1.1.

Gia cơng cơ học...............................................................................20

2.2.1.2.

Tẩy dầu nóng...................................................................................21
ĐATN | 2

SVTH: Phạm Văn Linh

LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

2.2.1.3.

Tẩy dầu điện hóa.............................................................................21

2.2.1.5.

Hoạt hóa..........................................................................................22

2.2.2. Mạ kiềm kẽm treo.................................................................................22
2.2.3. Hồn thiện lớp mạ.................................................................................24
PHẦN II. THIẾT KẾ - TÍNH TỐN............................................................27
CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT.............28
1.1.

ĐẶT KHUNG THỜI GIAN LÀM VIỆC VÀ CHỌN CƠNG NGHỆ
SẢN XUẤT............................................................................................28

1.1.1. Đặc tính hàng mạ..................................................................................28
1.1.2. Chọn khung (gá) mạ..............................................................................28
1.1.3. Dây chuyền.............................................................................................29
1.1.4. Thời gian làm việc của xưởng..............................................................29
1.1.5. Đơn vị tải................................................................................................31

1.2.

TÍNH THỜI GIAN MẠ VÀ THỜI GIAN GIA CÔNG CÁC BỂ.....31

1.2.1. Thời gian mạ..........................................................................................31
1.2.2. Thời gian gia cơng các bể khác............................................................32
1.3.

TÍNH KÍCH THƯỚC BỂ VÀ CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA
DÂY CHUYỀN......................................................................................32

1.3.1. Tính kích thước bể................................................................................32
1.3.1.1.

Chiều dài trong của bể....................................................................32

1.3.1.2.

Chiều rộng trong của bể..................................................................33

1.3.1.3.

Chiều cao trong của bể....................................................................34

1.3.1.4.

Thể tích của bể.................................................................................34

1.3.2. Tính tốn thơng số cơ bản của dây chuyền.........................................35
1.3.2.1.

Tính nhịp ra hàng............................................................................35
ĐATN | 3

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

1.3.2.2.

Tính số bể mạ và số bể gia cơng.....................................................35

1.3.2.3.

Tính nhịp ra hàng thực tế...............................................................39

1.3.2.4.

Số dây chuyền tự động....................................................................39

1.3.2.5.

Năng suất của dây chuyền..............................................................39

1.3.2.6.

Hệ số sử dụng dây chuyền tự động.................................................40

1.4.

CẤU TRÚC CỦA DÂY CHUYỀN TỰ DỘNG VÀ CÁC THIẾT BỊ
PHỤ TRỢ...............................................................................................40

1.4.1. Cấu trúc của dây chuyền tự động........................................................40
1.4.2. Tính kích thước của dây chuyền..........................................................42
1.4.2.1.

Tính chiều dài của dây chuyền.......................................................42

1.4.2.2.

Chiều rộng của dây chuyền tự động...............................................42

1.4.2.3.

Chiều cao của dây chuyền...............................................................43

1.4.3. Các trang thiết bị phụ trợ.....................................................................43
1.4.3.1.

Máy sấy hàng mạ.............................................................................43

1.4.3.2.

Bể chứa dung dịch mạ....................................................................44

1.4.3.3.

Thiết bị lọc dung dịch mạ..............................................................44

1.4.3.4.

Các vấn đề khác..............................................................................44

1.5.

CHỌN NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU.................................................45

1.5.1. Cường độ dòng điện vào bể..................................................................45
1.5.2. Hiệu điện thế của bể..............................................................................45
1.5.3. Mật độ dịng thể tích.............................................................................47
1.5.4. Tính toán chọn nguồn điện một chiều.................................................47
1.5.5. Cách đấu nguồn điện............................................................................48
1.5.6. Chỉnh lưu cho bể điện giải ( tẩy điện hóa)..........................................48
1.6.

TÍNH TIÊU TỐN NƯỚC RỬA...........................................................49
ĐATN | 4

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.7.

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

XÁC ĐỊNH THƠNG GIĨ....................................................................51

1.7.1. Thể tích khơng khí cần hút khỏi mặt thống của bể..........................52
1.7.2. Phân luồng khí thải và chọn quạt........................................................55
1.8.

TÍNH TIÊU TỐN ĐIỆN NĂNG..........................................................56

1.8.1. Điện năng tiêu thụ cho nguồn điện một chiều trong một năm..........56
1.8.2. Điện năng tiêu thụ để chạy quạt thơng gió trong một năm...............57
1.8.3. Điện năng để chiếu sáng trong một năm.............................................57
1.8.4. Điện năng tiêu thụ máy sấy..................................................................58
1.8.5. Điện năng đun nóng bể tẩy dầu :.........................................................58
1.9.

TIÊU TỐN KHƠNG KHÍ NÉN...........................................................61

1.10. TIÊU HAO HĨA CHẤT VÀ TIÊU HAO ANỐT...............................61
1.10.1.

Tiêu hao hóa chất............................................................................61

1.10.1.1.

Tổn thất hóa chất trong một năm................................................61

1.10.1.2.

Lượng hóa chất tiêu tốn lúc đầu..................................................64

1.10.2.

Tính tiêu hao anot...........................................................................66

CHƯƠNG 2: PHẦN XÂY DỰNG, TỔ CHỨC SẢN XUẤT......................67
2.1.

XÂY DỰNG NHÀ XƯỞNG.................................................................67

2.1.1. Đặc tính xưởng mạ................................................................................67
2.1.2. Mặt bằng xưởng mạ..............................................................................67
2.1.3. Cấu trúc nhà xưởng..............................................................................70
2.2.

TỔ CHỨC SẢN XUẤT.........................................................................70

CHƯƠNG 3. AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI..............72
3.1.

VỆ SINH CƠNG NGHIỆP...................................................................72

3.1.1. Những quy định chung.........................................................................72
ĐATN | 5

SVTH: Phạm Văn Linh

LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

3.1.2. An toàn lao động....................................................................................73
3.2.

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.....................................................73

CHƯƠNG 4. HIỆU QUẢ KINH TẾ XƯỞNG MẠ......................................75
4.1.

CÁC KHOẢN CHI PHÍ.......................................................................75

4.1.1. Xây dựng và lắp đặt ban đầu...............................................................75
4.1.2. Chi phí hoạt động hàng năm................................................................75
4.2.

Doanh thu hàng năm.............................................................................77

4.3.

Khả năng thu hồi vốn............................................................................77

KẾT LUẬN......................................................................................................78

ĐATN | 6

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỞ ĐẦU
Mạ điện là một trong những phương pháp rất có hiệu quả để bảo vệ kim
loại khỏi ăn mịn trong mơi trường xâm thực và trong khí quyển. Các vật mạ
điện có giá trị trang sức cao, ngồi ra cịn có độ cứng, độ dẫn điện cao được áp
dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất thiết bị điện, oto, moto, xe đạp, dụng
cụ y tế, các hàng kim khí tiêu dùng v.v…Ở các nước cơng nghiệp, ngành mạ
điện phát triển rất mạnh.
Ở nước ta ngành mạ điện ln được hồn thiện để đáp ứng được nhu cầu
ngày càng phát triển của công nghiệp. Mấy năm gần đây, những kỹ thuật mới,
công nghệ mới về mạ đặc biệt là mạ trang sức, mạ vàng giả, mạ phi kim loại, mạ
phức tạp, mạ điện di v.v ... có nhiều thành quả nghiên cứu và ứng dụng phong
phú.
Sản phẩm tay gương xe máy Honda mạ lớp kẽm. Lớp kẽm bảo vệ sẽ giúp
tăng thêm tính thẩm mỹ cho sản phẩm và vảo vệ sản phẩm khỏi sự ăn mòn, han
gỉ của mơi trường, tăng độ bền cho hàng hóa trong sử dụng.
Sản phẩm mạ thì có nhiều cách thức, quy trình cơng nghệ khác nhau. Tuy
nhiên, với sản phẩm tay gương xe máy, khi chọn mạ kẽm trong môi trường
kiềm, sản phẩm mang trên mình nước mạ mịn hợn, độ đồng đều bề mặt cao hơn,

thụ động màu đen và chọn chế độ mạ kẽm kiềm cho ra màu sắc đạt chỉ tiêu cao
so với chế độ mạ khác.
Chọn quy trình mạ kẽm trên ngun liệu phơi thép với dung dịch mạ kiềm
KOH để đạt chất lượng cao và ít độc hơn so với chế độ mạ xianua.
Trong bản đồ án này nghiên cứu về dây chuyền mạ kẽm tự động Tay
gương xe gắn máy Honda với công suất 75000 m2 /năm với các nội dung thiết
kế sau:
● Phần 1. Tổng qt và cơng nghệ
● Phần 2. Tính tốn và thiết kế
ĐATN | 7

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

o Tính tốn thơng số kỹ thuật xưởng
o Xây dựng – tổ chức
o Vệ sinh – an toàn lao động
o Hiệu quả kinh tế
 Kết luận

ĐATN | 8

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11

Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN I. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT NGÀNH MẠ ĐIỆN
1.1.

LỊCH SỬ CỦA NGÀNH MẠ ĐIỆN

1.1.1. Công nghệ mạ trên thế giới
Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 của giáo
sư Luigi Brungnatelli. Tuy nhiên lúc đó người ta khơng quan tâm lắm đến phát
hiện của ông mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh đã phát
minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lần đầu tiên phương pháp mạ
điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì cơng nghiệp mạ chính
thúc phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các cơng nghệ mạ như:
mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là
bước ngoặt lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử.
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành cơng nghiệp hóa chất
và sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, cơng nghiệp mạ điện cũng phát
triển tới múc độ tinh vi. Sự phát triển của cơng nghiệp mạ điện đóng vai trị rất
quan trọng trong sự phát triển khơng chì của ngành công nghiệp khác.
Xét riêng khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới thứ 2, một loạt
các cơ sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đac phát trển mạnh mẽ và hoạt động một
cách độc lập. Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này

là do nhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công
nghiệp vừa và nhẹ.
1.1.2. Công nghệ mạ tại Việt Nam
Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành cơng nghiệp
mạ điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạn
trong giai đoạn những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay
tồn tại một cách độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng cơng ty cổ
ĐATN | 9

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

phần, công ty tư nhân và công ty liên doanh với nước ngồi. Các cơ sở này hầu
hết có quy mơ vừa và nhỏ, số ít có quy mơ lớn, được tập trung ở các thành phố
lớn với sản phẩm chủ yếu được mạ đồng, crom, kẽm, …Ngoài ra các loại hình
mạ điện đặc biệt như mạ cadini, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt, và mạ hợp kim cũng
được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại.
Ngành mạ điện trong nước hiện nay ngày càng được hồn thiện và phát
triển kỹ thuật và cơng nghệ mới đáp ứng nhiều lĩnh vực khác nhau:
● Lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, các thiết bị ngoài trời, mạ
các thiết bị chịu lực, ....
● Lĩnh vực viễn thông: mạ các cấu kiện trụ anten, thiếtbị phụ trợ khác, ...
● Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát
đĩa, các vật dụng gia đình, ...

● Trong ngành kỹ thuật cao: sản xuất robot, tên lửa, ...
● Trong cơng nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ
tàu.
● Trong các cơng trình thủy: hiện nay ở Tokyo (Nhật Bản) mạ điện được
sử dụng để mạ các trụ cầu của dẫn qua cảng Tokyo, lớp phủ titanium
(1mm Ti + 4mm thép tấm).
● Các lĩnh vực khác: mạ vàng, điện thoại, ... làm cho mạ điện nói chung
và mạ kẽm nói riêng thêm phong phú. Tuỳ yêu cầu của sản phẩm mà
chọn phương pháp mạ và chiều dày lớp mạ cho phù hợp. Phương pháp
mạ điện thường cho chiều dày lớp mạ kẽm từ 5 – 30 μm; phương pháp
nhúng nóng cho từ 50 – 200 μm.
Với các phương pháp mạ khác nhau:
● Mạ đơn kim loại: mạ vàng, mạ kẽm, mạ đồng, mạ kền, …
● Mạ hợp kim: mạ giả vàng, mạ hợp kim kẽm.
● Mạ đặc biệt: mạ nhúng nóng, sơn điện di, mạ phức hợp, mạ hóa học ...
ĐATN | 10

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

Mỗi lớp mạ lại có những đặc điểm riêng tùy vào yêu cầu của nhà sản xuất
mà chọn lớp mạ cho phù hợp.
1.2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ MẠ

1.2.1. Khái niệm chung về mạ điện
Mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những
tính chất cơ, lý, hóa… đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Lớp mạ điện có
thể để trang sức, để bảo vệ, chống ăn mòn, tăng cứng, phục hồi kích thước…

Hình 1.1. Sơ đồ mơ tả q trình mạ điện
1-Nguồn điện;

7-Dung dịch điện ly;

2-Điện trở con chạy R;

8-Bể điện phân;

3-Vôn kế;

9-Lớp mạ bám trên bề mặt kim

4-Ampe kế;

loại.

5-Anot;
6-Catot;

ĐATN | 11

SVTH: Phạm Văn Linh

LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

1.2.2. Bản chất của công nghệ mạ điện
Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại nền
một lớp kim loại hoặc hợp kim mỏng, để chống sự ăn mịn, trang sức bề mặt,
tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt. Trong mạ điện, yếu tố
quan trọng nhất không phải là tiết kiệm năng lượng, tăng hiệu suất, mà là vấn đề
chất lượng lớp mạ. Vì vậy phải tìm thành phần dung dịch, điều kiện điện phân,
để đảm bảo lớp mạ có những tính chất sau:
● Bám chắc vào kim loại nền, khơng bong.
● Lớp mạ có kết tủa nhỏ mịn, độ xốp nhỏ.
● Lớp mạ bóng, dẻo, độ cứng cao.
● Lớp mạ có đủ độ dày nhất định.
Cấu tạo tinh thể giữ vai trò quyết định đến chất lượng lớp mạ. Tinh thể
càng nhỏ mịn thì lớp mạ càng tốt.
1.2.3. Nguồn điện dùng trong cơng nghệ mạ điện hố
Trong cơng nghệ mạ điện hoá, nguồn điện một chiều là yếu tố quan trọng
ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của lớp mạ.

Hình 1.2. Sơ đồ mơ tả q trình mạ điện
ĐATN | 12

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11

Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

Nguồn điện một chiều dùng trong mạ điện như: pin, ắc quy, máy phát điện
một chiều, bộ biến đổi. Ngày nay được dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi. Bộ
biến đổi dùng cho q trình điện phân có điện áp ra thấp: 3V, 6V, 12V, 24V...
Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có
thể lấy ra một số điện áp cần thiết cho một số quy trình. Ngồi ra do nguồn điện
một chiều được lấy từ pin, ắc quy chỉ dùng trong phịng thí nghiệm, khơng ứng
dụng được nhiều trong sản xuất lớn.
Đối với máy phát điện một chiều, khắc phục được các nhược điểm của ắc
quy, nhưng giá thành đầu tư cho máy phát điện lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động
khá phức tạp, cồng kềnh, làm việc gây tiếng ồn lớn... Chính vì vậy, bộ biến đổi
dịng điện xoay chiều thành dòng một chiều được sử dụng nhiều hơn trong cơng
nghệ mạ điện.
1.2.3.1. Q trình catot
Catot là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều. Trong mạ điện
catot là vật mạ. Trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại
mạ
Catot (vật mạ) cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập dưới nước
8 – 15cm và cách đáy bể khoảng 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo chỗ tiếp xúc
thật tốt, khơng để gây ra hiện tượng phóng điện trong chất điện phân. Tuyệt đối
không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện.
Khi có dịng điện chạy qua thì các ion dương (cation) sẽ theo chiều dòng
điện chạy về catot, nhận điện tử - bị khử. Ion âm (anion) sẽ chạy về anot và mất
điện tử - bị oxi hố

a. Q trình chính
Dung dịch mạ thường là muối của các kim loại trong mơi trường kiềm hay
axit, vì vậy khi mạ từ dung dịch nước có chứa muối kim loại tương ứng q
trình q trình điện hố xảy ra như sau:
ĐATN | 13

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mn+ + ne → M
Quá trình này là quá trình phóng điện của cation kim loại (q trình khử),
để thực hiện được như vậy phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau như:
Cation mang vỏ hyđrat hoá Men+.nH2O di chuyển từ dung dịch vào bề
mặt catot (giai đoạn tiền hấp phụ).
o Cation mất vỏ hyđrat vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catôt (giai
đoạn hấp phụ).
o Electron từ catôt điền vào vành điện tử, hố trị của cation biến
nó thành ngun tử kim loại trung hịa ở dạng phóng điện.
o Các nguyên tử kim loại này hoặc tạo thành mầm tinh thể mới,
hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm
lớn phát triển thành tinh thể kết thành lớp mạ.
b. Quá trình phụ.
Song song với q trình phóng điện của cation kim loai, cịn có q trình

phóng điện của nước hoặc ion hyđrơ và giải phóng khí H2.
Khi mơi trường axit.
2H+ + 2e → H2
Khi mơi trường kiềm hoặc trung tính.
2H2O + 2e → 2OH- + H2.
Hoặc q trình phóng điện của cation kim loại từ hoá trị cao về hoá trị
thấp.
men+ + (n-m)e → mem+
Chính những q trình phụ này làm cho hiệu suất dịng điện catơt của ion
kim loại mạgiảm xuống dưới 100%.

ĐATN | 14

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3.2. Quá trình anot
Anot: là điện cực nối với cực dương của nguồn điện một chiều. Trước khi
điện phân anốt cần phải đánh sạch dầu mỡ, lớp gỉ...
Anot dùng trong mạ điện có hai loại: anốt hồ tan và anốt khơng hồ tan.
Anot hồ tan được dùng trong các trường hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ
thiếc...
Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đi đến catot. Phản ứng

điện hoá ở anot là phản ứng oxi hố.
a. Q trình chính:
Hịa tan kim loại mạ vào trong dung dịch.
M → Mn+ + ne
b. Q trình phụ
+ Mơi trường axit và trung tính.
2H2O → O2 + 4H+ + 4e
+ Môi trường kiềm.
4OH-→ 2H2O + O2 + 4e
Các ion kim loại đi vào dung dịch mạ, cịn khí thốt ra trên anôt. Electron
được chuyển vào mạch qua nguồn điện trở về catơt.
1.2.4. Sự hình thành lớp mạ
Nhúng hai tấm kim loại (gọi là điện cực) vào dung dịch điện li và nối với
nguồn điện một chiều. Cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anốt (cực
dương), cực nối với cực âm của nguồn điện gọi là catốt hay chi tiết cần mạ (cực
âm).

ĐATN | 15

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3.

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

CƠNG NGHỆ MẠ KẼM

1.3.1. Các bước cơng nghệ
Cơng nghệ mạ kẽm cũng trải qua đầy đủ các bước công nghệ như những
công nghệ mạ khác:
● các bước gia công trước khi mạ
- gia cơng cơ học (nếu hàng hóa chuyển về chưa gia công)
- tẩy dầu mỡ
- tẩy gỉ
● mạ
● các bước hồn thiện lớp mạ
- tẩy sáng, tẩy bóng
- thụ động màu
- sấy khô
Ở tiểu mục này, chúng ta chỉ nói về chế độ trong bể mạ
1.3.2. Lớp mạ kẽm
Kẽm, ký hiệu Zn, là kim loại trắng xám, giòn ở nhiệt độ thường, dẻo ở 100
– 150°C, nhiệt độ nóng chay ở 450°C, khối lượng riêng là 7,2 g/cm 3. Đương
lượng điện hóa của Zn2+ 1,129g/Ah. Độ cứng của kẽm mạ điện 490 – 588MPa.
Điện thế tiêu chuẩn -0,76 V. Trong các dung dịch mạ điện thế cân bằng của kẽm
âm hơn: -0,80 V trong dung dịch axit, -125 V trong dung dịch mạ xyanua.
Kẽm là kim loại hoạt động, là chất khử mạnh. Kẽm bền trong khơng khí
ẩm, trong nước ngọt, trong đất. Kẽm dễ tan trong axit, trong kiềm. Kẽm khơng
bền trong khí cơng nghiệp (chưa hợp chất S, CO2) rất khơng bền trong mơi
trường khí hậu biền. Tốc độ ăn mịn kẽm mỗi năm ở nơng thụn khong 1-1,5
àm, vựng cụng nghip t 6ữ8àm.
Lp m km khá dẻo, chịu uốn, bẻ, cán dát tốt. Kẽm mới mạ dễ hàn, chỉ
cần hoạt hóa bằng nhựa thơng, lớp mạ dùng lâu phải dùng axit hoạt hóa mới hàn
ĐATN | 16

SVTH: Phạm Văn Linh

LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

được. Lớp mạ kẽm trên nền sắt, thép, đồng … là lớp mạ anot, nên nếu lớp mạ bị
xước hở nền kim loại ra thì kim loại nền vẫn được bảo vệ chừng nào lớp mạ kẽm
chưa bị mòn hết. Nhưng nếu làm việc trên 70oC thì lớp mạ kẽm là lớp mạ catot
so với thép, nên thép bị ăn mịn cịn kẽm thì khơng. Lớp mạ kẽm khơng bền với
nhựa tổng hợp, dầu mau khơ….
Mạ kẽm có thể thực hiện bằng nhiều cách: nhúng nóng, phun, nhiệt khuếch
tán, mạ điện ... Mỗi cách có những đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, làm
cho mạ kẽm thêm phong phú. Tùy yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương pháp
mạ và chiều dày lớp mạ cho phù hợp. Phương pháp mạ điện thường cho chiều
dày lớp mạ kẽm từ 5 – 30 ; phương pháp nhúng nóng cho từ 50 – 200 µm.
Trong đề tài này chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp mạ điện.
Chiều dày lớp mạ kẽm theo quy chuẩn của nhà nước thường dao động
trong giới hạn sau: (Sách Cơng Nghệ Mạ điện - Trần Minh Hồng- trang 62)
o Trong mơi trường ăn mịn rất mạnh là 36 ữ 42àm.
o Trong mụi trng n mũn mnh l 25ữ30àm.
o Trong mụi trng n mũn trung bỡnh l 12ữ15àm
o Trong mụi trng n mũn yu l 3ữ5àm
1.3.3. Cỏc dng dung dịch, chế độ mạ kẽm
1.3.3.1. Mạ kẽm trong dung dịch axit
Dung dịch axit để mạ kẽm chính là dung dịch mạ đơn, thường dùng là
dung dịch sunfat, rồi đến dung dịch clorua, dung dịch floborat. Đặc điểm chung
của các dung dịch này là: kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hóa, cho độ

phân cực bé khi phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng Dc lớn, nhất là
khi dung dịch được khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn (ngay cả khi nồng độ
axit cao). Nhược điểm chung của các dung dịch này là: cho lớp mạ có tinh thể
ĐATN | 17

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

thô, khả năng phân bố PB kém, nên chỉ dùng để mạ cho vật có hình thù đơn giản
như dây, băng, tấm…
1.3.3.2. Mạ kẽm từ dung dịch phức
Dung dịch phức (thường có mơi trường kiềm hay trung tính) phổ biến nhất
là dung dịch xyanua, rồi đến dung dịch amoniacat, zincat, pyrophophat ... Đặc
điểm chung của nhóm dung dịch này là kẽm nằm dưới dạng ion phức, phóng
điện với phân cực catot lớn, cho lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt nên mạ được
cho các vật mạ có hình thù phức tạp. Khuyết điểm chung của nhóm dung dịch
này là làm việc ít ổn định, mật độ dịng điện làm việc bé, nếu tăng mật độ dịng
điện thì hiệu suất dịng điện sẽ giảm.
Dung dịch xyanua đặc trưng cho nhóm dung dịch phức, nên ta sẽ

tập

trung nghiên cứu kỹ dung dịch này để làm cơ sở tìm hiểu, nghiên cứu các dung
dịch phức khác khi cần thiết.

ĐATN | 18

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ MẠ KẼM CỦA SẢN PHẨM ĐỀ TÀI
2.1.

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

Sản phẩm tay gương xe máy Honda mạ lớp kẽm. Lớp kẽm bảo vệ sẽ giúp
tăng thêm tính thẩm mỹ cho sản phẩm và vảo vệ sản phẩm khỏi sự ăn mịn, han
gỉ của mơi trường, tăng độ bền cho hàng hóa trong sử dụng.
Sản phẩm mạ thì có nhiều cách thức, quy trình cơng nghệ khác nhau. Tuy
nhiên, với sản phẩm tay gương xe máy, khi chọn mạ kẽm trong môi trường
kiềm, sản phẩm mang trên mình nước mạ mịn hợn, độ đồng đều bề mặt cao hơn,
thụ động màu đen và chọn chế độ mạ kẽm kiềm cho ra màu sắc đạt chỉ tiêu cao
so với chế độ mạ khác.
Chọn quy trình mạ kẽm với dung dịch mạ kiềm KOH để đạt chất lượng
cao và ít độc hơn so với chế độ mạ xianua.

ĐATN | 19

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

Sơ đồ cơng nghệ
2.2.1. Chuẩn bị mạ
2.2.1.1. Gia cơng cơ học
Gia cơng cơ học là q trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ
nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp. Có thể thực hiện gia cơng cơ học
bằng nhiều cách: mài, đánh bóng (là q trình mà tinh). Đối với vật mạ là tay
gương xe máy Honda, các sản phẩm đem mạ đã có bề mặt đẹp vì vậy giai đoạn

ĐATN | 20

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

gia công cơ học để khắc phục những chi tiết lỗi cho sản phẩm đầu ra với chất
lượng đồng đều.
2.2.1.2.

Tẩy dầu nóng

Bề mặt chi tiết sau nhiều cơng đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu mỡ,
dù rất ít cũng đủ làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc được với dung
dịch tẩy, dung dịch mạ.
Dây chuyền này sẽ sử dụng phương pháp tẩy dầu nóng NaOH có bổ sung
Na2SiO3, Na3PO4 ... (hay hợp chất có tên thương mại là EC110), với các chất
hữu cơ có nguồn gốc động thực vật sẽ tham gia phản ứng xà phịng hóa với
NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt. Với những loại dầu mỡ khống vật thì sẽ tách
ra dưới dạng nhũ hóa của Na2SiO3
- nồng độ chất tẩy EC: 130 – 150 g/l
- nhiệt độ 70°C
- thời gian: 10’
2.2.1.3. Tẩy dầu điện hóa
Bề mặt sản phẩm được tẩy sạch dầu mỡ bằng điện phân dung dịch NaOH
có bổ sung Na2SiO3, Na3PO4 ... nhưng nồng độ cao hơn (hay hợp chất có tên
thương mại là EC2200) từ sản phâm mạ, khí tách ra do q trình điện phân trên
bề mặt sẽ bóc lớp dầu cịn dính bám, sản phẩm sẽ được sạch dầu mỡ hơn.
- 50 – 60 °C
- nồng độ 200g/l
- thời gian: 10’
2.2.1.4. Tẩy rỉ
Bề mặt chi tiết có một lớp phủ oxit, gọi là gỉ. Tẩy gỉ bằng axit loãng HCl,
nồng độ từ 20 – 25 % khi tẩy điễn ra đồng thời 2 quá trình hòa tan oxit và kim

loại nền. Sau khi tẩy bề măt chi tiết sẽ được làm sạch lớp oxit tăng độ gắn bám
của lớp mạ kẽm.
- nồng độ: 250g/l
- thời gian: 10’
ĐATN | 21

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

2.2.1.5. Hoạt hóa
Sau tẩy rỉ và rửa với nước, sản phẩm đưa vào tẩy nhẹ bằng axit HCl loãng,
nồng độ 5%
2.2.2. Mạ kiềm kẽm treo
● Đặc điểm công nghệ: phương pháp cho lớp mạ mịn (gần bằng mạ từ
dung dịch xyanua), khơng độc, mạ được ở nhiệt độ phịng.
● Chế độ cơng nghệ:
Phương trình phản ứng
Zn + 2KOH → K2ZnO2 + H2
Zn2+ + 2e → Zn
- KOH, K2ZnO2 là thành phần chủ yếu của dung dịch mạ kẽm muối
Zincat. K2ZnO2 cung cấp ion Zn2+, KOH là muối dẫn điện, đồng
thời là chất tạo phức.
- 911A, 911B, 911C, NCZ là tên thương hiệu của chất bóng, chất dẻo
được bán trên thị trường, là chất hoạt động bề mặt tăng độ dẻo cũng

như độ bóng của lớp mạ .
- Anot dùng thép không rỉ
- Nguồn điện 9 V

ĐATN | 22

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

Bảng 1: chế độ dung dịch mạ
1
(điện phân xử
lý)

2
(mạ)

150 – 160 g/l

200 – 220 g/l

5 – 7 g/l

10 – 16 g/l

911(A,B,C)

-

1 – 3 ml/l

NCZ

-

20 – 25 ml/l

Ia

0,1 A/dm2

1 A/dm2

Ic

0,1 – 0,2 A/dm2

2A/dm2

Nhiệt độ

25°C

25°C

Điện áp

2V

9V

Thành phần và chế
độ
KOH
Zn

● Pha chế dung dịch
- Quá trình mạ kẽm kiềm là sử dụng anot trơ, trong quá trình sản
xuất, nồng độ KOH và ion kẽm trong dung dịch giảm dần, vì thế
nên pha dung dịch kiềm ban đầu vào 2 bể để sản xuất và phản ứng
tạo ion kẽm zincat
- Cân đủ lượng hóa chất cần thiết theo nồng độ yêu cầu và thể tích
của bể
- Cho nước sạch vào 1/3 bể, hịa tan KOH đã cân vào bể, vì KOH dễ
tan nên khơng cần đun nóng nước, q trình hịa tan sinh nhiệt lớn.
- Thả các tấm kẽm vào giỏ bằng sắt rồi thả chúng vào bể phụ để tạo
ion kẽm, đồng thời, pha bột than hoạt tính vào cả 2 bể để khử tạp
chất, lấy mẫu và phân tích hàm lượng.

ĐATN | 23

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11

Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

- Điện phân dung dịch trong bể mạ 24h với dòng bé để tinh luyện
dung dịch
- Nồng độ KOH 220 – 220 g/l, Zn2+ 10 – 16 g /l
- Sau khi điện phân, bổ sung các chất bóng, dẻo cho trực tiếp vào
dung dịch với tỷ lệ 1 – 3 ml (911A, 911B, 911C)/ 1l dd mạ, NCZ 20
– 25 ml/l
2.2.3. Hoàn thiện lớp mạ
Kẽm rất hoạt động nên dễ bị các tác nhân ăn mịn trong mơi trường tác
dụng, xâm thực, làm cho bề mặt dần xấu đi. Để nâng cao tính bảo vệ và vẻ đẹp
hàng hóa, lớp mạ kẽm cần phải qua khâu hoàn thiện sau khi mạ như: thụ động,
tẩy sáng.
2.2.3.1. Tẩy sáng
Tẩy sáng: tẩy sáng bằng HNO3 2 – 50 g/l ở nhiệt độ thường trong 0,1 - 0,3
phút rồi mới thụ động làm sáng bề mặt, tạo điều kiện cho màu sau thụ động
được đẹp, bóng.
2.2.3.2. Thụ động đen
Thụ động bằng kẽm Cr (Ш) – Cromit hóa
Cấu tạo dung dịch: giống như lớp phủ cromat, lớp phủ cromit là màng vơ
định hình có cấu trúc phức hợp gồm các chất sau: Cr2O3, Cr(OH)3, ZnO,
Zn(OH)2, Cr, Zn(NO3)2, ZnCl2, Cr(NO3)3,CrCl3 , phức. Lớp màng là một cấu trúc
phức tạp bao gồm rất nhiều chất, lớp màng tạo thành bao phủ trên bề mặt kẽm.
Nhờ có màng này nên làm cho khả năng chống ăn mòn của Zn tăng lên rất là
nhiều. Sản phẩm có thể để ngồi khơng khí một thời gian dài mà khơng bị oxy
hóa.

Lớp phủ Crơm(Ш) có cấu trúc xốp nên dng dịch dễ thấm qua để tiếp xúc
với bề mặt kẽm thực hiện các phản ứng tạo ra màng thụ động. Quá trình phát
triển màng thơng qua trao đổi điện tích và chuyển khối qua các lỗ và khuyết tật
ĐATN | 24

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

trên bề mặt cromit (ăn mịn từ phía trong). Lớp phủ cromit được xác định có mật
độ lỗ tương đối cao, do đó dung dịch và các sản phẩm ăn mòn dễ dàng đi xuyên
các lỗ, tạo điều kiện thuận lợi cả về chuyển khối và chuyển điện tích cho q
trình phát triển màng. Chính vì vậy có thể dự đốn độ dày màng cromit có khả
năng dày lên theo thời gian, khác hồn tồn so với màng cromat hóa chỉ có thể
dày ở mức độ nhất định (10 – 1000nm)
Khả năng bảo vệ: Màng Cromit hóa bảo vệ bề mặt kẽm theo cơ chế che
chắn (barie). Chính vì vậy khả năng chống ăn mòn phụ thuộc trực tiếp vào độ lỗ
của màng. Khi tráng một lớp bảo vệ hữu cơ (sealing) thì khả năng chống ăn mịn
của màng tăng lên rất nhiều do các hợp chất hữu cơ này bịt được các lỗ trên bề
mặt cromit. Khi thêm màng phủ, khả năng chịu thử mù muối chống ăn mòn có
thể tăng gấp ba lần so với khi khơng có màng hữu cơ bao phủ. Bảng 2 là số liệu
khảo sát khi có và khơng có lớp phủ hữu cơ. Cũng cần chú ý khả năng chống ăn
mòn của lớp màng thụ động ở nhiệt độ cao lại tốt hơn so với nhiệt độ thường,
diều này có thể giải thích là ở nhiệt độ cao thì lớp màng thụ động giãn nở nên đă

bịt kín lại các khe trống.
Bảng 2: Sự phụ thuộc khả năng chống ăn mòn vào thời gian thụ động vào
thời gian thụ động và che phủ màng hữu cơ.
Q trình

Nhiệt

Nhúng
Nt
Nt
Nt
Phun
Nt

70
70
70
70
70
70

độ
o
C

Thời gian
thụ
độn
g (s)

Phủ màng
hữu
cơ

6
6
10
10
6
6

X
X
x

Thời gian
bị
ăn
mịn
(h)
48
144
48
168
144
484
ĐATN | 25

SVTH: Phạm Văn Linh
LTCD – ĐH Hóa 1, K11