Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ hợp ni al2o3 trên nền kim loại đồng bằng phương pháp điện hóa

1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ CÚC

NGHIÊN CỨU TẠO LỚP MẠ TỔ HỢP Ni-Al2O3 TRÊN NỀN
KIM LOẠI ĐỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA

Chun ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: : 60 44 01 19
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đà Nẵng – Năm 2019


1

Cơng Trình Được Hồn Thành Tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐN

Người hướng dẫn khoa học:
TS. VŨ THỊ DUYÊN
Phản biện 1:……………………………………
Phản biện2:…………………………………….

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý họp tại
trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN vào ngày………
tháng……..năm………

Có thể tìm hiểu luận văn tại
− Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
− Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Mạ điện kim loại, đặc biệt là mạ nickel, được ứng dụng rộng
rãi trong cơng nghiệp và trong đời sống với mục đích làm tăng khả
năng chống ăn mòn cũng như cải thiện các tính chất lí hóa của vật
liệu.
Lớp mạ tổ hợp điện hóa được tạo thành khi đồng kết tủa các
hạt rất nhỏ của một hay vài chất cùng với kim loại mạ có khả năng
làm tăng đáng kể các tính chất đặc thù của vật liệu tạo nên lớp mạ.
Các nghiên cứu đã chứng minh thêm TiO2 vào thành phần lớp mạ Ni
và Cu có khả năng làm tăng tính kị nước của lớp mạ, cịn thêm Al2O3
có khả năng làm tăng khả năng chịu lực, chống ăn mòn của lớp mạ
Ni-P….
Một đặc điểm quan trọng của dung dịch mạ điện nickel là rất
nhạy cảm với sự thay đổi pH của môi trường, do vậy người ta phải
thêm vào dung dịch này các chất đệm nhằm giữ cố định pH của dung
dịch. Chất đệm thường được sử dụng là H3BO3, thời gian gần đây đã
có nhiều nghiên cứu thay thế H3BO3 bằng các chất đệm khác có khả
năng đệm tốt hơn, đồng thời có khả năng tạo phức với ion Ni2+ do
vậy làm tăng chất lượng bề mặt mạ như axit hữu cơ, các amino
axit….
Chính vì vậy, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo lớp mạ tổ
hợp Ni-Al2O3 trên nền kim loại đồng bằng phương pháp điện
hóa”

2
2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Lớp mạ composite Ni-Al2O3 được tạo thành bằng phương
pháp điện hóa trên nền kim loại đồng từ dung dịch mạ điện nickel
clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin.
2.2. Mục đích nghiên cứu
- Chế tạo lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 từ dung dịch nickel clorua
nồng độ thấp chứa đệm glyxin bằng phương pháp điện hóa.
- Xác định chế độ mạ để tạo lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 có khả
năng chống ăn mòn tốt.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp điện hóa như đo đường cong phân
cực, đo tổng trở q trình mạ, phương pháp mạ dịng khơng đổi,
phương pháp trọng lượng.
- Sử dụng phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng
(EXD) để xác định thành phần nguyên tố trong lớp mạ tổ hợp NiAl2O3; phương pháp hiển vi điện tử quét SEM để xác định hình thái
bề mặt.
4. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng đường cong phân cực của nickel từ dung dịch
nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin và khảo sát các yếu tố
ảnh hưởng như : pH, hàm lượng Al2O3 trong dung dịch mạ.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng nhôm trong
lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 như: tốc độ khuấy, nhiệt độ, thời gian mạ.
- Khảo sát một vài tính chất của lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 :
hình thái bề mặt, độ bền hóa chất,mật độ dịng ăn mịn.
5. Ý nghĩa của đề tài

3
- Cung cấp thêm tư liệu về việc tạo lớp mạ tổ hợp bằng
phương pháp điện hóa
- Việc chế tạo thành cơng lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3 có khả
năng chống ăn mịn tốt bằng phương pháp điện hóa từ dung dịch
nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin. Có thể góp phần mở ra
một hướng mới cho ngành cơng nghiệp mạ điện : mạ điện từ dung
dịch nồng độ thấp ; giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và tài liệu tham
khảo, luận văn gồm có 3 phần:
Chương 1 :

TỔNG QUAN

Chương 2 :

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 :

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lý thuyết về công nghệ mạ điện
1.1.1. Sự hình thành lớp mạ
1.1.2. Thành phần của dung dịch mạ điện

a. Ion kim loại mạ
b. Chất điện ly
c. Chất đệm
d. Chất tạo phức
e. Chất phụ gia hữu cơ
1.2. Giới thiệu về nickel và công nghệ mạ nickel
1.2.1. Giới thiệu về nickel
a. Lịch sử tìm ra nguyên tố nickel


4
b. Vài nét chung về nickel
1.2.2. Đặc điểm của mạ nickel
1.2.3. Dung dịch mạ nickel
1.3. Giới thiệu về glyxin
1.3.1. Cấu tạo
1.3.2. Tính chất lý hóa
1.3.3. Ứng dụng và điều chế
1.4. Giới thiệu về nhơm oxit
1.4.1. Trạng thái và tính chất của nhôm oxit
1.4.2. Ứng dụng và điều chế
1.5. Mạ điện composite
1.5.1. Những vấn đề cơ bản của mạ điện composite
1.5.2. Nguyên lý mạ điện composite
1.5.3. Tình hình nghiên cứu mạ điện composite trong và
ngoài nước
1.5.4. Ứng dụng của lớp mạ composite
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và dụng cụ

2.1.1. Hóa chất
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
2.2. Các phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp đo đường cong phân cực
Phép đo đường cong phân cực được tiến hành trong bình đo gồm 3
điện cực:


Điện cực so sánh là điện cực Ag/AgCl



Điện cực đối là Platin và điện cực Ni


5


Điện cực làm việc là lá đồng, kích thước 1 x 1 cm (diện tích
1 cm2)
Điện cực âm sau khi được cắt từ tấm lá đồng có kích thước

xác định được chuẩn bị theo quy trình Hình 2.1. Đầu tiên đánh bóng
lá đồng bằng giấy nhám rồi đem rửa sạch bằng xà phịng và bằng
nước sạch. Sau đó hoạt hóa bề mặt bằng dung dịch HNO3 10% rồi
nhúng vào nước cất để làm sạch bề mặt. Gắn các điện cực vào kẹp
và nhúng vào dung dịch mạ điện đã được chuẩn bị trước đó, tiến
hành đo đường cong phân cực catot.
Đường cong phân cực catot được xây dựng bằng phương
pháp quét thế tuyến tính với tốc độ quét 0,05 V/s từ 0 V đến -1,2 V

so với Ag/AgCl. Phép đo này được thực hiện trên thiết bị đo điện
hóa đa năng Autolab tại phịng thí nghiệm điện hóa khoa Hóa Học –
trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
2.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong phân cực
catot
a. Ảnh hưởng của pH
b. Ảnh hưởng của hàm lượng Al2O3
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng
nhôm trong lớp mạ
a. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
c. Ảnh hưởng của thời gian mạ
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu bề mặt mạ
a. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
Phương pháp SEM thường được sử dụng để nghiên cứu bề
mặt, kích thước, hình dạng tinh thể của vật liệu. Mẫu được đo SEM


6
trên máy đo SEM/EDX Jeol JMS 6490 tại Trung tâm đánh giá hư
hỏng vât liệu COMFA Hà Nội.
b. Phương pháp phân tích EDX
Hàm lượng Al2O3 trên lớp mạ được xác định qua phổ tán xạ năng
lượng EDX.
c. Xác định độ bền hóa chất
Để xác định độ bền hóa chất của bề mặt mạ, ngâm các mẫu
này trong dung dịch HCl 1M và dung dịch NaCl 1M trong thời gian
24 h, 48 h và 72 h.
d. Đo mật độ dòng ăn mòn
Để xác định dòng ăn mòn, tiến hành đo dòng ăn mịn trên

máy đo điện hóa AutoLab của khoa Hóa-trường Đại học Sư phạm Đà
Nẵng với điện cực so sánh Ag/AgCl, điện cực đối là Ni, điện cực làm
việc là Cu (1cm x 1cm) được mạ Ni-Al2O3.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả nghiên cứu sự phóng điện của nickel
3.1.1. Đường cong phân cực catot của nickel
Để nghiên cứu khả năng phóng điện của nickel từ dung dịch
nồng độ thấp chứa đệm glyxin, tiến hành xây dựng đường cong phân
cực catot bằng phương pháp quét thế tuyến tính với tốc độ quét 0,05
V/s từ 0 V đến -1,2 V so với điện cực Ag/AgCl trong dung dịch mạ
điện có thành phần: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8
M + pH = 5,5.
Phép đo được thực hiện trên thiết bị đo điện hóa đa năng
Autolab với điện cực làm việc là miếng đồng kích thước 1 cm x 1
cm, điện cực đối Pt và điện cực so sánh Ag/AgCl, tốc độ khuấy 100
vòng/ phút, tốc độ quét 0,05 V/s.


7

Hình 3.1. Đường cong phân cực catot của nickel trong dung dịch
NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M
Kết quả thực nghiệm cho thấy đường cong phân cực catot
của nickel có dạng hình chữ S điển hình. Giảm thế điện cực từ -0,2 V
đến -1,2 V giá trị mật độ dòng catot tăng dần. Khi thế điện cực catot
E < -0,9 V so với điện cực Ag/AgCl tốc độ phóng điện tăng đột biến.
Ở E = -1,2 V mật độ dòng catot đạt i = -6,5 mA/cm2. Điều này chứng
tỏ có thể chế tạo lớp mạ nickel từ dung dịch mạ điện nickel clorua
nồng độ thấp chứa đệm glyxin bằng phương pháp điện hóa.

3.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phóng điện của nickel
a. Ảnh hưởng của pH
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình phóng điện
của nickel sử dụng dung dịch mạ có thành phần: NiCl2 0,08 M +
glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M với pH thay đổi từ môi trường
axit mạnh (pH = 2,5); môi trường axit yếu (pH = 5,5); môi trường
kiềm yếu (pH = 7,5).
Kết quả thực nghiệm xác định đường cong phân cực của
nickel trong dung dịch mạ điện chứa glyxin ở các pH khác nhau
được thể hiện trên Hình 3.2.


8

Hình 3.2. Đường cong phân cực của nickel trong dung dịch
NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M ở các pH =
2,5; 5,5; 7,5
Từ đồ thị Hình 3.2 nhận thấy pH ảnh hưởng rất lớn tới dạng
đường cong phân cực catot của nickel. Khi giảm thế điện cực giá trị
mật độ dòng catot trong dung dịch axit mạnh tăng nhanh hơn nhiều
so với các dung dịch axit yếu và bazơ yếu. Điện thế tại đó mật độ
dịng catot thay đổi một cách đột ngột cũng phụ thuộc vào pH:
EpH = 2,5 > EpH = 5,5 > EpH = 7,5. Kết quả thực nghiệm có thể được giải
thích dựa vào khả năng tạo phức bền của anion glyxin (Gly-) với ion
Ni2+:

Ni2  Gly
Ni2  2Gly
Ni2  3Gly

[NiGly] ,
[NiGly2 ]0 ,
[NiGly3 ] ,

K1 = 106,16
K2 = 1011,11
K3 = 1014,43

Trong môi trường axit glyxin tồn tại chủ yếu ở dạng proton
hóa H2Gly+ và HGly+ khơng có khả năng tạo phức nên nồng độ
nickel tồn tại ở dạng tự do lớn, dễ phóng điện. Khi tăng pH trong
dung dịch tích lũy thêm ion Gly- và nickel tồn tại dưới dạng phức
bền vững nên khó phóng điện hơn. Do vậy khi tăng pH thế bắt đầu
khử nickel cũng như giá trị mật độ dòng catot đều giảm.


9
Hình thái bề ngồi của các điện cực sau khi đo đường cong
phân cực tại các pH khác nhau cũng khác nhau rất nhiều (Hình 3.3).
Tại pH = 2,5 lớp mạ bám rất ít ở trên bề mặt, tạo thành các
đường sọc nằm dọc điện cực. Điều này có thể được giải thích là do
trong mơi trường axit nồng độ H+ lớn phản ứng phụ giải phóng khí
hiđro diễn ra mạnh mẽ, các bọt khí hiđro thốt ra liên tục khiến cho
nickel sinh ra không bám được vào bề mặt catot rơi vào trong dung
dịch. Mặc dù giá trị mật độ dòng catot lớn nhưng lượng sản phẩm
bám lên trên bề mặt rất ít, khơng tạo thành lớp mạ, khơng đạt yêu
cầu kĩ thuật.
Tại pH = 5,5, quan sát trực quan cho thấy, lớp mạ có màu
trắng xám, sáng bóng và rất đồng đều.
Tăng pH lên đến vùng bazơ (tại pH = 7,5) bề mặt lớp mạ

xuất hiện hiện tượng rỗ, ở xung quanh mép điện cực có hiện tượng
cháy đen. Điều này có thể liên quan đến q trình tăng pH cục bộ tại
vùng gần điện cực khiến cho ion nickel bị thủy phân tạo ra hiđroxit
bám lên trên bề mặt điện cực. Ngồi ra mật độ dịng điện nhỏ nên
lớp mạ khá mỏng.

pH = 2,5

pH = 5,5

pH =9

Hình 3.3. Bề mặt mạ nickel từ dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin
0,2 M + CH3COONa 1,8 M ở các pH= 2,5; 5,5; 7,5


10
Do vậy trong các nghiên cứu tiếp theo pH được lựa chọn là
pH = 5,5.
b. Ảnh hưởng của hàm lượng Al2O3
Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Al2O3 đến q
trình phóng điện của nickel, sử dụng các dung dịch mạ có thành
phần: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5.
Hàm lượng Al2O3 ở trong dung dịch thay đổi từ 20 g/L, 40 g/L, 60
g/L, 80 g/L.
Tiến hành xây dựng đường cong phân cực catot bằng
phương pháp quét thế tuyến tính với tốc độ quét 0,05 V/s từ 0 V đến
-1,2 V so với điện cực Ag/AgCl trên máy AutoLab. Kết quả ảnh
hưởng của hàm lượng Al2O3 đến đường cong phân cực của nickel
trong dung dịch mạ điện chứa glyxin được thể hiện trên Hình 3.4.

Hình 3.4. Đường cong phân cực của nickel trong dung dịch
NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5 với
hàm lượng Al2O3 khác nhau
Kết quả thực nghiệm cho thấy, thêm bột Al2O3 vào trong
dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin làm
tăng đáng kể giá trị mật độ dòng catot và điện thế bắt đầu phóng


11
điện của nickel (Hình 3.4). Điều này có thể liên quan đến cơ chế
tham gia vào lớp mạ của các hạt Al2O3. Như đã biết các hạt Al2O3
hấp phụ các ion và phân tử dung môi, di chuyển đến và hấp phụ trên
catot. Tại đây, các ion phóng điện tạo lớp mạ và dần dần chôn lấp
các hạt Al2O3 vào lớp mạ tạo nên lớp mạ tổ hợp. Khi có mặt Al2O3
bám trên bề mặt điện cực sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc của phản
ứng dị thể, do vậy phản ứng phóng điện xảy ra nhanh hơn. Tuy
nhiên khi lượng Al2O3 thay đổi từ 20 g/L đến 80 g/L đường cong
phân cực catot của nickel thay đổi không đáng kể.
3.2. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng nhôm
trong lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3
3.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
Để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hàm lượng
nhôm trong lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng khơng đổi
dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH =
5,5; 60 g/L Al2O3 với mật độ dòng điện - 3 mA/cm2 trong thời gian
20 phút, tốc độ khuấy lần lượt là 400 vòng/phút (mẫu 1), 600
vòng/phút (mẫu 2), 800 vòng/phút (mẫu 3), 1000 vòng/phút (mẫu 4).
Các mẫu sau khi mạ được đo EDX tại Trung tâm đánh giá
hư hỏng vật liệu COMFA để xác định thành phần nguyên tố. Kết quả

thực nghiệm được thể hiện trên Hình 3.5, Hình 3.6, Hình 3.7 và Hình
3.8.
Dựa vào kết quả ở Hình 3.5 đến Hình 3.8, nhận thấy đối với
cả 4 trường hợp trên bề mặt đều xuất hiện các pic của Al, Ni, O, điều
này chứng tỏ Al2O3 đã được đưa thành công vào trong lớp mạ
composite.


12

Hình 3.5. Phổ EDX phân tích Hình 3.6. Phổ EDX phân tích
bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3, bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3
tốc độ khuấy 400 vịng/phút

Hình 3.7. Phổ EDX phân tích

tốc độ khuấy 600 vịng/phút

Hình 3.8. Phổ EDX phân tích

bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3,

bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3

tốc độ khuấy 800 vòng/phút

tốc độ khuấy 1000 vòng/phút

Từ các dữ kiện EDX về thành phần nguyên tố xác định lại %
Al2O3 theo công thức:

%mAl2O3 

%mAl 102
54

Dựa vào kết quả ở Hình 3.9 dưới đây, nhận thấy rằng khi tăng tốc độ
khuấy từ 400 vòng đến 600 vòng hàm lượng Al2O3 tăng mạnh từ
33.94 % đến 39.38 %. Tiếp tục tăng tốc độ khuấy, hàm lượng Al2O3
giảm đi và giảm mạnh xuống còn 34.22% ở tốc độ khuấy 1000
vòng/phút.


13

Hình 3.9. Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ khuấy dung dịch đến
hàm lượng Al2O3 trong lớp mạ Ni-Al2O3
Như đã biết, tốc độ khuấy là thông số được quan tâm đặc
biệt bởi đây là thơng số có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tham gia
của các hạt vào lớp mạ. Các hạt trung tính cần đến bề mặt catot để
tham gia vào lớp mạ composite nên cần được dịch chuyển từ nguồn
hạt tới catot. Khuấy thúc đẩy sự dịch chuyển của các hạt và tăng tốc
độ khuấy vào sẽ làm nhiều hạt cứng tham gia vào lớp mạ. Tuy nhiên,
tốc độ khuấy quá cao sẽ giảm các hạt tham gia vào lớp mạ bởi vì các
hạt này sẽ bị văng ra khỏi bề mặt catot trước khi chúng được giữ lại.
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch mạ đến hàm
lượng nhôm trong lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng
khơng đổi dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa
1,8 M , pH = 5,5, Al2O3 60 g/L ở mật độ dòng điện -3 mA/cm2 trong

thời gian 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút ở nhiệt độ 30oC;
40oC; 50oC.
Các mẫu sau khi mạ được đo EDX tại Trung tâm đánh giá
hư hỏng vật liệu COMFA để xác định thành phần nguyên tố. Kết quả
thực nghiệm được thể hiện trên Hình 3.10, Hình 3.11 và Hình 3.12.


14

Hình 3.10. Phổ EDX phân tích

Hình 3.11. Phổ EDX phân tích

bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3

bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3

mạ ở 30 C
o

mạ ở 40oC

Hình 3.12. Phổ EDX phân tích

Hình 3.13. Đồ thị ảnh hưởng

bề mặt lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3

của nhiệt độ dung dịch đến

mạ ở 50 C
o

hàm lượng Al2O3 trong lớp mạ
Ni-Al2O3

Kết quả thực nghiệm cho thấy tăng nhiệt độ phản ứng từ 30oC đến
50oC hàm lượng nhơm trong lớp mạ tổ hợp điện hóa thay đổi không
nhiều. Tăng nhiệt độ từ 30oC đến 40oC hàm lượng Al2O3 tăng từ
39,38% đến 40,35%. Điều này có thể liên quan đến khả năng khuếch
tán của các hạt Al2O3 huyền phù trong dung dịch mạ tăng lên khi
tăng nhiệt độ, do vậy tốc độ phân tán phân tử Al2O3 trên bề mặt điện
cực tăng, khả năng đồng kết tủa lên bề mặt điện cực tăng lên, làm
cho hàm lượng Al2O3 trong lớp mạ cũng tăng lên (đạt cao nhất là


15
40,35% ở 40oC). Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 50oC hàm lượng Al2O3
trong lớp mạ lại giảm. Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra hiện tượng
đen bề mặt, lúc này lượng oxi tăng vọt trên bề mặt lớp mạ bởi các
bọt khí trong q trình mạ xuất hiện nhiều và khơng kịp thốt ra khỏi
bề mặt mạ.
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian mạ
Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian mạ đến hàm lượng
nhôm trong lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3, tiến hành mạ dịng khơng đổi
dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M + CH3COONa 1,8 M , pH =
5,5, Al2O3 60 g/L ở mật độ dòng điện -3 mA/cm2 tốc độ khuấy 600
vòng/phút ở nhiệt độ 40oC, thời gian mạ là 10 phút; 20 phút; 30 phút.
Kết quả thực nghiệm
cho thấy tăng thời gian

mạ từ 10 phút đến 20
phút, hàm lượng nhôm
trong lớp mạ tăng mạnh
(từ 34,01 % đến 37,06
%), đạt cao nhất ở thời
Hình 3.17. Đồ thị ảnh hưởng của thời
gian mạ đến hàm lượng Al2O3 trong lớp
mạ Ni-Al2O3

gian 20 phút, sau đó
giảm nhẹ ở thời gian 30
phút

(xuống

còn

35,85%).

Như đã biết hàm lượng Al2O3 trong lớp mạ tổ hợp phụ thuộc
vào cả tốc độ phóng điện của Ni và tốc độ va chạm cũng như chôn
lấp các hạt cứng này bằng Ni. Thời gian đầu khi phản ứng bắt đầu
diễn ra, khi lượng Ni sinh ra trên bề mặt chưa đủ để chôn lấp Al2O3


16
thì lượng nhơm oxit bị giữ lại trên bề mặt ít, hàm lượng nhôm trong
lớp mạ sẽ nhỏ. Theo thời gian lượng Al2O3 bị giữ lại tăng dần. Tuy
nhiên việc chơn lấp các hạt cứng có kích thước tương đối (cỡ μm)
cần thời gian và lượng Ni khá nhiều, do vậy mặc dù lượng Al2O3

trong lớp mạ tăng nhưng phần trăm khối lượng của chúng so với Ni
lại giảm chút ít.
Bên cạnh đó, bề mặt lớp mạ cũng thay đổi rõ rệt theo thời
gian (Hình 3.18).

10 phút

20 phút

30 phút

Hình 3.18. Bề mặt lớp mạ sau khi mạ trong thời gian
10 phút, 20 phút và 30 phút
Sau 10 phút, bề mặt lớp mạ nhẵn, khá đồng đều. Khi tăng
thời gian mạ lên 20 phút, bề mặt lớp mạ sáng hơn, màu đẹp hơn. Tuy
nhiên, khi tăng thời gian đến 30 phút thì bề mặt lớp mạ bị đen, sần
hơn so với lớp mạ ở thời gian 20 phút.
Như vậy, không nên mạ trong thời gian quá lâu, bề mặt mạ
sẽ trở nên sần, nhám, và có nhiều rỗ làm mất thẩm mỹ trong trang trí.
Từ các kết quả thực nghiệm, có thể rút ra điều kiện để thu
được lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3:


17
+ Thành phần dung dịch: NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M +
CH3COONa 1,8 M , pH = 5,5, Al2O3 60 g/L.
+ Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút
+ Nhiệt độ dung dịch: 40oC
+ Mật độ dòng điện: -3 mA/cm2
+ Thời gian mạ 20 phút

3.3. Một số tính chất của lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3
3.3.1. Kết quả chụp ảnh SEM
Các mẫu được mạ từ dung dịch chứa NiCl2 0,08 M + glyxin
0,2 M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, chứa 60 g/L Al2O3 và không
chứa Al2O3. Hai mẫu được mạ dịng khơng đổi trên máy điện hóa đa
năng AutoLab ở điều kiện giống nhau: Mật độ dòng điện bằng -3
mA/cm2, thời gian mạ là 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút và
nhiệt độ 40oC.
Các mẫu được gửi đi chụp ảnh bề mặt SEM tại Trung tâm
đánh giá hư hỏng vật liệu COMFA Hà Nội, kết quả được thể hiện
trên Hình 3.19.
Hình 3.19. Ảnh SEM
của lớp mạ điện hóa Ni
(a) và lớp mạ tổ hợp Ni Al2O3 (b)

(a)

(b)


18
Kết quả chụp SEM cho thấy ở cùng một độ phóng đại, bề
mặt mạ nickel thuần (a) nhẵn hơn nhiều so với lớp mạ tổ hợp NiAl2O3 (b). Trên bề mặt mạ tổ hợp có các hạt dạng tinh thể có kích
thước khác nổi lên trên, nhưng tinh thể này có khả năng là các hạt
Al2O3 bị nickel chơn lấp một phần.
3.3.2. Độ bền hóa chất
Để đánh giá độ bền hóa chất, các mẫu được mạ trên máy
điện hóa AutoLab từ dung dịch chứa NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2 M +
CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, Al2O3: 0 g/L; 20 g/L; 40 g/L; 60 g/L;
80 g/L.

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn khối lượng
vào thời gian trong môi trường NaCl và HCl của các mẫu bề mặt mạ
Ni-Al2O3 với hàm lượng Al2O3 khác nhau được thể hiện trên Hình
3.19 và Hình 3.20.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, cả Ni và Ni-Al2O3 mạ điện
hóa từ dung dịch nickel clorua nồng độ thấp chứa đệm glyxin đều
khá bền trong dung dịch NaCl 3,5% và dung dịch HCl 1 M. Trong
dung dịch NaCl 3.5% thì các mẫu bền hơn trong dung dịch HCl 1 M.
Cùng thời gian ngâm, tốc độ ăn mòn bề mặt của lớp mạ tổ hợp Ni –
Al2O3 trong cả 2 loại dung dịch NaCl và HCl đều nhỏ hơn nhiều so
với lớp mạ thuần Ni. Khi tăng hàm lượng Al2O3 tốc độ ăn mịn có xu
hướng giảm, điều này có thể là do tính trơ của Al2O3 trong mơi
trường ăn mịn. Tuy nhiên khi hàm lượng Al2O3 lớn tốc độ ăn mòn
lại tăng. Theo thời gian q trình ăn mịn dần ổn định, tốc độ ăn mịn
có xu hướng giảm dần.


19
Các mẫu sau khi mạ được đem ngâm trong dung dịch HCl 1M và
dung dịch NaCl 3,5% trong thời gian 24 h; 48 h và 72 h.

Hình 3.21. Tốc độ ăn mòn khối lượng của các mẫu trong dung
dịch HCl trong thời gian 24 h, 48 h, 72 h

Hình 3.20. Tốc độ ăn mòn khối lượng của các mẫu trong dung
dịch NaCl trong thời gian 24 h, 48 h, 72 h
3.3.3. Độ bền ăn mịn điện hóa
Để đánh giá vai trò của Al2O3 trong việc tăng khả năng chống ăn
mòn cho lớp mạ nickel, tiến hành tạo lớp mạ tổ hợp bằng cách mạ
dịng khơng đổi các mẫu trong dung dịch NiCl2 0,08 M + glyxin 0,2

M + CH3COONa 1,8 M, pH = 5,5, mật độ dòng điện -3 mA/cm2, thời


20
gian mạ 20 phút, tốc độ khuấy 600 vòng/phút và nhiệt độ 40oC với
hàm lượng Al2O3 lần lượt là 0 g/L; 20 g/L; 40 g/L, 60 g/L, 80 g/L.
Tiến hành đo dòng ăn mòn các mẫu trong dung dịch NaCl 3,5% trên
máy đo điện hóa Auto Lab khoa Hóa- trường Đại học Sư phạm Đà
Nẵng.
Kết quả đo dòng ăn mòn được thể hiện trên Hình 3.22.

Hình 3.22. Đường cong phân cực anot của các mẫu với hàm
lượng Al2O3 khác nhau trong dung dịch NaCl 3,5%
Kết quả xác định đường cong phân cực anot của các mẫu NiAl2O3 trong dung dịch NaCl 3,5 % cho thấy sự có mặt của Al2O3
trong lớp mạ tổ hợp khơng làm thay đổi nhiều hình dạng cũng như
độ cao của đường phụ thuộc. Tăng hàm lượng Al2O3 đường cong
phân cực bị đẩy về vùng thế dương hơn.Bằng phép ngoại suy Tafel
ta thu được giá trị mật độ dòng ăn mòn và thế ăn mòn của các mẫu
Ni-Al2O3 như trong Bảng 3.6.


21

Bảng 3.6. Giá trị mật độ dòng ăn mòn (iam) và thế ăn mòn
(Eam)của các mẫu với hàm lượng Al2O3 khác nhau trong dung
dịch NaCl 3,5%
Tên mẫu
E am (V)
iam
(A/cm2)

Ni-Al2O3
(0 g/L)

NiAl2O3
(20 g/L)
-0,7

-0,71
8,12.10-5

6,96.10-5

Ni-

Ni-Al2O3

Ni-Al2O3

(40 g/L)

(60 g/L)

-0,68

-0,63

-0,72

6,90.10-5

6,65.10-5

9,45.10-5

Al2O3
(80 g/L)

Dựa vào kết quả đo dòng ăn mịn ở Bảng 3.6, nhận thấy rằng
khi thêm Al2O3 thì thế ăn mòn dịch chuyển về vùng dương hơn, mật
độ dòng ăn mòn cũng nhỏ hơn. Tuy rằng ảnh hưởng của hạt Al2O3 là
không nhiều. Điều này chứng tỏ rằng khi mẫu có thêm Al2O3 thì khó
bị ăn mịn hơn so với mẫu khơng có Al2O3.
Tương tự như kết quả khảo sát độ bền ăn mịn hóa chất, tăng
hàm lượng Al2O3 lên đến 80 g/L thì thế ăn mịn lại âm hơn và mật độ
dòng ăn mòn lại lớn hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
- Đã xây dựng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đường
cong catot của nickel từ dung dịch mạ điện nickel clorua nồng độ
thấp chứa đệm glyxin. pH và hàm lượng Al2O3 trong dung dịch mạ
ảnh hưởng đáng kể đến thế bắt đầu khử Ni2+ và giá trị mật độ dòng.
Điều kiện tốt nhất để khử Ni2+ là pH = 5,5.


22
- Đã chế tạo thành công lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3 từ dung
dịch mạ điện nickel clorua nồng độ thấp chứa glyxin bằng phương
pháp mạ dịng khơng đổi.
- Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng nhôm

trong lớp mạ tổ hợp Ni- Al2O3: tốc độ khuấy, nhiệt độ và thời gian
mạ. Rút ra điều kiện tốt nhất để tạo lớp mạ tổ hợp (có hàm lượng
nhơm cao nhất):
+ Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút
+ Nhiệt độ: 40oC
+ Thời gian mạ: 20 phút với i = -3 mA/cm2
- Đã chụp ảnh SEM bề mặt các lớp mạ Ni và Ni- Al2O3.
Thấy rằng bề mặt Ni nhẵn hơn nhưng khơng sáng bóng bằng bề mặt
Ni- Al2O3.
- Đã khảo sát khả năng chống ăn mòn của lớp mạ tổ hợp NiAl2O3 trong dung dịch NaCl 3,5% và dung dịch HCl 1 M. Đã chứng
minh được lớp mạ Ni- Al2O3 bền hơn lớp mạ thuần Ni. Tăng hàm
lượng Al2O3 tốc độ ăn mòn giảm, bền nhất là lớp mạ tổ hợp Ni-Al2O3
(60 g/L).
2. KIẾN NGHỊ
Lớp mạ composite làm tăng độ bền về cơ, lý, hóa. Do vậy,
cần có thêm những nghiên cứu sâu về độ cứng tế vi, tính chất siêu kị
nước của lớp mạ.