Luận văn tính toán thiết kế xưởng mạ kẽm treo sản phẩm tay gương xe máy năng xuất 75000m2năm

Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 6
PHẦN I. TỔNG QUAN .................................................................................. 8
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT NGÀNH MẠ ĐIỆN .......................................... 8
1.1.

LỊCH SỬ CỦA NGÀNH MẠ ĐIỆN .................................................... 8

1.1.1. Công nghệ mạ trên thế giới .................................................................. 8
1.1.2. Công nghệ mạ tại Việt Nam ................................................................. 8
1.2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ MẠ ......................................... 10

1.2.1. Khái niệm chung về mạ điện .............................................................. 10
1.2.2. Bản chất của công nghệ mạ điện........................................................ 11
1.2.3. Nguồn điện dùng trong công nghệ mạ điện hố................................ 11
1.2.3.1.

Q trình catot .............................................................................. 12

1.2.3.2.

Q trình anot ............................................................................... 14

1.2.4. Sự hình thành lớp mạ ......................................................................... 14
1.3.

CƠNG NGHỆ MẠ KẼM ................................................................... 15

1.3.1. Các bước công nghệ ............................................................................ 15
1.3.2. Lớp mạ kẽm ........................................................................................ 15
1.3.3. Các dạng dung dịch, chế độ mạ kẽm ................................................. 16
1.3.3.1.

Mạ kẽm trong dung dịch axit ........................................................ 16

1.3.3.2.

Mạ kẽm từ dung dịch phức ........................................................... 17

2.2.

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .............................................................. 19

2.2.1. Chuẩn bị mạ........................................................................................ 19
2.2.1.1.

Gia cơng cơ học ............................................................................ 19

2.2.1.2.

Tẩy dầu nóng ................................................................................ 20
ĐATN | 1

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 ........................................................................... 20

2.2.1.5.

Hoạt hóa ....................................................................................... 21

2.2.2. Mạ kiềm kẽm treo............................................................................... 21
2.2.3. Hoàn thiện lớp mạ .............................................................................. 23
PHẦN II. THIẾT KẾ - TÍNH TỐN .......................................................... 26
CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ............ 27
1.1.

ĐẶT KHUNG THỜI GIAN LÀM VIỆC VÀ CHỌN CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT ......................................................................................... 27

1.1.1. Đặc tính hàng mạ ................................................................................ 27
1.1.2. Chọn khung (gá) mạ ........................................................................... 27
1.1.3. Dây chuyền.......................................................................................... 28
1.1.4. Thời gian làm việc của xưởng ............................................................ 28

1.1.5. Đơn vị tải ............................................................................................. 30
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 công các bể khác .......................................................... 31
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 ............................................................... 32

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 | 2

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 tốn 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
ĐATN | 3

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

1.6.

TÍNH TIÊU TỐN NƯỚC RỬA ......................................................... 49

1.7.

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 HÓA 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 TOÀN LAO ĐỘNG VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ............. 72
3.1.

VỆ SINH CÔNG NGHIỆP ................................................................ 72
ĐATN | 4

SVTH: Phạm Văn Linh

LTCD – ĐH Hóa 1, K11


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

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

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
o Tính tốn thơng số kỹ thuật xưởng
ĐATN | 6

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

o Xây dựng – tổ chức
o Vệ sinh – an toàn lao động
o Hiệu quả kinh tế
 Kết luận

ĐATN | 7

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
ĐATN | 8

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

một cách độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng cơng ty cổ phần,
cơng ty tư nhân và cơng 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, …Ngồi 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 hoàn thiện và phát triển
kỹ thuật và công 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 công 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 | 9

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 | 10

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 | 11

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 | 12

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 | 13

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 | 14

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/cm3. 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 thơn khong 1-1,5
àm, vựng cụng nghip t 6ữ8àm.

ATN | 15

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

Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

Lớp mạ kẽm khá dẻo, chịu uốn, bẻ, cán dát tốt. Kẽm mới mạ dễ hàn, chỉ
cần hoạt hóa bằng nhựa thông, lớp mạ dùng lâu phải dùng axit hoạt hóa mới
hàn 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 mịn 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 𝜇𝑚; 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 Công Nghệ Mạ điện - Trần Minh Hồng- trang 62)
o Trong mơi trường ăn mịn rất mạnh l 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 dạng 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
ĐATN | 16

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

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
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 dòng 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 | 17

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 | 18

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

ĐATN | 19

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

đoạn 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 q trình hịa tan oxit và kim

ĐATN | 20

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

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’
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), không 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 | 21

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bảng 1: chế độ dung dịch mạ
1

2

(điện phân xử lý)

(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 | 22

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
ĐATN | 23

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

triển màng thơng qua trao đổi điện tích và chuyển khối qua các lỗ và khuyết tật
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

mòn 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
mịn 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.
Quá trình

Nhiệt độ oC

Thời gian thụ Phủ màng hữu Thời gian bị
động (s)
cơ
ăn mòn (h)

Nhúng

70

6

-

48

Nt
Nt

Nt

70
70
70

6
10
10

X
X

144
48
168

Phun
Nt

70
70

6
6

x

144
484

ĐATN | 24

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


Khoa: Cơng nghệ Hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths. Nguyễn Xn Huy

Cơ chế q trình cromít hố: Cũng giống như q trình cromát hố. Đầu
tiên trên bề mặt của kim loại nền kẽm tiếp xúc với dung dịch xảy ra phản ứng
kẽm bị hồ tan bởi axít: Zn + 2H+ →

Zn2+ + H2↑ (1)

Và sau đó ion Zn2+ sinh ra sẽ phản ứng với Cr(III) trong phức và trong
dung dịch tạo sản phẩm: Zn2+ + xCr(III) + yH2O ↔ ZnCrxOy+ 2yH+ (2). Lượng
axit trong dung dịch thụ động tham gia vào q trình hồ tan lớp kẽm. Kết quả
là lượng axít bị giảm đi và giá trị pH ở đó tăng lên nhanh.
Màu đen của lớp thụ động từ chất nhuộm màu pha với dung dịch thụ
động.

ĐATN | 25

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