Đồ án Ứng dụng công nghệ mạ xoa để nâng cao tính chịu mòn của chi tiết máy

Thành phần dung dịch Chế độ làm việc Lớp mạ đông lót và lớp mạ Nikel CrO3: 250 Axit Boric H3BO3: 25 BaCO3để khử gốc SO42- thích hợp Nhiệt độ thường Mật độ dòng điện 5 -7 A/dm2 Cần quạt hút Lớp mạ đông lót và lớp mạ Nikel NaCN : 100 NaOH : 50 Nhiệt độ thường Điện áp 6v Cần quạt hút Lớp mạ đông KNO3 : 100-150 pH 7- 10 Nhiệt độ 15 – 500C Mật độ dòng điện 5 – 10A/dm2 Cần quạt hút 3. MẠ NIKEN 3.1. Tính chất và phạm vi ứng dụng của lớp mạ kền. Kền ( Niken ) là kim loại có màu trắng hơi vàng, tỷ trọng là 8,9, nhiệt độ nóng chảy 1457oC, tương đối mềm, rất ổn định trong không khí, chống ăn mòn được với kiềm và một số axit. Trên 600oC kền mới bị ôxy hoá. Đương lượng điện hoá của kền 1,095g/A.h, điện thế tiêu chuẩn – 0,25V, kền sẽ tan trong axit nitric loãng. Bị thụ động trong axit nitric đặc, hoà tan chậm trong axit sunfuric và axit clo hiđric. Lớp mạ kền dễ đánh bóng, sau khi đánh bóng có thể đạt được độ bóng như gương. Do kền tiếp xúc với không khí, tạo thành lớp màng bảo vệ cho nên vẫn giữ được độ bóng. Điện thế của kền dương hơn so với Fe, nên nó là lớp mạ catốt, vì vậy chỉ khi nào lớp mạ không có lỗ xốp mới bảo vệ cho kim loại khỏi bị ăn mòn. Để lớp mạ có sự bảo vệ tốt trên Fe, người ta thường mạ nhiều lớp Cu – Ni hoặc Cu – Ni – Cr. Mạ đồng lót làm cho lớp mạ gắn chắc với nền, ít lỗ xốp, lấp được các lỗ xấu của nền, tiết kiệm được kền. Khi mạ nhiều lớp thì lớp mạ là 50%. Kền bền hơn Fe, trong công nghệ hoá chất thường mạ kền để bảo vệ máy móc dụng cụ và đường ống. mạ kền còn để làm tăng tính chịu mòn như trong kỹ thuật in, mạ các khuôn bản in, tăng độ cứng bề mặt, tăng tính chịu mài mòn. Mạ kền được ứng dụng rộng rãi trong các dụng cụ gia đình, dụng cụ y tế, phụ tùng xe đạp Dung dịch mạ kền có nhiều loại: Dung dịch muối sunfat, dung dịch sunfamat, dung dịch flobinatDung dịch muối sunfat được dùng rộng rãi vì có độ dẫn điện và khả năng phân bố tốt, nhưng nội ứng lực lớn, ăn mòn thiết bị. Dung dịch sunfamat, lớp mạ có nội ứng nhỏ, tốc độ kết tủa nhanh, nhưng giá thành cao, chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt. Dung dịch flobinat dùng trong đúc điện. Căn cứ vào độ bóng sản phẩm mà phân thành các loại mờ, mạ nữa bóng và mạ bóng. 3.2. Mạ Niken mờ. Niken là một trong những nguyên tố nhóm Fe, có phân cực catốt, anốt lớn. Vì thế trong dung dịch muối đơn có kết tinh lớp mạ nhỏ mịn. 3.2.1. Thành phần và chế độ làm việc của lớp mạ Niken mờ Bảng 3.27: Thành phần và chế độ làm việc của lớp mạ niken mờ Pha chế Hàm lượng Tên 1 2 3 4 NiSO4.7H2O 150-200 180-200 250-300 240-260 NiCl.6 H2O 30-60 NaCl 8-10 10-12 4-6 H3PO3 30-50 30-35 35-40 30-35 Axit Natri Sunfat 40-80 20-30 45-55 Na2SO4 4-6 Magie Sunfat MgSO4.7H2O 30-40 NaF Natri laury sunfat C12H25SO4Na 0,05-0,1 0,05-1 pH 5-5,5 5-5,5 3-4 4-4,5 Nhiệt độ (C) 18-35 20-35 45-60 45-50 Mật độ dòng điện (A/dm2) 0,5-1 0,5-1,5 1,5-2,5 1-1,5 Di động katốt Cần Cần Dung dịch 1, 2, 4: Mạ niken mờ. Dung dịch 3: Mạ niken nhanh. 3.2.2. Pha chế dung dịch Tính toán lượng các loại hoá chất cần cho vào bể, hoà tan từng phần trong nước nóng rồi cho vào bể, cho nước đến mức quy định, sau đó cho natri lauril sunfat khuấy đều phân tích, điều chỉnh, mạ thử. 3.2.3. Ảnh hưởng của các thành phần và chế độ làm việc a. Muối niken sunfat Niken sunfat là muối chủ yếu cung cấp ion niken. Hàm lượng niken sunfat trong khoảng 100 – 300g/l. Dung dịch nồng độ thấp ( vào khoảng 150g/l ), khả năng phân bố tốt, lớp mạ mịn, dễ đánh bóng, nhưng hiệu suất thấp, mật độ dòng điện thấp. Dùng dung dịch nồng độ cao ( vào khoảng 300g/l ) có thể dùng mật độ dòng điện cao, độ bóng đồng đều, tốc độ kết tủa lớp mạ nhanh. b. Chất thụ động anốt Làm cho anốt tan tốt, thường dùng hợp chất clo như natri clorua, niken clorua. Natri clorua hàm lượng khoảng 7 – 20g/l. Ion natri làm giảm giới hạn trên của mật độ dòng điện. Cho nên khi mạ niken nhanh cần dùng niken clorua để làm chất chống thụ động anốt. c. Chất đệm làm ổn định trị số pH là axit boric Hàm lượng axit này khoảng 30 -35g/l. Nếu thấp dưới 20g/l thì tác dụng làm đệm yếu. Khi nồng độ trên 31g/l, có tác dụng rõ rệt. Nhưng hàm lượng không nên cao quá vì độ hoà tan của axit boric ở nhiệt độ thường vào khoảng 40g/l. Do tác dụng làm ổn định độ pH của axit boric làm cho pH không tăng cao, không sinh ra niken hyđrôxit kết tủa trên lớp mạ, cải thiện tính năng lớp mạ và nâng cao phân cực catốt. d. Chất chống châm kim Natri lauryl sunfat là chất chống châm kim tốt, làm giảm sức căng bề mặt, làm cho bọt khí hyđrô dễ thoát ra, đề phòng sinh ra châm kim. Nếu pH dung dịch cao kết hợp với niken tạo thành kết tủa, không hoà tan, lượng tiêu hao lớn. Nếu pH thấp sự tiêu hao của nó ít. Lọc qua than hoạt tính, natri lauryl sunfat bị hấp thụ, phải cho vào tiếp. Mạ niken mờ thường dùng chất chống châm kim là H2O2. Lượng dùng 1 – 3ml/l H2O2 3%. Nhưng H2O2 phân huỷ nhanh, phải thường xuyên bổ sung. e. Giá trị pH: Giá trị pH ảnh hưởng tới tính chất lớp mạ. Trong quá trình mạ phải khống chế pH trong phạm vi quy định. Nếu pH cao khả năng phân bố tốt, nâng cao hiệu suất dòng điện, nhưng nếu pH quá cao ở catốt sẽ hình thành niken hyđrô kết tủa, bọt khí hyđrô thoát ra trên bề mặt, lớp mạ kết tinh thô. Vì vậy khi pH cao chỉ dùng mật độ dòng điện thấp. Khi pH thấp pH hoà tan tốt mòn ít, có thể dùng mật độ dòng điện cao, nhưng hiệu suất dòng điện thấp. Trong dung dịch mạ tốc độ nhanh đều sử dụng pH thấp. Nếu pH quá thấp thì không có lớp mạ, chỉ có khí hyđrô thoát ra. Trong quá trình mạ pH luôn ở trạng thái tăng cao, vì vậy hằng ngày phải đo độ pH để điều chỉnh và bổ sung kịp thời. Nếu pH cao dùng axit sunfuric 3% để điều chỉnh. Nếu pH thấp cũng có thể điều chỉnh bằng cách điện phân dùng điện tích anốt lớn, catốt nhỏ để nâng cao giá trị pH. g. Nhiệt độ: Dung dịch mạ niken thường dùng nhiệt độ từ 18 – 35oC. Nâng cao nhiệt độ làm giảm ứng suất nội lớp mạ, dùng mật độ dòng điện cao, tăng hiệu suất dòng điện. Nhưng nếu nhiệt độ quá cao thì lớp mạ thô, xốp, khả năng phân bố không tốt. h. Mật độ dòng điện: Trong quá trình mạ mật độ dòng điện cần tương ứng với nhiệt độ, nồng độ dung dịch và giá trị pH. Thông thường nếu nông độ dung dịch cao, pH thấp, tăng nhiệt và khuấy có thể dung mật độ dòng điện cao. Ngược lại nếu nồng độ dung dịch thấp, nhiệt độ thấp dùng mật độ dòng điện thấp. Mạ niken thường tiến hành ở nhiệt độ thường nồng độ dung dịch thấp, vì vậy mật độ dòng điện thường dùng là 0,5 – 1,5A/dm2. Đối với dung dịch mạ bóng thì dùng mật độ dòng điện từ 2 – 5A/dm2. i. Khuấy: Khuấy bao gồm việc khuấy trộn bằng không khí nén hay di động catốt. Khi khuấy đều làm cho ion kim loại đến catốt một cách dễ dàng, cho nên có thể nâng cao mật độ dòng điện, tăng độ bóng, làm cho bọt khí hyđrô thoát ra dễ dàng, ít bị châm kim. Phương pháp thường dùng để khuấy trộn dung dịch là di động catốt với tốc độ là 15 – 25 lần/phút ( Tương đương 3 – 5m/phút ). Khi mạ nhanh thì khuấy bằng không khí nén và lọc liên tục. 3.2.4. Ảnh hưởng của tạp chất và phương pháp khử tạp chất. a. Tạp chất Fe: Fe là tạp chất thường có trong dung dịch mạ niken. Khi có tạp chất Fe, Fe sẽ kết tủa trên catốt trước kền làm cho lớp mạ bị bong nứt, châm kim, nhiều lỗ xốpTạp chất Fe không vượt quá 0,03g/l. Nếu có Fe nhiều có thể xử lý băbgf cách điện phân dung dịch ở mật độ dòng điện thấp 0,1 – 0,2 A/dm2. Cũng có thể xử lý bằng phương pháp hoá học như sau: Vừa khuấy vừa cho 1 – 2ml/l nước ôyx già 30%. Gia nhiệt đến 60oC, khuấy 1 – 2h, điều chỉnh pH trên 5,5 sau đó khuấy đều và giữ nhiệt 1 – 2h, để qua đêm rồi lọc. Sau đó điều chỉnh pH đến phạm vi quy định. b. Tạp chất Cu: Khi dung dịch có 0,01 – 0,05g/l Cu thì lớp mạ thô, có màu đen. Nếu quá nhiều Cu thì bề mặt chi tiết mạ có màu đen. Phương pháp xử lý như sau: Dùng axit sunfuric điều chỉnh pH = 2,5 – 3, điện phân với mật độ dòng điện thấp 0,05 – 0,1A/dm2. Catốt là những tấm ttôn lớn gấp 4 – 5 lần diện tích anốt. Khi điện phân có màu đen xám bám vào đến khi có màu trắng của kền mới thôi. c. Tạp chất Zn: Khi dung dịch có trên 0,02g/l Zn, lớp mạ giòn. Tạp chất Zn càng nhiều lớp mạ có vệt màu đen. Phương pháp khử Zn như sau: Dùng NaOH điều chỉnh pH = 6, cho 5 – 10g/l canxi cacbonat, khống chế pH = 6,3, gia nhiệt 70oC, khuấy 1 – 2h, để yên 4h rồi lọc dung dịch, kẽm cacbonat lắng xuống, bị khử đi. Điều chỉnh pH đến bình thường, mạ thử. Cũng có thể khử Zn bằng phương pháp điện phân với mật độ dòng điện thấp 0,2 – 0,4A/dm2. d. Tạp chất Cr: Tạp chất Cr ảnh hưởng lớn tới lớp mạ niken. Khi hàm lượng Cr6+ là 0,01g/l, hiệu suất dòng điện giảm, lớp mạ đen, giòn, khi gập lại có dạng bột, độ bám kém. Khi hàm lượng Cr6+ trên 0,1g/l thì không có lớp mạ niken. Phương pháp xử lý như sau: Vừa khuấy vừa cho Na2S2O8 0,02 – 0,04g/l, gia nhiệt đến 60oC, khuấy 1h, điều chỉnh pH = 5 – 5,5. Để lắng nhiều giờ, rồi lọc. Su đó cho H2O2 vào để khử Na2S2O8 còn dư. Điều chỉnh pH đến bình thường rồi mạ thử. e. Tạp chất gốc nitrat: Dung dịch có nitrat lớp mạ màu tro, giòn, khi uốn cong có dạng bột. Khi hàm lượng trên 0,2g/l lớp mạ màu đen, hiệu suất dòng điện giảm. Phương pháp xử lý như sau: Điều chỉnh pH = 1 – 2 rồi tiến hành điện phân trong thời gian 5 – 6h đầu, dung mật độ dòng điện 0,5 – 1A/dm2, sau đó giảm dần đến 0,2A/dm2. Tuy nhiên quá trình điện phân gốc nitrat bị khử thành ion NH4+. g. Tạp chất hữu cơ: trong dung dịch có tạp chất hữu cơ, ảnh hưởng lớn tới chất lượng lớp mạ làm cho lớp mạ giòn, bong, châm kim Phương pháp xử lý như sau: Cho 3 – 5g/l than hoạt tính vừa khuấy vừa cho vào, gia nhiệt 60 – 80oC, để lắng rồi lọc. Nếu có tạp chất hữu cơ nhiều, dùng 2 – 3g/l H2O2 để xử lý sau đó dùng than hoạt tính để hấp thụ. i. Dung dịch có tạp chất hữu cơ có thể xử lý bằng phương pháp dùng kali pemanganat ( KmnO4 ): Dùng H2SO4 điều chỉnh pH = 3, gia nhiệt 60 – 80oC cho KmnO4 đã hoà tan vào dung dịch mạ ( cho 0,03 – 1,5g/l KmnO4 tuỳ theo tạp chất nhiều hay ít ), khuấy đều, để lắng một đêm. Nếu dung dịch có màu đỏ thì dùng H2O2 để khử đi, điều chỉnh pH bình thường rồi mạ thử. 3.2.5. Những sự cố và phương pháp khắc phục khi mạ niken mờ Bảng 3.28: Những sự cố và phương pháp khắc phục Hiện tượng Nguyên nhân và cách khắc phục Lớp mạ bóng 1.Gia công bề mặt trước khi mạ không tốt 2. pH không bình thường 3. Mật độ dòng điện cao, nhiệt độ thấp 4. Dung dịch có tạp chất kim loại hoặc tạp chất hữu cơ, kiểm tra xử lý. Lớp mạ rỗ và cách khắc phục ph không bình thường Chất chông châm kim ít, dung dịch có tạp chất kim loại hoặc tạp chất hữu cơ Lớp mạ có gai Trong dung dịch có chất huyền phù, lọc bao ant Mật độ dòng điện cao Lớp mạ tối chỉ có kẽm có mầu đen Trong dung dịch có tạp chất đồng Nồng độ Nikel cao, pH cao, nhiệt độ cao, mật độ dòng điện thấp Lớp mạ thô Nhiệt độ cao, mật độ dòng điện thấp Nồng độ Nikel cao , mật độ dòng điện thấp pH thấp Anốt thụ động hóa Mật độ dòng điện anốt thấp Hàm lượng chất clo thấp Hiếu suất dòng điện thấp Trong dung dịch có crôm oxit CrO3 hay gốc nitrat Lớp mạ sau khi sấy rỗ Lớp mạ mỏng Kim loại nền rỗ Trung hòa, rửa sau khi mạ không sạch 3.3. Mạ niken bóng. Mạ niken bóng có rất nhiều ưu điểm, có thể tiết kiệm khâu đánh bóng cơ khí nặng nhọc, cải thiện điều kiện làm việc, tiết kiệm vải, thuốc đánh bóng, nâng cao độ cứng lớp mạ, có thể tự động hoá. Nhưng lớp mạ bóng có lưu huỳnh thì ứng suất nội và tính giòn lớn, độ bền chống rỉ kém hơn lớp mạ mờ. Để khắc phục khuyết điểm này có thể áp dụng công nghệ mạ niken hai lớp, ba lớpđể nâng cao độ bền chống rỉ của lớp mạ. Trước kia chất làm bóng thương dùng là chất vô cơ, thí dụ như cacđimi, sau đó dùng muối coban, focmalin và các chất phụ gia khác. Ngày nay để nâng cao chất lượng lớp mạ thường cho vào bể bán bóng, mạ bóng các hợp chất hữu cơ. Chất làm bóng tốt là chất có độ bóng cao, san bằng bề mặt tốt, tính chống rỉ tốt, dễ khống chế, có thể trực tiếp mạ Cr. Không có chất làm bóng nào có toàn bộ ưu điểm trên, cho nên người dùng chọn lựa chất làm bóng nào phải căn cứ vào điều kiện và yêu cầu cụ thể. Chất làm bóng thương chia làm hai loại: Chất làm bóng loại 1 và chất làm bóng loại 2. Chất làm bóng loại 2 có chất vô cơ và chất hữu cơ. Chất làm bóng loại 1 để tăng cường hiệu quả chất làm bóng loại 2, thường là chất hữu cơ có lưu huỳnh. Cấu tạo điển hình của chúng như sau: Khi sử dụng chất làm bóng loại 1 thường cao hơn nhiều so với chất làm bóng loại 2, hàm lượng của nó vào khoảng 1 -10g/l, lớp mạ thường có 0,03%S. Chất làm bóng loại 2 dùng phối hợp với chất làm bónh loại 1 sẽ tạo được lớp mạ rất bóng, bằng phẳng. Chất làm bóng laọi 2 thường là những chất hữu cơ chưa bảo hoà. Lớp mạ thường có hợp chất lưu huỳnh hoặc cacbon. Thông thường không thể dùng đơn độc chất làm bóng loại 2 vì sẽ sinh ra ứng lực cao, tính giòn lớn, khả năng phân bố kém. Chất làm bóng loại 2 thường là chất san bằng tốt. Thành phần pha chế chất làm bóng loại 1 và loại 2 được giữ rất bí mật, do một bộ phận chuyên môn làm. 3.3.1. Thành phần và chế độ làm việc của mạ niken bóng. Dung dịch 1, 2, 3 mạ bóng, dung dịch 4, 5 mạ nữa bóng. Dung dịch 6, 7 mạ quay. Dung dịch 2 có thể cho 1,2 – 0,3 ml/l focmalin 37%. Dung dịch 1 có độ bóng mịn, tính mòn ít nhưng dễ châm kim đặc biệt khi dùng 1 – 4 butidiol chất lượng không tốt. Dung dịch 2 như dung dịch 1. Dung dịch 3 có tác dụng làm bằng tốt nhưng hơi giòn. 3.3.2. Ảnh hưởng của các nhân tố. Ngoài chất làm bóng ra các thành phần khác của dung dịch mạ bóng giống như mạ niken mờ. Các nhân tố ảnh hưởng cũng như mạ niken mờ, nhưng nồng độ muối niken cao, giá trị pH thấp, hàm lượng chất đệm cao, dùng mật độ dòng điện cao. Dung dịch mạ bóng niken có chất hữu cơ vì vậy dễ xuất hiện châm kim. Nhưng không thể dùng chất ôxi hoá làm chất chống châm kim bởi vì chất ôxi hoá phá hoại chất hữu cơ. Trong dung dịch mạ bóng thường cho 0,1 – 0,2g/l natri lauryl sunfat làm chất chống châm kim. Cũng có thể dùng phương pháp khuấy trộn ( di động catốt ) để chống châm kim và cũng có thể dùng mật độ dòng điện cao. 3.3.3. Pha và điều chế dung dịch mạ bóng. Pha chế dung dịch mạ bóng cung giống như mạ niken mờ. Trước khi mạ cho chất làm bóng, khi cho cần phải khuấy đều và điện phân vài giờ. Saccarin 1 – 4 butiđiol, phênol, cacđimi clorua hoà tan bằng nước rồi cho vào. Fomalin cần lọc xong cho vào. Cumarin cần phải hoà tan bằng rưọu hoặc axit axêtic rồi cho vào. Phương pháp phân tích chất làm bóng không ngừng phát triển nhưng tương đối phức tạp. Hiện nay thường căn cứ vào tình hình sản xuất, số lượng sản phẩm mà định kỳ cho chất làm bóng vào dung dịch mạ. Bảng 3.30: Những sự cố và phương pháp khắc phục khi mạ niken bóng. Hiện tượng Nguyên nhân và cách khăc phục Lớp mạ dòn, rộp, mạ crôm bóng bị bóc ra Chất làm bóng nhiều, xử lý điện phân Tạp chất hữu cơ nhiều Tạp chất kim loại nhiều, tùy từng tạp chất mà xử lý theo từng phương pháp pH quá cao, hàm lượng H3BO3 thấp Độ bóng chỗ lõm kém hoặc đen Mật độ dòng điện thấp hoặc nhiệt độ cao pH thấp Tạp chất đồng, kẽm nhiều Tạp chất hữu cơ nhiều Hàm lượng chất làm bóng quá cao hoặc quá thấp Lớp mạ châm kim Natri laury sunfat thấp Chất lượng 1-4butidiol thấp dùng phương pháp khử tạp chất hữu cơ rồi cho 1-4 butadiol chất lượng cao Chất làm bóng hữu cơ nhiều Tạp chất sắt nhiều Ảnh hưởng của bùn anốt, cần bao anốt Lớp mạ trung gian hoặc lớp mạ nền có điểm rỗ Lớp mạ cháy Hàm lượng Nikel sunfat hoặc axit boric thấp Nhiệt độ thấp pH quá cao Lớp mạ phân lớp Ngắt điện trong quá trình mạ, kiểm tra mạch điện, giá treo Lớp mạ thô Dung dịch có tạp chất hữu cơ , cần phải lọc Dòng điện quá cao Lớp mạ có độ bóng kém Mật độ dòng điện nhỏ Chất làm bóng ít Giá trị pH và nhiệt độ không đúng Tác dụng làm bằng không tốt Cumarin hoặc 1-4 butidiol thấp Hàm lượng Nikel thấp Nhiệt độ thấp Mật độ dòng điện nhỏ Hiệu suất dòng điện thấp, lớp mạ mầu đen Trong dung dịch có gốc nitrat hoặc crôm hóa tri 6 3.3.4. Mạ niken nhiều lớp. Mạ niken 2 lớp gồm có 2 lớp mạ. Niken lớp mạ mờ - lớp mạ bóng ( hay nữa bóng ) hay là lớp mạ nữa bóng – lớp mạ bóng. Độ dày của lớp mạ đầu tiên khoảng 75 – 85% tổng độ dày lớp mạ. Do cấu tạo và hàm lượng lưu huỳnh trong mỗi lớp khác nhau, điện thế tiêu chuẩn của lớp mạ thứ 2 âm hơn so với lớp mạ thứ nhất mấy chục milivon, vì vậy lớp mạ thứ 2 là lớp mạ anốt so với lớp mạ thứ nhất. Vì vậy nâng cao được tính chống rỉ, bảo vệ kim loại nền không bị ăn mòn. Trong bảng 2.29 thì dung dịch 4, 5 là dung dịch mạ nữa bóng của lớp mạ thứ nhất. Mạ niken 3 lớp thì lớp mạ thứ nhất là lớp mạ lấp lỗ kim loại nền có độ dày 0,2 - 2µm. Thành phần và chế độ làm việc của dung dịch mạ niken lấp lỗ hư trong bảng 6.5. Dung dịch này cũng giống như dung dịch mạ bóng nhưng có chất phi kim loại thể rắn, có độ hạt nhỏ (đường kính < 0,5µm ). Do việc khuấy bằng không khí nén ( hoặc bằng cơ khí ) những hạt nhỏ này phân bố đều trong dung dịch. Bảng 3.31: Thành phần và chế độ làm việc của dung dịch mạ niken lấp lỗ. Thành phần Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O NaCl H3PO4 C6H5COSO2NH2 1-4 butidiol C4H6O2 Poliglicola CH2OH(CH2CH2O)CH2OH SiO2 Ph Nhiệt độ (0C) Mật độ dòng điện (A/dm2) Khuấy Thời gian (phút) 350-380 12-18 40-45 2,5-3 0,4-0,5 0,15-0,2 50-70 4,2-4,6 55-60 3-4 Khuấy bằng không khí nén 3-5 Hàm lượng những chất nhỏ phi kim loại trong lớp mạ chiếm khoảng 2 – 3%, hình thành tổ chức kim loại niken và phi kim loại sít kín, làm giảm độ xốp lớp mạ.Những hạt nhỏ phi kim loại của lớp mạ được Crôm, vì vậy lớp mạ crôm phân bố đều trên lỗ. Khi mạ trong dung dịch lấp lỗ cần chú ý những điểm sau đây: - Những nguyên liệu phi kim( ví dụ SiO2 có nồng độ 50-00g/l). Nồng độ lớn rữa chi tiết khó đồng thời gây tổn hao nhiều dung dịch(đắt tiền). - Đường kính hạt phi kim không lớn hơn 0,5 micrôn. Nếu đường kính > 1 micrôn, ảnh hưởng đến độ bóng và độ làm bằng của lớp mạ, đồng thời tính bền ăn mòn không tốt. Nếu đường kính hạt 0,1 micron hiệu quả rất tốt nhưng chế tạo khó khăn. - Trước khi đưa chi tiết vào mạ cần phải khuấy đều dung dịch làm cho hạt phi kim được phân bố đều nếu không lớp mạ có hoa. Chi tiết lấy ra cần phải rửa sạch để tránh hạt phi kim rơi vào bể Cr. - Thiết kế giá treo cần phải nghiên cứu tới khả năng phân bố đều của hạt phi kim. - Khuấy bằng cơ khí hoặc bằng di động catốt, hiệu quả không tốt, tốt nhất là khuấy bằng không khí nén. 3.3.5. Mạ niken bằng dung dịch sunfat. Dùng dung dịch mạ niken sunfat có thể cho tốc độ cao, lớp mạ niken dày, ít ứng suất, có thể dùng cho kỹ thuật mạ khuôn đúc, khuôn ép, khuôn điã hát Phương pháp pha chế như sau: 4NH3SO3 + Ni(OH)2NiCO3 = 2Ni(NH2SO3)2 + CO2 + 3H2 Muối niken được điều chế từ Ni(OH)2NiCO3 và NH2SO3. Trong 1 lít dung dịch cần 0,32kg NH2SO3H và 0,2kg Ni(OH)2NiCO3 ( hàm lượng niken 44% ) khi pha chế hoà tan NH2SO3H trong nước cất, dun nóng 70 – 80oC. Vừa khuấy vừa cho dần Ni(OH)2NiCO3 vào, sau đó cho H3BO3 và NiCl2 đã hoà tan vào. Dùng nước cất pha đến mức quy định, phân tích điều chỉnh, mạ thử. 3.3.6. Mạ niken đen. Lớp mạ thu được trong dung dịch này có màu đen, có niken, kẽm, lưu huỳnh và các chất hữu cơtrong lớp mạ có khoảng 40 – 60% niken, 20 – 30% kẽm, 10 – 15% lưu huỳnh và khoảng 10% hợp chất hữu cơ. Trong quá trình mạ ion lưu huỳnh kết hợp với niken tạo thành niken sunfua có màu đen. Sự phân huỷ của muối thioxianat tạo nên hợp chất hữu cơ. Mạ niken đen trực tiếp trên Fe, thép thì độ bám không chắc, có thể dùng lớp mạ đồng làm lớp mạ trung gian nhưng tính bền chống gỉ không tốt. Để nâng cao tính bền chông gỉ và độ bám chắc, dùng lớp mạ kẽm làm lớp mạ trung gian. Khi mạ niken đen cần chú ý mấy điểm sau đây: + Trong quá trình mạ phải có điện liên tục, dòng điện không ngắt quảng. + Giá treo sau khi mạ 2 – 3 lần cầntẩy lớp mạ đi để tiếp xúc tốt. +Những kim loại sát thép, thép đúc cần lớp mạ đồng, lớp kẽm, su đó mạ niken đen. 3.3.7. Tẩy lớp mạ niken hỏng. Người ta thường tẩy lớp mạ niken hỏng bằng phương pháp hoá học hay phương pháp điện hoá. 4 - MẠ CRÔM 4.1. Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm. Cr là kim loại màu trắng bạc, hơi xanh, nguyên tử lượng 51,996, tỷ trọng 7,2, điện thế tiêu chuẩn Cr3+/Cr = -0,71V, dương lượng điện hoá 0,323 g/ảnh hưởng. Cr là kim loại hoạt động nhưng dễ bị thụ động, nên rất bền trong nhiều trường xâm thực, Cr bền trong không khí, bền trong nhiều axit hữu cơ và vô cơ như axit nitric, axit axêtic, kiềmdễ hoà tan trong axit clohiđric, axit sunfuric nóng. Lớp mạ Cr là lớp mạ catốt có nhiều lỗ nên không bảo vệ được sắt thép khỏi ăn mòn. Để dược lớp mạ tốt cần phải mạ đồng, mạ kền, sau đó mới mạ Cr dày 0,8 - 1µm. Lớp mạ có tính ổn định hoá học tốt, tính chịu mòn cao đồng thời bề ngoài trông rất đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt. Vì thế nó được sữ dụng rộng rãi trong công nghiệp mạ ôtô, mạ các chi tiết máy, dụng cụ ytế, phụ tùng xe đạp. Lớp mạ Cr có độ cứng cao hơn các loại gang thép khác (HB = 800 – 1000 ), hệ số mạ xoa sát nhỏ, chịu nhiệt độ cao ( 450 – 500oC ) không biến màu, bám chắc với nền. Vì vậy mạ Cr được ứng dụng rộng rãi để phục hồi các tiết máy đã bị mài mòn. Khi tạo nên những lỗ xốp và rãnh nhỏ trên bề mặt lớp mạ luôn cứng có tác dụng chứa dầu rất tốt, tính chịu mòn của nó rất cao. Xéc măng, xi lanh của động cơ đốt trong thường mạ Cr xốp, tính chịu mòn của nó cao hơn 5 – 6 lần chi tiết không mạ. 4.2. Đặc điểm của quá trình mạ crôm. So với các quá trình mạ Cr khác, Cr có những loại đặc điểm sau: - Đa số các dung dịch mạ đều kết tủa kim loại từ muối của nó, riêng mạ Cr lại kết tủa kim loại từ muối axit crômic, ngoài ra phải có các ion khác như SO42-, Sì62- với tỷ lệ nhất định thì Cr mới kết tủa được. Dung dịch mạ Cr ít nhạy với các tạp chất kim loại. - Chế đọ mạ ( nhiệt độ, mật độ dòng điện ) ảnh hưởng tới quá trình mạ nhạy hơn so với các quá trình mạ khác, chọn chế độ mạ thích hợp có thể cho lớp mạ bóng mà không cần chất làm bóng. Mật độ dòng điện tối thiểu để được lớp mạ Cr lớn gấp hàng chục lần quá trình mạ khác. - Khả năng phân bố của dung dịch mạ Cr kém, những chi tiết phức tạp, đặc biệt là nhưng chi tiết có nhiều lỗ phải dùng phương pháp thao tác đặc biệt mới được lớp mạ có độ dày đồng đều. Thí dụ như dùng giá treo có cấu tạo đặc biệt, dùng mật độ dòng điện ban đầu lớn hơn 50 – 100% mật độ dòng điện thường dùng. - Mạ Cr dùng anốt là chì, không dùng Cr, vì dùng Cr rất giòn, khó chế tạo thành anốt, tốc độ tan của Cr rất nhanh, vượt quá tốc độ mạ, ngoài ra nó còn hoà tan thành Cr3+ làm cho dung dịch không ổn định. 4.3. Các dung dịch mạ crôm. 4.3.1. Dung dịch mạ crôm thông thường Dung dịch mạ Cr thường được sử dụng rộng rãi, thành phần chủ yếu là CrO3 và H2SO4 ( chiếm 1% hàm lượng của crôm ôxit ). Do nnồng độ của Cr ôxit khac nhau mà phân ra 3 loại: Dung dịch nồng độ cao, dung dịch nồng độ trung bình, dung dịch nồng độ thấp. Dung dịch nồng độ trung bình thường gọi là dung dịch Cr tiêu chuẩn. 4.3.2. Dung dịch mạ crôm hỗn hợp. Dung dịch mạ Cr hỗn hợp thành phần chủ yếu gồm Cr ôxit, H2SO4 và axit flo silisic (H2SiF6). Trong dung dịch Cr cho ion SiF62- có tác dụng giống như SO42- làm tăng khả năng phân bố, tăng hiệu suất dòng điện trên 20%. 4.3.3. Dung dịch mạ crôm điều chỉnh tự động. Thành phần của dung dịch này như sau: CrO3, SrSO4 và K2SiF6. Trong dung dịch Cr ở nhiệt độ và nồng độ nhất định tích số hoà tan của SrSO4 và K2SiF6 là hằng số. SrSO4 = Sr2+ + SO42- [ Sr+2 ] [ SO42- ] = LSrSO4 = K1 ( const ) K2SiF6 = 2K+ + SiF62- [ K+ ]2 [ SiF62- ] = LK2SiF6 = K2 ( const ) Khi nồng độ của SO42- hoặc SiF62- tăng lên thì tích số hoà tan của nnồng độ ion lớn hơn hằng số hoà tan, sự cân bằng bị phá huỷ, tạo nên SrSO4 hoặc K2SiF6 kết tủa. Nếu nồng độ SO42- hoặc SiF62- không đủ thì SrSO4 hoặc K2SiF6 bị kết tủa hoàn toàn cho đến khi: [ Sr+2 ] [ SO42- ] = LSrSO4 = K1. [ K+ ]2 [ SiF62- ] = LK2SiF6 = K2 thì dừng lại. Vì thế khi nhiệt độ nồng độ và nồng độ nhiệt độ CrO3 không đổi thì nồng độ ion SO4-2 và SiF6-2 không đổi. 4.3.4. Dung dịch mạ crôm nhanh. Thành phần dung dịch mạ Cr nhanh là dung dịch mạ Cr tiêu chuẩn, cho thêm axit boric và magiêoxit, có thể dùng mật độ dòng điện lớn, nên tăng cường tốc độ mạ. 4.4. Ảnh hưởng các thành phần dung dịch tới chất lượng lớp mạ. Dung dịch mạ Cr có thành phần chủ yếu là crôm ôxit và axit sunfuric, có dung dịch Cr cho thêm H2SiF6. 4.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ crôm ôxit. Nồng độ Cr ôxit có thể thay đổi trong khoảng rộng 150 – 400g/l. Dung dịch loãng ( CrO3: 150 – 200g/l ) thì nồng độ ion kim loại thấp, tính ổn định dung dịch kém, hiệu suất dòng điện cao ( 16 – 18% ), độ cứng cao, dùng mật độ dòng điện cao. Dung dịch tổn thất ít, thích hợp để mạ Cr cứng. Dung dịch nồng độ cao ( CrO3: 250 – 350g/l ), tính ổn định dung dịch cao, hiệu suất giảm ( 10 – 12% ). Dùng mật độ dòng điện thấp ( 25 – 35 A/dm2 ), độ dẫn điện cao, khả năng phân bố tốt, lớp mạ mềm, sự hao hụt mỗi lần lấy ra nhiều. Dung dịch này thích hợp với mạ Cr trang sức. Dung dịch có nồng độ trung bình ( CrO3: 200 – 250g/l ) có những tính chất nằm giữa dung dịch có nồng độ cao và nồng độ thấp, hiệu suất dòng điện 13 – 16%, khả năng phân bố trung bình, dung dịch ổn định. 4.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ gốc sunfat. Nồng độ gốc sunfat có ảnh hưởng rất lớn đến độ bóng, kh