Đồ án Công nghệ mạ vàng, Niken, Đồng

g dịch muối sunfit [1] Đặc điểm công nghệ Trong dung dịch mạ vàng dung dịch muối sunfit, vàng ở dạng KAu(SO3)2, chất tạo phức là (NH4)2SO3. Công nghệ mạ vàng muối sunfit là công nghệ mạ vàng không độc có giá trị thực tiễn và tương lai phát triển tốt. Khả năng phân bố của dung dịch rất tốt, hiệu suất kết tủa nhanh, lỗ xốp nhỏ. Lớp mạ bám chắc với kim loại niken, đồng, bạc…Cho vào dung dịch CoSO4, EDTA, có thể thu được lớp mạ vàng cứng, nhưng anôt không hòa tan nên thường xuyên bổ sung vàng. [2] Chế độ công nghệ Bảng 1.23. Chế độ công nghệ mạ vàng muối sunfat Pha chế 1 2 3 4 Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) (NH4)2SO3 150-50 Au 5-25 25-35 (ở dạng AuCl3) 10-15 8-15 (ở dạng HAuCl4) Na2SO3.7H2O 120-150 140-180 150-180 K3C6H5O7 80-120 80-100 (NH4)3C6H5O7 70-90 EDTA 50-70 40 5-Feb CoSO4.7H2O 0.5-1 0.5-1 0.5-1 KCl 60-100 K2HPO4 20-35 CuSO4.5H2O 0.1-0.2 pH 8.5-9.5 6.5-7.5 8-10 9.0-9.5 Nhiệt độ (0C) 45-65 Thường 40-60 45-50 Khuấy Di động catôt Khuấy không khí Di động catôt Mật độ dòng điện (A/dm2) 0.1-0.8 0.2-0.3 0.3-0.5 0.1-0.4 Anôt Au Au Au Au [3] Duy trì công nghệ Khống chế pH>8. Đây nhân tố cơ bản bảo đảm ổn định dung dịch mạ. Khi pH 10, lớp mạ có màu nâu đen, phải điều chỉnh bằng axit citric. KC6H5O7 là chất tạo phức phụ trợ, đồng thời là chất làm điệm, làm cho pH ổn định, nâng cao độ bám chắc giữa lớp nền niken với vàng. Anôt dùng là vàng, bạch kim hoặc lưới bạch kim titan, không dùng thép không gỉ, bởi vì ion clo có thể làm cho crôm thành Cr+6, làm bẩn dung dịch, dung dịch có màu vàng da cam. Diện tích anôt: diện tích anôt = 1:3 nếu không axit thụ động hóa, dung dịch không ổn định. Anôt không hòa tan, vì vậy hàm lượng vàng trong dung dịch không ngừng tiêu hao, cần bổ sung thường xuyên hàm lượng vàng. Để tránh bạc, đồng, niken… tác dụng với nitơ trong dung dịch tạo nên ion phức làm bẩn dung dịch, khi mạ cần có điện vào bể mạ, thanh đồng và móc treo có giá treo phải mạ lớp vàng, nếu không ảnh hưởng đến độ tinh khiết và độ cứng lớp mạ. Khi mạ quay phải dùng dòng điện xung gấp 3-5 lần dòng điện bình thường. Tốc độ quay của thùng là 20 vòng/phút. Di động catôt hoặc khuấy bằng không khí nén để phòng pH hạ xuống cục bộ, làm cho dung dịch không ổn định. Muối sunfit quá nhiệt phân hủy thành S2- tác dụng với Au+ tạo thành Au2S màu đen, phản ứng của chúng như sau: Gia nhiệt bể mạ gián tiếp để tránh quá nhiệt cục bộ, dung dịch vẫn đục. Định kỳ phân tích hàm lượng vàng và SO32 bổ sung kịp thời để làm ổn định dung dịch. Dung dịch mạ để lâu mất tác dụng, có thể cho HCl với lượng thích hợp, điều chỉnh pH = 3-4 có kết tủa bột màu vàng. Lọc và rửa bằng nước cất sau đó sấy khô. Bột vàng thu hồi có thể điều chế thành Au(NH3)3(OH)3 để tiếp tục sử dụng. 1.2.7.4. Một số dung dịch mạ vàng và hợp kim vàng theo Alred M.Weisberg. [1] Các dung dịch mạ vàng theo phương pháp cổ điển Vàng dưới dạng KAu(CN)2 6g/l NaOH 15g/l Na2CO3 30g/l NaCN 4g/l Nhiệt độ 160-1800F Khuấy trộn Không Mật độ dòng IK 30 − 40A/ft2 Vàng dưới dạng KAu(CN)2 2g/l Bạc dưới dạng KAg(CN)2 0.3g/l (NH4)2CO3 38g/l NaCN 15g/l Nhiệt độ 70 − 900F Khuấy trộn Không Mật độ dòng IK 10A/ft2 Trong 2 dung dịch trên pH trong khoảng10 − 11. [2] Dung dịch mạ vàng trang trí dùng trong bể mạ quay Vàng dưới dạng KAu(CN)2 0.4g/l Xyanua tự do dưới dạng NaCN 30g/l Na2HPO4 23g/l Nhiệt độ 100 − 1200F Anôt Thép không gỉ [3] Dung dịch axit mạ vàng dày 22K Vàng dưới dạng KAu(CN)2 4 – 8 g/l Muối dẫn điện tốt 120g/l Niken (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 0.2g/l Co (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 1g/l pH 4.0 – 4.5 Nhiệt độ 90 − 1000F Mật độ dòng catôt IK 10 – 20A/ft2 Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ. [4] Dung dịch axit mạ vàng dày 24K Vàng dưới dạng KAu(CN)2 4-8g/l Muối dẫn điện tốt 120g/l Co (kim loại dưới dạng muối dễ tan) 0.5g/l pH 4.4 – 4.8 Nhiệt độ 80 − 900F Mật độ dòng IK 10 – 20A/ft2 Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ. [5] Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 1N Vàng dưới dạng KAu(CN)2 4 – 8g/l Muối dẫn điện tốt 120g/l Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 7 – 10g/l pH 4.0 – 4.2 Nhiệt độ 120 − 1400F Mật độ dòng IK 10 – 20A/ft2 Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ. [6] Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 2N Vàng dưới dạng KAu(CN)2 4 – 8g/l Muối dẫn điện tốt 120g/l Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 4 – 6g/l pH 4.0 – 4.2 Nhiệt độ 100 − 1200F Mật độ dòng IK 10 – 20A/ft2 Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ. [7] Dung dịch axit mạ vàng dày Hamiton 3N Vàng dưới dạng KAu(CN)2 4 – 8g/l Muối dẫn điện tốt 120g/l Ni (kim loại dưới dạng muối tan tốt) 1 – 3g/l pH 4.0 – 4.2 Nhiệt độ 90 − 1000F Mật độ dòng IK 10 – 20A/ft2 Khuấy trộn thường xuyên dung dịch mạ. Bảng 1.24. Các dung dịch mạ vàng kiềm-xyanua Thành phần Mạ mờ Mạ bóng Vàng dưới dạng KAu(CN)2 (g/l) 8-20 8-20 Bạc dưới dạng KAu(CN)2 (g/l) - 0.3- 0.6 K2HPO4 (g/l) 22- 45 60-100 KCN (g/l) 15-30 60-100 pH 12 12 Nhiệt độ (0F) 120-160 60-80 Anôt Thép không gỉ Thép không gỉ Tỷ lệ Anôt: Catôt 1:01 1:1→ 5:1 Mật độ dòng IK (A/ft2) Mạ treo Mạ quay 3- 5 1- 2 3- 8 1- 2 Hiệu suất dòng catôt (%) 90- 93 90-100 Thời gian để lớp mạ đạt 0.0001 in 8 phút ở IK = 5A/ft2 7phút ở IK = 6A/ft2 1.3. Quy trình công nghệ mạ đồng Gia công bề mặt Rửa nước Tẩy dầu siêu âm Rửa nước Tẩy dầu điện hóa Rửa nưởc Lau khô Mạ đồng Sản phẩm Phôi sắt 1.3.1. Sơ đồ quy trình mạ đồng 1.3.2. Thuyết minh quy trình Phôi sắt trước khi mạ đồng cần làm sạch, nhẵn bóng bề mặt ngoài bằng cách gia công cơ học bằng máy mài và vải mềm, sau đó rửa nước làm sạch bụi bẩn, tiếp theo là tẩy dầu siêu âm loại bỏ lớp dầu mỡ bám trên phôi sắt làm giảm sức căng bề mặt, rửa nước trước khi tiếp tục công đoạn tẩy dầu điện hóa nhằm làm sạch anot và catot. Cuối cùng là rửa và lau khô phôi sắt trước khi qua giai đoạn mạ đồng trong dung dịch axit hoặc bazơ, dung dịch kiềm thường sử dụng nhất là dung dịch bazơ, còn dung dịch axit được sử dụng nhất là dung dịch đồng sunfat. Ngoài ra trong quá trình mạ cần điều chỉnh nhiệt độ, chất phụ gia, mật độ dòng điện, lọc và sục khí tốt theo từng loại dung dịch để chất lượng mạ thu 1.4. Quy trình công nghệ mạ niken 1.4.1. sơ đồ quy trình mạ niken Phôi sắt Gia công bề mặt Rửa nước Tẩy dầu siêu âm Rửa nước Tẩy dầu điện hóa Rửa nưởc Lau khô Mạ niken Sản phẩm 1.4.2. Thuyết minh quy trình Phôi sắt trước khi mạ niken phải được làm bóng bề mặt bằng phương pháp gia công cơ khí(mài và đánh bóng...), sau đó rửa sạch phôi sắt ở bể rửa, tiếp theo là tẩy dầu siêu âm để làm sạch các vết dầu trên chi tiết, rửa sạch và tẩy dầu điện hóa ở bể điện hóa để làm sạch đồng thời cả anot và catot, rửa sạch, lau khô phôi sắt, sau cùng là mạ lót đồng trước khi mạ nken. Trong bể mạ niken cần có hệ thống sục khí để khuấy trộn dung dịch và thiết bị gia nhiệt để nâng nhiệt độ thích hợp dưới 600C. Ngoài ra cần khống chế pH<6 để đảm bảo lớp mạ thu được chất lượng tốt nhất. 1.5. Quy trình công nghệ mạ vàng 1.5.1. Sơ đồ quy trình mạ vàng Gia công bề mặt Rửa nước Tẩy dầu siêu âm Rửa nước Tẩy dầu điện hóa Rửa nưởc Lau khô Mạ đồng Sản phẩm Mạ vàng Phôi sắt 1.5.2. Thuyết minh quy trình mạ vàng Phôi sắt trước hết cần gia công cơ khí để làm sạch các vết rỉ vết không bằng phẳng trên bề mặt phôi sắt, sau đó phôi sắt được rửa và sấy khô trước khi tẩy dầu diện hóa và tẩy dầu hóa học là công đoạn cuối cùng làm sạch phôi sắt trước khi vào giai đoạn mạ, tiếp tục rửa và sấy thật khô phôi sắt trước khi mạ lót một lớp đồng mỏng và sau cùng là mạ vàng. Bể mạ cần khuấy trộn để thu lớp mạ như ý. Tính toán thiết kế quy trình Gia công quy trình Xây dựng quy trình công nghệ Chọn sản phẩm Chọn chế độ mạ đồng Chọn chế độ mạ vàng Kiểm tra mô hình Chọn dung dịch mạ Kiểm tra, khắc phục quy trình Chọn chế dộ mạ niken Sản phẩm 1.6. Lựa chọn quy trình công nghệ mạ đồng-niken-vàng cho mô hình thực nghiệm 1.7. Phương pháp kiểm tra chất lượng lớp mạ 1.7.1. Kiểm tra bề mặt ngoài lớp mạ Kiểm tra bề mặt ngoài lớp mạ là phương pháp thường dùng để kiểm tra chất lượng lớp mạ. Dùng mắt để kiểm tra có thể phân thành 3 loại: loại chất lượng, loại làm lại, loại phế phẩm. Những chi tiết có lớp mạ không đạt chất lượng bao gồm những chi tiết phải tẩy đi và mạ lại hoặc loại bỏ mà không cần tẩy lớp mạ nhưng cần thêm một số công đoạn khác(như đánh bóng lại v.v…). Để lớp mạ không có châm kim, điểm rỗ v.v…lớp mạ phải có độ bóng đẹp, màu sắc phù hợp. 1.7.2. Kiểm tra độ bám chắc lớp mạ Độ bám chắc lớp mạ không tốt, nguyên nhân chủ yếu là khâu chuẩn bị bề mặt. Ngoài ra độ bám chắc còn chịu ảnh hưởng của thành phần dung dịch, chế độ làm việc, hệ số nở nhiệt giữa kim loại nền và lớp mạ Có nhiều phương pháp kiểm tra độ bám chắc lớp mạ với kim loại nền. Phương pháp này dựa trên cơ sở sự khác nhau của tính năng cơ khí vật lí của lớp mạ và kim loại nền tức là mẫu mạ chịu tác dụng trực tiếp của ngoại lực, nhiệt độ, sự biến dạng không đồng đều. 1.7.3. kiểm tra độ dày lớp mạ Độ dày lớp mạ là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng lớp mạ, ảnh hưởng rất lớn đến độ bền sử dụng. Độ dày lớp mạ là việc rất quan trọng xác định tính năng vật lý lớp mạ. Có hai phương pháp để đo độ dày lớp mạ: phương pháp hóa học và phương pháp vật lý Phương pháp hóa học bao gồm: phương pháp đo dòng chảy, phương pháp hòa tan, phương pháp nhỏ giọt, phương pháp điện lượng. Phương pháp vật lý bao gồm: phương pháp trọng lượng, phương pháp đo trên máy v.v… 1.7.4. Kiểm tra độ bền ăn mòn lớp mạ Phương pháp kiểm tra độ ăn mòn lớp mạ gồm có thí nghiệm ăn mòn để ngoài trời và thí nghiệm tăng tốc độ ăn mòn. Kết quả thí nghiệm ăn mòn ngoài trời là căn cứ tiêu chuẩn để đánh giá độ dày lớp mạ, thí nghiệm tăng tốc độ ăn mòn để kiểm tra nhanh tốc độ chất lượng lớp mạ. Phương pháp làm tăng tốc độ ăn mòn gồm có: thí nghiệm phun muối trung tính, thí nghiệm phun nước muối có axit axetic, thí nghiệm phun nước muối có muối đồng và axit axetic v.v… 1.7.5. Đo độ xốp lớp mạ Bề mặt mẫu phải tẩy sạch dầu mỡ, dùng nước cất, rửa sạch, để khô. Nếu lấy vật mạ ở trong bể ra, không cần phải tẩy. Dán giấy lọc có thấm dung dịch lên bề mặt vật mạ, thành phần dung dịch, sau đó rửa sạch, để khô trên tấm thủy tinh sạch. Để làm hiện rõ độ xốp, có thể nhỏ giọt trên giấy lọc K3Fe(CN)6 4%, khi có lỗ xốp trên nền sắt xuất hiện màu xanh, trên nền đồng và hợp kim đồng xuất hiện màu nâu đỏ. Rửa sạch đặt tấm thủy tinh, sấy khô. Cách tính độ xốp: dưới ánh sang ban ngày hay đèn, quan sát các điểm có màu trên lớp mạ. Đặt tấm thủy tinh hữu cơ có vạch 1 cm2 trên tấm giấy lọc có lỗ xố, đếm số lỗ có màu trên 1 cm2, sau đó đối chiếu số lỗ toàn bộ đếm được. Căn cứ vào diện tích giấy lọc, tiếp xúc với bề mặt lớp mạ mà tính toán số lỗ xốp trên 1cm2, đó là độ xốp lớp mạ. 1.8. Yếu tố và hiện tượng ảnh hưởng đến kỹ thuật mạ đồng – niken – vàng 1.8.1. Yếu tố và hiện tượng chung ảnh hưởng đến kỹ thuật điện 1.8.1.1. Sự phân cực [1] Nguyên nhân gây ra sự phân cực Khi nhúng một thanh kim loại vào trong dung dịch thì tạo nên một điện thế nhất định, đạt tới trạng thái cân bằng. Khi có dòng điện đi qua thì trạng thái cân bằng bị phá vỡ, tạo nên một điện thế mới. Khi có dòng điện một chiều đi vào hai điện cực kim loại nhúng trong dung dịch thì điện thế catot (cực âm) trở nên âm hơn, điện thế anot (cực dương) trở nên dương hơn. Sự thay đổi điện thế như vậy gọi là sự phân cực. Khi điện phân, tốc độ di chuyển của ion kim loại trong dung dịch và phóng điện của chúng không kịp với tốc độ di chuyển của điện tử, làm cho bề mặt catot tích điện âm tăng lên. Vì vậy điện thế càng âm. Ở anot do sự hoà tan của kim loại, tăng cao nồng độ ion, tích luỹ điện tích dương càng nhiều, làm cho điện thế càng dương. Sự phân cực gây nên do tốc độ di chuyển của ion gọi là sự phân cực nồng độ. Sự phân cực nồng độ là do thay đổi nồng độ ion kim loại ở lớp sát anot và catot. Ở lớp sát anot, nồng độ ion kim loại tăng lên, ở lớp sát catot, nồng độ ion kim loại giảm đi. Sự phân cực gây nên do sự phóng điện chậm của ion gọi là sự phân điện cực hoá. Trong quá trình điện phân, thường xảy ra đồng thời phân cực nồng độ và phân cực điện hoá, nhưng tuỳ trường hợp cụ thể mà chiếm tỉ trọng khác nhau. Thông thường, khi mật độ dòng điện nhỏ thì phân cực điện hoá là cơ bản. Khi mật độ dòng điện cao thì phân cực nồng độ là cơ bản. [2] Những nhân tố ảnh hưởng đến sự phân cực a. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch Sự phân cực phụ thuộc vào thành phần dung dịch, dung dịch. Dung dịch khác nhau thì sự phân cực khác nhau. Nói chung, sự phân cực của dung dịch nồng độ thấp lớn hơn sự phân cực của dung dịch nồng độ cao. Hiện tượng này do trong dung dịch nồng độ thấp, số ion của nó rất khó bổ sung vào lớp sát catot. Dung dịch muối phức có phân cực lớn hơn dung dịch muối đơn như sự phân cực của dung dịch xyanua lớn hơn dung dịch tính axit. Ngoài ra khi cho chất phụ gia vào trong dung dịch, sẽ có ảnh hưởng lớn đến sự phân cực. Đa số trường hợp khi cho chất phụ gia vào làm tăng sự phân cực. b. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện Khi mật độ dòng điện tăng cao, sự phân cực cũng tăng lên. Bởi vì khi mật độ dòng điện cao, tốc độ di chuyển của ion và tốc độ phóng điện của nó cũng khác nhau rõ rệt. Quan hệ giữa điện thế điện cực và mật độ dòng điện thay đổi gọi là sự phân cực. Điện thế catot càng âm khi mật độ dòng điện catot nâng cao. c. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ dung dịch tăng lên, làm tăng sự dịch chuyển của ion, bổ sung rất nhanh số ion ở lớp catot và khuếch tán mạch số ion của anot hoà tan, do đó làm giảm sự phân cực. d. Ảnh hưởng sự khuấy trộn Khuấy trộn làm tăng sự khuếch tán của ion, do đó làm giảm sự phân cực. e. Ảnh hưởng sự phân cực đối với mạ điện Sự phân cực có quan hệ mật thiết với mạ và quyết định - Được lớp mạ kết tinh mịn. - Khả năng phân bố tốt, lớp mạ phân bố đồng đều. - Làm cho hyđrô thoát ra mạnh, làm giảm hiệu suất dòng điện và độ bám chắc lớp mạ, nếu nghiêm trọng có thể gây ra bọt khí. tróc … - Sự phân cực anot làm cho anot hoà tan không bình thường, dung dịch không ổn định. Quá trình mạ không cần sự phân cực anot, trừ dung dịch mạ thiếc có tính kiềm cần phân cực anot và làm cho anot thụ động để hoà tan ion Sn+4. Đa số trường hợp muốn được lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt đều phải nâng cao phân cực catot nhưng phải hạn chế trong phạm vi nhất định bởi vì nâng cao phân cực catot sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện, độ bám chắc của lớp mạ không tốt … 1.8.1.2. Quá thế hyđro Muốn có kim loại kết tủa trên catot phải có điện thế âm hơn điện thế tiêu chuẩn của nó, lượng điện thế tăng lên so với điện thế tiêu chuẩn gọi là quá thế Trên catot ngoài ion kim loại thoát ra còn có hyđro thoát ra. Hyđro thoát ra nhiều hay ít là do quá thế quyết định. Ion nào có quá thế thấp thì ion ấy phóng điện trước, quá thế cao thì ion khó phóng điện. Quá thế hyđro có ý nghĩa lớn trong kĩ thuật mạ. Những kim loại như kẽm, niken, crôm, sắt … có điện thế tiêu chuẩn âm hơn so hyđro, vì vậy hyđro thoát ra trước, kim loại không thể kết tủa được. Nhưng do tồn tại quá thế hyđro nên có thể mạ được những kim loại này. Đồng thời quá thế hyđro làm giảm sự thoát hyđro, làm giảm tính giòn lớp mạ, nâng cao hiệu suất dòng điện, dung dịch ổn định, lớp mạ bám chắc. Hyđro thoát ra làm cho lớp mạ không tốt vì vậy phải dùng mọi biện pháp để nâng cao quá thế hyđro. Quá thế hyđro phụ thuộc vào bản chất điện cực, trạng thái bề mặt điện cực, bề mặt gồ ghề, xù xì, quá thế hyđro nhỏ. Quá thế hyđro tăng khi mật độ dòng điện tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. Quá thế hyđro phụ thuộc vào tính chất và pH dung dịch. 1.8.1.3. Quá trình anot và thụ động catot [1] Quá trình anot Mạ điện thường dùng anot (cực dương) hòa tan. Khi có dòng điện đi qua, kim loại hòa tan do sự phân cực chuyển về phía dương. Me – ne = Me+n (Me là gốc kim loại) Trên anot ngoài quá trình hòa tan còn có hyđro thoát ra. Trong môi trường kiềm, oxit thoát ra theo phản ứng: 4OH - - 4e  2H2O + O2 Trong môi trường axit, oxi thoát ra theo phản ứng: 4H2O - 4e 4H+ + O2 Trên anot hòa tan còn xảy ra nhiều phản ứng phụ khác oxi thoát ra làm cho hiệu suất anot giảm thấp. [2] Thụ động anot Thông thường khi có dòng điện đi vào dung dịch điện li, thì anot bị hòa tan. Nhưng mật độ dòng điện anot lớn hoặc thành phần dung dịch không đúng thì anot không tan mà chỉ có oxi thoát ra, anot bị đen. Quá trình hòa tan của anot bị kìm hãm gọi là sự thụ động. Để chống lại sự thụ động, người ta cho vào các chất hoạt động như các ion Cl-, F-, Br-… 1.8.1.4. pH dung dịch mạ Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn tới tính chất lớp mạ. Trong quá trình mạ phải khống chế pH trong phạm vi quy định. Nếu pH thay đổi sẽ làm xấu chất lượng lớp mạ như tăng độ giòn, gãy, bong … Trong quá trình mạ, pH luôn ở trạng thái cao, cần điều chỉnh và bổ sung kịp thời. Nếu pH cao dùng H2SO4 3% để điều chỉnh, pH thấp có thể điều chỉnh bằng cách điện phân dùng diện tích anot lớn, diện tích catot nhỏ để nâng cao giá trị pH. 1.8.1.5. Sự ăn mòn kim loại [1] Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn kim loại Kim loại tiếp xúc với không khí, đất hoặc dung dịch sinh ra sự ăn mòn, có hai loại ăn mòn là ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa. Sự ăn mòn hóa học xảy ra khi không có dòng điện phát sinh mà xảy ra khi bị oxi hóa ở nhiệt độ cao, hay ăn mòn trong các dung dịch không phải là chất điện li như các dung môi hữu cơ. Sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi có dòng điện phát sinh tạo thành pin... nguyên nhân là do sự chênh lệch điện thế giữa hai cực. [2] Những nhân tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn  a. Ảnh hưởng của bản chất kim loại  Điện thế tiêu chuẩn của kim loại càng âm thì hoạt độ hóa học càng cao, kim loại dễ bị ăn mòn. Một số kim loại khác (Ni, Cr) điện thế tiêu chuẩn của chúng âm, hoạt độ hóa học cao nhưng tính bền ăn mòn tốt, vì trên bề mặt có hình thành màng oxi hóa kém, rất mỏng, có thể bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn đó là sự thụ động kim loại. Tạp chất trong kim loại càng nhiều, thì chống gỉ của nó càng kém. Độ bóng kim loại càng cao, tính chống gỉ càng tốt. b.Ảnh hưởng của nhiệt độ  Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến sự ăn mòn. Nhiệt độ càng cao hoạt độ hóa học của kim loại và dung dịch tăng, do đó làm tăng sự ăn mòn. c. Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn  Trong môi trường khác nhau, tính ổn định của kim loại cũng khác nhau, ví dụ vàng ổn định trong nhiều dung dịch nhưng bị ăn mòn trong nước cường toan. 1.8.1.6. Chất tạo phức và chất hoạt động bề mặt [1] Chất tạo phức Hợp chất phức tạp tạo thành do những phân tử đơn giản hóa hợp với nhau theo tỉ lệ nhất định gọi là hợp chất giữa các phân tử. Hợp chất giữa các phân tử trong dung dịch nước phân ly toàn bộ thành các ion đơn giản gọi là muối kép. Những chất này có tính ổn định nhất định, hợp chất trong phân tử chỉ phân ly một bộ phận hoặc cơ bản không phân ly gọi là phức chất, đó là chất có khả năng tạo phức với ion kim loại. Phức chất khó hòa tan trong nước, ion phức khác nhau có khả năng phân ly khác nhau. Hằng số cân bằng khi ion phức phân ly đạt đến giá trị cân bằng gọi là hằng số không ổn định, kí hiệu là K, K biểu thị năng lực phân ly của phức chất. Những ion phức khác nhau có hằng số không ổn định khác nhau, ion phức giống nhau, ở nhiệt độ khác nhau, hệ số không ổn định không giống nhau. Để thuận tiện, dùng kí hiệu pK để biểu thị: pK = - log K Từ công thức thấy rằng pK càng lớn, ion phức càng ổn định, càng khó hòa tan. [2] Chất hoạt động bề mặt Trên mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và không khí, lực hấp dẫn giữa các phân tử chất lỏng lớn hơn phân tử chất khí, vì thế tạo nên lực tác dụng co lại trên bề măt chất lỏng gọi là sức căng bề mặt. Chất làm giảm sức căng bề mặt gọi là chất hoạt động bề mặt, chất hấp phụ đặc biệt sinh ra trên bề mặt kim loại và chất lỏng gọi là chất hoạt động bề mặt. a.Tính chất và tác dụng của chất hoạt động bề mặt  Phân tử chất hoạt động bề mặt có một đầu không cực ghét nước thường là dãy hyđro cacbon còn một đầu ưa nước (như nhóm –OH, -COOH, -SO3H, -NH2…) có tác dụng hút các phân tử nước. Đầu ưa nước và đầu ghét nước của chất hoạt động bề mặt tạo thành màng hấp phụ làm cho phân tử sắp xếp định hướng, cải thiện tổ chức kết tinh của lớp mạ, nâng cao phân cực, vì thế nang cao khả năng phân bố ăn sâu của dung dịch. Chất hoạt động bề mặt có tác dụng thấm ướt, nhũ hóa, thẩm thấu, tạo bọt để làm nhanh quá trình tẩy dầu vật mạ, nâng cao hiệu quả tẩy dầu. Tác dụng thấm ướt của chúng có thể đề phòng sự lưu lại bọt khí hyđro, chống sinh ra châm kim trên lớp mạ. b. Phân loại chất hoạt động bề mặt Căn cứ vào công dụng chất hoạt động bề mặt mà phân ra các loại: chất tạo bọt, chất nhũ hóa, chất thấm ướt, chất tẩy rửa. Căn cứ đặc điểm cấu tạo phân tử mà chia ra chất hoạt động bề mặt ion âm, chất hoạt động bề mặt ion dương, chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, chất hoạt động bề mặt phi ion. 1.8.1.7. Một số yếu tố khác - Ảnh hưởng của chất điện giải đến cấu trúc lớp mạ Ảnh hưởng của bản chất điện giải Ảnh hưởng của nồng độ ion Ảnh hưởng của thành phần dung dịch Ảnh hưởng của chất hữu cơ - Ảnh hưởng của chế độ điện phân đến cấu trúc lớp mạ Ảnh hưởng của mật độ dòng điện Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch Khuấy - Ảnh hưởng của trạng thái bế mặt kim loại nền đối với tổ chức lớp mạ - Ảnh hưởng của các phương pháp công nghệ đến cấu trúc lớp mạ - Ảnh hưởng của quá trình thoát hyđro Dòn hyđro: sau khi ion hyđro khử trên catot, một phần sẽ tạo thành khí H 2 bay lên, một phần nguyên tử hyđro thấm vào kim loại nền và kim loại mạ làm cho kim loại bị giòn. Rộp bọt khí: sau khi mạ xong, khi nhiệt độ môi trường cao, hyđro hấp thụ trên bề mặt kim loại nền nở ra, sinh ra bọt khí. Rỗ, châm kim: bọt khí hi đro bám trên bề mặt kim loại, tạo chỗ cách điện làm cho ion kim loại không thể phóng điện chỗ bọt khí được, mà chỉ phóng điện ở xung quanh chỗ bọt khí sinh ra điểm rỗ trên lớp mạ. 1.8.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ đồng Mật độ dòng điện catot Ik có ảnh hưởng đến tốc độ kết tủa, hiệu suất dòng catot, độ bóng, độ bằng phẳng cũng như khả năng phân bố kim loại. Trong các dung dịch kết tủa nhanh, sự phân bố mật độ dòng điện trên toàn bề mặt chi tiết là đều hơn Nhiệt độ: Sự tăng nhiệt độ dung dịch điện phân có thể nâng cao được mật độ dòng catot. Trong các dung dịch mạ bóng đồng sự tăng nhiệt độ có ảnh hưởng tốt đến độ bóng. Dung dịch làm việc ở nhiệt độ cao với sự khuấy trộn dung dịch bằng không khí sạch sẽ giảm được tốc độ cacbonat hóa dung dịch và giảm được độ tan của CO2 trong dung dịch. Các dung dịch làm việc ở nhiệt độ cao có thể dùng nồng độ dung dịch xyanua tự do cao hơn. Sự khuấy dung dịch: Đặc biệt đối với dung dịch cho tốc độ kết tủa nhanh, làm việc ở nhiệt độ cao có thể nâng cao được mật độ dòng catot Ik. Sự khuấy dung dịch sẽ giúp đuổi nhanh các bọt khí trên bề mặt catot, giảm hiện tượng “châm kim”(pitting). Sự khuấy trộn mạnh giúp cải thiện độ bóng lớp mạ. Sự thay đổi chiều dòng điện: Dung dịch xyanua mạ đồng không có khả năng san bằng lớp mạ. Lớp mạ đồng kết tủa từ dung dịch thường kém bằng phẳng hơn so với kim loại nền. Khả năng san bằng lớp mạ chỉ có thể đạt được bằng phương pháp đổi chiều dòng điện. Chu kỳ đổi chiều và mật độ dòng catot, anot phụ thuộc vào thành phần dung dịch, nhiệt độ, sự khuấy trộn v.v… Trong trường hợp sử dụng đồng thời bằng phương pháp đổi chiều dòng điện và phụ gia tạo bóng thì hiệu quả san bằng phụ thuộc vào loại và nồng độ chất phụ gia được dùng. Lọc dung dịch: Dung dịch xyanua cho lớp mạ mờ, cần phải định kỳ lọc dung dịch. Đối vớ dung dịch mạ đồng tốc độ nhanh và dung dịch mạ bóng đồng cần phải lọc dung dịch liên tục (sử dụng máy lọc liên tục). Ngay một lượng nhỏ các hạt rắn phân tán cũng làm cho lớp mạ xù xì, ảnh hưởng đến lớp mạ niken tiếp theo. Các hạt rắn phân tán trong dung dịch đồng kết tủa lên catot không chỉ làm lớp mạ xù xì mà còn là nguyên nhân tạo ra nhánh cây (đenđryt) ở mép vật lạ. Các hạt rắn phân tán trong dung dịch có thể là những hạt bụi cát, bụi khói, bụi kim loại, oxyt kim loại từ không khí hoặc từ anot đồng rơi vào dung dịch 1.8.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ niken Nếu nồng độ ion H+ lớn (pH < 1 – 2) thì niken hầu như không kết tủa được và trên catot chỉ có khí hyđro thoát ra mà thôi: hiệu suất dòng catot rất thấp, thậm chí bằng không. tăng dần pH lên (tức giảm dần nồng độ H+ xuống) thì phản ứng phóng điện của hyđro trở nên khó khăn dần tạo điều kiện thuận lợi cho hyđro và niken cùng phóng điện đồng thời: hiệu suất dòng điện thoát kim loại trên catot tăng dần lên. pH càng cao hyđro càng khó thoát ra: hiệu suất dòng điện thoát niken càng lớn. Nhưng không nên dùng pH quá cao vì khi đó ion niken bị thủy phân thành các hạt rắn niken hyđroxyt hay niken oxyt, lẫn vào lớp mạ, tạo thành các điểm gắn bám của bọt hyđro lên bề mặt catot, gây nên các lổ xốp (châm kim), điểm nhánh, chấm đen, vệt sọc,… trên lớp mạ niken. Khi pH quá cao sẽ thấy trên mặt vật mạ có bám kết tủa màu lục của các muối niken khó tan. Vì vậy trong dung dịch mạ niken nhất thiết phải có chất đệm để ổn định pH quanh giá trị quy định. Một điểm đặc trưng khác của mạ niken là hiện tượng rổ (pitting). Bọt khí hyđro nếu bám lâu trên bề mặc catot sẽ che khuất điểm đó, làm cho niken không phóng điện tại đây, trong khi các chổ xa điểm đó vẫn được mạ bình thường, kết quả là sau khi mạ các điểm này biến thành các lỗ thủng, xốp, rỗ,…làm mất vẻ đẹp và giảm khả năng bảo vệ của lớp mạ niken. Các chất làm tăng sức căng bề mặt như các chất hyđroxyt, các chất hữu cơ và các sản phẩm phân hủy của chúng, các hạt bụi cặn,…đều làm cho bọt hyđro nói riêng và bọt khí nói chung gắn bám lâu trên catot gây pitting. Vì vậy trong dung dịch mạ niken thường phải dung chất chống rỗ, đó là các chất làm giảm sức căng bề mặt, giúp cho catot luôn thấm ướt tốt và đều khắp mọi nơi, khiến cho bọt khí không bám được trong bề mặt nữa. Chế độ mạ ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất dòng điện catot và tính cất cơ lý của lớp mạ niken. Tăng mật độ dòng điện sẽ nhanh hơn, nhưng vượt quá ngưỡng cho phép sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện, lớp mạ cứng, giòn, thậm chí bị cháy. Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng hiệu suất dòng điện. Bởi vì nhiệt độ tăng làm cho ion niken khuếch tán đến catot nhanh hơn, khử vỏ hydrat dễ hơn, làm cho ion niken dễ phóng điện hơn đồng thời lớp mạ cũng dẻo hơn. Khuấy dung dịch cũng làm tăng khuếch tán nên cũng làm tăng hiệu suất dòng điện, chống được pitting, nhưng lại dễ làm vẩn đục dung dịch gây nhám, gai Vì vậy muốn có công nghệ mạ tốt phải thực hiện mạ ở nhiệt độ cao, lọc sạch dung dịch liên tục, đối lưu và khuấy mạnh dung dịch: đồng thời nồng độ ion niken phải lớn, giá trị pH phải tương đối thấp: trong điều kiện như vậy được phép dung mật độ dòng điện cao hơn, phạm vi biến động mật độ dòng điện rộng hơn, do đó mạ được cho các vật có hình dạng phức tạp hơn, lớp mạ mềm và dẻo hơn Mạ niken thường gặp hiện tượng anot bị thụ động, nguyên nhân như sau: Anot niken bình thường tan thành ion niken Ni → Ni2+ + 2e Nồng độ ion Ni2+ trong lớp dung dịch sát anot thường tích tụ khá lớn, nhất là khi dùng mật độ dòng điện cao, nên dễ lắng lên bề mặt anot thành màng xốp. Màng này che khuất một phần bề mặt anot, phần hoạt động còn lại bị thu hẹp, nên mật độ dòng điện cục bộ tại đó tăng vọt lên, điện thế anot cũng tăng theo và đạt đế điện thế đủ cho ion OH− phóng điện và giải phóng ra oxy. Oxy vừa giải phóng sẽ oxy hóa anot niken tạo thành oxyt kín chắc, làm đình chỉ quá trình hòa tan của anot niken, gây hiện tượng thụ động không mong muốn. 1.8.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạ vàng 1.8.4.1. Dung dịch mạ vàng muối sunfit AuCl3 là muối chủ yếu trong dung dịch. Hàm lượng vàng càng cao, có thể dùng mật độ dòng điện cao. Hàm lượng vàng thấp thì phạm vi mật độ dòng điện hẹp. Độ bóng cũng thấp. (NH4)2SO3: (NH4)2SO3 là chất khử để khử Au+3 thành Au+1, nó còn là chất tạo phức với vàng, nâng cao phân cực catốt, làm tăng cao khả năng phân bố của dung dịch. NH4OH cung cấp một lượng amôn tự do hình thành chất tạo phức và điều chỉnh PH. K3C6H5O7 là chất tạo phức và có tác dụng làm đệm làm tăng độ bám chắc giữa lớp mạ với kim loại nền pH ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của dung dịch. PH8 để đảm bảo dung dịch ổn định. Gia nhiệt: có thể dùng mật độ dòng điện cao, nâng cao tốc độ mạ, nhưng khi gia nhiệt cần chú ý quá nhiệt cục bộ dung dịch phân hủy thành vàng sunfua kết tủa màu đen. Khuấy: khuấy bằng cách di động hoặc khuấy không khí để đề phòng PH ở vùng anốt hạ thấp làm cho dung dịch không ổn định. 1.8.4.2. Dung dịch mạ vàng xyanua nồng độ thấp Ảnh hưởng của KAu(CN)2: hàm lượng KAu(CN)2 không đủ, dùng mật độ dòng điện thấp, lớp mạ có màu đỏ tối. Nâng cao hàm lượng vàng, có thể dùng mật độ dòng điện cao, nâng cao độ bóng lớp mạ, hàm lượng vàng quá cao, lớp mạ có hoa. Ảnh hưởng của muối citrat: muối citrat có tác dụng tạo phức, làm chất đệm và làm cho lớp mạ bóng. Khi hàm lượng muối thấp, tác dụng dẫn điện và khả năng phân bố kém. Hàm lượng quá cao, hiệu suất dòng điện giảm. Ảnh hưởng K2HPO4: là chất đệm làm cho lớp mạ bóng. Ảnh hưởng KNi(CN)3 và KSb(H4H4O6)3: hai chất này làm tăng độ cứng lớp mạ, hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn tới độ cứng, nên cần phải khống chế trong phạm vi quy định. Nhiệt độ, PH: nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng tới phạm vi sử dụng mật độ dòng điện. PH của dung dịch ảnh hưởng lớn tới độ cứng và bề mặt lớp mạ. Nếu PH quá cao hoặc quá thấp làm cho lớp mạ xấu, độ cứng giảm đi. Ảnh hưởng của tạp chất: các loại tạp chất kim loại như đồng, kẽm…. và các tạp chất hữu cơ, ảnh hưởng tới tổ chức lớp mạ, bề mặt ngoài, khả năng hàn…. Nếu ion clo nhiều, làm giảm độ bám chắc của lớp mạ. Các tạp chất hữu cơ dùng than hoạt tính hấp thụ, tạo chất kim loại rất khó khử đi, nên hết sức tránh đưa tạp chất này vào dung dịch. 1.8.4.3. Mạ vàng xyanua Ảnh hưởng của hàm lượng vàng. Hàm lượng vàng thấp, lớp mạ kết tinh mịn, nhưng phạm vi sử dụng mật độ dòng điện nhỏ. Hàm lượng vàng cao, lớp mạ đỏ, màu tối, kết tinh thô. Ảnh hưởng KCN: hàm lượng KCN thấp. mạ hòa tan không tốt, màu đậm, kết tinh thô. Hàm lượng KCN cao, hàm lượng vàng trong dung dịch tăng lên, màu nhạt hơn. Ảnh hưởng của muối cacbonat: do tác dụng với CO2, của không khí hàm lượng trong dung dịch tăng lên, hàm lượng quá cao, lớp mạ có điểm rỗ. Ảnh hưởng của nhiệt độ và mật độ dòng điện: nhiệt độ và mật độ dòng điện ảnh hưởng lớn tới màu sắc của lớp mạ, không ảnh hưởng tới độ dẫn điện của dung dịch. Nhiệt độ cao, có thể dùng mật độ dòng điện cao. Nhiệt độ cao quá 700C lớp mạ đỏ, kết tinh thô. Mật độ dòng điện không nên quá cao, nếu không lớp mạ mềm, tối, thô, các kim loại khác cũng kết tinh trên lớp mạ. Ảnh hưởng của tạp chất. Trong dung dịch có ion natri anốt dễ thụ động hóa, dung dịch có màu nâu. Đồng, bạc, chì… ảnh hưởng đến tổ chức lớp mạ, làm giảm độ bóng lớp mạ và độ dẫn điện. Vì vậy, không để cho các ion kim loại trên lẫn vào, tạp chất hữu cơ cũng không tốt, có thể dùng than hoạt tính để khử. CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1. Lựa chọn sản phẩm cho mô hình Để đáp ứng yêu cầu mạ điện trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ vì vậy yêu cầu đầu tiên là vật liệu sử dụng mạ phải phù hợp với kích thước bể mạ, bề mặt cần mạ không phức tạp, phải dễ gia công, dễ di chuyển và giá thành thấp, sản phẩm ứng dụng được trong thực tế đời sống. Do đó vật liệu được chúng em chọn làm sản phẩm mạ là: nhẫn, bu lông...dùng để trang trí. Hình 2.1. Sản phẩm mạ 2.2. Tính toán chọn mô hình công ghệ 2.2.1. Sơ đồ quy trình mô hình Tẩy dầu siêu âm Rửa 2 Trình bày sản phẩm Mạ đồng Mạ niken Gia công cơ học Rửa 3 Mạ vàng Mạ niken bóng Rửa 1 Thép Mạ đồng lót Tẩy điện hóa 2.2.2. Thuyết minh và biện luận sơ đồ mô hình ` Vật liệu chọn đem mạ được gia công ở máy mài. Sau đó, chúng được rửa sạch ở bể rửa số 1. Rồi tiếp tục được chuyển sang tẩy dầu ở máy siêu âm. Tại máy siêu âm vật liệu được tẩy sạch dầu và chuyển sang bể rửa số 2. Sau khi được rửa sạch ở bể rửa số 2, chúng tiếp tục được chuyển qua tẩy diện hóa. Sau khi tẩy điện hóa các sản phẩm được rửa thật sạch ở bể rửa số 3 .Để được sản phẩm là mạ đồng, thì ta mạ lớp niken lót trước, sau đó mạ lớp đồng sau. Mặt khác chúng ta mạ đồng lót rồi sau đó đem mạ vàng hoặc đem mạ bằng niken ta sẽ thu được một trong hai sản phẩm trên. Trong quá trình vận hành mạ ở bể Niken và bể mạ Đồng cần chú ý đến thời gian, nhiệt độ, cũng như các yếu tố về sự phân cực catot, nồng độ dung dịch mạ để lớp mạ phân bố tốt và bền chắc. Quy trình này có thể vận hành một cách tuần hoàn, nên có thể mạ liên tục. Đầu tiên các sản phẩm được tẩy gỉ bằng phương pháp cơ học sau đó tẩy điện hóa rửa rồi đem mạ ra sản phẩm. Do đó, chúng ta có thể mạ nhiều sản phẩm trong một khoảng thời gian nhất định. Mặt khác, quy trình này có thể tháo lắp một cách cơ động hoàn toàn, có thể đem tùng sản phẩm đem mạ đồng, niken hay mạ vàng nên có thể ứng dụng trong thực tế. 2.3. Thiết kế mô hình quy trình Để lựa chọn mô hình quy trình mạ điện hóa trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ, trước hết cần tính toán chọn kích thước mô hình phù hợp với không gian phòng thí nghiệm, lựa chọn vật mạ đơn giản, thành phần dung dịch thích hợp nhằm thu được chất lượng lớp mạ tốt, sản phẩm bền, mang tính thẩm mỹ cao, mô hình tự động hóa kết hợp thủ công đảm tiết kiệm nguyên vật liệu và tránh ôi nhiễm môi trường. Đáp ứng những tiêu chí trên, nhóm chúng em đã thiết kế mô hình mạ điện quy mô nhỏ phòng thí nghiệm như sau: - Kích thước toàn bộ mô hình Chiều dài: 1.95 m, chiều rộng: 0.57 m, chiều cao: 0.82 m Hình 2.2. Sơ đồ mô hình 1. Máy mài, 2. bể rửa, 3. bể tẩy điện hóa, 4. bể mạ đồng, 5. bể mạ niken, 6, 8. bảng điều khiển, 7. thiết bị chỉnh lưu, 9. bể mạ vàng, 10. thiết bị tẩy dầu siêu âm. 11. máng chứa. - Kích thước bể mạ đồng, niken Chiều dài : 0.3 m Chiều rộng : 0.2m Chiều cao: 0.25m - Kích thước bể rửa Chiều dài: 0.282m Chiều rộng: 0.235m Hình 2.3. Bể mạ đồng, niken Chiều cao: 0.25m - Kích thước bể tẩy dầu điện hóa Chiều dài: 0.25m Chiều rộng: 0.15m Chiều cao: 0.2m Hình 2.4. Bể điện hóa - Kích thước thiết bị tẩy dầu siêu âm Chiều dài: 0.175m Chiều rộng: 0.163m Chiều cao: 0.19m Hình 2.5. Bể tẩy dầu siêu âm - Nguyên vật liệu sử dụng làm bể mạ đồng, niken: composit là vật liệu không bị ăn mòn axit nên không cần bể lót. - Nguyên vật liệu sử dụng làm bể mạ vàng: thủy tinh. - Nguyên vật liệu sử dụng làm bể rửa là: inox - Máy mài gia công cơ khí một đầu là bánh mài có gắn các hạt mài, đầu kia gắn vải mềm, công suất hoạt động của máy mài là 1/3HP. Hình 2.6. Máy mài - Hệ thống sục khí là thiết bị bằng nhựa dùng sục khí nén được làm sạch, dẫn vào hệ thống ống nhựa có khoan lỗ dọc theo ống, đặt sát đáy bể, phía dưới catot trong các bể mạ. - Thiết bị gia nhiệt bằng điện là thiết bị làm từ thạch anh dùng để gia nhiệt dần dần, có thể đạt được nhiệt độ cao trên 100oC, thao tác đơn giản, điều chỉnh thuận lợi chiều chỉnh nhiệt độ làm việc thích hợp trong quá trình mạ. - Hệ thống chỉnh lưu công suất 25A. Hình 2.7. Thiết bị chỉnh lưu 2.4. Chế độ vận hành mạ đồng-niken 2.4.1. Thành phần dung dịch và chế độ làm việc 2.4.1.1. Mạ đồng bóng (đồng axít), hóa chất cho 11 sản phẩm. Hóa chất - CuSO4: 250g/l - H2SO4: 50 ml - Phụ gia UBAC: 2ml Dụng cụ - Bể xi: 5-10l - Nhiệt kế: 1 cái - Thiết bị sục khí: 1 cái Chi tiết kỹ thuật liên quan - Nhiệt độ pha dung dịch: nhiệt độ phòng - Cực âm(cacot): Vật mạ - Cực dương(anot): Lắc đồng - Mạ cực dương đồng: 3-5A/dm2 - Điện thế: 2-3 Vol - pH < 1 - Khuấy, lọc liên tục bằng hệ thống sục khí. 2.6.1.2. Mạ niken bóng Hoá chất - NiSO4: 250g/l - NiCl2: 50 ml - H3BO3: 40g - Na2SO4: 50g Phụ gia - Bóng Niken (butyldyol 1-4): 1ml - Dẻo Niken (saccarin): 2ml - Chống châm kim (lauryl): 0,5ml Dụng cụ - Bể xi: 5-10L - Nhiết kế: 1 cái - Bome kế: 1 cái - Thiết bị sục khí: 1 cái Chi tiết kỹ thuật liên quan - Nhiệt độ pha loãng dung dịch: Nhiệt độ phòng - Cực âm(canot): Vật mạ - Cực dương(anot): Lắc NiKen - Mật độ dòng điện: 3-5A/dm2 - Điện thế: 4-6 Vol - pH: < 4-5 - Tỉ trọng: 220 – 250 B - Khuấy, lọc, liên tục 2.4.2. Pha chế dung dịch 2.4.3. kiểm tra phân tích dung dịch mạ [1] Pha chế dung dịch đồng sufat Hòa tan CuSO4 trong nước nóng, để nguội, vừa khuấy, vừa cho từ từ H2SO4, làm loãng đến thể tích quy định. Pha chất làm bóng như sau: poliglicola, OP 21, D, H1 hòa tan trong nước nóng, M hòa tan trong nước sôi, gốc mêtyl xanh, gốc mêtyl tím dùng C2H5OH để hòa tan sau đó dùng nước hòa tan chất làm bóng S hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường, vì nhiệt độ cao quá 400C dễ bị hoà tan. Dùng nước cất để pha cần cho thêm 0.1 ml HCl. Sau khi để nguội chất làm bóng, vừa khuấy mạnh vừa cho vào bể mạ [2] Pha chế dung dịch mạ niken sunfat mờ Hoà tan NiSO4, NiCl2 (hoặc NaCl) trong nước nóng, trong thùng khác hoà tan H3BO3 trong nước nóng 70-800C, hỗn hợp hai loại được cho làm loãng đến thể tích quy định.Cho 0.1-1ml H2O2 (30%) và 1-3g/l than hoạt tính, tăng nhiệt độ 60-650C, khuấy đều 2 giờ, để lắng rồi lọc, điều chỉnh pH trong phạm vi quy định bằng NaOH loãng hoặc H2SO4 loãng. C12H25SO4Na hoà tan trong nước đun sôi 15-30 phút sau đó sử dụng. [3] Pha chế dung dịch mạ bóng niken Pha chế dung dịch mạ bóng giống như mạ niken mờ. Trước khi mạ cho chất làm bóng, khi cho cần phải khuấy và điện phân vài giờ. Sắc karin 1 – 4 butiđiol, phênol, cácđimiclorua … hoà tan bằng nước rồi cho vào. Focmalin cần lọc xong cho vào, cumarin cần phỉa hoà tan bằng rượu hoặc axit axêtic rồi cho vào [4] pha chế dung dịch mạ vàng sunfit (1) Hòa tan AuCl3 đã tí toán vao trong nước cất có hàm luợng vàng 20 – 25%, sau đó dùng NaOH 20% để trung hòa pH = 8 – 10. (2) Tiếp tục hòa tan (NH4)2SO3 trong nuớc cất 50 – 60oC. Sau đó cho thành phần dung dịch (1) vào trong bể (2) và khuấy đều được dung dịch màu vàng trong suốt, gia nhiệt 55 – 60oC, dung dịch biến thành dung dịch trong suốt không màu Cho K3C6H5O7 và làm loãng đến thể tích quy định, điều chỉnh pH= 8,5 2.4.3.1. Phân tích dung dịch mạ đồng sunfat Lấy 10ml dung dịch mạ đã lọc sạch vào bình định mức 200ml, thêm 50ml nước, amoniac cho đến khi dung dịch có màu xanh dương đậm rồi cho dư thêm 2ml nữa và nước đến vạch lắc kỹ. Lọc sang một bình khô Lấy 10-20ml dung dịch lọc cho vào bình tam giác 250ml thêm 25 – 30ml nước. Trung hoà bằng cách nhỏ từng axit H2SO4 (1:5) vào cho đến khi dung dịch chuyển sang màu xanh lam sang hay màu trắng. Sau đó thêm từng giọt amoniac cho đến khi dung dịch lại chuyển sang màu xanh (màu phức của đồng amoniac) thêm tiếp 50ml nước, 0.1 – 0.2 gam chất chỉ thị (dung dịch cần phải chuyển thành màu vàng) Chuẩn bằng dung dịch complexon III 0.1N cho đến khi xuất hiện màu xanh hoặc màu tím 2.4.3.2. Phân tích dung dịch axit sunfuric Lấy 10ml dung dịch mạ cho vào bình định mức 10ml, thêm nước đến vạch lắc đều Lấy 20ml dung dịch vừa pha loãng vào bình tam giác 250ml, thêm nước đến 100 – 150ml lắc đều Thêm vài giọt metyl da cam rồi chuẩn bằng dung dịch NaOH cho đến khi chuyển từ hồng sang vàng. 2.4.3.3. Phân tích dung dịch mạ niken sunfat Lấy 10ml dung dịch mạ cho vào bình định mức 100ml thêm nước đến vạch lắc đều Lấy 10ml dung dịch vừa pha loãng cho vào bình tam giác 250ml thêm 50ml nước, 5ml dung dịch amoniac 3N một ít murexit lắc đều Chuẩn hỗn hợp này bằng coplexon III 0.1N cho đến khi xuất hiện màu tím đỏ chói 2.4.3.4. Phân tích axit boric Lấy 10ml dung dịch mạ cho vào bình định mức 100ml, thêm nước đến vạch, lắc đều. Lấy 10ml dung dịch vừa pha loãng vào bình tam giác 250ml, thêm 30 – 50ml nước, bổ sung từ buret một lượng dung dịch coplexon III 0.1N vào hỗn hợp, nhỏ thêm 5 giọt bromcrezol đỏ tía rồi trung hoà bằng bằng dung dịch NaOH 0.1N đến khi xuất hiện màu xanh Cho thêm vào 30ml glyxerin, 1ml phenolptalein và chuẩn bằng dung dịch NaOH 0.1N cho đến khi xuất hiện màu tím rực rỡ. Nếu sau khi cho thêm 10ml glyxetrin mà màu hồng biến mất thì có thể tiến hành chuẩn độ ngay. 2.4.3.5. Phân tích HCHO Lấy 25 – 50ml dung dịch mạ cho vào bình tam giác 250ml, thêm nước đến thể tich 100ml, dùng buret đưa vào đúng 25ml dung dịch iot 0.1N rồi thêm dung dịch NaOH vào cho đến khi xuất hiện màu vàng nhạt (có kết tủa niken hyđroxit) Đậy bình và trong 15 – 20 phút cho dần axit H2SO4 1N vào tan hết niken hyđroxit rồi cho dư tiếp 15ml H2SO4 nữa Cho vài giọt tinh bột và chuẩn chính xác iot thoát ra bằng dung dịch natri thiosunfat 0.1N cho đến khi xuất hiện màu xanh 2.4.3.6. Phân tích dung dịch mạ vàng [1] Phương pháp iot Lấy 5ml dung dịch mạ vào cốc 200 – 250ml thêm 20ml axit HCl (d=1,19 g/cm3), 5 – 10 ml aphương pháp g/cm3) Cô cạn dung dịch đến lúc cặn muối còn ẩm và để đuổi hết các oxit nitơ, cần tránh đun to lửa và dung dịch bay hơi hết làm cho cặn muối bị khô bởi vì khi đó rất có thể vàng cũng bị khử. Làm nguội, thêm nước đến thể tích 45 – 50ml lắc cho tan muối, chuyển dung dịch sang bình tam giác 250ml, rót 10ml kali iodua 10%, đậy nắp bình. Để yên 10 phút chuẩn iod tách ra bằng dung dịch natrithiosunfat 0.1N cho đến khi xuất hiện màu vàng rơm, thêm 1 – 2ml dung dịch tinh bột 0.5% và tiếp tục chuẩn cho đến khi màu anh biến mất. [2] Phương pháp ampemet Lấy 5ml dung dịch mạ,thêm 30ml hổn hợp axit HCl và HNO3, đun bay hơi cho đến khi chớm cạn khô. Hòa tan cặn khô bằng 20ml HCl(1:1) thêm 5ml dung dịch amon pesunfat 10% đun bay hơi dung dịch đên khi còn lại 5ml, thêm 15ml nước rồi đun sôi 5 phút Dung dịch cùng với kết tủa chuyển sang cốc, chuẩn độ bằng dung dịch thiourê 0.01M. [3] Phương pháp trọng lượng Lấy 10ml dung dịch mạ vào cốc 150 – 200ml, thêm 20ml axit HCl (d=1,19 g/cm3), đun đến chớm cạn khô Làm nguội, thêm 50ml nước ấm, 20ml dung dịch hydrazine clorua 20% để tách vàng kim loại ra Đun dung dịch cùng với kết tủa 10 – 20 phút keo tụ kết tủa, để yên 1 giờ rồi lọc qua giấy lọc mịn. Rửa kết tủa vàng bằng nước nóng cho đến khi ion clo hết, chuyển giấy lọc cùng kết tủa sang chén sứ nung. Sấy khô, nung 900oC để nguội trong bình hút ẩm, cân. 2.5. Thực nghiệm vận hành quy trình mô hình CP 1: công tắc máy mài CP 2: công tắc máy siêu âm CP 3: công tắc máy CT 3: Công tắc đóng dòng điện vào bể Mạ vàng CT 4: Công tắc ngắt dòng điện vào bể Mạ vàng CT 5: Công tắc đóng dòng điện vào bể Điện hóa CT 6:. Công tắc ngắt dòng điện vào bể Điện hóa CT 7: Công tắc đóng dòng điện vào bể Mạ đồng CT 8: Công tắc ngắt dòng điện vào bể Mạ đồng CT 9: Công tắc đóng dòng điện vào bể Niken CT 10: Công tắc ngắt dòng điện vào bể Niken C: Cipi tổng B 1: Bảng hiển thị nhiệt độ vận hành B 2: Bảng hiển thị điều chỉnh nhiệt độ B 3: Bảng hiển thị điều chỉnh thời gian Quy trình thực hiện các bước mạ như sau: cắm hai phích cắm của hai bảng điện vào nguồn. sau đó bật công tắc Cipi số 1 (khởi động máy mài) để thực hiện quá trình gia công cơ khí vật mạ. Sau khi vật mạ được mài nhẵn và đánh bóng chúng ta tiếp tục thực hiện công đoạn thứ hai đó là tẩy siêu âm (có thể rửa sơ vật mạ qua bể rửa số 2) để tẩy bớt dầu mỡ trong quá trình gia công cơ khí. Sau khi tẩy sạch dầu mỡ chúng ta có thể rửa, ngâm vật mạ ở bể rửa số 1 hoặc 2. Vật mạ sau khi được gia công cơ khí và tẩy dầu bằng máy siêu âm được chuyển qua bể tẩy dầu diện hóa để tẩy sạch các vết dầu mỡ còn sót lại. Lúc này, chúng ta bật công tắt Cipi tổng ở bảng điện thứ hai sau đó kiểm tra các thông số kĩ thuật (nhiệt độ, chế độ mạ…). Sau đó, bật công tắt khởi động thiết bị chỉnh lưu và điều chỉnh thông số cho hợp lí (bằng các nút điều chỉnh trên thiết bị). Tiếp tục bật công tắt số 3 và kiểm tra dòng điện vào bể tẩy dầu điện hóa. Vật mạ sau khi được tẩy dầu điện hóa thật sạch, chúng được rửa sạch lại bằng nước để thực hiện quá trình tiếp theo. 2.5.1. Vận hành quy trình mạ đồng Để thực hiện quá trình mạ đồng ta thực hiện như sau: Đầu tiên bật công tắt cipi tổng lên. khởi động máy xi (hệ thống chỉnh lưu) nhấn công tắt điện quy trình mạ đồng. Kiểm tra hiêu điện thế và cường độ dòng qua thiết bị chỉnh lưu và điều chỉnh cho phù hợp với chế độ mạ. ngắt dòng điện qua các bể mạ khác bằng cách bấm công tắc điều khiển CT 4, CT 6, CT 8, hoặc CT 10. Sau đó, khởi động dòng điện qua bể mạ đồng bằng công tắt số 7. Sau đó, ta thực hiện quá trình mạ đồng. Chú ý: phải thường xuyên kiểm tra chế độ mạ, mật độ dòng điện và thời gian mạ để lớp mạ phân bố tốt và bền. 2.5.2. Vận hành quy trình mạ niken Vật mạ sau khi được mạ lót bằng đồng chúng được chuyển qua bể mạ Niken để thực hiện quá trình mạ Niken bóng. Để thực hiện quá trình mạ niken bóng thì ta ngưng hoạt động của các bể mạ khác (thực hiện tương tự như quy trình mạ Đồng ở trên). Mở công tắc CT 9 điều khiển quy trình mạ niken. Kiểm tra cường độ dòng điện qua bể qua thiết bị chỉnh lưu, điều chỉnh các thông số kĩ thuật cho phù hợp. Dùng vật mạ đã được mạ đồng lót từ quy trình mạ đồng đem qua hệ thống mạ Niken bóng. Tùy yêu cầu của sản phẩm mà chúng ta có thời gian mạ và chế độ mạ khác nhau. Để nâng cao chất lượng mạ và đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường. Quy trình mạ đồng – niken được bổ sung thêm quy trình mạ vàng. Thực hiện quy trình mạ vàng ta cũng thực hiện các bước như quy trình mạ đồng và niken. Nhưng có đặc điểm khác là sản phẩm của quy trình mạ đồng và niken có thể dùng làm nguyên liệu cho quy trình mạ vàng. 2.5.3. Vận hành quy trình mạ vàng Quy trình vận hành giống như ban đầu mạ đồng sau đó chúng ta tiếp tục mạ một lớp vàng. 2.6. Hướng dẫn vận hành mô hình quy trình mạ Để vận hành tốt mô hình trên trước người vận hành phải nắm vững lý thuyết về mạ điện đẻ có thể xử lý những sự cố có thể gặp phải, đồng thời nắm rõ vị trí, mục đích của từng thiết bị trong mô hình, các thao tác trong quá trình mạ điện. Gia công bề mặt vật mạ bằng máy mài với công suất 1/3HP bằng cách bật công tắc ở máy mài, sau đó khởi động hệ hống bằng công tắc tổng ở mô hình, khi đã có sẵn dung dịch và các cực chúng ta chỉnh cường độ dòng điện bằng máy chỉnh lưu, cần lưu ý khi sử dụng mấy chỉnh lưu không chỉnh dòng điện lớn hơn mức cho phép là 3A, không bặc máy chỉnh lưu khi không có phụ tải... Sau khi gia công vật cần mạ được qua bể rửa vặn vòi xả nước trực tiếp, sau đó cho vật cần mạ vào máy siêu âm và điều chỉnh công suất thích hợp đã ghi rõ trên máy. Các giai đoan tiếp theo ở các thiết bị tẩy dầu điện hóa và siêu âm cần vận hành hệ thống gia nhiệt và sục khí cẩn thận. Lưu ý khi đặt catot và anot không cho chúng va chạm nhau. Tóm lại quy trình vận hành mô hình trên dễ vận hành. 2.7. Tính toán giá thành mô hình Bảng chi tiết tính giá thành mô hình Tên sản phẩm Đơn vị tính Số lượng Giá thành (VNĐ) Khung sườn cái 2 5.200.000 Bể mạ cái 3 470.000 Giá treo vật mạ cái 4 700.000 Thiết bị sục khí cái 1 400.000 Thiết bị điện cái 25 500.000 Thiết bị gia nhiệt cái 3 150.000 Thanh điện cực niken cái 2 1.200.000 Thanh điện cực đồng cái 3 100.00 Máy tẩy dầu siêu âm cái 1 1.850.000 Máy mài cái 1 270.000 Dung dịch mạ đồng lít 10 600.000 Dung dịch mạ niken lít 10 2.000.000 Đồng hồ điện tử cái 1 450.000 Đầu dò nhiệt cái 1 50.000 Giấy nhám tấm 15 75.000 Máy bơm nước rửa cái 1 250.000 Vật mạ cái 100 250.000 Ống dẫn khí cái 1 50.000 Thiết bị phụ trợ cái 10 250.000 Bảng tên cái 1 250.000 Tổng:15.065.000 CHƯƠNG III KẾT LUẬN – BÀN LUẬN 3.1. Kết luận Sau một khoảng thời gian nghiên cứu đề tài chúng em đã hoàn thành phần lí thuyết và đưa ra mô hình hoạt động trong phòng thí nghiệm. Trên nghiên cứu lí thuyết thì mô hình có thể mạ các thiết bị nhỏ như bulon trang trí xe moto xe gắn máy, mạ các trang sức nhỏ như nhẫn mặt dây chuyền… Mô hình mang kiểu dáng công nghiệp nên có thể mở rộng mô hình thiết kế lắp đặt một nhà máy mạ điện hiện đại sản xuất trên quy mô công nghiệp hiên đại và có thể sản xuất theo dây chuyền tự động hóa. Các kim loại và thiết bị vật dụng sau khi mạ có thể dùng để trang trí, trang sức, dùng trong các môi trường đặc biệt để chống rỉ, chống sét, đạt tính thẩm mĩ cao. Mô hình mạ Đồng và Niken trong phòng thí nghiệm này có quy mô chưa lớn nên làm ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật mạ Thời gian mạ có ảnh hưởng đến chất lượng cũng như độ bền đẹp của sản phẩm Thiết kế thêm thiết bị lọc dung dịch mạ để ổn định nồng độ Do thời gian thực hiện đồ án có giới hạn và kiến thức còn hạn chế nên đồ án sẽ mắc phải những thiếu sót. Chúng em rất mong sự góp ý của các thầy cô và các bạn. 3.2. Kiến nghị Trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này chúng em đã tìm hiểu những tầm quan trọng và triển vọng của ngành mạ điện rồi đi sâu và nghiên cứu mô hình. Chúng em cảm thấy tầm ảnh hưởng và vị thế của ngành mạ ngày càng cao, càng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như các ngành kĩ thuật khác như: trang trí nội thất, thiết kế vỏ tàu biển, các thiết bị chịu nhiệt, thiết bị chống rỉ trong các nhà máy… Mặt khác, khi thiết kế mô hình này chúng em cảm thấy có thể từ mô hình này nghiên cứu sâu hơn và có thể thiết kế một mô hình mạ hoàn toàn tự động hóa với quy mô lớn. Kính mong sự chấp thuận của quí thầy cô cho chúng em tiếp tục nghiên cứu đề tài này. PHỤ LỤC Trong quá trình vận hành mô hình cần chú ý đến vấn đề an toàn về điện.Vì mô hình điện phân được thiết kế lắp đặt chung với thiết bị về điện nên rất dễ bị rò rỉ dung dịch gây chạm mạch điện dẫn đến gây điện giật hay cháy thiết bị. Do đó, vấn đề an toàn phải được đặt lên hàng đầu. Mặt khác, để lớp mạ phân bố tốt và đạt chất lượng cần chú ý đến thời gian mạ, nhiệt độ của bể, nồng độ dung dịch mạ, độ phân cực katot…Vì vậy cần chú ý vận hành mô hình theo đúng quy trình một cách tuần tự theo hướng dẫn vận hành quy trình mô hình. Để đảm bảo an toàn của người sử dụng cũng như vận hành mô hình cần tuân thủ một số quy tắc sau: - Thiết bị mô hình phải đặt nơi khô ráo, thoáng mát - Thường xuyên kiểm tra đáy các bể mạ tránh bị rò rỉ dung dịch mạ - Kiểm tra nồng đọ dung dich tuần một lần để đảm bảo đung nồng độ và đạt tiêu chuẩn chất lượng. Khi dung dịch không đạt nồng độ thì phải mở van tháo dung dich ra ngoài. Sau đó, kiểm tra và pha lại nồng độ dung dich - Muốn lớp mạ bền chắc và đẹp sau khi rửa sạch bằng nước cần phải sấy khô trước và sau khi mạ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Minh Hoàng, Nguyễn Văn Thanh, Lê Đức Tri (1999), Sổ tay mạ điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [2] Trần Minh Hoàng (2007), Phân tích dung dịch mạ điện, Nhà xuất bản Đại Học Bách Khoa Hà Nội [3] Nguyễn Khương (2006), Mạ Điện tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Lộc (2001), Công nghệ mạ điện, Nhà xuất bản Giáo Dục [5] Nguyễn Văn Lộc (2001), Kỹ thuật mạ điện, Nhà xuất bản Giáo Dục