Mạ điện

Nội dung báo cáo
Giới thiệu chung.
Quy trình mạ điện.
Vấn đề ô nhiễm và xử lí chất thải.
Ứng dụng.
Bước phát triển mới.
MẠ ĐIỆN
Mạ điện là gì?
Mạ điện là một công nghệ điện phân,tạo ra một lớp phủ lên bề mặt vật cần mạ.
Tại sao phải mạ điện?




Có mấy cách mạ điện?
Mạ tinh và mạ thô
Phân loại các lớp mạ điện:
Lớp mạ trang trí
Lớp mạ bảo vệ.
Lớp mạ trang trí bảo vệ.
Lớp mạ kĩ thuật.
Thẩm mỹ
Bảo vệ,Độ bền
LỊCH SỬ
Ngành mạ điện được nhà hóa học Ý Luigi V. Brugnatelli khai sinh vào năm 1805.
Cuối thế kỉ 19 máy phát điện ra đời thì ngành công nghiệp mạ điện đã bước sang một kỉ nguyên mới.
Ở Việt nam,công nghệ mạ điện đã phát triển mạnh trong vài chục năm gần đây và tiếp thu được kỹ thuật của nhiều nước trên thế giới.
Là một trong ba quá trình trong chu trình LIGA - được sử dụng trong sản xuất robot điện tử siêu nhỏ (MEMS).
Quy trình mạ điện

Quá trình xử lí bề mặt
Gia công cơ học
Tẩy dầu mỡ
Tẩy gỉ
Tẩy bóng điện hóa và hóa học
Tẩy nhẹ

Mạ điện
Những yêu cầu.
Tiến hành mạ điện
Mạ vàng.mạ kẽm,…
Công thức tính trong mạ điện
Hoàn thiện bề mặt,đánh giá sản phẩm.
Gia công cơ học
Làm bề mặt vật mạ có độ đồng đều,độ nhẵn cao,bóng sáng, bong lớp gỉ, giúp lớp mạ bám chắc và đẹp.
Thực hiện gia công cơ học bằng nhiều cách: mài, đánh bóng, quay bóng, phun cát,chải sạch.Vật liệu mài và đánh bóng:Hạt mài,bánh mài, bột mài,vật liệu đánh bóng (Cr2O3,vôi tôi, Al2O3 marsalit,Tripoli,sắt oxit).
Thuốc đánh bóng: tùy vật liệu cần mạ mà có thuốc khác nhau. VD: nếu kim loại cần đánh bóng là nhôm,đồng thì dùng hỗn hợp gồm: Cr2O3,Fe2O3 ,Vôi.
Quá trình gia công cơ học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám của lớp mạ sau này. Vì vậy trước khi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt trong axit loãng rồi đem mạ ngay.

Tẩy dầu mỡ

Cách 1: Tẩy trong dung môi hữu cơ như tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4, benzen,toluen… rồi sau đó tẩy tiếp trong dd kiềm.
Cách 2: Tẩy dầu mỡ siêu âm:dùng máy phát kiềm truyền sóng dao động có tần từ 20-1000KHz vào dung môi hay dd rửa.
Cách 3: Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũ tương hóa như: Na2SiO3, Na3PO4…
Cách 4: Phương pháp điện hóa: dd tẩy giống như phương pháp hóa học nhưng dung dịch có nồng độ loãng hơn.Gồm tẩy anod, catod, hỗn hợp.
Cách 5: Tẩy dầu mỡ thủ công: dùng CaO, hoặc hỗn hợp đolomit MgO.CaO).
Tẩy gỉ
Gỉ là gì?
Là một lớp oxit hay lớp muối bazơ của kim loai đó phủ trên bề mặt kim loại nền.
Cách tẩy gỉ:
Phương pháp cơ khí: mài, chải, phun cát.
Dùng thùng quay.
Tẩy gỉ hóa học: thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan oxit và kim loại nền.
Tẩy gỉ điện hóa: tẩy gỉ catot và tẩy gỉ anot.
Tẩy gỉ catod: sinh ra H, có tác dụng khử một phần oxit, làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra.Dễ gây giòn hidro.
Tẩy gỉ anod: lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt.
Đặt biệt sau khi tẩy xong phải đem thụ động (nếu chưa gia công ngay): trong dung dịch NaNO2, Na2CO3 , HNO3.
Tẩy bóng điện hóa và hóa học
Cho độ bóng cao hơn gia công cơ học,lớp mạ trên nó gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt.
Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt. Do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng.
Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa. Khi tẩy bóng hóa học cũng xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực của dung dịch với kim loại tại chỗ lõm.
Ví dụ: dung dich tẩy bóng đối với thép,đồng gồm:H3PO4, H2SO4, HNO3, HCl, CH3COOH, H3PO3, Chất màu,nhiệt độ,thời gian,…
Tẩy nhẹ
Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng, không nhìn thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi mạ.
Khi tẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên.
Mạ điện
Chuẩn bị trước khi mạ:
Anod
Catod
Bể mạ
Dung dịch mạ (2 thành phần)
Cơ bản: muối,hợp chất ion kim loại mạ.
Chất phụ gia: làm bóng,đệm pH,thấm ướt,giảm sức căng nội,san bằng,tăng độ dẫn điện,thụ động hóa anod.
Trong quá trình mạ.
Tiến hành mạ điện:
Vật cần mạ được gắn với cực âm (catôt).
Kim loại mạ gắn với cực dương (anôt) của nguồn điện trong dung dịch điện môi.
Phân biệt mạ điện và mạ hoá học.
Sự hình thành lớp mạ điện
Tại anod: xảy ra quá trình oxi hóa kim loại.Kim loại tan dần.



Tại catod: xảy ra quá trình khử,tạo ra lớp kim loại kết tủa trên bề mặt:


M – ne → Mn+
Mn+ + ne → M
ANOD
CATOD
-
e
e
e
e
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
ANOD
CATOD
-
-
e
e
e
e
e
e
MẠ HỢP KIM (mạ đồng thau Cu-Zn)
Thành phần dd: CuCN,Zn(CN)2,NaCN tự do, Na2CO3, Na2SO3, NH4OH, NaOH, Natri kali tatrat.
Tính chất dd: Nồng độ dd xyanua tự do, pH,nhiệt độ quyết định chất lượng và tỉ lệ thành phần hợp kim.Amoniac làm cho lớp mạ đẹp hơn, thành phần hợp kim ổn định.
Điều chỉnh dd: Tăng nồng độ của dd bằng cách tăng NaCN,tăng pH bằng cách thêm Na2CO3.
Máy móc thiết bị,sơ đồ và một số nhà máy mạ điện ở nước ta
Công thức tính bề dày lớp mạ điện
D:mật độ dòng(A/dm2 )
q:đương lượng điện hóa(g/Ah)
t:thời gian mạ(h)
H:hiệu suất dòng điện(%).
d:tỷ trọng khối lượng lớp mạ(g/cm3).
S:diện tích điện cực(cm3).
g:trọng lượng lớp mạ(g).
Hoàn thiện lớp mạ
Sau khi mạ,lớp mạ chưa hoàn toàn hoàn chỉnh,còn nhiều lỗ xốp, dễ bị oxy hoá, độ bền, độ cứng …. chưa đạt yêu cầu,do đó cần có khâu hoàn thiện lớp mạ bằng nhiều phương pháp tuỳ theo mục đích cụ thể.
Người ta có thể dùng phương pháp thụ động hoá bề mặt sau khi mạ hoặc phương pháp gia công cơ khí như mài bavia, đánh bóng bề mặt.
Kiểm tra chất lượng lớp mạ
Kiểm tra hình dáng bên ngoài
Đo chiều dày lớp mạ
Đo độ xốp lớp mạ
Đo độ kín lớp nhôm oxit
Đo độ bền ăn mòn của mạ kim loại
Đo độ gắn bám của lớp mạ
Đo độ cứng lớp mạ
Lớp mạ đạt yêu cầu :

Bám chắc với kim loại nền không bong tróc.
Lớp mạ mịn,độ xốp nhỏ.
Lớp mạ bóng dẻo,có độ cứng cao.
Bề dầy đúng tiêu chuẩn


Vấn đề ô nhiễm và xử lí
Ô nhiễm tiếng ồn: nút bịt tai.
Ô nhiễm khí thải: thông gió xưởng mạ.
Ô nhiễm chất thải: tùy loại mà có biện pháp.
Và đặc biệt ô nhiễm nguồn nước: vì chứa xyanua, crom, niken, đồng, kẽm…: phương pháp kết tủa hoá học, phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp sinh học…
Ứng dụng
Trong lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước,đường sắt,các thiết bị ngoài trời, mạ các thiết bị chịu lực,mạ kẽm cho tôn…
Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức,lư đồng,huy chương,bát đĩa,vòi nước…
Trong ngành kĩ thuật cao: sản xuất robot,tên lửa…
Trong công nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu.

Trong các công trình thủy (ở Tôkiô): các trụ cầu của cầu dẫn qua cảng Tokyo, lớp phủ titanium (1mmTi + 4mm thép tấm).
Trong lĩnh vực khác: mạ vàng điện thoại,xe hơi, laptop….
Bước phát triển mới ?
Mạ tổ hợp
Ứng dụng công nghệ CNTs
Thế nào là mạ tổ hợp?
Lớp mạ tổ hợp




Lớp mạ như khối xi măng có thêm sỏi,đá.


Lớp mạ thông thường




Lớp mạ tựa như khối xi măng không có sỏi,đá
Thế nào là công nghệ CNTs
Chất dùng làm “sỏi,đá” trong mạ tổ hợp:

Chất dùng làm sỏi,đá trong CNTs
Đó là ống nano cacbon
Là vật liệu được xem là cứng nhất,bền nhất hiện nay và hơn cả kim cương
Tại sao phải ứng dụng công nghệ mạ tổ hợp sử dụng CNTs?
Nếu ứng dụng công nghệ trên thì:
Làm tăng độ cứng của lớp mạ.
Giúp lớp mạ có khả năng chống mài mòn tốt hơn,bền hơn.
Chống ma sát.
Tài liệu tham khảo
Trang web wikipedia.
Bài tập điện hóa.
Thư viện điện tử violet.
Tài liệu đại học Bách khoa Hà Nội.
Mạ điện (tác giả:Nguyễn khương).
Mạ điện (Trần Minh Hoàng)….
CẢM ƠN SỰ CÓ MẶT VÀ THEO DÕI CỦA CÔ CÙNG CÁC BẠN!