Tiểu luận Môn ăn mòn kim loại

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĂN MÒN KIM LOẠI Định nghĩa ăn mòn: Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác hóa học hoặc điện hóa của kim loại với môi trường xung quanh. Phân loại các quá trình ăn mòn: Phân loại theo cơ chế của quá trình ăn mòn Theo cơ chế của quá trình người ta chia ra làm hai loại ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa: Ăn mòn hóa học: Ăn mòn hóa học là quá trình ăn mòn do tác dụng hóa học của kim loại với môi trường. Ăn mòn điện hóa: Ăn mòn điện hóa là quá trình ăn mòn do tác dụng điện hóa học giữa kim loại với môi trường phản ứng điện hóa, nó tuân theo qui luật động học điện hóa. Ăn mòn điện hóa xảy ra 2 quá trình đồng thời. Quá trình anot là quá trình biến đổi trực tiếp kim loại thành ion hydrat hóa trong dung dịch. Me + xH2O = Me(H2O)n+ + ne Trong kim loại còn một lượng tương đương các electron dư thừa. Quá trình catot là quá trình làm các electron dư ở quá trình anot bị đồng hóa do một vài chất nhận electron, được gọi là chất khử phân cực. Nghiên cứu chi tiết quá trình ăn mòn hóa học và điện hóa cho thấy không có ranh giới phân biệt rõ nét giữa chúng. Trong nhiễu trường hợp, sự biến đổi chậm từ cơ chế hóa học sang cơ chế điện hóa có thể xảy ra và ngược lại. Sự ăn mòn trong dung dịch điện ly có thể xảy ra theo cả cơ chế điện hóa lẫn cơ chế hóa học. 1.2.2. Phân loại theo điều kiện của quá trình ăn mòn - Ăn mòn khí quyển là ăn mòn kim loại trong khí quyển hay các khí ẩm ướt khác. - Ăn mòn trong chất điện ly ( axit, bazơ, muối) - Ăn mòn dưới đất nghĩa là ăn mòn các công trình ngầm dưới đất - Ăn mòn điện gây ra dưới tác dụng của dòng điện ngoài hay các dòng lang thang - Ăn mòn dưới tác dụng của điện thế gây ra do tác dụng đồng thời của môi trường xâm thực và của điện thế trên kim loại. - Ăn mòn sinh vâth học là ăn mòn gây ra do các vi sinh vật hay sản phẩm chuyển hóa củ chúng. 1.2.3. Phân loại theo dạng đặc trưng của ăn mòn - Ăn mòn toàn bộ xảy ra trên toàn bộ bề mặt kim loại, nó có thể đều đặn hoặc không đều - Ăn mòn cục bộ tập trung ở các khu riêng biệt của bề mặt kim loại. Ví dụ: Ăn mòn hang hốc, ăn mòn điểm - Ăn mòn giữa các tinh thể là sự phá hủy kim loại dọc theo ranh giới giữa các tinh thể - Ăn mòn xuyên tinh hình thành các vết rạn xuyên tinh dẫn đến sự phá hủy toàn bộ kim loại 222222 Chương 2:GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU THÉP CACBON 2.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tổ chức, cơ tính của thép các bon. 2.1.1 Định nghĩa Thép Cacbon.. Thép cácbon là hợp kim của sắt và cácbon với chứa lượng cácbon dưới 2,14%. Tuy nhiên do điều kiện nấu luyện nên có nhiều nguyên tố khác cũng có mặt trong thép. Chúng là các tạp chất thường có như Mangan (Mn), Silíc (Si), Phốt pho (P), lưu huỳnh (S), các tạp chất ẩn như hydrô (H), nitơ (N), ôxy (O), và các tạp chất ngẫu nhiên như crôm (Cr), nikel (Ni), vônfram (W), titan (Ti), molibden (B), vanadi (V),… Tất cả các loại nguyên tố kể trên có ở trong thép với lượng chứa nhỏ và ảnh hưởng không đáng kể đến tổ chức và tính chất của thép. Chính vì thế mà kể cả các nguyên tố có lợi đều được gọi là tạp chất. Cần lưu ý rằng nếu một hay một vài nguyên tố kể trên mà người ta cố ý cho vào thép với dụng ý nào đó thì chúng lại được gọi là nguyên tố hợp kim (sẽ được trình bày chi tiết trong phần thép hợp kim). Tóm lại ngoài sắt ra thành phần hóa học của thép cácbon thông thường bao gồm: C < 2%; Mn £ 0,5-0,8%; Si £ 0,3-0,6%; P £ 0,05-0,06%; S £ 0,05-0,06%. 2.1.2 Ảnh hưởng của nguyên tố cácbon. Trong tất cả nguyên tố, cácbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức và tính chất của thép cácbon (và cả đối với thép hợp kim). Sự thay đổi hàm lượng cácbon ảnh hưởng đến cơ tính của thép gồm giới hạn bền (sb), độ cứng (HB), độ giãn dài (d), độ thắt tỉ đối (y) và độ dai va đập (ak). Khi hàm lượng cácbon trong thép tăng, độ bền và độ cứng của thép tăng còn độ dẻo và độ dai va đập lại giảm. Tuy nhiên, độ bền của thép chỉ tăng lên và đạt tới giá trị cực đại khi hàm lượng của cácbon tăng lên tới khoảng giới hạn 0,8 tới 1,0%, vượt quá giới hạn này độ bền lại giảm đi. Cứ tăng 0,1% cácbon, trong thép độ cứng tăng thêm khoảng 20-25HB và giới hạn bền (sb) tăng thêm khoảng 60-80 MPa, nhưng độ giãn dài tương đối (d) giảm đi khoảng 2-4%, độ thắt tỉ đối (y) giảm đi 1-5% và độ dai va đập (ak) giảm đi khoảng 200 kJ/m2. Qui luật thay đổi này được giải thích như sau: Các thép có hàm lượng cácbon thấp (£ 0,25%) nói chung dẻo, mềm và độ bền, độ cứng thấp, hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện như tôi và ram không cao, nên chúng được dùng chủ yếu làm các chi tiết cần qua dập nguội (là những sản phẩm cần độ dẻo cao và không cần qua nhiệt luyện) và làm các kết cấu xây dựng. Muốn tăng hiệu qủa của nhiệt luyện của các thép này cần phải qua thấm cácbon lớp bề mặt. Các thép với hàm lượng cácbon trung bình (0,3-0,5%) có cơ tính tổng hợp cao vì có sự hài hòa giữa độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai. Các thép này thường được dùng làm các vật liệu kết cấu như các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao như trục truyền lực, bánh răng,…. Các thép có hàm lượng cácbon tương đối cao (0,55-0,7%) có độ cứng cao và giới hạn đàn hồi cao nhất nên thường được sử dụng làm các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp. Các thép có hàm lượng cácbon cao (³ 0,7%) có độ cứng và tính chống mài moon cao, nên thường được dùng làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội, … Chú ý rằng, ngoài ảnh hưởng đến cơ tính, cácbon coi ảnh hưởng đến một số tính chất hóa lý của thép. Chẳng hạn khi hàm lượng cácbon tăng, mật độ (khối lượng riêng g) cùng độ từ thẩm (m) và khả năng chống ăn mòn của thép giảm đi còn điện trở (r) và lực khử từ (Hc) lại tăng lên. 2.1.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố khác. Mangan (Mn): Nguyên tố mangan được cho vào thép cácbon khi tinh luyện ở dưới dạng fero mangan nhằm mục đích khử ôxy và lưu huỳnh. Khi hòa tan vào ferit mangan có tác dụng nâng cao độ bền, độ cứng của pha này, nên có làm tăng cơ tính của thép. Nhưng do lượng mangan trong thép cácbon nhỏ (thường dưới 0,8%) nên tác dụng này không đáng kể và tác dụng chủ yếu của nó chỉ để khử ôxy và hạn chế sự có mặt của lưu huỳnh. Silíc (Si): Nguyên tố silíc được cho vào nhiều loại thép nhằm khử ôxy triệt để hơn. Cũng như mangan, khi được hòa tan vào pha ferít, nguyên tố silic nâng cao độ bền và độ cứng cho pha này. Cũng do hàm lượng silíc trong thép cácbon còn nhỏ (thường dưới 0,6%) nên tác dụng hóa bền coi nhỏ và tác dụng chủ yếu của nó chỉ để khử ôxy. Phốt pho (P): Nguyên tố phốt pho dù ở dạng hòa tan trong ferít hay ở dạng liên kết Fe3P đều làm cho thép bị giòn, đặc biệt là ở trạng thái nguội do đó nó là nguyên tố có hại cần phải hạn chế ở dưới mức cho phép nào đó. Đối với thép cácbon thông thường hàm lượng cácbon nhỏ hơn 0,06%. Riêng đối với thép dễ cắt, để nâng cao khả năng bẻ gãy phoi, lượng phốt pho co thể cao tới 0,08-0,15%. Phốt pho có mặt trong thép từ các quặng hay từ nhiên liệu than trong quá trình luyện gang ban đầu. Lưu huỳnh (S): Tương tự như phốt pho, lưu huỳnh có mặt trong thép từ các quặng và đặc biệt là từ than khi nấu luyện gang. Cùng tinh (Fe + FeS) có nhiệt độ nóng chảy thấp khoảng 9880C nằm ở biên giới hạt dễ bị mềm và chảy khi nung nóng làm thép bị đứt ở biên giới hạt tạo hiện tượng phá hủy giòn, coi được gọi là dịn nóng. Vì vậy cần hạn chế hàm lượng nguyên tố có hại này trong thép dưới mức độ cho phép nào đó. Đối với thép thông thường hàm lượng lưu huỳnh thường phải nhỏ hơn 0,06%. Tuy nhiên đối với thép dễ cắt, để nâng cao hiện tượng gãy phoi, hàm lượng lưu huỳnh có thể lên tới 0,08 – 0,3%. 2.2 Phân loại thép các bon 2.2.1 Phân loại theo hàm lượng cácbon. Theo hàm lượng cácbon ở trong thép người ta chia thép cácbon ra làm bốn loại: - Thép cácbon thấp với hàm lượng cácbon nhỏ hơn 0,25%, - Thép cácbon trung bình với hàm lượng cácbon trong khoảng từ 0,25 – 0,5%, - Thép cácbon tương đối cao khi hàm lượng cácbon trên 0,5÷0.7%. - Thép cácbon cao khi hàm lượng cácbon trên 0,7%. 2.2.2 Phân loại theo chất lượng. Tùy thuộc vào chất lượng luyện kim, nghĩa là tùy theo mức độ đồng nhất của thành phần hóa học, của tổ chức và tính chất của thép và nhất là tùy theo hàm lượng các tạp chất có hại là phốt pho và lưu huỳnh có trong thép, người ta chia thép ra mấy loại sau: Thép có chất lượng thường khi chứa tới 0,05%S và P thường dùng cho càc yêu cầu không cao như thép xây dựng thường. Thép có chất lượng tốt khi chứa không quá 0,04%S và P dùng trong chế tạo máy thông dụng. Thép có chất lượng cao khi chứa không quá 0,025%S và P. Thép có chất lượng đặc biệt cao khi chứa không quá 0,015%S và 0,025%P. 2.2.3 Phân loại theo phương pháp khử ôxy. Theo mức độ khử ôxy người ta chia thép ra làm ba loại đó là thép sôi, thép lặng và thép nửa lặng Thép sôi là thép được khử ôxy không triệt để tức là chỉ dùng fero mangan là một loại chất khử không mạnh. Do vẫn coi FeO trong thép lỏng nên nó có thể tác dụng với cácbon theo phản ứng: FeO + C ® Fe + CO­ Khí CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động giống như nó bị sôi vì thế loại thép này mang tên thép sôi. Do khí CO vẫn coi tạo thành ngay cả khi rót thép lỏng vào khuôn nên chúng tạo thành một số bọt khí trong thỏi thép đúc (Hình vẽ 5.1a). Hình 2.1 Cấu tạo thỏi đúc: a)thép sôi và b) thép lặng. Trong quá trình cán nóng tiếp theo phần lớn các bọt khí này được hàn liền lại làm cho thép có độ sít chặt hơn. Thép lặng là loại thép được khử ôxy triệt để hơn do ngoài fero mangan, người ta coi sử dụng fero silíc và nhôm nên trong thép còn rất ít FeO vì thế mặt thép lỏng phẳng lặng và do đó chúng được gọi là thép lặng. Trong thỏi thép lặng hầu như không có bọt khí, không có sự phân lớp như thép sôi nhưng lại có lõm co khá lớn (Hình vẽ 5.1b). Thép lặng có chất lượng cao hơn thép sôi nhưng không kinh tế bằng vì phải cắt bỏ phần lõm co chiếm tới 10 – 15% trọng lượng của thỏi đúc và chi phí cho việc khử ôxy lớn. Trong thép lặng pha ferít có chứa nhiều silíc hơn (khoảng 0,15 – 0,30%) nên chúng cứng hơn so với thép sôi và chúng thích hợp cho công nghệ hàn. Thép lặng là loại thép tốt để làm phần lớn các chi tiết máy. Thép nửa lặng là loại trung gian giữa hai loại thép trên, chúng chỉ được khử ôxy bằng fero mangan và nhơm 2.2.4 Phân loại theo tổ chức tế vi: Căn cứ vào các tổ chức khác nhau trên giản đồ trạng thái Fe - Fe3C người ta phân thép ra làm ba loại: thép trước cùng tích, thép cùng tích và thép sau cùng tích. Thép trước cùng tích. Thép trước cùng tích có hàm lượng các bon nhỏ hơn 0,8% (khoảng 0,10 ¸ 0,70) tức nằm về bên trái của điểm S có tổ chức gồm ferít và péclít (hình 5.2). Hình 2.2. Tổ chức tế vi thép trước cùng tích 0,6% C (x500 lần). Khi lượng cácbon tăng lên thì tỷ lệ phần péclít mầu tối trong tổ chức của thép trước cùng tích tăng lên, còn ferít có mầu sáng lại giảm đi. Nếu hàm lượng cácbon quá ít (trong khoảng 0,02 ¸0,05%) có thể coi hợp kim này như thép nguyên chất với tổ chức hầu như toàn ferít tức là có màu sáng hoàn toàn. Tỉ lệ giữa peclit và ferít thay đổi theo thành phần của các bon chứa trong thép. Với thép có các bon 0,1% thì phần tối tức peclít khoảng 1/8. Với thép có các bon 0,4% thì phần tối tức peclít khoảng 1/2. Còn với thép có các bon 0,6% thì phần tối tức peclít khoảng 3/4. Thép cùng tích. Thép cùng tích là thép có thành phần 0,8% C (có thể xê dịch chút ít) ứng với điểm S có tổ chức chỉ gồm có peclít. Hình 2.3 Tổ chức tế vi của peclít tấm (a) và péclít hạt (b) (x 500 lần) Thép sau cùng tích. Thép sau cùng tích có thành phần trên 0,80% C (nhưng thường chỉ tới 1,5% C, cá biệt có thể tới 2,0 ¸ 2,2%) ứng với bên phải của điểm S. Thép sau cùng tích có tổ chức peclít và xementít thứ hai ở dạng lưới mầu sáng như được trình bày trên hình 5.4. Hình 2.4. Tổ chức tế vi thép sau cùng tích 1,2 %C (x500 lần). Cần lưu ý rằng: Thép trước cùng tích có tổ chức ferít - peclít cần phân biệt ferít trước cùng tích được tạo thành trước khi xảy ra phản ứng cùng tích và ferít của cùng tích được tạo thành trong phản ứng cùng tích. Rõ ràng là ferít trước là độc lập có dạng hạt còn loại sau là dạng hỗn hợp nằm xen kẽ lẫn với xementít trong peclít. Tương tự, với thép sau cùng tích, cũng cần phân biệt hai loại xementít. Xementít thứ hai được tạo thành sau cùng tích và xementít cùng tích nằm trong peclít. 2.2.5 Phân loại theo công dụng, Theo công dụng thép cácbon được chia làm bốn nhóm chính: thép cán nóng thông dụng, thép kết cấu, thép dụng cụ, và thép có công dụng riêng. Đây là cách phân loại thường được sử dụng nhất nên chúng sẽ được trình bày sâu hơn trong phần ký hiệu thép cácbon. 2.3 Ưu và nhược điểm của thép các bon 2.3.1 Ưu điểm Thép cácbon được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống sinh hoạt do chúng có những ưu điểm cơ bản sau: Do dễ nấu luyện và không sử dụng các nguyên tố hợp kim đắt tiền nên thép cácbon rất rẻ. So với thép hợp kim thì thép cácbon có tính công nghệ tốt hơn như dễ đúc, dễ hàn, dễ gia công áp lực như rèn, dập kéo sợi cũng như dễ gia công cắt gọt. Có cơ tính nhất định đủ cho các chi tiết nhỏ, trung bình và không quan trọng. Sau khi t ôi, độ cứng của thép cácbon cũng rất cao không thua kém gì thép hợp kim có hàm lượng cácbon tương đương. 2.3.2 Nhược điểm Tuy nhiên, về các mặt khác so với thép hơp kim, thép cácbon có những nhược điểm sau: Thép cácbon ở trạng thái thường hóa và trạng thái ủ có độ bền thấp, giới hạn đàn hồi không vượt quá 700MP mặc dù để đạt được giới hạn bền này độ dẻo và độ dai cũng đã giảm đi mạnh. Thép cácbon có độ thấm tôi thấp nên hiệu qủa hoá bền không cao,ảnh hưởng xấu đến độ bền, đặc biệt với tiết diện lớn. Thép cácbon thấp giữ được độ bền và độ cứng ở nhiệt độ không cao, thường chỉ tới 180 – 2200C vì thế chúng không được dùng làm dụng cụ cắt tốc độ nhanh và các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao. Không có các tính chất vật lý, hóa học đặc biệt như cứng nóng, chống ăn mòn… 2.4 Điều kiện ăn mòn thép cacbon: - Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hóa học ( xêmentit ). Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn.- Các điện cực phải tiếp xúc với nhau ( hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn )- Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li. Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm - Gang, thép là hợp kim Fe – C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với tinh thể C (graphit) - Không khí ẩm có chứa H2O, CO2, O2…tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương 2.5 . Cơ chế ăn mòn điện hóa : Thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể c. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa:- Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa. Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành .- Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li: .Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mòn hết. - Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e - Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH- - Tiếp theo:       Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2                         4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3 - Theo thời gian Fe(OH)3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2 CHƯƠNG 3 : BẢO VỆ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẠ CROM 3.1 Giới thiệu chung về lớp mạ crom: 3.1.1 Tính chất crom : Cr là kim loại màu trắng bạc có ánh xanh, có độ cứng rất cao, chịu mài mòn tốt. Trọng lượng nguyên tử là 52,01. Nhiệt độ nóng chảy là 1750-1800oC. Điện thế tiêu chuẩn Cr/Cr3+là -0,7V. Trong khí quyển trên bề mặt Cr hình thành một lớp oxit mỏng rất kín, chắc, chống ăn mòn và giúp Cr giữ được độ bóng và màu sắc. Trong không khí ẩm và trong môi trường oxi hoá Cr có điện thế +0,2V nên lớp mạ Cr đối với thép phải kín mới có khả năng bảo vệ. Tính chất và cấu tạo lớp mạ crom : Lớp mạ crôm có cấu tạo tinh thế nhỏ mịn. Lớp mạ crôm có độ ổn định hoá học cao, chịu được mài mòn, bề ngoài sáng đẹp. Lớp mạ crôm có độ cứng cao (310-1050HB) chỉ sau kim cương và crunđum. Lớp mạ crôm có độ bóng cao màu sáng trắng có ánh xanh và bền màu. Crôm lại dễ mạ lên hầu hết các kim loại như sắt, đồng, kẽm, niken… Lớp mạ crom có 2 dạng cấu tạo: aCr và bCr Dạng aCr Dạng bCr Tỷ trọng : 7,1g/cm3 Lớp mạ sắp xếp chặt chẽ. Thu được khi mạ ở nhiệt độ cao và mật độ dòng điện lớn. Lớp mạ cứng, bóng. Tỷ trọng: 6,08g/cm3. Lớp mạ sắp xếp ít chặt chẽ. Thu được khi mạ ở nhiệt độ thấp và mật độ dòng nhỏ. Lớp mạ xám tối, xốp, bám kém. Dạng bCr chỉ bền ở nhiệt độ dưới 25oC, khi nhiệt độ cao hơn sẽ chuyển sang dạng aCr ổn định hơn đồng thời giải phóng hydro hấp phụ và co rút tinh thể tạo thành mạng vết nứt chi chít trên bề mặt. Lớp mã Crôm dạng a cho độ cứng cao hơn dạng b. Muốn ưu tiên dạng nào chỉ cần thay đổi diều kiện điện phân: nhiệt độ, mật độ dòng. Lớp mạ Crôm có ứng suất nội cao là do sự co rút thể tích khi nó chuyển từ dạng bCr sang dạng aCr nhưng vẫn bám chắc với nền. Kết quả là lớp mạ bị rạng nứt, tạo thành mạng vết nứt chằng chịt khắp bề mặt. Độ dẻo của lớp mạ crom cũng phụ thuộc vào chế độ điện phân. Mạ ở nhiệt độ thấp, mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ crôm bóng hoặc mờ có độ giòn cao. - Mạ ở nhiệt độ cao, mật độ dòng điện thấp sẽ được lớp crom sữa dẻo. Chiều dày d lớp mạ crôm có thể tính gần đúng theo công thức sau: d = 4,6 . H . t . DC (mm) Trong đó: H hiệu suất dòng điện (12-18%) t- thời gian mạ (h) DC mật độ dòng điện catod A/dm2. Cơ sở lý thuyết quá trình mạ crom : Mạ crom tiến hành trong dung dịch là hỗn hợp acid H2Cr2O4 và H2Cr2O7 chứ không phải muối của kim loại kết tủa. Dung dịch nhất thiết phải có ion hoạt hoá (ion xúc tác) là: SO42- , F-, SiF62- không có chúng không thể kết tủa. Nồng độ ion hoạt hoá phải khống chế trong một giới hạn hẹp mới thu được lớp mạ tốt và hiệu suất dòng điện cao. Mạ Cr có điện thế khử ion cromat rất âm, hiệu suất dòng điện catod rất thấp, mật độ dòng điện rất lớn, khả năng phân bố lớp mạ rất kém. Không dùng anod crom hoà tan mà dùng anod trơ bằng hợp kim chì. Các dung dịch mạ crom: Những dung dịch dùng để mạ crom: Mạ từ dung dịch có anion SO42-: Dung dịch này gồm 2 cấu tử chính: CrO3 và H2SO4. CrO3 được dùng với nồng độ từ 150-400 g/l. Nồng độ cao cho lớp mạ ít cứng, hiệu suất dòng và khả năng phạn bố thấp. Nồng độ loãng cho lớp mạ rất cứng, hiệu suất dòng và khả năng phân bố cao. Acid sunfuric cung cấp ion hoạt hoá SO42-. Nồng độ H2SO4 cao cho lớp mạ bóng, tinh thể nhỏ còn nổng độ thấp cho lớp mạ xám, kém chất lượng và cả 2 trường hợp đều làm giảm hiệu suất dòng điện. Tỷ lệ nồng độ giữa 2 cấu tử chính CrO3:H2SO4 ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ CrO3:H2SO4 = 100:1 lớp mạ bóng nhất, hiệu suất dòng cao nhất, khả năng phân bố cao nhất. CrO3:H2SO4 = 70:1 đến 80:1 cho lớp mạ rất cứng nhưng không sáng bóng. Còn ở các tỷ kệ khác lớp mạ chất lượng rất xấu. Dung dịch mạ crôm có ion SO42- được chia thành 3 loại: Loại dung dịch Nồng độ các cấu tử g/l Chế độ mạ CrO3 H2SO4 Dc (A/dm2) toC Dung dịch vạn năng Dung dịch loãng Dung dịch đặc 220 – 250 150 – 175 275 – 300 2.2 – 2.5 1.5 – 1.75 2.75 – 3.0 15 – 60 45 – 100 10 – 30 45 – 55 55 – 65 35 – 45 Mạ từ dung dịch có anion F-: Chế độ mạ Ưu điểm Nhược điểm CrO3: 300-400g/l KF.2H2O: 8-12 g/l Nhiệt độ: 20-30oC Dc: 10A/dm2 Có thể mạ ở nhiệt độ phòng Khả năng phân bố và khả năng mạ sâu tốt. Có thể mạ ở mật độ dòng điện thấp (0,5-2A/dm2). Hiệu suất dòng điện cao. Lớp mạ có tính đàn hồi cao. Có thể mạ bóng được. Do chứa ion F- có tính ăn mòn cao. Anod phải dủng hợp kim Pb. Anod Pb dễ sinh ra chất chì florua bao phủ làm tăng điện trở. Lớp mạ có độ cứng thấp. Mạ từ dung dịch có các ion SO42- và SiF6 2- (dung dịch tự điều chỉnh): Dung dịch chứa đồng thời hai ion SO42- và SiF62- Chế độ mạ Ưu điểm Nhược điểm CrO3: 250-300 g/l SrSO4: 5,5-6,5 g/l K2SiF6: 18-20 g/l Nhiệt độ: 55-65oC Dc: 40-100 A/dm2 H: 17-18% Thành phần dung dịch luôn ồn định. Tăng khoảng nhiệt độ và mật độ dòng điện nên cho lớp mạ bóng. Tăng khả năng phân bố. Tốc độ kết tủa nhanh. Do chứa ion F- nên có tính ăn mòn cao. Anod phải dùng hợp kim Pb với Sn Điều chỉnh và phân tích khó khăn. Dung dịch nhạy với tạp chất nhất là Fe. Mạ từ dung dịch tetracromat: Khác với dung dịch mạ thường, acid cromic trong dung dịch tetracromat đã được trung hoà bằng NaOH và crom trong dung dịch tồn tại ở dạng natri tetracromat Na2Cr4O13. dung dịch này dùng để mạ crom bào vệ-trang sức. Chế độ mạ Ưu điểm Nhược điểm CrO3: 350 - 400 g/l H2SO4: 2,5 - 3 g/l NaOH: 40-60 g/l Nhiệt độ: 15-24oC Dc: 10-60 A/dm2 H: ~ 30% Mạ ở nhiệt độ thường. Lớp mạ dễ đánh bóng và đạt độ bóng cao. Lớp mạ mếm dẻo, không có lỗ xốp. Có thể mạ Crom chồng lên nhau mà không cần bóc lớp mạ cũ và độ dày trên 20mm khá đồng đều. Có thể mạ phân đoạn được. Phải khống chế nhiệt độ luôn ≤ 24oC. Do DC lớn nên dung dịch luôn bị đun nóng do đó phài làm lạnh thường xuyên. Độ cứng lớp mạ không cao. Chưa mạ bóng trực tiếp được. Nồng độ H2SO4 bằng 2-2,5 g/l cho lớp mạ dễ đánh bóng; nồng độ cao hơn cho lớp mạ giòn, góc cạnh vật mạ có vệt sáng. Nồng độ H2SO4 thấp hơn hiệu suất dòng điện giảm rất nhanh Nồng độ NaOH tốt nhất là 40-60g/l Mạ crôm đen: Mạ crôm đen dùng cho các vật cần phản quang thấp họăc trang sức trong những trường hợp đặc biệt. Dung dịch mạ crôm đen không có gốc SO42- Hàm lượng crôm oxit khoảng 75% còn lại là hợp chất oxy hoá crôm. Pha chế dung dịch crôm đen cần dùng nước cất, và loại hết gốc sunfat. Mạ crôm đen lên nền thép cần mạ đồng hoặc niken trước, đối với chi tiết đồng, kẽm cần mạ niken. Giá treo mạ crôm đen cần phải tẩy lớp mạ cũ thì mới dẫn điện tốt. Thành phần và chế độ. Dung dịch 1 2 3 4 CrO3 300-320 250 – 300 250 200 NaNO3 7-11 H2SiF6 0,1ml/l 0,25 CH3COOH 212 5 ml/l (CH3COO)2Ba 7,5 NiCl2.6H2O 20 Vanadi nitrat 2 NH2SO3H NH2CONH2 Nhiệt độ oC < 35 32 -45 25-35 35 -40 Dc 15-30 49 15-45 100 Thời gian (ph) 20 Anod Pb-Sn Pb - Sn Thành phần dung dịch mạ crom và ảnh hưởng của chúng lên quá trình điện phân và chất lượng lớp mạ: Thành phần dung dịch Ảnh hưởng CrO3 Là thành phần cơ bản của mọi dung dịch mạ crom Tăng nồng độ CrO3: hiệu suất dòng điện giảm nên khả năng phân bố kim loại cũng giảm theo. Tăng nồng độ CrO3: tăng độ dẫn điện của dung dịch, giảm thế trong bể điện phân, tuy nhiên còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Tăng nồng độ CrO3: làm giảm giới hạn mật độ dòng và khoảng nhiệt độ tối ưu thu được lớp mạ Cr bóng SO42- Đóng vai trò chất xúc tác. Thiếu nó phản ứng khử CrO42- trên catod không diễn ra : lớp mạ catod không hình thành SiF62- Đóng vai trò chất xúc tác: nâng hiệu suất dòng catod lên cao Cr3+ Nồng độ Cr3+ thấp: tốc độ mạ chậm, tốc độ mạ mềm, khả năng phân bố thấp. Nồng độ Cr3+ cao: phạm vi thu được lớp mạ bóng hẹp, độ bóng kém Là thành phần không thể thiếu trong dung dịch mạ crom Tạp chất ( Fe, Cu, Zn, Cl-, NO3-…) Ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ: Hàm lượng sắt cao: độ dẫn điện giảm, dòng điện không ổn định, phạm vi thu được lớp mạ bóng hẹp. hàm lượng Fe không vượt quá 8g/l. Hàm lượng Cu không vượt quá 5 g/l Hàm lượng Zn không vượt quá 3 g/l Nồng độ ion Cl- cao: hiệu suất dòng điện giảm, khả năng phân bố thấp, lớp mạ đen, có hoa độ bền ăn mòn kém. Lượng ion clo cho phép trong phạm vi 0.3 – 0.5 g/l. Ion NO3-: dù có rất ít ion NO3- sẽ làm cho lớp mạ đen, bể chì bị ăn mòn, phải dùng mật độ dòng điện cao mới được lớp mạ crom Chế độ làm việc: Khả năng phân bố của lớp mạ crom kém. Giữa khả năng phân bố và độ che phủ của dung dịch mạ crom có mối quan hệ mật thiết với nhau và phụ thuộc vào sự phân bố dòng sơ cấp, nhiệt độ và mật độ dòng. Khi nhiệt độ cao, độ phân bố sẽ kém còn mật độ dòng tăng độ phân bố sẽ tăng và hàm lượng H2SO4 tối ưu, khả năng phân bố 1% cũng như sự có mặt của Cr3+ sẽ làm tăng sự phân bố. Cách pha chế dung dịch và điều chỉnh dung dịch mạ: a. Pha chế dung dịch: Các dung dịch chứa ion sunfat được pha chế bằng cách hoà tan CrO3 vào nước cất hay nước mềm. Độ hoà tan của chúng ở nhiệt độ phòng là 620 -630 g/l. dung dịch được khuấy cẩn thận cho tan hết và đề 1 ngày sau mới sự dụng. CrO3 kỹ thuật có lẫn một ít acid sunfuric do đó phải trừ lượng này khi thêm cấu tử thứ 2 H2SO4 vào dung dịch mới pha. Dung dịch tự điều chỉnh: hoà tan CrO3 như trên, xác định nồng độ CrO3 và SO42- kết tủa ion sunfat dư bằng SrCO3 , cho thêm các muối khó tan theo đợn chỉ định, đun nóng dung dịch , đến 60-70oC khuấy kỹ giữ ở nhiệt độ này 16-18h. Mạ xử lý ở Dc và nhiệt độ làm việc trong 2-3h. Dung dịch tetra cromat: hoà tan CrO3 như trên xác định nồng độ SO42- , NaOH, pha thành dung dịch và rót từ từ vào dung dịch trên, khuấy kỹ, khi dung dịch đã nguội cho acid sunfuric vào đủ lượng qui định. b. Điều chỉnh dung dịch mạ crôm: Mạ crôm không dùng anod tan nên dung dịch loãng dần theo thời gian mạ. Lúc đó phải dùng dung dịch đặc pha sẵn để bổ sung vào bể mạ. Đối với dung dịch tự điều chỉnh thì ion sunfat trong dung dịch đặc phau sẵn phải dùng SrCO3 để chuyển chúng thành dạng kết tủa. SrSO4 và K2SiF6 bổ sung theo chỉ tiêu sau: cứ 1l dung dịch đã mạ được 1m2 sản phẩm cần phải bổ sung 1g SrSO4 và 6g K2SiF6. Khi nồng độ Cr3+ tích tụ quá nhiều phải mạ xử lý: dùng catod thép có diện tích bé hơn anod, mạ xử lý với Da = 1-1,5A/dm2 còn Dc phải lớn hơn. 3.5 Những hư hỏng thường gặp ,nguyên nhân và cách khác phục trong mạ crom: SỰ CỐ NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC Lớp Cr tách khỏi lớp Ni hay tách khỏi kim loại nền. - Độ bám lớp Cr vào lớp mạ Ni yếu. - Chuẩn bị bề mặt kim loại nền để mạ Ni không tốt. - Lớp mạ Ni thụ động. - Lớp Ni bóng nhưng dễ tách lớp. - Dd mạ Ni không đạt yêu cầu. - Phải mạ Cr ngay sau mạ Ni. - Tẩy mỡ, tẩy gỉ kim loại nền đúng kĩ thuật. - Xử lý bề mặt Ni thụ động. - Kỉểm tra lại dd mạ Ni. Lớp mạ Cr không kết tủa lên lớp mạ Ni. - Lớp mạ Ni bị thụ động. - Để mạ Ni quá lâu mới mạ Cr. - Khử màng thụ động Ni. - Cần mạ Cr ngay sau khi mạ Ni. Cr không kết tủa ở từng chỗ của bề mặt. - Có bọt khí bám vào bề mặt catốt. - Mật độ dòng Ik quá bé. - Tiếp xúc điện yếu. - Bị che chắn. - Khuấy mạnh. - Tăng Ik.. - Kiểm tra tiếp xúc điện. - Xem lại cách sắp xếp. Điện thế trong bể nhảy vọt, cường độ dòng điện giảm. - Tiếp điện yếu. - Anốt bị che phủ bởi PbO2 dày. - Kiểm tra cách tiếp điện. - Cr3+ạo, tẩy PbO2. Lớp mạ Cr màu xám hay không bóng. - Nồng độ axit H2SO4 giảm, nồng độ Cr2O3 cao. - Đánh bóng không đều. - Thêm 1 ít H2SO4 để mạ thăm dò. - Điện phân với bề mặt anốt lớn. Cr không kết tủa hòan tòan. - Nồng độ Cr2O3 quá nhỏ, còn SO42- quá lớn. - Ik quá bé. - Tiếp điện không tốt. - Nhiệt độ quá cao. - Đo tỷ trọng, thêm CrO3 đến giới hạn yêu cầu. - Tăng Ik.. - Kiểm tra tiếp điện. Chi tiết bị phủ lớp màu nâu hay cầu vòng. - Nồng độ H2SO4 nhỏ. - Tiếp điện kém. - Kiểm tra tăng thêm H2SO4. - Kiểm tra tiếp điện. Anốt (Pb) bị ăn mòn. Dd bẩn bởi axit HCl Lớp mạ có các vết mờ nhỏ và lớn. - Một phần kim loại nền bị thụ động. - Bề mặt bị bẩn bởi lớp dầu mỡ, lớp oxyt. - Khử thụ động. - Tẩy kỹ bề mặt. Có xuất hiện các vết trắng trên bề mặt. Thiếu SO42- trong dd tự điều chỉnh. Kiểm tra, thêm 2-3g/l chất SrSO4. Có các vết nâu. - Mật độ dòng quá nhỏ trong giai đọan đầu điện phân. - Nồng độ CrO3 quá lớn. - Nồng độ SO42- quá nhỏ. - Sử dụng Ik cao ngay từ đầu. - Đo tỷ trọng bằng bômô kế và pha lõang thích hợp. Khả năng phủ sâu kém. - Nhiệt độ cao. - Chi tiết cần che chắn đúng cách. - Sự xếp đặt anốt không phù hợp hoặc không có anốt phụ. - Thành phần dd không phù hợp, CrO3 quá nhỏ, SO42- quá lớn, Cr3+ quá lớn. - Giảm nhiệt độ thích hợp. - Kiểm tra treo chi tiết cho đúng. - Tăng khỏang cách anốt catốt. - Sắp xếp lại anốt và catốt phù hợp hơn - Kiểm tra, phân tích và sửa chửa dd cho phù hợp. Độ bóng kém nhưng khả năng phân bố lớp mạ tốt. - Nồng độ CrO3 lớn. - Thiếu SO42-. Lớp mạ ở cạnh chi tiết bóng, ở giữa thì màu sữa. - Nhiệt độ quá cao, mật độ dòng Ik quá nhỏ hoặc cả hai. - Mật độ dòng lúc đầu quá cao. - Thành phần dd có khả năng phân bố kém. - Giảm Ik lúc bắt đầu và rút ngắn thời gian để Ik cao. - Kiểm tra dd, làm giảm SO42- xuống. Lớp mạ ở cạnh chi tiết quá mờ, ở trung tâm lại bóng. - Nhiệt độ quá thấp. - Mật độ dòng khởi đầu quá lớn. - Thành phần dd có khả năng phân bố kém. - Tăng nhiệt độ thích hợp. - Giảm Ik lúc đầu. - Điều chỉnh thành phần dd. Lớp mạ mờ, cạnh góc nhọn gồ ghề. - Mật độ dòng lớn. - Nhiệt độ quá thấp( hay cả hai) - Nồng độ CrO3 thấp. - Thiếu K2SiF6 và SrSO4 trong dd. - Quá nhiều các vảy anốt trong dd. - Tăng nồng độ CrO3 thích hợp. - Khi thấy không có kết tủa ở đáy bể thì thêm 2-3g/l SrSO4 và 5-10g/l K2SiF6. Lớp mạ kết tủa chậm. - Ik quá nhỏ. - Chi tiết bị che chắn. - Nồng độ SO42- quá lớn. - Nồng độ Cr3+, Fe3+, Cu2+ lớn. - Tăng Ik thích hợp. - Kiểm tra cách treo anốt và catốt. - Phân tích, giảm SO42-. - Loại kim loại lạ bằng điện phân, ở nhiệt độ thấp mật độ dòng catốt rất nhỏ, bề mặt catốt lớn. Lớp Cr mềm, màu sữa. - Nhiệt độ dd quá cao. - Mật độ dòng Ik quá nhỏ. - Duy trì nhiệt độ 540C. - Tăng Ik thích hợp. Những sự cố khi mạ Cr kỹ thuật Trên cạnh mép, chỗ lồi xuất hiện đenđryt. Do mật độ dòng Ik quá lớn ở các chỗ đó. - Làm tròn các cạnh mép trước khi mạ Cr. - Cần sử dụng che chắn hợp lý. Lớp mạ tách lớp. - Ngắt dòng quá lâu khi điện phân. - Sự thay đổi mật độ dòng nhảy vọt. - Sự thay đổi đột ngột t0 do thêm nước lạnh vào bể mạ khi điện phân. - Sử dụng bánh mài, tốc độ mài thích hợp, không dùng chất bôi trơn, hấp thụ nhiệt. - Tránh làm thay đổi mật độ dòng đột ngột. - Hạn chế thay đổi nhiệt độ quá 1,5%, mật độ dòng quá 5%. -Thêm từng phần nhỏ nước nóng 500C. - Đánh bóng lớp Cr dùng bánh xe vải, lơ, có dấu hỏa, bột năng, mỡ kỹ thuật…tốc độ quay 15-20m/s. Tách lớp mạ khỏi kim loại nền. - Tiến hành điện phân trước khi có cân bằng nhiệt dd - chi tiết. - Chi tiết bị phủ một lớp oxit do để lâu ngoài không khí trước khi mạ Cr. - Thép có chứa hàm lượng Cr, Mn, Ni lớn. - Chỉ bắt đầu điện phân (mạ) khi t0 dd và chi tiết đồng nhất. Nếu chi tiết có nhiệt dung lớn, trước khi mạ cần nhúng vào nước nóng một chút. - Tẩy lại. - Phải tiến hành gia công đặc biệt trước khi mạ Cr. Lớp mạ bị nứt trong và sau khi mạ. - Các vết nứt bị che kín trong quá trình tôi thép. - Sự hấp thụ H2. - Cần kiểm tra chi tiết trước khi mạ Cr. - Sau khi mạ phải khử H2. Lớp mạ có châm kim. - Bọt H2 bám lâu trên catốt. - Kim loại nền có chứa các hạt than chì do hậu quả của gia công nhiệt thép không đúng kỹ thuật. - Bề mặt kim loại nền bị lỗ. - Khuấy mạnh để đuổi H2. - Cần tiến hành gia công nhiệt đúng kỹ thuật. - Mài để tẩy xóa vết rỗ. Sự cố khi mạ Cr trong dd Tetracromat Lớp mạ đen cháy ở cạnh mép, góc nhọn. - Mật độ dòng Ik quá cao. - Do nồng độ H2SO4 vượt quá 2,5g/l. - Do nồng độ CrO3, nồng độ NaOH quá cao. - Nồng độ Cr3+ quá 10g/l. - Giảm Ik xuống. - Kiểm tra giảm H2SO4. - Kiểm tra, thêm CrO3, pha lõang, bổ sung các thành phần khác. - Điện phân để giảm Cr+ Lớp mạ Cr tối. - Nồng độ H2SO4 dưới 1,5g/l. - Nồng độ Cr3+ quá lớn. - Kiểm tra, bổ sung H2SO4. - Điện phân giảm Cr3+. Lớp mạ Cr cứng, khó đánh bóng. - T0 > 300C. - Nồng độ quá lớn. - Nồng độ CrO3 quá nhỏ. - Nồng độ SO42- quá nhỏ. - Nồng độ Cr3+ quá nhỏ. - Hạ t0 < 230C. - Đo tỷ trọng, pha lõang. - Thêm 100-150g/l CrO3. - Thêm một ít H2SO4, điện phân thăm dò. - Phân tích Cr3+, thêm đường (1g đường tạo 3-5g Cr2O3) Một số phần bề mặt không có Cr. Mật độ dòng quá lớn hay quá nhỏ. Dùng mật độ dòng thích hợp. Tốc độ mạ chậm. - Nồng độ CrO3 quá nhỏ. - Nồng độ SO42- quá nhỏ. - Nhiệt độ quá cao hay quá thấp. - Nồng độ CrO3 quá lớn hay quá nhỏ. - Nồng độ Natri tetracromat quá nhỏ. - Kiểm tra, phân tích, thêm 100-150g/l CrO3. - Kiểm tra bổ sung để nồng độ H2SO4 khoảng 1,2-2,5g/l là tối ưu. - Duy trì t0 = 17-230C. - Kiểm tra, phân tích để nồng độ CrO3 tự do trong khỏang 100-150g/l là tối ưu. - Kiểm tra nồng độ chung CrO3, căn cứ vào tỷ trọng mà bổ sung xút. 3.6 Kiểm tra chất lượng lớp mạ: 3.6.1 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 đạt chất lượng, loại phải làm lại và loại phế phẩm. Chi tiết có lớp mạ không đạt chất lượng bao gồm những chi tiết phải tẩy đi mạ lại và loại không cần tẩy lớp mạ mà thêm một số nguyên công nữa (như đánh bóng lại…). Bề mặt ngoài lớp mạ không cho phép có châm kim, điểm rỗ, bóng, cháy, tối… lớp mạ phải có độ bóng đẹp, màu sắc phù hợp. Căn cứ vào yêu cầu sử dụng của lớp mạ mà chọn những chi tiết đạt chất lượng: Đối với mạ bảo vệ trang sức, chọn những chi tiết không ảnh hưởng tới bề mặt ngoài. Lớp mạ Crom phải giữ được độ bóng lâu dài và còn đóng vai trò chống ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn của nó phụ thuộc vào lớp mạ có xốp hay không, điều này phụ thuộc chủ yếu vào loại dung dịch mạ Crom. Đối với lớp mạ bảo vệ phải chọn những chi tiết có tính năng chống gỉ phù hợp với yêu cầu. Những chi tiết phế phẩm bao gồm những loại sau: chi tiết ăn mòn nhiều, chi tiết có khuyết tật về cơ khí… 3.6.2 Kiểm tra độ bám chắc lớp mạ: Độ bám chắc lớp mạ không tốt, nguyên nhân chủ yếu do khâu chuẩn bị bề mặt, trước khi mạ không tốt. 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 lý 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 mà kiểm tra độ bám chắc lớp mạ. Chọn phương pháp nào căn cứ vào từng chi tiết mạ và kim loại mạ. Ta có thể làm các thí nghiệm như sau: Thí nghiệm uốn cong: Mẫu mạ kẹp trên êto, uốn cong đi, uốn cong lại nhiều lần, đến khi mẫu mạ đứt rời ra, lớp mạ không bị bong. Hoặc phóng đại 4 lần để kiểm tra, lớp mạ và kim loại nền vẫn gắn chắc với nhau. Thí nghiệm dũa: Mẫu mạ kẹp trên êtô, dùng dũa, dũa đi cạnh của lớp mạ. Bề mặt dũa tạo thành góc 450 với bề mặt lớp mạ, cho kim loại nền lộ ra, lớp mạ không bị bong. Thí nghiệm vạch: Dùng dao nhỏ vạch ngang dọc trên bề mặt chi tiết mạ, cho tới khi tới kim loại nền, số lượng vạch, cự ly giữa các vạch không hạn chế, quan sát lớp mạ không có hiện tượng bong. Thí nghiệm gia nhiệt: Chi tiết mạ đưa vào tủ sấy hoặc lò nung, gia nhiệt thời gian 0,5 – 1 giờ, sau đó làm nguội trong nước ở nhiệt độ thường, lớp mạ không bị bong dộp. Nhiệt độ thí nghiệm gia nhiệt: Lớp mạ Kim loại nền Crôm, Niken, Đồng Niken + crôm, thiếc + niken Thép 300 ± 10 Đồng và hợp kim đồng 250 ± 10 Hợp kim kẽm 150 ± 10 Nhôm và hợp kim nhôm 220 ± 10 3.6.3 Kiểm tra độ dày lớp mạ: Độ dày lớp mạ là nhân tố quan trọng đánh giá chất lượng lớp mạ, ảnh hưởng rất lớn đến độ bền sử dụng. Độ bền lớp mạ là việc rất quan trọng xác định tính năng vật lý của lớp mạ. Có hai phương pháp để 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 và phương pháp điện lượng. Phương pháp vật lý bao gồm: phương pháp trọng lượng, phương pháp đo trên máy, phương pháp kim tương… Phương pháp đo dòng chảy: Một phần nhỏ lớp mạ trên chi tiết, dưới tác dụng của dung dịch chảy với tốc độ nhất định bị hòa tan. Quan sát trực tiếp bằng mắt, khi lớp mạ hòa tan hết, màu sắc kim loại không thay đổi. Độ dày của lớp mạ được tính toán bởi thời gian hòa tan lớp mạ trên bộ phận cần kiểm tra của chi tiết. Phương pháp này được dùng cho lớp mạ Crôm bảo vệ trang sức hoặc lo8p1 mạ nhiều lớp: đồng – niken – crôm, đồng – đồng thiếc, crôm… Diện tích lớp mạ cần đo nhỏ hơn 0.3 mm2. Trước khi kiểm tra cần phải tẩy sạch dầu mỡ trên bề mặt chi tiết bằng dung môi hữu cơ: xăng, axetôn hoặc bột cao MgO. Khi chi tiết lấy ra từ bể mạ để kiểm tra, không cần tẩy dầu. Với lớp mạ Crôm cần phải tẩy lớp màng thụ động trên bề mặt lớp mạ. Thành phần dung dịch để kiểm tra độ dày lớp mạ crôm: Lớp mạ Kim loại nền hoặc lớp trung gian Tên hóa chất Hàm lượng (g/l) Điểm kết thúc Crôm Thép, niken HCl (1,19) H2SO4(1,84) FeCl3 6H2O CuSO4 5H2O C2H5OH 220ml/l 100ml/l 60 30 100ml/l Xuất hiện màu đỏ Dụng cụ đo độ dày là phễu thủy tinh có khóa. Độ dày của lớp mạ được tính theo công thức: h = ht . t h: độ dày lớp mạ (). ht : độ dày lớp mạ bị hòa tan trong 1 giây ở nhiệt độ nhất định (). t: thời gian để hòa tan lớp mạ (giây). 3.6.4 Kiểm tra độ bền ăn mòn lớp mạ: Phương pháp kiểm tra độ bền 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 đánh giá độ dày lớp mạ. Thí nghiệm tăng tốc độ ăn mòn để kiểm tra nhanh chất lượng lớp mạ. Nhưng dù bất kì thí nghiệm tăng tốc độ ăn mòn thực tế lớp mạ, kết quả thí nghiệm cung cấp số hiệu tương đối. Phương pháp làm tăng tốc độ ăn mòn gồm có: Thí nghiệm phun nước muối trung tính, thí nghiệm phun nước muối có tính axit axêtic, thí nghiệm phun nước muối có đồng và axit axêtic, cao ăn mòn, thí nghiệm SO2, thí nghiệm ăn mòn điện phân… Thí nghiệm ăn mòn phun nước muối: Loại Điều kiện Phun nước muối trung tính Phun nước muối có axit axêtic Phun nước muối có đồng và axit axêtic Dung dịch muối NaCl 50 ± 5 g/l NaCl ± 5 g/l. Cho CH3COOH điều chỉnh pH NaCl ± 5 g/l. CuCl2 2H2O 0,26 ± 0,02 g/l Cho CH3COOH điều chỉnh Ph Giá trị pH 6,5 – 7,2 3,2 ± 0,1 3,2 ± 0,1 Nhiệt độ trong buồng (0C) 35 ± 2 35± 2 50 ± 2 Phương thức phun Liên tục Liên tục Liên tục Nước muối lắng xuống 1,5 ± 0,5 ml/ (h.80cm2) 1,5 ± 0,5 ml/(h.80 cm2) 1,5 ± 0,5 ml /(h.80 cm2) Dung dịch muối thu được NaCl 50 ± 10 g/l pH 0,5 – 7,2 NaCl 50 ± 10 g/l pH 3,2 ± 0,1 NaCl 50 ± 10 g/l pH 3,2 ± 0,1 Chu kì thí nghiệm (h) 2, 6, 16, 24, 48, 96, 240, 480, 720 4, 8, 24, 48, 96, 144, 240, 360, 480, 720 2, 4, 8, 16, 24, 48, 72, 96, 144, 240, 480, 720 Căn cứ vào thành phần dung dịch khác nhau, thí nghiệm phun nước muối phân thành thí nghiệm phun nước muối trung tính (NSS), thí nghiệm phun nước muối có axit axêtic (ASS) và thí nghiệm phun nước muối có đồng và axit axêtic (CASS). Phương pháp thí nghiệm NSS sử dụng rộng rãi, chu kì dài. Thí nghiệm ASS là thí nghiệm tăng tốc tốt. thí nghiệm CASS là phương pháp tăng tốc độ ăn mòn cho lớp mạ đồng niken – crôm hoặc niken – crôm. Chế độ thí nghiệm phun các loại nước muối: Pha chế dung dịch nước muối: Khi pha chế dung dịch nước muối phải dùng nước cất hoặc nước trao đổi ion. Tổng hàm lượng tạp chất trong muối NaCl không vượt quá 0,4 %. Pha chế dung dịch NSS có pH = 6,0 – 7,0. Điều chỉnh pH bằng NaOH hoặc HCl tinh khiết. Dung dịch NSS cho thêm CH3OOH, còn dùng CH3OOH hoặc NaOH điều chỉnh pH = 3,1 – 3,3 được dung dịch ASS. Dung dịch CASS và ASS có pH giống nhau, chỗ khác nhau là dung dịch CASS cho thêm 0,26 ± 0,02 g/l CuCl2 2H2O để làm tăng tốc độ ăn mòn và nâng cao nhiệt độ đến 50 ± 20C. Để loại trừ làm tắt vòi phun, trước khi thí nghiệm cần lọc dung dịch. Dung dịch phun chỉ sử dụng một lần. Thiết bị thí nghiệm phun: Cần chọn thí nghiệm phun phù hợp với tiêu chuẩn. Thể tích thùng phun không nhỏ hơn 0,2 m3. Thiết bị phun bao gồm vòi phun muối, buồng phun muối và thùng đựng nước muối. Nguyên liệu làm thùng thí nghiệm không ảnh hưởng đến tính năng ăn mòn của muối, không được phun trực tiếp trên mẫu, nắp trên buồng dung dịch muối ngưng đọng không được đọng lại trên mẫu. Khi sử dụng buồng phun phải điều chỉnh tốt lượng muối lắng xuống và xác định theo phương pháp dưới đây. Trong vùng muối, đặt hai ống thu sạch. Ống thu là 2 ống có khắc độ đường kính 10 cm, nối với phễu dẫn vào. Diện tích ống thu là 80 cm2. Khi lắp một đầu gần phun, một đầu xa vòi phun. Lượng thu được là mù muối không phải là chất lỏng rơi xuống từ mẫu mạ hoặc các bộ phận khác của thùng. Phun nước muối liên tục trong 8 giờ, tính toán số ml lắng xuống thu được trong 1 giờ với diện tích ống thu 80cm2. Cần chú ý phương pháp phun phải liên tục. Yêu cầu và bố trí mẫu: Số lượng chi tiết quy định là 3 cái. Trước khi thí nghiệm cần phải rửa sạch. Phương pháp rửa tùy theo chất bẩn bám trên bề mặt mà quyết định. Không được sử dụng hạt mài và dung môi là ăn mòn bề mặt. Vị trí đặt mẫu trong thùng phun, so với phương thẳng góc làm thành góc 15 – 300. Trong thí nghiệm mẫu không được tiếp xúc nhau, cũng không được va chạm vào thành thùng. Cự ly giữa các mẫu làm sao cho mù muốiđược lắng xuống trên bề mặt chủ yếu của mẫu. Dung dịch muối trên mẫukhông được đọng lại trên bề mặt mẫu khác. Giá để mẫu thường làm bằng phi kim loại như: thủy tinh, chất dẻo… Nếu cần treo mẫu, nguyên liệu giá treo không được dùng là kim loại, phải dùng phi kim loại, dung dịch trên giá không rơi vào bề mặt mẫu. Sau khi thí nghiệm kết thúc, để khô tự nhiên 0,5 – 1 giờ, sau đó rửa nhẹđể loại bỏ muối còn lắng đọng trên mẫu, thử không khí nén, kiểm tra đánh giá cấp sản phẩm. Đánh giá kết quả thí nghiệm ăn mòn: Đánh giá kết quả thí nghiệm ăn mòn có thể đánh giá trên cấp ăn mòn bề ngoài và đánh giá theo cấp bảo vệ. Đánh giá theo cấp bảo vệ, quan hệ giữa cấp bảo vệ với diện tích ăn mòn % xem bảng sau: Cấp 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Diện tích ăn mòn Không có 0,1 0,1– 0,25 0,25-0,5 0,5-1 1-2,5 2,5-5 5-10 10-25 25-50 >50 3.6.5 Đo độ xốp lớp mạ: Số lỗ lớn nhỏ từ bề mặt bề mặt lớp mạ đến kim loại nền gọi là lỗ xốp. Số lượng lỗ xốp ảnh hưởng đến tính năng bảo vệ lờp mạ, là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng lớp mạ. Có nhiều phương pháp để đo độ xốp: phương pháp quét lên lớp mạ, phương pháp dán giấy lọc, phương pháp ngâm… Ở đây ta tìm hiểu phương pháp dán giấy lọc, phương pháp này để xác định độ xốp lớp mạ một lớp hoặc nhiều lớp: đồng, niken, crôm, niken – crôm, đồng – niken, đồng – niken – crôm trên sắt thép và hợp kim đồng. Quy trình kiểm tra: 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 dầu. Dán giấy lọc có thấm dung dịch lên bề mặt vật mạ, thành phần dung dịch và điều kiện xác định, sau đó rửa sạch, để khô trên tấm thủy tinh sạch. Để làm hiện rõ lỗ 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 vàb hợp kim đồng xuất hiện màu nâu đỏ. Rửa sạch, đặt trên tấm thủy tinh, sấy khô. Cách tính lỗ xốp: Dưới ánh nắng ban ngày hay đèn, quan sát các điểm có màu trên lớp mạ. Đặt tấm thủy tinh hữu cơ có vạch 1cm2 trên tấm giấy lọc có lỗ xốp, đếm số lỗ có màu trên 1cm2, sau đó đối chiếu với toàn bộ số lỗ 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 lỗ xốp lớp mạ. Điều kiện xác định và thành phần dung dịch phương pháp dán giấy lọc: Lớp mạ Kim loại nền hoặc lớp trung gian Thành phần dung dịch Hàm lượng (g/l) Thời gian dán giấy lọc (phút) Đặc điểm lỗ xốp Crôm, Niken – Crôm Niken – đồng - crôm Thép K3Fe(CN)6 NH4Cl NaCl 10 30 60 10 Điểm màu xanh – lỗ xốp đến nền sắt thép. Điểm màu nâu đỏ - lỗ xốp đến lớp mạ đồng hoặc nền đồng. Điểm màu vàng – lỗ xốp đến lớp mạ niken Crôm Niken - crôm Đồng và hợp kim đồng Như trên Như trên Như trên 3.7 Tẩy lớp mạ Crôm không đạt yêu cầu: 3.7.1 Tẩy trong dung dịch NaOH: Sử dụng dung dịch xút NaOH 3-5% chứa trong bể thép, nước pha không được chứa clo (Cl-). Chi tiết có lớp mạ Crôm nối cực dương với nguồn điện một chiều còn cực âm nối với thành bể bằng thép làm catot. Điện thế điện phân 6-8 V. Nhiệt độ điện phân ở điều kiện bình thường. Phương pháp này thường được dùng để tẩy lớp mạ crôm kỹ thuật mạ trực tiếp lên gang, thép. 3.7.2 Tẩy trong dung dịch HCl (10 – 20 %): Tiến hành bằng cách nhúng chi tiết mạ crôm trong dung dịch axit HCl (d = 1,18) pha loãng 2 hoặc 3 lần; tiến hành ở nhiệt độ bình thường. Phương pháp này thích hợp đối với các lớp mạ crôm mạ trên đồng thau hoặc trên lớp mạ niken. 3.7.3 Tẩy trong dung dịch axit H2SO4 90%: Có pha thêm 10 – 15 glyxêrin, ở nhiệt độ bình thường, điện thế 6 – 8 V. Catot là tấm chì, anot là chi tiết có lớp mạ crôm. Phương pháp này thích hợp để tẩy lớp mạ crôm trên hợp kim kẽm – nhôm (ZnAl), đồng thời loại niken lẫn crôm trên chi tiết bằng thép hoặc đồng thau. 3.7.4 Tẩy trong dung dịch mạ crôm: Catot là tấm chì, anot là chi tiết có lớp mạ crôm, tiến hành ở nhiệt độ bình thường. Mật độ dòng anot lớn hơn 15 A/dm2. Phương pháp này chủ yếu dùng để tẩy lớp crôm trên hợp kim kẽm – nhôm. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LỚP MẠ CROM ĐỂ BẢO VỆ KIM LOẠI TRONG THỰC TIỄN Nhờ những đặc tính ưu việt của crôm nên nó đuợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mạ phục vụ cho các mục đích sau: Mạ trang trí - bảo vệ: lớp mạ crôm trên lớp mạ đồng hoặc niken có tác dụng chống ăn mòn lại làm bề mặt bóng đẹp như mạ trên ôtô, xe đạp, xe máy… Mạ crôm để tăng phản xạ ánh sáng. Khả năng phản xạ ánh sáng của crôm chỉ kém bạc, nhôm nhưng độ bóng của crôm không bị biến đổi theo thời gian và nhiệt độ. Mạ crôm để làm tăng độ chịu mài mòn cơ học như mạ lên các chi tiết máy, mạ lên khuôn đúc thuỷ tinh, mạ lên khuôn dập nhựa…mạ lên các dụng cụ, chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao như ống hơi, vòng găng của động cơ đốt trong hoặc xilanh. Mạ phục hồi các chi tiết đã bị hỏng, bị mài mòn như: trục quay, trục cơ, vòng bi… KẾT LUẬN