MỞ ĐẦU Mạ kẽm được biết từ năm 1850, nhưng do không có phương tiện máy móc để điều chỉnh, kiểm tra pH và chuẩn bị bể mặt chưa đạt yêu cau, nên nó chỉ được phát triển mạnh trong hơn 100 năm trở lai đây. Lớp mạ kẽm được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ sắt thép. Hiện nay gần một nửa tổng sản lượng kẽm trên thế giới được dùng vào việc bảo vệ thép trước sự han gỉ, mà hàng năm nuốt mất khoảng hàng chục triệu tấn sắt thép. Ngày nay công nghệ mạ kẽm luôn được hoàn thiện và trở thành một trong những ngành công nghệ mạ phát triển nhất, phổ biến nhất trên thế giới.
Sản phẩm mạ kẽm được dùng cho các công trình xây dựng, các tấm tôn lợp, thép chữ V, đường dây điện, đường sắt, các ống nước, bulong đóng tàu thuyền, các thiết bị ngoài trời. Vào khoảng năm 1920 cho tới nay, lớp mạ kẽm thu được từ dung dịch xyanua chiếm ưu thế bởi vì: lớp mạ kẽm trên các lớp thép cacbon thu được từ dung dich này cho lớp mạ mịn hạt, bóng sáng đồng nhất, bảo vệ một cách có hiệu quả sắt thép chống ăn mòn trong khí quyển. Bên cạnh sự nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ kẽm từ dung dịch xyanua, các nhà khoa học kĩ thuật vẫn tập trung nghiên cứu tìm ra những chất điện giải khác, cho lớp mạ có chất lượng tốt như lớp mạ thu được từ dung dịch xyanua, nhưng trong thành phần không có xyanua. Trong số những chất điện giải người ta tập trung nghiên cứu: chất điện giải pirophotphat, chất điện giải kiểm và chất điện giải amon clorua.
Trong khoảng 30 năm trở lại đây có rất nhiều công trình nghiên cứu về chất điện giải amon clorua tiến hành ở hầu hết các nước có ngành công nghệ mạ phát triển như My, Anh, Pháp, Nga.Họ tập trung chủ yếu khảo sát thành phần dung dich chất điện giải amon clorua, các chất phụ gia tao bóng, tạo độ dẻo và toàn bộ công nghệ mạ kẽm từ dung dịch amon clorua. Trong luận văn này, tôi tiến hành nhầm các mục đích sau: 1. Tìm hiểu tổng quan và công nghệ mạ kẽm hiện nay trên thế giới và nước ta. Nghiên cứu thành phần và các tham số tối ưu khi sử dụng dung dich amon clorua để mạ lên thép cacbon và cho gang xám.
Nghiên cui qui trình công nghệ mạ kẽm từ dung dịch amon clorua 4. Tiến hành nghiên cứu qui trình thụ động hóa lớp mạ kẽm. Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ mạ kẽm ở trường phổ thông trung học. —_ Ti — PHAN II; - KHAI NIEM CO BAN VE MA ĐIỆN “Quận ăn tất giiệp ”.
nợ ng vk ướ “9. vớ dd dd dd gc. 9 Bm KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠ ĐIỆN A. CƠ SỞ LÝ THUYET CUA QUÁ TRINH MA ĐIỆN 1.
Sự điện phân: 1. Nguồn điện một chiéu 2. Điện trở con chạy R 3. Von kế 1 chiểu 4.
Dung dịch điện phân 8. Bể điện phân 9. Cầu dao điện 1.2 Sự hình thành lớp mạ Nhúng hai tấm kim loại (gọi là cực điện) vào dung dịch điện phân và nối với nguồn điện một chiều. Cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anôt, cực nối với cực âm của nguồn điện gọi là catôt.
Khi có dòng điện chạy qua thì các ion đương sẽ theo chiểu dòng điện chạy về catôt, nhận điện tử - bị khử. lon âm sẽ chạy về anôt, mất điện tử - bị oxy hoá. Ở catét ion kim loại thành nguyên tử kim loại, ở anôt nguyên tử kim loại thành ion kim loại. Đó là anôt hòa tan, Ở anôt không hòa tan xảy ra những phản ứng phức tạp khác.
ưa nợ nợ ng EEEEEEBODEELEEELEEBRELEBDELERELEEEECEELELELRELEEELECELE CEE 0909449 94 49 3 Ot 2. Định luật Faraday 2.1 Định luật Faraday thứ nhất Khi cho đòng điện một chiểu qua đung dịch chất điện ly (hay qua thể nóng chảy của chất điện ly), khối lượng các chất thoát ra ở anôt hay catôt tỷ lệ với điện lượng đi qua dung dịch (hay qua chất điện ly nóng chảy), tức tỷ lệ với cường độ đòng điệnI và thời gian t: Trong đó : m: là khối lượng chất thoát ra trên một điện cực, tính theo gam (g) I: là cường độ dòng điện tính theo ampe (A) t: là thời gian điện phan, tính bằng giờ (h) K: là đương lượng điện hóa tính theo g/A.2 Định luật Faraday thứ hai : Những lượng điện như nhau khi điện phân sẽ làm thoát ra những lượng tương đương các chất khác nhau. Để làm thoát ra một đương lượng gam một chất bất kỳ nào đó cần tiêu tốn một lượng điện 96500 culong (1culong = 1A.s) hay còn gọi là hằng số Faraday (F). Thường không dùng đơn vị culong, người ta tính bằng A.
Do đó : 96500 96500ASs s = TT = 26,268AA 26,8 A.h thoát ra | đương lượng gam chất vậy 1A. Đươnglượng lượng gagam Nếu ký hiệu A là nguyên tử gam của chất phản ứng , số electron hóa trị trao đổi ở điện cực là n và F là hằng số Faraday tính theo A.h thì : "nh Công thức chung cho cả hai định luật: VN eT 3. Hiệu suất dòng điện Trong quá trình điện phân lượng chất thoát ra ở điện cực thường nhỏ hơn lượng chất tính theo định luật Faraday, nguyên nhân của sự sai lệch là do ngoài phản ứng chính luôn có kèm theo các phản ứng phụ như sự thoát Hạ ở catôt và O› ở anôt. Tỷ số giữa lượng kim loại thoát ra trên catôt và lượng kim loại tính theo định luật Faraday biểu thị ra phần trăm (%) được gọi là hiệu suất dòng điện , kí hiệu là N; Lượng kim loại tính theo Faraday 4.
Mật độ dòng điện : Mật độ dòng điện là cường độ dòng điện tính trên một đơn vị diện tích. Ta lấy cường độ dòng điện I đọc trên ampe kế (sơ đổ 1) khi điện phân đang diễn ra chia cho diện tích tổng cộng bể mặt anôt (Sq), ta thu được mật độ dòng điện anôt lạ. / !,=— + Ñ, Tương tự ta có mật độ dong điện catôt I,: Thường mật độ dòng thực hay tốc độ phản ứng thực sẽ có giá trị khác nhau. Sự khác nhau của mật độ dong điện I, và Ix thực càng lớn nếu như bể mặt điện cực càng phức tạp.
I I„= & Mật độ dòng điện thường được tập trung ở những chỗ lồi, cạnh mép góc nhọn ở đó nếu là anôt sẽ có tốc độ tan lớn hơn, còn catôt thì tốc độ kết tủa kim loại mạnh hơn. Mật độ dòng điện sẽ có giá trị nhỏ ở những chỗ lõm, ở các khe rãnh, mặt lõm nhọn, lúc đó tốc độ tan của kim loại nhỏ và ở catôt lớp mạ mỏng. Thậm chí không có kim loại kết tủa. Mật độ dòng trung bình I, là một tham số điện phân quan trọng, nó ảnh hưởng đến cấu tạo và hình thức lớp mạ.
Nếu I, quá lớn lớp mạ sẽ bị. SI I i HP TP DI USD. cháy đen xù xì, nếu nhỏ quá thì điện phân lâu, lớp mạ bền nhưng không bóng đẹp. Do đó phải giới han mật độ đòng |, trong một khoảng nhất định.
Mật độ dòng anôt I, cũng quan trọng cẩn phải chú ý, nếu I, quá nhỏ dé gây thụ động hoá anôt, nếu I, quá lớn thì kim loại tan mạnh làm bẩn dung dịch, lớp ma thu được xù xì. Việc diéu chỉnh I, thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh diện tích bể mặt anôt. Thế hoà tan và thế giải phóng Khi nhúng một kim loại vào dung dịch muối của nó, sau một thời gian sẽ đạt đến trạng thái cân bằng, thế điện cực ứng với trạng thái cân bằng là thế điện cực cân bằng. Thế điện cực cân bằng sẽ thay đổi, khi ta nối với nguồn điện một chiều để điện phân.
Vậy giá trị thế tối thiểu để quá trình kết tủa kim loại diễn ra trên catôt được gọi là thế giải phóng, còn giá trị thế tối thiểu để quá trình hoà tan kim loại diễn ra trên anôt được gọi là thế hoà tan. Sự phân cực Ở trang thái cân bằng thế điện cực catôt yy và thế điện cực anôt \A"° lúc đó dòng điện bên ngoài bằng không ( pin chưa đóng mạch). Khi pin khép mạch bằng một dây dẫn, ở catôt thế điện cực w¿ dịch chuyển vé phía âm so với thế cân bằng một đại lượng là: AW: = Vr" - We Cũng tương tự trên anôt thé điện cực ya" dịch chuyển về phía dương một đại lượng: AWA =Wa- Wa” Các giá tri Ayy, Aya được gọi là độ phân cực catôt, anôt. Độ phân cực Aự;, Ay, hay thế điện cực yy, phụ thuộc nhiều vào dòng điện lưu thông bên ngoài lạ, 1,.
Ảnh hưởng của sự phân cực đến lớp mạ, thường có mật lợi có mặt hại. Trong quá trình mạ chúng ta phải lợi dụng mặt lợi khống chế làm mất đi mặt hại. Đa số trường hợp muốn được lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt déu phải nâng cao phân cực catôt nhưng phải hạn chế trong phạm vi nhất định, bởi vì nâng cao phân cực catôt sẽ làm giảm hiệu suất dong điện. Thế trong bể phân cực Thế chỉ số đọc được ở đồng hổ von kế trong quá trình điện phân là độ giảm thế trong bể điện phân, bao gồm : Va, Vụ: độ giảm thế ở điện cực anôt và catôt L.R„„: độ giảm thế gây ra do điện trở cud dung dịch TT a a I an an na nan nan an na nh ng nan ao Ludn ăn tất trgiệg: VU 2U 2H 00 dt 4 d0 9009002090404 60444744344 4646 s40 404 ee 4 4° 4° s4 it OPO EEE OOOO em mw © LR, xsc: độ giảm thế gây ra do điện trở tiếp xúc ở các chỗ nối, tiếp xúc điện.
Thế trong bể điện phân V không ảnh hưởng trực tiếp lên tốc độ quá trình mà chỉ chứng tỏ quá trình điện phân diễn ra có bình thường hay không. Trong kỹ thuật mạ người ta cố gắng giảm điện trở Ryg và R, xse bằng cách cho thêm vào dung dich các chất dẫn điện tốt, hạn chế R, „¿. bằng cách xiết chật tất cả các chỗ nối, chỗ tiếp xúc điện. Sự phân bố dòng điện và kim loại Khi mạ điện mật độ dòng k ở những chỗ khác nhau cua catôt là không bằng nhau.
Ngay ở cả những chỗ có bể mặt rất bằng phẳng khoảng cách đến bé mat anôt là bằng nhau thi mật độ dòng I, và độ dày lớp mạ cũng sẽ không bằng nhau. Đường sức của dòng điện tập trung mạnh nhất ở những cạnh, góc, chỗ lồi, ở vị trí này kim loại kết tủa mạnh nhất nếu dung dịch điện phân không có khả năng sang bằng thì độ day, mỏng ở những chỗ lồi và lõm là khác nhau.