Mạ điện là gì? Các bước mạ điện đúng quy trình mới nhất

Mạ điện là gì? Tại sao quy trình mạ điện lại nhận được nhiều sự quan tâm? Trong bài viết này ALEN sẽ giới thiệu đến quý khách hàng quy trình mạ điện

1. Mạ điện là gì?

Mạ điện là quá trình điện phân, trong đó ở anot, kim loại có thể hòa tan hoặc các anion có thể bị phóng điện. Tuy nhiên, quá trình mạ điện thực tế chỉ xảy ra ở catot, nơi các nguyên tử kim loại kết tủa và bám lên bề mặt vật liệu cần được mạ.

2. Quy trình mạ điện diễn ra như thế nào?

Quy trình mạ điện là kỹ thuật sử dụng dòng điện để phủ một lớp kim loại lên bề mặt vật liệu, nhằm cải thiện độ bền, khả năng chống ăn mòn và thẩm mỹ.

2.1. Điều kiện tạo thành lớp mạ điện

Để tạo được lớp mạ điện, trên anot sẽ phải xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot: M – n3 -> Mn+, cùng lúc đó catot cũng xảy ra quá trình cation phóng điện để tạo kim loại mạ Mn+ +ne ->M.

Trên thực tế, quá trình mạ điện trên được hình thành qua nhiều bước liên tục bao gồm:

Quá trình khuếch tán từ cation hidrat hóa di chuyển từ dung dịch mạ điện vào bề mặt catot.
Quá trình phóng điện, ở đây điện tử chuyến hóa từ catot vào vành hóa trị của cation, trở thành nguyên tử kim loại trung hòa.

Các nguyên tử kim loại sau khi trung hòa có thể hình thành nên mầm tinh thể mới hoặc sẽ tham gia vào quá trình nuôi dưỡng mầm tinh thể được hình thành trước đó.

Những trở lực của quá trình trên làm điện thế catot chuyển lượng lớn về phía âm, làm mất đi sự cân bằng: ηc = φcb – φ = ηnđ + ηđh + ηkt.

Chú thích các ký hiệu:

ηc: tổng quá thế tại catot.
φcb: điện thế cân bằng của catot.
φ: điện thế phân cực catot (khi có dòng i).
ηnđ: quá thế do nồng độ (phụ thuộc quá trình khuếch tán).
ηđh: quá thế do chuyển điện tích.
ηkt: quá thế do kết tinh.

2.2. Điều kiện xuất hiện tinh thể

Tinh thể được tạo thành dựa vào điều kiện kết tủa kim loại trong dung dịch, tốc độ tạo thành mầm tinh thể bị quyết định bởi sự chênh lệch giữa mật độ dòng điện catot là atot DC và mật độ dòng trao đổi i0: β = Dc / i0, hoặc theo phương trình Tafel: η = a + b.log Dc

Trong đó:

ηη là quá thế điện cực.
aa và bb là các hằng số phụ thuộc vào tính chất vật liệu và quá trình.
DcD_c là mật độ dòng điện catot.

Tốc độ tạo mầm tinh thể càng nhanh khi β\beta lớn và DcD_c cao, đồng nghĩa với việc quá thế điện cực ηη cũng có sự thay đổi theo mật độ dòng điện.

2.3. Thành phần chất điện giải

Thành phần chính trong chất điện giải bao gồm muối đơn và muối phức.

Muối đơn khi tan trong nước phân ly hoàn toàn thành các ion tự do. Dung dịch này có đặc điểm phân cực nồng độ và phân cực hóa học không lớn, dẫn đến lớp mạ thô và độ dày không đều. Tuy nhiên, dung dịch muối đơn có hiệu suất dòng điện cao, đặc biệt khi nồng độ dòng cao, và thường được dùng để mạ các chi tiết có hình dáng đơn giản như tấm hoặc hộp.
Dung dịch muối phức được tạo thành khi các ion kim loại kết hợp với các ligan để tạo thành ion phức. Các ion kim loại tự do trong dung dịch này hoạt động kém hơn, làm giảm hoạt tính của chúng. Do đó, điện thế tiêu chuẩn chuyển dịch về phía âm nhiều hơn, giúp lớp mạ mịn và đều hơn so với dung dịch muối đơn.

3. Yêu cầu quy trình mạ điện

Yêu cầu quy trình mạ điện bao gồm các yếu tố sau:

Lực liên kết: Giữa lớp mạ và kim loại cơ bản, cũng như giữa các lớp mạ, phải có lực liên kết tốt để đảm bảo độ bền của lớp mạ.
Kết tinh mịn: Lớp mạ phải được kết tinh mịn, có độ dày đồng đều và bề mặt mịn màng.
Độ dày và độ bền: Lớp phủ phải đạt độ dày quy định và càng ít lỗ rỗng càng tốt để đảm bảo tính chất bề mặt và khả năng bảo vệ.
Chỉ số chất lượng: Lớp mạ cần có các chỉ số cụ thể như độ sáng, độ cứng, độ dẫn điện, và các đặc tính kỹ thuật khác.
Thời gian và nhiệt độ mạ: Thời gian mạ và nhiệt độ trong quá trình mạ phải được kiểm soát chặt chẽ, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày của lớp mạ.
Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ môi trường trong phạm vi từ -10℃ đến 60℃.
Điện áp đầu vào: Điện áp đầu vào phải là 220V ± 22V hoặc 380V ± 38V.
Tiếng ồn: Tiếng ồn tối đa của thiết bị xử lý nước không được vượt quá 80 dB(A) để bảo vệ sức khỏe người lao động.
Độ ẩm: Độ ẩm tương đối (RH) không được lớn hơn 95% để tránh ảnh hưởng đến quá trình mạ.
Hàm lượng COD của nước thô: Hàm lượng COD trong nước thô cần duy trì trong khoảng từ 100 mg/L đến 150,000 mg/L để đảm bảo chất lượng của dung dịch mạ.

4. Quy trình gia công bề mặt kim loại trước khi mạ điện

Để đảm bảo lớp mạ điện bền đẹp và sáng bóng, bề mặt kim loại cần được gia công kỹ lưỡng trước khi mạ. Quy trình gia công bề mặt kim loại bao gồm các bước sau:

Gia công cơ học: Đây là quá trình giúp bề mặt kim loại được dùng đề mạ điện có độ vân đồng đều và độ nhẵn cao, tạo điều kiện để lớp mạ bám chắc chắn và đẹp hơn. Các phương pháp gia công cơ học như mài đánh bóng, quay xóc (đối với vật nhỏ) thường được sử dụng để đạt hiệu quả tối ưu.
Tẩy dầu mỡ: Sau quá trình sản xuất cơ khí, bề mặt kim loại thường bị dính dầu mỡ. Dù lớp dầu mỡ mỏng nhưng đủ để ngăn cản sự tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch mạ. Để tẩy dầu mỡ, các dung môi hữu cơ như tricloetylen (C2HCl3), tetracloetylen (C2Cl4), hoặc cacbontetraclorua (CCl4) có thể được sử dụng hiệu quả.
Tẩy gỉ: Lớp gỉ sắt (oxit kim loại) thường hình thành trên bề mặt kim loại. Để tẩy gỉ, các axit như H2SO4 (axit sunfuric) hay HCl (axit clohidric) được sử dụng để loại bỏ lớp oxit và làm sạch bề mặt kim loại.
Tẩy bóng điện hóa và hóa học:
- Tẩy bóng điện hóa: Dùng dòng điện và dung dịch axit để làm sáng bóng và loại bỏ các tạp chất trên bề mặt kim loại được chuẩn bị để mạ điện. Quá trình này giúp kim loại có bề mặt sáng mịn, thuận lợi cho việc bám dính lớp mạ.
- Tẩy bóng hóa học: Sử dụng dung dịch hóa học (chủ yếu là axit) để tẩy các tạp chất mà không cần sử dụng dòng điện, giúp bề mặt kim loại sáng bóng và sẵn sàng cho quá trình mạ.
Tẩy nhẹ:
Đây là quá trình làm sạch bề mặt nhẹ nhàng để loại bỏ các bụi bẩn, dầu mỡ hay tạp chất mỏng mà không ảnh hưởng đến bề mặt kim loại trước khi mạ điện. Các dung dịch tẩy nhẹ như nước kiềm hoặc dung môi hữu cơ sẽ được sử dụng để làm sạch trước khi tiến hành các bước tẩy mạnh hơn.

Quy trình này giúp đảm bảo rằng bề mặt kim loại đạt chất lượng tốt nhất, tối ưu cho việc mạ điện, đảm bảo lớp mạ bám chắc, mịn màng và bền đẹp.

5. Tạm kết

Hy vọng rằng, với những thông tin trên, ALEN sẽ giúp khách hàng hiểu rõ hơn về mạ điện là gì cũng như nắm bắt quy trình mạ điện đúng chuẩn, từ đó ứng dụng hiệu quả trong thực tế.