Xử lý bề mặt trước khi mạ

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

+ Chất kết dính: Chất kết dính để gắn vật liệu mài lên đế mài.

Đối với đá mài thì ta dùng chất kết dính đóng rắn như đất chịu lửa, thủy

tinh lỏng, cao su lỏng… Với phớt mài thì ta dùng chất kết dính ở nhiệt độ

thường cho nên khi mài không nên để ở nhiệt độ cao quá, đó có thể là các chất

như thủy tinh lỏng, keo da, keo xương…

+ Đế bánh mài: Đế bánh mài là chỗ để gắn hạt hay bột mài.

Đối với đá mài, đế được hình thành bởi chính chất kết dính đóng rắn lại,

đế càng cứng thì hạt mài càng khó rời ra và ngược lại.

Đối với phớt mài thì đế được làm bằng các vật liệu mềm như da, vải bạt,

vải bông… chúng được cắt thành miếng tròn rồi dán, khâu 16-20 miếng lại với

nhau thành tệp dày 8-10mm, sau đó lại ghép 12-15 tệp lại thành một thớt. Do đế

phớt mềm nên dễ bị biến dạng khi có vật tỳ lên nó, vì vậy mài cho kim loại càng

mềm thì đế phớt phải càng mềm.

Đối với đánh bóng, đế được làm bằng các vật liệu mềm hơn nữa như phớt,

nỉ, dạ…và được làm tương tự như cách làm đế phớt nhưng đường may thưa hơn.

Trên mặt bóng trong quá trình làm việc được bôi thuốc đánh bóng có chứa bột

mài mịn.

+ Thuốc đánh bong: Ở dạng dán gồm có vật liệu mài, chất kết dính và một ít phụ

gia.

Yêu cầu: dính, dẻo, dễ bám và gắn chặt lên đế bong

Chất kết dính là stearin, parafin, mỡ kỹ thuật, axit oleic, …

Chất thải trong quá trình này là các loại bụi do sử dụng các loại hạt mài, các vật

liệu bị mài mòn.

b) Phương pháp quay bóng

Các vật thể nhỏ không thể mài bóng được thì sử dụng phương pháp quay

bóng. Có hai cách quay bóng: quay bóng khô và quay bóng ướt.

+ Quay bóng khô thường dùng để hoàn thiện lần chót cho các ốc vít cỡ

nhỏ để loại bavia, góc cạnh sắc và bề mặt được nhẵn hơn.



Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



13



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

+ Quay bóng ướt thường được dùng ở các bước trước khi mạ nhằm làm

sạch hết mùn tẩy trong axit cũng như làm cho bề mặt sáng hơn.

c) Phương pháp xóc, phun

+ Xóc được dùng để đánh bong, loại bỏ bavia, vê tròn cạnh, làm sạch cho

vật đúc,tăng độ nhẵn...

Có hai cách xóc: xóc ẩm và xóc ướt.

Vật liệu mài cho thùng xóc thường dung là mảnh đá mài, hạt mài có hình

dạng kích thước khác nhau, bột mài,…như corun điện luyện, oxyt của Fe, Al,

Cr…

+ Phun là dùng khí nén, chất lỏng … phun vật liệu mài với tốc độ lớn lên

bề mặt kim loại nhằm làm sạch nó, gia công bằng cách phun còn làm cho bề mặt

kim loại biến cứng nguội và trở nên vững chắc, bề mặt mờ đều nên hấp phụ ánh

sáng tốt, dùng cho thiết bị quang học rất phù hợp.

Có nhiều cách phun: phun cát, phun bi, phun nước và hạt mài.

1.2. Gia công xử lý hóa học

a) Tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa

Trên bề mặt chi tiết cần mạ thường có các loại dầu mỡ hay thuốc đánh

bóng dính vào. Màng dầu mỡ gây hiện tượng bong lớp kim loại mạ đồng thời

làm bẩn dung dịch mạ.

Các phương pháp tẩy dầu mỡ:

-



Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ.

Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương.

Tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa.



+ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch dung môi hữu cơ

Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu

mỡ, dù rất mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc

được với dung dịch tẩy, dung dịch mạ…

Có thể tiến hành bằng các cách sau: Tẩy trong dung môi hữu cơ như

tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4… trong đó

tricloetylen được dung phổ biến nhất.

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



14



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

Khả năng hòa tan dầu mỡ (kg/m2.s) của một số dung môi như sau:

Tricloetylen



3,10



Xăng



1,30



Xylen



2,20



Tetracloetylen



1,70



Dầu hỏa



0,65



+ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương

Dầu mỡ hóa học có 2 loại chính:

- Loại có nguốn gốc động thực vật là những este phức tạp của glyxerin và

các axit béo bậc cao như stearic…

- Loại có nguồn gốc khoáng vật (từ dầu mỏ) là các hỗn hợp các

hydrocacbon như farafin, dầu máy, mỡ kỹ thuật…

Trong công nghiệp dung dịch tẩy thường có các thành phần như: xút, xà

phòng, chất tẩy rửa bề mặt, photphat… NaOH là chất quan trọng nhất để làm

sạch kim loại, ngoài tác dụng nói trên nó còn phá hủy nhiều chất hữu cơ, hòa tan

kim loại lưỡng tính và các oxyt của chúng.

Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũ

tương hóa như Na2SiO3, Na3PO4… Với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực

vật sẽ tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt. Với

những loại dầu mỡ khoáng vật thì sẽ bị tách ra dưới tác dụng nhũ tương hóa của

Na2SiO3.

+ Tẩy bằng phương pháp điện hóa

Bằng phương pháp này ta sẽ thu được bề mặt kim loại rất sạch, thời gian

tẩy ngắn, thường dùng vào khâu làm sạch cuối cùng để lấy đi màng dầu mỡ còn

sót lại trong các khâu trước đó. Dưới tác dụng của dòng điện, oxy và hidro thoát

ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào bề mặt, tẩy bằng phương pháp này

dung dịch kiềm chỉ cần pha loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệu quả.



Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



15



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

Trong quá trình tẩy dầu mỡ điện hóa cần gạt bỏ lớp bọt trên bề mặt dung

dịch để tránh tạo thành hỗn hợp nổ giữa hydro và oxi, vì thế cần phụ gia chống

sinh bọt.

Nhược điểm của phương pháp này là khó tẩy sạch trong các khe, khuất,

lỗ… cho các vật có hình thù phức tạp vì khả năng phân bố của dung dịch thấp.

Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác

dụng lên bề mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễ

dàng hơn.

b) Tẩy gỉ hóa học và điện hóa

+ Tẩy gỉ kim loại đen

Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày (từ trong ra ngoài) FeO,

Fe3O4, Fe2O3 và các hydroxyt của sắt (II) sắt (III).

Tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen 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. Trong quá trình tẩy gỉ, kim loại nền cũng bị hòa tan và

thoát khí hydro, mức độ hòa tan nền nhiều hay ít phụ thuộc vào bản chất axit,

nồng độ axit và nhiệt độ tẩy.

Nồng độ axit cho tốc độ tẩy nhanh nhất là 20-25% trọng lượng. Thời gian

tẩy sẽ rút ngắn khi tăng nhiệt độ.

Khi tẩy gỉ, hydro thoát ra thấm vào kim loại gây giòn kim loại, nhiệt độ

càng cao thì càng dễ bị giòn, để giảm bớt độ giòn ta thường cho thêm vào dung

dịch chất ức chế.

Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện.

Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy gỉ anot. Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch

và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt. Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh,

có tác dụng khử một phần oxit. Hidro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng

oxit và nó sẽ bị bong ra. Tẩy gỉ bằng catot chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thép

cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả lắm.

+ Tẩy gỉ kim loại màu

-



Tẩy đồng và hợp kim của đồng.



Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



16



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

-



Tẩy nhôm và hợp kim của nhôm.

Tẩy hợp kim Magie.

Tẩy kẽm và cađimi.



c) Tẩy bóng hóa học và điện hóa

Tẩy bóng điện hóa 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.

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.

2. Công nghệ mạ kẽm

Kẽm (Zn) là kim loại trắng xám, trọng lượng nguyên tử 65,38, trọng

lượng riêng γ=7,2, đương lượng điện hóa của Zn 2+ 1,219, nhiệt độ nóng chảy

419,5oC, giòn ở nhiệt độ thường, dẻo ở 100-150 oC, giòn và dễ tán thành bột ở

nhiệt độ lớn hơn 450oC. Kẽm là kim loại hoạt dộng hóa học mạnh nhưng bền

trong nước, trong không khí ẩm vì khi đó nó được che kín bằng các lớp hợp chất

oxyt và cacbonat.

Trong công nghệ mạ kẽm, ta thường dung các dung dịch sau: sunfat,

floborat,…hoặc dung dịch phức: xyanua, zincat, amoniacat, pyrophotphat…

2.1 Mạ kẽm trong dung dịch axit

Dung dich axit để mạ kẽm chính là dung dich mạ đơn, thường dùng là

dung dich sunfat, rồi đến dung dịch clorua, dung dich floborat. Đặc điểm chung

của các dung dịch này là: kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hoá, cho độ

phân cực bé khi phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng DC lớn , nhất là

khi dung dịch được khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn (ngay cả khi nồng độ

axit cao). Nhược điểm chung của các dung dich này là: cho lớp mạ có tinh thể

thô, khả năng phân bố kém, nên chỉ dùng cho để mạ cho vật có hình thù đơn

giản như dây, băng tấm...

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



17



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

Để phục vụ học tập cần nghiên cứu kỹ dung dich sunfat - đại diện cho loại

dung dịch axit, từ đó có thể dễ dàng hiểu được các quy luật của các dung dịch

axit khác.

- Mạ kẽm từ dung dịch sunfat

Cấu tử chính của dung dich này là ZnSO 4.7H2O, độ hoà tan ở 25oC là

600g/l, nhưng dung dich chỉ cần nồng độ từ 200 đến 300g/l. Vì đặc quá thường

cho lớp mạ xốp, dễ bị gai cây; còn loãng quá thì độ dẫn điện của dung dịch thấp,

làm giảm chất lượng lớp mạ. Khi mạ kẽm cho dây, băng, tấm...liên tục, để tăng

tốc độ mạ người ta dùng dung dịch có nồng độ cao đến 400-700 g/l, nhưng buộc

phải đun nóng liên tục dung dịch ở 40-50oC và khuấy thật mạnh bằng khí nén.

Trên catot xảy ra quá trình phóng điện của ion Zn2+ hidrat hoá:

Zn2+.mH2O + 2e = Zn + mH2O

Quá trình này xảy ra với độ phân cực bé nên kết tủa có tinh thể thô và khả

năng phân bố PB bé. Để cải thiện các nhược điểm này, dung dịch phải có thêm

thành phần thích hợp:

- Các chất dẫn điện có cùng anion như Na 2SO4,(NH4)2SO4… Các chất này

làm tăng độ dẫn điện của dung dịch đồng thời làm tăng khả năng phân bố cho

dung dịch, làm tăng độ phân cực catot, cải thiện được cấu trúc tinh thể.

- Chất hoạt động bề mặt cho vào dung dịch làm tăng độ phân cực, cải

thiện tổ chức tinh thể kết tủa và khả năng phân bố của dung dịch. Nhưng bề mặt

Zn trong dung dịch axit tích điện âm nên phải dùng chất hoạt động bề mặt loại

cation như dextrin, keo dán gỗ, glucoza, cam thảo… Chất hoạt động bề mặt chỉ

có tác dụng ở nhiệt độ thường.

Ngoài quá trình chính, trên catot còn quá trình phụ của H + phóng điện.

Điện thế tiêu chuẩn của hydro dương hơn của Zn là 0,76, lẽ ra hiệu suất của

dòng điện thoát Zn sẽ phải thấp, nhưng vì quá thế thoát hydro trên Zn rất lớn, và

vì nồng độ H+ rất bé, trong khi nồng độ Zn2+ lại rất lớn, nên trên catot Zn thoát ra

là chính, do đó hiệu suất dòng điện trong dung dịch mạ kẽm sunfat thường rất

cao (96-98%).

Để hiệu suất dòng điện thoát Zn luôn luôn cao thì nồng độ H + trong dung

dịch phải đủ thấp, pH không được dưới 3,5. Nếu pH <3,5, nồng độ H + quá lớn,

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



18