1 Mạ kẽm trong dung dịch axit

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



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

H+ sẽ trở nên ưu tiên phóng điện trên catot và hiệu suất dòng điện thoát Zn giảm

đi, thậm chí giảm đến 0. Ngược lại, pH cũng không được cao hơn 4,5-4,8, nếu

không lớp mạ điện sẽ dòn, sần sùi vì lẫn nhiều kẽm hydroxit (sinh ra tại pH 5,3

trong lớp sát catot). Vậy để ổn định pH trong khoảng 3,5-4,5 cần phải dùng chất

đệm. Al2(SO4)3 tỏ ra là một chất đệm rất tốt trong phạm vi ấy. Khi pH>4,5

Al2(SO4)3 sẽ thủy phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4

H2SO4 giải phóng ra sẽ làm giảm pH xuống, đồng thời Al(OH) 3 được sinh

ra ở dạng keo, phân tán, có tác dụng nâng cao độ phân cực catot cải thiện thêm

cấu trúc tinh thể, lớp mạ mịn sáng hơn. Mặt khác chất keo làm đục dung dịch và

chính độ đục này lại là một tín hiệu thông báo tình trạng tốt xấu của dung dịch.

Thấy rằng mạ kẽm từ dung dịch sunfat luôn có hiệu suất dòng điện anot

trên 100% (trong khi hiệu suất dòng điện catot bé hơn 100%), lý do là trên anot

ngoài quá trình hòa tan điện hóa do hoạt động của các vi pin ăn mòn. Anot càng

nhiều tạp chất hiện tượng hòa tan ấy càng mạnh. Điều này đưa đến hai hậu quả:

một là nồng độ Zn2+ trong dung dịch dần dần đặc lên; hai là nồng độ H + trong

dung dịch mất dần, dẫn đến pH tăng lên. Để khắc phục hai hiện thượng đó ngoài

việc dùng chất đệm, cần thường xuyên theo dõi để bổ sung H 2SO4và điều chỉnh

nồng độ Zn2+ trong dung dịch được kịp thời.

Dung dịch mạ kẽm rất nhạy với tạp chất. Các ion tạp chất nào có điện thế

dương hơn kẽm, sẽ được giải phóng trên catot cùng với kẽm. Các tạp chất này

lại thường có quá thế hydro trên chúng thấp hơn trên kẽm (nhất là Co, Cu, Ag,

Sb…) nên sẽ tạo thành những điểm chỉ cho hydro thoát ra, làm giảm mạnh hiệu

suất dòng điện, nhưng nguy hại hơn là tạo thành các vết rỗ, sọc hoặc sùi, bột…

làm hỏng lớp mạ. Vì vậy hóa chất, nước, anot phải dùng loại đủ sạch (theo đúng

tiêu chuẩn quy định). Khi sử dụng, vận hành không được để lẫn tạp chất vào

dung dịch.

Để mạ kẽm bóng trực tiếp từ dung dịch sunfat người ta dùng các chất

bóng: 2,6-2,7-disunfonaphtalat, chất DSU và U-2...hoặc dùng dòng điện đổi cực

(T=6s; tc:ta = 6:1). Nói chung mạ bóng kẽm từ dung dịch sunfat chưa được

nghiên cứu nhiều. Có lẽ vì bản thân lớp mạ kẽm không phải là lớp mạ trang sức,

khi cần làm đẹp thì đã có cách tẩy bóng sau khi mạ vẫn quen dùng từ lâu.



Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



19



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

2.2 Mạ kẽm trong dung dịch xyanua

a) Đặc điểm công nghệ

Dung dịch mạ kẽm xyanua, khả năng phân bố tốt, lớp mạ mịn, bóng có

thể sử dụng mật độ dòng điện và nhiệt độ cao, không ăn mòn thiết bị, mạ chi tiết

có hình dáng phức tạp, có độ dày trên 20µm. Nhưng dung dịch xyanua có hiệu

suất dòng điện thấp, dung dịch rất độc, có hại đến sức khỏe, vì vậy phải có thiết

bị hút độc tốt và có biện pháp an toàn cần thiết.



b) Chế độ công nghệ

Bảng 1: Dung dịch mạ kẽm xyanua

Thành phần (g/l) và



Dung dịch mạ kẽm

1



2



3



4



ZnO



40-45



40-45



8-10



41-57



NaCN



75-80



80-85



18-20



68-132



NaOH



70-80



40-60



70



34,5-56



Na2S



0,5-5,0



-



-



-



3-5



-



-



-



Phòng



Phòng



Phòng



27-38



2-5



1,5-2



0,5-2,5



1-5



chế độmạ



Glyxerin C3H5(OH)

Nhiệt độ dung dịch,ºC

Mật độ dòng, A/dm²

Hiệu suất dòng, H%



Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



20



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội_Viện Kỹ Thuật Hóa

Học

Ứng dụng



80-85



75-80



70-80



75-95



Tẩy HNO3 cho



Mạ tĩnh



Mạ quay,



Mạ dày



lớp mạ sáng



Ít độc



- Tỷ lệ diện tích anot/catot Sa/Sc : 2/1

- Anot : kẽm độ sạch cao và thép

- Điện thế nguồn 6-12V

Thời hạn phân tích điều chỉnh dung dịch 1-2 lần/ tuần

NaCN tạo với ZnO thành phức chất Na 2[Zn(CN)4], cho khả năng phân bố

lớn, độc. NaOH tạo thành với ZnO thành phức chất Na2ZnO2 (zincat), cho khả

năng phân bố thấp. Na2S dùng để kết tủa kim loại nặng xuống đáy bể, làm sạch

dung dịch, lớp mạ sáng hơn.

Glixerin cho lớp mạ mịn, sáng.

Làm việc lâu, hàm lượng Na2CO3 tăng dần lên do hấp thụ khí CO2 từ

không khí. Khi nồng độ Na2CO3 vượt quá 100g/ml sẽ kết tinh trắng lên thành bể,

làm giảm H%, ic và chất lượng lớp mạ. Loại bỏ bằng cách cứ thêm 1,5g

Ba(OH)2 vào dung dịch sẽ kết tủa được 1g Na 2CO3. Sau đó lắng, gạn khỏi dung

dịch.

Hiện nay thị trường nước ta có bán chất bóng ZB-ATZ của Enthol dùng

cho mạ kẽm rất tốt, dùng trong dung dịch sau (g/l) : ZnO 22,4 ; NaCN 40 ;

NaOH 85 ; ZB-ATZ 4ml/l ; ic = 0,5-5 A/dm² ; nhiệt độ thường.

c) Pha chế dung dịch

NaCN và NaOH hòa tan riêng. Zn(OH)2 pha nước thành hồ rồi đổ từ từ

vào dung dịch NaCN và khuấy cho tan gần hết, rót dung dich NaOH vào, khuấy

đến khi tan hết ZnO. Thêm nước cho đủ thể tích, cho dung dịch Na 2S vào để

lắng, gạn vào bể mạ. Xử lý điện cho tới khi được lớp mạ sáng, thêm chất bóng

và đưa vào khai thác.

2.3 Mạ kẽm trong dung dịch zincat

a) Đặc điểm công nghệ

Nhóm 10: Công Nghệ mạ kẽm-cromat hóa



21