TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ MẠ HỢP KIM KẼM-NIKEN
Với những bước chuyển mình trong ngành công nghiệp, nhu cầu về một vật liệu với tuổi thọ cao đang ngày một được quan tâm. Đặc biệt là trong các ngành sản xuất chi tiết máy móc cơ khí, tàu thuỷ, linh kiện điện tử, ô tô… yêu cầu chống ăn mòn ngày càng cao. Với những môi trường khắc nghiệt (tiếp xúc nhiều với khí thải, nước thải, nhiệt độ cao, tiếp xúc với hóa chất) thì lớp mạ kẽm thông thường không đáp ứng được yêu cầu về chống gỉ. Chính vì vậy, trên cơ sở là kẽm, các nhà nghiên cứu đã tìm ra những lớp phủ hợp kim như Zn-Ni, Zn-Co, Zn-Fe, Zn-Ti… Trong số đó, lớp mạ điện Zn-Ni được phát triển và ứng dụng rộng rãi, nhất là trong ngành chế tạo linh kiện oto. Độ bền ăn mòn của lớp mạ có quan hệ rất lớn với thành phần hợp kim. Theo báo cáo, các lớp phủ kẽm-niken với 10 –18% trọng lượng niken có khả năng chống ăn mòn, độ dẻo và khả năng hàn tốt hơn.
1. Cơ sở lý thuyết
Quá trình mạ hợp kim Zn-Ni tuân theo cơ chế lắng đọng dị thường khi một thành phần có điện thế âm hơn (kẽm) lại được kết tủa trước một thành phần có điện thế dương hơn (niken). Sự lắng đọng bất thường này có thể được giải thích bằng cơ chế ức chế hydroxit. Khi xảy ra quá trình mạ trong môi trường kiềm, trên catot đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
2H2O + 2e = 2OH- + H2 (1)
Độ pH tăng lên của dung dịch điện phân góp phần vào việc hình thành kẽm hydroxit hấp phụ trên bề mặt điện cực Zn(OH)2(hp). Do đó, kẽm kim loại bị khử ở catot từ màng Zn(OH)2(hp) ngăn cản sự vận chuyển niken đến bề mặt điện cực. Kết quả là quá trình khử niken và hydro bị ngăn chặn.
- Trong môi trường kiềm
Trong môi trường kiềm, quá trình điện kết tủa kẽm trên catot được bắt đầu bằng phản ứng hóa học nhanh chóng tạo thành kẽm nguyên tử. Cơ chế của quá trình được biểu diễn bằng những phương trình như sau:
|
2Zn2+ + OH– ↔ [Zn2OH]3+ (2)
|
2H2O + 2e– ↔ H2 + 2OH– (7)
|
|
[Zn2OH]3+ + e– ↔ [Zn2OH]2+ (3) |
Ni2+ + OH– ↔ [Ni(OH)]+ (8)
|
|
[Zn2OH]2+ + e– ↔ [Zn2OH]+ (4)
|
[Ni(OH)]+ ↔ [Ni(OH)]+hp (9)
|
|
[Zn2OH]+ + e– ↔ Zn + [ZnOH] (5)
|
[Ni(OH)]+hp + 2e– ↔ Ni + OH– (10)
|
|
[ZnOH] + e– ↔ Zn + OH- (6)
|
|
Đối với hệ mạ hợp kim Zn-Ni, phức [Ni(OH)]+ có độ bền nhiệt động lớn hơn [Zn(OH)]+. Nồng độ [Ni(OH)]+ gần bề mặt catot gần như không đổi, mặc dù quá trình catot phức tạp do có thêm quá trình phụ giải phóng khí hydro. Nếu dung dịch mạ giàu niken ([Ni2+] / [Zn2+] = 4) thì cơ chế tạo mầm được đặc trưng bởi sự hoạt hóa liên tục của các tâm tạo mầm tinh thể.
- Trong bể clorua
Trong bể điện phân clorua, kẽm chủ yếu được tìm thấy ở dạng phức [ZnCl4]2– không bền. Chính vì thế, trước tiên sẽ xảy ra quá trình phân ly của phức, sau đó sự phóng điện của các ion kẽm sẽ xảy ra từ các ion ngậm nước:
Trong bể điện phân clorua, kẽm chủ yếu được tìm thấy ở dạng phức [ZnCl4]2– không bền. Chính vì thế, trước tiên sẽ xảy ra quá trình phân ly của phức, sau đó sự phóng điện của các ion kẽm sẽ xảy ra từ các ion ngậm nước:
|
[ZnCl4]2– ↔ [ZnCl3]− + Cl– (11) |
[ZnCl2] ↔ Zn2+ + 2Cl– (13) |
|
[ZnCl3]– ↔ [ZnCl2] + Cl– (12) |
Zn(H2O)x2+ + 2e– ↔ Zn + xH2O (14) |
Trong quá trình kết tủa niken, sự giải phóng hydro cạnh tranh với quá trình phóng điện của kẽm trên catot. Trong bể điện phân clorua, niken chủ yếu ở dạng [NiCl]+. Do đó, cơ chế của sự kết tủa niken trên catot có thể được trình bày như sau:
|
Ni2+ + Cl– ↔ [NiCl]+ (15) |
[NiCl]+hp + e– ↔ [NiCl]hp (17) |
|
[NiCl]+ ↔ [NiCl]+hp (16) |
[NiCl]hp + e– ↔ Ni + Cl– (18) |
2. Đặc tính của lớp mạ hợp kim Zn-Ni
- Khả năng chống ăn mòn
Các nghiên cứu chỉ ra rằng, lớp mạ hợp kim Zn-Ni có hàm lượng niken khoảng 13% có khả năng chịu ăn mòn cao nhất, lớn hơn 8 – 9 lần so với lớp mạ kẽm kim loại thông thường, ngang bằng với khả năng chống ăn mòn của lớp phủ mạ crom. Khi quá trình ăn mòn xảy ra, gỉ tạo ra ở dưới dạng lớp oxit hợp kim đặc sít và có thể tích nhỏ, do vậy không tạo ra các vết gỉ nghiêm trọng đối với các loại ô tô hay chi tiết kim loại.
- Độ cứng
Độ cứng và khả năng chịu mài mòn của hợp kim Zn-Ni cao hơn 1,6 – 2 lần so với mạ kẽm thông thường, giúp nâng cao đáng kể tuổi thọ của các chi tiết. Độ cứng điển hình của một số loại quy trình kết tủa kẽm và hợp kim kẽm được liệt kê trong bảng 1.
- Khả năng chịu nhiệt
Một đặc tính tuyệt vời khác của lớp mạ hợp kim Zn-Ni là khả năng chịu nhiệt của nó. Lớp mạ này có thể chịu được nhiệt độ vượt quá 200oC trong 4h trong khi vẫn đạt được 800 giờ phun mù muối. Bảng 2 liệt kê các đặc tính của một vài lớp mạ kẽm từ các quy trình chế tạo khác nhau.
3. Ứng dụng của lớp mạ hợp kim Zn-Ni
Với các tính năng ưu việt có thể thấy rằng, lớp phủ hợp kim Zn-Ni được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như:
- Ngành công nghiệp ô tô
- Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ
- Ngành giao thông vận tải
- Ngành công nghiệp đóng tàu
- Ngành công nghiệp điện tử
- Ngành công nghiệp móc, cài cửa
- Ngành công nghiệp đường ống
Với những ứng dụng rộng rãi ở trên, các nhà sản xuất nắm bắt xu thế, không ngừng nghiên cứu- phát triển Công nghệ mạ hợp kim tân tiến nhất. Tiêu biểu trong số đó là hãng COLUMBIA CHEMICALS với dòng sản phẩm COLLOY NI-Z- POSIT-II đang được phát triển rộng rãi trên thị trường thế giới, trong đó có Việt Nam.
Công ty Cổ phần công nghệ vật liệu Metatech là đại diện nhập khẩu và phân phối độc quyền công nghệ mạ hợp kim Kẽm – Niken COLLOY NI-Z-POSIT-II (https://metatech.vn/colloy-ni-z-posit-ii). Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm, vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU METATECH
Địa chỉ văn phòng HN: S02 - Tòa D’Eldorado 1, 659A Lạc Long Quân, P.Xuân La, Q.Tây Hồ, TP.Hà Nội
Địa chỉ văn phòng HCM: 86/59 Phổ Quang, Phường 2, Q.Tân Bình, TP. HCM
Website: https://metatech.vn
Fanpage: https://www.facebook.com/metatechvietnam
Hotline khu vực HN: 0989.491.366 hoặc 0869.382.925
Hotline khu vực HCM: 0963.867.366 hoặc 0969.678.756
