Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit Ni-hạt phân tán...

8/9/2019 Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit Ni-hạt phân tán (Al2O3,PTFE)

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-cong-nghe-ma-hoa-hoc-tao-lop-phu-compozit-ni-hat 1/120

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HÀ MẠNH CHIẾN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ HÓA HỌC TẠO LỚPPHỦ COMPOZIT Ni/HẠT PHÂN TÁN (Al2O3, PTFE )

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC

HÀ NỘI - 2015

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin cám ơn thầy giáo PGS. TS. Mai Thanh Tùng đã hướng dẫn

tôi tận tình trong quá trình hoàn thành luận án này. Sự giúp đỡ của thầy là niềm

động viên lớn để tôi có thêm nghị lực trong quá trình làm luận án.

Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn CN Điện hóa và Bảo vệ kim loại đã

không quản ngại về mặt thời gian, công sức đã giúp tôi thuận lợi trong quá trình

thực hành, trao đổi chuyên môn cũng như tư vấn trong quá trình viết luận án.

Tôi xin cảm ơn Trường Đại Học Công Nghiệp Việt Trì và Trường Đại Học Bách

Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận án.




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nghiên

cứu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực, thu được từ thực nghiệm, không

sao chép và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Người làm cam đoan




Nghiên cứu chế tạo lớp phủ NiP hệ phân tán PTFE và Al 2 O 3

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT…………………………. 1

DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………………. 2

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ……………………………………. 3

MỞ ĐẦU……………………………………………………………………... 7

CHƯ ƠNG 1– TỔNG QUAN………………………………………………… 9

1.1 MẠ HOÁ HỌC NIP……………………………………………………… 9

1.1.1 PHẢN ỨNG MẠ HOÁ HỌC NIP…………………………………… 9

1.1.2 Quá trình kết tinh tạo màng NiP …………………………………….. 10

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mạ hóa học NiP…………………. 12

1.1.4 Cấu trúc và tính chất lớp mạ................................................................... 14

1.2 Mạ Hoá học compozit ……………………………………………………. 171.2.1 Giới thiệu chung………………………………………………………. 17

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ compozit.......... 19

1.2.2.1 Ảnh hưởng của tính chất hạt phân tán......................................... 19

1.2.2.2 Ảnh hưởng của thành phần dung dịch………………………… 20

1.2.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện mạ………………………………….. 22

1.2.3 Cấu trúc và các tính chất của lớp mạ hóa học Niken compozit………. 22

1.2.3.1 Cấu trúc………………………………………………………… 22

1.2.3.2 Độ cứng……………………………………………………….. 23

1.2.3.3 Khả năng chống mài mòn…………………………………….. 23

1.2.3.4 Hệ số ma sát…………………………………………………… 23

1.2.3.5 Độ nhám bề mặt………………………………………………. 24

1.2.3.6 Khả năng chống ăn mòn của lớp mạ………………………….. 25

1.3 Mạ Hoá học compozit NiP-PTFE và NiP-Al2O3………………………… 26

1.3.1 Mạ hoá học NiP-PTFE……………………………………………….. 26

1.3.1.1 Thành phần dung dịch mạ……………………………………… 26

1.3.1.2 Chất hoạt động bề mặt…………………………………………. 26

1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ NiP- PTFE……………………………………………………. 29

1.3.2 Mạ hoá học NiP-Al2O3……………………………………………….. 301.3.2.1 Thành phần dung dịch và hạt…………………………………. 30

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mạ NiP-Al2O3…………… 30

1.3.2.3 Cấu trúc và tính chất lớp mạ…………………………………… 31

1.3.3 Lực tương tác tại bề mặt lớp mạ hoá học compozit ………………… . 32

1.3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ hóa học compozit của một số tác giả đã xâydựng trên thế giới……………………………………………………… 36





CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM..................................................................... 41

2.1. Chuẩn bị mẫu và dung dịch......................................................................... 41

2.1.1 Mạ hoá học NiP...................................................................................... 41

2.1.2 Chuẩn bị mẫu......................................................................................... 41

2.1.3 Mạ hóa học compozit NiP-PTFE và NiP-Al2O3 ................................... 44

2.2 Các phương pháp nghiên cứu...................................................................... 45

2.2.1 Các phương pháp điện hoá..................................................................... 45

2.2.2 Phương pháp phân tích SEM, EDS và TEM………………………… 46

2.2.3 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)……………….. 48

2.2.4 Phương pháp đo độ cứng tế vi................................................................. 48

2.2.5 Phương pháp đo góc thấm ướt (phương pháp Wilhelmy plate)..............49

2.2.6 Phương pháp đo khả năng chịu mài mòn................................................ 50

2.2.7 Phương pháp đo thế Zeta........................................................................ 50

2.2.8 Phương pháp kiểm tra độ bám dính của lớp mạ với nền........................ 51

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................. 52

3.1 Nghiên cứu lớp mạ nền NiP.......................................................................... 52

3.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới tốc độ và thành phần lớpmạ............................................................................................................ 52

3.1.2 Phân tích cấu trúc lớp mạ NiP................................................................ 53

3.1.3 Tính chất của lớp mạ NiP....................................................................... 56

3.2 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/PTFE.............................................. 61

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaH2PO2 tới hàm lượng hạt PTFEcó trong lớp mạ........................................................................................ 61

3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch tới hàm lượng hạtPTFE trong lớp mạ và khả năng chống bám dính của lớp mạ................. 66

3.2.3 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình đồng kết tủa......... 69

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động CTAB trong dung dịch tớihàm lượng hạt PTFE có trong lớp mạ...................................................... 76

3.2.5 Nghiên cứu tính chất lớp mạ compozit NiP-PTFE ............................... 83

3.2.5.1 Khả năng chống ăn mòn.............................................................. 83

3.2.5.2 Khả năng chống mài mòn............................................................ 85

3.3 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/Al2O3.............................................. 873.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ hạt Al2O3 trong dung dịch tới hàm lượng P

trong nền NiP và hàm lượng hạt Al2O3 trong lớp mạ.............................. 87

3.3.2 Ảnh hưởng của chế độ dòng chảy tới sự phân bố hạt Al2O3 trong lớpmạ............................................................................................................ 90

3.3.3 Nghiên cứu tính chất của lớp mạ compozit NiP-Al2O3......................... 92

3.3.3.1 Cấu trúc lớp mạ NiP-Al2O3........................................................ 92

3.3.3.2 Khả năng chống ăn mòn............................................................. 93

3.3.3.3 Độ cứng của lớp mạ NiP-Al2O3……………………………… 95

3.3.3.4 Chiều dày lớp mạ NiP-Al2O3………………………………… 96

3.3.3.5 Khả năng chịu mài mòn……………………………………… 98





3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ NiP compozit...................................................... 100

KÊT LUẬN........................................................................................................ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 106

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN............ 113




Nghiên cứ u công nghệ mạ hóa học t ạo l ớ p phủ compozit Ni/hạt phân tán (Al 2O3 , PTFE)

Hà M ạnh Chi ế n1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT T ẮT

V: Năng lượ ng

A: Hằng số Hamaker

CB : Nồng độ chất B

Eam: Điện thế ăn mòn

iam: Mật độ dòng ăn mòn

R cp: Điện tr ở phân cực

0 : Hằng số điện môi chân không

r : Hằng số điện môi dung dịch

SDS: Chất hoạt động bề mặt Đođexyl natri sulfat

CTAB: Chất hoạt động bề mặt cetyl trimethyl ammonium bromide

EN: Lớ p mạ hóa học NiP

PTFE: Polytetrafluoroethylene

BN: Bo nitrua

ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Materials)

SEM: Phươ ng pháp chụ p ảnh hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

EDS: Phươ ng pháp phân tích phổ tán xạ năng lượ ng (Energy Dispersive X-ray

Spectroscopy)

TEM: Phươ ng pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

XRD: Phươ ng pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia R ơ nghen


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON





DANH MỤC CÁC B ẢNG

Số bảng Chú thích bảng Trang

Bảng 1.1 Khả năng chịu mài mòn của một số l ớ p phủ 15

Bảng 1.2 Tóm t ắ t tính chấ t l ớ p mạ hoá học NiP 16Bảng 1.3 So sánh hệ số ma sát của l ớ p mạ compozit so vớ i l ớ p mạ thông

thườ ng

24

Bảng 1.4 So sánh độ nhám l ớ p mạ compozit và l ớ p mạ thông thườ ng 24

Bảng 1.5 Quan hệ giữ a thế Zeta và sự ổ n định của dung d ịch 34

Bảng 2.1 Quy trình mạ hoá học NiP trên nề n S ắ t 42

Bảng 2.2 Quy trình mạ hoá học NiP trên nề n Đồng 43

Bảng 3.1 S ố l ần bẻ g ậ p đế n gãy và ảnh chụ p l ớ p mạ khi hàm l ượ ng P thay

đổ i

57

Bảng 3.2 Ả nh hưở ng nồng độ NaH 2 PO2 và nhiệt độ t ớ i E ăm , iăm 59

Bảng 3.3 Chế độ mạ thay đổ i theo nồng độ NaH 2 PO2 và t ố c độ phản ứ ng

thu đượ c

61

Bảng 3.4 K ế t quả phân tích EDS các l ớ p mạ NiP t ổ ng hợ p ở các nồng độ

NaH 2 PO2 khác nhau

63

Bảng 3.5 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt PTFE 12 µm trong dung d ịch t ớ i

hàm l ượ ng hạt PTFE trong l ớ p mạ và góc thấ m ướ t của l ớ p mạ.

66

Bảng 3.6 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt PTFE 0,5 µm trong dung d ịch t ớ i

hàm l ượ ng hạt PTFE trong l ớ p mạ và góc thấ m ướ t của l ớ p mạ.

66

Bảng 3.7 T ổ ng hợ p k ế t quả đ o thế Zeta của l ớ p mạ NiP và hạt PTFE 71

Bảng 3.8 Thành phần l ớ p mạ NiP- PTFE khi thay đổ i nồng độ CTAB

trong dung d ịch

78

Bảng 3.9 K ế t quả tính dòng ăn mòn theo phươ ng pháp Tafel 84

Bảng 3.10 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng PTFE 12 µm trong l ớ p mạ t ớ i khả

năng chố ng mài mòn của l ớ p mạ

86

Bảng 3.11 K ế t quả phân tích EDS các l ớ p mạ NiP-Al 2O3 có hàm l ượ ng

Al 2O3 trong dung d ịch thay đổ i

88

Bảng 3.12 K ế t quả tính dòng và thế ăn mòn theo phươ ng pháp Tafel 93

Bảng 3.13 K ế t quả đ o độ cứ ng các l ớ p mạ 95

Bảng 3.14 K ế t quả tính chiề u dày l ớ p mạ vớ i các mẫ u khác nhau 96







Bảng 3.15 Khả năng chịu mài mòn của các l ớ p mạ (l ự c ép 12 N) 98

Bảng 3.16 Khả năng chịu mài mòn của các l ớ p mạ (l ự c ép 20 N) 99

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Số hình Chú thích hình Trang

Hình 1.1 Hình mô t ả các giai đ oạn của quá trình động học 10

Hình 1.2 S ơ đồ mô t ả cơ chế k ế t tinh mạ hoá học: (a) sự hình thành l ớ p

mạ , (b) sự hình thành l ớ p mạ qua mặt cắ t ngang, (c) sự hình

thành l ớ p mạ qua hình chiế u đứ ng

11

Hình 1.3 Ả nh TEM mô phỏng sự phát triể n của l ớ p mạ hoá học Ni, các ký

hiệu 0, 1, 2, 3 là số thứ t ự các l ớ p mạ: (a) Lớ p mạ có hai l ớ p, (b)

Lớ p mạ có 3 l ớ p

12

Hình 1.4 (a) Giản đồ pha của hợ p kim NiP, (b) C ấ u trúc pha của l ớ p mạ

hóa học NiP

14

Hình 1.5 T ỷ l ệ phần tr ăm ứ ng d ụng của l ớ p mạ NiP compozit trên thế giớ i 18

Hình 1.6 Lớ p mạ hoá học NiP có hạt phân tán k ỵ nướ c BN

a, hạt không đượ c xử lý bề mặt; b,hạt có xử lý bề mặt

19

Hình 1.7 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt phân tán trong dung d ịch t ớ i hàm

l ượ ng hạt phân tán trong l ớ p mạ hoá học NiP

21

Hình 1.8 S ự phát triể n của l ớ p mạ khi có hạt phân tán d ẫ n đ iện và không

d ẫ n đ iện.

21

Hình 1.9 C ấ u t ạo l ớ p đ iện tích kép, 1/k là chiề u dày l ớ p đ iện tích kép 33

Hình 1.10 T ổ ng hợ p năng l ượ ng t ươ ng tác theo khoảng cách sử d ụng

thuyế t DLVO: (a) các bề mặt đẩ y nhau mạnh, các hạt nhỏ không

ở tr ạng thái k ế t t ụ , (b) Các hạt k ế t t ụ t ại đ iể m secondary

minimum,(c) các hạt k ế t t ụ t ại đ iể m secondary minimum, t ố c độ

k ế t t ụ chậm,(d) hàng rào năng l ượ ng < 0, k ế t t ụ nhanh chóng,

(e) không có hàng rào năng l ượ ng, k ế t t ụ nhanh chóng

35

Hình 1.11 C ơ chế mạ hoá học compozit của Ngô Khánh Lợ i 36

Hình 1.12 Hình mô t ả cơ chế mạ hoá học compozit của Ming-Der Ger,

Bing Joe Hwang

37

Hình 1.13 Hình mô t ả cơ chế mạ hoá học compozit của Heung-Kil Park và

đồng sự

37







Hình 1.14 Hình mô t ả cơ chế mạ hoá học compozit của Tr ươ ng Huệ 38

Hình 2.1 Ả nh SEM các hạt phân tán, PTFE kích thướ c 12 µm (a) và 0.5

µm (b), hạt Al 2O3 kích thướ c 15µm (c).

44

Hình 2.2 Ả nh minh họa phươ ng pháp Wilhelmy plate. 49

Hình 2.3 S ơ đồ minh hoạ quá trình đ o thế Zeta bề mặt phẳ ng 51

Hình 3.1 Ả nh hưở ng của nhiệt độ và nồng độ NaH 2 PO2 t ớ i t ố c độ mạ 52

Hình 3.2 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t khử NaH 2 PO2 t ớ i hàm l ượ ng P

trong l ớ p mạ.

53

Hình 3.3 Giản đồ XRD của l ớ p mạ NiP; a, b, c, d t ươ ng ứ ng vớ i hàm

l ượ ng NaH 2 PO2 thay đổ i l ần l ượ t 10; 15; 20 và 25 g/l.

(NiP x có ký hiệu x thể hiện hàm l ượ ng P trong l ớ p mạ )

54

Hình 3.4 Ả nh SEM của các mẫ u mạ hoá hoc NiP vớ i nồng độ của

NaH 2 PO2 trong dung d ịch là 10g/l, 15g/l, 20g/l, 25g/l.

55

Hình 3.5 Ả nh TEM phân tích cấ u trúc l ớ p mạ NiP t ổ ng hợ p ở nồng độ

NaH 2 PO2 trong dung d ịch là 20g/l.

56

Hình 3.6 Ả nh hưở ng của nồng độ NaH 2 PO2 trong dung d ịch đế n độ cứ ng

và hệ số ma sát của l ớ p mạ.

58

Hình 3.7 K ế t quả đ o đườ ng cong phân cự c l ớ p mạ NiP

a- Đườ ng cong phân cự c khi thay đổ i nồng độ NaH 2 PO2

b- Đườ ng cong phân cự c khi thay đổ i nhiệt độ

59

Hình 3.8 Ả nh SEM mặt cắ t ngang l ớ p mạ NiP t ổ ng hợ p ở 90 oC và

C Na2H2PO2 = 20 g/l ở độ phóng đại 4000 l ần.

60

Hình 3.9 M ặt cắ t ngang l ớ p mạ NiP-PTFE có nồng độ chấ t khử thay đổ i 62

Hình 3.10 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t phản ứ ng t ớ i t ố c độ mạ và hàm

l ượ ng hạt PTFE trong l ớ p mạ

63

Hình 3.11 Ả nh mặt cắ t ngang và bề mặt l ớ p mạ NiP-PTFE 0,5 µm (a, b,

c, d) và 12 µm(e, f, g, h) hàm l ượ ng 2g/l. (a là ảnh mặt cắ t ngang

l ớ p mạ NiP-PTFE 0,5 µm, b là hình ảnh bề mặt l ớ p mạ NiP-

PTFE 0,5 µm, c là ảnh phóng đại của b, d là hình ảnh phóng đạicủa c. e là mặt cắ t ngang l ớ p mạ NiP-PTFE 12 µm, f là ảnh

chụ p bề mặt l ớ p mạ NiP-PTFE 12 µm, g là ảnh phóng đại của f,

h là hình ảnh phóng đại của g)

68

Hình 3.12 M ặt cắ t ngang l ớ p mạ NiP-PTFE : a) Lớ p mạ S ử d ụng chấ t hoạt

động SDS; b) l ớ p mạ sử d ụng chấ t hoạt động CTAB

69

Hình 3.13 Hàm l ượ ng PTFE trong l ớ p mạ NiP-PTFE: a) Lớ p mạ sử d ụng 70







chấ t hoạt động SDS; b) l ớ p mạ sử d ụng chấ t hoạt động CTAB

Hình 3.14 K ế t quả đ o thế Zeta hạt PTFE trong dung d ịch mạ có các chấ t

hoạt động khác nhau. a) H ạt PTFE trong dung d ịch có chấ t hoạt

động CTAB; b) H ạt PTFE trong dung d ịch có chấ t hoạt động

SDS.

70

Hình 3.15 N ăng l ượ ng t ươ ng tác bề mặt sử d ụng các chấ t hoạt động khác

nhau

74

Hình 3.16 Mô t ả sự ảnh hưở ng của chấ t hoạt động cation và anion lên quá

trình đồng k ế t t ủa hạt phân tán vào l ớ p mạ

75

Hình 3.17 Hình mô t ả hạt PTFE khi tiế n t ớ i l ớ p mạ NiP 76

Hình 3.18 Ả nh SEM bề mặt ( ảnh bên trái ) và mặt cắ t ngang ( ảnh bên phải)

l ớ p mạ compozit NiP-PTFE; hình a,b,c t ươ ng ứ ng vớ i l ớ p mạ sử d ụng chấ t hoạt động CTAB 0,125; 0,166 và 0,500 g/l.

77

Hình 3.19 Phổ EDS các l ớ p mạ NiP-PTFE có nồng độ CTAB trong dung

d ịch thay đổ i: (a) CTAB 0,100 g/l; (b) CTAB 0,125 g/l; (c) CTAB

0,166 g/l; (d) CTAB 0,250 g/l; (e) CTAB 0,500 g/l.

78

Hình 3.20 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t hoạt động CTAB t ớ i hàm l ượ ng hạt

PTFE trong l ớ p mạ

79

Hình 3.21 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t hoạt động CTAB t ớ i thế Zeta của

l ớ p mạ NiP và hạt PTFE.

81

Hình 3.22 Hình minh họa l ự c đẩ y giữ a hạt PTFE và l ớ p mạ hóa học NiP

khi có sự khác nhau về nồng độ chấ t hoạt động CTAB

a) Dung d ịch mạ có ít chấ t hoạt động

b) Dung d ịch mạ có nhiề u chấ t hoạt động

82

Hình 3.23 Quan hệ giữ a thế các l ớ p mạ và thờ i gian l ớ p mạ nhúng trong

dung d ịch NaCl 3,5 %.

83

Hình 3.24 K ế t quả đ o đườ ng cong phân cự c các mẫ u mạ hóa học compozit

NiP-PTFE

84

Hình 3.25 Phổ EDS các mẫ u mạ compozit vớ i nồng độ Al 2O3 khác nhau

a) 0 g/l Al 2O3 , b) 10 g/l Al 2O3 , c) 15 g/l Al 2O3 , d) 20 g/l Al 2O3

87

Hình 3.26 Ả nh hưở ng của nồng độ Al 2O3 trong dung d ịch t ớ i thành phần P

và Al 2O3 trong l ớ p mạ. (a) thành phần P trong màng; (b) thành

phần Al 2O3 trong màng

89







MỞ ĐẦU

Mạ hoá học NiP lần đầu tiên đượ c nghiên cứu bở i Brenner và Riddell vào những năm

1940. Vào thờ i k ỳ đầu, dung dịch mạ này r ất dễ bị phân huỷ và hình thức lớ p mạ xấu, do

vậy không thể dùng vào mục đích bảo vệ hoặc trang trí đượ c. Tuy nhiên không lâu sau đó,

vớ i sự đầu tư nghiên cứu, lớ p mạ này không ngừng đượ c cải tiến như: tốc độ mạ tăng,

dung dịch ổn định, lớ p mạ có độ cứng cao, chống mài mòn, chống ăn mòn… Cho tớ i nay

lớ p mạ hóa học NiP đượ c ứng dụng trong r ất nhiều l ĩ nh vực khác nhau như mạ cho các

tr ục máy in, trên các chi tiết của bộ chế hoà khí trong động cơ , mạ trên các tr ục, cánh máy

nén, đầu piston trong l ĩ nh vực vũ tr ụ; mạ ở các kíp nổ và nòng súng trong l ĩ nh vực quân

sự…

Mặc dù lớ p mạ hoá học NiP có nhiều ưu điểm, song để đáp ứng tính năng k ỹ thuật

ngày càng cao đòi hỏi lớ p mạ cần phải đượ c cải thiện thêm. Mạ compozit chính là một

trong những biện pháp hữu hiệu để cải thiện tính chất lớ p mạ. Trong quá trình mạ

compozit, các hạt tr ơ đượ c đưa vào trong dung dịch mạ và các hạt tr ơ này sẽ đượ c đồng k ết

tủa vào trong lớ p mạ NiP. Lớ p mạ compozit thu đượ c vớ i pha phân tán là các hạt tr ơ và

pha liên tục là hợ p kim NiP sẽ k ết hợ p đượ c ưu điểm của cả hai loại vật liệu nói trên.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra r ằng khi cho vào lớ p mạ NiP các hạt có độ cứng cao (như kim

cươ ng, SiC) sẽ làm tăng độ cứng và tăng khả năng chịu mài mòn cho lớ p mạ. Khi pha thêm

hạt BN sẽ có tác dụng tăng cườ ng tính bôi tr ơ n và tính chống bám dính cho lớ p mạ…Do tính mớ i và có khả năng ứng dụng cao mà lớ p mạ hoá học NiP compozit hiện đang

thu hút đượ c r ất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giớ i. Hiện

nay sản phẩm của mạ NiP compozit hóa học cũng đã đượ c thươ ng mại hóa trên thị tr ườ ng

thế giớ i, nhưng ở trong nướ c mạ hoá học NiP compozit chỉ ở mức độ nghiên cứu r ất nhỏ

lẻ. Hơ n nữa, quá trình chế tạo lớ p mạ compozit là khá phức tạ p, đòi hỏi cần phải có những

nghiên cứu toàn diện, có tính hệ thống để có thể đạt đượ c k ết quả như mong muốn.

Vớ i mục đích nghiên cứu, ứng dụng lớ p mạ NiP compozit ở Việt Nam qua đó để

phát triển sâu thêm lý thuyết về quá trình hình thành lớ p mạ, tác giả đã lựa chọn đề tài" Nghiên cứ u công nghệ mạ hoá học t ạo l ớ p phủ compozit hệ Ni/hạt phân tán ( Al 2O3 ,

PTFE )" ..







M ục đ ích của luận án

- Nghiên cứu quá trình hình thành, ảnh hưở ng của nhiệt độ và nồng độ chất khử

NaH2PO2 tớ i cấu trúc và tính chất lớ p mạ NiP để từ đó lựa chọn chế độ tạo

compozit NiP/hạt phân tán (Al2O3, PTFE).- Nghiên cứu sự ảnh hưở ng của nồng độ NaH2PO2, chất hoạt động, hàm lượ ng hạt

PTFE trong dung dịch tớ i quá quá trình mạ hoá học NiP-PTFE.

- Nghiên cứu ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch, chế độ khuấy

tr ộn tớ i quá trình mạ hoá học NiP-Al2O3.

- Đưa ra mô hình lý thuyết nhằm giải thích k ết quả và làm rõ các quá trình xảy ra.

Đố i t ượ ng và phạm vi nghiên cứ u

- Tạo lớ p phủ NiP, NiP-PTFE, NiP-Al2O3 bằng phươ ng pháp mạ hoá học.

- Nghiên cứu ảnh hưở ng của nhiệt độ, nồng độ chất khử NaH2PO2 tớ i tốc độ mạ,

cấu trúc và tính chất lớ p mạ NiP.

- Nghiên cứu tạo lớ p mạ hoá học compozit NiP-PTFE, ảnh hưở ng của nồng độ

NaH2PO2, chất hoạt động, hàm lượ ng hạt PTFE trong dung dịch tớ i quá trình hình

thành lớ p mạ.

- Nghiên cứu ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch, chế độ khuấy

tr ộn tớ i quá trình mạ hoá học NiP-Al2O3.

- Nghiên cứu tính chất các vật liệu NiP, NiP-PTFE, NiP-Al2O3 đã tạo đượ c.

Ý nghĩ a khoa học, thự c ti ễ n và đ óng góp mớ i của luận án

- Luận án đưa ra mô hình giải thích k ết quả, mô hình giúp cho việc hiểu rõ quá trình

hình thành lớ p mạ hoá học compozit.

- Luận án khảo sát nhiều thông số công nghệ như nhiệt độ, nồng độ chất khử, loại

chất hoạt động, nồng độ chất hoạt động, nồng độ hạt phân tán, chế độ khuấy tr ộn

để từ đó xác định đượ c thông số cần thiết cho việc tạo lớ p mạ hoá học cũng như

lớ p mạ hoá học compozit.

- Luận án kiểm tra đo đạc để xác định tính chống ăn mòn, chống mài mòn, khả năng chống bám dính, độ cứng của lớ p phủ đã tạo ra từ đó xác định đượ c các

thông số thích hợ p để tạo lớ p mạ có tính năng như mong muốn đồng thờ i xác định

đượ c phạm vi ứng dụng của lớ p phủ.

- Quá trình khảo sát, kiểm tra đo đạc đượ c tiến hành sát vớ i điều kiện ở Việt Nam

cho nên r ất thuận lợ i cho việc triển khai ứng dụng.







Hình 1.1 Hình mô t ả các giai đ oạn của quá trình động học [27]

Tốc độ mạ hoá học NiP đượ c tính theo công thức [20]:2 2

2 2 2 3.[H ] .[Ni ] . [L] .[H ] .[H ] .exp ( )a E dNiv K PO PO

dt RT

(1.8)

Trong đó K là hằng số, [L] là nồng độ chất tạo phức. , , , , , là bậc phản ứng. Ea là

năng lượ ng hoạt hoá của phản ứng. Bậc phản ứng của Ni2+, H2PO2- có giá tr ị dươ ng và của

H+ có giá tr ị âm (Bậc phản ứng của H+ thườ ng có giá tr ị - 0,4 ). Ở đây bậc phản ứng chỉ

đúng trong giớ i hạn nồng độ các chất nhất định. Ví dụ đối vớ i nồng độ Ni2+ khi tăng thì tốc

độ mạ tăng khi đạt tớ i một giá tr ị nhất định (5 g/l) thì tốc độ phản ứng r ất ít thay đổi [20]

điều này cũng thấy khi tăng nồng độ H2PO2

-

quá 0,25 mol/l [10].

1.1.2 Quá trình kết tinh tạo màng NiP

Hiện có nhiều giả thuyết khác nhau về cơ chế k ết tinh của lớ p mạ nhưng chỉ có hai giả

thuyết đượ c nhiều ngườ i công nhận nhất đó là cơ chế của nhóm tác giả Milan Paunovic và

Mordechay Schlesinger [52] và nhóm tác giả Tanabe và Watanabe [76].

*C ơ chế của Milan Paunovic và Mordechay Schlesinger

Theo nhóm tác giả này cơ chế mạ hoá học NiP có thể chia làm hai giai đoạn:

Giai đ oạn một: đượ c đặc tr ưng bở i 3 quá trình đồng thờ i là tạo mầm, phát triển mầm,

liên k ết các mầm. Ở giai đoạn đầu của quá trình mạ hoá học mật độ của mầm sẽ tăng gần

như tuyến tính theo thờ i gian. Trong giai đoạn này quá trình tạo mầm giữ vai trò khống chế

tốc độ, sau đó mật độ mầm sẽ đạt đến giá tr ị cực đại r ồi lại giảm theo thờ i gian. Khi mật độ

mầm giảm theo thờ i gian thì quá trình liên k ết giữa các mầm lại giữ vai trò khống chế.





1.1.

90o

nhất

r ất d

Cụ t

lượ n

ghiên cứ u

Hình 1.3 Ả nt

Các yếu

Nhiệt độ

lên 100o

hơ n do đối

ễ bị phân h

Khi thay

ể là khi p

g P trong l

công nghệ

h TEM môứ t ự các l ớ

tố ảnh h

nh hưở ng

ảnh hưở ng

thì tốc đ

lưu dung

ỷ.

nh hưở ng

ổi pH sẽ

giảm sẽ là

p mạ, tăng

ạ hóa học

hỏng sự ph mạ: (a) Lớ

ởng tới

của nhi ệt

đáng k ể tớ

mạ tăng đ

ịch mạnh

của pH

ây ảnh hư

m giảm tố

sự k ết dín

ạo l ớ p phủ

12

t triể n của l mạ có hai

uá tr nh

ộ

i tốc độ m

ến 52,5 %.

ơ n, tuy nh

ng tớ i mộ

độ mạ, tă

của lớ p m

ompozit Ni

p mạ hoá hớ p, (b) Lớ p

ạ hóa h

. Khảo sát

Ở nhiệt độ

iên ở nhiệt

loạt các y

g độ hoà ta

vớ i nền t

hạt phân tá

ọc Ni, các k mạ có 3 l ớ p

c NiP

cho thấy

cao dung

độ cao nh

u tố trong

n của muối

ép. Khi tă

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

hiệu 0, 1,[76].

hi tăng nh

ịch phản ứ

vậy dung

quá trình

photphit, t

g pH sẽ tă

FE)

Chi ế n

, 3 là số

ệt độ từ

ng đồng

dịch mạ

ạ khác.

ăng hàm

g tốc độ







mạ, dung dịch dễ bị phân huỷ, giảm độ hoà tan của muối photphit, giảm hàm lượ ng P có

trong lớ p mạ, giảm sự k ết dính lớ p mạ vớ i nền thép.

Ả nh hưở ng của chấ t t ạo phứ c, chấ t đệm

Chất tạo phức có tác dụng giữ ổn định nồng độ ion kim loại tự do, hạn chế sự k ết tủa

của muối photphit, muối niken, làm thay đổi tốc độ phản ứng. Nếu phức bền tốc độ mạ

chậm, nếu phức yếu dung dịch mạ dễ bị phân huỷ. Chất tạo phức cũng ảnh hưở ng nhất

định đến độ xố p, hàm lượ ng P cũng như ứng suất của lớ p mạ. Chất đệm có tác dụng duy trì

pH tối ưu cho dung dịch mạ.

Ảnh hưở ng của nồng độ ion kim loại mạ và nồng độ chấ t khử

Nồng độ của kim loại và chất khử ảnh hưở ng tớ i tốc độ mạ, thành phần lớ p mạ và độ

bền vững của dung dịch. Thực nghiệm cho thấy r ằng khi dung dịch có hàm lượ ng ion kimloại cao thì dung dịch dễ bị phân huỷ, quá trình khử ion kim loại sẽ chiếm ưu thế cho nên

hàm lượ ng kim loại trong lớ p mạ sẽ tăng lên. Nếu có quá trình khử phụ thì khi tăng hàm

lượ ng chất khử sẽ làm tăng quá trình khử phụ. Đối vớ i mạ hoá học Niken sử dụng chất khử

là Natri Hypophotphit thì khi tăng hàm lượ ng chất khử thì hàm lượ ng Phốt pho trong lớ p

mạ tăng lên.

Ả nh hưở ng của khuấ y tr ộn

Khuấy tr ộn có tác dụng làm đồng đều nồng độ các ion có trong dung dịch, tránhđượ c hiện tượ ng đọng khí trên bề mặt mà đây chính là nguyên nhân làm cho lớ p phủ bị r ỗ,

tốc độ mạ chậm. Vì vậy khuấy tr ộn có tác dụng làm giảm đượ c hiện tượ ng r ỗ bề mặt lớ p

mạ, làm tăng tốc độ mạ. Ngoài ra khuấy tr ộn còn giúp tránh đượ c hiện tượ ng k ết tinh cục

bộ trên bề mặt làm nhám lớ p mạ.

Ả nh hưở ng của chấ t hoạt động bề mặt

Nhìn chung chất hoạt động bề mặt đa phần có thể làm tăng tốc độ phản ứng mạ hóa

học NiP. Nghiên cứu của tác giả Khin Myo Latt cho thấy khi sử dụng chất hoạt động

cation CTAB nồng độ 3 ppm thì tốc độ phản ứng mạ NiP là 12,5 µm/h. Sử dụng chất hoạt

động anion Đođexyl natri sulfat (SDS) vớ i nồng độ 5 ppm sẽ cho tốc độ mạ khoảng 11,9

µm/h. Trong khi đó khi không có chất hoạt động tốc độ mạ NiP là 11,2 µm/h. Khi sử dụng

chất hoạt động SDS (5 ppm ) và CTAB (5 ppm) thì độ nhám của bề mặt lớ p mạ NiP đều

lần lượ t giảm từ 8,91 nm xuống 3,78 nm và 1,47 nm [43]. Nguyên nhân có thể là do chất





hoạt

mạ v

giữa

mạ t

1.1.

thuộ

( hì

18-3

định

Inter

lý n

của l

320

dần

đườ

phần

ghiên cứ u

động làm

ớ i bọt khí

dung dịch

ng lên.

Cấu trú

ấu trúc lớ

vào hàm

h 1.4 ) thì

2 %. Ở hà

hình.

heo một s

national [7

iệt sau mạ

ớ p mạ bắt

C thì cấu t

ần biến m

g ống) thư

của pha tr

công nghệ

ăng tính th

H2 đượ c si

ớ i bọt khí.

và tính c

ấ u trúc

mạ NiP t

lượ ng P có

NiP có cấ

lượ ng P

tài liệu n

5], Watana

. Khi đượ c

đầu thay đ

úc tinh thể

t. Những l

ờ ng là có c

ng lớ p mạ

ạ hóa học

ấm ướ t củ

h ra trong

Do đó bọt

hất lớp m

hay đổi từ

trong thàn

u trúc vô

hỏ hơ n 18

hiên cứu c

e [76]... c

gia nhiệt

ổi. Ban đầ

lớ p mạ bắt

ớ p mạ chu

ấu trúc vô

có thể đượ

Hình 1.4 (a

(b) C ấ u t

ạo l ớ p phủ

14

bề mặt. Đ

quá trình

khí cũng d

ạ

bán vô đị

phần hợ p

ịnh hình

có thể x

ủa tác giả

u trúc của

nhiệt độ

sẽ hình th

đầu hình t

ên dụng c

ịnh hình d

nhìn nhận

Giản đồ p

rúc pha của

ompozit Ni

iều này kh

ạ giảm, đ

thoát khỏi

h hình san

kim. Theo

oàn toàn t

ất hiện pha

Glenn O

lớ p mạ Ni

hoảng từ

ành pha N

ành và tín

a NiP (mạ

o lớ p mạ đ

qua giản đ

a của hợ p k

l ớ p mạ hóa

hạt phân tá

iến cho tư

ng thờ i là

bề mặt mạ

g vô định

giản đồ p

rong khoả

tinh thể

allory và

cũng chị

20-260oC

3P. Nếu ti

chất vô đ

tr ục máy i

ồng nhất v

ồ pha hình

im NiP,

học NiP [1].

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ng tác giữ

tăng sự t

nên làm c

hình hoàn

a của hợ p

g thành p

i trong lòn

ồng sự [2

ảnh hưở n

thì thành p

p tục gia n

nh hình củ

, linh kiện

sít đặc. C

1.4.

FE)

Chi ế n

bề mặt

ơ ng tác

o tốc độ

toàn tùy

im NiP

ần P từ

pha vô

], ASM

của xử

hần pha

hiệt đến

lớ p mạ

ốc, van,

ác thành







Tính chấ t l ớ p mạ

- Độ cứ ng : độ cứng của lớ p mạ NiP hoá học thông thườ ng dao động trong khoảng 500-

600 HV100 và lưu giữ đượ c độ cứng ở nhiệt độ cao. Độ cứng của lớ p mạ thay đổi tuỳ thuộc

vào nhiệt độ xử lý và thờ i gian xử lý nhiệt, có thể điều chỉnh chế độ gia nhiệt để đạt độ cứng 1000 HV.

- Khả năng chịu mài mòn: lớ p mạ NiP hoá học có khả năng chịu mài mòn cao. Có thể

đánh giá khả năng chịu mài mòn của lớ p mạ này thông qua việc so sánh khả năng chịu mài

mòn của nó vớ i lớ p mạ Crom cứng và lớ p mạ điện Ni. Bảng 1.1 là một ví dụ khi so sánh

khả năng chịu mài mòn giữa các lớ p mạ NiP vớ i lớ p mạ điện Ni, lớ p mạ Crom cứng.

Bảng 1.1 Khả năng chịu mài mòn của một số l ớ p phủ [75]

Lớ p mạ Nhiệt độ xử lý trong 1 h (oC) Tốc độ mài mònmg/1000 vòng

Mạ điện Ni - 25

Mạ hóa học NiP(b) - 17

Mạ hóa học NiP(b) 300 10

Mạ hóa học NiP(b)

500 6

Mạ Crom cứng - 2

(b) là l ớ p mạ hoá học Ni dùng chấ t khử là Hypophotphit và hàm l ượ ng P trong l ớ p phủ

khoảng 9 %.

- Khả năng chố ng ăn mòn: do lớ p phủ NiP có độ xố p thấ p đồng thờ i khi để ngoài

không khí lớ p trên cùng NiP bị oxy hoá tạo thành một lớ p màng oxyt mỏng. Lớ p màng này

có tính thụ động nên lớ p mạ NiP có khả năng chịu ăn mòn cao, bền trong nhiều loại dung

dịch và trong nhiều điều kiện môi tr ườ ng khí hậu khác nhau. Nếu đem xử lý nhiệt ở

220 oC thì những hạt Ni3P đượ c hình thành và tính chất chống ăn mòn của lớ p phủ sẽ giảm

đi. Nguyên nhân là do sự hình thành những vi pin ăn mòn hoặc do sự phá vỡ cấu trúc lớ p

mạ (nhiệt có thể làm co và làm nứt lớ p mạ), do vậy cũng làm tăng nguy cơ bị ăn mòn.







- Ả nh hưở ng của thành phần P trong l ớ p mạ t ớ i tính chấ t l ớ p mạ: thành phần P trong

lớ p mạ ảnh hưở ng đáng k ể tớ i tính chất của lớ p mạ, thành phần này làm thay đổi cấu trúc

lớ p mạ, khả năng chịu mài mòn, khả năng chống ăn mòn của lớ p mạ…Bảng 1.2 tóm tắt

một số tính chất lớ p mạ hoá học NiP vớ i thành phần P khác nhau.

Bảng 1.2 Tóm t ắ t tính chấ t l ớ p mạ hoá học NiP [63, 75]

Tính chất NiP

3-4 % P 6-9% P 11-12 % P

Cấu trúc Tinh thể Bán vô định

hìnhVô định

hình

Khối lượ ng riêng, g/cm3 8,6 8,1 7,8

Nhiệt độ nóng chảy, 0C 1275 1000 880

Hệ số dẫn nhiệt, W/cm.K 0,6 0,05 0,08

Giớ i hạn kéo dài, % 0,7 0,7 1,5

Độ cứng lớ p mạ, HV100 700 600 530

Tốc độ mài mòn Taber, mg/ 1000 vòng 11 16 19

Tốc độ mài mòn Taber, mg/ 1000 vòng có xử lý nhiệt

9 12 12

Bảo vệ ăn mòn, phun mù muối, h a 24 96 1000

a – kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM B117







1.2 MẠ HÓA HỌC COMPOZIT

1.2.1 Giới thiệu chung

Mạ hóa học compozit là quá trình đồng k ết tủa các hạt vào trong lớ p mạ. Lớ p mạ này là

vật liệu compozit vớ i pha liên tục là kim loại và pha phân tán là các hạt r ắn nhỏ. Các hạt

phân tán này có thể là kim loại tinh khiết, hạt ceramic, các chất hữu cơ vớ i kích thướ c các

hạt dao động trong khoảng 5 nm-100 µm. Nồng độ các hạt dao động trong khoảng từ 2-200

g/l và lớ p mạ thườ ng chứa từ 1-10 % thể tích các hạt. Một số lớ p mạ đượ c tạo ra trong điều

kiện đặc biệt có thể chứa tớ i 50 % thể tích hạt.

Lớ p mạ hoá học compozit đầu tiên đượ c chế tạo vào năm 1966. Từ năm 70 của thế k ỷ

20 tại Mỹ, Nhật, Đức đã nghiên cứu và đưa lớ p mạ này vào ứng dụng trong công nghiệ p.

Cuối những năm 80 ứng dụng lớ p mạ này tăng r ất nhanh trong đó lớ p mạ NiP-PTFE tăngtớ i 30 % trong một năm và nó tr ở thành khuynh hướ ng phát triển chủ yếu. Lớ p mạ hoá học

compozit có nhiều tính năng khác nhau như tính tự bôi tr ơ n, chịu mài mòn, tính dẫn điện,

từ tính. Lớ p mạ hoá học compozit ứng dụng thườ ng có hệ số ma sát thấ p, chịu mài mòn,

bền ở nhiệt độ cao, chống oxi hoá. Cùng vớ i sự phát triển của công nghệ nano, lớ p mạ hoá

học compozit vớ i kích thướ c hạt nano cũng đượ c quan tâm nghiên cứu. Lớ p mạ này có

tính chất chống mài mòn ở nhiệt độ cao, chống ăn mòn tốt. Ư u điểm của lớ p mạ compozit

là tạo ra vật liệu compozit có sự phân bố hạt đồng đều, giảm chi phí so vớ i công nghệ

nhúng hoặc phun phủ, quá trình chế tạo không cần phải thực hiện ở nhiệt độ hay áp suấtcao nên thiết bị đơ n giản chi phí vận hành thấ p [79].

Quá trình chế tạo lớ p phủ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính tr ơ xúc tác của hạt, kích

thướ c hạt, thành phần dung dịch, chất hoạt động, tốc độ phản ứng, khả năng k ết hợ p giữa

chất nền và hạt… Các lớ p mạ compozit thườ ng chứa hạt phân tán có kích thướ c 0,1 ÷ 10

μm, hàm lượ ng có thể đạt tớ i 40% thể tích lớ p mạ. Tỷ lệ các hạt đồng k ết tủa vào trong

lớ p phủ hoá học có thể đượ c điều chỉnh đến một tỷ số thích hợ p. Tuy nhiên, phần lớ n trong

thực tế đối vớ i sản phẩm thươ ng mại, phần tr ăm thể tích các hạt đồng k ết tủa thườ ng dao

động từ 18 đến 25%.

Lớ p mạ compozit ứng dụng nhiều trong thực tiễn vớ i nhiều l ĩ nh vực khác nhau như ô

tô, hàng không, vũ tr ụ, điện tử... Cụ thể mạ compozit có hạt Al2O3, SiO2, SiC sẽ tăng độ

cứng cho lớ p mạ nên có thể dùng thay thế lớ p mạ Crom để giảm thiểu ô nhiễm môi tr ườ ng.

Lớ p mạ NiP-SiC đượ c sử dụng ở vòng piston, lớ p lót xilanh, các dụng cụ mài, tr ục khuỷu,

khuôn, van áp lực, các bộ phận của máy dệt, thiết bị y tế. Lớ p mạ NiP-Al2O3 đượ c sử dụng







trong các máy chính xác, thiết bị dệt may, công nghiệ p ôtô, máy tính. Lớ p mạ NiP-Cr 3C2

đượ c dùng để xử lý bề mặt khuôn. NiP-TiN dùng mạ lên các chi tiết để chịu đượ c nhiệt độ

cao. Lớ p mạ NiP-Si3 N4 đượ c sử dụng ở vòng piston và các bộ phận của động cơ diesel,

piston, các bộ phận chính xác của nhạc cụ, chi tiết bị mòn. NiP-MoS2 đượ c sử dụng cho

các bộ phận vệ tinh, thiết bị từ, hệ thống thủy lực, hệ thống công nghiệ p hạt nhân. NiP-BN

đượ c sử dụng ở bề mặt có ma sát cao. Lớ p mạ NiP-PTFE dùng trong thiết bị chống đóng

cặn, tăng khả năng chịu mài mòn, sử dụng trong các khuôn đúc nhựa và cao su, mạ trên

các chi tiết của van và bơ m, các rãnh ren, trên các đĩ a cần tránh tr ầy xướ c do hạt cứng hay

trong những thiết bị không đượ c phép bôi tr ơ n bằng dầu như máy thực phẩm, thiết bị chân

không, một số đượ c ứng dụng trong đồ dùng nhà bế p để chống thấm nướ c. Lớ p mạ NiP-

CaF2 sử dụng cho các tuabin hơ i lớ n để chống oxi hoá, chống mài mòn và tăng khả năng tự

bôi tr ơ n. Lớ p mạ NiP-kim cươ ng sử dụng trong các dụng cụ cắt gọt, bộ phận phanh, hộ psố, bộ ly hợ p ma sát…Tỷ lệ phần tr ăm ứng dụng của lớ p mạ NiP compozit đượ c thể hiện

trên hình 1.5 [79]

Hình 1.5 T ỷ l ệ phần tr ăm ứ ng d ụng của l ớ p mạ NiP compozit trên thế giớ i [79]

30%

25%

45% Lớp mạ cứng

Lớp mạ chịu ma sát

Lớp mạ chức năng





1.2.

1.2.

a) Ả

nhữ

tr ườ

tật l

1.6).

khô

b) Ả

riên

khác

c) Ả

Hạt

đồn

kích

hạn

quá

ghiên cứ u

Các yếu

.1 Ảnh h

h hưở ng c

hông thườ g hạt k ỵ n

g hợ p này

p mạ. Ví

Khi hạt B

g đều.

h hưở ng c

ua các ng

khác nhau

nhau đều

h hưở ng c

ác nghiên

càng lớ n đ

thờ

i hạt c

thướ c hạt

hì sẽ khó

ễ gây ra hi

công nghệ

tố ảnh h

ở ng c ủa t

a tính k ỵ

g các hạtớ c thườ ng

xử lý bề m

ụ như lớ p

không đư

(a)

Hình 1

a, hạt

ủa khối lượ

iên cứu c

thì lớ p mạ

ần một tốc

a kích thư

cứu cũng c

nhám của

ng khóđ

i

hác nhau s

ó thể k ết t

ện tượ ng t

ạ hóa học

ởng tới

ính chất h

ướ c và kh

a nướ c ít bdễ bị k ết t

t hạt là đi

ạ hoá họ

ợ c xử lý, tr

.6 Lớ p mạ h

không đượ c

ng riêng hạ

o thấy khi

dễ bị phân

độ khuấy t

ớ c hạt

o thấy kíc

lớ p mạ cà

ào lớ p m

ạ

ẽ có giớ i h

a vào lớ p

k ết tụ.

ạo l ớ p phủ

1

uá tr nh

t phân tá

ng k ỵ nướ

ị k ết tụ và í và dễ gây

u cần thiết

NiP có hạ

ong lớ p m

oá học NiP

xử lý bề mặ

t

lớ p mạ ch

lớ p [8, 72]

ích hợ p để

thướ c hạt

ng tăng và

hơ

n. Tùy t

ạn kích th

mạ [4, 67].

ompozit Ni

ình thàn

của hạt

t gây khuycác khuyết

để tránh hi

t phân tán

compozit

ó hạt phân

; b,hạt có x

a nhiều lo

. Vì vậy, m

hạt có thể

ảnh hưở ng

khó giữ c

ng hệ phâ

ớ c hạt nhấ

Trong tr ư

hạt phân tá

lớp mạ

t tật lớ p mtật trong l

n tượ ng k

ỵ nướ c B

các hạt BN

(b)

án k ỵ nướ clý bề mặt [

ại hạt phâ

ỗi loại hạt

ồng k ết tủ

tớ i hàm lư

o hạt ở tr ạ

tán cụ th

ể

định, vượ

ng hợ p hạ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ompozit

hơ n. Tron p mạ. Tron

t tụ và giả

Nitrua (B

k ết tụ lại,

BN

8]

tán có kh

có khối lượ

a vào lớ p

ng hạt tro

ng thái hu

mà hệ m

ạ

quá kích t

có kích th

FE)

Chi ế n

g khi đóg những

khuyết

) (hình

hân tán

i lượ ng

ng riêng

ạ.

g màng.

ền phù,

có nhiều

ướ c tớ i

ướ c nhỏ







1.2.2.2 Ảnh hưở ng c ủa thành phần dung d ị ch

a) Ả nh hưở ng của pH dung d ịch

pH trong dung dịch tăng thườ ng làm tốc độ mạ tăng. Mặt khác pH có thể làm thay đổi

sự tích điện của các hạt phân tán, qua đó cũng ảnh hưở ng tớ i sự đồng k ết tủa của hạt vào

trong lớ p mạ. Một số nghiên cứu cho thấy khi tăng pH thì hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ

giảm [9, 62]. Tuy nhiên, một số báo cáo khác lại cho thấy khi tăng pH hàm lượ ng hạt phân

tán trong lớ p mạ lại tăng [81]. Một số nghiên cứu lại cho thấy khi tăng pH thì hàm lượ ng

hạt thay đổi vớ i quy luật hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ tăng dần đạt đến giá tr ị cực

đại sau đó giảm xuống [14].

b) Ả nh hưở ng của chấ t hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt có tác dụng là tránh sự k ết tụ các hạt, giúp các hạt phân bố đồng

đều trong lớ p mạ. K ết quả là có thể tăng cườ ng thêm sự k ết tủa của hạt vào trong lớ p mạ. Nguyên nhân là do các chất hoạt động bề mặt đã làm tăng độ thấm ướ t cho các hạt, tích

điện cho hạt [59, 69], tuy nhiên khi hạt phân tán ở tr ạng thái quá ổn định (hạt phân tán

không k ết tụ vớ i nhau) thì sẽ không có sự đồng k ết tủa của hạt phân tán vào lớ p mạ [29].

Bên cạnh đó chất hoạt động bề mặt cũng có thể gây bất lợ i đối vớ i quá trình mạ hoá học

compozit. Nguyên nhân là do chúng bám lên bề mặt lớ p mạ làm cho lớ p mạ dễ bị bong

tróc. Một số tr ườ ng hợ p do trong dung dịch có chất hoạt động bề mặt nên màu lớ p mạ có

thể không đồng đều. Có thể trên bề mặt có phần sẽ không có lớ p mạ phủ lên [72].

c) Ả nh hưở ng của nồng độ hạt phân tán có trong dung d ịch

Ảnh hưở ng của nồng độ hạt phân tán trong dung dịch tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong

lớ p mạ thườ ng có quy luật nhất định. Ví dụ đối vớ i lớ p mạ hoá học NiP compozit có sử

dụng các hạt phân tán là Si3 N4, CeO2 và TiO2. Sự ảnh hưở ng của nồng độ hạt phân tán

trong dung dịch tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ đượ c thể hiện trên hình 1.7. Ban

đầu khi tăng hàm lượ ng hạt phân tán trong dung dịch thì hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p

mạ tăng và đạt tớ i giá tr ị bão hòa, tiế p tục tăng hàm lượ ng hạt trong dung dịch thì hàm

lượ ng hạt trong lớ p mạ lại có xu hướ ng giảm.







Hình 1.7 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt phân tán trong dung d ịch t ớ i hàm l ượ ng hạt phân tán trong l ớ p mạ hoá học NiP [33]

d) T ươ ng tác của hạt và dung d ịch

Trong dung dịch mạ nếu các hạt phân tán hấ p phụ nhiều chất ổn định sẽ làm giảm tính

ổn định của dung dịch [72, 73]. Các hạt phân tán hấ p phụ các ion trong dung dịch nên làm

thay đổi thế Zeta của hạt. Hạt có thế Zeta càng dươ ng thì càng dễ đồng k ết tủa vào lớ p mạ

[10,24]. Lớ p mạ dễ phát triển trên các hạt như kim cươ ng nhân tạo nhưng lại khó phát triển

trên lớ p mạ SiC, Al2O3 [20]. Một số tác giả cho r ằng lớ p mạ dễ phát triển trên bề mặt hạt

dẫn điện và khó phát triển ở trên bề mặt hạt không dẫn điện [99]. Trong tr ườ ng hợ p hạt phân tán dẫn điện thì lớ p mạ NiP dễ dàng hình thành và phát triển ngay trên hạt phân tán

đó.Tuy nhiên, nếu hạt phân tán không dẫn điện thì nó chỉ bị che phủ, chôn lấ p cơ học thuần

túy. Có thể dễ dàng hình dung sự hình thành màng compozit khi sử dụng hai loại hạt dẫn

điện và không dẫn điện như mô tả trên hình 1.8.

Hình 1.8 Sự phát triể n của l ớ p mạ khi có hạt phân tán d ẫ n đ iện và không d ẫ n đ iện [99]

0 5 10 15 20 25 300

2

4

6

8

10

C . h a t / m a ( % )

C.hat/dd (g/l)

Ni-P-Si3N

4

Ni-P-CeO2

Ni-P-TiO2







1.2.2.3 Ảnh hưở ng c ủa đ i ều ki ện mạ

a) Ả nh hưở ng của phươ ng chiề u đặt chi tiế t mạ

Quá trình chế tạo lớ p mạ cho thấy bề mặt mạ đượ c đặt theo phươ ng nằm ngang và ở

phía trên bao giờ cũng có hàm lượ ng hạt phân tán cao hơ n, thậm chí có thể cao gấ p đôi sovớ i bề mặt mạ có phươ ng thẳng đứng. Bề mặt mạ có phươ ng nằm ngang ở phía dướ i có ít

hạt phân tán k ết tủa vào nhất [33, 50] điều này có thể do ảnh hưở ng của tr ọng lực tớ i quá

trình đồng k ết tủa hạt vào trong lớ p mạ. Trong các thí nghiệm cho thấy các bề mặt mạ có

phươ ng thẳng đứng thườ ng có sự phân bố hạt đồng đều tốt trong lớ p mạ.

b) Ả nh hưở ng của khuấ y tr ộn

Khuấy tr ộn có tác dụng duy trì tr ạng thái huyền phù của dung dịch, tránh đượ c sự k ết

tụ các hạt, giảm chiều dày lớ p khuếch tán. Hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ chịu sự ảnh hưở ng

của khuấy tr ộn. Ban đầu khi tăng tốc độ khuấy tr ộn, hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ cũng tăng

dần. Khi đạt đến một giá tr ị nhất định về hàm lượ ng hạt thì tăng tốc độ khuấy lại làm giảm

hàm lượ ng hạt có trong lớ p mạ [8, 33, 64, 67].

c) Ả nh hưở ng của bề mặt mạ

Bề mặt mạ tích điện sẽ tươ ng tác vớ i hạt phân tán tích điện. Khi bề mặt hấ p phụ các

chất trong dung dịch, các chất này có thể làm thay đổi thế Zeta, hay thay đổi tính thấm

ướ t bề mặt mạ. Trong một số tr ườ ng hợ p sự hấ p phụ khiến làm bong lớ p mạ khỏi chi tiết

mạ. Những bề mặt nhám thườ ng k ết dính hạt phân tán tốt hơ n so vớ i bề mặt phẳng. Bề mặtmạ đượ c đảo chiều liên tục (xoay bề mặt đều theo nhiều hướ ng) sẽ giúp phân tán đều hơ n

hạt trên lớ p mạ [33, 67].

d) Ả nh hưở ng của nhiệt độ

Nhiệt độ dung dịch ảnh hưở ng khá mạnh tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ, tớ i

tốc độ phản ứng cũng như tính ổn định của dung dịch. Có nhóm nghiên cứu chỉ ra r ằng ở

nhiệt độ cao sẽ làm giảm hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ [83]. Nhưng nhiều nghiên cứu

khác chỉ ra r ằng khi tăng dần nhiệt độ thì hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ tăng đạt

đến giá tr ị cực đại sau đó giảm [46, 49, 95].

1.2.3 Cấu trúc và các tính chất của lớp mạ hóa học Niken compozit

1.2.3.1 C ấu trúc

Qua các nghiên cứu cho thấy hầu như không có sự khác biệt về cấu trúc giữa lớ p mạ

hoá học và lớ p mạ compozit [28, 32, 33]. Tuy vậy, do sự có mặt của hạt phân tán sẽ ảnh







hưở ng nhất định tớ i các vị trí phát triển mầm, sự định hướ ng và phát triển của mầm của lớ p

mạ [26, 33, 87]. Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao có thể xảy ra phản ứng giữa hạt và nền tại các

đườ ng biên giớ i hạt. Ví dụ lớ p mạ NiP-SiC xuất hiện pha NixSiy khi xử lý nhiệt điều này

chứng tỏ r ằng khi xử lý nhiệt các thành phần pha liên tục NiP đã phản ứng hoặc khuếch tán

sang hạt SiC và hình thành cấu trúc mớ i NixSiy [33, 58].

1.2.3.2 Độ c ứ ng

Khi đưa thêm các hạt phân tán cứng như kim cươ ng, SiC, Al2O3 vào trong lớ p mạ NiP

thì lớ p mạ thườ ng sẽ có độ cứng lớ n hơ n lớ p mạ thông thườ ng. Trong tr ườ ng hợ p lớ p mạ

có hạt phân tán mềm như PTFE thì độ cứng lớ p mạ sẽ thấ p hơ n so vớ i lớ p mạ thông

thườ ng. Quá trình xử lý nhiệt làm tăng độ cứng của lớ p mạ hóa học compozit. Độ cứng lớ p

mạ thườ ng đạt giá tr ị lớ n nhất khi gia nhiệt ở 400 oC trong 1 giờ (Lớ p mạ NiP cũng có độ

cứng lớ n nhất khi gia nhiệt ở 400 oC trong 1 giờ ). Độ cứng của lớ p mạ thườ ng tăng khi

tăng hàm lượ ng hạt phân tán cứng trong màng. Tuy nhiên không phải lúc nào tăng hàm

lượ ng hạt phân tán cứng trong lớ p mạ sẽ làm tăng độ cứng của lớ p mạ [8, 88, 89]. Nguyên

nhân có thể khi có nhiều hạt phân tán trong lớ p mạ sẽ gây khuyết tật lớ p mạ. Độ cứng của

lớ p mạ có nhiều loại hạt phân tán thườ ng có giá tr ị nằm giữa giá tr ị độ cứng của các lớ p mạ

chỉ có một loại hạt phân tán [21, 32].

1.2.3.3 Khả năng chống mài mòn

Lớ p mạ hoá học compozit thườ ng có khả năng chống mài mòn cao hơ n so vớ i lớ p mạ

thông thườ ng, có thể tươ ng đươ ng hoặc cao hơ n lớ p mạ Cr. So vớ i lớ p mạ NiP thì lớ p mạ

NiP-Cr 3C2 có khả năng chống mài mòn cao hơ n từ 2-4 lần. Lớ p mạ NiP-TiC chống mài

mòn cao hơ n 1,6-6 lần. Lớ p mạ NiP-SiC chống mài mòn cao hơ n khoảng 4-6 lần, lớ p mạ

NiP-Kim cươ ng chống mài mòn cao hơ n khoảng 9 lần [20, 33].

1.2.3.4 H ệ số ma sát

Các lớ p mạ có kích thướ c hạt phân tán cỡ nano có hệ số ma sát thấ p. Hệ số ma sát của

lớ p mạ hoá học compozit có các hạt cứng thườ ng cao hơ n so vớ i lớ p mạ thông thườ ng.Lớ p mạ có các hạt có khả năng tự bôi tr ơ n như PTFE, BN, MoS2 có hệ số ma sát thấ p hơ n

so vớ i lớ p mạ thông thườ ng. Bảng 1.3 thống kê hệ số ma sát của lớ p mạ NiP compozit so

vớ i lớ p mạ thông thườ ng.







Bảng 1.3 So sánh hệ số ma sát của l ớ p mạ compozit so vớ i l ớ p mạ thông thườ ng

Lớ p mạ Tỷ số hệ số ma sát lớ p mạ thông thườ ng sovớ i lớ p mạ compozit

Tài liệu thamkhảo

NiP-PTFE 2,3-3 [16], [20]

NiP-BN 3 [59]

NiP-MoS2 2,2 [84]

NiP-nano

Cacbon2,1 [71]

NiP-nanoSiO2

1,46 [15]

NiP-SiC 0,68 [85]

NiP-Al2O3 0,63 [51]

1.2.3.5 Độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số như kích thướ c hạt phân tán, mật độ hạt,

sự phân bố của các hạt (các hạt có kích thướ c khác nhau), độ nhám của bề mặt vật mạ.

Những lớ p mạ có các hạt phân tán cứng thườ ng có độ nhám bề mặt cao hơ n so vớ i lớ p mạ

thông thườ ng [20, 33]. Độ nhám của lớ p mạ có thể đượ c điều chỉnh bằng cách bổ xung

thêm hạt phân tán có kích thướ c nhỏ vào dung dịch có hạt phân tán lớ n hoặc phủ lên lớ p

mạ compozit một lớ p mạ thông thườ ng. Độ nhám của một số lớ p mạ hoá học compozit so

vớ i lớ p mạ thông thườ ng đượ c liệt kê ở bảng 1.4.

Bảng 1.4 So sánh độ nhám l ớ p compozit và l ớ p mạ thông thườ ng

Lớ p mạ Tỷ số độ nhám lớ p mạ thông thườ ng so vớ ilớ p mạ compozit

Tài liệu thamkhảo

NiP-BN 1,25-1,5 [20], [44]

NiP-MoS2 1,25 [44]

NiP-PTFE 1,67 [44]

NiP-SiC 0,56 [44]

NiP-Al2O3 0,29 [51]







1.2.3.6 Khả năng chống ăn mòn c ủa l ớ p mạ

Khả năng chống ăn mòn của lớ p mạ hoá học compozit so vớ i lớ p mạ hoá học thông

thườ ng r ất khó so sánh do tính chất chống ăn mòn của lớ p mạ compozit có thể phụ thuộc

nhiều vào các thông số khi chế tạo như kích thướ c hạt phân tán, nồng độ hạt phân tán,

nhiệt độ xử lý lớ p mạ... Vì thế khi cùng nghiên cứu về một loại lớ p mạ hoá học compozit

nhưng các tác giả lại đưa ra những k ết luận khác nhau về tính chống ăn mòn của nó [5, 6,

17, 25, 30, 36, 86]. Nhìn chung để tăng cườ ng khả năng chống ăn mòn cho lớ p mạ NiP thì

lớ p mạ NiP nên gồm hai lớ p (lớ p trong là lớ p mạ thông thườ ng và lớ p ngoài là lớ p mạ

compozit) [33].







1.3 MẠ HÓA HỌC COMPOZIT NiP-PTFE và NiP-Al2O3

1.3.1 Mạ hoá học NiP-PTFE

1.3.1.1 Thành phần dung d ị ch mạ

Trong dung dịch mạ Ni2+ thườ ng có nồng độ 1-10 g/l, nhưng hay đượ c dùng nhất là 3-7

g/l. Chất khử thườ ng sử dụng là NaH2PO2. Nồng độ NaH2PO2 trong dung dịch thườ ng từ

5-50 g/l, nhưng hay dùng nhất trong dải 10-30 g/l. Kích thướ c hạt thườ ng đượ c sử dụng

nằm trong dải 0,1-10 µm đối vớ i các vật liệu hạt dạng sợ i thì chiều dài hạt thườ ng nằm

trong dải 1-20 µm. Hạt PTFE có kích thướ c nhỏ dễ đồng k ết tủa vào lớ p mạ hơ n so vớ i hạt

có kích thướ c lớ n. Trong những năm đầu của thế k ỷ 21, kích thướ c PTFE cỡ nano đã đượ c

sử dụng để nghiên cứu chế tạo lớ p mạ NiP-PTFE. Tuy nhiên không có những thay đổi nổi

bật khi sử dụng hạt có kích thướ c trong dải nano. Hàm lượ ng hạt PTFE trong dung dịchthườ ng dùng trong dải 0,5-30 g/l, nhưng hay dùng nhất trong dải 1-10 g/l. pH dung dịch

sử dụng thườ ng nằm trong dải 4-5 (trong dải pH này hàm lượ ng P trong lớ p mạ sẽ cao

đồng thờ i lớ p mạ sẽ gắn bám vớ i nền thép tốt hơ n, hạn chế đượ c NaH2PO3 k ết tủa). Hàm

lượ ng muối NaH2PO3 trong dung dịch đượ c khống chế < 300 g/l, nhưng đa phần khống

chế ở nồng độ < 200 g/l. Hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ thườ ng khống chế trong khoảng 1-30

% thể tích để đảm bảo sự phân bố hạt đượ c đồng đều. Chất hoạt động bề mặt dùng cho mạ

NiP-PTFE gồm có 4 nhóm:

- Các chất hoạt động anion.- Các chất hoạt động cation.

- Các chất hoạt động không ion.

- Các chất hoạt động lưỡ ng cực.

Trong các chất hoạt động trên thì chất hoạt động cation tăng cườ ng sự đồng k ết tủa

PTFE vào lớ p mạ tốt hơ n cả. Tài liệu [29] chỉ ra r ằng chất hoạt động cation liên k ết mạnh

vớ i hạt PTFE cho nên khi thêm một lượ ng chất hoạt động này vào dung dịch thì đa phần

chúng sẽ dính nhiều lên hạt PTFE và sẽ còn r ất ít số lượ ng của chúng trong dung dịch.

1.3.1.2 Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt ảnh hưở ng nhiều tớ i quá trình mạ. Hàm lượ ng hạt phân tán

trong lớ p mạ bị ảnh hưở ng bở i chủng loại và nồng độ chất hoạt động, sự k ết hợ p giữa chất

hoạt động.





mại)

tron

mạ t

hoạt

tr ườ

cứu

lượ n

độn

độn

PTF

K ếttron

đồn

và t ố

là là

số câ

diện

NiP-

+ C

-

ghiên cứ u

ột số tác

cho thấy k

lớ p mạ th

ăng lên và

động catio

g hợ p chỉ

ưa ra số l

g hạt PTF

không ion

tớ i hàm l

trong lớ p

ợ p sử dụn lớ p mạ v

nghiệ p đã

c độ đồng

1 p s AC

là hằng s

nồng độ hạn bằng của

tích chất h

ướ i đây là

PTFE:

ấ t hoạt độ

Chất hoạ

công nghệ

iả sử dụng

hi hàm lượ

ấ p. Khi nồ

đạt đến giá

n và khôn

sử dụng ch

iệu chứng

trong lớ p

và anion [

ợ ng hạt PT

mạ nhiều

g chất hoại mức độ

đưa ra côn

ế t t ủa hạt

1

11

R

R

K C

K C

, Cs là nồn

t phân tán

quá trình

ạt động hấ

công thức

g cation

động cati

ạ hóa học

chất hoạt

g chất hoạ

g độ DL2

tr ị bão hoà

ion sẽ ch

t hoạt độn

ỏ sự k ết h

mạ nhiều

5]. Tr ươ n

FE trong l

hơ n so vớ i

động caticao nhất [1

thức toán

ào l ớ p mạ

2

2

(1 p

p

K C

K C

g độ chất h

rong dung

hả và hấ p

phụ, θ3 p

cấu tạo của

n nhóm flu

ạo l ớ p phủ

2

ộng catio

t động thấ p

đạt đến giá

và hạt ph

o hàm lượ

không io

p chất ho

ơ n so vớ i

Lươ ng Di

p mạ cho

chất hoạt

n và khôn00]. Qua

học mô ph

như sau:

1 2

oạt động hấ

dịch, K 1 h

hụ hạt, θ1

ần diện tíc

một số ch

orocacbon:

ompozit Ni

DL2 (mộ

thì hạt PT

tr ị thích h

n tán đều [

g PTFE t

[38]. Jan

t động kh

r ườ ng hợ p

ệm khảo sá

hấy chất h

ộng khôn

ion sẽ tănghiên cứu

ỏng quan h

3)

p phụ lên

ng số hấ p p

phần diện t

h hạt hấ p p

t hoạt độn

hạt phân tá

chất hoạt

E bị tích t

p thì hàm

79]. Khi k

ong lớ p m

es R. Hen

ng ion và

sử dụng k

t ảnh hưở n

ạt động ca

ion và ch

g cườ ng htác giả Mi

ệ giữ a nồn

ạt, CR là n

hụ của ch

ích chất kh

ụ.

đã sử dụn

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ộng catio

ụ và hàm l

lượ ng hạt t

t hợ p sử d

ạ nhiều hơ

ry và nhó

cation sẽ t

t hợ p hai c

g của loại

tion tăng c

ất hoạt độn

m lượ ng hg Der Ger

độ chấ t h

(

ng độ chất

t khử, K 2 là

ử hấ p phụ,

g trong mạ

FE)

Chi ế n

thươ ng

ợ ng hạt

ong lớ p

ng chất

so vớ i

nghiên

ng hàm

hất hoạt

hất hoạt

ờ ng hạt

g anion.

ạt PTFE[53] và

ạt động

1.9)

khử, C p

là hằng

θ2 phần

hoá học





-

C

C

+ C

-

-

C

+ C

+ C

ghiên cứ u

hóm chất

hất hoạt độ

ất hoạt độ

Tallow là

ấ t hoạt độ

Chất hoạ

CF3(CF2

Nhóm

hất hoạt độ

ấ t hoạt độ

ấ t hoạt độ

công nghệ

hoạt động

ng cetyl tri

g cation T

nhóm hữu

g anion

động anio

nCOOH; C

hất hoạt độ

ng anion N

g không i

g l ưỡ ng c

ạ hóa học

ation chứa

ethyl am

llow trime

cơ chứa số

nhóm flu

F3(CF2)nS

ng anion a

tri đi(2-et

n

c

ạo l ớ p phủ

2

gốc amoni

onium bro

hyl amoni

lượ ng ngu

rocacbon:

3H trong

kyl sunfat

yl-hexyl)

ompozit Ni

:

mide

clorua

ên tử cacb

ó n có giá

:

Đođ

Octa

ulfosuccin

2,4,7,9

N-Oleyl

hạt phân tá

on từ 16 đế

r ị từ 4-18

exyl natri s

đecyl natri

te

etramethyl

betaine

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

n 18.

lfat

sulfat

-5-decyn-4,

FE)

Chi ế n

7-diol







1.3.1.3 Các y ếu t ố ảnh hưở ng t ớ i quá trình hình thành l ớ p mạ NiP-PTFE

Ảnh hưở ng của kích thướ c hạt: Qua nghiên cứu tác giả Kim [40] đã chỉ ra r ằng ở cùng

điều kiện mạ như nhau nhưng hạt PTFE có kích thướ c 8 µm khó đồng k ết tủa vào lớ p mạ

hơ n so vớ i hạt có kích thướ c 3 µm. Một số tài liệu chỉ ra r ằng ở tốc độ mạ 8-9 µm/h thì chỉ có hạt kích thướ c 1 µm hoặc nhỏ hơ n mớ i có thể đồng k ết tủa vào lớ p mạ [20].

Ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt PTFE trong dung dịch: Các tác giả Feng Xuesong [19],

Ming Der Ger [54] đã đưa ra công thức mô phỏng mối quan hệ giữa hàm l ượ ng hạt trong

dung d ịch và t ố c độ đồng k ế t t ủa hạt vào l ớ p mạ như sau:

V p = k[KC p/(1 + KC p)](1-θ) (1.10)

Trong đó V p là tốc độ đồng k ết tủa của hạt, C p là nồng độ hạt trong dung dịch, θ phần

diện tích bề mặt bị che phủ.

Ảnh hưở ng của nhiệt độ, pH: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ mạ tăng. Sự di chuyển của

hạt phân tán tăng qua đó xác xuất hạt tiế p cận tớ i bề mặt tăng và khả năng hạt bị bắt giữ

tăng. Nhưng khi tăng nhiệt độ cao quá cũng có ảnh hưở ng xấu tớ i sự đồng k ết tủa của hạt,

do ion hấ p phụ lên bề mặt hạt bị giảm cho nên giảm liên k ết hút giữa hạt và bề mặt mạ.

Ảnh hưở ng của khuấy tr ộn: Phươ ng thức khuấy cũng r ất quan tr ọng. Chúng ảnh hưở ng

tớ i tốc độ mạ, sự phân bố và hàm lượ ng của hạt trong lớ p mạ. Nishira và cộng sự chỉ ra

r ằng khuấy siêu âm làm cho dung dịch có hạt phân tán lở lửng tốt hơ n, hạt phân bố đượ c

đều hơ n so vớ i khuấy cơ học. Khuấy siêu âm có hiệu quả hơ n so vớ i sục khí [79]. Chu Tô

Phong chỉ ra r ằng dùng khuấy siêu âm thì hạt trong dung dịch sẽ phân tán tốt hơ n, hàm

lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ sẽ nhiều hơ n và phân bố đều hơ n so vớ i khuấy từ [83].







1.3.2 Mạ hoá học NiP-Al2O3

1.3.2.1 Thành phần dung d ị ch và hạt

Thành phần dung dịch thườ ng chứa 0,05-0,5 mol/l Ni2+, nhưng hay dùng trong dải

0,05-0,25 mol/l Ni

2+

. Nồng độ chất khử NaH2PO2 sử dụng thườ ng nằm trong dải 0,05-1mol/l nhưng hay dùng trong dải 0,1-0,5 mol/l. Nồng độ phức chất thườ ng nằm trong giải

0,05-1 mol/l nhưng hay dùng trong dải 0,1-0,5 mol/l. pH dung dịch có thể sử dụng trong

dải 4-8. Chất hoạt động bề mặt hay đượ c sử dụng trong dải 0,001-10 g/l nhưng thườ ng

dùng nhất trong dải 0,01-0,5 g/l và chất hoạt động bề mặt cation thườ ng đượ c dùng nhất.

Hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch đã sử dụng trong dải 0,1-500 g/l nhưng thườ ng dùng

trong dải 1-10 g/l. Nhiệt độ mạ có thể dùng trong dải 50-95 oC nhưng thườ ng dùng trong

dải 70-90 oC.

Kích thướ c hạt Al2O3 có thể dùng nằm trong dải 0,05-100 µm nhưng thườ ng dùngnhất trong dải 0,1-10 µm. Lớ p phủ NiP-Al2O3 vớ i cỡ hạt nano đã đượ c chế tạo từ những

năm 1971 [82], lớ p mạ có tính chất chống mài mòn và độ cứng cao hơ n so vớ i lớ p mạ có

Al2O3 cỡ hạt micro [22, 82, 90]. Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng lớ p mạ NiP-Al2O3

có hạt Al2O3 cỡ nano tr ướ c đây bị hạn chế do quá trình sản xuất hạt nano phức tạ p, sản

lượ ng thấ p, giá thành cao. Khi sử dụng hạt nano cũng phát sinh khó khăn như:

Hạt nano nhỏ nên dễ bị k ết tụ lại

Hạt nano có kích thướ c bé cho nên diện tích riêng bề mặt r ất lớ n (các hạt

nano có thể tăng diện tích bề mặt nhúng trong dung dịch mạ lên gấ p 800 lần sovớ i quá trình mạ thông thườ ng) cho nên dễ gây phân hủy dung dịch.

Vớ i sự phát triển của công nghệ, giờ đây hạt nano đã đượ c sản xuất vớ i quy mô lớ n

hơ n và hiện nay nghiên cứu lớ p mạ hóa học compozit vớ i xu hướ ng chủ yếu là dùng cỡ hạt

nano.

Cấu trúc hạt Al2O3 dùng trong mạ NiP-Al2O3 thườ ng gồm hai dạng thù hình α- Al2O3

và γ-Al2O3, dạng α- Al2O3 đượ c dùng phổ biến hơ n. K ết quả nghiên cứu cho thấy lớ p mạ

có hạt α-Al2O3 cho lớ p mạ có độ cứng cao hơ n, liên k ết hạt vớ i nền NiP tốt hơ n và khả

năng chống mài mòn, chống ăn mòn tốt hơ n so vớ i lớ p mạ sử dụng hạt γ-Al2O3 [101].

1.3.2.2 Các y ếu t ố ảnh hưở ng t ớ i quá trình mạ NiP-Al 2 O3

Ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch: ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt

Al2O3 trong dung dịch tớ i hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ như sau: khi tăng dần hàm

lượ ng Al2O3 trong dung dịch thì hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ tăng dần đến giá tr ị cực







đại r ồi giảm [68]. Tăng hàm lượ ng hạt trong dung dịch thì tốc độ mạ có xu hướ ng giảm

[46, 70, 96].

Ảnh hưở ng của chất hoạt động bề mặt: chất hoạt động cation làm tăng khả năng k ết tủa

hạt Al2O3 vào lớ p mạ nhiều hơ n so vớ i chất hoạt động anion [97]. K ết hợ p chất hoạt động

cation và không ion sẽ làm cho hạt phân tán tốt hơ n, khả năng chống mài mòn của lớ p mạ

tốt hơ n [93]. Sử dụng chất hoạt động bề mặt thì hạt sẽ phân tán tốt hơ n trong lớ p mạ [96].

Ảnh hưở ng của tốc độ khuấy: tăng tốc độ khuấy thì hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ tăng

lên, tốc độ mạ tăng dần đến giá tr ị cực đại r ồi giảm [46]. Khảo sát ảnh hưở ng của tốc độ

sục khí tớ i độ cứng lớ p mạ, độ xố p lớ p mạ cho thấy khi tăng dần tốc độ sục khí thì độ

cứng, độ xố p của lớ p mạ tăng đến giá tr ị cực đại r ồi giảm [48]. Khảo sát ảnh hưở ng của

khuấy siêu âm k ết quả khảo sát bằng siêu âm cho thấy tăng tần số siêu âm thì hàm lượ ng

hạt trong lớ p mạ giảm dần [12]. Khuấy từ cho tốc độ mạ thấ p hơ n nhưng hàm lượ ng hạtAl2O3 trong lớ p mạ cao hơ n so vớ i khuấy siêu âm [96]. Khuấy siêu âm sẽ phân tán hạt

đượ c tốt hơ n so vớ i sục khí và khuấy từ [94]. Độ xố p của lớ p mạ NiP-Al2O3 khuấy bằng

phươ ng pháp cơ học cao hơ n 2,5 lần so vớ i phươ ng pháp khuấy bằng siêu âm [98].

Ảnh hưở ng của nhiệt độ dung dịch tớ i tốc độ phản ứng và hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ:

một số tài liệu [46, 70] cho thấy khi tăng nhiệt độ thì tốc độ mạ NiP-Al2O3 tăng lên. Cụ thể

khi tiến hành ở nhiệt độ mạ 75 oC thì tốc độ mạ là 8,5 µm/h, khi tăng nhiệt độ lên 85 oC thì

tốc độ mà là 12,5 µm/h và khi tăng nhiệt độ lên 95 oC thì tốc độ mà là khoảng 15 µm/h.

Khi tăng dần nhiệt độ thì hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ tăng dần đạt đến giá tr ị cựcđại r ồi giảm. Cụ thể ở 85 oC thì hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ là 5,0 %, ở nhiệt độ

90 oC thì hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ là 5,7% nhưng khi thực hiện phản ứng ở nhiệt

độ 97 oC thì hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ lại là 5,0 %.

1.3.2.3 C ấu trúc và tính chất l ớ p mạ

Nhiều nghiên cứu [30, 68, 98] cho thấy hạt Al2O3 gần như không làm thay đổi cấu trúc

pha của lớ p mạ .Trong khi đó quá trình xử lý nhiệt làm thay đổi cấu trúc của nền NiP

nhưng không thấy có sự phản ứng giữa hạt Al2O3 và nền NiP. Nhóm nghiên cứu của

S. Alirezaei [66] và nhóm nghiên cứu của Song Yanping [70] khảo sát ảnh hưở ng của xử

lý nhiệt tớ i độ cứng lớ p mạ cho thấy khi tăng nhiệt độ xử lý thì độ cứng lớ p mạ tăng dần,

đạt giá tr ị cực đại r ồi giảm (điểm đạt giá tr ị cực đại thườ ng ở 400 oC). Ảnh hưở ng xử lý

nhiệt sau mạ tớ i khả năng chống mài mòn của lớ p mạ cũng có quy luật tươ ng tự như ảnh

hưở ng của xử lý nhiệt tớ i độ cứng lớ p mạ. Lớ p mạ thườ ng có khả năng chịu mài mòn tốt







nhất khi xử lý nhiệt ở 400 oC. Xử lý nhiệt sau mạ cũng làm thay đổi khả năng chống ăn

mòn của lớ p mạ. Jiang Shihang cùng các cộng sự [37] đã báo cáo r ằng lớ p mạ compozit

sau khi đượ c xử lý nhiệt ở 100 oC thì cho khả năng chống ăn mòn là tốt nhất. Trong khi đó

nhóm nghiên cứu của C. León [13] cho r ằng lớ p mạ không gia nhiệt thì có khả năng chống

ăn mòn tốt nhất, khi tăng nhiệt độ xử lý thì khả năng chống ăn mòn của lớ p mạ tăng.

Lớ p mạ NiP-Al2O3 có hàm lượ ng H2 khuếch tán nhiều hơ n so vớ i lớ p mạ NiP. Hàm

lượ ng H2 trong lớ p mạ NiP khoảng 1,74 ppm còn trong lớ p mạ NiP-Al2O3 là khoảng 2

ppm đối vớ i Al2O3 dạng đa hình và dạng cầu, có giá tr ị khoảng 5,61 ppm đối vớ i Al2O3

dạng sợ i. Quá trình xử lý nhiệt sẽ giảm hàm lượ ng H2 trong lớ p mạ, khi xử lý nhiệt lớ p mạ

NiP-Al2O3 vớ i hạt Al2O3 dạng cầu trong 1,5 h ở 190 oC thì hàm lượ ng H2 trong lớ p mạ

giảm từ 2,07 xuống 1,03 ppm [27].

Khả năng chống mài mòn của lớ p mạ NiP-Al2O3 r ất tốt. K ết quả nghiên cứu của ZhongHuaxiang [95] cho thấy khả năng chống mài mòn của lớ p mạ NiP-Al2O3 tốt hơ n so vớ i lớ p

mạ Cr và NiP. Nhóm tác giả Zhou Dong [93] cũng đưa ra số liệu chứng tỏ khả năng chịu

mài mòn của lớ p mạ NiP-Al2O3 tốt hơ n so vớ i lớ p mạ NiP. Hệ số ma sát lớ p mạ

NiP-nano Al2O3 có giá tr ị thấ p. Một số k ết quả nghiên cứu cho thấy giá tr ị hệ số ma sát của

lớ p mạ NiP-nano Al2O3 còn thấ p hơ n hệ số ma sát lớ p mạ NiP [61, 80].

Độ nhám của lớ p mạ NiP-nano Al2O3 có giá tr ị tươ ng tự như độ nhám của lớ p mạ NiP.

Sau quá trình mài mòn thì độ nhám lớ p mạ NiP-nano Al2O3 lại thấ p hơ n so vớ i lớ p mạ NiP

[47].

1.3.3 Lực tương tác tại bề mặt lớp mạ hoá học compozit

Để có thêm cơ sở giải thích sự phân tán của hạt trong dung dịch, sự thay đổi hàm

lượ ng của hạt trong lớ p mạ khi có các điều kiện mạ thay đổi luận văn đề cậ p một số lực

tươ ng tác bề mặt. Trong quá trình mạ khi các hạt phân tán, lớ p mạ tiế p cận gần nhau có

nhiều lực tươ ng tác bề mặt như: lực Van der Waals, lực lớ p điện tích kép, lực hút k ỵ nướ c,

lực đẩy hydrat, lực không gian ( steric force) và tr ọng lực… Nhưng trong các lực trên thì

lực Van der Waals, lực lớ p điện tích kép đượ c sử dụng để giải thích thành công nhiều k ếtquả thực nghiệm của dạng tươ ng tác này.

Lự c l ớ p đ iện tích kép: là loại lực hình thành khi các bề mặt có lớ p điện tích kép tiến

lại gần nhau. Lớ p điện tích kép gồm có hai lớ p, lớ p dày đặc phía trong (lớ p trong) và lớ p

khuếch tán phía ngoài (lớ p ngoài). Ở lớ p trong, các ion liên k ết mạnh vớ i bề mặt hạt và ở







lớ p ngoài (lớ p khuếch tán) các ion liên k ết vớ i bề mặt hạt yếu hơ n. Cấu tạo của lớ p điện

tích kép đượ c minh hoạ ở hình 1.9

Hình 1.9 C ấ u t ạo l ớ p đ iện tích kép [42],

1/k là chiề u dày l ớ p đ iện tích kép

Trên cơ sở cấu tạo lớ p điện tích kép, thiết bị đo thế Zeta đượ c chế tạo. Thế này đượ c

dùng để đánh giá sự tích điện của hạt, giải thích nhiều hiện tượ ng của hệ keo và trong đó

có hệ mạ hoá học compozit.

Nếu hai hạt giống nhau có bán kính r tích điện cùng dấu có giá tr ị thế Zeta như nhau

1 thì giữa chúng có lực đẩy và năng lượ ng đẩy đượ c tính như sau [57]:

20 1( ) 2 ln 1 kx

R r V x r e (1.11)

Nếu hạt phân tán và bề mặt mạ tích điện có thế Zeta1 ,

2 , thì giữa hạt và bề mặt mạ

có năng lượ ng tươ ng tác điện tích kép đượ c tính như sau [57]:

2 2 20 1 2 1 2

1( ) 2 ln ( ) ln(1 )

1

kxkx

R r kx

eV x r e

e

(1.12)

Trong đó r là hằng số điện môi của dung dịch, 0 là hằng số điện môi của chânkhông (8,854.10-12 C2 j-1m-1). x là khoảng cách gần nhất giữa hai hạt hoặc hạt vớ i mặt

phẳng. k là nghịch đảo của chiều dài Debye (Debye length), k có thể đượ c tính theo công

thức [57]:







2 2

0

ii

r B

e n z k

k T

(1.13)

e là điện tử nạ p (electron charge: 1,6.10-19 C), ni là nồng độ ion i trong dung dịch, zi

là hoá tr ị của ion i, k B là hằng số Boltzmann.

Khi thế Zeta của hạt lớ n thì lực đẩy t ĩ nh điện lớ p kép giữa các hạt lớ n, hạt khó có thể

k ết tụ đượ c và dung dịch ở tr ạng thái này có tr ạng thái ổn định. Quan hệ giữa thế Zeta của

hạt và tr ạng thái ổn định của dung dịch có thể như trình bày ở bảng 1.5 [91]:

Bảng 1.5 Quan hệ giữ a thế Zeta và sự ổ n định của dung d ịch

Thế Zeta (mV) Trạng thái ổn định của dung dịch

0 ÷ ± 5 Nhanh chóng bị k ết tụ

± 10 ÷ ± 30 Ổn định kém

± 30 ÷ ± 40 Ổn định ở mức độ trung bình

± 40 ÷ ± 60 Ổn định ở mức độ cao

> ± 61 Ổn định ở mức độ r ất cao

Để hạt phân tán tốt trong dung dịch thì đối vớ i các hạt polyme thế zeta của hạt cần lớ n

hơ n 18 mV, đối vớ i các hạt oxit thì thế zeta của hạt cần lớ n hơ n 40 mV [11].

Lự c Van der waals: năng lượ ng của lực hút này đượ c tính như sau [57]

VA(x) =.

12.

Ar

x nếu là tươ ng tác giữa hai hạt tròn (1.14)

.( )

6. A

A r V x

x nếu là tươ ng tác giữa hạt tròn và tấm phẳng (1.15)

A là hằng số Hamaker, r là bán kính hạt, x là khoảng cách gần nhất giữa hai hạt hoặc

hạt vớ i mặt phẳng. Phạm vi ảnh hưở ng của lực này có thể nằm trong khoảng 3 Å - 10 nm.

- Tổng hợ p năng lượ ng của l ự c đẩ y l ớ p đ iện tích kép và l ự c hút Van der Walls (thuyế t

DLVO):

( ) ( )T A RV V x V x (1.16)

Giá tr ị VT nếu âm thể hiện là năng lượ ng hút chiếm ưu thế, nếu có tr ị dươ ng thì năng

lượ ng đẩy chiếm ưu thế.





hợ p

mạn

xuất

khoả

tụ n

rào

tụ v

năng

hàng

tụ th

cho

hơ n

ghiên cứ u

ăng lượ ng

ã nghiên c

Hình. 1.1

rên hình 1.

, hàng rào

hiện điểm

ng cách 3

ưng sự k ết

ăng lượ ng

có sự ổn

lượ ng thấ

rào năng l

ì hàng rào

ác hạt khô

0 Bk T [74

công nghệ

tổng hợ p h

ứu cho thấ

T ổ ng hợ p(a) các bề m

(

(c) các hạt

(d)

(e) k

10 có 4 tr ư

năng lượ n

cực tiểu

m và xuất

tụ này yếu

vẫn còn ca

định hơ n n

, quá trìn

ợ ng r ất th

năng lượ ng

ng k ết tụ n

.

ạ hóa học

ai lực này

chúng có

ăng l ượ ng t

ặt đẩ y nhau

) Các hạt k

k ế t t ụ t ại đ i hàng rào n

ông có hàn

ờ ng hợ p tư

(Energy b

hứ hai (se

iện xa hơ

có thể dễ b

o, nếu hạt

hiều so vớ

k ết tụ xả

p hoặc là

cần có giá

au trong k

ạo l ớ p phủ

3

ó giá tr ị bi

ác quy luậ

ươ ng tác th

mạnh, các

t t ụ t ại đ iể mm secondar

ng l ượ ng <

rào năng l

ơ ng tác a,

arrier) thưcondary m

so vớ i hà

ị phân tán

ượ t qua đ

điểm cự

ra nhưng

hông có nê

tr ị lớ n hơ

hoảng thờ i

ompozit Ni

ến đổi theo

t như hình

o khoảng c

ạt nhỏ khôn

secondary

minimum,

0, k ế t t ụ nh

ợ ng, k ế t t ụ

, c, d, e. T

ng ở khoảinimum),

g rào năng

ằng sự kh

ợ c hàng rà

tiểu thứ h

tốc độ k ết

n tốc độ k ế

1,5 Bk T ,

gian dài th

hạt phân tá

khoảng cá

.10.

ch sử d ụng

ở tr ạng th

inimum,

t ố c độ k ế t t ụnh chóng,

nhanh chón

ườ ng hợ p

g cách 1-

iểm này t

lượ ng. Tại

ấy tr ộn. T

o năng lư

ai. Tr ườ ng

tụ chậm.

t tụ hạt r ất

thực nghiệ

ì hàng rào

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ch x, một s

thuyế t DLV

i k ế t t ụ ,

chậm,

a có lực đẩ

nm. Tr ườ ườ ng xuấ

điểm này

ườ ng hợ p

ng thì chú

hợ p c có

r ườ ng hợ p

hanh. Để

chứng tỏ

năng lượ ng

FE)

Chi ế n

ố tr ườ ng

[34]

bề mặt

g hợ p b

hiện ở

ạt bị k ết

ày hàng

g sẽ k ết

àng rào

d, e có

ránh k ết

r ằng để

cần lớ n





1.3.

dựn

nhiề-

tán

gian

độ c

dạng

-

mạ

đoạn

dịc

cư

có t

điệ

điệ

sẽ t

thờ i

này

-

tác g

m

m

hình

ghiên cứ u

Cơ chế

g trên th

iện nay, k

tác giả đưTheo nhó

i3 N4 vào l

giữ hạt trê

a hạt. Yếu

của hạt.

Theo tài li

oá học co

:

Giai đ oạn

, trong gia

ng độ khuấ

rong lớ p m

Giai đ oạn

vớ i nhau,

tích và đ

iế p xúc tr ự

gian nhất

àng ngắn t

Tác giả M

iả cho r ằng

Giai đoạ

Giai đoạ

ạ.

Giai đoạ

ạ và không

ình mô tả

1.12.

công nghệ

nh thàn

giới

hi nghiên

a ra nhiềutác giả K

p mạ phụ

bề mặt lớ

tố thứ hai

u tham kh

pozit NiP

1: phân t

i đoạn này

y sẽ ảnh h

ạ.

2: hạt và b

sự tươ ng t

lớ n của c

tiế p vớ i b

ịnh để quá

hì hạt bị bắ

ing-Der G

quá trình

1: hạt di c

2: hạt bị

3: hạt bị t

thể thoát r

cơ chế mạ

ạ hóa học

lớp mạ

ứu sâu về

iả thuyết k . Krishnav

huộc vào

p mạ. Yếu

bị chi phối

o [98] tác

Al2O3, tác

n hạt đều

phươ ng ph

ở ng tớ i hà

ề mặt sẽ tư

c phụ thuộ

úng ở mỗi

mặt mạ. C

trình hình

giữ càng

r, Bing Jo

ình thành l

huyển chủ

ao bọc m

ách bỏ lớ p

đượ c nữa.

oá học củ

ạo l ớ p phủ

36

hoá học

cơ chế hìn

hác nhau.ni và đồng

ai yếu tố l

tố thứ nhất

bở i cách t

giả Ngô kh

giả cho r ằ

trong dun

áp khuấy v

lượ ng hạ

ơ ng tác t ĩ n

c vào giá t

bề mặt. Hạ

ần một

thành lớ p

hiều.

Hwang [5

p mạ com

ếu do sự c

t đám mây

mây ion ba

Ming-De

ompozit Ni

ompozit

h thành lớ

ụ thể là:sự [41] th

tươ ng tác

bị chi phố

ức khuấy t

ánh Lợ i ng

g cơ chế h

g

à

t

ị

t

com

ạ sẽ bắt

5] nghiên

ozit chia l

ưỡ ng bức

ion sẽ đư

o quanh hạ

Ger, Bing

hạt phân tá

của một

mạ hoá h

sự đồng

hạt vớ i bề

i bở i nồng

r ộn và tốc

iên cứu c

ình thành l

ình 1.11 C

ozit của Ng

iữ các hạt

ứu hệ mạ

m 3 giai đ

c hấ p phụ

, sẽ bị “bắ

Joe Hwan

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ố tác giả

ọc compoz

ết tủa của

mặt lớ p m

ộ, kích th

ộ khuấy tr

chế hình t

p mạ gồm

chế mạ ho

Khánh Lợ i

phân tán, t

oá học Ni

ạn:

lỏng lẻo tạ

giữ” vào t

đượ c thể

FE)

Chi ế n

đã xây

it có r ất

ạt phân

và thờ i

ớ c, mật

ộn, hình

ành lớ p

hai giai

học

[98]

hờ i gian

-PTFE,

i bề mặt

ong lớ p

iện trên





-

r ằng

1.13.

ghiên cứ u

Heung-Kil

cơ chế qu

iai đoạn 1:

iai đoạn 2:

iai đoạn 3:

iai đoạn 4:

Hình 1.1

công nghệ

ình 1.12 Hì

Park và đ

trình mạ

phân tán h

hạt phân t

hạt phân t

hạt phân t

Hình mô t ả

ạ hóa học

nh mô t ả cơ

ng sự [23]

oá học ba

ạt

n dính chặ

n bị cố địn

n bị cố địn

cơ chế mạ

ạo l ớ p phủ

3

chế mạ hoá

ing Joe Hw

qua nghiê

o gồm 4 gi

vào bề mặ

h bở i kim l

h bở i lớ p

oá học com

ompozit Ni

học compoz

ang [55]

cứu hệ m

ai đoạn. M

t lớ p mạ

oại mạ hìn

ạ bị chôn l

ozit của H

hạt phân tá

it của Ming-

hoá học

ô tả cơ ch

thành liên

p.

ung-Kil Pa

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

Der Ger,

iP-Kim cư

thể hiện t

tục

k và đồng s

FE)

Chi ế n

ơ ng cho

ên hình

[23]





-

NiP-

tr ọn

hạt c

-

G

G

nướ

G

-

G

cơ h

G

sẽ h

trình

-

của

hình

ghiên cứ u

Theo tài li

SiC-PTFE

iai đoạn 1

.

iai đoạn 2

àng dễ bị c

iai đoạn 3:

ình 1.14

H

heo tài liệ

iai đoạn 1:

iai đoạn 2:

, sự hấ p ph

iai đoạn 3:

heo tài liệ

iai đoạn 1:

c, chúng

iai đoạn 2:

p phụ hoá

hình thành

Theo tài li

uglielmi

này thì cơ

công nghệ

ệu tham k

cho r ằng c

: lực hút gi

: lực hút t ĩ

ôn lấ p.

hạt bị chô

ô tả cơ chế

nh 1.14 Hì

u tham khả

Các hạt r ắn

Dướ i tác

ụ hoá học

Các hạt r ắn

u tham khả

Các hạt ph

ị hấ p phụ

Các hạt sẽ

học mạnh

lớ p mạ.

u tham kh

ể mô tả qu

chế mạ hoá

ạ hóa học

ảo [99] thì

chế hình t

ữa hạt và b

h điện của

lấ p.

mạ hoá họ

h mô t ả cơ

o [18] thì c

lơ lửng tiế

ụng của l

các hạt sẽ

hấ p phụ lê

o [28] thì c

ân tán tron

ật lý (các c

ách nướ c b

mẽ lên bề

o [4] thì t

á trình đồn

học đượ c c

ạo l ớ p phủ

3

tác giả Tr

ành lớ p m

ề mặt yếu,

hạt vớ i bề

c compozit

hế mạ hoá

chế mạ h

n tớ i tiế p c

c t ĩ nh điệ

hấ p phụ lê

n lớ p mạ đ

chế mạ h

dung dịc

hất trong d

ở i điện tr ư

ặt mạ, cá

c giả Gros

g k ết tủa h

hia làm hai

ompozit Ni

ơ ng Huệ

ạ bao gồm

ở giai đoạ

mặt mạnh

của Tr ươ n

ọc compozit

á học đượ

n bề mặt

, lực tươ n

n bề mặt m

ợ c chôn lấ

á học đượ

vận chuyể

ung dịch hấ

ờ ng ở lớ p

c hạt hấ p p

ean và đồ

t SiC vào

giai đoạn:

hạt phân tá

ua nghiên

giai đoạn.

này khuấ

ơ n, tốc độ

Huệ .

của Tr ươ n

chia làm 3

ạ

tác giữa

ạ.

p.

chia làm

n tớ i bề m

p phụ lên

elmholtz

hụ này sẽ

g nghiệ p

lớ p mạ hoá

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

cứu hệ mạ

đóng vai

mạ càng n

Huệ [99]

giai đoạn:

ác phân t

ai giai đoạ

t mạ bằng

ạt).

lớ p mạ gâ

ị chôn vùi

ã sử dụng

học NiP.

FE)

Chi ế n

hoá học

trò quan

hanh thì

, lực k ỵ

:

ác động

ra. Hạt

bở i quá

mô hình

heo mô







Giai đoạn 1: Hạt phân tán sẽ hấ p phụ yếu lên bề mặt mạ, hạt vẫn bị bao bọc bở i một lớ p

ion và dung môi (không biết chính xác tươ ng tác khi tiế p xúc giữa hạt và lớ p mạ, nhưng

nhận định r ằng chủ yếu xảy ra bở i tươ ng tác vật lý).

Giai đoạn 2: Hạt phân tán loại bỏ lớ p ion bám xung quanh và hấ p phụ mạnh lên bề mặt

mạ, điều này có phụ thuộc vào điện tr ườ ng tại bề mặt mạ. Hạt hấ p phụ mạnh lên bề mặt mạ

sẽ bị bao phủ bở i sự phát triển của lớ p mạ.







Nội dung chính có thể tóm tắt từ phần tổng quan như sau:

Lớ p mạ hóa học compozit đã đượ c nghiên cứu và sử dụng r ất lâu trên thế giớ i nhưng

ở Việt Nam r ất ít công trình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng. Đã có một số công trình giải

thích ảnh hưở ng của chất hoạt động tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ nhưng cáchgiải thích vẫn còn chưa rõ ràng. Đã có các công trình nghiên cứu ảnh hưở ng của tốc độ

phản ứng (khi khảo sát các thông số pH, nhiệt độ) tớ i hàm lượ ng hạt phân tán có trong

màng. Nhưng hầu hết các công trình này đều chú tr ọng vào các thông số pH và nhiệt độ

khi giải thích k ết quả của mình mà chưa khẳng định chắc chắn r ằng tốc độ phản ứng là một

yếu tố ảnh hưở ng tớ i hàm lượ ng hạt phân tán có trong màng. Cơ chế mạ hóa học tuy đượ c

nhiều các tác giả đưa ra nhưng các giai đoạn trong cơ chế vẫn chưa đượ c giải thích thỏa

đáng, còn thiếu các dẫn chứng khoa học để giải thích các giai đoạn.

Từ định hướ ng nghiên cứu của luận án và tổng quan về mạ hóa học compozit chúng tôi

quyết định nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án là:

1. Nghiên cứu pha chế tạo dung dịch mạ hóa học NiP bền vững, có cấu trúc hóa học

bán vô định hình hoặc vô định hình. Bám dính tốt vớ i nền sắt và chống ăn mòn tốt.

2. Giải thích ảnh hưở ng của chất hoạt động bề mặt tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong

lớ p mạ theo một hướ ng mớ i, khoa học.

3. Giải thích ảnh hưở ng của tốc độ phản ứng tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ

một cách rõ ràng.

4. Xây dựng cơ chế mạ hóa học compozit, các giai đoạn trong cơ chế sẽ đượ c chứng

minh bằng các công trình nghiên cứu cụ thể.







CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM

2.1. CHUẨN BỊ DUNG DỊCH VÀ MẪU

2.1.1 Mạ hoá học NiP

Dung dịch mạ Niken hóa học sử dụng trong luận án có thành phần và thông số mạ như

sau:

Clorua niken (NiCl2.6H2O) 20g/l

Hypophotphit natri (NaH2PO2.H2O) 10-36 g/l

Natri axetat (CH3COONa) 10g/l

Axit Suxinic (C4H6O4) 10g/l

pH 4-5

Nhiệt độ 80 - 90 oC

Thờ i gian mạ hóa học 2-15 h

pH của dung dịch đượ c điều chỉnh bằng dung dich NaOH 5%

Pha chế dung d ịch mạ: Các hóa chất Niken Clorua (Aldrich 99.8%) vớ i Natri Axetat

(Aldrich 98%) và Axit Suxinic (Aldrich 98%) đượ c hòa tan vớ i nhau. Dung dịch sau đó

đượ c gia nhiệt lên khoảng 40 oC và thêm Natri Hypophotphit đã pha riêng và gia nhiệt đến

nhiệt độ mạ. Định mức chuẩn bằng nướ c cất r ồi điều chỉnh pH dung dịch, kiểm tra pH

bằng máy đo pH. Cốc chứa dung dịch mạ đượ c đặt trên bế p khuấy từ, dung dịch luôn đượ c

khuấy và có gia nhiệt.

2.1.2 Chuẩn bị mẫu

Quy trình chuẩn bị mẫu đượ c mô tả chi tiết trên bảng 2.1 và 2.2.







Bảng 2.1 Quy trình mạ hóa học NiP trên nề n S ắ t

STTBướ c thự chiện

Thành phần dung dịch Chế độ

1Tẩy gỉ

HCl 1:1

(Dung dịch HCl đặc tr ộn vớ i nướ ctheo tỷ lệ thể tích 1:1)

Nhiệt độ phòng

Thờ i gian: đến hết gỉ

2 R ửa Nướ c cất

3Tẩy dầu mỡ

hoá học

NaOH: 10 – 20 g/l

Na2CO3: 20 – 30 g/l

Na3PO4.10H2O: 25 – 30 g/l

Thuỷ tinh lỏng: 5 – 10 g/l

Nhiệt độ: 70 – 90 oC

Thờ i gian: 5 – 10 phút


5 Tẩy nhẹ HCl: 10% Nhiệt độ phòng

Thờ i gian: 10 giây


7 Mạ Thành phần và chế độ mạ đã viết như

phần đầu 2.1.1


9 Sấy Nhiệt độ 120-130 oC

Thờ i gian 15 phút







Bảng 2.2 Quy trình mạ hóa học NiP trên nề n Đồng

STTBướ c thự chiện

Thành phần dung dịch Chế độ

1

Tẩy gỉ HCl 1:1 Nhiệt độ phòng

Thờ i gian: đến hết gỉ


3Tẩy dầu mỡ

hoá học

NaOH: 10 – 20 g/l

Na2CO3: 20 – 30 g/l

Na3PO4.10H2O: 25 – 30 g/l

Thuỷ tinh lỏng: 5 – 10 g/l

Nhiệt độ: 70 – 90 oC

Thờ i gian: 5 – 10 phút


5 Tẩy nhẹ HCl: 10% Nhiệt độ phòng



7 Nhạy hoáSnCl2.2H2O: 20g/l

HCl 37% : 50ml/l


Thờ i gian: 1phút

8 R ửa Nướ c cất Nhiệt độ phòng


9 Hoạt hoáPdCl2: 1g/l

HCl 37% : 200ml/l




11 Mạ Thành phần và chế độ mạ đã viết như

phần đầu 2.1.1


13 Sấy Nhiệt độ 120-130 oC

Thờ i gian 15 phút





2.1.

kíchCety

(SD

chất

đượ

thê

thuộ

quy

µm,

phư

AL

ghiên cứ u

Mạ hóa

Mạ hóa

ung dịch

thướ c hạtl Trimetyl

) (Aldrich

ệ phân tá

hoạt động

bổ sung c

Natri Hyp

vào yêu

rình mạ Ni

Mạ hóa h

ác hạt phâ

hàm lượ ng

ng pháp đ

Ảnh SE

ạt Al2O3

RICH (Mỹ

công nghệ

ọc comp

ọc NiP-P

ạ có thàn

,5 µm hoặAmoni Bro

Sigma 99.

PTFE đư

bề mặt và

ùng vớ i vớ

ophotphit.

ầu của phư

P.

ọc NiP-Al2

tán PTFE

hạt thay đ

đạc phân t

hạt Al2O3

ích thướ c

)

(a)

(c)

ạ hóa học

ozit NiP-

TFE

phần như

c 12 µm vmua (CTA

%).

c chuẩn bị

áy khuấy

i Natri Ax

iế p tục gi

ơ ng pháp

O3

đượ c thay

i từ 0-20 g

ích. Quy trì

, PTFE đ

15 µm của

ạo l ớ p phủ

44

TFE và N

đã nói ở t

i nồng độ ) hoặc C

tr ướ c tron

từ, thờ i gi

tat và Axi

nhiệt đến

o đạc phâ

thế bằng h

l. Thờ i gia

nh mạ giố

ợ c dùng t

hãng AL

ompozit Ni

iP-Al2O3

ên nhưng

dao động tất hoạt độ

g môi tr ườ

an phân tá

Suxinic,

90 oC r ồi t

tích. Quy

t Al2O3 có

n tiến hành

g như tron

ong thí n

OLA (CH

Hình 2.1

tán, PTFE

0.5 µm (b)

(b)

hạt phân tá

ó bổ sung

0 - 10 g/lg bề mặt

g nướ c cấ

hạt 8 h.

ia nhiệt đế

iến hành

trình mạ N

kích thướ c

mạ tùy th

bảng 2.1

hiệm

LB Đức),

nh SEM cá

ích thướ c 1

, hạt Al 2O3

15µm (c).

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

thêm các h

, và chất hođexyl na

t vớ i sự h

iken cloru

n khoảng

ạ, thờ i gia

iP-PTFE gi

thay đổi từ

ộc vào yêu

à 2.2

ạt PTFE c

hạt phân

µm (a) và

ích thướ c

FE)

Chi ế n

ạt PTFE

ạt độngri sulfat

tr ợ của

a sau đó

0oC và

mạ tùy

ống như

0,5 - 15

cầu của

ủa hãng







2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Các phương pháp điện hoá

Máy đo sử dụng thiết bị đo điện hóa IME6 – Zahner (CHLB Đức)

+ Phươ ng pháp đo tafel

Cơ sở của phươ ng pháp dựa trên phươ ng trình đườ ng cong phân cực tổng

i = iam [exp2,3( )i am

a

E E

- exp

2,3( )i am

c

E E

] (2.1)

Trong đóa

,c

là độ dốc của đườ ng cong phân cực anot khi kim loại Me bị ăn mòn,

độ dốc của đườ ng cong phân cực catot (hằng số tafel), Eam là điện thế ăn mòn, Ei là điện

thế áp lên hệ.

Khi i am E E E có giá tr ị dươ ng tươ ng đối lớ n (100-500 mV) thì

i = iam exp2,3( )i am

a

E E

(2.2)

Khii am E E E có giá tr ị âm tươ ng đối lớ n thì

i = iam exp2,3( )i am

c

E E

(2.3)

Từ hai phươ ng trình 2.2 và 2.3 ta vẽ đườ ng cong trong hệ toạ độ bán logarit E= f(ln|i|),

từ đồ thị cho ta xác định đượ c iam và Eam.

+ Phươ ng pháp đo Coulometric xác định chiều dày lớ p mạ

Phươ ng pháp đượ c sử dụng để đo chiều dày lớ p mạ NiP. Phươ ng pháp này cũng tươ ng

tự như phươ ng pháp Anodic Solution hay Electrochemical Stripping. Cơ sở phươ ng pháp

như sau: mẫu đo là lớ p mạ NiP bị hòa tan khi áp một dòng điện không đổi lên hệ đo. Trong

quá trình đo thì điện thế của lớ p mạ có sự thay đổi đột ngột. Thờ i điểm có điện thế thay đổi

đột ngột chính là thờ i điểm lớ p mạ đã bị hòa tan hết. Căn cứ vào thờ i gian hòa tan lớ p mạ

(thờ i gian tính từ thờ i điểm bắt đầu áp dòng không đổi vào hệ cho tớ i khi có xuất hiện điểm

nhảy thế đột ngột), mật độ dòng, diện tích bị hòa tan, hiệu suất dòng điện dùng cho quátrình hòa tan lớ p mạ, khối lượ ng riêng của lớ p mạ ta sẽ tính đượ c chiều dày lớ p mạ. Quá

trình tiến hành đo theo tiêu chuẩn ASTM B 504 – 90 và ASTM B 764 – 94. Diện tích mẫu

đo là 0,1 cm2. Mật độ dòng không đổi áp vào hệ là 100 mA/cm2. Dung dịch dùng trong hệ

đo có thành phần 30 g NH4 NO3 + 30 g NaSCN/l. Tốc độ khuấy dung dịch khoảng 1000







vòng/phút. Các mẫu đượ c tiến hành đo trên máy IME (CHLB Đức) của tr ườ ng đại học

Bách Khoa Hà Nội.

+ Phươ ng pháp đo thế mạch hở E-t

Đo điện thế mạch hở E-t là một phép đo đơ n giản. Thực hiện bằng cách nhúng mẫu cần

đo vào dung dịch ăn mòn sau đó đo điện thế ăn mòn của mẫu đo thay đổi theo thờ i gian.

Nếu điện thế ăn mòn của mẫu đo ổn định trong khoảng thờ i gian 1h thì có thể biết r ằng

mẫu đo có thể đo đượ c bằng phươ ng pháp Tafel.

+ Phươ ng pháp đo tổng trở điện hoá

Cơ sở của phươ ng pháp như sau: Hệ điện hoá đượ c mô phỏng như quá trình vật lý. Cụ

thể các quá trình điện hoá xảy ra đối vớ i lớ p mạ đượ c mô phỏng bằng mạch điện, mạch

xây dựng đượ c gọi là mạch tươ ng đươ ng. Trên mạch điện có các phần tử như điện tr ở , tụ

điện, cuộn cảm. Máy đo sẽ áp vào hệ đo một điện thế xoay chiều có biên độ nhỏ từ 5-50mV có tần số thay đổi trong phạm vi r ộng khoảng 0.001 - 100,000 Hz (Nếu áp vào điện thế

có biên độ lớ n thì có thể sẽ phá huỷ mẫu trong quá trình đo, nếu áp vào điện thế có biên độ

bé quá thì tín hiệu đáp ứng thu đượ c sẽ nhỏ và không rõ thậm chí máy có thể không đo

đượ c). K ết quả tín hiệu dòng phản hồi thu nhận, máy tính sẽ dựa vào điện thế áp vào hệ

đo và dòng điện phản hồi thu nhận sẽ tính toán và hiển thị k ết quả dướ i dạng phổ Nyquist

(phần ảo Z ” – phần thực Z ’) hay phổ Bode (log Z – log f ). Căn cứ vào mạch tươ ng

đươ ng máy tính sẽ tính toán giá tr ị các phần tử của mạch tươ ng đươ ng từ đó cho ta đánh

giá, ướ c lượ ng tính chất của hệ đo.

2.2.2 Phương pháp phân tích SEM, EDS và TEM

Cơ sở phươ ng pháp

Khi cho một chùm điện tử bắn vào mẫu đo, do sự tươ ng tác sẽ tạo ra các điện tử thứ

cấ p và phát xạ tia X... thườ ng căn cứ vào điện tử thứ cấ p đi ra sẽ cho biết hình dạng bề mặt

(phươ ng pháp SEM) còn căn cứ vào tia X thì sẽ cho ta biết thành phần và hàm lượ ng của

mẫu (phươ ng pháp đo EDS). Trong tr ườ ng hợ p mẫu đo mỏng (cỡ 100 nm) thì các electron

sẽ đi xuyên qua mẫu, các electron này sẽ cho biết cấu trúc của mẫu, đây là cơ sở của phươ ng pháp đo TEM. Quá trình bắn chùm điện tử electron vào mẫu thì có hai va chạm

chính xảy ra là va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi.

Va chạm đàn hồi thườ ng là va chạm của điện tử vớ i hạt nhân nguyên tử hoặc vớ i

những điện tử phía ngoài có cùng năng lượ ng vớ i điện tử bắn phá. Đặc tr ưng của va chạm

này là điện tử mất r ất ít năng lượ ng, chúng bật khỏi bề mặt vớ i năng lượ ng trên 50 eV.





cứng

Kim

136)

độ c

tại V

2.2.

bề

hiện

F gâ

góc

ghiên cứ u

. Các mẫu

cươ ng (M

. Căn cứ và

ng đượ c tí

rong đó F

rong đó d

ộ cứng tế

iện Khoa h

Đo góc

ơ sở của p

rong đó F

ặt của chấ

ở hình 2.2.

ẫu đượ c n

ra do sự t

hấm ướ t θ.

công nghệ

mạ đượ c đ

i đâm có

o lực áp lê

nh theo cô

HV = F/S

là lực áp lê

2sin(1S

à độ dài tr

vi của lớ p

ọc Vật liệu

hấm ướt

ươ ng phá

F = σ.l.co

là lực gây

lỏng, θ là

Hình 2.2

húng từ từ

hấm ướ t, gi

Để nghiên

ạ hóa học

độ cứng

ình tháp b

mũi đâm

g thức:

mũi đâm,

2

036 / 2)

ng bình đư

ạ đượ c đ

– Viện Kh

(phương

dựa trên p

(θ)

a do mẫu b

giá tr ị góc

Ả nh minh

ào trong c

á tr ị sức că

cứu khả n

ạo l ớ p phủ

4

V như sau

ốn mặt đề

à diện tích

S là diện tí

ờ ng chéo c

trên máy

a học và C

pháp Wil

ươ ng trìn

ị thấm ướ t,

thấm ướ t.

họa phươ

c dung dị

ng, chu vi

ng chống

ompozit Ni

: lớ p mạ đ

vớ i góc ở

của vết đâ

ch tạo bở i

a mũi đâ

o độ cứng

ông nghệ

elmy pla

:

l là chu vi

Ảnh minh

g pháp W

h, máy đo

hấm ướ t đ

ám dính c

hạt phân tá

ợ c đâm bở

đỉnh giữa

sẽ tính đ

ũi đâm.

hiển vi qu

iệt Nam.

e)

thấm ướ t,

oạ cơ sở

ilhelmy pl

ẽ loại tr ừ c

ợ c nhậ p v

a lớ p mạ c

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

i một mũi l

hai mặt đố

ợ c độ cứn

ng học B

là giá tr ị

hươ ng phá

te.

ác lực ngoạ

o máy từ đ

ompozit N

FE)

Chi ế n

àm bằng

i diện là

. Giá tr ị

(2.5)

(2.6)

EHLER

(2.7)

ức căng

p đo thể

i tr ừ lực

ó tính ra

P-PTFE







các mẫu mạ đượ c đem đi đo góc tiế p xúc. Các phép đo đượ c thực hiện trên Máy đo

Thermocahn của tr ườ ng đại học Bách Khoa Hà Nội.

2.2.6 Phương pháp đo khả năng chịu mài mòn

Quá trình mài mòn đượ c thực hiện trên máy đo. Máy đượ c k ết nối vớ i hệ điều khiển

máy tính. Khi đo, các thông số lực áp dụng lên mẫu, tốc độ quay của đá mài và quãng

đườ ng mẫu bị mài đượ c nhậ p lên máy tính. Quy trình đo mài mòn theo tiêu chuẩn ASTM

G99-95a, cụ thể tiến hành như sau:

Mẫu là các lớ p mạ đượ c phủ lên tr ục thép có đườ ng kính 4 mm, chiều dày lớ p mạ dự

kiến khoảng trên 50 µm. Tr ướ c khi kiểm tra mẫu đượ c làm sạch để tránh bám bụi, những

vật chất lạ và sau đó đượ c đem đi cân. Tiế p theo mẫu đượ c lắ p lên hệ thống đo, mẫu đượ c

lắ p vào hệ thống mài và đượ c điều chỉnh sao cho thẳng góc vớ i bề mặt đá mài. Lực áp lên

mẫu đo có giá tr ị 5 - 20 N. Tốc độ quay của đá mài lựa chọn 300 vòng/phút. Quãng đườ ng

mài mòn chọn 25 m. K ết thúc quá trình đo thì tiến hành làm sạch mẫu bị mài khỏi bụi, bột

mài r ồi tiến hành cân mẫu bị mài. Sự chênh lệch khối lượ ng mẫu tr ướ c và sau mài cho

phép đánh giá khả năng chống mài mòn của vật liệu. Mỗi phép đo đượ c lặ p lại thêm 2 lần.

Các mẫu đo thực hiện trên máy Tribotechnic của tr ườ ng đại học Bách Khoa Hà Nội.

2.2.7 Phương pháp đo thế Zeta

Cơ sở phươ ng pháp đo thế Zeta bề mặt phẳng: Quá trình đo đượ c minh hoạ ở hình 2.3.

Quá trình đo sẽ tác động một lực để làm cho chất lỏng chảy qua bề mặt mẫu đo. Khi áp vào

dòng chất lỏng một lực (tạo áp suất P1) chất lỏng sẽ chảy ra phía đối diện ở vùng có áp suất

thấ p hơ n (áp suất P2), quá trình chất lỏng chảy sẽ làm phân bố lại các ion trên bề mặt mẫu

đo. Khi có sự phân bố lại các ion thì sẽ làm thay đổi sự chênh lệch điện thế giữa điểm đầu

và điểm cuối của mẫu đo. Căn cứ vào sự chênh lệch áp suất ∆P = P1-P2, căn cứ vào chênh

lệch điện thế giữa điểm đầu và điểm cuối của mẫu đo, căn cứ vào hằng số điện môi, độ

nhớ t của dung dịch, độ dẫn điện của dung dịch máy sẽ tính ra đượ c giá tr ị thế Zeta. Quá

trình thực hiện phép đo trên máy Brookhaven-BI-EAK.





3.1

3.1.

nhiệ

nồn

biểu

tốc

khố

r ằng

tự p

hoạt

dun

thể h

ghiên cứ u

Nghiên

Ảnh hư

Tốc

hằm đánh

độ dung

độ NaH2P

diễn trên h

ết quả thu

ộ mạ cũng

g chế bằn

ở nồng độ

ân hủy du

động đượ c

Hà

ể khảo sát

dịch mạ v

iện trên hì

công nghệ

CH

ứu lớp

ng của c

độ mạ

giá một cá

ịch mạ tớ i

O2 10, 15,

ình 3.1.

Hình 3.1 Ả n

đượ c chỉ r

tăng theo.

cách thay

NaH2PO2

ng dịch mạ

nữa.

lượng P

ảnh hưở n

ớ i những n

h 3.2.

ạ hóa học

ƠNG 3

mạ nền

ác yếu tố

h chi tiết s

tốc độ mạ,

20, 25 g/l

h hưở ng củ

a r ằng khi

K ết quả kh

đổi các th

ao hơ n 20

, gây k ết t

trong lớ

của nồng

ồng độ Na

ạo l ớ p phủ

52

– KẾT

NiP

công ngh

ảnh hưở n

tác giả đã

nhiệt độ

nhiệt độ và

ăng một tr

ảo sát đưa

ng số của

g/l và nhiệ

a ồ ạt tro

mạ

độ NaH2P

2PO2 khá

ompozit Ni

QUẢ V

ệ tới tốc

g của nồng

thực hiện

80, 85, 90,

nồng độ Na

ong hai th

ra một gợ i

ể mạ. Tuy

độ cao hơ

g dung dịc

2 tớ i hàm

c nhau đư

hạt phân tá

THẢ

ộ và thà

độ chất ph

ha chế loạ

95oC. K ết

H 2 PO2 t ớ i t

ng số nhiệ

ý r ằng, tốc

nhiên, thự

95oC thì

h mạ, dun

ượ ng của

c nghiên c

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

LUẬN

h phần l

n ứng Na

t dung dịc

quả khảo

c độ mạ

t độ và nồ

độ mạ có

c tế quan s

dễ xảy ra

dịch do đ

trong lớ p

u và k ết q

FE)

Chi ế n

p mạ

2PO2 và

mạ vớ i

sát đượ c

g độ thì

hể đượ c

át chỉ ra

uá trình

ó không

mạ, các

uả đượ c







Hình 3.2 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t khử NaH 2 PO2 t ớ i hàm l ượ ng P trong l ớ p mạ

Trong hình 3.2, hàm lượ ng P có đượ c nhờ phân tích EDS, k ết quả cho thấy thành phần

của P trong lớ p mạ thay đổi không nhiều trong khoảng 10,5 đến 11,4 %, cụ thể giá tr ị tăng

dần từ 10,5 % qua điểm cực đại sau đó giảm cùng vớ i sự tăng nồng độ của chất khử

NaH2PO2. Hàm lượ ng P đạt cực đại tại nồng độ NaH2PO2 20 g/l. Theo phản ứng 1.3 thì tỷ

lệ khối lượ ng ion Niken/hypophotphit có giá tr ị là là 0,89. Tuy vậy, trong quá trình sử dụng

dung dịch mạ, hàm lượ ng NaH2PO2 phải đượ c cho vào vớ i lượ ng dư, nhằm tăng tốc phản

ứng (hình 3.1) và bù một phần vào sự tự phân hủy của NaH2PO2 bở i những tác nhân khác.

Chính sự tự phân hủy của chất này đã tạo ra P trong lớ p mạ. Tỷ lệ khối lượ ng

Niken/hypophotphit trong dung dịch nghiên cứu đạt giá tr ị tối ưu(về tốc độ) trong khoảng

0.22-0.53 [20].

3.1.2 Phân tích cấu trúc lớp mạ NiP

Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)

K ết quả phân tích bằng phươ ng pháp XRD đượ c thể hiện ở hình 3.3. Lớ p mạ đượ c mạ lên nền đồng để dễ quan sát tránh nhiễu của pic sắt.

10 15 20 25 10,4

10,6

10,8

11,0

11,2

11,4

P (%k.lg)

NaH2PO

2 (g/l)C







Hình 3.3 Giản đồ XRD của l ớ p mạ NiP;

a, b, c, d t ươ ng ứ ng vớ i hàm l ượ ng NaH 2 PO2 thay đổ i l ần l ượ t 10; 15; 20 và 25 g/l.

(NiP x có ký hiệu x thể hiện hàm l ượ ng P trong l ớ p mạ )

Khi hàm lượ ng chất khử tăng lên, cấu trúc lớ p mạ bị thay đổi điều này đượ c thể hiện ở

vùng pic Ni(111) (hình 3.3). Điều này có thể giải thích bở i khi hàm lượ ng chất khử tăng

lên, tốc độ phản ứng tăng lên đột ngột, tạo nên k ết tủa ồ ạt trên bề mặt mạ, khiến hàm

lượ ng P trong hợ p chất không đồng đều [20, 97].

Hiển vi điện tử quét (SEM)

K ết quả phân tích cho thấy hình thái bề mặt của các lớ p mạ thay đổi không nhiều theo

sự thay đổi của nồng độ chất khử. Lớ p mạ có hình thái bề mặt dạng các hạt cầu phân bố

đều trên bề mặt. Không thấy sự xuất hiện của các vết nứt hay lỗ xố p. Điều này có thể đưa

đến một nhận định khách quan r ằng lớ p mạ ít có khả năng bị ăn mòn lỗ hoặc khe. Đáng

chú ý là ở mẫu mạ số 3 vớ i nồng độ chất khử NaH2PO2 là 20g/l, hình thái bề mặt có sự

khác biệt, các hạt k ết tủa không cho kích thướ c đồng đều nhau.

35 40 45 50 55 60

0

500

1000

1500

2000

2500

NiP10,5

NiP11,1

NiP11,4

(a)

(b)

(c)

(d)Ni (200)

Cu (200)Ni* (111)

Ni (111)

I n t e n s i t y

2 Theta

Cu (111)

NiP10,9





X 8 0 0 0

X 4 0 0 0

X 8

0 0

Hình 3.4 Ả nh S

a

Nghiên cứ u cô

M a, b, c,d của

g nghệ mạ hóa

55

ác mẫ u mạ hoá

b

học t ạo l ớ p phủ

Hà

hoc NiP vớ i nồn

compozit Ni/hạ

M ạnh Chi ế n

độ của NaH 2 P

phân tán (Al 2O

2 trong dung d ị

c

, PTF

h là 1



NaH

K ết

nhữ

cũng

đượ

chứa

bở i

3.1.

mòn

mạ đ

B57

khỏi

thấy

ghiên cứ u

Hiể

ể nghiên

2PO2 20 g/

uả chụ p ảg vi hạt c

cho thấy,

giải thích

P, khiến c

hững vi hạ

Tính ch

Độ

ể đánh giá

cũng như

ượ c xác đị

-97). Quá

nền, do lớ

số lần bẻ đ

công nghệ

vi điện tử

ứu sâu hơ

l tiế p tục đ

h thể hiện

kích thướ

những vi h

là do quá t

ho tinh thể

t có kích th

Hình 3

t của lớp

ám dính

tính chất c

hả năng c

h bằng ph

trình kiểm

mạ không

ến gãy và

ạ hóa học

truyền qu

về cấu trú

ợ c sử dụn

trên hình 3

c r ất nhỏ,

ạt này k ết t

rình phát t

Ni không

ớ c r ất nhỏ

.5 Ả nh TEM

nồng độ N

mạ NiP

a lớ p mạ

ịu ăn mòn

ơ ng pháp

tra cho thấ

bong khỏi

ình ảnh m

Vùn

ạo l ớ p phủ

56

a (TEM)

lớ p mạ N

g để nghiê

.5 cho thấy

ế p sát nha

inh dướ i d

iển mầm ti

hể phát tri

.

phân tích c

aH 2 PO2 tro

iP, các thí

của lớ p mạ

ẻ gậ p 90o

y sau khi

nền thép n

u khi gãy.

Vùn ti

ô định hình

ompozit Ni

P, mẫu thí

cứu bằng

, trong mỗi

u và khôn

ng tinh th

nh thể, do

n, do đó c

u trúc l ớ p

g dung d ịch

nghiệm về

đã đượ c t

thực hiện

ẻ gậ p 4-5

n tiến hàn

Trong quá

h thể

hạt phân tá

nghiệm vớ

phươ ng p

hạt k ết tin

có biên h

và vô địn

có sự tồn t

ấu trúc lớ p

ạ NiP t ổ ng

là 20g/l.

độ bám dí

ực hiện. Đ

iểm tra the

ần không

bẻ gậ p đế

trình bẻ gậ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

nồng độ d

áp chụ p ả

lớ n là tậ pạt rõ ràng.

h hình, xế p

ại của các

mạ đượ c t

hợ p

h, độ bền,

ộ bám dính

o tiêu chuẩ

hấy lớ p m

gãy. Bản

p đến gãy,

FE)

Chi ế n

ng dịch

h TEM.

hợ p của

K ết quả

xen k ẽ,

ợ p chất

o thành

hịu mài

của lớ p

ASTM

bị tách

3.1 cho

quan sát





thấy

lại, t

thì l

vớ i

hơ n.

là 5

dun

độ c

10,

ghiên cứ u

ở lần bẻ gậ

ạo thành n

p mạ khôn

ền thép r ất

Bản

Mẫu [

1

2

3

4

Độ

ộ cứng lớ

g lực. K ết

dịch mạ đ

ng lớ p mạ

5g/l có gi

công nghệ

p thứ 4 -5,

ững nế p n

g bị biến d

tốt, vớ i hà

g 3.1 S ố l ần

aH2PO2]

10

15

20

25

ứng

mạ NiP đ

quả đo độ

ượ c thể hiệ

giảm xuố

tr ị độ cứ

ạ hóa học

lớ p mạ ở

ăn ở tiế p

ng cho đế

lượ ng P

bẻ g ậ p đế n

/l Số lần

1

9 –

11

11

ượ c đo the

cứng các

n trên hình

g. Các lớ p

g chênh l

ạo l ớ p phủ

5

ẫu có nồng

iểm vớ i gá

lúc bị bẻ

rong lớ p

ãy và ảnh c

ẻ gậ p

11

12

12

phươ ng p

ớ p mạ Ni

3.6, ta thấ

mạ trong

ch nhiều.

ompozit Ni

độ Natri h

giữ. Ở các

ãy, cho thấ

ạ cao hơ n

ụ p l ớ p mạ

háp HV v

có thay đ

y r ằng khi

ung dịch

Các lớ p m

hạt phân tá

pophotphi

nồng độ l

y độ bám d

hì độ bám

hi hàm l ượ

nh chụ p

i tải tr ọng

ổi thành p

ồng độ N

ó nồng độ

trong du

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

t là 10, 15

n hơ n, từ

ính của lớ p

dính của lớ

g P thay đổ

của mũi ki

ần NaH2P

H2PO2 tăn

Natri hypo

g dịch có

FE)

Chi ế n

g/l bị co

0, 25g/l

mạ NiP

p mạ tốt

i

cươ ng

2 trong

g lên thì

photphit

nồng độ





hyp

xuố

độ

lớ p

giá t

quét

3.7,

đượ

mạ t

độ d

NaC

theo

hình

khoả

trúc

định

NaH

tăng

ghiên cứ u

photphit l

g có thể d

aH2PO2 tro

ạ có cấu t

ị cao cỡ 4

H

Khả

ườ ng con

thế: - 300

ùng phươ tổng hợ p

ăng lên thì

òng ăn mò

l 3,5%. K ế

phân tích

cho nên

ng 20, 25

vô định hì

hình có th

2PO2 20, 2

khả năng c

công nghệ

n hơ n 20g

hàm lượ n

ng dung dị

úc vô định

0 HV.

nh 3.6 Ả nh

o sát độ

phân cực

+ 300

g pháp ng

trên bảng 3

độ bền ăn

nhỏ và gi

quả này c

trên thì hà

hả năng c

/l thì hàm

h cho nên

ành phần đ

g/l tốc đ

hống ăn m

ạ hóa học

/l thì sự c

g P tăng lê

ch là 20g/l

hình nên s

hưở ng của n

ền ăn m

của mẫu

V so vớ i đ

ại suy Taf

.2 và theo

òn của lớ

á tr ị này n

thể đượ c

m lượ ng P

ống ăn m

lượ ng P tr

khả năng

ồng nhất h

mạ hoá h

n.

ạo l ớ p phủ

5

ênh lệch

và hàm l

hì hàm lư

chống ăn

ồng độ Na

của l ớ p

n của lớ

ạ NiP đượ

ện thế ăn

l ta xác địk ết quả nà

p mạ hợ p

ỏ hơ n r ất

iải thích n

trong lớ p

òn chưa c

ng lớ p mạ

hống ăn

n so vớ i c

c thích hợ

ompozit Ni

ày là khô

ợ ng Ni giả

ng P trong

mòn tốt đồ

2 PO2 trong

mạ.

mạ NiP

đo trong

òn. Trên

h đượ c tốc

, khi nồng

im NiP cũ

hiều so v

ư sau: khi

ạ thấ p và l

o. Tiế p tụ

tăng lên d

òn của lớ

ấu trúc tin

đã tạo đư

hạt phân tá

g lớ n. Độ

m xuống.

lớ p mạ đã

g thờ i độ

ung d ịch đ

ung dịch

ơ sở số liệ

độ ăn mòn

độ NaH2P

g tăng lên

i tốc độ ă

ồng độ hy

ớ p mạ có c

c tăng nồn

ẫn đến lớ p

mạ tăng l

thể). Hơ n

ợ c lớ p mạ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

cứng lớ p

uy nhiên

đạt khoảng

ứng lớ p m

n độ cứ ng

aCl 3,5%,

đo đượ c t

và điện th

O2 trong d

, thể hiện b

mòn của

pophotphit

ấu trúc bán

g độ NaH2

mạ hầu nh

ên (Do cấu

thế nữa ở

kín sít đặc

FE)

Chi ế n

ạ giảm

ớ i nồng

11,4 %,

ạ vẫn có

khoảng

rên hình

ăn mòn

ng dịch

ằng mật

ắt trong

là 15g/l,

vô định

PO2 lên

ư là cấu

trúc vô

nồng độ

nên làm







(a) (b)

Hình 3.7 K ế t quả đ o đườ ng cong phân cự c l ớ p mạ NiP

a- Đườ ng cong phân cự c khi thay đổ i nồng độ NaH 2 PO2 b- Đườ ng cong phân cự c khi thay đổ i nhiệt độ

Bảng 3.2 Ả nh hưở ng nồng độ NaH 2 PO2 và nhiệt độ t ớ i E ăm , iăm

STT Điều kiện mạ Eăm

(mV)iăm

(μA/cm2)

1 Nhiệt độ

90 oC

Nồng độ NaH2PO2,

g/l

10 -1060 154,88

15 -856 8,92

20 -710 7,01

25 -693 6,98

2 NaH2PO2

20 g/l

Nhiệt độ, oC

80 -827 19,21

85 -754 10,5

90 -856 7,03

95 -683 9,52

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng của nhiệt độ dung dịch mạ cho thấy ở nhiệt độ 80, 85oC tốc độ ăn mòn lớ n, điều này có thể do tốc độ mạ chậm nên tạo ra các cấu trúc hạt lớ n

trong lớ p mạ nên làm giảm độ xít đặc của lớ p mạ. Khi nhiệt độ tăng lên 90 oC thì dòng ăn

mòn giảm đạt cực tiểu, k ết quả này đượ c giải thích bằng sự hình thành lớ p mạ có cấu trúc

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

-1,0 -0,9 -0,8-1,1-1,2-1,3 -0,7 -0,6

NaH2PO2 10 g/l

NaH2PO2 15 g/l

NaH2PO2 20 g/l

NaH2PO2 25 g/l

l o g ( i ) ,

A / c m

2

E(V)/SCE

-0,5-1,4

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

-1,0 -0,9 -0,8-1,1-1,2 -0,7 -0,6

l o g ( i ) ,

A / c m

2

E(V)/SCE

-0,5

80 C

o

o

85 Co

90 Co

95 Co

-0,4-1,3





sít c

khô

độ ă

dễ bị

Hìn

ghiên cứ u

ặt, điều n

g thấy xuấ

mòn lại t

đen, dung

3.8 Ả nh S

công nghệ

y đượ c th

hiện các l

ng, nguyê

dịch mạ dễ

EM mặt cắ t

ạ hóa học

y qua qua

hay khuy

nhân có t

bị phân hu

ngang l ớ p m

ạo l ớ p phủ

6

sát ảnh

t tật lớ p m

ể phản ứn

).

ạ NiP t ổ ng

đại 4000 l

ompozit Ni

EM mặt c

ạ. Tiế p tục

xảy ra nha

ợ p ở 90 oC

n.

hạt phân tá

t ngang l

tăng nhiệt

nh nên gây

và C Na2H2PO2

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

p mạ trên

ộ lên 95o

lỗi lớ p mạ

= 20 g/l ở

FE)

Chi ế n

hình 3.8

thì tốc

(lớ p mạ

ộ phóng







3.2 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/PTFE

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaH2PO2 tới hàm lượng hạt PTFE có

trong lớp mạ

Chế độ mạ đượ c thực hiện như bảng 3.3. Nồng độ chất khử khảo sát thay đổi từ 15 tớ i

30 g/l.

Bảng 3.3 Chế độ mạ thay đổ i theo nồng độ NaH 2 PO2 và t ố c độ phản ứ ng thu đượ c

Thông số bể mạ Tốc độ phản

ứ ng mạ

NiCl2.6H2O 20 g/l

Nồng độ

NaH2PO2 thay

đổi

15 g/l 2 µm/h

Natri axetat CH3COONa 10 g/l 20 g/l 4,1 µm/hAxit Sucxinic C4H6O4 10 g/l

pH 4-525 g/l 11,3 µm/h

Nhiệt độ 90 oC

PTFE 12 µm 2,0 g/l30 g/l 14,9 µm/h

CTAB 0,125 g/l

Mẫu mạ tổng hợ p ở nồng độ 15 g/l và 20 g/l NaH2PO2 đượ c thực hiện trong 4 giờ ;

mẫu mạ tổng hợ p ở nồng độ 25 g/l và 30 g/l NaH2PO2 đượ c thực hiện trong 1,5 giờ (thờ igian thực hiện ngắn hơ n để tránh dung dịch bị phân huỷ). Các lớ p mạ thu đượ c sau khi tiến

hành thay đổi nồng độ NaH2PO2 đượ c đem chụ p ảnh quang học bề mặt cắt ngang lớ p mạ

để xác định tốc độ mạ và thành phần hạt PTFE trong lớ p mạ. K ết quả chụ p mặt cắt ngang

của lớ p mạ đượ c thể hiện ở trên hình 3.9, k ết quả cho thấy tốc độ mạ khi có chất hoạt động

CTAB và hạt PTFE giảm so vớ i dung dịch mạ không có hai chất này. Điều này cũng trùng

hợ p vớ i các k ết quả nghiên cứu của một số tác giả khác [92, 100], nguyên nhân tốc độ mạ

giảm có thể do các hạt PTFE đã tranh chấ p vị trí vớ i các chất tham gia phản ứng mạ, còn

các chất hoạt động bề mặt thì bị hấ p phụ lên những điểm hoạt động trên bề mặt mạ, làmcản tr ở quá trình hình thành k ết tủa.





Hìn

ghiên cứ u

Hì

3.9 cho t

công nghệ

nh 3.9 M ặt

ấy khi nồ

ạ hóa học

ắ t ngang l ớ

g độ chất

ạo l ớ p phủ

62

mạ NiP-P

hử NaH2P

ompozit Ni

FE có nồn

O2 lớ n hơ

hạt phân tá

độ chấ t k

25 g/l lại

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

C NaH2P

v = 2 µ

C NaH2P

v = 4,1

C NaH2P

v = 11,

C NaH2P

v = 14,

ử thay đổ i

không có

FE)

Chi ế n

2 15g/l

m/h

2 20g/l

µm/h

2 25g/l

3 µm/h

2 30g/l

9 µm/h

ạt phân







tán trong lớ p mạ, trên bề mặt lớ p mạ cho thấy các vết lõm r ất rõ ràng, đây chính là những

vết hạt bị bong ra khỏi lớ p mạ. Phân tích thành phần các lớ p mạ bằng phươ ng pháp EDS

cho k ết quả như trong bảng 3.4. Từ k ết quả phân tích, hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ

đượ c tính dựa theo hàm lượ ng 3 nguyên tố F, P, Ni. Công thức tính như sau:

%khoiluong PTFE =

50% .

3850

% . % %38

khoiluongF

khoiluongF khoiluongP khoiluongNi

Bảng 3.4 K ế t quả phân tích EDS các l ớ p mạ NiP t ổ ng hợ p ở các nồng độ NaH 2 PO2 khác nhau

Mẫu NiP % khối

lượ ng F

% khối

lượ ng P

% khối

lượ ng Fe

% khối

lượ ng Ni

C NaH2PO2

15g/l 4,75 10,83 2,2 83,36

C NaH2PO2

20g/l 10,68 9,76 1,08 78,48

C NaH2PO2

25g/l 0,70 11,21 0,99 87,1

C NaH2PO2

30g/l 0,69 11,10 0,21 88,00

Từ k ết quả phân tích EDS cho thấy ảnh hưở ng của nồng độ chất khử NaH2PO2 tớ i

hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ đượ c mô tả như hình 3.10.

Hình 3.10 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t phản ứ ng NaH 2 PO2 t ớ i t ố c độ mạ và hàm l ượ ng hạt

PTFE trong l ớ p mạ







K ết quả trên hình 3.10 có thể đượ c giải thích như sau: khi tăng dần nồng độ chất khử

thì tốc độ hình thành lớ p mạ tăng dần, cho nên hạt bị bắt giữ nhanh chóng tại bề mặt nên

hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ tăng. Tiế p tục tăng nồng độ chất khử thì hàm lượ ng

hạt lại giảm. Có hai nguyên nhân, thứ nhất do tốc độ hình thành nền NiP tăng nhanh trong

khi đó tốc độ đồng k ết tủa của hạt tăng chậm cho nên làm giảm hàm lượ ng hạt trong lớ p

mạ. Nguyên nhân thứ hai (là nguyên nhân chính) khi mạ ở tốc độ cao thì tốc độ thoát khí

H2 xảy ra r ất mạnh đã ngăn cản tiế p cận hạt tớ i bề mặt mạ và đẩy bật hạt ra khỏi bề mặt

mạ. Như vậy có thể thấy r ằng tốc độ mạ có ảnh hưở ng tớ i quá trình đồng k ết tủa của hạt

phân tán.

Một điều trùng hợ p là các k ết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Zhang Shuyan [92]

khảo sát sự ảnh hưở ng của pH và nhiệt độ của dung dịch mạ hóa học tớ i tốc độ mạ hóa học

và hàm lượ ng hạt PTFE. Các k ết quả của nhóm nghiên cứu cũng cho thấy nếu tốc độ mạ tăng đến một giá tr ị nhất định thì hàm lượ ng hạt phân tán PTFE trong lớ p mạ sẽ giảm đi.

Tuy vậy nhóm nghiên cứu lại chú tr ọng vào các thông số là nhiệt độ và pH trong quá trình

giải thích k ết quả mà chưa chú tr ọng ảnh hưở ng của tốc độ mạ tớ i hàm lượ ng hạt PTFE có

trong lớ p mạ.

Từ thống kê sự ảnh hưở ng của tốc độ phản ứng (đượ c điều khiển bở i nhiệt độ, pH,

nồng độ chất khử) có thể thấy r ằng quy luật thay đổ i hàm l ượ ng hạt PTFE trong l ớ p mạ

khi thay đổ i t ố c độ phản ứ ng như sau: Khi tăng dần nồng độ chất phản ứng thì tốc độ hình

thành lớ p mạ tăng dần, cho nên hạt PTFE bị bắt giữ nhanh chóng tại bề mặt dẫn đến hàm

lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ tăng. Tiế p tục tăng tốc độ phản ứng thì hàm lượ ng hạt lại

giảm. Có hai nguyên nhân thứ nhất do tốc độ hình thành nền NiP tăng nhanh trong khi đó

tốc độ đồng k ết tủa của hạt tăng chậm hơ n, k ết quả làm giảm hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ.

Nguyên nhân thứ hai khi mạ ở tốc độ cao thì tốc độ thoát khí H2 xảy ra r ất mạnh (tốc độ

mạ tỷ lệ thuận vớ i tốc độ thoát khí H2 [2]) đã ngăn cản tiế p cận hạt tớ i bề mặt mạ và đẩy

bật hạt ra khỏi bề mặt mạ.

Quy luật ảnh hưở ng của tốc độ phản ứng tớ i hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ có

thể đượ c sử dụng để giải thích thành công k ết quả của nhóm nghiên cứu Lei Xiaorong và

Li Yongjun trong tài liệu tham khảo số [46].

Giải thích k ết quả của nhóm tác giả này như sau: khi pH tăng thì tốc độ phản ứng tăng.

Ở nhiệt độ 84 oC, tốc độ phản ứng chậm, khi tăng pH từ 4,1 đến 4,6 thì tốc độ mạ tăng dần

và do lớ p mạ hình thành nhanh nên bắt giữ đượ c các hạt phân tán trên bề mặt tốt hơ n.







Nhưng tiế p tục tăng pH lớ n hơ n 4,6 thì hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ lại giảm do tốc độ

phản ứng mạ quá cao nên thoát khí H2 ra nhiều đã đẩy hạt ra khỏi lớ p mạ (Vẫn có những

nguyên nhân khác làm giảm hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ nhưng thoát khí H2 là nguyên

nhân chính). Ở nhiệt độ 89 oC và 94 oC tăng pH làm giảm hàm lượ ng hạt phân tán trong

lớ p mạ, nguyên nhân là do ở nhiệt độ này tốc độ mạ khá cao và tăng pH lại làm tốc độ mạ

tăng cao hơ n nữa nên phát sinh càng nhiều khí H2 đã đẩy hạt ra khỏi bề mặt lớ p mạ. Ở

nhiệt độ 94 oC tăng pH hàm lượ ng hạt phân tán trong lớ p mạ giảm mạnh nhất do ở nhiệt độ

này có tốc độ mạ cao nhất (so vớ i nhiệt độ 84 oC và 89 oC).







3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch tới hàm lượng hạt

PTFE trong lớp mạ và khả năng chống bám dính của lớp mạ.

Ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt PTFE trong dung dịch tớ i hàm lượ ng hạt PTFE trong

lớ p mạ đượ c thể hiện trên bảng 3.5 và 3.6 (kiểm tra hàm lượ ng PTFE bằng phươ ng phápEDS).

Bảng 3.5 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt PTFE 12 µm trong dung d ịch t ớ i hàm l ượ ng hạt

PTFE trong l ớ p mạ và góc thấ m ướ t của l ớ p mạ.

Hàm lượ ng hạt PTFE

12 µm trong dung

dịch (g/l)

Hàm lượ ng hạt PTFE

trong lớ p mạ

(% khối lượ ng)

Góc thấm ướ t của

lớ p mạ, (o)

0,0 0,0 86,91

0,5 3,6 94,78

1,0 7,2 96,04

1,5 11,4 104,50

2,0 13,7 105,02

Bảng 3.6 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng hạt PTFE 0,5 µm trong dung d ịch t ớ i hàm l ượ ng hạt

PTFE trong l ớ p mạ và góc thấ m ướ t của l ớ p mạ.

Hàm lượ ng hạt

PTFE 0,5 µm trong

dung dịch (g/l)

Hàm lượ ng hạt

PTFE trong lớ p mạ

(% khối lượ ng)

Góc thấm ướ t của

lớ p mạ, (o)

0,0 0,0 86,91

0,5 2,4 87,43

1,0 4,0 100,21

1,5 4,9 103,52

2,0 5,7 106,30

K ết quả trên bảng 3.5 và 3.6 cho thấy khi hàm lượ ng PTFE trong dung dịch tăng thì

hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ tăng theo. Điều chú ý là khi tăng dần hàm lượ ng hạt

trong dung dịch thì lúc đầu hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ tăng nhanh sau đó có tăng nhưng







tăng chậm hơ n nhiều. Điều này có thể giải thích khi tăng dần hàm lượ ng hạt trong dung

dịch thì xác xuất hạt tiế p cận tớ i bề mặt lớ p mạ nhiều hơ n nên k ết quả hàm lượ ng hạt trong

lớ p mạ tăng. Tiế p tục tăng hàm lượ ng hạt trong dung dịch đạt đến một giá tr ị nhất định thì

hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ lại tăng chậm, nguyên nhân có thể do sự chà sát của các hạt

PTFE trong dung dịch vớ i các hạt PTFE đang nằm trên bề mặt lớ p mạ tăng nên làm hạt dễ

bị bong ra, mặt khác do bề mặt lớ p mạ đã có nhiều hạt PTFE nên các hạt PTFE đến sau sẽ

khó có thể bám đượ c trên các hạt đang nằm trên bề mặt mạ, một nguyên nhân khác nữa là

do thành phần lớ p nền NiP (có tác dụng cố định hạt) giảm đi cho nên khó giữ cố định đượ c

hạt PTFE để chôn lấ p.

Khi hàm lượ ng hạt PTFE trong dung dịch mạ tăng (hàm lượ ng PTFE trong lớ p mạ tăng)

thì khả năng chống bám dính của lớ p mạ tăng (góc thấm ướ t tăng). Nguyên nhân là trong

và trên bề mặt lớ p mạ có các hạt chống bám dính PTFE tăng. Điều này đượ c thể hiện ở hình 3.11. Sự phân bố hạt trong và trên lớ p mạ là tươ ng đối đều đã giúp cho lớ p mạ chống

bám dính tốt trên toàn bộ bề mặt.





H

h) hà

NiP-

mạ

hình

(

(

ghiên cứ u

ình 3.11 Ả n

m l ượ ng 2g

TFE 0,5 µ

iP-PTFE 12

ảnh phóng

(a)

(b)

c)

d)

công nghệ

h mặt cắ t n

l. (a là ảnh

, c là ảnh p

µm, f là ản

ại của g)

ạ hóa học

ang và bề m

ặt cắ t nga

hóng đại củ

chụ p bề m

ạo l ớ p phủ

6

ặt l ớ p mạ

g l ớ p mạ Ni

b, d là hìn

t l ớ p mạ Ni

ompozit Ni

iP-PTFE 0,

P-PTFE 0,5

ảnh phóng

-PTFE 12

(e)

(f)

(g)

(h)

hạt phân tá

µm (a, b,

µm, b là hì

đại của c. e

m, g là ảnh

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

, d) và 12 µ

h ảnh bề m

là mặt cắ t n

phóng đại c

FE)

Chi ế n

m(e, f, g,

t l ớ p mạ

gang l ớ p

ủa f, h là





3.2.

thướ

Hìn

dụn

PTF

g/l ).

đượ

đươ

k ết t

định

phân

hoạt

hoạt

vào

gồ g

lớ p

ghiên cứ u

Ảnh hư

ác thí ngh

c hạt 12µ

3.12a, b

các loại c

d ễ đồng

K ết quả c

phân bố t

Mặt cắ

o sánh hìn

g nhau. T

a vào nhi

qua k ết qu

tích thể hi

động CTA

động SDS

ề mặt lớ p

ề trên bề

ạ nhưng c

a) Lớ p m

công nghệ

ng của c

ệm đượ c ti

. Chất hoạ

ô tả ảnh

hất hoạt độ

ế t t ủa vào

ụ p bề mặt

t ở trong l

ngang:

3.12a và

y nhiên lớ

u hơ n so v

phân tích

ện trên hìn

B cho thấy

thì lớ p mạ

ạ (sử dụn

ặt. Một đi

ác hạt này

ạ S ử d ụng c

(a)

(b)

ạ hóa học

hất hoạt

ến hành vớ

động đượ

iển vi qua

ng SDS và

l ớ p mạ khi

cắt ngang

p mạ.

.12b cho t

mạ sử dụ

i lớ p mạ d

hàm lượ ng

3.13. Qua

lớ p mạ tư

lại tươ ng

chất hoạt

ều dễ nhận

hông bị k ế

Hình 3.12

ấ t hoạt độn

ạo l ớ p phủ

6

ộng bề

i hàm lượ n

sử dụng l

ng học mặ CTAB vớ

nồng độ

ho thấy tr

ấy tốc độ

g chất hoạ

ùng chất h

PTFE tron

n sát trên b

ơ ng đối bằ

ối gồ ghề.

động SDS)

thấy là trê

tụ.

ặt cắ t ngan

g SDS; b) l ớ

ompozit Ni

ặt tới qu

g PTFE tro

à CTAB h

cắt ngang

i hàm lượ n

TAB có gi

ng lớ p mạ

hát triển c

động CT

ạt động S

g lớ p mạ b

ề mặt cắt

g phẳng, t

Điều này

nhưng lại

n hình 3.1

g l ớ p mạ Ni

mạ sử d ụn

hạt phân tá

trình đồ

g dung dị

ặc SDS. T

của lớ pg khoảng

tr ị 34,3.1

có r ất nhi

a hai lớ p

B lại có n

S. Điều nà

ng phươ ng

gang của l

rong khi l

hứng tỏ cá

ị bật ra ch

b có r ất nh

-PTFE

g chấ t hoạt

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

g kết tủa

h đều là 2

hờ i gian m

ạ NiP-PT

4,3.10-5 m

-5 mol/l ha

u hạt PTF

ạ là gần n

iều hạt PT

y cũng đư

pháp EDS

p mạ sử d

p mạ sử d

c hạt PTF

nên gây r

iều hạt PT

ộng CTAB

FE)

Chi ế n

g/l, kích

ạ là 4 h.

E có sử

l/l ( H ạt

0,125

, chúng

ư tươ ng

E đồng

c khẳng

, k ết quả

ng chất

ng chất

đã tiến

các vết

E trong





tủa

khô

mạ

đượ

tron

nh

ghiên cứ u

a) L

ể có cơ sở

ào lớ p mạ

g bị k ết tụ

iP. Qua th

Thế Ze

ết quả đo

thể hiện ở

bảng 3.7.

Hình 3.1

u. a) H ạt P

công nghệ

Hìn

ớ p mạ sử d ụ

giải thích

tốt hơ n so

trong lớ p

ng số Zeta

a:

thế Zeta c

hình 3.14.

(a)

K ế t quả đ o

TFE trong d

ạ hóa học

3.13 Hàm

ng chấ t hoạ

ại sao chất

vớ i chất h

ạ, tác giả t

để xác địn

a hạt PTF

Giá tr ị đo

thế Zeta hạt

ung d ịch có

ch

ạo l ớ p phủ

7

ượ ng PTFE

động SDS;

hoạt động

oạt động S

iến hành đ

giá tr ị nă

trong du

hế Zeta củ

PTFE tron

chấ t hoạt độ

ấ t hoạt độn

ompozit Ni

trong l ớ p m

b) l ớ p mạ s

CTAB lại

DS và ngu

thế Zeta

g lượ ng tư

g dịch mạ

a lớ p mạ N

dung d ịch

ng CTAB; b

SDS.

hạt phân tá

ạ NiP-PTF

d ụng chấ t

ăng cườ ng

ên nhân n

của hạt ph

ơ ng tác tại

có chất h

iP và hạt P

(b)

ạ có các c

H ạt PTFE

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

oạt động C

hạt PTFE

ào khiến h

ân tán PTF

ề mặt.

ạt động k

TFE đượ c

ấ t hoạt độn

trong dung

FE)

Chi ế n

AB

ồng k ết

ạt PTFE

và lớ p

ác nhau

hống kê

khác

ịch có







Bảng 3.7 T ổ ng hợ p k ế t quả đ o thế Zeta của l ớ p mạ NiP và hạt PTFE

Lớ p mạ NiP và các hạt phân tán Thế Zeta trung bình (mV)

NiP trong dung dịch -11,25

NiP trong dung dịch có nồng độ SDS 34,3.10-5mol/l -12,04

NiP trong dung dịch có nồng độ CTAB 34,3.10-5mol/l - 6,50

Hạt PTFE trong dung dịch có nồng độ SDS 34,3.10-5mol/l - 24,35

Hạt PTFE trong dung dịch có nồng độ CTAB 34,3.10-5mol/l 25,68

K ết quả thu đượ c trên hình 3.12 có thể đượ c liên hệ giải thích thông qua tính toán địnhlượ ng năng lượ ng tươ ng tác tại bề mặt (năng l ượ ng của l ự c Van der Waals và l ự c t ươ ng

tác l ớ p kép ) công thứ c tính giá tr ị các năng l ượ ng này đ ã đề cậ p ở mục 1.3.3, giá tr ị năng

l ượ ng này sẽ đượ c tính toán như sau:

Tính toán năng lượng tương tác lớp mạ và hạt PTFE (trong dung dịch

mạ có hàm lượng CTAB 34,3.10-5 M)

2 1 1( ) ( )T CTAB A RV V x V x = 132.

6

A r

x +

2 2 21 0 11 22 11 22

12 ln ( )ln(1 )1

kxkx

r kxer ee

(3.1)

Trong đó

2T CTABV : Là tổng năng lượ ng của lực Van der Waals và lực tươ ng tác lớ p kép

1 ( ) AV x = 132.

6

A r

x Là năng lượ ng của lực Van der Waals

1 ( ) RV x =2 2 2

1 0 11 22 11 22

12 ln ( )ln(1 )

1

kxkx

r kx

er e

e

Là năng lượ ng của lực

tươ ng tác lớ p kép

132 : Là hằng số Hamaker tươ ng tác giữa hạt PTFE và bề mặt mạ

11 : Thế Zeta của hạt PTFE

22 : Thế Zeta của lớ p mạ







1r : Hằng số điện môi của dung dịch

Hằng số A (hằng số Hamaker) r ất ít biến động, thườ ng dao động trong khoảng 10-20 j

[74]. Giả thiết hằng số A của lớ p mạ NiP là A11 = 30.10-20 j (Hằng số A của kim loại

thườ ng dao động trong khoảng 25-40.10-20

j [34]). Hằng số A của PTFE là A22 = 3,8.10-20

j[34], hằng số A của nướ c là A33 = 3,7.10-20 j [34]. Nếu giả thiết hằng số A của dung dịch

mạ giống vớ i hằng số A của dung dịch nướ c thì hằng số A của hạt PTFE tươ ng tác vớ i lớ p

mạ là A132 có công thức tính như sau [34]:

A132 = ( 11 A - 33 A )( 22 A - 33 A ) = 0,09.10-20 j (3.2)

Bán kính r của hạt PTFE là r = 6.10-6(m)

Thế Zeta của hạt PTFE và lớ p mạ trong dung dịch mạ là 25,68.10-3 V và -6,50.10-3 V.

Hệ số k trong dung dịch mạ có chất hoạt động CTAB và SDS gần như bằng nhau (do

có cùng nồng độ ion các chất).

Thay các k ết quả thế Zeta vào phươ ng trình (3.1) ta có phươ ng trình sau:

2T CTABV = 132

6

A r

x +

12 6 2 2 21

13,14. .8,85.10 .6.10 . 2.6,50.25,68.ln (6,50 25,68 ).ln(1 )

1

kxkx

r kx

ee

e

=20 60, 09.10 .6.10

6. x

+

12 6 2 2 2 61

13,14. .8,85.10 .6.10 . 2.6,50.25,68.ln (6,50 25,68 ).ln(1 ) .10

1

kxkx

r kx

ee

e

(3.3)

Tính toán năng lượng tương tác lớp mạ và hạt PTFE (trong dung dịch

mạ có hàm lượng SDS 34,3.10-5 M)

2 2 2( ) ( )T SDS A RV V x V x = 13 2'

6

A r

x +

2 2 22 0 33 44 33 44

12 ln ( )ln(1 )

1

kxkx

r kx

er e

e

(3.4)

Trong đó

2T SDS V : Là tổng năng lượ ng của lực Van der Waals và lực tươ ng tác lớ p kép

2 ( ) AV x = 13 2'

6

A r

x : Là năng lượ ng của lực Van der Waals







2 ( ) RV x =

2 2 22 0 33 44 33 44

12 ln ( )ln(1 )

1

kxkx

r kx

er e

e

: Là năng lượ ng của lực

tươ ng tác lớ p kép

132' : Là hằng số Hamaker tươ ng tác giữa hạt PTFE và bề mặt mạ

33 : Thế Zeta của hạt PTFE

44 : Thế Zeta của lớ p mạ NiP

2r : Hằng số điện môi của dung dịch

Cách tính hằng số Hamaker cho sự tươ ng tác giữa hạt PTFE và lớ p mạ giống như trong

công thức tính 2T CTABV . Cụ thể như sau:

Giả thiết hằng số A của lớ p mạ NiP là A11 = 30.10-20 j (Hằng số A của kim loại thườ ng

dao động trong khoảng 25-40.10-20 j ), hằng số A của PTFE là A22 = 3,8.10-20 j, hằng số A

của nướ c là A33 = 3,7.10-20 j [34]. Nếu giả thiết hằng số A của dung dịch mạ giống vớ i

hằng số A của dung dịch nướ c thì hằng số A của hạt PTFE tươ ng tác vớ i lớ p mạ là A'132

có công thức tính như sau [34]:

A'132 = ( 11 - 33 A )( 22 A - 33 A ) = 0,09.10-20 j (3.5)

Như vậy hằng số này chính là hằng số A132 đã đượ c tính ở trên.

Hằng số điện môi của dung dịch mạ có chất hoạt động SDS giả thiết giống vớ i hằng số

điện môi của dung dịch mạ có chất hoạt động CTAB vì thành phần hai dung dịch mạ này

gần giống nhau. Như vậy 2r = 1r . Điện thế Zeta của hạt PTFE và lớ p mạ là -24,35.10-3 V

và -12,04.10-3 V. Thay số vào 3.4 ta có:

2T SDS V =20 60, 09.10 .6.10

6. x

+

12 6 2 2 2 61

13,14. .8,85.10 .6.10 2.12,04.24,35.ln (12,04 24,35 ).ln(1 ) .10

1

kxkx

r kx

ee

e

(3.6)

Tính toán năng lượng tương tác hạt PTFE và hạt PTFE (trong dung dịch

mạ có hàm lượng CTAB 34,3.10-5 M)

Năng lượ ng tươ ng tác giữa hạt PTFE và hạt PTFE trong dung dịch mạ sử dụng chất

hoạt động CTAB là:





S

khác

độn

(VT2

Còn

tiến

chất

âm c

hút t

thàn

hơ n.

T

thế.

tươ n

như

hình

PTF

Điều

vị tríPTF

phỏ

mạn

ghiên cứ u

sánh năn

nhau đượ c

là SDS t

SDS dươ ng)

khi sử dụn

ào bề mặt

hoạt động

ho nên khi

nh điện gi

lực đẩy t ĩ

Hình 3.16

Hình 3.16

ên hình 3.

ết quả tín

g tác hạt P

không bị k

trong quá

là đẩy tr

này giải t

lớ p mạ nh

phân tán

g trên hìn

hơ n lực h

công nghệ

lượ ng tươ

thể hiện tr

hì khi hạt

, hạt PTFE

g chất hoạt

mạ. Vì thế

anion (SD

hạt phân t

a hạt và lớ

h điện giữ

ô tả cơ c

ô t ả sự ảnh

15 cho thấ

toán đã t

FE và hạt

ết tụ, điều

trình đo t

ong khi đó

ích khi hạt

iều hơ n là

đều trên l

3.17. Còn

t giữa hạt

ạ hóa học

g tác giữa

n hình 3.1

PTFE tiế

sẽ bị hút

động là C

chất hoạt đ

). Như vậ

n tích điện

p mạ. Còn

a hạt và lớ p

ế này.

hưở ng của

hạt

tươ ng tác

ể hiện trên

PTFE lớ n

ày còn đư

ế Zeta. N

năng lươ n

PTFE tiến

vị trí các

p mạ, điều

trên hình

hân tán v

ạo l ớ p phủ

7

hạt PTFE

. Hình 3.1

gần vào

ào lớ p mạ

AB thì hạ

ộng cation

có thể thấ

dươ ng sẽ

gượ c lại đ

mạ nên hạ

hấ t hoạt độhân tán và

giữa hạt

hình 3.15

hơ n 20 k B

c khẳng đ

ư vậy năn

tươ ng tác

gần tớ i bề

ạt PTFE đnày đượ c

1.6a thì ng

i lớ p mạ, n

ompozit Ni

ớ i lớ p mạ

trên cho t

lớ p mạ c

khi nó vư

PTFE có

(CTAB) tă

y r ằng bản

ễ đồng k ết

i vớ i tr ườ

t phân tán

g cation và

l ớ p mạ

TFE vớ i h

ho thấy gi

cho nên

ịnh bằng q

g lượ ng tư

của hạt P

ặt mạ thì

ang bị cố đhấy rõ ở h

ợ c lại lực

ên hạt phân

hạt phân tá

hi sử dụn

ấy nếu sử

úng có x

t qua khoả

u hướ ng b

g cườ ng s

thân lớ p

tủa vào lớ

g hợ p hạt

ẽ khó đồn

anion lên q

ạt PTFE th

tr ị hàng rà

ạt PTFE t

an sát các

ơ ng tác củ

FE vớ i lớ

chúng có x

ịnh trên lớ ình 3.11; 3

hút giữa c

tán k ết tụ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

các chất h

dụng chất

hướ ng bị

ng cách 3

ị hút mạnh

k ết tủa h

ạ NiP dễ

mạ hơ n d

ích điện â

k ết tủa và

á trình đồn

ì lực đẩy c

o năng lượ

ong dung

hạt PTFE

hạt PTF

mạ NiP l

hướ ng đọ

mạ. K ết q

.12. Hoặc

c hạt phâ

ạnh.

FE)

Chi ế n

ạt động

hất hoạt

đẩy ra

10-10

m.

dần khi

n so vớ i

ích điện

o có lực

sẽ hình

lớ p mạ

k ế t t ủa

hiếm ưu

ng trong

ịch hầu

ua màn

vớ i hạt

i là hút.

ng ở các

ả là hạt

ượ c mô

tán lại





3.2.

lượ

tủa v

lượ n

cứu.

0,12

chất

ảnh

pháp

mạ t

lượ n

ghiên cứ u

Ảnh hư

g hạt PT

hư đã khả

ào lớ p mạ

g hạt PTF

Nồng độ

; 0,166; 0,

hoạt động

ạt PTFE t

phân tích

ì mật độ

g hạt PTFE

công nghệ

Hình

ng của n

FE có tro

o sát ở mụ

ơ n. Vì vậ

trong lớ p

hất hoạt đ

500 g/l. Hì

TAB tron

ên lớ p mạ,

DS). Hìn

ác hạt PT

trên lớ p m

ạ hóa học

3.17 Hình m

ồng độ c

g lớp mạ

3.2.3 cho

để nghiên

mạ, tác gi

ng bề mặt

nh ảnh bề

g dung dịc

các hạt PT

ảnh 3.18 c

E trong lớ

ạ là nhiều h

ạo l ớ p phủ

76

ô t ả hạt PT

ất hoạt đ

thấy chất

cứu ảnh h

đã lựa ch

CTAB tro

mặt một s

đượ c thể

E có màu

ho thấy kh

mạ cũng

ơ n cả.

ompozit Ni

E khi tiế n t

ộng CTA

oạt động C

ở ng của n

ọn nồng đ

g dung dị

lớ p mạ N

iện trên hì

đen thẫm (

thay đổi n

hay đổi và

hạt phân tá

i l ớ p mạ Ni

trong d

TAB làm

ng độ chất

CTAB là

h mạ đượ

P-PTFE k

h 3.18. K

ượ c khẳn

ồng độ CT

tại nồng đ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

P

ng dịch t

ho hạt dễ

hoạt động

đối tượ n

sử dụng l

i thay đổi

t quả cho t

định bằng

B trong d

ộ 0,125 g/l

FE)

Chi ế n

ới hàm

ồng k ết

ến hàm

nghiên

à 0,100;

nồng độ

ấy hình

phươ ng

ng dịch

thì hàm





Hìn

PT

hạt

độn

khuếCT

tồn t

chất

phân

PTF

a)

b

c)

ghiên cứ u

3.18 Ả nh

E; hình a,b,

hi nồng đ

TFE phân

bề mặt, c

ch tán của

B là 0,5g/l

ại của chú

hoạt động

tích có pic

ở lớ p mạ.

công nghệ

EM bề mặt

c t ươ ng ứ n

chất hoạt

tán trên lớ p

ác chất nà

hạt đến lớ ta thấy sự

g trong lớ

CTAB tro

Flo xuất h

ạ hóa học

ảnh bên trái

vớ i l ớ p mạ

ộng bề m

mạ. Điều

tậ p trung

mạ. Qua

iện diện h

mạ. K ết q

g dung dị

iện ở mức

30 µm30 µm30 µm30 µm30 µm

ạo l ớ p phủ

7

) và mặt cắ

ử d ụng chấ

t tăng lên,

ày có thể

quá nhiều

sát ảnh c

ạt PTFE tr

uả chụ p E

h thay đổ

ăng lượ ng

ompozit Ni

t ngang ( ản

t hoạt động

có thể thấy

iải thích là

trên bề m

ụ p mẫu m

ng lớ p mạ

S các lớ p

đượ c thể

khoảng 0,

hạt phân tá

bên phải) l

TAB 0,125

rõ sự sụt g

do khi tăn

ặt hạt phâ

ạ trong du

là r ất ít, g

mạ NiP-P

hiện trên h

keV điều

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

p mạ comp

0,166 và 0,

iảm của m

nồng độ

tán đã cả

g dịch có

n như khô

FE khi có

ình 3.19.

ày chứng

FE)

Chi ế n

zit NiP-

500 g/l.

t độ các

hất hoạt

n tr ở sự

nồng độ

g có sự

nồng độ

rên phổ

ỏ có hạt







(a) (b)

(c) (d)

(e)

Hình 3.19 Phổ EDS các l ớ p mạ NiP-PTFE có

nồng độ CTAB trong dung d ịch thay đổ i: (a)

CTAB 0,100 g/l; (b) CTAB 0,125 g/l; (c) CTAB

0,166 g/l; (d) CTAB 0,250 g/l; (e) CTAB 0,500

g/l.

Thành phần lớ p mạ xác định bằng phươ ng pháp EDS đượ c thể hiện ở bảng 3.8.

Bảng 3.8 Thành phần l ớ p mạ NiP- PTFE khi thay đổ i nồng độ CTAB trong dung d ịch

Mẫu NiP-PTFE

% Khốilượ ng C

% Khốilượ ng F

% Khốilượ ng P

% Khốilượ ng Fe

% Khốilượ ng Ni

Tổng

CTAB0,1 g/l

5,44 4,56 9,97 1,46 78,57 100

CTAB0,125 g/l

0 10,68 9,76 1,08 78,48 100

CTAB0,166 g/l

4,14 2,41 10,47 1,99 80,98 100

CTAB0,250 g/l

4,10 1,67 10,69 1,20 82,34 100

CTAB0,500 g/l

4,36 0,00 10,83 1,32 83,44 99,95*

* còn 0,05 % khối lượ ng là hàm lượ ng của oxi.

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

003

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

C K a

F K a P

K a

P K b

F e K a

F e K b

N i L a

N i K a

N i K b

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

004

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

F K a

P K a

P K b

F e L l

F e L a

F e

K e s c

F

e K a

F e

K b

N i L l

N i L a

N i K a

N i K b

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

002

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

C K a

F K a

P K a

P K b

F e K a

F e K b

N i L a

N i K a

N i K b

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

005

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

C K a

F K a

P K a

P K b

F e K a

F e K b

N i L a

N i K a

N i K b

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

003

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

C K a

O K a

P K a

P K b

F e L l

F e L a

F e K e s c

F e K a

F e K b

N i L l

N i L a

N i K a

N i K b







Quan hệ giữa hàm lượ ng chất hoạt động CTAB trong dung dịch và hàm lượ ng hạt PTFE

trong lớ p mạ (xác định bằng phươ ng pháp phân tích EDS dựa theo hàm lượ ng Flo trong

lớ p mạ) đượ c thể hiện trên hình 3.20.

Hình 3.20 Ả nh hưở ng của nồng độ chấ t hoạt động CTAB t ớ i hàm l ượ ng hạt PTFE trong l ớ p mạ

Trên hình 3.20 cho thấy khi tăng dần nồng độ chất hoạt động CTAB thì tại điểm hàm

lượ ng chất hoạt động CTAB trong dung dịch là 0,125 g/l hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p

mạ là lớ n nhất.

So sánh các k ết quả nghiên cứu của luận án vớ i một số k ết quả nghiên cứu của các tác

giả trên thế giớ i cho thấy k ết quả này không có sự khác biệt nhiều. Cụ thể là nhóm tác giả

Ming-Der Ger, Bing Joe Hwang đã khảo sát ảnh hưở ng của các chất hoạt động tớ i hàmlượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ cũng cho thấy có tồn tại một nồng độ chất hoạt động để cho

hàm lượ ng hạt PTFE đồng k ết tủa vào lớ p mạ là lớ n nhất [55]. Nhóm nghiên cứu Liu

Yichun [49] cũng khảo sát ảnh hưở ng của chất hoạt động FC4 tớ i sự k ết tủa của hạt PTFE

vào lớ p mạ. K ết quả của nhóm cũng chỉ ra r ằng chỉ có một nồng độ FC4 thích hợ p mớ i cho

hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ cực đại. Như vậy có thể thấy một quy luật đó là khi tăng

dần hàm lượ ng chất hoạt động thì hàm lượ ng hạt PTFE đồng k ết tủa vào lớ p mạ tăng dần

đến giá tr ị cực đại sau đó lại giảm.

Giải thích k ết quả ảnh hưở ng của chất hoạt động tớ i hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ

thì nhóm của Ming-Der Ger có đưa ra một số ý kiến như sau:

- Tốc độ hạt đồng k ết tủa hạt PTFE vào lớ p mạ đượ c tính theo công thức 1.9 (đã trình

bày trong phần tổng quan):

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0

2

4

6

8

10

12

14

P T F E ( % k . l g

)

CCTAB

(g/l)







211 2 3

1 2

(1 )1 1

p R p s

R p

K C K C V AC

K C K C

(1.9)

- Khi tăng dần chất hoạt động bề mặt thì chất hoạt động bề mặt sẽ hấ p phụ lên bề mặt

lớ p mạ sẽ tăng ( 2 tăng).

- Khi tăng thế Zeta của hạt PTFE thì hằng số K 2 tăng.

Cách giải thích của nhóm tác giả Ming-Der Ger đã dườ ng như bỏ qua lực đẩy bề mặt

do chất hoạt động gây ra. Thực tế đã chứng minh r ằng lực này là r ất lớ n và ảnh hưở ng r ất

nhiều trong quá trình tươ ng tác của hệ mạ này. Trong nhiều tr ườ ng hợ p khác chất hoạt

động đã tạo lực đẩy nên phân bố đều các hạt phân tán trong dung dịch. Cụ thể khi có chất

hoạt động đã tạo lực đẩy bề mặt, lực đẩy này đã đẩy những hạt PTFE co cụm liên k ết

thành những hạt PTFE riêng r ẽ và khó k ết tụ. Giải thích k ết quả của mình nhóm của Liu

Yichun cho r ằng khi tăng dần chất hoạt động thì các hạt PTFE sẽ phân tán đều dẫn đến

hàm lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ tăng. Tuy nhiên khi tăng quá nhiều chất hoạt động trong

dung dịch thì các điểm “ hoạt tính ” của lớ p mạ sẽ giảm và dẫn tớ i giảm hàm lượ ng hạt

PTFE trong lớ p mạ.

Để có cơ sở giải thích rõ hơ n ảnh hưở ng của nồng độ chất hoạt động CTAB tớ i hàm

lượ ng hạt PTFE trong lớ p mạ, Tác giả tiến hành đo thế Zeta của lớ p mạ NiP và hạt PTFE

khi thay đổi nồng độ chất hoạt động CTAB. K ết quả khảo sát thể hiện trên hình 3.21 cho

thấy khi tăng dần nồng độ chất hoạt động CTAB thì thế Zeta của lớ p mạ NiP tăng dần và

giá tr ị thay đổi từ -11,26 mV cho tớ i 43,12 mV. Thế Zeta của hạt PTFE tăng dần và tăng từ

16,14 mV đến 50,22 mV.





N

dịch

độn

0,10

tồn t

nhiê

hơ n

PTFcàng

tăng

che

PTF

dần.

CT

nướ đẩy

thấ p

ghiên cứ u

hư vậy có

tớ i hàm lư

CTAB thì

-0,125 g/l

ại lực hút t

khi tăng

0,125 g/l)

sẽ hình t tăng thì d

lực đẩy t ĩ n

hắn bở i ch

trong lớ p

ừ những đ

B khi tăng

khi chất n

giữa hạt P

và nồng độ

công nghệ

Hình 3.

hể giải thí

ợ ng hạt PT

thế Zeta c

thì hạt PT

ạo bở i lớ p

àm lượ ng

hì lớ p mạ

ành lực đn tớ i lực đ

điện). Hơ

ất hoạt độn

mạ cũng s

o đạc, k ết

nồng độ c

ày có nồng

FE và lớ p

lớ n như hì

ạ hóa học

1 Ả nh hưở

thế Zeta

h sự ảnh h

FE có tron

a hạt PTF

E và lớ p

iện tích ké

chất hoạt

à hạt PTF

y do tươ ny giữa hạt

n thế nữa k

g cho nên l

ẽ giảm. K

ợ p vớ i tài

ất này tron

độ 9,2x10-

mạ hóa h

h 3.22.

ạo l ớ p phủ

81

g của nồng

của l ớ p mạ

ưở ng của n

lớ p mạ n

và lớ p m

ạ tích điện

p do vậy h

ộng đến

sẽ tích đ

tác của lPTFE và b

hi sử dụng

àm tốc độ

t quả là hà

iệu tham k

g nướ c, k ết

4 mol/kg

c NiP khi

ompozit Ni

độ chấ t hoạ

iP và hạt P

ồng độ chấ

ư sau: khi

ạ tăng dần.

ngượ c dấu

ạt PTFE d

ột giá tr ị n

ện cùng dấ

p điện tíchề mặt mạ c

nhiều chất

ạ sẽ giả

m lượ ng h

hảo [39] trì

hợ p thông

2O [45], c

sử dụng c

hạt phân tá

động CTA

TFE.

t hoạt độn

tăng dần h

Nồng độ

nên giữa

đồng k ết t

hất định (

u, lúc này

kép. Nồnàng tăng (t

oạt động

, dẫn tớ i k

t PTFE tr

nh bày về

số tạo mix

thể đưa ra

ất hoạt độ

NiP

PTFE

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

t ớ i

CTAB tro

àm lượ ng

TAB tron

ạt PTFE v

a vào lớ p

ồng độ C

giữa lớ p

độ chất hế Zeta tăn

ề mặt thì l

ả năng bắt

ng lớ p mạ

ự thay đổi

en của CT

hình minh

g CTAB

FE)

Chi ế n

ng dung

hất hoạt

khoảng

lớ p mạ

mạ. Tuy

AB lớ n

ạ và hạt

ạt độngg sẽ làm

p mạ bị

giữ hạt

sẽ giảm

cấu trúc

B trong

họa lực

ớ i nồng





( ster

dụn

mạ

k ế t t

ghiên cứ u

ình 3.22

ình minh

ic repulsiv

ít chất ho

oá học Ni

a vào l ớ p

công nghệ

(a)

ình minh h

ọa 3.22 th

forces) và

t động. Hì

-PTFE, nế

ạ [29].

ạ hóa học

a l ự c đẩ y gi

về nồng

a)

b) Du

hiện khi

lực đẩy t ĩ

h ảnh góp

hạt PTF

ạo l ớ p phủ

82

ữ a hạt PTF

độ chấ t hoạt

ung d ịch m

g d ịch mạ c

ử dụng nhi

h điện gi

phần giải

bị phân t

ompozit Ni

và l ớ p mạ

động CTA

có ít chấ tó nhiề u chấ

ều chất ho

a hạt PTF

hích nguy

n quá ổ n

hạt phân tá

(b

hóa học NiP

oạt động

t hoạt động

t động thì

và lớ p m

n nhân tại

ịnh thì hạt

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

)

khi có sự k

lực đẩy kh

sẽ lớ n hơ

sao trong

này sẽ khô

FE)

Chi ế n

ác nhau

ng gian

n khi sử

uá trình

ng đồng





3.2.

3.2.

thờ i NiP,

trên

nhiề

ổn đ

định.

tươ n

mạ

độ ă

độ q

mòn

NiP-

ghiên cứ u

Nghiên

.1 Khả n

K ết quả

gian tiến h

NiP-PTFE

ình 3.23.

K ết quả

, đây có t

nh. Sau kh

Trong kh

g đối ổn đị

gày càng

mòn của

K ết quả

ét thế 2

khoảng 30

PTFE 2 g/l

công nghệ

ứu tính

ng chống

o E-t: Cá

nh đo tron

1 g/l, NiP

ình 3.23 Q

o cho thấ

ể là khoản

oảng thờ i g

ảng thờ i gi

nh. K ết qu

iảm, điều

ác lớ p mẫ

o Tafel: C

V/s, quét t

0 mV. Số l

, NiP-PTF

ạ hóa học

hất lớp

ăn mòn

mẫu đo đ

g khoảng 3

-PTFE 2 g

an hệ giữ a

tron

trong kh

thờ i gian

ian 30 phú

an nhúng 6

đo cho th

ày thể hiệ

đượ c đo q

ác mẫu đo

heo chiều t

iệu các k ết

5 g/l, Ni

ạo l ớ p phủ

83

ạ compo

ợ c tiến hà

00 phút. S

l, NiP-PT

iện thế các

dung d ịch

ảng thờ i g

dung dịch

nhúng mẫ

phút sau

ấy thờ i gia

đã có sự

a phươ ng

đượ c tiến

ừ âm sang

quả đo Ta

-PTFE 10

ompozit Ni

it NiP-PT

nh đo tron

liệu các k

E 5 g/l, N

l ớ p mạ và th

NaCl 3,5 %.

ian 30 phú

ắt đầu tươ

vào dung

hi nhúng

nhúng m

n mòn của

háp Tafel

ành đo tro

dươ ng dao

el của thép

g/l đượ c th

hạt phân tá

FE

dung dịc

ết quả đo

iP-PTFE 1

ờ i gian l ớ p

t đầu lớ p

ng tác vớ i

dịch thì th

ẫu thì điệ

u càng lâu

lớ p mạ bở

đượ c thể hi

g dung dị

động xun

, lớ p mạ N

ể hiện trên

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

muối NaC

-t của thép

g/l đượ c

ạ nhúng

ạ có thế

lớ p mạ nh

của các l

thế của cá

thì thế của

dung dịch

ện ở dướ i.

h NaCl 3,5

quanh điệ

P, NiP-PT

hình 3.24

FE)

Chi ế n

l 3,5 %,

, lớ p mạ

thể hiện

hay đổi

ng chưa

p mạ ổn

lớ p mạ

các lớ p

đo. Tốc

%. Tốc

n thế ăn

E 1 g/l,

à từ k ết





quả

3.9.

có x

nhất

tron

ghiên cứ u

o đườ ng c

ết quả cho

hướ ng gi

(0.297μA/

dung dịc

công nghệ

ong phân c

Hình

Bảng 3.

Mẫu v

lượ ng

0

1

2

5

10

thấy khi h

ảm theo.

m2). Điều

nên làm t

ạ hóa học

c đã tính t

.24 K ế t qu

hóa

9 K ế t quả tí

ớ i hàm

ạt PTFE

g/l

g/l

g/l

g/l

g/l

m lượ ng h

ẫu mạ Ni

này có thể

ng thành p

ạo l ớ p phủ

84

oán đượ c

đ o đườ ng c

học compoz

h dòng ăn

Điện th

mòn Eam

- 0.31

-0,34

-0,35

-0,37

-0,39

ạt phân tán

không có

giải thích l

hần hạt P

ompozit Ni

òng ăn mò

ong phân c

t NiP-PTFE

òn theo ph

ăn

(V)

D

ia

PTFE tăn

hạt phân t

à khi tăng

FE trong l

hạt phân tá

các mẫu

c các mẫ u

ơ ng pháp T

ng ăn mòn

(μA/cm

2

)

0.297

0,493

0,529

0,667

0,862

khả năng

n có giá tr

àm lượ ng

p mạ. Mặ

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ạ cụ thể n

ạ

afel

chống ăn

ị dòng ăn

hạt phân t

khác do t

FE)

Chi ế n

hư bảng

òn cũng

òn nhỏ

n PTFE

ơ ng tác







giữa các hạt PTFE và NiP không tốt, hạt PTFE có xu hướ ng dễ bị r ơ i trong quá trình ăn

mòn, gây giảm mạnh khả năng bảo vệ của màng. Chính vì vậy hàm lượ ng hạt PTFE tăng

sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn lớ p phủ.

3.2.5.2 Khả năng chống mài mònCác lớ p mạ dùng đo khả năng chống mài mòn có giá tr ị độ dày lớ n hơ n 60 µm. K ết quả

kiểm tra khả năng chống mài mòn của lớ p mạ đượ c thể hiện trên bảng 3.10 cho thấy lớ p

mạ NiP-PTFE có khả năng chống mài mòn cao hơ n so vớ i lớ p mạ NiP. Điều này có thể

giải thích là do các hạt PTFE có trong lớ p mạ làm tăng tính bôi tr ơ n khô cho lớ p mạ (một

số tác giả còn đo đạc sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình mài mòn cho thấy lớ p mạ NiP-

PTFE có sự tăng nhiệt độ thấ p hơ n so vớ i lớ p mạ NiP) nên làm giảm thể tích bị mài mòn

cho lớ p mạ. Lớ p mạ có hàm lượ ng PTFE khoảng 13,7 % khối lượ ng PTFE có khả năng

chống mài mòn tốt nhất.





Nghiên cứ u công nghệ mạ hóa học t ạo l ớ p phủ compozit Ni/hạt phân tán (Al 2O3 , PTF


Bảng 3.10 Ả nh hưở ng của hàm l ượ ng PTFE 12 µm trong l ớ p mạ t ớ i khả năng chố ng mài mòn

Lớ p mạ %Ni(kl.g) %P(kl.g) % PTFE(kl.g) 5 (a) 10 (a) 15 (a)

NiP 89,0 11,0 0 2,80(b) 3,59(c) 4,01(b) 5,26(c) 4,93(b) 6,32(c) 6,

NiP-PTFE

(1 g/l )85,1 11,3 3,6 2,32(b) 3,25(c) 3,34(b) 4,68(c) 4,07(b) 5,71(c) 5,

NiP-PTFE

(2 g/l )

82,1 10,6 7,2 2,13(b) 3,25(c) 3,08(b) 4,69(c) 3,74(b) 5,70(c) 4,

NiP-PTFE

(5 g/l )79,0 9,6 13,4 1,87(b) 3,24(c) 2,40(b) 4,16(c) 2,73(b) 4,73(c) 3,

NiP-PTFE

(10 g/l )76,7 9,5 13,7 1,66(b) 2,89(c) 2,01(b) 3,50(c) 2,34(b) 4,08(c) 2,

(a) Lực tì lên mẫu mạ (N)(b) Khối lượ ng lớ p mạ hao hụt (mg)(c) Thể tích lớ p mạ hao hụt (cm3.104)





3.3 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/Al2O3

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ hạt Al2O3 trong dung dịch tới hàm lượng P

trong nền NiP và hàm lượng hạt Al2O3 trong lớp mạ

Dung dịch mạ sử dụng vớ i chất phân tán Al2O3 có thành phần tươ ng tự như trong các

nghiên cứu vớ i hệ PTFE. Hạt Al2O3 đượ c sử dụng vớ i kích thướ c 15 µm. Hàm lượ ng hạt

Al2O3 trong lớ p mạ đượ c xác định bằng phươ ng pháp phân tích EDS, k ết quả phổ phân tích

đượ c thể hiện trên hình 3.25. Hình 3.25 biểu diễn phổ EDS các mẫu mạ NiP-Al2O3 vớ i

hàm lượ ng Al2O3 là 0, 10, 15, 20 g/l. Có thể thấy các tín hiệu của Ni, P, Fe, Al xuất hiện

trên phổ chứng tỏ đã hình thành compozit NiP-Al2O3. Sự hình thành lớ p mạ compozit

đượ c khẳng định thêm khi chụ p ảnh mặt cắt ngang lớ p mạ thể hiện ở hình 3.27. Thành

phần các nguyên tố trong lớ p mạ đượ c trình bày trong bảng 3.11.

(a)(b)

(c) (d)

Hình 3.25 Phổ EDS các mẫ u mạ compozit vớ i nồng độ Al 2O3 khác nhau

a) 0g/l Al 2O3 , b) 10 g/l Al 2O3 , c) 15 g/l Al 2O3 , d) 20 g/l Al 2O3







Bảng 3.11 K ế t quả phân tích EDS các l ớ p mạ NiP-Al 2O3 có hàm l ượ ng Al 2O3 trong dung

d ịch thay đổ i

Mẫu NiP-Al2O3

% Khốilượ ng O

% Khốilượ ng Al

% Khốilượ ng P

% Khốilượ ng Ni

Tổng

Al2O3 0 g/l 0,05 0,00 11,72 88,23 100Al2O3 10 g/l 4,75 4,14 10,03 81,08 100Al2O3 15 g/l 4,77 4,87 9,51 80,85 100

Al2O3 20 g/l 4,68 4,75 9,17 81,40 100

Vì hàm lượ ng oxi khi phân tích lớ p mạ không thể dùng để tính hàm lượ ng Al2O3

trong lớ p mạ vì oxi bị nhiễm từ nhiều nguồn, có thể nhiễm từ tạ p chất hữu cơ , có thể hình

thành các oxit do mẫu mạ đượ c sấy khô sau khi mạ. Do vậy để tính hàm lượ ng Al2O3 trong

lớ p mạ, tài liệu này căn cứ vào hàm lượ ng các nguyên tố là Al, Ni, P.

Hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ đượ c tính theo công thức:

% khoiluongAl2O3 =

102% .

54102

% . % %54

khoiluongAl

khoiluongAl khoiluongNi khoiluongP

Ảnh hưở ng của hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch tớ i hàm lượ ng P trong nền NiP

và hàm lượ ng hạt Al2O3 trong lớ p mạ đượ c thể hiện ở hình 3.26. K ết quả cho thấy khi tăng

dần hàm lượ ng Al2O3 trong dung dịch thì thành phần P trong lớ p nền NiP có xu hướ ng

giảm nhẹ. K ết quả này có thể giải thích là do khi có mặt hạt Al2O3 đã làm giảm bề mặt xúctác phản ứng sinh ra P (phản ứng 3.8), hoặc do hạt Al2O3 đã hấ p phụ H2PO2

- trong dung

dịch [8].

(H2PO2)- + H (bề mặt xúc tác) → P + H2O + OH- (3.8)

Hàm lượ ng Al2O3 trong lớ p mạ tăng khi hàm lượ ng Al2O3 trong dung dịch tăng và đạt

giá tr ị lớ n nhất 9.24 % (theo khối lượ ng). Khi tiế p tục tăng nồng độ Al2O3 trong dung dịch

quá 15g/l, thành phần có xu hướ ng đạt giá tr ị bão hoà ổn định.





ghiên cứ u

Hình 3.26

Hì

công nghệ

(a)

Ả nh hưở ng

l ớ p

h 3.27 M ặt

ạ hóa học

ủa nồng độ

ạ. (a) hàm

cắ t ngang l

ạo l ớ p phủ

8

Al 2O3 trong

l ượ ng P; (b)

p mạ NiP-A

ompozit Ni

dung d ịch t

hàm l ượ ng

l 2O3 có hàm

hạt phân tá

(b)

i hàm l ượ n

Al 2O3 .

l ượ ng Al 2O

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

P và Al 2O3

3 10 g/l

FE)

Chi ế n

trong





3.3.

mạ

Al2

tiến

độ k

(chế

Hìn

3.28

150

mặt

giờ .

đượ

cắt n

ràng

khoả

mạ

ghiên cứ u

Ảnh hư

ác chế độ

3. Nhằm n

ành mạ N

uấy khác

độ chảy qu

(

h 3.28 Hình

(b) t

ình 3.28a

là lớ p mạ

vòng/phút

cắt ngang l

K ết quả c

khẳng địn

gang lớ p

sự tồn tại

ng 1,5 keV

hiều hơ n,

công nghệ

ng của

thủy động

hiên cứu ả

iP compozi

nhau, tốc đ

á độ). Ảnh

)

ảnh bề mặt

(

c độ khuấ y(c

là lớ p mạ

đượ c tổn

, 1 giờ sau

ớ p mạ tổn

ụ p mặt cắt

h thêm bằ

ạ ở hình 3

của hạt A

. Có thể th

hạt Al2O3

ạ hóa học

hế độ dò

thực tế tác

nh hưở ng

sử dụng h

ộ khuấy 75

mặt cắt nga

cắ t ngang l ớ d ịch 2 g/l

) t ố c độ kh

1500 vòng/p

t ố c độ khu

ượ c tổng

hợ p ở hai

tốc độ khu

hợ p ở tốc

ngang của

g phươ ng

.28a đượ c

l2O3 có tro

ấy ở tốc độ

phân bố t

ạo l ớ p phủ

9

ng chảy

động một

ủa chế độ

ạt Al2O3 kí

0 vòng/ph

ng các lớ p

(b

p mạ NiP-A có t ố c độ k

ấ y 750 vòn

hút trong 1

y 1500 vòn

ợ p ở tốc đ

chế độ kh

y dung dị

độ khuấy

lớ p mạ c

háp phân

hể hiện trê

g lớ p mạ,

khuấy 750

ong lớ p

ompozit Ni

ới sự ph

ách đáng

dòng chảy

ch thướ c 0,

t (chế độ

mạ thể hiệ

)

2O3 0,5 µmuấ y thay đổ

/phút trong

iờ và 750

g/phút tron

ộ khuấy 75

ấy, 1 giờ

h là 750 v

1500 vòng/

mpozit đã

ích EDS.

n hình 3.2

pic nhôm

vòng/phút

ạ tươ ng đ

hạt phân tá

ân bố hạ

ể đến sự p

ến sự đồn

5 µm hàm

hảy dòng)

trên hình

hàm l ượ ngi.

2 giờ òng/phút tr

2 giờ

0 vòng/ph

ầu tốc độ

ng/phút.

phút trong

có những

ụ thể phổ

a, cho thấ

xuất hiện

thì hạt Al2

ối đều, ở

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

Al2O3 tr

hân tán củ

k ết tủa, t

lượ ng 2 g/l

và 1500 v

.28.

c)

ạt Al 2O3 tro

ng 1 giờ

t trong 2 g

khuấy dun

ình 3.28c l

khoảng th

ạt Al2O3,

phân tích

có sự xuấ

ở mức năn

O3 đi vào t

ốc độ khu

FE)

Chi ế n

ng lớp

các hạt

c giả đã

, vớ i tốc

ng/phút

ng dung

iờ . Hình

dịch là

à ảnh bề

i gian 2

iều này

DS mặt

hiện rõ

g lượ ng

ong lớ p

ấy 1500





vòn

trên

dịch

hướ

mạ.

µm

thẳn

Hì

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

C o u n t s

ghiên cứ u

/phút có th

hình 3.29b

chuyển độ

g làm gia t

Hìn

iến hành t

àm lượ ng

đứng. K ế

h 3.30 Ả nh

0.00 1.00 2.00

001

C K a O K a

A l K a

P K a

P K b

N i L a

công nghệ

ể thấy hạt

. Điều này

g ở chế đ

ăng lực tác

(a)

3.29 Phổ

a, t ố c độ

í nghiệm

4 g/l, tốc

quả chụ p

l ớ p mạ NiP-

tr ướ c. b là

3.00 4.00 5.00

keV

ạ hóa học

l2O3 hầu

có thể giải

chảy quá

động, hướ

hân tích E

khuấ y 750 v

ạ vớ i điều

ộ khuấy d

nh quang

(a)

Al 2O3 0,5 µ

l ớ p mạ phía

6.00 7.00 8.00

F e K a

F e K b

N i K a

N i K b

ạo l ớ p phủ

91

hư không

thích là d

ộ, các hạt

g tác động

S l ớ p mạ N

òng/phút, b

kiện tươ ng

ng dịch d

ọc mặt cắt

phụ thuộc

sau, chiề u

9.00 10.00

C o u n t s

ompozit Ni

i vào lớ p

ở tốc độ k

phân tán v

nên làm h

P-Al 2O3 0,5

ố c độ khuấ

tự như trê

y trì 1500

ngang của

(b)

vào vị trí tre

ũi tên là hư

0.00 1.00 2.0

001

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

CO

P

Fe

Ni

Ni

NiLsu

hạt phân tá

ạ (không

huấy 1500

chất lỏng

t phân tán

(b)

µm hàm l ư

1500 vòng/

nhưng sử

vòng/phút.

ẫu thể hiệ

o trong bể

ng dòng ch

0 3.00 4.00 5.0

k

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

xuất hiện p

vòng/phút

chuyển độ

dễ bong ra

ng hạt 2 g/l,

hút.

dụng hạt

. Mẫu mạ

n ở hình 3.

ạ. a là l ớ p

ả y.

6.00 7.00 8.00

eV

FeFe

Ni

FE)

Chi ế n

ic nhôm

thì dung

g bị đổi

khỏi lớ p

l2O3 0,5

ượ c đặt

0.

ạ phía

9.00 10.00

i







Lớ p mạ 3.30a là mặt tr ướ c của mẫu (bề mặt có dòng chảy đi tớ i), lớ p mạ 3.30b là mặt

sau của mẫu (bề mặt mạ có dòng chảy đi ra).

Hình 3.30 cho thấy lớ p mạ phía sau có hàm lượ ng hạt Al2O3 phân bố trong lớ p mạ nhiều

hơ n. K ết quả này có thể giải thích r ằng do tốc độ dòng chảy ở lớ p mạ phía tr ướ c lớ n (chế

độ chảy quá độ) nên làm các hạt Al2O3 ở lớ p mạ này dễ bị r ơ i vào dung dịch, trong khi đó

ở lớ p mạ số phía sau do bị che chắn nên tốc độ dòng chảy ở vị trí lớ p mạ này thấ p hơ n, do

vậy hạt dễ bị bắt giữ và chôn lấ p vào trong lớ p mạ. Như vậy chế độ dòng chảy là một trong

những yếu tố ảnh hưở ng tớ i sự phân bố hạt.

3.3.3 Nghiên cứu tính chất của lớp mạ compozit NiP-Al2O3

3.3.3.1 C ấu trúc l ớ p mạ NiP-Al 2 O3

Nhằm nghiên cứu cấu trúc lớ p mạ compozit, các mẫu màng NiP-Al2O3 đượ c tạo ra trên

nền đồng do đối vớ i lớ p NiP trên nền thép, các pic Ni bị che lấ p bở i tín hiệu của Fe. Hình

3.31a và 3.31b là phổ XRD tươ ng ứng vớ i lớ p mạ không compozit và compozit vớ i hàm

lượ ng Al2O3 15g/l.

Hình 3.31 Phổ XRD. (a) l ớ p mạ NiP; (b) l ớ p mạ compozit NiP vớ i Al 2O3 15g/l.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Cu {111}

Ni {111}

Al2O3 Al2O3 Ni {200}

Cu

Mạ EN với hàm lượng Al2O3: 0 g/l

0

50

100

150

200

250

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Cu {111}

Ni {111}

Al2O3

Al2O3

Ni {200}

Cu

Mạ EN với hàm lượng Al2O3: 15 g/l

(a)

(b)







Từ k ết quả phổ XRD ta nhận thấy lớ p mạ NiP có cấu trúc bán vô định hình đượ c đặc

tr ưng bở i pic của Ni r ất thấ p. K ết quả này cũng hoàn toàn phù hợ p vớ i k ết quả phân tích

EDS. Theo k ết quả phân tích EDS thì hàm lượ ng P trong nền NiP dao động từ

10.12 – 11.77%, mà theo giản đồ pha NiP khoảng nồng độ này tươ ng ứng vớ i cấu trúc bán

vô định hình của hợ p kim NiP. Có cấu trúc Al2O3 trong lớ p mạ, chứng tỏ hạt Al2O3 đã đi

vào lớ p mạ.

3.3.3.2 Khả năng chống ăn mòn

+ Phươ ng pháp Tafel

Hình 3.32 biểu thị đườ ng cong phân cực các mẫu compozit NiP-Al2O3 vớ i hàm

lượ ng Al2O3 khác nhau. Các mẫu đượ c đo trong dung dịch NaCl 3,5 % khối lượ ng, tốc độ

quét thế 2 mV/s. K ết quả điện thế ăn mòn Eam, dòng ăn mòn iam đượ c trình bày ở bảng

3.12.

Hình 3.32 K ế t quả đ o đườ ng cong phân cự c các mẫ u mạ hóa học compozit NiP-Al 2O3

Bảng 3.12 K ế t quả tính dòng và thế ăn mòn theo phươ ng pháp Tafel

Mẫu vớ i hàm lượ ngAl2O3

Điện thế ăn mònEam (V)

Dòng ăn mòn iam (μA/cm2)

0 g/l - 0.314 0.594

10 g/l - 0.365 0.750

15 g/l - 0.369 0.785

20 g/l - 0.381 0.792





ăn

tr ị d

Al2

bị r

hàm

10 k

D

mạc

ghiên cứ u

K ết quả c

òn của lớ p

ng ăn mòn

Có thể

3 trong mà

i trong qu

lượ ng Al2

Phươ ng

ết quả đo

z – 0,01 h

ựa trên dá

tươ ng đư

R s l

công nghệ

o thấy khi

mạ tổng h

nhỏ nhất (

iải thích k

ng. Mặt kh

trình ăn

3 tăng sẽ là

háp đo ph

hổ tổng tr

. Biên độ

Hình 3.33

g điệu phổ

ng của các

ình 3.34

đ iện tr ở du

ạ hóa học

hàm lượ n

p có xu hư

.594 μA/c

t quả trên l

ác do tươ n

òn, gây gi

m giảm kh

ổ tổng trở

điện hoá

iện thế áp

hổ Nyquist

và căn cứ

phổ NiP,

ch t ươ ng đ

ng d ịch, C dl

ạo l ớ p phủ

94

Al2O3 tro

ớ ng giảm.

2), thế ăn

à do khi tă tác Al2O3

ảm mạnh

ả năng chố

điện hoá

ượ c thể hi

ào mạch đ

ủa l ớ p mạ

ào nhiều t

iP compoz

ơ ng của l ớ

là đ iện dun

ompozit Ni

g dung dị

ẫu mạ Ni

mòn lớ n nh

g hàm lưvà NiP kh

hả năng b

g ăn mòn l

ện trên hìn

o 10 mV.

iP và các l

i liệu tha

it có dạng

mạ NiP và

l ớ p phủ , Rc

hạt phân tá

h mạ tăng

không có

ất (-0.314

ng Al2O3 l

ng tốt, Al

o vệ của

ớ p phủ.

3.33; tần

p mạ NiP c

khảo như

hư hình 3.

l ớ p mạ NiP

là đ iện tr ở

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

thì khả nă

hạt phân tá

).

m tăng thà

O3 có xu h

àng. Chín

số đo tron

mpozit

[3, 31, 86]

4

compozit

ủa l ớ p phủ.

FE)

Chi ế n

g chống

n có giá

nh phần

ướ ng dễ

vì vậy

khoảng

cho thấy







Theo sơ đồ mạch hình 3.34 này thì tổng tr ở của mạch có dạng:

2

2 21 1 ( ) 1 ( )ct ct ct dl

s s

ct dl ct dl ct dl

R R R C Z R R j

j R C R C R C

(3.9)

Trong đó phần thực của tổng tr ở có giá tr ị:'

2( )

1 ( )ct

s

ct dl

R Z R

R C

(3.10)

Phần ảo của tổng tr ở có giá tr ị:

2''

2( )

1 ( )ct dl

ct dl

R C Z

R C

(3.11)

Từ k ết quả của phần thực và phần ảo của tổng tr ở ta có

' 2 '' 2 2[ ( ) ] [ ( )] ( )2 2ct ct

s

R R Z R Z (3.12)

Phươ ng trình 3.12 là một vòng tròn có bán kính là R ct/2, cắt tr ục Z’ tại R s khi

và tại R s + R ct khi 0 . Đối chiếu vớ i phổ thu đượ c ta thấy R s của dung dịch có giá tr ị

0, điều này cho thấy dung dịch NaCl 3,5 % dùng để đo điện hoá có độ dẫn r ất tốt. Bán

kính vòng tròn đối vớ i phổ của sắt là bé nhất chứng tỏ sắt có điện tr ở chuyển điện tích bé

nhất nên tốc độ ăn mòn nhanh nhất. Điện tr ở chuyển điện tích của lớ p mạ NiP có giá tr ị lớ n

nhất chứng tỏ lớ p mạ này có khả năng chống ăn mòn tốt nhất. Điện tr ở chuyển điện tích

của NiP-Al2O3 10 g/l > NiP-Al2O3 15 g/l > NiP-Al2O3 20 g/l điều này cho thấy tăng dần

hàm lượ ng hạt Al2O3 trong dung dịch thì khả năng chống ăn mòn của lớ p mạ sẽ giảm đi.

3.3.3.3 Độ c ứ ng c ủa l ớ p mạ NiP-Al 2 O3

K ết quả đo độ cứng các lớ p mạ đượ c thể hiện ở trên bảng 3.13.

Bảng 3.13 K ế t quả đ o độ cứ ng các l ớ p mạ

Độ cứng của thép và các mẫu mạ NiP vớ i hàm lượ ng Al2O3 khác nhau trong dung dịch

Thép tr ần 0 g/l Al2O3 10 g/l Al2O3 15 g/l Al2O3 20 g/l Al2O3

246,2 410,7 459,8 476,5 469,7

Từ số liệu trên bảng, ta thấy độ cứng của lớ p mạ NiP khá cao. Khi tăng hàm lượ ng

Al2O3 đồng thờ i cũng làm tăng độ cứng và đạt độ cứng lớ n nhất ở 476,5 HV vớ i hàm

lượ ng Al2O3 trong dung dịch là 15g/l. Ta thấy k ết quả này phù hợ p vớ i k ết quả phân tích







EDS, trong đó cho thấy thành phần Al2O3 lớ n nhất tại 15g/l. K ết quả này cũng cho thấy

hàm lượ ng Al2O3 trong lớ p màng đã ảnh hưở ng tr ực tiế p đến độ cứng.

3.3.3.4. Chi ều dày l ớ p mạ compozit NiP-Al 2 O3

Để xác định chiều dày lớ p mạ, tiến hành đo chiều dầy bằng phươ ng pháp

Coulometric vớ i mật độ dòng là 10A/dm2. Các mẫu đượ c mạ trong dung dịch mạ trong

khoảng thờ i gian 4 giờ . Đườ ng cong E-t thu đượ c trình bày trên hình 3.35. Từ hình 3.35

nhận thấy tất cả các đườ ng cong đượ c chia thành 2 vùng. Vùng thứ nhất có điện thế E xấ p

xỉ +0.657 V tươ ng ứng vớ i quá trình hoà tan màng NiP. Vùng thứ 2 là quá trình hoà tan

của thép nền có điện thế E -0.399 V. Như vậy ta có thể xác định đượ c khoảng thờ i gian hoà

tan NiP (tth) và do đó xác định đượ c chiều dày NiP. Điểm đáng chú ý khi quan sát phổ đối

vớ i các mẫu mạ compozit vùng thứ nhất đườ ng đồ thị thườ ng có những điểm xảy ra ăn

mòn mạnh đượ c đặc tr ưng hiện tượ ng đồ thị bị nhấ p nhô. Những vị trí này là do hiện tuợ ng

các hạt Al2O3 mất liên k ết và r ơ i ra khỏi màng gây hoà tan màng đột biến ở vị trí đó. Đối

vớ i mẫu mạ NiP đườ ng cong E-t có vùng thứ nhất bằng phẳng, không xuất hiện điểm gồ.

Hình 3.35 Phổ k ế t quả đ o Coulometric

Pol - t, i = 10A/dm2

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Time/s

P o t e n t i o n / V

Lớp mạ Ni-P không có hạt phân tán

Lớp mạ compozit, % Al2O3 = 10g/l



Thép

Vùng hoà tan NiP Vùng hoà tan Fe





Chiề

Tron

m:

I: D

tth:

C:

K

c

C

chụ p

EN

EN

ghiên cứ u

u dầy lớ p

δ

g đó:

hối lượ ng

òng điện đ

hờ i gian h

ươ ng lượ n

ết quả tính

B

ẫu mạ

mpozit

iều dày

(μm)

Các mẫu

ảnh quan

à EN-Al2

ó chiều dà

công nghệ

ạ đượ c tín

= m.H/(γ.

= I.tth.C/2

lớ p mạ (g)

qua dung

à tan lớ p

g hoá học c

toán chiều

ng 3.14 K ế

EN

49.6

ạ sau đó

học để ki

3 10 g/l đư

khoảng 4

Hình 3.36

ạ hóa học

theo công

)

6,8

ịch (A)

ạ (giờ )

ủa Niken;

dày đượ c t

quả tính ch

(

ượ c so sán

m chứng.

ợ c thể hiện

,5 μm; lớ p

ẫ u chuẩ n l

ạo l ớ p phủ

9

thức:

δ: chiều

S: diện t

γ: khối l

H: hiệu

ng k ết trên

iề u dày l ớ p

EN-Al2O3

l2O3 = 10g

46.86

vớ i các

Hình ảnh

trên hình

mạ NiP-Al

p mạ EN s

ompozit Ni

dày lớ p mạ

ích bề mặt

ợ ng riêng

uất dòng đ

bảng 3.14

ạ vớ i các

l)

EN

(Al2O

ẫu chuẩn đ

ẫu chuẩn

.36 và 3.3

2O3 10 g/l

d ụng để kiể

hạt phân tá

(cm);

cm2);

của kim lo

iện hoà tan

ẫ u mạ khác

-Al2O3

3 = 15g/l)

6.19

o chiều dà

kiểm chứn

. K ết quả

ó chiều dà

m tra chiề u

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

i k ết tủa (g

nhau

EN-Al

(Al2O3 =

45.5

bằng phư

chiều dà

đo cho thấ

khoảng 4

dày

FE)

Chi ế n

3.13)

3.14)

/cm3).

2O3

20g/l)

6

ng pháp

lớ p mạ

lớ p mạ

,5 μm.





T

bằng

suất

lớ p

sau:

càng

k ết q

hỗ tr

3.3.

25

NiP

NiP-

NiP-

NiP-

25

ghiên cứ u

Hình

k ết quả t

phươ ng p

dòng điện

ạ giảm k

hạt Al2O3

nhiều các

uả là tốc đ

ợ cho quá t

.5 Khả n

ết quả đo

, tốc độ đá

Lớ p mạ

Al2O

3 (10

Al2O3 (15

Al2O3 (20

ết quả đo

, tốc độ đá

công nghệ

3.37 M ẫ u ch

ính toán ch

áp Coulo

sử dụng tr

i hàm lượ

ó tính xúc

ạt Al2O3 b

phát triển

rình đo khả

ng ch ị u m

hả năng c

mài 300 v

Bả

K

g/l)

g/l)

g/l)

hả năng c

mài 300 v

ạ hóa học

uẩ n l ớ p mạ

iều dày và

etric tươ ng

ng quá trì

g Al2O3 tr

tác kém đ

ám trên bề

màng bị c

năng chịu

ài mòn

ịu mài mò

ng/phút đư

g 3.15 Khả

ối lượ ng

(g/cm3)

7,8

7,22

7,14

7,16

ịu mài mò

ng/phút đư

ạo l ớ p phủ

9

EN-Al 2O3 1

hình ảnh

đối chính

h hòa tan l

ong dung

i vớ i phả

mặt thì càn

ậm lại. Ph

ài mòn c

vớ i các th

ợ c trình bà

năng chịu

iêng K

vớ i các th

ợ c trình bà

ompozit Ni

g/l sử d ụn

ẫu chuẩn

xác. Sự ch

ớ p mạ. Từ

ịch tăng.

ứng mạ h

g làm giảm

ơ ng pháp

a lớ p mạ.

ng số: Lự

trên bảng

ài mòn của

ối lượ ng

(g)

0,0042

0,0037

0,0027

0,0032

ng số: Lự

trên bảng

hạt phân tá

để kiể m tra

ho thấy k

nh lệch k ế

k ết quả nà

iều này c

á học NiP

diện tích x

o chiều dà

12 N quã

3.15.

các l ớ p mạ

ao hụt

20 N quã

3.16.

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

chiề u dày

t quả đo c

quả có thể

y ta thấy c

thể giải t

. Do đó kh

úc tác phản

đượ c tiến

g đườ ng m

Thể tích h

(cm3

5,45.1

5,21.1

3,85.1

4,51.1

g đườ ng m

FE)

Chi ế n

iều dày

do hiệu

iều dày

ích như

i có mặt

ứng và

hành để

ài mòn

ao hụt

-4

-4

-4

-4

ài mòn







Bảng 3.16 Khả năng chịu mài mòn của các l ớ p mạ

Lớ p mạ Khối lượ ng riêng

(g/cm3)

Khối lượ ng hao

hụt (g)

Thể tích hao hụt

(cm3)

NiP 7,8 0,007509,62.10-4

NiP- Al2O3 (10 g/l) 7,22 0,00725 10,04.10-4

NiP- Al2O3 (15 g/l) 7,14 0,00551 7,72.10-4

NiP- Al2O3 (20 g/l) 7,16 0.00624 8,72.10-4

Các k ết quả kiểm tra mài mòn cho thấy các lớ p mạ NiP compozit có khả năng chống

mài mòn cao hơ n so vớ i lớ p mạ NiP từ 20-30 %. Như vậy định hướ ng ứng dụng của lớ p

mạ NiP-Al2O3 là tăng cứng và chống mài mòn.





3.4

thíc

đoạn

mạ

phần

giả

học

tính

thôn

khu

min

giai

com

ghiên cứ u

Cơ chế

ác cơ chế

các giai đ

. Các nhà

hư thế nà

thắc mắc

hác, k ết h

ompozit n

uá trình

chất của h

số bể mạ

y tr ộn của

hoạ qua h

H

uá trình tạ

đoạn này

ozit. Ba gi

công nghệ

hình thà

mạ hoá h

ạn vẫn cò

ghiên cứ u , l ớ p mạ s

ày thì dựa

p vớ i quá

ư sau:

ạ compozit

t phân tán

(nhiệt độ,

ung dịch;

nh 3.38.

nh 3.38 Ả n

o thành lớ

ều quyết

ai đoạn cụ

ạ hóa học

nh lớp

c compozi

chưa rõ rà

vẫ n đư a ra

phát triể n

trên cơ sở

trình nghiê

là quá trìn

(nồng độ,

H, chất h

ấu trúc và

hưở ng của

trong

màng co

ịnh đến h

hể như sau

ạo l ớ p phủ

1

ạ NiP c

tuy đượ c

ng, thiếu c

nhữ ng bă như thế n

nghiên cứu

n cứu thực

h phức tạ p,

hả năng tí

ạt động, c

hình dạng

các yế u t ố

uá trình m

pozit có t

àm lượ ng

:

ompozit Ni

0

mpozit

nhiều tác

c dẫn chứ

khoăn đ óo khi có h

cơ chế mạ

nghiệm ch

bị ảnh hư

ch điện, lo

c thành ph

vật mạ…

ầu vào d ẫ n

compozit

hể bao gồ

hạt r ắn và

hạt phân tá

iả xây dự

g khoa họ

à hạt đầu

ạt bị bắ t g

hoá học c

úng tôi đư

ng bở i nhi

i, hình dạ

ần hóa học

ác yếu tố ả

ế n k ế t quả

3 giai đo

tính chất

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

g nhưng c

khi đưa ra

iên tiế p xú

ữ . Để giải

mpozit củ

a ra cơ chế

ều yếu tố

g, kích th

và nồng đ

nh hưở ng

ầu ra

ạn, mỗi bư

óa - lý c

FE)

Chi ế n

ách giải

các giai

vớ i l ớ pđáp một

các tác

mạ hoá

ao gồm

ớ c); các

…); Sự

ày đượ c

ớ c trong

a màng







(i) Vận chuyển (transport) của các pha phân tán trong dung dịch tớ i bề mặt nền.

(ii) Liên k ết hạt lỏng lẻo và liên k ết chặt vớ i bề mặt nền

(iii) Phát triển lớ p mạ lấ p các hạt phân tán

Giai đoạn (i): quá trình chuyển vận hạt phân tán thườ ng diễn ra theo cơ chế khuếch

tán, đối lưu và di cư. Trong khi đó, chuyển vận pha phân tán thườ ng bằng tất cả các quá

trình khuếch tán, đối lưu và hiện tượ ng đọng hạt lên bề mặt cũng diễn ra đồng thờ i. Tuy

nhiên, quá trình đọng hạt là quá trình không mong muốn vì quá trình này sẽ gây ra k ết tủa

của chỉ một loại hạt nhất định. Vì lý do này, đòi hỏi phải có khuấy tr ộn dung dịch trong

suốt quá trình mạ hóa học compozit nhằm đảm bảo vận chuyển hạt tớ i bề mặt theo cơ chế

đối lưu.

Giai đoạn (ii): Giai đoạn này sẽ hình thành liên k ết hạt phân tán và lớ p mạ. Ở giai

đoạn này luôn tồn tại hai tr ạng thái đó là các hạt đượ c dính vào bề mặt mạ và các hạt bị

bung ra khỏi bề mặt mạ (điều này đượ c khẳng bở i k ết quả nghiên cứu ở mục 3.2.1 và

3.3.2).

Các hạt tiến đến và dính vào bề mặt mạ có thể nhờ tr ọng lực, lực t ĩ nh điện, Van der

Waals, lực từ tr ườ ng… Các yếu tố này đượ c gọi là yếu tố liên k ết. Cơ sở chứng minh sự

tồn tại các yếu tố này như sau:

- Các nghiên cứu ở tài liệu tham khảo [18, 50] cho thấy r ằng bề mặt có phươ ng nằm

ngang và ở phía trên bao giờ cũng có hàm lượ ng phân tán cao nhất, hàm lượ ng hạt phântán có phươ ng nằm ngang và ở phía dướ i lại có hàm lượ ng hạt phân tán thấ p hơ n cả. Điều

này chứng tỏ tr ọng lực có thể đã tạo điều kiện hạt phân tán liên k ết mạnh hơ n vớ i lớ p mạ

(trong tr ườ ng hợ p bề mặt có phươ ng nằm ngang và ở phía trên). Tr ọng lực làm giảm sự

liên k ết hạt vớ i lớ p mạ trong tr ườ ng hợ p hạt phân tán tươ ng tác vớ i lớ p mạ (trong tr ườ ng

hợ p bề mặt có phươ ng nằm ngang và ở phía dướ i).

- Các hạt sẽ dính tốt hơ n vào lớ p mạ nhờ lực t ĩ nh điện và lực từ tr ườ ng, điều này đượ c

chứng minh ở tài liệu tham khảo [8, 19, 98, 99].

Các hạt cũng có thể bị bật ra khỏi lớ p mạ do sự lôi cuốn của dòng chất lỏng, do thoát

khí H2, do chấn động cơ học, do lực đẩy không gian, lực đẩy t ĩ nh điện…. Các yếu tố này

đượ c gọi là yếu tố phản liên k ết. Cơ sở chứng minh sự tồn tại các yếu tố này cụ thể như

sau:







- Hạt bị bật ra do chế độ dòng chảy, điều này đượ c thể hiện qua nghiên cứu ở mục

3.3.2, ảnh hưở ng của khuấy tr ộn tớ i hàm lượ ng hạt trong lớ p mạ đượ c trình bày ở mục

1.2.2.3.

- Hạt bị bật ra do sự thoát khí H2, điều này đượ c giải thích qua k ết quả nghiên cứu ở mục 3.2.1.

- Hạt bị bật ra do lực đẩy không gian, lực đẩy t ĩ nh điện điều này đượ c chứng minh ở

mục nghiên cứ u 3.2.3; 3.2.4.

Hạt phân tán sẽ liên k ết mạnh hơ n vớ i lớ p mạ khi hạt vượ t qua một khoảng cách nhất

định so vớ i lớ p mạ. Khoảng cách này để đảm bảo lực hút Van der Waals là lớ n và vượ t tr ội

hơ n so vớ i lực đẩy t ĩ nh điện (trong tr ườ ng hợ p lực t ĩ nh điện giữa hạt và lớ p mạ là lực đẩy),

điều này cũng đượ c thừa nhận trong tài liệu tham khảo [78]. Mặt khác khi hạt ở khoảng

cách gần lớ p mạ thì khoảng không gian giữa chúng sẽ r ất bé, điều này sẽ làm chậm sự

khuếch tán của các chất phản ứng, sản phẩm phản ứng ra khỏi vùng này. Nói cách khác tốc

độ phản ứng trong vùng giữa hạt phân tán và lớ p mạ sẽ thấ p, lượ ng khí H2 sinh ra trong

vùng này cũng sẽ ít đi và thậm chí có thể bằng không do vậy lực đẩy của khí H2 để tách hạt

phân tán ra khỏi lớ p mạ cũng sẽ giảm đi.

Khi hạt phân tán (bị bao bọc xung quanh bở i đám mây ion hoặc các phân tử khác) tiến

gần đến lớ p mạ thì tuỳ thuộc vào lực liên k ết của đám mây ion và các phân tử khác vớ i hạt

phân tán mạnh hay yếu mà chúng có thể bị tách ra khỏi hạt phân tán. Nhưng cũng có thể

chúng sẽ không bị tách ra khỏi hạt phân tán (Trong tr ườ ng hợ p các phần tử xung quanh hạt

phân tán liên k ết chặt chẽ vớ i hạt).

Các tài liệu thể hiện sự tách đ ám mây hoặc dung môi bao bọc quanh hạt phân tán khi

hạt tiế n t ớ i l ớ p mạ cụ thể như sau:

- Khi hạt phân tán bao bọc bở i chất hoạt động thì chúng có thể bị tranh chấ p vị trí trên

hạt phân tán bằng khí H2. Trong tài liệu tham khảo [20] cũng chứng tỏ r ằng chất hoạt động

có thể đã tranh chấ p vị trí đối vớ i H2, sự chanh chấ p vị trí này đã thúc đẩy sự thoát H2 ra

khỏi bề mặt mạ cho nên làm cho lớ p mạ có tính dẻo hơ n.

- Trong mô hình mô ta cơ chế mạ hoá học compozit ở tài liệu tham khảo [55] thì Ming-

Der Ger, Bing Joe Hwang đã thể hiện khi hạt PTFE tiế p cận lớ p mạ thì toàn bộ chất hoạt

động bao bọc xung quanh lớ p mạ bị loại bỏ (k ể cả vùng trên hạt không có lớ p mạ che phủ).

Tuy nhiên theo tôi mô hình này chỉ đúng trong tr ườ ng hợ p riêng, đó là khí H2 thoát ra

nhiều đã đẩy các chất hoạt động liên k ết yếu vớ i hạt PTFE ra khỏi bề mặt hạt PTFE, vì hạt







PTFE không bị thấm ướ t nữa cho nên tác giả Ming-Der Ger, Bing Joe Hwang xây dựng

theo mô hình trên. Tuy nhiên mô hình này lại không thể hiện quá trình đẩy chất hoạt động

ra khỏi bề mặt hạt PTFE trên lớ p mạ bằng khí H2.

- Cơ chế mạ điện compozit của tác giả Kariapper–Foster thể hiện sự tách bỏ lớ p ion

bao quanh hạt phân tán khi hạt tiến đến tiế p cận lớ p mạ. Cơ chế này chia làm hai giai đoạn:

giai đoạn 1 hạt tiến tớ i lớ p mạ và bị hấ p phụ vật lý, giai đoạn 2 hạt sẽ bị loại một phần đám

mây ion bám trên hạt và liên k ết cơ học vớ i lớ p mạ [78].

- Tài liệu tham khảo [54] khi trình bày về cơ chế mạ hoá học cũng thể hiện quan điểm

hạt phân tán sẽ bị tách lớ p ion bao quanh khi tiến vào bề mặt mạ.

- Theo tài liệu tham khảo [56] thì cũng có sự loại bỏ bớ t một phần đám mây electron

bao bọc quanh hạt phân tán khi hạt tiến tớ i bề mặt mạ.

Khi đ ám mây ion hoặc phần t ử dung môi liên k ế t mạnh vớ i hạt phân tán thì chúng sẽ

đồng thờ i cùng vớ i hạt phân tán bị chôn l ấ p trong l ớ p mạ. Điề u này đượ c d ẫ n chứ ng trong

tài liệu tham khảo [7].

Quá trình gắn bám hạt r ắn lên bề mặt lớ p mạ ban đầu nhờ các yếu tố liên k ết. Nếu các

liên k ết này đủ lớ n và giữ hạt trong một khoảng thờ i gian nhất định lớ p mạ sẽ dần hình

thành tớ i một độ dày nào đó sẽ giữ hạt tại lớ p mạ. Ngượ c lại nếu liên k ết giữa bề mặt và

hạt yếu, thờ i gian hạt bám trên bề mặt ngắn sẽ không đủ để cho lớ p mạ phát triển và cố

định hạt thì hạt sẽ bị r ơ i khỏi bề mặt mạ.

Giai đoạn (iii): lớ p mạ hoá học phát triển và lấ p các hạt phân tán. Sau khi hạt phân tán

đã đượ c hấ p phụ trên bề mặt kim loại, chúng sẽ đượ c lớ p mạ NiP chôn lấ p để tạo thành lớ p

compozit. Tuỳ từng loại hạt phân tán mà lớ p mạ sẽ có hình thức phát triển riêng. Trong

tr ườ ng hợ p nếu lớ p mạ có xu hướ ng phát triển đồng thờ i trên nền và trên hạt phân tán thì

độ nhám của lớ p mạ sẽ tăng theo thờ i gian mạ (thườ ng xảy ra đối vớ i các hạt dẫn điện tốt).

Còn trong tr ườ ng hợ p nếu lớ p mạ chỉ ưu tiên phát triển ở nền mà không ưu tiên phát triển

trên bề mặt hạt phân tán, thì độ nhám của lớ p mạ giảm dần theo thờ i gian (thườ ng xảy ra

đối vớ i các hạt dẫn điện kém). Các tài liệu minh hoạ quan điểm này cụ thể như sau:

- Trong mục 1.2.2.2 thể hiện sự phát triển lớ p mạ khi hạt có hạt phân tán dẫn điện tốt

và kém dẫn điện.







- Theo tài liệu tham khảo [20], khi nghiên cứu sự thay đổi độ nhám lớ p mạ hoá học

compozit sử dụng hạt polycrystalline diamond, silicon carbide, nhôm oxit theo thờ i gian thì

cho các k ết quả cho thấy độ nhám của lớ p mạ hoá học compozit có hạt phân tán silicon

carbide, nhôm oxit giảm dần theo thờ i gian mạ. Ngượ c lại độ nhám của lớ p mạ compozit

có hạt phân tán polycrystalline diamond lại giảm dần theo thờ i gian mạ. Điều này chứng

tỏ r ằng lớ p khó phát triển trên bề mặt hạt silicon carbide, nhôm oxit cho nên độ nhám của

lớ p mạ giảm dần theo thờ i gian. Lớ p mạ hoá học dễ phát triển trên hạt polycrystalline

diamond cho nên độ nhám của lớ p mạ tăng dần theo thờ i gian mạ.

- Theo tài liệu tham khảo [65] thì Bahn và đồng sự đưa ra mô hình mô tả quá trình phát

triển lớ p mạ có các hạt kém dẫn điện và ảnh chụ p cho thấy gần như không có lớ p mạ phát

triển trên hạt kém dẫn điện kim cươ ng. Các hình ảnh thể hiện không có lớ p mạ xuất hiện

trên bề mặt hạt phân tán.

Như vậ y cơ chế mạ hoá học đ ã đượ c chia làm 3 giai đ oạn, các giai đ oạn đ ã đượ c

trình bày vớ i nhữ ng d ẫ n chứ ng cụ thể sát thự c.







KẾT LUẬN

1. Đã khảo sát ảnh hưở ng của nhiệt độ và nồng độ chất khử tớ i cấu trúc và tính chất

lớ p mạ NiP. Lớ p mạ tổng hợ p ở 90 oC, NaH2PO2 20 g/l có cấu trúc ở dạng bán vô

định hình, khả năng chống ăn mòn tốt và dung dịch không bị phân huỷ. Dung dịch

dễ bị phân hủy khi nhiệt độ trên 95 oC và nồng độ NaH2PO2 lớ n hơ n 25 g/l.

2. Đã nghiên cứu ảnh hưở ng của nồng độ chất khử tớ i quá trình đồng k ết tủa hạt

PTFE vào lớ p mạ. K ết quả cho thấy ở nồng độ chất khử cao (> 25 g/l) thì hạt PTFE

không đồng k ết tủa vào lớ p mạ.

3. Đã nghiên cứu và đưa ra đượ c mô hình giải thích ảnh hưở ng của chất hoạt động tớ i

quá trình đồng k ết tủa hạt PTFE vào lớ p mạ. K ết quả nghiên cứu cho thấy ở cùngnồng độ 34.10-5 M thì chất hoạt động bề mặt CTAB giúp hạt PTFE vào lớ p mạ dễ

hơ n so vớ i chất hoạt động bề mặt SDS. Sử dụng nhiều chất hoạt động bề mặt

CTAB sẽ làm giảm hạt PTFE trong lớ p mạ. Mô hình này cũng góp phần làm sáng

tỏ thêm cơ chế mạ compozit.

4. Đã nghiên cứu ảnh hưở ng của nồng độ Al2O3 trong dung dịch tớ i hàm lượ ng P và

hàm lượ ng Al2O3 trong lớ p mạ, k ết quả cho thấy khi tăng dần nồng độ Al2O3 thì

hàm lượ ng P giảm dần còn hàm lượ ng Al2O3 trong lớ p mạ tăng đến giá tr ị cực đại

sau đó giảm.

5. Đã nghiên cứu ảnh hưở ng của tốc độ khuấy dung dịch (750 vòng/phút - chế độ

chảy dòng và 1500 vòng/phút - chế độ chảy quá độ) đến khả năng phân tán của hạt

vào lớ p mạ. K ết quả cho thấy ở tốc độ khuấy 750 vòng/phút thì hạt phân tán Al2O3

đi vào lớ p mạ nhưng ở tốc độ khuấy 1500 vòng/phút thì hạt phân tán Al2O3 không

vào lớ p mạ.







TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tham khảo tiếng Việt:

1. Mai Thanh Tùng (2008), K ỹ thuật mạ lên nề n nhự a, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà

Nội. 2. Nguyễn Khươ ng (2007), M ạ hoá học, Nhà xuất bản khoa học và k ỹ thuật.

3. Tr ươ ng ngọc Liên (2004), Ă n mòn và bảo vệ kim loại, Nhà xuất bản khoa học k ỹ thuật.

Tài liệu tham khảo tiếng Anh:

4. A. Grosjean, M. Rezrazi, P. Bercot (2000), “Some morphological characteristics of

the incorporation of silicon carbide (SiC) particles into electroless nickel deposits”,

Surface and Coatings Technology, 130, 252-256.

5. Abdel Salam Hamdy, M.A. Shoeib, H. Hady, O.F. Abdel Salam (2007), “Corrosion

behavior of electroless Ni–P alloy coatings containing tungsten or nano-scattered

alumina composite in 3.5% NaCl solution”, Surface and Coatings Technology, 202,162-171.

6. Allahkaram, S.R. Zoughi, M. Rabizadeh, T. Amir Abad Shomali (2010),

“Studying the influence of nano-Al2O3 particles on morphology and corrosion

improvement of ni-9%p electroless coatings”, Micro & Nano Letters, 5, 262 – 265.

7. Arjan Hovestad (1997), electrochemical deposition of metal matrix composites,

Eindhoven of technology.

8. B. E. Conway, C. G. Vayenas, Ralph E. White, Maria E. Gamboa-Adelco (2005),

Modern Aspects Of Electrochemistry no. 38, Kluwer Academic.

9. B. Szczygieł, A. Turkiewicz (2010), “The rate of electroless deposition of a four-

component Ni–W–P–ZrO2 composite coating from a glycine bath”, AppliedSurface Science, 255, 8414–8418.

10. Brian E.Conway, Ralph E.White (2002), Modern Aspects of Electrochemistry

no.35, Kluwer Academic Publishers New York, Boston, Dordrecht, London,

Moscow.

11. Bruce B. Weiner, Walther W. Tscharnuter, David Fairhurst (1993), Zeta Potential:

A New Approach, Brookhaven Instruments Corporation Holtsville.12. Bu Jinwei, Huang Genliang (2006), “Study on Some Critical Factors for the

Electroless Composite Plating”, Surface technology, 35, 48-52. 13. C. León, E. García-Ochoa, J. García-Guerra , J. González-Sánchez, “Annealing

temperature effect on the corrosion parameters of autocatalytically produced Ni–Pand Ni–P–Al2O3 coatings in artificial seawater”, Surface & Coatings Technology,

205, 2425–2431. 14. Chen Zenghui, Xie Hua (2007), “Study on the Process of Electroless Ni-P-PTFE

Composite Plating”, Surface Technology, 36, 46-48. 15. D. Dong, X.H. Chen, W.T. Xiao, G.B. Yang, P.Y. Zhang (2009), “Preparation and

properties of electroless Ni–P–SiO2 composite coatings”, Applied Surface Science.







16. E. Pena-Munoz , P. BercEot A. Grosjean b, M. Rezrazi , J. Pagetti (1998), “

Electrolytic and electroless coatings of Ni-PTFE composites Study of some

characteristics”, Surface and Coatings Technology, 107, 85-93. 17. Faryad Bigdeli, Saeed Reza Allahkaram (2009), “An Investigation on corrosion

resistance of as-applied and heat treated Ni-P/nanoSiC coatings”, Materials and

Design. 18. Feng Xuesong (2003), “Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFE

Composite Coatings”, Journal of Sichuan institute of light industry and chemical

technology, 16, 16, 5-6.

19. Feng Xuesong (2003), “Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFE

Composite Coatings”, Journal of Sichuan institute of light industry and chemical

technology, 16, 16, 5-6.

20. Glenn 0. Mallory, Juan B. Hajdu (1991), Electroless Plating: Fundamentals and

Applications, American Electroplaters and Surface Finishers Society.

21. G. Straffelini, D.Colombo, A. Molinari (1999), “Surface durability of electroless

Ni–P composite deposits”, Wear, 236, 179-188.22. Guang-hong Zhou, Hong-yan Ding, Fei Zhou, Yue Zhang (2008), “Structure and

Mechanical Properties of Ni-P – Nano Al2O3 Composite Coatings Synthesized by

Electroless Plating”, Journal of Iron and Steel Research, International, 15, 65-69.

23. Heung-Kil Park, Hiromichi Onikura, Osamu Ohnishi, Ahmad Sharifuddin (2010),

“Development of micro-diamond tools through electroless composite plating and

investigation into micro-machining characteristics”, Precision Engineering, 34,

376–386.

24. Hu X, Dai C, Li J, Wang D (1997), “Zeta potential & codeposition of PTFE

particles suspended in electroless nickel solution”, Plating and surface finishing,

84, 51-53.25. Huang Yan-bin, Liu fei fei, Zhang Qiyong, Ba Guozhao, Liang Zhijie (2007),

“Research on the solution and properties of Ni-P/n-Al2O3 electroless composite plating”, Corrosion science and technology, 6, 257-260.

26. Hui Xu, Zhi Yang, Meng-Ke Li, Yan-Li Shi, Yi Huang, Hu-Lin Li (2005),

“Synthesis and properties of electroless Ni–P–Nanometer Diamond composite

coatings”, Surface & Coatings Technology, 191, 161– 165.

27. I. Apachitei (2001), Synthesis and characterisation of autocatalytic Nickel

composite coatings on aluminium, JB &A Grafische communicatie.28. J. N. Balaraju, K. S. Rajam (2007), “Electroless Deposition and Characterization of

High Phosphorus Ni-P-Si3 N4 Composite Coatings”, Int. J. Electrochem. Sci, 2, 747 – 761.

29. J.K. Dennis, T.E. Such (1993), Nickel and chromium plating , Woodhead

Publishing Ltd.30. J.N. Balaraju, Kalavati , K.S. Rajam (2005), “Influence of particle size on the

microstructure, hardness and corrosion resistance of electroless Ni–P–Al2O3

composite coatings”, Surface & Coatings Technology.







31. J.N. Balaraju, T.S.N SanKara Narayanan, S.K Seshadri, “Evaluation of the

corrosion resistance of electroless NiP and NiP composite coatings by

electrochemical impedance spectroscopy”, J Solid state electrochem, 5, 334-338,

2001. 32. J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri (2006), “Structure and

phase transformation behaviour of electroless Ni–P composite coatings”, Materials

Research Bulletin, 41, 847–860.

33. J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri (2003), “Electroless Ni–P

composite coatings”, Journal of Applied Electrochemistry, 33, 807–816.

34. Jacob N. Israelachvili (1992), Intermolecular and Surface Forces, Academic press

limited.

35. Janmes R. Henrry, Ernest M. Summers (1989), U.S. Patent 4830889.

36. Jianfei Wang, Jintao Tian , Xuezhong Liu, Yansheng Yin, Xin Wang (2011),

“Effect of polytetrafluoroethylene content on electrochemical anticorrosion

behaviors of electroless deposited Ni–P and Ni–P–polytetrafluoroethylene coatings

in seawater”, Thin Solid Films, 519, 5905–5911.37. Jiang Shihang, Zhang Jingyao, Liu Jianhong (2002), “Electroless plating Ni-

P/Al2O3 composite coating”, Surface technology, 27, 20-22.

38. Jintao Tian, Xuezhong Liu, Jianfei Wang, Xin Wang, Yansheng Yin (2010),

“Electrochemical anticorrosion behaviors of the electroless deposited Ni–P and Ni–

P–PTFE coatings in sterilized and unsterilized seawater ”, Materials Chemistry and

Physics, 124, 751–759. 39. John Texter (2001), Reactions and synthesis in surfactant systems, Marcel Dekker,

Inc.

40. Jung T. Kim (1987), U.S. Patent 4716059.

41. K. Krishnaveni, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri [2004], “Electroless Ni-B and Ni-B-Si3 N4 composite coatings - their role in surface engineering”,

International Symposium of Research Students on Materials Science andEngineering.

42. K.S. Birdi (2003), Handbook of surface and colloid chemistry, CRC Press LLC.

43. Khin Myo Latt (2003), Effects of Surfactants On Characteristics And Applications

Of Electroless Nickel-Phosphorous Deposits, National University Of Singapore. 44. Konrad Parker, Park Ridge (1971), U.S. Patent 3562000. 45. Krister Holmberg, Dinesh O.Shah, Milan J.Schwuger (2002), Handbook of applied

surface and colloid chemistry, JohnWiley & Sons Ltd.

46. Lei Xiaorong, Li Yongjun (1997), “Process research on electroless Ni-P-PTFEdeposition”, China Academic Journal Electronic Publishing House, 11, 12-19.

47. Li Naichao, Liguizhi, Hu Xinguo (1991), “A study of resistant Ni-P-Al2O3 and Ni-

P-SiC electroless composite coatings”, Metal science & technology, 10, 33-38. 48. Liu Feifei, Huang Yanbin, Zhoa Yiwei (2007), “Influence of gas stirring on

properties of nano-Al2O3/Ni-P electroless composite plating”, Electroplating &

Finishing, 26, 5-8.







49. Liu Yichun, Wu Yating, Hu Wenbin (2005), “A research on electroless (Ni-P)-

PTFE composite plating”, Electroplating & pollution control, 25, 27-29. 50. M. Mohammadi, M. Ghorbani, A. Azizi (2010), “Effect of specimen orientation

and heat treatment on electroless Ni-PTFE-MoS2 composite coatings”, J. Coat.

Technol. Res., 7 (6), 697–702.

51. M. Novák, D. Vojtěch, T. Vítů (2010), “Influence of heat treatment on tribological

properties of electroless Ni–P and Ni–P –Al2O3 coatings on Al–Si casting alloy”,

Applied Surface Science, 256, 2956-2960. 52. Milan Paunovic, Mordechay Schlesinger (2006), Fundamentals Of Electrochemical

Deposition Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 53. Ming-Der Ger , Kung-Hsu Hou , Bing-Joe Hwang (2004), “Transient phenomena

of the codeposition of PTFE with electroless Ni–P coating at the early stage”,

Materials Chemistry and Physics, 87,102–108. 54. Ming-der Ger, Bing Joe Hwang (2001), “Role of surfactants in codeposition of

PTFE particles with electroless NiP coating”, J.Chin. Inst. Chem. Engrs, 32, 503-

509. 55. Ming-Der Ger, Bing Joe Hwang (2002), “Effect of surfactants on codeposition of

PTFE particles with electroless Ni-P coating”, Materials Chemistry and Physics,

76, 38–45. 56. Nasser Kanani (2004), Electroplating: basic principles, processes and practice,

Elsevier. 57. Nora savage, Mamadou Diallo, Jeremiah Duncan, anita street, richard sustich

(2009), Nanotechnology applications for clean water , William andrew inc. 58. O.R.M. Khalifa; E. Abd El-Wahab and Amal. H. Tilp (2010), “The Corrosion

Behavior of Electroless Ni-P-SiC and Ni-Sn-P-SiC Nano-Composite Coating’,

Journal of Applied Sciences Research, 6, 2280-2289. 59. Ovidio A. Leon, Mariana H. Staia , Hans E. Hintermann (1998), “Deposition of

Ni–P–BN(h) composite autocatalytic coatings”, Surface and Coatings Technology,108–109, 461–465.

60. Paul C. Hiemenz, Raj Rajagopalan (1997), Principles of colloid and surface

chemistry, Marcel Dekker. 61. Peng Chengzhang, Zhu Lingling (2010), “Tribological properties and erosion

resistance of electroplated Ni-P/nano-Al2O3 composite coatings to aluminum

liquid”, The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 20, 1177-1182. 62. Q. Zhao, Y. Liu (2004), “Electroless Ni–Cu–P–PTFE composite coatings and their

anticorrosion properties”, Surface & Coatings Technology. 63. R C Agarwala, Vijaya Agarwala (2003), “Electroless alloy/composite coatings: Areview”, Sadhan, 28, 475-493.

64. Richard C. Alkire, Dieter M. Kolb (2001), Advances in Electrochemical Science

and Engineering , Volume 7 , Wiley-Vch Verlag GmbH. 65. Robe J- Bahn, Fred A- Blllm, Bin Zou, “Electroless Process For The Preparations

of Particle Enhanced Electric Contact Surfaces”, United States Patent, 2003.







66. S. Alirezaei, S.M. Monirvaghefi, M. Salehi, A. Saatchi (2007), “Wear behavior of

Ni–P and Ni–P–Al2O3 electroless coatings”, Wear, 262, 978–985. 67. S. Ranganatha, T.V. Venkatesha, K. Vathsala (2010), “Development of electroless

Ni–Zn–P/nano-TiO2 composite coatings and their properties”, Applied Surface

Science, 256, 7377–7383.

68. Sh. Alirezaei, S.M. Monirvaghefi, M. Salehi, A. Saatchi (2004), “Effect of alumina

content on surface morphology and hardness of Ni-P-Al2O3 (α) electroless

composite coatings”, Surface and Coatings Technology, 184, 170–175. 69. Shusheng Zhang, Kejiang Han, Lin Cheng (2008), “The effect of SiC particles

added in electroless Ni–P plating solution on the properties of composite coatings”,

Surface & Coatings Technology, 202, 2807– 2812. 70. Susumu Arai , Toshihiko Sato , Morinobu Endo (2011), “Fabrication of various

electroless Ni–P alloy/multiwalled carbon nanotube composite films on an

acrylonitrile butadiene styrene resin”, Surface & Coatings Technology, 205, 3175–

3181. 71. Song Yanping, Li Gao (1999), “Stduy on the Technology and Properties of

Electroless Ni-P-Al2O3”, Surface technology, 28, 3-6. 72. Tadashi Chiba, Koji Monden (2001), U.S Patent 6273943.

73. Takayuki Nakamura, Tadashi Chiba (1993), U.S Patent 5232744.

74. Terence Cosgrove (2010), Colloid science: principles, methods and applications,

John Wiley & Sons Ltd. 75. The ASM International Handbook Committee (1994), Volume 5 Surface

Engineering , ASM International. 76. Tohru Watanabe (2004), Nano-Plating Microstructure Control Theory of Plated

Film and Data Base of Plated Film Microstructure, Elsevier. 77. W. Sha, X. Wu, K. G. Keong (2011), Electroless copper and nickel-phosphorus

plating , Woodhead publishing. 78. Waldfried Plieth (2008), Electrochemistry for Materials Science, Elsevier. 79. Wang Baichu, Zhu Yongwe, Xu Xiangyang, Zhai Haijun (2005), “A Review on

Studies and Applications of Electroless Ni-P Composite Plating”, Material review,

19, 71-74. 80. Wang Fang, Yuhongying, Sun Dongbo, Wang Xudong, Menghuiming, Yangdejun

(2007), “Study on the wear resistance performance of Ni-P-nano-Al2O3 composite

coatings”, Electroplating & Finishing, 26, 1-5. 81. Wang Zhou, Zhan G Xuyun, Z Hao Fujun, Li Hongliang, Hu Guangyuan, Xia

Lifang, Hao Wensen (2004), “Study of the Technology of Electroless CompositedDepositing Ni-P/ PTFE”, Hot Working Technology, 10, 22-23.

82. Willy Metzger, Rudi Ott, Gunter Pappe (1971), U.S. Patent 3617363. 83. Wu Yating, Sun WeiJun, Shen Bin, Liu Lei, Hu Wenbin (2004), “Researching

status and prospect of electroless Ni-P-PTFE composite coatings”, Electroplating

& pollution control, 24, 4-6.







84. Xianguo Hu, Peng Jiang, Jiucong Wan, Yufu Xu, Xiaojun Sun (2009), “Study of

corrosion and friction reduction of electroless Ni–P coating with molybdenum

disulfide nanoparticles”, J. Coat. Technol. Res, 6, 275–281. 85. Y.C. Wu, G.H. Li, L.D. Zhang, and G.M. Song (2000), “Investigation on the

Constitution and Mechanical Characteristic of Composite Containing Silicon-

Carbide Produced by Electroless Co-deposition”, Journal of Materials Engineering

and Performance, 9. 86. Y.S. Huang, X.T. Zeng , X.F. Hu b, F.M. Liu (2004), “Corrosion resistance

properties of electroless nickel composite coatings ”, Electrochimica, Acta 49,

4313–4319. 87. Y.S. Huang, X.T. Zeng, I. Annergren, F.M. Liu (2003), “Development of

electroless NiP–PTFE–SiC composite coating”, Surface and Coatings Technology,

167, 207–211. 88. Yongwei Zhu, Yongjun Chen and Changhong Zhu (2010), “Ni-P-Nanodiamond

composite electroless plating”, Acta Metall. Sin, 23, 6, 409-415. 89. Yoram de Hazan , Denise Zimmermann , Markus Z'graggen , Sigfried Roos ,

Christos Aneziris, Hans Bollier , Peter Fehr , Thomas Graule (2010),

“Homogeneous electroless Ni–P/SiO2 nanocomposite coatings with improved wear

resistance and modified wear behavior”, Surface & Coatings Technology, 204,

3464–3470. 90. Zang Weiguo, Mu Gaolin, Yao Suwei (2008), “Synthesis and wear resistance of

electroless Ni-P/n-Al2O3 composite coatings”, Nonferrous Metals, 60, 25-28. 91. Zeta meter system 4.0 operating instructiontions. 92. Zhang Shuyan, Hu Sanyuan, " Technological investigation of Ni-P-PTFE

electroless composite plating", Journal of china agricultural university, 11, 70-73,

2006. 93. Zhao Dong, Huang Genliang (2008), “Effect of surfactants onf performance of Ni-

P-Al2O3-PTFE composite coating”, Corrosion science and protection technology,20, 140-142.

94. Zheng Xiaomei, Li Zilin, Tong Jie, Hu Dejin (2003), “Research of Electroless

Composite Plating of Nickel-nanometer Al2O3”, Surface technology, 32, 23-25. 95. Zhong Huaxiang (1991), “Study on the process for composite plating of Ni-P-

Al2O3”, Surface technology, 20, 8-12. 96. Zhou Guanghong, Ding Hongyan (2004), “Preparation of Composite Coating of

Amorphous Ni-P Alloy with Nano-Al2O3”, Transactions of materials and heat

treatment, 25, 81-84. 97. Zhou Qi, Shao Zhongbao, He Chulin, Shao Zhongcai, Cai Qingkui, Gao Weina(2007), “Impact of surfactants on electroless deposition Ni-P-Nano Al2O3

composite coating”, Journal of chinese Society for corrosion and protection, 27, 27-30.





Các

ghiên cứ u

98.

99.

100.

101.

tiêu chuẩn

102. AST

Disk

103. AST

Meta

104. AST

of M

105. AST

Elect

Nick

công nghệ

đo lườ ng:

M G99-04

pparatus,

B571 –

lic Coating

M B504-9

tallic Coat

B764-9

ochemical

l Deposit,

ạ hóa học

(2004), Sta

ASTM Int

7 (2008),

s, ASTM I

(2007), S

ngs by the

(2003), St

Potential

STM Inte

ạo l ớ p phủ

11

ndard Test

rnational.

tandard Pr

ternational

andard Te

Coulometri

andard Tes

Determinat

national.

ompozit Ni

2

Method fo

actice for

.

t Method

c Method,

Method f

ion of In

hạt phân tá

r Wear Te

ualitative

or Measur

STM Inte

r Simultan

ividual La

n (Al 2O3 P

Hà M ạnh

ting with a

dhesion T

ment of T

rnational.

eous Thick

yers in M

FE)

Chi ế n

Pin-on-

sting of

ickness

ess and

ultilayer






DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Đ Ã CÔNG BỐ

CỦ A LU ẬN ÁN

1. Hà Mạnh Chiến, Mai Thanh Tùng, Đặng Việt Anh Dũng, Hoàng Văn Hùng

(2009), “Effect of alumina particle size on properties of electrolessly deposited

composite Ni-P/Al2O3”, Tạ p chí hoá học, tậ p 47, số 5, tr. 608-612.

2. Hà Mạnh Chiến, Vũ Đức Lượ ng, Mai Thanh Tùng (2011), “So sánh tính chất hai

lớ p mạ hoá học compozit NiP-Al2O3 và NiP-PTFE”. Tạ p chí công nghiệ p hoá

chất, số 9, tr.41-44.

3. Hà Mạnh Chiến, Vũ Đức Lượ ng, Mai Thanh Tùng (2011), “Ảnh hưở ng của hàm

lượ ng hạt Polytetrafluoroethylene trong dung dịch tớ i thành phần và tính chất lớ p

mạ hoá học compozit NiP-PTFE”. Tạ p chí công nghiệ p hoá chất, số 10, tr.24-27.

4. Lê Thị Thu Hằng, Hà Mạnh Chiến, Nguyễn Xuân Tr ườ ng, Mai Thanh Tùng

(2012), “Influence of sodium dihypophophide concentration on anticorrosion

properties of electrolessly deposited Ni-P alloy in aqueous containing H2S-CO2-Cl-

media”. Tạ p chí hoá học, 50, 50-54.

5. Lê Thị Thu Hằng, Hà Mạnh Chiến, Mai Thanh Tùng (2012), “Effect of PTFE

particle concentration on corrosion and wear resistance of electrolessly deposited NiP-PTFE composite coatings”. Tạ p chí hoá học, 50, 66-70.


Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit Ni-hạt phân tán...

Documents

Transcript of Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit Ni-hạt phân tán...