CÔNG NGHỆ MẠ CROM
1. Tổng Quan
1.1.

Lịch sử phát triển của công nghiệp mạ

Ngành mạ điện được nhà hóa học ý Luigi V. Brugnatelli khai sinh vào năm 1805. Ông đã
sử dụng thành quả của người đồng nghiệp Alessandro Volta, pin Volta để tạo ra lớp phủ
điện hóa đầu tiên. Phát minh của ông không có ứng dụng trong công nghiệp trong suốt 30
năm và chỉ được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm. Năm 1839, hai nhà hóa học
Anh và Nga khác độc lập nghiên cứu quá trình mạ kim loại đồng cho những nút bản in.
Ngay

sau

đó, John

Wright, Birmingham,

Anh

sử

dụng Kali Xyanua cho dung

dịch mạ vàng, bạc. Vào thời kì này, đó là dung dịch duy nhất có khả năng cho lớp
mạ kim loại quý rất đẹp. Tiếp bước Wright, George Elkington và Henry Elkington đã
nhận được bằng sáng chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840. Hai năm sau đó, ngành công
nghiệp mạ điện tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế giới. Cùng với sự
phát triển của khoa học điện hóa, cơ chế điện kết tủa lên bề mặt kim loại ngày càng được
nghiên cứu và sáng tỏ. Kĩ thuật mạ điện phi trang trí cũng được phát triển. Lớp

mạ kền, đồng, kẽm, thiếc thương mại chất lượng tốt đã trở nên phổ biến từ những năm
1850. Kể từ khi máy phát điện được phát minh từ cuối thế kỉ 19, ngành công nghiệp mạ
điện đã bước sang một kỉ nguyên mới.Mật độ dòng điện tăng lên, năng suất lao động
tăng, quá trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn. Những dung dịch cùng
với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn. Các lớp mạ được nghiên cứu
phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm đẹp... Kể từ sau chiến
tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành công kĩ thuật mạ crom cứng, mạ đa
lớp, mạ đồng hợp kim. mạ kền sunfamat... Nhà vật lí Mỹ Richard Feynman đã nghiên
cứu thành công công nghệ mạ lên nềnnhựa. Hiện nay công nghệ này đã được ứng dụng
rộng rãi. Kĩ thuật mạ hiện là một trong ba quá trình trong chu trình LIGA - được sử dụng
trong sản xuất robot điện tử siêu nhỏ (MEMS).
1.2.

Crôm và phát triển công nghiệp mạ crôm


1.2.1. Nguyên tố Crom:
Crom hay crôm (tiếng La tinh: Chromium) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần
hoàn có ký hiệu Cr và số nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6, là 1 kim
loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt Crôm được bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng
Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xước cao. Tên của kim loại này bắt nguồn
từ tiếng Hi Lạp "χρῶμα" - có nghĩa là màu sắc , bởi sự đa dạng về màu sắc trong các hợp
chất của nó.
Hợp chất Crôm được sử dụng lần đầu tiên bởi người Trung Quốc vào khoảng 2000 năm
trước, thuộc triều đại nhà Tần. Cụ thể khi khai quật Lăng mộ Tần Thủy Hoàng người ta
đã tìm thấy một số thanh kiếm với lưỡi kiếm được phủ bởi 1 lớp Cr2O3 dày 1015micromet, lớp này làm nhiệm vụ bảo vệ thanh kiếm khỏi các tác nhân oxi hóa của môi
trường từ bên ngoài trong hơn 2000 năm. Trễ hơn, ở phương Tây, vào năm 1761, khoáng
sản Crocoit (ngoài ra còn được biết đến với tên khác là Chì đỏ Siberia) được dùng như 1
chất màu trong hội họa, ở dạng bột vụn thì khoáng sản này có màu vàng, trong khi ở dạng
tinh thể thì có màu đỏ. Vào năm 1797,Loui Nicolas Vauquelin đã điều chế thành công Cr

kim loại ở dạng đơn chất từ quặng của nó, mặc dù vẫn còn lẫn khá nhiều tạp chất hiến
cho kim loại rất giòn, không thể sử dụng vào mục đích thương mại. Thay vào đó
quặng Cromic (thành phần chính là FeCr2O4, được biết đến với tên khác là Ferô crôm)
được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp luyện kim, từ quặng Cromic sau
khi tinh chế và người ta dùng phản ứng nhiệt nhôm để điều chế Cr. Crôm được coi là
1 kim loại có giá trị cao bởi tính chống ăn mòn tốt, và độ cứng rất cao, nên nó được dùng
như 1 nguyên tố điều chất thêm vào thép nhằm cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng
độ cứng, thép có thêm Cr được gọi là Thép không gỉ hay Inox.
Hằng năm, Cr kim loại dùng trong mạ điện và sản xuất thép chiếm đến 85% sản lượng Cr
trên toàn thế giới.
1.2.2. Lịch sử phát triển của ngành công nghiệp mạ crôm:


Các tham chiếu đầu tiên của mạ điện của crom là trong năm 1848 với bằng sáng chế của
Junot de Bussy năm 1854 là người đầu tiên để xuất một nghiên cứu khoa học dựa trên
việc mạ điện crom nhưng nổi tiếng hơn là Tiến sĩ Geuthes với những công trình nghiên
cứu mạ điện của kim loại này tại Gottingen, Đức vào năm 1856. Điều thú vị là ông sử
dụng giải pháp là acid cromic có chứa một số acid sulfuric dư. Giáo sư H. Buff Giessen
cố gắng lập lại công việc này. Nhưng ông đã không thành công, dẫn đến ông nghi ngờ về
kết luận của Geuther.
Điều này khiến cho nhiều người tập trung chú ý vào muối Cr (III). Đã có rất rất nhiều
nghiên cứu thời bấy giờ được giành ra để tìm hiểu về vấn đề này trong suốt 40 năm. Hai
nhà khoa học người Pháp Placet và Bonnet đã sử dụng dung dịch chromat trong các bằng
sáng

chế

được

công


bố

vào

những

năm

1891.

Một nhà khoa học người Pháp khác, M. LeBlanc lại không tin tưởng vào tuyên bố trên,
ông cảm thấy không thể nào mạ chrom từ dung dịch chrom sulfat. Sau đó, tranh cãi đã nỗ
ra về tính khả thi của chrom dùng trong mạ điện. Mãi cho đến năm 1905, Carveth và
Curry công bố những nghiên cứu của họ.
Một cuộc khảo sát của giáo sư W.D. Bancroft ở Đại học Cornell đã công nhận rằng
những phát hiện của Placet và Bonnet là hoàn toàn có cơ sở và ông cũng mạ được vật liệu
từ acid chromic. Năm 1906, giáo sư Bancroft đã khẳng định “ dung dịch chứa crom, đó
không phải là phiền crom sulfat, đó chính là acid cromic”.
Tại Budapest, Tiến sĩ F.L. Salzer đã làm việc dựa trên những dung dịch acid của crom và
đã có bài báo cáo “ Những lợi ích của việc thêm chrom sulfat để duy trì việc mạ điện
crom”.
Từ 1912 đến 1914, Tiến sĩ Sargent làm việc tại Cornell, cũng theo GS. Bancroft, thực
hiện một cuộc điều tra có hệ thống các tính chất điện phân của nhiều hỗn hợp khác nhau
của acid cromic và crom sunfat và mãi đến năm 1920 mới công bố kết quả của mình.
Cùng năm này, Tiến sĩ Liebreich cũng đã nghiên cứu về lĩnh vực này ở Berlin và những
bằng sáng chế của ông vào năm 1924 đã được công nhận là phù hợp cho mạ điện crom.


Điều đó đã làm cho việc thương mại hóa việc mạ điện crom được đẩy mạnh hơn bao giờ

hết
Fink với đồng nghiệp, Schwartz, Eldridge và Dubpernell, đã thực hiện công việc có giá
trị khá cao lúc bấy giờ tại Đại học Columbia. Đó là công việc của Liebreich đã dẫn đến
việc mạ điện thương mại đầu tiên của crom trong các năm 1924, gần như đồng thời ở Mỹ
và Đức. Năm 1923, Fletcher làm việc ở Anh về sự ứng dụng của crom và cả Ollard và
MacNaughton năm 1925 báo cáo việc sử dụng acid crom của Liebreich , tại Công ty
TNHH Electronic Metropolitan Vickers và sau này ở Phòng thí nghiện Woolwich. Tuy
nhiên, mãi cho đến năm 1928 quy trình mạ crom mới được bán trên thị trường thương
mại ở Anh. Lúc đầu, Lớp mạ crom được mạ từ một dung dịch lạnh, thường khá dày, rất
trơ và được đánh bóng để có được sự sáng bóng ở bề mặt mạ. Nhưng điều đó cũng làm
người ta sớm phát hiện ra rằng chrom không thể được sử dụng để thay thế hoàn toàn cho
mạ niken nhưng có thể đóng vài trò là một lớp mạ trên cùng để bảo toàn của phần đã mạ
nickel trước đó.
Năm 1927, Haring & Barrows công bố một đánh giá toàn diện về bể mạ acid cromic và
các hiệu ứng trên tính chất của lớp mạ trong khi thay đổi trong thành phần dung dịch và
các thông số vận hành. Kể từ đó, nhiều sự cải tiến đã được thực hiện trong lớp mạ crom
áp dụng cho bảo vệ chống ăn mòn, nhưng phần lớn các mạ crom vẫn được thực hiện
trong các dung dịch dựa trên acid cromic.
Một trong những tiến bộ lớn nhất là việc sử dụng các ion silicofluoride như chất xúc tác
để thêm vào dung dịch sulphate.Dung dịch này có khoảng 18 đến 20% hiệu quả ở cực âm
so với 10-12% của dung dịch acid cromic chỉ chứa sulphate làm chất xúc tác. Tuy nhiên,
hiệu quả cao này vẫn còn là một chặng đường dài để có thể đạt được với hầu hết các quá
trình mạ điện khác và nó là mục tiêu của các nhà khoa học nghiên cứu.
Một lý do khác gây hiệu quả thấp của bể mạ acid cromic là quá trình mạ điện dựa trên
crom hóa trị sáu. Một cải tiến rõ ràng sẽ được thực hiện bằng cách mạ crom với các hóa
trị thấp hơn. Nhiều nỗ lực để làm điều đó đã được thực hiện nhưng không có thành công


trong việc thương mại hóa mãi đến năm 1975, khi quá trình mạ điện công nghiệp khả thi
đầu tiên dựa trên chrom hóa trị III đã được giới thiệu. Kể từ thời điểm đó, việc sử dụng

bể mạ chrom hóa trị III để mạ điện đã tăng lên.
Sự cải tiến về kỹ thuật đã chưa đạt yêu cầu về màu sắc của lớp mạ, bởi do người ta
thường chỉ phủ một lớp mỏng để phục vụ cho mục đích trang trí. Đến nay, người ta đã
phụ được lớp mạ crom hóa trị ba với độ dày đạt yêu cầu, tuy nhiên thì vẫn chưa ứng dụng
được cho qui trình mạ crom cứng.
Hiệp hội Phát triển Quốc tế cho rằng lượng chromium được mạ điện như phủ hàng
nămtrên toàn thế giới là khoảng 20 000 tấn nhưng họ cũng nhấn mạnh rằng đây chỉ là
một ước tính.
1.3.

Các phương pháp mạ crom

Có 2 phương pháp mạ crom chính là mạ chrom cứng và mạ crom dày.
Mạ crom cứng là một lớp mạ có độ dày 0.0008-0.005 inch (0.020-0.125 mm) trên bề mặt
của kim loại, trong khi mỏng mạ crôm dày đặc thường có một độ dày crom từ 0.0002 đến
0.0006 inch (0.005-0.015 mm). Độ dày của crom mạ sẽ khác nhau tùy thuộc vào ứng
dụng. Crom mạ có thể được sử dụng trong một phạm vi nhiệt độ rộng từ -70 ° F đến 800
° F (-57 ° đến 427 ° C) và có thể chịu được áp suất lên tới 30.000 psi (2068 bar). Các giới
hạn nhiệt độ và áp suất phụ thuộc vào loại mạ crom, chất liệu và điều kiện hoạt động.


Trong hầu hết các trường hợp, mạ Crom dày đặc sẽ cung cấp hiệu suất tốt hơn vì sức
chống chịu với môi trường tốt hơn.

Hình 1. Mặt cắt ngang bề mặt phóng đại tiêu biểu của mạ chrome cứng và mạ chrom dày.
1.3.1. Mạ crom cứng
Mạ crom cứng thường được sử dụng trong những ứng dụng mà bộ phận phải chịu sự hư
tổn nhiều, khi đó, một lớp mạ crom dày là điều bắt buộc.Chính vì độ dày lại gây ra các
vết nứt và độ rỗng lớn hơn trên bề mặt crom. Các vết nứt sẽ tăng lên cùng với sự gia tăng
trong crom độ dày. Đánh bóng hoặc mài giũa là điều cần thiết để cải thiện về mặt mạ

hrom cứng. Cuối cùng bề mặt thô sẽ giảm đáng kể khả năng chống mài mòn. Mạ crom
cứng được sử dụng trong khoảng 95% của tất cả các ứng dụng mạ điện crom. Mạ cứng
thường được áp dụng các bề mặt bên ngoài.
Lớp mạ crom cứng sẽ giúp các công cụ, chi tiết kĩ thuật hoạt động tốt hơn nếu phủ một
chất bôi trơn. Các chất bôi trơn có thể dưới dạng lỏng, rắn hoặc sự kết hợp của cả hai. Ở
tốc độ thấp dưới 500 ft / min (152 mét / phút), áp lực dưới 50 psi (3.2bar), và nhiệt độ
dưới 70 ° F (21 ° C), dầu nhờn có thể được phủ lên trên lớp mạ crom bề mặt để điền vào
các bề mặt không đều để giảm mài mòn dấu.
1.3.2. Mạ crom dày
Mạ crom dày là một quá trình, cải thiện khả năng chống chọi với môi trường, tạo bề mặt
mượt mà và khả năng chống ăn mòn cao. Các lớp rất mỏng 0.0002-0.0006 inch (0.0050.015mm) và rất dày đặc, nó không có độ xốp, đường nứt lớn hoặc lỗ được tìm thấy trong
dây chuyền mạ chrome cứng, mạ chrom dày đặc có được độ chống ăn mòn khá cao
Mạ crom dày thường được áp dụng cho các bề mặt nội thất và đường kính bên trong. Nó
cho sức chống chịu cao hơn, hoàn thiện bề mặt tốt hơn, đồng dạng hơn, và có xu hướng
giảm hoặc loại bỏ sự nghiền hoặc mài giũa của các bề mặt mạ


Mạ crom dày được áp dụng rất chậm, so với mạ crom cứng. nó có mật độ lớn hơn đáng
kể và độ cứng cao hơn; khoảng Rockwell C-70 so với Rockwell C-65cho mạ crom cứng.
Trước khi mạ, bề mặt nên càng mịn càng tốt và không được vượt quá 10 microinch RMS
(0,229 micron Ra). Sau khi mạ, giảm sức căng có thể là cần thiết để giảm bớt các vết nứt.
Mạ chrome mỏng được khuyến khích hơn mạ chrome cứng khi tiếp xúc với BAL Seals,
Bôi trơn khô không được khuyến cáo trong mỏng mạ crôm dày đặc, vì không có phương
tiện tích cực để khóa các chất bôi trơn khô với bề mặt mạ kể từ khi mạ là rất trơn tru.

1.4.

Các vấn đề gặp phải khi mạ crôm

1.4.1. Kim loại nền và chuẩn bị trước khi mạ

Về cơ bản, sự ảnh hưởng của bề mặt kim loại nền của công cụ ảnh hưởng rất lớn đến tính
chất của lớp mạ.
Khi sự ma sát quá mức sẽ làm cho công cụ bị mài mòn và bị hở, lớp mạ crom sẽ không
hiệu quả nếu bề mặt của các công cụ hoặc chi tiết mạ không được xử lý cẩn thận.
Để giảm ma sát và nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của công cụ và chi tiết kĩ thuật
phải loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt của công cụ, các công cụ phải được mài, đánh
bóng trước khi mạ.
Lớp mạ crom cứng theo kĩ thuật Caswell trên kim loại nền sẽ có những đặc tính tốt nếu
bề mặt của kim loại nền được mài nhẵn, đánh bóng và xử lý tốt. HÌnh sau đây sẽ cho thấy
sự so sánh giữa lớp mạ trên kim loại nền có bề mặt được xử lý tốt (mài mòn, đánh bóng)
so với bề mặt kim loại thô, và mối nguy hiểm của lớp mạ crom lên bề mặt kim loại thô.


Bề mặt kim loại nền khuyết tật có thể được che phủ bởi lớp mạ crom cứng nhưng đó là
nguyên nhân gây ra hư hỏng các thiết bị mạ nếu bề mặt không được xử lý tốt.

Các biện pháp phòng ngừa sau đây được ứng dụng để phòng ngừa lỗi trên lớp mạ.
1 Ngâm tẩm dầu
Các bộ phận và chi tiết kĩ thuật máy móc trong quá trình làm việc có thể được ngâm tẩm
dầu làm mát, tùy thuộc vào vật liệu cấu tạo chi tiết và bộ phận mà có thể sử dụng các loại


dầu khác nhau. Độ dày của lớp dầu này khoảng 0.01 – 0.02 inch và nó cần được tẩy sạch
trước khi mạ.
Để xử lý lớp dầu này, các bộ phận hoặc chi tiết kĩ thuật phải được ngâm trong CCl4, trong
những trường hợp đặc biệt việc tảy dầu mở phải xyả ra ở nhiệt độ cao các bộ phận chi tiết
kĩ thuật phải được đun nóng ở nhiệt độ 300 -350 oF trong khoảng thời gian khoảng 2 giờ.
1.4.2. Sự giòn hóa kim loại
Sự giòn kim loại được tạo ra bởi các khuyết tật hình thành tự nhiên hoặc trong quá trình
gia công xử lý của các công cụ hoặc do tác động của các yếu tố bên ngoài.

Trong quá trình mạ của crom lớp mạ có thể bị giòn hóa. Nguyên nhân là do các khuyết
tật trên bề mặt kim loại nền, các khuyết tật này khó nhận biết bằng mắt thường. Lớp mạ
có thể phản ánh và khuyêchs đại các khuyết tật của bề mặt kim loại nền. Đây có thể là
một trong những phương pháp kiểm tra sự nứt gãy của kim loại nền.
Ứng suất và biến dạng cao do khuyết tật của bề mặt kim nền xảy ra trong các công cụ có
độ cứng trong cao (50-60 Rockwwell C). Nếu có sự nghi ngờ về sự tồn tại của các khuýet
tật trên bề mặt kim loại nền bề mặt phải được xử lý trước khi mạ. Sự kiểm tra nhiệt là cần
thiết để kiểm tra bề mặt của kim loại nền đến một điểm trên bề mặt của kim loại nền là
đạt tiêu chuẩn.
1.4.3. Làm sạch bề mặt không đúng cách
A Nên cẩn thật làm sạch dầu mở trên bề mặt kim loại nền trước khi mạ. Tránh việc xử lý
quá mức
B Việc mạ phải được diễn ra trên bề mặt không thấm dầm và trong môi trường ăn mòn,
Vật mạ phải luôn sạch trước khi mạ.
C Các vật mạ phải được mạ ngay lập tức sau khi làm sạch để ngăn chặn quá trình oxy hóa
và nhiễm bẩn của các tạp chất bên ngoài.


1.4.4. Khiếm khuyết bề mặt
A Oxit – Kim loại đên như gang thép công nghiệp có thể bị oxy hóa như một kết quả của
việc xử lý nhiệt mài mòn hoặc xử lý bề mặt. Các nhà sản xuất công cụ đã áp dụng lớp
oxit này với mục đích bảo vệ, hình dáng và màu sắt của vật liệu. Nhưng lớp oxit này sẽ
được xử lý trước khi mạ bằng cách gia công cơ khí hoặc hóa chất.
B Carbon – Carbon hóa xảy ra là kết quả của tính chất hóa học và điện đặc biệt của thép
carbon mà trong đó hàm lượng carbon cao đặc biệt, tác động lên bề mặt của kim loại nền
làm cho nó có vết đốm hoặc màu xám đen.
Kết quả này là do việc tiếp xác của vật liệu mạ với một số acid nhất định hoặc do sự đảo
cực với dòng quá lớn trong dung dịch mà làm hình thành các vết bẩn trên bề mặt lớp mạ.
Trong kĩ thuật mạ Caswell sự đảo cực trong 10s để loại bỏ mối nguy hại này. Trong
trường hợp này các vết bẩn sẽ được loại bỏ bằng gia công cơ khí


1.5.

Loại

Ứng dụng của công nghệ mạ crôm

quy Sản phẩm

Đặc tính và các ứng dụng tiêu biểu

trình
Crôm hóa trị 6
Crôm sáng

CR 843, CR 843 Liquid,

CR

dày

thấp

hơn

1

µm

843 - Các quá trình tạo ra lớp mạ crôm hiệu quả cao với độ bao phủ


Plus
LumaChrome®,
LumaChrome®

Chiều

tốt
- CR 843 Plus tăng tốc độ mạ và sự hoạt hóa niken được tăng
cường


- Quá trình LumaChrome® hoạt động rất đơn giản

Plus

- DC 700 cung cấp hiệu suất cao và có xu hướng giảm vết nứt

DC 700
UniChrome®

Crôm kép

Crôm đen

Chứa

CF -

2


lớp

crôm

liền

nhau

250

- Dùng cho các lớp crôm trang trí cao hơn (> 2 µm)

Econo-Chrome®

- Dùng cho các phần hoàn thiện trang trí màu đen nói chung

BK

-

Crôm đen BC

Dùng

cho

các

tấm


thu

năng

lượng

mặt

trời

- Dùng cho phần hoàn thiện an toàn cho các bề mặt của máy móc
tự động không phản chiếu

Crôm hóa trị 3
Crôm sáng

TriChrome® Plus

thế

-Thay

việc

mạ

crôm

hóa


trị

6

- Chất điện giải dựa hoàn toàn trên crôm hóa trị ba
- Đáp ứng các yêu cầu của nghành côngn ghiệp phần cứng,
ngành công nghiệp ô tô, và các thiết bị điện tử tiêu dung.
Crôm
màu

sẫm TriChrome®
Smoke
2,TriChrome®

- Thay thế cho các lớp mạ hoàn thiện như rutheni với lớp phủ
dày

hơn

và

khả

năng

chống

ăn


mòn

cao

hơn

- Ứng dụng trong điện tử tiêu dùng và ngành công nghiệp ô tô

Shadow, TriChrom
e® graphite

Các qui trình mạ chrom – Dãy sản phẩm hoàn thiện trong việc mạ chrom trang tri của
công ty Apotech.
Quá trình xi mạ crom được ứng dụng vào 2 lĩnh vực chinh là xi mạ crom cứng và xi mạ
chrom trang trí
1.5.1. Ứng dụng của xi mạ crom cứng
Tùy mục đích mà có thể mạ crom sữa, crom xốp, crom bóng…Loại này thường dùng để
mạ tăng tính chịu mài mòn cho các dụng cụ cầm tay, các dụng cụ kiểm tra đo lường, mạ


phục hồi kích thước cho các chi tiết máy đã mòn ( như trục động cơ, máy móc, các cơ cấu
chuyển động…), mạ tăng cứng bề mặt cho các chi tiết máy mới như vòng găng piston của
động cơ đốt trong, mạ các dụng cụ cắt gọt, các khuôn cối đúc hay đột dập, mạ các bộ đôi
ma sát như xylanh-piston, các bộ kéo chuốt dây kim loại.
Mạ chrom cứng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp vì nó mang lại nhiều
tính chất ưu việt cho bề mặt các chi tiết máy mà bản than vật liệu này không có. Ngoài độ
cứng cao ra lớp mạ crom cứng đồng thời còn rất bền với ăn mòn, chống mài mòn rất tốt,
bề mặt trơn nhẵn và rất đồng đều, khó thấm ướt, hệ số ma sát nhỏ, gắn bám tốt…Nhờ các
tính chất này, lớp Crom cứng đã làm cho bề mặt các chi tiết máy trở nên tốt hơn và rất
đồng nhất về chất lượng, khiến cho thời hạn làm việc của chúng với độ chính xác cao

được kéo dài. Mặt khác quá trình xi mạ crom lại tương đối dễ thực hiện, dễ kiểm tra và
điều chỉnh nên đảm bảo luôn giữ được chất lượng đạt tiêu chuẩn một cách ổn định mà giá
thành gia công chế tạo lại tương đối thấp. Chẳng may mạ hỏng, không đạt yêu cầu cũng
dễ dang bóc bỏ đi rồi mạ lại và vẫn thu được sản phẩm hoàn toàn đạt chất lượng tốt. Đó
chính là những lý do làm cho công nghệ mạ crom cứng được ưa chuộng và ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như : Phục hồi trục ( tyben, trục lô, cán, trục in,
xylanh…), chi tiết máy, khuôn mẫu.
Mạ crom cứng ngoài việc mạ tăng bền cho các sản phẩm mới, nó còn dùng để mạ phục
hồi kích thước cho các trục máy làm việc lâu ngày đã bị mài mòn.
1.5.2. Mạ crom trang trí
Xi mạ crom trang trí thường yêu cầu phải nhẵn bóng, sáng xanh. Lớp mạ Crom bóng
thường mạ rất mỏng ( từ 0,25µm đến 0,5 µm, rất hiếm khi mạ đến 1,2 µm) được phủ lên
trên các vật bằng kim loại với mục đích làm cho bề mặt sản phẩm kim loại sáng bóng,
trắng xanh lộng lẫy hẳn lên. Loại lớp phủ này thường là một tổ hợp gồm nhiều lớp được
mạ lần lượt chồng lên nhau như Ni – Cr hay Cu – Ni – Cr… trong đó lớp Crom nằm
ngoài cùng, giữ vai trò trang sức và tăng độ cứng bề mặt, các lớp phía dưới có nhiệm vụ
bảo vệ, chống ăn mòn.


Ngày nay, để tăng khả năng bảo vệ hơn nữa cho các hệ mạ tổ hợp đó, người ta đã thay
thế lớp Cr bóng thong thường bằng lớp Cr vi nứt hoặc Cr vi xốp nhằm tránh hiện tượng
ăn mòn cục bộ trong bản than hệ mạ nên đã kéo dài được thời gian phục vụ của chúng. Xi
mạ Crom trang trí thường được dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy, xe
đạp và các sản phẩm dân dụng khác. Lớp mạ Crom bóng trong hệ bảo vệ – trang sức
chiếm đến 90% tổng số lớp mạ Crom nói chung trong các nước có nền công nghiệp ô tô
phát triển. Ngoài ra riêng lớp mạ crom bóng còn được dùng để tăng tuổi thọ cho dụng cụ
y tế, thú y, đo lường

1. Một số quy trình mạ crom
1.1.


Mạ crom bảo vệ trang sức

1.1.1. Tổng quan
Lớp mạ crome bảo vệ trang sức rất quan trọng vì bề mặt của lớp mạ crom rất trơ
về mặt hóa học do sinh ra lớp màng thụ động ( lớp oxy hóa bền), do đó rất ổn định
trong không khó khó bị mất màu, bị trầy sướt. Lớp mạ này không bị ăn mòn trong
các hóa chất ngoại trừ HCl và H2SO4 nóng. Crom còn là một chất rất ổn định nên
bề mặt của nó khó bị nhiễm bẩn.
Lớp crom có cấu tạo và tổ chức khác với lớp crom đúc, nó có cấu trúc, độ cứng và
độ mài mòn rất cao, dùng để mạ hồi phúc những chi tiết bị mài mòn.
Dung dịch mạ crom là dung dịch acid cromic có pha lẫn một số chất phụ gia có
chứa các ion âm như SO42- ,SiF62- gọi là dung dịch phức hợp hổ trợ cho việc hình
thành lớp mạ crom.
Để nâng cao độ bền của lớp mạ đồng – niken – crom hoặc niken – crom người ta
phát triển công nghệ mạ vi lỗ, mạ crom không có vết nứt hoặc vết nứt nhỏ.


Mạ crom thường dùng dung dịch acid cromic có chất xúc tác là các ion âm như
SO42-, SiF62-. Hiệu suất dòng điện 8-13%. Lớp mạ bóng, dễ đánh bóng, độ cứng tế
vi 600-900HV, dung dịch ít ăn mòn các thiết bị.
1.1.2. Mạ crom thường
1.1.2.1.

Đặc điểm của dung dịch mạ và các yếu tố ảnh hưởng

Hàm lượng CrO3 trong dung dịch mạ crom thông thường trong khoảng 150 -400
g/L. CrO3 trong dung dịch tồn tại ở dạng Cr2O72- và dạng CrO42- với cân bằng sau:
Cr2O72- + H2O ⇄ 2CrO42- + 2 H+
Kết tủa của lớp mạ crom do sự khử trực tiếp Cr6+ ơ cathode

CrO42- + 8H+ + 6e  Cr + 4H2O
Đồng thời ở anode cũng xảy ra phản ứng sau:
Cr2O72- + 8H+ + 6e  Cr2O3 + 4H2O
Nhưng dung dịch còn thoát ra khí hydro. Trên bề mặt cathode hình thành lớp
màng mỏng Cr(OH)3, Cr(OH) CrO4 chỉ có những nguyên tử hydro xuyên qua. Khi
có ion SO42-, màng mỏng cathode có nhiều vi lỗ, vì thế CrO42- mới phản ứng trên
cathode
Có những nghiên cứu cho rằng Cr3+ là điều kiện cần thiết để thu được lớp mạ Cr
nhưng trên thực tế không cần Cr3+ cũng thu được lớp mạ Cr, nhưng với lượng nhỏ
Cr3+ sẽ nân cao khả năng phân bố của lớp mạ Cr, nhưng nếu quá nhiều thhì khả
năng phân bố sẽ giảm. Trong dung dịch mạ còn sử dụng các chất hoạt động bề mặt
như carbon – flour để chống sụ bay hơi của crom.
Chế độ mạ crom khác nhau được mô tả trong bảng bên dưới
Bảng 1 Chế độ mạ của công nghệ mạ crom thường


Chế độ mạ
1

2

3

4

CrO3 (g/L)

100 - 180

230 - 270


280 - 320

390 - 410

H2SO4 (g/L)

1.5 – 1.6

2.3 – 2.7

2.6 – 3.2

3.9 – 4.1

Cr3+ (g/L)

1.5 – 3.6

2.3 – 5.42

2.6 – 6.4

3.9 – 8.2

40 – 50

40 – 50

40 - 45


10 – 20

10 – 20

10 – 25

56 – 62

58 – 62

56 – 62

56 – 62

30 – 45

30 – 45

30 – 45

30 – 45

Đặc điểm

Nhiệt độ
(oC)
Mạ crom sữa

Mật độ

dòng
(A/dm2)
Nhiệt độ
(oC)

Mạ crom bóng

Mật độ
dòng
(A/dm2)

Dung dịch 1: mạ crom sữa (mạ crom chi tiết phun cát)
Dung dịch 2: kết tủa nhanh
Dung dịch 4: khả năng phân bố và dẫn điẹn tốt
Dung dịch 3: có đặc tính trung gian giữa dung dịch 2 và 4
Hai yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến uqá trình làm việc của bể mạ là mật độ dòng điện
và nhiệt độ. Chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau nếu thay đổi một trong hai
yếu tố thì yếu tố còn lại cũng sẽ thay đổi theo. Khi tăng nhiệt độ dung dịch sẽ làm
gimả hiệu suất dòng điện, thu hẹp khoảng làm việc của mật độ dòng điện tăng độ


bay hơi của dung dịch dó đó phải tăng mật độ dòng điện để giữa cho quá trình mạ
được bình thường. Ngoài ra mạ ở nhiệt độ cao sẽ làm giảm độ cứng của lớp mạ.
Khi mạ crom cho trang sức thì nhiệt độ tối ưu là 45 ± 2oC, và mật độ dòng điện
tương ứng là 15- 25 A/dm2. Thu được lớp mạ bóng, nếu nhiệt độ quá thấp hoặc
quá cao thì lớp mạ sẽ mờ, mật độ độ dòng điện quá cao thì lớp mạ ở các đầu nhọn
và biên sẽ bị chát đen.
2.1.2.3.

Yêu cầu khi pha dung dịch mạ


Khi pha chế dung dịch mạ crom còn dùng CrO3 có độ tinh khiết cao, hàm liơngj
H2SO4 trong CrO3 không vựt quá mấy phần nghìn, không có gốc Cl- và các chất
xúc tác khác.
Khi pha dung dịch, hòa tan CrO3 trong 2/3 thể tích nước, sau đó cho nước đến
vạch định mức. lấy mẫu kiểm tra CrO3 và gốc H2SO4. Cho H2SO4 theo hàm lượng
quy định. Cr3+ có thể được điều chế bằng ccsh xử lý điện phân cathode lớn anode
nhỏ hoặc cho thêm Cr2(SO4)3, hoặc H2O2 (10g/L H2O2 30% sẽ tạo thành 2.5 g/L
Cr3+)
Nếu như vể mạ lót chì dung dịch cần khuấy khuấy đề, treo các cực bề mạ, xử lý
điện phân vài giờ nếu không cho đầu dung dịch bể mạ sẽ bị ăn mòn.
2.1.2.4.

Khống chế tỉ lệ CrO3:H2SO4

Khi mạ crom trang sức tỉ lệ CrO3:H2SO4 là 90-100:1. Nếu tỉ lệ lớn kết tủa sẽ
nhanh, độ bóng của lớp mạ kém lúc này còn bổ sung H2SO4. Nếu như đồng thời
bổ sung CrO3, trước tiên cần bổ sung CrO3 sau đó phân tích hàm lượng SO42- và
bổ sung H2SO4. Như vậy hmà lượng H2SO4 trong CrO3 được điều chỉnh. Nếu như
tỉ lệ nhỏ, cần bổ sung CrO3 hoặc dùng BaCO3 để kết tủa gốc SO42-. Cứ cho 2g
BaCO3 thì có thể kết tủa được 1g SO42-.
2.1.2.5.

Khống chế hàm lượng Cr3+


Hàm lượng Cr3+ bằng 1- 2% hàm lượng CrO3. Thông thường khống chế trong
pham vi dưới 6g/L không vượt quá 10g/L.
Khi SO42- quá cao Cr3+ dễ tăng nếu diện tích anode quá nhỏ hoặc dẫn điện không
tốt, Cr3+ cũng tăng cao. Khi Cr3+ quá caothì điện phân với dòng điện ở anode 1.5

-2A/dm2. SA:Sk = 10-30:1 đến khi hàm lượng Cr3+ giảm đi.
2.1.2.6.

Anode

Anode thường dùng phải có hàm lượng Sb từ 6-8%, cần phải rửa sạch, tẩy gỉ,
tảy dầu để đảm bảo dẫn điện tốt.
2.1.2.7.

Nguồn điện

Dùng máy chỉnh lưu ba pha hoặc 6 pha có biên độ dao động sóng rất nhỏ
2.1.2.8.

ảnh hưởng của tạp chất và cách xử lý

Tạp chất kim loại (như Cu2+, Zn2+, Ni2+, Pb2+, Na+, …) làm thu hẹp khoảng mạ
bóng và làm giảm khả năng phân bố. tạp chất kim loại có thể được xử lý bằng
cột nhựa trao đổi ion dương nhưng phương pháp này ít được sử dụng. Một
phương pháp khác được sử dụng nhiều hơn là ngăn chặn sự tích lũy của tạp
chất kim loại.
Gốc Cl- cũng làm giảm khả năng phân bố, làm lớp mạ thô, tối. Để ngăn cản sự
tích lũy của ion, pha chế dung dịch phải dùng nước cất, trước khi mạ cần tẩy
nhẹ bằng H2SO4 nếu HCl thì cần phải rửa sạch.
Điện phân ở nhiệt độ 60oC có thể khử ion Cl-.
Gốc NO3- làm cho lớp mạ không bóng, có màu đen gây ăn mòn bể mạ với hàm
lượng 1g/L, điện phân ở nhiệt độ 60 -70oC có thể khử NO3-.
2.2.

Mạ crom phức hợp



dung dịch mạ crom dùng chất xúc tác ion SO42- và ion F-. Gốc SìF62- có tác dụng
tương tự như gốc F- nhưng dễ khống chế hơn và được sử dụng nhiêu hơn.
Mạ Crom phức hợp sử dụng dòng điện cao, hiệu suất dòng điện 18 -25% phạm vi
độ bóng rộng, tốc độ kết tủa nhanh, khả năg phân bố tốt độ cứng của lớp mạ 800 1000HV nhưng tính ăn mòn của dung dịch mạnh điều chỉnh và phân tích khó
khăn. Dung dịch nhạy với tạp chất, khi hàm lượng Fe vượt quá 3g/L độ bóng sẽ
giảm, khả năng phân tán kém.Mạ crom phức hợp dùng anode là hợp kim Pb – Sn
hàm lượng Sn 30 -50 % hoặc hợp kim Pb – Sn – Ag hàm lượng Sn ~9% và Ag ~
1%.Các chế độ của dung dịch mạ
Bảng 2 Chế độ mạ của công nghệ mạ crom phức hợp
Chế độ mạ

1

2

3

CrO3

150 – 195

250

400

H2SO4

1.2 – 1.5


1.25

2

Đặc điểm

4–6

H2SìF6

2.3.

NaF

1.3 – 1.8

Nhiệt độ (oC)

40 – 60

45 – 55

40 – 50

Mật độ dòng (A/dm2)

8 – 60

25 – 40


8 – 20

8

Mạ crom điều chỉnh tự động

Dùng dung dịch CrSO4 cung cấp ion SO42- dùng K2SìF6 cung cấp ion F- là dung dịch
crom điều chỉnh tự động trong phạm vi nhiệt độ và nồng độ CrO3 quy định độ hòa tan
của hai loại muối này tương đương với nồng độ chất xúc tác cần có. Như vậy có thể đảm
bảo ưu điểm mạ crom phức hợp tranh được khó phân tích.
Điều quna trọng nhất trong khi mạ crom tự động là khống chế tỉ lệ nồng độ chất xúc tác
và crom oxit


Độ hòa tan của chất xúc tác có quan hệ với nồng độ CrO3 nhiệt độ càng cao hàm lượng
chất xúc tác trong dung dịch càng cao, nông độ CrO3 nâng cao thì nống độ chất xúc tác
giảm.
Nếu sử dụng nhiệt độ cao, nâng cao tương ứng nồng độ CrO3 nếu nhiệt độ giảm chỉ
dùng dung dịch loãng đảm bảo tỉ lệ CrO3:SO42- = 160:1 (g/L)
Khi khả năng phân bố tốt nhưng lớp mạ đen, tối, thô do nồng độ chất xúc tác quá thấp.
Lúc đó cần phải làm loãng dung dịch hạ thấp nồng độ CrO3 khuấy để điều chỉnh tỉ lệ,
nâng cao nồng độ chất xúc tác.
Do dung dịch mạ crom tự động điều chỉnh để đạt đến hòa tan cân bằng cần có thời gian,
tốt nhất đảm bảo dung dịch làm việc ở nhiệt độ quy định.
Để điều chỉnh hàm lượng chất xúc tác trong dung dịch có thể thêm SrSO4 và K2Cr2O7
nhờ hiệu ứng ion chung làm giảm SO42- và SiF62-.
Các chế độ pha dung dịch mạ

Bảng 3 Chế độ mạ crom điều chỉnh tự động

Chế độ mạ
Đặc điểm
CrO3

1

2

250 – 300

300
4.5 – 13.5

SrCrO4
SrSO4
K2Cr2O7

6–8

1.2 – 3.6
7.2 – 19.8


K2SiF6
Crom
bóng

Crom
sữa


anode

2.4.

Nhiệt độ (oC)
Mật độ dòng
(A/dm2)
Nhiệt độ (oC)
Mật độ dòng
(A/dm2)

20

2.7 – 7.5

30 – 40

8 – 15

50 – 60

33 – 45

40 – 60
55 – 62

Hợp kim chì
thiếc ( Sn 10%)

Mạ crom có chất phụ gia


Để làm giảm ô nhiểm môi trường người ta dùng công nghệ mạ crom loãng có
chứa Flour, mục đích là làm giảm hàm lượng CrO3 trong dung dịch mạ bằng cácc
khống chế nồng độ oxit trong khoảng 50- 100g/L. Nhưng dung dịch mạ này có
một số nhược điểm là yêu cầu điện thế cao, nhiệt độ tăng nhanh khả năng phân bố
kém.
Để gải quyết các nhược điểm của dung dịch mạ trên người ta sử dụng các chất phụ
gia để hàm lượng CrO3 trong dung dịch này khoảng 150-250 g/L làm cho dung
dịch mạ có những ưu điểm:
Hiệu suất dòng của dung dịch mạ trên 20%
Khả năg phân bố tốt
Mật độ dòng điện thâó
Độ cứng của lớp mạ cao 1000HV khả năng chống gỉ.
Các hợp chất phụ gia thường dùng là NH4F, H2SìF6, K2SiF6, HBF4 một số hợp
chất ha logen khác như KClO3, KbrO3, KIO3 hợp chất của Bo, Magie hoặc các


hợp chất hữu cơ,… thông thường chất phụ gia thường dùng phối hợp với H2SO4
nhưng hàm lượng H2SO4 thấp hơn hàm lượng trong dung dịch mạ crom tiêu
chuẩn.
Các chế độ pha dung dịch mạ
Bảng 4 Chế dộ mạ của công nghệ mạ crom phụ gia
Chế độ
Đặc điểm
CrO3

1

2


100 - 140

100 - 150

H2SO4

0.5 – 0.9

Cr3+

0.5 – 2

NS – 31

20 – 24

1.5 – 2

Nhiệt độ (oC)

12 – 55

20 – 35

Mật độ dòng (A/dm2)

3–8

40 – 10


Nguyên liệu anode

Pb/Sn

Pb/Sn

2.5.

Mạ crom không có vết nứt và có vết nứt nhỏ

Mạ crom không có vết nứt và có vết nứt nhỏ đều nâng cao độ bền, độ chống gỉ của
lớp mạ. Mạ crom kép là mạ hai lớp với lớp mạ thứ nhất làm giảm vết nứt chống
sự ăn mòn tại vết nứt, sau đó dùng sự phân tán của dòng điện ăn mòn để nâng cao
tính ăn mòn.
Phương pháp kiểm tra vết nứt crom
Bảng 5 Phương pháp kiểm tra vết nứt
Điện phân anode dung dịch cromat

Điện phân cathode dung dịch đồng sulfat

Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/L)

Thành phần và chế độ

Hàm lượng (g/L)

CrO3

CuSO4.5H2O


200 – 250

100


H2SO4

80 – 100

H2SO4

50 – 80

Nhiệt độ (oC)

Thường

Nhiệt độ (oC)

Thường

Mật độ dòng điện
anode (A/dm2)

Mật độ dòng điện

2 – 2.5

cathode (A/dm2)


2–3

Thời gian (phút(

Thời gian (phút)

0.5 – 1
2–3

Sau khi xử lý dùng kính hiển vi phóng đại 100 -200 lần quan sát không thấy xuất
hiện vết nưt mật độ vệt nứt trong khoảng 300 -800 vết/cm.
Mạ crom không có vết nứt sử dụng nhiệt độ cao và tỉ lệ CrO3/SO42- cao chế dộ mạ
được mô tả trong bảng phía dưới

Bảng 6 Chế độ mạ công nghệ crom không có vế nứt
Chế độ

1

2

3

4

5

CrO3

250


280/300

320 – 340

370

320

CrO3/SO42-

125

Đặc điểm

–

120

–


150/1
CrO3/Sì62-

140/1
140 – 150/1

140/1


CH3OH (mL/L)

1.25

Cr3+

2–4

2–4

>0.5

>0.5

0.4

H2SO4

0.02

H2SiF6

7

LiCO3

12

Nhiệt độ


53 – 65

55 – 75

53 – 55

55 – 75

47 – 51

Mật độ dòng điện (A/dm2)

15 – 20

30 – 5 0

15 – 20

30 – 50

12 – 15

Bảng 7 Công nghệ mạ cro vết nứt nhỏ
Chế độ

1

2

3


4

CrO3

250

250

250

250

H2SO4

2.5

2.5

1.5

2.5

Đặc điểm

H2SiF6

0.76
0.0018 – 0.005


H2SeO4

0.005 – 0.013

Na2SeO4.10H2O

0.015

0.01

K2SiF6

3

K2CO3

20

Nhiệt độ (oC)

45

Mật độ dòng điện (A/dm2) 15 – 22.5

43 – 45

45 – 48

40 – 42


15 – 20

14 – 16

15 – 18

Bảng 8 Chế độ mạ crom kép
Số lớp mạ

Thành phần và chế Hàm lượng (g/L)
độ

Sắt thép

Kém đúc


CrO3

335 – 375

375 – 410

CrO3/SO42-

100/1

140/1

Nhiệt độ (oC)


46 – 52

45 – 52

11 – 16

13 -17

CrO3

165 – 195

210 – 230

F-

1.5 – 2.2

1.8 – 2.5

Lớp thứ hai

CrO3/SO42-

180/1

180/1

0.8 – 1.2 μm


Nhiệt độ (oC)

49 – 54

52 – 57

10 – 13

10 – 16

Lớp thứ nhất
0.25 – 0.35μm

Mật độ dòng điện
(A/dm2)

Mật độ dòng điện
(A/dm2)
2.6.

Mạ crom cứng

2.6.1. Tổng quan
Mạ crom cứng là lớp mạ crom trên các vật liệu mềm có độ dày từ 20μm đến vài
milimet
Lớp mạ crom cứng tương đối dày, lớp mạ có độ cứng cao chịu mài mòn tốt
Mạ crom cứng thường dùng dung dịch mạ crom thông thường, trong dung dịch có
hợp chất Flour dễ ăn mòn những chổ lõm chưa phủ được lớp mạ
Quá trình xử lý trước khi mạ rất quan trọng do ảnh hưởng đến chất lượng của lớp mạ.

Do ứng xuất nội lớp mạ crom cứng rất lơn nên khi mạ dễ sinh ra sự giòn hydro kim
loại nền, do đó sau khi mạ cần xử lý nhiệt khử hydro để đảm bảo kích thước chi tiết
khi mạ xong phải gia công cơ khí, xử lý lỗ xốp.
Độ dày của lớp mạ crom cứng với các chi tiết kĩ thuật
Bảng 9 Độ dày của lớp mạ crom cứng các loại chi tiết
Độ dày lớp crom cứng

Các loại chi tiết


5

Dũa, mũi khoan, bánh răng

10

Khuôn chất dẻo

100

Khuôn, xéc măng, xi lanh

150

Trục quay, trục bơm
Xéc măng nén khí, xéc măng động cơ đốt

400

trong có côgn suất lớn


2.6.2. Quy trình công nghệ
2.6.2.1.

Sơ lược về quy trình

Gia công cơ khí
Tẩy dầu mở dung môi hữu cơ
Treo giá, lắp ráp che chắn, anode phụ hoặc cathode phụ
Che lắp những bộ phận không cần mạ
Tẩy dầu điện phân
Rửa nước
Ăn mòn anode
Mạ crom cứng
Rửa nước lạnh
Rửa nước nóng
Thảo khỏi giá và khử hydro

2.6.2.2.

thành phần của dung dịch mà và chế độ làm việc