Chơng 2 : Phục hồi các chi tiết máy bằng phơng pháp mạ
(HC lần 2_13/7/07)[5, 8, 12, 16,17,18]
Mạ không những đợc ứng dụng để trang trí, bảo vệ bề mặt kim loại, tăng khả năng
tiếp xúc trong các mạch điện, công tắc điện mà còn đợc sử dụng để phục hồi các chi tiết
máy bị mài mòn.
Mục đích của mạ phục hồi chủ yếu là cải thiện bề mặt tiếp xúc của chi tiết, khôi
phục các kích thớc lắp ghép, phục hồi kích thớc các chi tiết bị mài mòn, tăng độ cứng,
tăng độ chịu mài mòn... Ngoài ra, các lớp mạ còn có khả năng bảo vệ kim loại khỏi tác
dụng của môi trờng xung quanh, hoặc tạo ra các bề mặt trang trí, ...
Mạ kim loại có thể là mạ điện, mạ hóa học, mạ nhúng...
2.1 Các khái niệm chung về quá trình mạ
Dung dịch điện li: Trong kỹ thuật mạ ngời ta sử dụng các dung dịch axit, bazơ,
muối. Khi hòa tan trong dung dịch thì chúng phân li thành các ion và đợc gọi là dung
dịch điện li.
2.1.1 Các hằng số vật lý và hoá học
Nồng độ chất tan trong nớc đợc biểu diễn bằng một trong các phơng pháp sau:
N - Số đơng lợng gam của chất tan trong 1 lít dung dịch (nồng độ đơng lợng) .
C - Nồng độ chất tan là số gam chất tan trong 1 lít dung dịch gam/lít (g/l) ;
P - Nồng độ phần trăm là số gam chất tan trong 100 gam dung dịch , % ;
C = p . . 10
Trong đó : C - nồng độ chất tan (g/l)
p - Nồng độ %
- Tỷ trọng dung dịch , g/cm
3
.
C
M N
z
=
.
Trong đó M - Phân tử lợng của chất

z - Hoá trị
2.1.2 Các thông số của quy trình mạ
1. Mật độ dòng điện trên catốt D
k
hoặc trên anốt D
a
là những thông số chủ yếu của quá
trình điện phân. Mật độ dòng điện là tỷ số cờng độ dòng điện trên diện tích điện cực, th-
ờng đợc biểu diễn theo đơn vị : ( A/ dm
2
).
2. Đơng lợng điện hóa : Lợng chất kết tủa hoặc hoà tan trong 1 ampe giờ đợc gọi là đ-
ơng lợng điện hoá và tính theo công thức :
6,28.Z
A
a =
Trong đó : A - Nguyên tử lợng của kim loại;
Z - hoá trị
26
28,6 - số điện lợng (28,6 ampe . giờ= 96.500 cu lông )
a - Đơng lợng điện hóa
Quá trình điện phân tuân theo định luật Faraday : lợng kim loại kết tủa trên catốt
hoặc hoà tan trên anốt tỷ lệ thuận với điện lợng qua dung dịch. Điện lợng tính bằng cu
lông.
3. Lợng kim loại kết tủa hoặc hoà tan đợc tính theo công thức :
m = a.I.t.
m - Lợng kim loại ( gam , g)
I - Cờng độ dòng điện ( Ampe, A )
t - Thời gian ( giờ , h)
a - Đơng lợng điện hoá ( gam/ (A.h)

Ví dụ đơng lợng điện hoá một số chất ( Cr: = 0,323 ; Fe: a = 1,043 )
- Hệ số hữu ích của quá trình
4. Hiệu suất dòng điện
Trên catốt , ngoài ion kim loại kết tủa còn có ion hydro. Vì thế kim loại bám trên
catốt không bằng lợng kim loại tính theo định luật Faraday. Tỷ số lợng kim loại kết tủa
trên lợng kim loại lý thuyết tính theo định luật Faraday
gọi là hiệu suất dòng điện

=
m
a I t. .
.%100
5. Tính độ dày lớp mạ


.S
m
=
m - lợng kim loại hoà tan điện hoá (gam)
S - Diện tích, (mm
2
) - tỷ trọng g/cm
3
.



=
D a t
k

. . .
.1000
(*)
Trong đó :

- Độ dày trung bình, mm

- Tỷ trọng kim loại mạ g/cm
3
.

- Hiệu suất dòng điện %
t - Thời gian mạ giờ (h)
a - Đơng lợng điện hoá g/(A.h)
Từ công thức (*) ta tính đợc thời gian cần mạ.
t
D S
k
=

. .
.
1000
I = D
k
. S S - diện tích bề mặt kim loại mạ (mm
2
)
27
2.3 Một số phơng pháp kiểm tra đo đạc trong mạ điện

2.3.1 Kiểm tra chiều dày lớp mạ:
Chiều dày lớp mạ là đại lợng quan trọng. Chiều dày lớp mạ thờng không đều trên
toàn bộ bề mặt của sản phẩm. Có chiều dày cục bộ và chiều dày trung bình. Khi mạ ngời
ta quy định chiều dày tối thiểu cho sản phẩm. Tuổi thọ lớp mạ đợc quyết định bởi chiều
dày lớp mạ mỏng nhất.
a/ Kiểm tra bằng phơng pháp tia dòng dung dịch:
Hòa tan lớp mạ tại một điểm bằng cách cho tia dung dịch đặc biệt xói mòn liên
tục cho đến khi lộ lớp nền ra. Từ thời gian xói mòn hoặc lợng dung dịch đã tiêu hao ta
suy ra chiều dày lớp mạ.
b/ Kiểm tra bằng phơng pháp tia dòng thể tích
Tơng tụ phơng pháp trên nhng đánh giá kết quả dựa vào thể tích dung dịch đã tiêu
hao.
c/ Kiểm tra bằng phơng pháp giọt
Nhỏ gịot dung dịch ăn mòn lên bề mặt vật mạ, để một thời gian nhất định, thấm
hết dung dịch bằng giấy lọc, nhỏ tiếp lên đó 1 giọt khác, cứ thế tiếp tục cho đến khi xuất
hiện đặc trng của lớp nền, của lớp mạ lót. Dựa vào số giọt để tính chiều dày lớp mạ.
= d
g
. 0,5 n (àm)
d
g
- Chiều dày lớp mạ bị ăn mòn bởi 1 giọt dung dịch
n - Số giọt dung dịch đã thử nghiệm
2.3.2. Kiểm tra cơ tính và một số tính chất khác của lớp mạ
a. Kiểm tra độ dẻo và độ bền xé rách
Xác định độ bền xé rách
b
. là tỷ số lực xé rách cực đại (F
max
) (N) và tiết diện vật

mạ bị bị xé rách S (mm
2
)
max
b
F
S

=
(N/mm
2
)
b. Độ cứng
S
F
HV
max
=
(N/mm
2
)
S - Diện tích lún (mm
2
)
F
max
- Lực ép (N)
Nếu > 100 àm , độ cứng đợc đo bằng mũi kim cơng, trên các máy đo thông thờng.
Nếu < 100 àm , đo bằng mũi kim cơng có góc mở 136
o

.
Độ cứng Vicker đợc đo bằng công thức :
2
1854,4.F
HV
d
=
d - Chiều dài đờng chéo của vết lún hình tháp(àm)
F - Lực tác dụng (N)
Bảng 2 - 1
28
Lớp mạ Độ cứng Vicker HV, Mpa
Niken nóng
Lạnh
Hoá học
1400 - 1600
3000 - 5000
6500 - 9000
Crôm Mạ crôm sữa
Mạ crôm cứng
Từ dung dịch tetracromat
4500 - 6000
7500 - 11000
3500 - 4000
Sắt 4500 - 7000
Vàng 400 - 600
Kẽm 400 - 600
Cadimi 350 - 500
Thiếc 120 - 300
c. Độ bám - đợc thử bằng phơng pháp bẻ gãy mẫu, hoặc xoắn.

d. Độ chịu mài mòn - đợc kiểm tra bằng cách cho thử ma sát.
e. Độ bóng - kiểm tra bằng cách so sánh ánh sáng phản chiếu.
f. Độ bền ăn mòn - thử bằng phơi mẫu tự nhiên và phơi mẫu trong hơi muối.
2.3.3. Kiểm tra dung dịch mạ
Giá trị pH càng thấp thì dung dịch càng mang tính axit, pH càng cao thì dung dịch
càng mang tính kiềm.
Khi muối tác dụng với nớc để tạo thành kiềm và axit gọi là phản ứng thuỷ phân.
Muối axit mạnh tác dụng với kiềm mạnh sẽ không thuỷ phân, dung dịch điện
ly là trung tính.
Muối axit yếu + kiềm mạnh sẽ thuỷ phân cho môi trờng kiềm.
Dung dịch đệm có khả năng làm giảm một lợng đáng kể ion H
+
hoặc (OH)
-
của
các muối axit yếu + kiềm mạnh hoặc axit mạnh + kiềm yếu giữ cho giá trị pH không thay
đổi nhiều khi thêm axit hoặc kiềm vào dung dịch đệm axit boric - muối borat, axit axêtic
- muối axêtat và amôniac - muối amôn.
Nồng độ pH
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Tính axit mạnh axít yếu kiềm yếu Kiềm mạnh
Trung tính
Hình 2 - 1 Liên hệ tính axit, tính bazơ và nồng độ pH
Độ pH của dung dịch có ảnh hởng lớn đến :
độ dẫn điện của dung dịch điện ly
29
độ hoà tan và bền vững của các chất
độ hoà tan và thụ động điện hoá của anốt
quá trình giải phóng hydro;
quá trình kết tủa kim loại, tính chất lớp kim loại đợc kết tủa;

thuỷ phân các muối kim loại;
kết tủa các hợp chất kiềm.
Khi quá trình mạ cần duy trì và ổn định độ pH trong phạm vi nhất định. Nếu pH
thay đổi sẽ làm xấu chất lợng mạ nh tăng dòn, gãy, rỗ, bong...
Để ổn định và duy trì độ pH của dung dịch trong phạm vi nhất định, ngời ta thờng
cho các chất phụ gia gọi là chất đệm. Chất đệm có khả năng tạo ion H
+
khi thiếu hay kết
hợp để bớt ion thừa.
Khi mạ Ni, chất đệm thờng dùng là axit boric (H
3
BO
3
.
Điện cực kim loại bị hoà tan là anốt (nối với cực dơng của nguồn điện )
Kim loại có thế tiêu chuẩn khác nhau nên lớp mạ có thể có điện thế dơng hơn
hoặc âm hơn so với kim loại nền.
Nếu kim loại lớp mạ có điện thế âm hơn so với kim loại nền thì lớp mạ bị hoà tan
anốt nên đợc gọi là lớp mạ anốt.
Hình 2-2 Sự ăn mòn của lớp mạ anốt
Nếu kim loại lớp mạ có điện thế d ơng hơn so với kim loại nền : kim loại nền bị tan nên
lớp mạ này đợc gọi là lớp mạ catốt (Lớp mạ có rỗ).
Hình 2- 3 Sự ăn mòn của lớp mạ catốt
30
Zn có thế điện cực - 0,76 V
Kẽm bị ăn mòn
Fe có thế điện cực - 0,44 V
Kim loại cơ bản - sắt được bảo vệ
Zn
Fe

Sn có thế điện cực - 0,14 V
Fe có thế điện cực - 0,44 V
Sắt bị ăn mòn
Sn
Fe
2.4 Sơ đồ nguyên lý mạ điện
Hình 2 - 4 Sơ đồ nguyên lý của mạ điện
1 - Dung dịch điện phân 2 - Anốt (Cực dơng);
3 - Catốt ( Cực âm ); 4 - Ion dơng ( cation )
5 - Ion âm ( anion ) 6 - Nguyên tử trung hoà
Catốt ( cực âm ) nối với chi tiết cần mạ. Chi tiết này đợc nhúng vào dung dịch điện phân
(thờng là muối hoặc a xid có chứa kim loại cần mạ)
Anốt ( cực dơng) là thanh hay tấm kim loại đồng chất với lớp cần mạ lên chi tiết (điện
cực tan nh Ni, Cr... ) hoặc là điện cực không tan : chì, grafit. Điện cực anốt thờng đợc
chế tạo từ kim loại cần mạ lên chi tiết (điện cực tan). Thông thờng khi có dòng điện đi
vào dung dịch điện ly thì anốt bị hoà tan, nhng do mật độ dòng điện anốt lớn hoặc thành
phần dung dịch không đúng thì anốt không tan mà chỉ có oxy thoát ra, anốt bị đen. Quá
trình hoà tan anốt bị kìm hãm gọi là sự thụ động. Để chống thụ động ngời ta cho vào các
chất hoạt động (active) nh ion : Cl, F, Br...
Dung dịch điện phân là dung dịch nớc cất với các muối kết tủa. Đôi khi ngời ta còn cho
thêm một ít axit để làm tăng chất lợng mạ và tăng cờng quá trình mạ.
Trong kỹ thuật mạ ngời ta sử dụng rộng rãi các dung dịch axit, bazơ và muối.
Trong dung dịch axit, thì phân ly thành H
+
và gốc axit .
Trong dung dịch kiềm thì phân ly thành ion kim loại và ion hydroxit OH
--
.
Trong dung dịch muối thì phân ly thành ion kim loại và gốc axit.
Mạ điện là quá trình điện phân khi dòng điện chạy qua dung dịch. Sau khi có dòng

điện chạy qua dung dịch điện phân, anốt bắt đầu phân huỷ (hoà tan) và di chuyển vào
dung dịch 4 và đồng thời có giải phóng oxy. Các ion bắt đầu chuyển động theo hai h-
ớng : Ion dơng sẽ theo chiều dòng điện chạy về catốt nhận điện tử và bị khử; ion âm chạy
về anôt bị mất điện tử - bị ôxy hoá.
Tại catốt ( chi tiết): xảy ra sự lắng đọng kim loại và giải phóng hydro. Ion dơng đi về
phía catốt ; những ion kim loại cực dơng hoà tan trong dung dịch điện phân hoặc những
31
A
+
+
1
2
2
3
+
6-12 V
4
5
6
ion dơng của kim loại trong dung dịch điện phân sẽ bám lên bề mặt chi tiết cần mạ
(catốt) và hình thành lớp mạ trên bề mặt chi tiết.
Tại anốt : - ion âm đi về phía anốt ;
Khi tiếp xúc với các điện cực, các ion sẽ biến thành các nguyên tử trung hoà làm
cho lợng các ion trong dung dịch sẽ giảm xuốn nên chúng phải thờng xuyên đợc bổ sung
bằng các ion do anốt hoà tan vào, hay do bổ sung dung dịch
mới.
2.5 Đặc điểm của phơng pháp mạ phục hồi
u điểm
Lớp bám chắc;
Cơ lý hoá tính tốt;

Kim loại mạ không bị ảnh hởng nhiều đến tính chất và cơ tính của kim loại cơ bản
(vật mạ);
Hình dáng hình học ít bị thay đổi;
Mạ chỉ phù hợp vơí việc phục hồi các chi tiết có độ chính xác cao và chiều dày lớp
mạ không lớn;
Mạ có thể ứng dụng để cải thiện bề mặt của chi tiết; cho bề mặt có các tính chất đặc
biệt nh độ cứng cao, chịu mài mòn;
Bảo vệ kim loại và tăng tuổi thọ cho chi tiết (chống ăn mòn...) ;
Nhợc điểm
Thời gian mạ rất lâu, điều kiện làm việc khó khăn.
Chiều dày lớp mạ bị hạn chế;
Chất lợng lớp mạ phụ thuộc :
Chất lợng chuẩn bị bề mặt;
Nhiệt độ mạ;
Độ axit của dung dịch;
Thành phần của dung dịch;
Mật độ dòng điện D
K
, D
a
( A/dm
2
);
Tỷ lệ giữa diện tích S
catốt
/ S
anốt
.
Việc phân bố llớp mạ
a/ b/

Hình 2-5 Sự phân bố lớp mạ phụ thuộc vào việc bố trí các điện cực
a/ Lớp mạ không đều
b/ Lớp mạ đồng đều hơn
32
H×nh 2-6 ChiÒu dµy líp m¹ phô thuéc vµo vÞ trÝ cña c¸c ®iÖn cùc
H×nh 2-7 BiÖn ph¸p bè trÝ ®Iön cùc (a) che ch¾n ®èi víi chi tiÕt m¹ (b)
33
H×nh 2 - 8 C¸c biÖn ph¸p che ch¾n ®Ó nhËn ®îc chiÒu dµy líp m¹ ®ång ®Òu
34
2.6 Quy trình mạ Gồm các giai đoạn sau đây
1. Giai đoạn chuẩn bị ;
2. Giai đoạn tiến hành mạ;
3. Giai đoạn xử lý sau khi mạ.
2.6.1 Giai đoạn chuẩn bị
a. Làm sạch máy và chi tiết máy
Quá trình chuẩn bị chi tiết máy cho sửa chữa bao gồm các công việc :
Làm sạch máy và chi tiết máy: Có nhiệm vụ tẩy sạch các chất bẩn còn dính bám trên
máy, các sản phẩm cặn bã, bụi sắt bị mài mòn còn dính bám trên chi tiết máy,...
Thứ tự làm sạch : Làm sạch bên ngoài đến bên trong, các lỗ, ...
Các phơng pháp làm sạch
Lâu chùi bẳng giẻ, bàn chải,
Làm sạch bằng các phơng pháp cơ học ( bàn chải sắt, dũa, phun cát, phun bi,...)
Rửa bằng nớc lạnh ;
Rửa bằng nớc nóng;
Tẩy sạch dầu mở bằng nớc và các chất tẩy .
Làm sạch bằng khí nén;
Tuy nhiên tuỳ theo các loại chi tiết cụ thể và các phơng pháp sửa chữa để chọn
các phơng pháp làm sạch kết hợp cho phù hợp.
Ví dụ :
Tẩy hết bụi bằng cách phun khí nén sau đó lau bằng khăn khô .

Rửa sạch chi tiết khỏi bụi bẩn, dầu mỡ có thể dùng dung dịch có thành phần sau :
Na
2
CO
3
3 - 5 %
NaNO
3
>= 2 %
Thuỷ tinh lỏng 0,4 - 0,5 %
Nhiệt độ dung dịch 70 - 80
o
C
Tẩy dầu mỡ bằng dung môi :
- Cacbuahydro ( xăng, dầu, benzen,... )
- Hơi dung môi
- Hơi - phun - hơi
- Dung môi nóng lỏng - hơi
- Dung môi nóng lỏng sôi - dung môi hơi
Tẩy dầu mở bằng kiềm :
Kim loại đen : dùng kiềm có độ P
H
= 10,5 - 12
Không bị ức chế ở độ P
H
= 12,1 - 13,5
Kim loại màu : Cu, Zn, Sn, Al, Pb, ... và các hợp kim của chúng cần phải có chất ức chế.
Nồng độ chỉ nên dùng ở mức thắp, nhiệt độ thắp.
35