Độ Xốp Lớp Mạ Niken Hóa Học

Mạ niken hóa học (EN) là một phương pháp xử lý bề mặt phổ biến, mang lại cho chi tiết nhiều ưu điểm như lớp mạ đồng đều, khả năng chống ăn mòn tốt, độ cứng cao… Tuy nhiên, chất lượng lớp mạ EN có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó có độ xốp. Lớp mạ xốp sẽ tạo điều kiện cho các tác nhân ăn mòn tấn công trực tiếp vào lớp nền, làm giảm khả năng bảo vệ của lớp mạ. Bài viết này sẽ tập trung phân tích về độ xốp của lớp mạ EN, cách kiểm tra và đánh giá cũng như một số giải pháp để hạn chế.

1. Độ xốp là gì?

Độ xốp là đại lượng đặc trưng cho sự không liên tục của lớp mạ, thể hiện qua mật độ và kích thước của các lỗ xốp trên bề mặt. Lỗ xốp có thể là những lỗ hổng nhỏ li ti, hoặc những vết nứt, vết rỗ trên bề mặt lớp mạ.

2. Nguyên nhân gây ra độ xốp

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến lớp mạ EN bị xốp, có thể kể đến một số nguyên nhân chính sau:

• Bề mặt vật liệu nền: Bề mặt không đồng nhất, lỗ rỗ, vết xước, bám bẩn… trên bề mặt nền là những vị trí lý tưởng để hình thành nên các lỗ xốp trên lớp mạ.

• Tạp chất trong dung dịch mạ: Các ion kim loại lạ (Cu2+, Fe3+, Zn2+…), tạp chất hữu cơ, dầu mỡ… trong dung dịch mạ có thể bị hấp phụ lên bề mặt cathode, ngăn cản quá trình mạ tại vị trí đó, tạo thành các lỗ xốp.

• Điều kiện mạ:

  • pH: pH quá cao dễ hình thành kết tủa Ni(OH)2 bám trên bề mặt cathode, tạo thành các lỗ xốp. Ngược lại, pH quá thấp làm giảm hiệu suất dòng, tốc độ mạ không đồng đều, cũng có thể tạo ra lỗ xốp.

  • Nhiệt độ: Nhiệt độ thấp làm giảm tốc độ khuếch tán của các ion, dẫn đến lớp mạ không đồng đều, dễ hình thành lỗ xốp. Nhiệt độ cao quá mức có thể làm phân hủy các chất phụ gia, giảm chất lượng lớp mạ.

  • Mật độ dòng: Mật độ dòng quá cao tại một số vị trí trên cathode sẽ làm tăng tốc độ mạ tại đó, dẫn đến sự phát triển không đồng đều của lớp mạ, tạo thành các gờ nổi, hoặc tạo ra các ứng suất lớn, dễ hình thành vết nứt, gây ra xốp.

• Thành phần dung dịch mạ:

  • Nồng độ các thành phần chính: Nồng độ Ni2+, chất khử, chất tạo phức… không phù hợp đều có thể ảnh hưởng đến tốc độ mạ, sự ổn định của dung dịch, từ đó ảnh hưởng đến độ xốp của lớp mạ.

  • Chất phụ gia: Lượng chất phụ gia (chất tạo bóng, chất ổn định…) quá nhiều hoặc quá ít đều có thể là nguyên nhân gây ra xốp.

• Quá trình xử lý trước mạ:

  • Tẩy dầu mỡ: Không loại bỏ triệt để dầu mỡ trên bề mặt sẽ làm giảm khả năng bám dính của lớp mạ, tạo ra lỗ xốp.

  • Hoạt hóa bề mặt: Bề mặt không được hoạt hóa tốt sẽ làm giảm khả năng tiếp xúc giữa lớp mạ và vật liệu nền, tạo ra lỗ xốp.

3. Phương pháp kiểm tra độ xốp

Có nhiều phương pháp để kiểm tra độ xốp của lớp mạ EN, phổ biến nhất là các phương pháp sau:

• Phương pháp trực quan: Quan sát trực tiếp bằng mắt thường hoặc sử dụng kính hiển vi quang học để phát hiện các lỗ xốp trên bề mặt lớp mạ. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện nhưng chỉ có thể phát hiện được các lỗ xốp có kích thước lớn.

• Phương pháp Ferroxyl: Dùng dung dịch Ferroxyl (chứa FeCl3 và K3Fe(CN)6) để phát hiện lỗ xốp trên bề mặt lớp mạ. Dung dịch này sẽ phản ứng với kim loại nền tại các vị trí lỗ xốp, tạo thành hợp chất màu xanh dương, giúp dễ dàng nhận biết. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện, nhược điểm là chỉ áp dụng được cho lớp mạ trên nền thép.

• Phương pháp đo điện trở: Đo điện trở của lớp mạ để đánh giá độ xốp. Lớp mạ càng xốp thì điện trở càng thấp. Ưu điểm của phương pháp này là nhanh chóng, chính xác, có thể định lượng được độ xốp. Nhược điểm là cần có thiết bị chuyên dụng.

• Phương pháp thẩm thấu: Sử dụng chất lỏng hoặc khí có màu để kiểm tra khả năng thẩm thấu của lớp mạ. Lớp mạ càng xốp thì chất lỏng/khí càng dễ dàng thẩm thấu qua. Phương pháp này có thể định lượng được độ xốp, tuy nhiên cần phải lựa chọn chất lỏng/khí phù hợp với từng loại vật liệu nền và lớp mạ.

4. Đánh giá chất lượng

Sau khi kiểm tra bằng một trong các phương pháp trên, cần dựa vào tiêu chuẩn hoặc quy định kỹ thuật của từng sản phẩm để đánh giá chất lượng lớp mạ.

Thông thường, độ xốp của lớp mạ được đánh giá dựa trên mật độ lỗ xốp trên một diện tích nhất định.

Ví dụ: Tiêu chuẩn ASTM B733 quy định đối với lớp mạ niken hóa học dày 25 µm trên nền thép, mật độ lỗ xốp không được vượt quá 10 lỗ/cm2.

5. Giải pháp hạn chế độ xốp

Để hạn chế độ xốp của lớp mạ EN, có thể áp dụng một số giải pháp sau:

• Chuẩn bị bề mặt vật liệu nền kỹ lưỡng: Làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ lý hoặc hóa học để loại bỏ triệt để các vết bẩn, dầu mỡ, gỉ sét… Tiến hành xử lý bề mặt bằng phương pháp phù hợp (mài, đánh bóng, etching…) để tạo ra bề mặt đồng nhất, nhẵn bóng.

• Kiểm soát chặt chẽ thành phần và chất lượng dung dịch mạ: Phân tích và điều chỉnh nồng độ các thành phần trong dung dịch mạ theo đúng quy định. Sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao, nguồn nước sạch để pha chế dung dịch. Lọc dung dịch mạ thường xuyên để loại bỏ tạp chất.

• Tối ưu hóa điều kiện mạ: Lựa chọn pH, nhiệt độ, mật độ dòng phù hợp với từng loại dung dịch mạ và vật liệu nền. Kiểm soát chặt chẽ các thông số trong quá trình mạ.

• Sử dụng hệ thống mạ tiên tiến: Sử dụng hệ thống mạ có khả năng kiểm soát tốt các thông số, đảm bảo sự đồng đều của lớp mạ.

• Xử lý sau mạ: Áp dụng các phương pháp xử lý sau mạ như thụ động hóa, phủ sealant… để bịt kín các lỗ xốp, tăng cường khả năng chống ăn mòn cho lớp mạ.

6. Kết luận

Độ xốp là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ niken hóa học. Việc kiểm tra, đánh giá và kiểm soát độ xốp là rất cần thiết để đảm bảo lớp mạ đạt yêu cầu kỹ thuật, từ đó nâng cao chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm.