Mạ Niken-Bo (Ni-B): Lớp phủ cứng, chống mài mòn cho ứng dụng kỹ thuật cao

Trong thế giới vật liệu, việc nâng cao tính năng bề mặt luôn là mục tiêu then chốt để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của các ngành công nghiệp. Trong số các phương pháp xử lý bề mặt, mạ hóa học niken (EN) nổi lên như một giải pháp hiệu quả, cho phép tạo ra các lớp phủ có tính chất cơ lý hóa vượt trội. Trong đó, mạ Niken-Bo (Ni-B) là một kỹ thuật tiên tiến, thu hút sự chú ý đặc biệt bởi khả năng tạo ra lớp phủ cứng, chống mài mòn, phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật cao.

Mạ Ni-B là gì?

Mạ Ni-B là quá trình phủ lên bề mặt vật liệu một lớp hợp kim Niken-Bo bằng phương pháp hóa học, không sử dụng dòng điện bên ngoài. Quá trình này dựa trên phản ứng khử tự xúc tác, trong đó ion niken (Ni2+) trong dung dịch mạ bị khử thành kim loại niken (Ni) trên bề mặt vật liệu, đồng thời kết hợp với nguyên tử bo (B) tạo thành lớp hợp kim Ni-B.

Cơ chế hình thành lớp mạ Ni-B

Cơ chế hình thành lớp mạ Ni-B tương tự như mạ hóa học Ni-P, nhưng sử dụng chất khử khác là dimethylamine borane (DMAB) hoặc natri borohydride (NaBH4) thay cho hypophosphite. Phản ứng cơ bản có thể được biểu diễn như sau:

(1) Phản ứng khử Ni2+:

Ni2+ + DMAB + H2O → Ni + (CH3)2NH2+ + H2BO3- + H2

(2) Phản ứng khử bo:

DMAB + H2O → H2BO3- + (CH3)2NH2+ + H2 + B

(3) Phản ứng tạo hydro:

2H+ + 2e- → H2

Trong quá trình này, DMAB đóng vai trò là chất khử, cung cấp electron cho cả quá trình khử Ni2+ và quá trình khử bo. Nguyên tử bo được tạo ra sẽ kết hợp với niken tạo thành hợp kim Ni-B.

Ưu điểm của lớp mạ Ni-B

Lớp mạ Ni-B sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật so với lớp mạ Ni-P truyền thống, bao gồm:

• Độ cứng cao: Lớp mạ Ni-B có độ cứng cao hơn đáng kể so với Ni-P, đạt tới 700-1000 HV, thậm chí lên đến 1400 HV sau khi xử lý nhiệt.

• Chống mài mòn tuyệt vời: Lớp mạ Ni-B có khả năng chống mài mòn, mài erosive, mài xước và mài mòn do ma sát cao.

• Hệ số ma sát thấp: Bề mặt Ni-B có hệ số ma sát thấp, giúp giảm thiểu ma sát và mài mòn trong quá trình vận hành.

• Khả năng chịu nhiệt tốt: Lớp mạ Ni-B có thể chịu được nhiệt độ cao hơn so với Ni-P, lên đến 500°C.

• Khả năng chống ăn mòn tốt: Lớp mạ Ni-B có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả môi trường axit, kiềm và nước muối.

• Độ đồng đều cao: Quá trình mạ hóa học cho phép tạo ra lớp mạ đồng đều trên cả những bề mặt phức tạp, lỗ sâu, góc cạnh.

Nhược điểm của lớp mạ Ni-B

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, lớp mạ Ni-B cũng tồn tại một số hạn chế như:

• Chi phí cao: Dung dịch mạ Ni-B và chất khử DMAB thường đắt hơn so với dung dịch mạ Ni-P.

• Độ ổn định dung dịch kém: Dung dịch mạ Ni-B có độ ổn định kém hơn so với Ni-P, dễ bị phân hủy và khó kiểm soát trong quá trình vận hành.

• Khả năng kiểm soát hàm lượng bo khó khăn: Hàm lượng bo trong lớp mạ ảnh hưởng lớn đến tính chất của lớp mạ, việc kiểm soát hàm lượng bo trong quá trình mạ là tương đối phức tạp.

Ứng dụng của mạ Ni-B

Với những ưu điểm vượt trội về độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn, mạ Ni-B được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong các ứng dụng kỹ thuật cao, yêu cầu tính năng bề mặt khắt khe:

• Công nghiệp dầu khí: Mạ Ni-B được sử dụng để phủ lên các bộ phận của giàn khoan, van, ống dẫn dầu khí, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn, mài mòn trong môi trường khắc nghiệt.

• Công nghiệp ô tô: Mạ Ni-B được ứng dụng để phủ lên các bộ phận như piston, xi lanh, trục khuỷu, bánh răng, giúp tăng độ cứng, chống mài mòn, nâng cao tuổi thọ động cơ.

• Công nghiệp hàng không vũ trụ: Mạ Ni-B được sử dụng để phủ lên các bộ phận của động cơ máy bay, tàu vũ trụ, giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

• Công nghiệp điện tử: Mạ Ni-B được ứng dụng để phủ lên các chân tiếp xúc, bảng mạch in, giúp tăng độ dẫn điện, chống ăn mòn, tăng độ bền cho các linh kiện điện tử.

• Các ngành công nghiệp khác: Mạ Ni-B còn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác như chế tạo khuôn mẫu, dụng cụ cắt gọt, thiết bị y tế, thiết bị thể thao…

Kết luận

Mạ Ni-B là một kỹ thuật xử lý bề mặt tiên tiến, mang lại lớp phủ có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời.

Mặc dù còn một số hạn chế về chi phí và độ ổn định, mạ Ni-B vẫn là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng kỹ thuật cao, yêu cầu tính năng bề mặt khắt khe.

Với tiềm năng ứng dụng rộng rãi, mạ Ni-B được dự đoán sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đóng góp tích cực vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp.