mạ kẽm
Mạ kẽm được sử dụng rộng rãi vì khả năng bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Bản chất hy sinh của khả năng bảo vệ và khả năng chống trầy xước làm cho hiệu suất của nó vượt trội hơn so với sơn. Tuy nhiên, hiếm khi sử dụng trên các kim loại cơ bản ngoài thép hoặc thép không gỉ. Mạ kẽm có thể được chuẩn bị để có vẻ ngoài hấp dẫn và vì chi phí tương đối thấp nên đây là lớp phủ rất phổ biến cho cả các bộ phận nhỏ như bu lông, đai ốc, đinh tán, vòng đệm, đinh, bản lề và móc cũng như cho các bộ phận ô tô, nội thất. các thành phần, v.v. Nó cũng hoạt động như một lớp sơn lót hiệu quả cho sơn.
Phạm vi độ dày tối thiểu điển hình được chỉ định trong khoảng từ 5 đến 25 μm (8). Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ phụ thuộc vào độ dày lớp và quá trình xử lý sau áp dụng.
Ba quy trình chính được sử dụng để mạ kẽm: xyanua, noncyanide kiềm và dung dịch clorua có tính axit yếu. Việc lựa chọn giải pháp phụ thuộc vào khả năng xử lý nước thải của nhà máy cũng như loại và vật liệu của các bộ phận được mạ.
Quá trình xyanua có khả năng tạo vĩ mô tốt và do đó tạo ra độ dày lớp phủ khá đồng đều bất kể hình dạng hình học của thành phần. Bồn tắm rất dễ bảo trì và chịu được sự thay đổi khá lớn về nồng độ. Vì bể có tính kiềm nên không ăn mòn các bộ phận bằng thép và cũng có đặc tính làm sạch bề mặt để chịu được một lượng nhỏ tạp chất hữu cơ. Tuy nhiên, do hàm lượng xyanua cao nên bồn tắm cực kỳ độc hại, khiến chi phí nước rửa và chất thải cao. Ở mật độ dòng điện cao, hiệu suất dòng điện thấp và nguy cơ giòn do hydro đối với các bộ phận được xử lý nhiệt và chứa cacbonit là cao. Nhược điểm khác của bể chứa xyanua là khả năng ném vi mô kém và khó khăn trong việc mạ gang. Điều này là do than chì trên bề mặt gang và quá điện áp hydro của nó trong dung dịch xyanua thấp hơn so với kẽm, điều này sẽ dẫn đến sự phát triển hydro trên các điểm than chì thay vì kết tủa kẽm (9).
Kẽm tồn tại trong bể xyanua dưới dạng phức hợp tetracyano Zn(CN)42−, phức này phân ly với tốc độ tương đương với tốc độ của các ion Zn2 được kết tủa ở cực âm (10). Sự kết hợp với phức hợp xyanua, dưới dạng ion anion, gây ra sự phân cực nồng độ lớn, tăng cường khả năng phóng vĩ mô của bể nhưng làm cho hiệu suất dòng điện thấp. Sức mạnh ném vi mô (đòn bẩy) của bể xyanua kém. Phức hợp xyanua làm cho cấu trúc tinh thể của kim loại kết tủa mịn, tạo cơ sở tốt cho chất tăng trắng tạo ra lớp phủ sáng, mặc dù độ sáng cặn chỉ từ bể xyanua không tốt bằng độ sáng của các loại bể khác. Trong bể chứa xyanua kiềm, các ion kẽm cũng liên kết với các ion hydroxyl dưới dạng Zn(OH)42−, và có sự cân bằng giữa phức hợp xyanua và hydroxyl, điều này phụ thuộc vào lượng natri hydroxit được thêm vào bể.
Do tác dụng phụ của xyanua độc hại, lượng của nó trong bể thay đổi từ bể chứa xyanua cao đến bể chứa xyanua trung bình và thấp. Tổng hàm lượng natri xyanua trong bể chứa xyanua cao là 75–115 g l−1, trong khi ở bể chứa xyanua trung bình là 35–55 g l−1 và trong bể chứa xyanua thấp là 6–15 g l−1 (10–12). Chi phí kéo ra và xử lý chất thải thấp hơn trong bể chứa xyanua thấp nhưng yêu cầu về xử lý sơ bộ và thay đổi thông số vận hành lại cao hơn. Hàm lượng natri hydroxit phải đủ cao, 80–100 g l-1, để có độ dẫn điện tốt và khả năng hòa tan cực dương cũng như tạo ra độ sáng tốt.
Chất tăng trắng được thêm vào dung dịch xyanua thường là chất hữu cơ vì nồng độ chất tăng trắng kim loại quá cao. Thông thường, có chất tăng trắng sơ cấp và thứ cấp. Chất tăng trắng sơ cấp phổ biến nhất là rượu polyvinyl (PVA), trong khi chất tăng trắng thứ cấp điển hình là các phân tử nhỏ hơn chứa liên kết không bão hòa và các nhóm phân cực, ví dụ như aldehyd thơm và pyridin.
Bể chứa xyanua cũng chứa natri cacbonat, được hình thành khi các phân tử xyanua bị oxy hóa bởi oxy trong không khí. Một lượng cacbonat cần thiết để tạo thành lớp phủ dày đặc, nhưng lượng quá lớn, trên 70–80 g l-1, phải được loại bỏ khỏi bể bằng cách hạ nhiệt độ bể xuống dưới giới hạn hòa tan của natri cacbonat.
Các thông số vận hành quan trọng là mối quan hệ giữa nồng độ NaCN và Zn và mật độ dòng catốt. Lượng Zn càng cao thì hệ số NaCN/Zn càng thấp, giúp nâng cao hiệu suất dòng điện. Tuy nhiên, khả năng ném macro sẽ kém hơn và hoạt động của quá trình mạ đòi hỏi khắt khe hơn. Việc lựa chọn mật độ dòng catốt phụ thuộc vào nồng độ, chất tăng trắng được sử dụng, nhiệt độ và sự khuấy trộn. Giá trị tiêu biểu là 2–5 Adm−2. Mật độ dòng điện cao hơn sẽ làm giảm hiệu suất dòng điện catốt. Bể chứa xyanua được vận hành ở nhiệt độ phòng.
Sự tinh khiết của một vật liệu cực dương rất quan trọng đối với bể chứa xyanua vì nó ảnh hưởng đến độ sáng của lớp phủ. Thông thường, vật liệu làm cực dương là kẽm nguyên chất trên 99,99%, ở dạng quả bóng hoặc dạng thanh. Khi không sử dụng bồn tắm, kẽm sẽ hòa tan vào bồn tắm; để tránh tích tụ kẽm quá mức, nên loại bỏ cực dương.
Bể kẽm không chứa xyanua kiềm có thể được điều chế bằng cách hòa tan oxit kẽm ZnO thành natri hydroxit và thêm chất tăng trắng. Bể sẽ chứa kẽm 8–10 g l−1 và NaOH 90–120 g l−1, và kẽm sẽ ở trong dung dịch dưới dạng các ion Zn(OH)42− (11,12). Hầu hết các đặc tính của bể tắm được xác định bởi hệ thống chất tăng trắng, thường được cấp bằng sáng chế và có thể bao gồm, ví dụ, PVA và imines. Các đặc tính tốt của bồn tắm là hàm lượng kim loại thấp và xử lý nước thải thường không tốn kém, độ sáng tốt, công suất phun vĩ mô tốt và công suất phun vi mô vừa phải. Nguy cơ giòn do hydro đối với thép được xử lý nhiệt cao thấp hơn so với bể chứa xyanua. Bể tắm yêu cầu kiểm soát vận hành tốt hơn bể tắm xyanua; đặc biệt, hàm lượng kim loại phải được kiểm soát trong thời gian không hoạt động, vì nồng độ kim loại quá cao sẽ làm giảm độ sáng. Tuy nhiên, hàm lượng kim loại quá thấp sẽ làm giảm hiệu suất hiện tại. Bồn tắm được vận hành ở nhiệt độ phòng.
Dung dịch clorua có tính axit yếu đã giành được nhiều thị phần hơn do tính chất của dung dịch đã được phát triển. Bể chứa kẽm 15–30 g l−1 và amoni hoặc kali clorua, do đó hàm lượng clorua trong bể là 110–150 g l−1 (10,11). Chất làm sáng hữu cơ phải được thêm vào bồn tắm. Khoảng pH tối ưu là 4,5–5,5. Kẽm sẽ hòa tan vào dung dịch dưới dạng ion Zn2. Kết tủa sẽ ở dạng cột và thô trừ khi sử dụng chất tăng trắng. Có thể đạt được cặn rất sáng bằng cách sử dụng chất tăng trắng và dung dịch axit yếu thường được coi là mang lại độ sáng tốt nhất trong số các quy trình mạ kẽm. Hiệu suất dòng điện đồng thời rất cao, khoảng 95–98% ở vùng mật độ dòng điện lớn, điều này có lợi cho việc mạ thép carbonitrided và gang. Công suất ném vi mô rất tốt, nhưng do hiệu suất hiện tại cao nên công suất ném vi mô kém. Điều này, cùng với hóa chất trong bể, đòi hỏi các bộ phận phải được làm sạch cẩn thận trước khi mạ và phải chú ý nhiều đến các thiết bị mạ. Tác dụng phụ của dung dịch clorua axit là khả năng ăn mòn vật liệu nền và làm ố màu lớp phủ trừ khi nó được rửa sạch cẩn thận. Do đó, các bộ phận hàn điểm hoặc các bộ phận khác có cấu trúc dạng tấm không phù hợp với giải pháp. Việc xử lý nước thải thường dễ dàng, mặc dù amoni có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy xử lý nước thải do tạo thành các phức chất với kim loại nặng. Bể được vận hành ở nhiệt độ phòng và có thể sử dụng mật độ dòng điện lên tới 6 Adm-2 mà không làm giảm đáng kể hiệu suất dòng điện.