BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HÀ MẠNH CHIẾN
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ HÓA HỌC TẠO
LỚP PHỦ COMPOZIT Ni/HẠT PHÂN TÁN (Al2O3,
PTFE )
TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC
HÀ NỘI – 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HÀ MẠNH CHIẾN
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ HÓA HỌC TẠO
LỚP PHỦ COMPOZIT Ni/HẠT PHÂN TÁN (Al
2O3,
PTFE )
Chuyên ngành: Kỹ thuật hoá học
Mãsố: 62520301
TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. MAI THANH TÙNG
HÀ NỘI - 2015
1
MỞ ĐẦU
Lớp mạ hoá học NiP được ứng dụng rất nhiều mạ trên các trục,
cánh máy nén, khuân, kíp nổ … do lớp mạ có độ cứng cao và khả
năng chống ăn mòn tốt. Tuy nhiên để cho lớp mạ có thể làm việc
trong những điều kiện đặc biệt thì lớp mạ NiP cần phải cải tiến thêm,
một trong những phương pháp đó là tạo lớp mạ hoá học NiP
compozit. Lớp mạ hoá học NiP compozit đang được nghiên cứu và
ứng dụng trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không, vũ trụ. Lớp mạ
NiP-SiC có thể dùng làm lớp lót xilanh, các dụng cụ mài, các bộ
phận máy dệt. Lớp mạ NiP-Cr
3
C
2
được dùng để xử lý bề mặt khuân,
lớp mạ Ni-TiN dùng để tăng khả năng chịu nhiệt độ của chi tiết…
Do tính mới và khả năng ứng dụng cao của lớp mạ NiP compozit
cho nên lớp mạ này hiện vẫn đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên
cứu. Với mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng lớp mạ NiP compozit ở
Việt Nam qua đó để phát triển sâu thêm về lý thuyết quá trình hình
thành lớp mạ, tác giả đã lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu công nghệ mạ
hoá học tạo lớp phủ compozit Ni/hạt phân tán (Al
2
O
3
, PTFE) ”.
Qua tìm hiểu các công trình nghiên cứu về lớp mạ hoá học compozit
đã thực hiện và từ yêu cầu về tính mới, tính khoa học, tính thực tiễn
của luận án thì các mục tiêu đề ra của luận án là:
- Nghiên cứu quá trình hình thành, ảnh hưởng của nhiệt độ và
nồng độ chất khử NaH
2
PO
2
tới cấu trúc và tính chất lớp mạ NiP
để từ đó lựa chọn chế độ tạo compozit NiP/hạt phân tán (Al
2
O
3
,
PTFE).
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ NaH
2
PO
2
, chất hoạt
động, hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch tới quá quá trình mạ
hoá học NiP-PTFE.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hạt Al
2
O
3
trong dung
dịch, chế độ khuấy trộn tới quá trình mạ hoá học NiP-Al
2
O
3
.
- Đưa ra mô hình lý thuyết nhằm giải thích kết quả và làm rõ các
quá trình xảy ra.
2
Điểm mới của luận án
+ Đã khảo sát các yếu tố, thông số công nghệ cho quá trình mạ hoá
học: nhiệt độ, nồng độ chất khử NaH
2
PO
2
, loại hạt phân tán PTFE
với hai kích cỡ hạt 0,5 và 12 µm, hạt phân tán Al
2
O
3
với kích thước
0,5 và 15 µm, chất hoạt động bề mặt, tốc độ khuấy… nhằm tối ưu
hoá các thông số công nghệ của quá trình mạ hoá học góp phần đề
xuất quy trình tổng quát để mạ hoá học lớp phủ compozit Ni-P phù
hợp trong triển khai, ứng dụng ở điều kiện Việt Nam.
+ Luận án góp phần làm rõ cơ chế đồng kết tủa hạt phân tán PTFE
vào lớp mạ Ni-P dựa trên cơ sở tương tác tĩnh điện.
+ Trên cơ sở các lớp phủ NiP, NiP-PTFE, NiP-Al
2
O
3
chế tạo, đã
đánh giá các tính chất cơ lý, đặc trưng hoá lý, đã khảo sát đặc tính
chống ăn mòn và mài mòn của lớp phủ.
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1 Mạ hoá học NiP
1.1.1 Quá trình mạ
Phản ứng khử:
( 2)
2
n
n
m
NiL Ni mL
Ni
2+
+ 2e → Ni
↓
(1.1)
Phản ứng oxi hoá:
H
2
PO
2
-
+ H
2
O
H
2
PO
3
-
+ 2H
+
+ 2e (1.2)
Phản ứng tổng:
Ni
2+
+ H
2
PO
2
-
+ H
2
O = Ni
↓
+ H
2
PO
3
-
+ 2H
+
(1.3)
Quá trình mạ được chia làm 5 giai đoạn: giai đoạn 1 khuếch tán
Ni
2+
, H
2
PO
2
-
tới bề mặt mạ, giai đoạn 2 hấp phụ Ni
2+
, H
2
PO
2
-
lên bề
mặt mạ, giai đoạn 3 xảy ra phản ứng trên bề mặt, giai đoạn 4 khuếch
3
tán sản phẩm phản ứng ra khỏi bề mặt mạ, giai đoạn 5 khuếch tán sản
phẩm ra xa bề mặt mạ. Các giai đoạn minh hoạ ở hình 1.1 dưới.
Hình 1.1 Hình mô tả các giai đoạn của quá trình động học
1.1.2 Quá trình kết tinh tạo màng NiP
Cơ chế kết tinh tạo màng của Milan Paunovic và Mordechay
Schlesinger, cơ chế của kết tinh tạo màng của Tanabe và Watanabe.
Các cơ chế đã giải thích quá trình hình thành màng.
1.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình mạ hoá học NiP
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mạ NiP hoá học đó là ảnh
hưởng của nhiệt độ, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của chất tạo phức,
chất đệm. Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại mạ và nồng độ chất
khử, ảnh hưởng của khuấy trộn, ảnh hưởng của chất hoạt động bề
mặt.
1.2 Mạ hoá học compozit
1.2.1 Giới thiệu chung
Giới thiệu các vật liệu, ứng dụng của lớp mạ hoá học compozit.
1.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình hình thành màng
compozit
Các yếu tố ảnh hưởng đó là ảnh hưởng của tính chất hạt phân tán,
ảnh hưởng của thành phần dung dịch, ảnh hưởng của điều kiện mạ.
4
1.2.3 Cấu trúc và tính chất của lớp mạ hoá học Niken compozit
Cấu trúc của lớp mạ không có sự khác biệt nhiều so với lớp mạ
NiP, lớp mạ có độ cứng cao nếu có thêm hạt phân tán cứng, một số
lớp mạ có khả năng chống mài mòn. Hệ số ma sát của lớp mạ phụ
thuộc vào vật liệu hạt phân tán, kích thước hạt phân tán. Độ nhám bề
mặt của lớp mạ nhỏ nếu sử dụng hạt phân tán có kích thước bé. Khả
năng chống ăn mòn của lớp mạ tuỳ thuộc vào điều kiện tổng hợp.
1.3 Mạ hoá học compozit NiP-PTFE và NiP-Al
2
O
3
1.3.1 Mạ hoá học NiP-PTFE
Thành phần dung dịch mạ gồm muối cung cấp ion Ni
2+
, muối
cung cấp chất khử. Đã có nhiều loại chất hoạt động được sử dụng
trong mạ hoá học NiP-PTFE. Có nhiều công trình khoa học đã khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ NiP-PTFE.
1.3.2 Mạ hoá học NiP-Al
2
O
3
Thành phần dung dịch mạ gồm muối cung cấp ion Ni
2+
, muối
cung cấp chất khử, hạt phân tán Al
2
O
3
. Có nhiều công trình khoa học
đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ
NiP-Al
2
O
3
, cấu trúc của lớp mạ.
1.4 Lực tƣơng tác tại bề mặt lớp mạ hoá học compozit
Trong quá trình mạ khi các hạt phân tán, lớp mạ tiếp cận gần nhau
có nhiều lực tương tác bề mặt như: lực Van Der Waals, lực lớp điện
tích kép, lực hút kỵ nước, lực đẩy hydrat, lực không gian và trọng
lực… Nhưng trong các lực trên thì lực Van Der Waals, lực lớp điện
tích kép được sử dụng để giải thích thành công nhiều kết quả thực
nghiệm của dạng tương tác này.
CHƢƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1 Chuẩn bị mẫu và dung dịch
Dung dịch mạ Niken hóa học sử dụng trong luận án có thành
phần và chế độ mạ như sau: niken clorua NiCl
2
.6H
2
O 20 g/l; natri
5
hypophotphit NaH
2
PO
2
.H
2
O 10-36 g/l; natri axetat CH
3
COONa 10
g/l; axit xuxinic C
4
H
6
O
4
10 g/l; pH 4-5; Nhiệt độ 80 - 90
o
C; Thời
gian mạ hóa học 2-15 h. pH của dung dịch được điều chỉnh bằng
dung dich NaOH 5 %.
Dung dịch mạ NiP-PTFE: Dung dịch mạ có thành phần như đã
nói ở trên nhưng có bổ sung thêm các hạt PTFE kích thước hạt 0,5
µm hoặc 12 µm với nồng độ dao động từ 0 - 10 g/l, và chất hoạt động
Cetyl Trimetyl Amoni Bromua (CTAB) hoặc Natri Dodecyl Sunphat
(SDS) (Aldrich Sigma 99.9%).
Dung dịch mạ hóa học NiP-Al
2
O
3
: Giống như dung dịch mạ NiP-
PTFE nhưng các hạt phân tán PTFE được thay thế bằng hạt Al
2
O
3
có
kích thước thay đổi 0,5; 15 µm, hàm lượng hạt thay đổi từ 0-20 g/l,
không sử dụng chất hoạt động. Thời gian tiến hành mạ tùy thuộc vào
yêu cầu của phương pháp đo đạc phân tích.
Quy trình mạ trên vật liệu bằng đồng: Mẫu đem tẩy gỉ, rửa, tẩy
dầu mỡ hoá học, rửa, tẩy nhẹ, rửa, nhạy hoá, rửa, hoạt hoá, rửa, mạ,
rửa, sấy.
Quy trình mạ trên vật liệu bằng sắt: Mẫu đem tẩy gỉ, rửa, tẩy dầu
mỡ hoá học, rửa, tẩy nhẹ, rửa, mạ, rửa, sấy.
+ Ảnh SEM hạt Al
2
O
3
, PTFE đƣợc dùng trong thí nghiệm
Hạt Al
2
O
3
của hãng ALCOA (CHLB Đức), hạt PTFE của hãng
ALDRICH (Mỹ).
Hình 2.1 Ảnh SEM các hạt phân tán và phổ phân tích hạt Al
2
O
3
kích
thước 15µm (a), PTFE kích thước 12 µm (b) và 0,5 µm (c).
(a)
(b)
(c)
6
2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Các phƣơng pháp đo điện hoá
Các mẫu được đo trên thiết bị IME6 – Zahner của CHLB Đức.
2.2.2 Phƣơng pháp chụp ảnh SEM và phƣơng pháp phân tích
EDS
Các mẫu được thực hiện trên máy JEOL-JSM 6490 - Hitachi tại
Viện Khoa học vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.2.3 Phƣơng pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)
2.2.4 Phƣơng pháp đo độ cứng
Độ cứng tế vi của lớp mạ được đo trên máy đo độ cứng hiển vi
quang học BUEHLER tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.
2.2.5 Đo góc thấm ƣớt
Các phép đo được thực hiện trên Máy đo Thermocahn của trường
đại học Bách Khoa Hà Nội.
2.2.6 Phƣơng pháp đo khả năng chịu mài mòn
Các mẫu đo thực hiện trên máy Tribotechnic của trường đại học
Bách Khoa Hà Nội.
2.2.7 Phƣơng pháp đo thế Zeta
Các phép đo được thực hiện trên máy đo là Zeta-Meter System
4.0, Brookhaven-BI-EAK.
2.2.8 Phƣơng pháp kiểm tra độ bám dính lớp mạ với nền
Sử dụng phương pháp bẻ gập, tiến hành đo theo tiêu chuẩn
ASTM B571-97.
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu lớp mạ nền NiP
7
3.1.1 Ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ tới tốc độ mạ và thành
phần lớp mạ
Thực hiện mạ với chế độ thay đổi như sau: dung dịch mạ với
nồng độ NaH
2
PO
2
thay đổi 10, 15, 20, 25 g/l ở nhiệt độ 80, 85, 90, 95
o
C. Kết quả khảo sát được biểu diễn trên hình 3.1.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ NaH
2
PO
2
tới tốc độ mạ
Kết quả thu được chỉ ra rằng khi tăng một trong hai thông số
nhiệt độ và nồng độ thì tốc độ mạ cũng tăng theo. Kết quả khảo sát
đưa ra một gợi ý rằng, tốc độ mạ có thể được khống chế bằng cách
thay đổi các thông số của bể mạ. Tuy nhiên, thực tế quan sát chỉ ra
rằng ở nồng độ NaH
2
PO
2
cao hơn 20 g/l và nhiệt độ cao hơn 95
o
C ,
dễ xảy ra quá trình tự phân hủy dung dịch, gây kết tủa ồ ạt trong dung
dịch mạ, dung dịch do đó không hoạt động được nữa.
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaH
2
PO
2
tới hàm
lượng P trong lớp mạ, kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 3.2.
Kết quả cho thấy thành phần của P trong lớp mạ thay đổi không
nhiều trong khoảng 10,5 đến 11,4%. Khi tăng dần nồng độ chất khử
NaH
2
PO
2
từ 10 tới 20 g/l thì hàm lượng P trong lớp mạ tăng dần từ
10,5 đến 11,4 %. Hàm lượng P đạt cực đại tại nồng độ NaH
2
PO
2
8
20g/l, tiếp tục tăng nồng độ NaH
2
PO
2
quá 20 g/l thì hàm lượng P
trong lớp mạ giảm xuống.
Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaH
2
PO
2
tới hàm
lượng P trong lớp mạ
3.1.2 Phân tích cấu trúc lớp mạ NiP
Hình 3.3 Giản đồ XRD của lớp mạ NiP; a, b, c, d tương ứng với
hàm lượng NaH
2
PO
2
thay đổi lần lượt 10; 15; 20 và 25 g/l.
Tiến hành kiểm tra cấu trúc lớp mạ bằng phương pháp phân tích
XRD. Kết quả kiểm tra thể hiện trên hình 3.3. Khi hàm lượng chất
khử tăng lên, cấu trúc lớp mạ bị thay đổi điều này được thể hiện ở
vùng pic Ni(111). Điều này có thể giải thích bởi khi hàm lượng chất
35 40 45 50 55 60
0
500
1000
1500
2000
2500
NiP
10,5
NiP
11,1
NiP
11,4
(a)
(b)
(c)
(d)
Ni (200)
Cu (200)
Ni* (111)
Ni (111)
Intensity
2 Theta
Cu (111)
NiP
10,9
9
khử tăng lên, tốc độ phản ứng tăng lên đột ngột, làm tạo nên kết tủa ồ
ạt trên bề mặt mạ, khiến lớp mạ không đồng nhất. Sự thay đổi hàm
lượng P trong lớp mạ đã làm thay đổi cấu trúc lớp mạ.
Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM
Hình 3.5 Ảnh TEM phân tích cấu trúc lớp mạ NiP tổng hợp
ở nồng độ NaH
2
PO
2
trong dung dịch là 20g/l.
Kết quả hình 3.5 cho thấy, những vi hạt này kết tinh dưới dạng
tinh thể và vô định hình, xếp xen kẽ, được giải thích là do quá trình
phát triển mầm tinh thể, do có sự tồn tại của các hợp chất chứa P,
khiến cho tinh thể Ni không thể phát triển, do đó cấu trúc lớp mạ
được tạo thành bởi những vi hạt có kích thước rất nhỏ.
3.1.3 Tính chất của lớp mạ NiP
+ Khả năng bám dính với nền
Độ bám dính của lớp mạ được xác định bằng phương pháp bẻ
gập 90
o
. Quá trình kiểm tra cho thấy sau khi bẻ gập 4-5 lần vẫn
không thấy lớp mạ bị bong tách khỏi nền, do lớp mạ không bong
khỏi nền thép nên tiến hành bẻ gập đến gãy. Trong quá trình bẻ gập
đến gãy, quan sát thấy ở lần bẻ gập thứ 4-5, lớp mạ ở mẫu có nồng độ
Natri hypophotphit là 10, 15g/l bị co lại, tạo thành những nếp nhăn ở
tiếp điểm với gá giữ. Ở các nồng độ 20, 25g/l thì lớp mạ không bị
10
biến dạng cho đến lúc bị bẻ gãy, cho thấy độ bám dính của lớp mạ
NiP với nền thép rất tốt, với hàm lượng P trong lớp mạ cao hơn thì độ
bám dính của lớp mạ tốt hơn.
+ Độ cứng
Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ NaH
2
PO
2
trong dung dịch đến
độ cứng của lớp mạ.
Kết quả đo độ cứng các lớp mạ NiP có thay đổi thành phần
NaH
2
PO
2
trong dung dịch mạ được thể hiện trên hình 3.6, ta thấy
rằng khi nồng độ NaH
2
PO
2
tăng lên thì độ cứng mẫu mạ giảm xuống.
Các mẫu mạ trong dung dịch có nồng độ Natri hypophotphit 10,
15g/l có giá trị độ cứng chênh lệch nhiều. Các mẫu mạ trong dung
dịch có nồng độ hypophotphit lớn hơn 20g/l thì sự chênh lệch này là
không lớn. Độ cứng lớp mạ giảm xuống có thể do hàm lượng P tăng
lên và hàm lượng Ni giảm xuống.
+ Khảo sát độ bền ăn mòn của lớp mạ NiP
Kết quả cho thấy khi nồng độ NaH
2
PO
2
trong dung dịch mạ tăng
lên thì độ bền ăn mòn của lớp mạ hợp kim NiP cũng tăng lên, thể
hiện bằng tốc độ ăn mòn nhỏ và giá trị này nhỏ hơn rất nhiều so với
tốc độ ăn mòn của sắt trong NaCl 3,5 %. Nguyên nhân có thể là do
tăng dần nồng độ chất khử, thì hàm lượng P trong lớp mạ tăng lên
dẫn đến lớp mạ có cấu trúc vô định hình nên làm tăng khả năng
chống ăn mòn. Một nguyên nhân nữa có thể ở nồng độ chất khử
11
NaH
2
PO
2
20, 25 g/l có tốc độ phản ứng phù hợp để tạo ra cấu trúc
lớp mạ kín, sít đặc nên tăng khả năng chống ăn mòn.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ mạ cho thấy ở nhiệt
độ thấp có thể chất lượng lớp mạ kém hơn nên ở nhiệt độ mạ thấp thì
tốc độ ăn mòn lớn. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng thì dòng ăn mòn giảm
đạt cực tiểu ở 90
o
C, có thể ở nhiệt độ này đã tạo ra cấu trúc lớp mạ
kín, sít đặc nên làm tăng khả năng chống ăn mòn. Tiếp tục tăng nhiệt
độ thì tốc độ ăn mòn lại tăng, nguyên nhân có thể phản ứng xảy ra
nhanh nên gây lỗi lớp mạ.
3.2 Nghiên cứu hệ compozit NiP/PTFE
3.2.1 Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử tới hàm lƣợng hạt PTFE
có trong lớp mạ
C
NaH2PO2
15g/l; v = 2 µm/h C
NaH2PO2
20g/l; v = 4,1 µm/h
C
NaH2PO2
25g/l; v = 11,3 µm/h C
NaH2PO2
30g/l; v = 14,9 µm/h
Hình 3.9 Mặt cắt ngang lớp mạ NiP-PTFE có C
NaH2PO2
thay đổi
Ảnh chụp mặt cắt ngang của lớp mạ được thể hiện trên hình 3.9.
Kết quả cho thấy khi nồng độ chất khử NaH
2
PO
2
lớn hơn 25 g/l thì
không có hạt phân tán trong lớp mạ, trên bề mặt lớp mạ cho thấy các
vết lõm rất rõ ràng, đây chính là những vết hạt bị bong ra khỏi lớp
12
mạ. Kết quả phân tích hàm lượng hạt PTFE trong lớp mạ khi nồng độ
chất khử thay đổi được thể hiện trên hình 3.10.
Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng tới tốc độ mạ
và hàm lượng hạt PTFE trong lớp mạ
Kết quả hình 3.10 cho thấy ở nồng độ chất khử cao hơn 25 g/l thì
không có hạt PTFE trong lớp mạ. Có thể được giải thích như sau, khi
tăng dần nồng độ chất khử thì tốc độ hình thành lớp mạ tăng dần, cho
nên hạt bị bắt giữ nhanh chóng tại bề mặt nên hàm lượng hạt phân
tán trong lớp mạ tăng. Tiếp tục tăng nồng độ chất khử thì hàm lượng
hạt lại giảm. Có hai nguyên nhân thứ nhất do tốc độ hình thành nền
NiP tăng nhanh trong khi đó tốc độ đồng kết tủa của hạt tăng chậm
cho nên làm giảm hàm lượng hạt trong lớp mạ. Nguyên nhân thứ hai
(là nguyên nhân chính) khi mạ ở tốc độ cao thì tốc độ thoát khí H
2
xảy ra rất mạnh (tốc độ thoát khí H
2
tỷ lệ thuận với tốc độ mạ) đã
ngăn cản tiếp cận hạt tới bề mặt mạ và đẩy bật hạt ra khỏi bề mặt mạ.
3.2.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng hạt PTFE trong dung dịch tới hàm
lƣợng hạt PTFE trong lớp mạ và khả năng chống bám dính của
lớp mạ.
Kết quả ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch được
thể hiện ở trên bảng 3.5, 3.6.
13
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt PTFE 12 µm trong dung dịch
tới hàm lượng hạt PTFE trong lớp mạ và góc thấm ướt của lớp mạ.
Hàm lượng hạt PTFE
12 µm trong dung
dịch (g/l)
Hàm lượng hạt PTFE
trong lớp mạ
(% khối lượng)
Góc thấm ướt của lớp
mạ, (
o
)
0,0
0,0
86,91
0,5
3,6
94,78
1,0
7,2
96,04
1,5
11,4
104,50
2,0
13,7
105,02
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt PTFE 0,5 µm trong dung
dịch tới hàm lượng hạt PTFE trong lớp mạ và góc thấm ướt của lớp mạ.
Hàm lượng hạt PTFE
0,5 µm trong dung
dịch (g/l)
Hàm lượng hạt PTFE
trong lớp mạ
(% khối lượng)
Góc thấm ướt của lớp
mạ, (
o
)
0,0
0,0
86,91
0,5
2,4
87,43
1,0
4,0
100,21
1,5
4,9
103,52
2,0
5,7
106,30
Kết quả cho thấy khi hàm lượng PTFE trong dung dịch tăng thì
hàm lượng hạt PTFE trong lớp mạ tăng theo. Điều chú ý là khi tăng
dần hàm lượng hạt trong dung dịch thì lúc đầu hàm lượng hạt trong
lớp mạ tăng nhanh sau đó có tăng nhưng tăng chậm hơn nhiều.
Khi hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch mạ tăng (hàm lượng
PTFE trong lớp mạ tăng) thì khả năng chống bám dính của lớp mạ
tăng (góc thấm ướt tăng). Nguyên nhân là trong và trên bề mặt lớp
mạ có các hạt chống bám dính PTFE tăng.
3.2.3 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình đồng
kết tủa
Ảnh mặt cắt ngang của lớp mạ NiP-PTFE có sử dụng các loại
chất hoạt động SDS và CTAB với hàm lượng khoảng 34.10
-5
mol/l
được thể hiện ở hình 3.12a, b.
14
Hình 3.12 Mặt cắt ngang lớp mạ NiP-PTFE
a) Lớp mạ Sử dụng chất hoạt động SDS
b) lớp mạ sử dụng chất hoạt động CTAB
Kết quả trên hình 3.12 cho thấy lớp mạ sử dụng chất hoạt động
CTAB lại có nhiều hạt PTFE đồng kết tủa vào nhiều hơn so với lớp
mạ dùng chất hoạt động SDS. Các hạt PTFE phân bố đều và không bị
kết tụ trong lớp mạ. Để giải thích điều này sẽ tiến hành tính toán
năng lượng tương tác giữa hạt PTFE và lớp mạ, hạt PTFE với hạt
PTFE.
+ Tính toán năng lƣợng tƣơng tác lớp mạ và hạt PTFE (trong
dung dịch mạ có hàm lượng CTAB 34,3.10
-5
M)
2 1 1
( ) ( )
T CTAB A R
V V x V x
=
132
.
6
Ar
x
+
2 2 2
1 0 11 22 11 22
1
2 ln ( )ln(1 )
1
kx
kx
r
kx
e
re
e
(3.1)
+ Tính toán năng lƣợng tƣơng tác lớp mạ và hạt PTFE (trong
dung dịch mạ có hàm lượng SDS 34,3.10
-5
M)
(a)
(b)
