Công nghệ mạ phi kim loại
1. Giới thiệu
Đầu những năm 60, công nghệ mạ cho vật liệu phi kim loại bắt đầu được ứng dụng ở quy mô lớn, thương mại hóa sản phẩm. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật xử lý hóa học, hiện nay phương pháp mạ trên trên các vật liệu phi kim, đặc biệt là nhựa ABS bằng công nghệ mạ hóa học tạo lớp dẫn điện- mạ điện hóa, mạ Ni-Cr được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ôtô, chế tạo thiết bị công nghiệp, công nghệ thông tin, điện tử và trong chế tạo các hàng dân dụng. Phương pháp mạ hoá học là dựa vào phản ứng diễn ra trên bề mặt nhựa giữa các ion kim loại để tạo thành lớp phủ kim loại cho các bề mặt nhựa đó.
2. Quy trình mạ hóa học trên vật liệu phi kim loại
2.1. Đúc mẫu vật liệu
Hiện nay có rất nhiều loại nhựa được dùng làm mẫu vật liệu để mạ hóa học như: ABS, Polypropylen, Polysulfone, Polythermide...Trong số đó thì nhựa ABS (arcylonitrile-butadiene-styrene) được ứng dụng rộng rãi vì nhựa ABS có những đặc tính có lợi cho việc kim loại hóa bề mặt như: hệ số giản nở nhiệt thấp, dễ dàng tạo khuôn mẫu, có độ bám dính với kim loại tốt, hình dáng bề ngoài sau khi mạ tốt.
Những thông số kỹ thuật cần được lưu ý để đảm bảo tạo ra sản phẩm mẫu đúc vật liệu tốt: độ láng của khuôn đúc, làm khô hợp chất nhựa dẻo, nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, nhiệt độ khuôn, tốc độ đổ khuôn, kiểu khuôn đúc và các thông số đúc rất quan trọng trong việc tạo những thành phần tốt không có ứng suất và khuyết điểm.
2.2. Tẩy rửa, xử lý bằng dung môi
Quá trình tẩy rửa nhằm làm sạch bề mặt nhựa như loại bỏ các dấu tay, chất bẩn, những mảnh vụn từ quá trình tạo hình dáng mẫu vật liệu. Xử lý trong dung môi nhằm hai mục đích. Mục đích thứ nhất là giảm sức căng trên bề mặt nhựa, nhằm tăng độ bám kim loại trên bề mặt vật liệu. Mục đích thứ hai là làm nở một số loại nhựa như polypropylen, polycacbonat, polysunphone để tạo điều kiện cho dung dịch xâm thực dễ dàng ăn mòn nhựa tạo vi nhám bề mặt nhựa đồng đều.
2.3. Xâm thực
Quá trình xâm thực thường dùng các dung dịch có tính oxi hóa mạnh để ăn mòn bề mặt nhựa tạo ra các lổ với kích thước siêu nhỏ với hai mục đích: thứ nhất nhằm tăng diện tích bề mặt, làm cho vật liệu từ kị nước trở thành ưa nước; thứ hai những lổ nhỏ được tạo thành trên bề mặt vật liệu sau khi xâm thực sẽ trở thành nơi tạo liên kết với các kim loại cần mạ. Những lổ nhỏ nhỏ đó sẽ làm tăng độ kết dính giữa kim loại với nhựa. Xâm thực là bước quan trọng nhất quyết định mẫu vật liệu hoàn chỉnh để chuẩn bị tiếp cho các bước tiếp theo.
2.4. Tiền hoạt hoá
Sau quá trình xâm thực một số loại nhựa polypropylen hay polyphenylen oxit đòi hỏi bước tiền hoạt hoá. Công đoạn này nhằm mục đích tăng khả năng hấp phụ chất hoạt hoá của nhựa.
2.5. Hoạt hoá và tăng tốc
Quá trình hoạt hóa nhằm tạo lớp keo của kim loại quý như Palladi (Pd), bạch kim (Pt) hoặc vàng (Au) trên bề mặt nhựa làm xúc tác cho quá trình mạ hóa học sau. Quá trình này được thực hiện bằng cách dùng một dung dịch bao gồm thiếc (II) clorua (SnCl2) và palladi (II) clorua (PdCl2) trong acid clohydric (HCl) tạo thành một lớp sol Pd-Sn. Trong quá trình hoạt hóa, mẫu vật liệu chuyển từ màu nâu vàng nhạt sang màu hơi nâu.
Vai trò của quá trình tăng tốc là rửa bỏ được lớp hydroxide thiếc trong khi không gây ảnh hưởng gì tới hạt Pd. Do thiếc có khả năng ức chế phản ứng của bể mạ hoá học, gây hiện tượng dừng mạ. Hoá chất tăng tốc thường được sử dụng là các axit hữu cơ hoặc axit vô cơ.
2.6. Mạ hoá học
Mẫu vật liệu sau quá trình tăng tốc được rửa lại với nước rồi tiếp tục cho công đoạn mạ hóa học để tạo một lớp kim loại (thường là Cu hoặc Ni) mỏng bám dính trên bề mặt bằng quá trình khử. Quá trình này được thực hiện với một dung dịch bán ổn định bao gồm: một muối kim loại, một chất khử, một phức kim loại, chất ổn định và hệ đệm. Khi cho mẫu vật liệu đã được hoạt hóa bằng Pd vào dung dịch, phản ứng khử xảy ra tại những vị trí có Pd. Chính vì khả năng tự xúc tác, phản ứng sẽ tiếp tục cho đến hết.
Kết luận
Kim loại hoá bề mặt chất dẻo đã mở rộng phạm vi ứng dụng của chất dẻo trong rất nhiều lĩnh vực, vì nó đã hội tụ được những ưu điểm của hai loại vật liệu này trong một sản phẩm. Chất dẻo kim loại hoá sẽ có thêm được tính dẫn điện, dẫn nhiệt, có thể hàn kim loại lên được, bề mặt đẹp và cứng hơn. Chất dẻo được bảo vệ và chậm bị lão hoá hơn, thay thế được cho các vật bằng kim loại, hợp kim nhẹ và được ứng dung vô cùng rộng rãi trên các lĩnh vực.
Ngoài nghiên cứu, phát triển các loại vật liệu từ kim loại, đây sẽ là một định hướng nghiên cứu phát triển các sản phẩm mới của Công ty TNHH MTV Mỏ và Luyện kim Miền Nam, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim trong giai đoạn tới.
Đầu những năm 60, công nghệ mạ cho vật liệu phi kim loại bắt đầu được ứng dụng ở quy mô lớn, thương mại hóa sản phẩm. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật xử lý hóa học, hiện nay phương pháp mạ trên trên các vật liệu phi kim, đặc biệt là nhựa ABS bằng công nghệ mạ hóa học tạo lớp dẫn điện- mạ điện hóa, mạ Ni-Cr được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ôtô, chế tạo thiết bị công nghiệp, công nghệ thông tin, điện tử và trong chế tạo các hàng dân dụng. Phương pháp mạ hoá học là dựa vào phản ứng diễn ra trên bề mặt nhựa giữa các ion kim loại để tạo thành lớp phủ kim loại cho các bề mặt nhựa đó.
2. Quy trình mạ hóa học trên vật liệu phi kim loại
2.1. Đúc mẫu vật liệu
Hiện nay có rất nhiều loại nhựa được dùng làm mẫu vật liệu để mạ hóa học như: ABS, Polypropylen, Polysulfone, Polythermide...Trong số đó thì nhựa ABS (arcylonitrile-butadiene-styrene) được ứng dụng rộng rãi vì nhựa ABS có những đặc tính có lợi cho việc kim loại hóa bề mặt như: hệ số giản nở nhiệt thấp, dễ dàng tạo khuôn mẫu, có độ bám dính với kim loại tốt, hình dáng bề ngoài sau khi mạ tốt.
Những thông số kỹ thuật cần được lưu ý để đảm bảo tạo ra sản phẩm mẫu đúc vật liệu tốt: độ láng của khuôn đúc, làm khô hợp chất nhựa dẻo, nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, nhiệt độ khuôn, tốc độ đổ khuôn, kiểu khuôn đúc và các thông số đúc rất quan trọng trong việc tạo những thành phần tốt không có ứng suất và khuyết điểm.
2.2. Tẩy rửa, xử lý bằng dung môi
Quá trình tẩy rửa nhằm làm sạch bề mặt nhựa như loại bỏ các dấu tay, chất bẩn, những mảnh vụn từ quá trình tạo hình dáng mẫu vật liệu. Xử lý trong dung môi nhằm hai mục đích. Mục đích thứ nhất là giảm sức căng trên bề mặt nhựa, nhằm tăng độ bám kim loại trên bề mặt vật liệu. Mục đích thứ hai là làm nở một số loại nhựa như polypropylen, polycacbonat, polysunphone để tạo điều kiện cho dung dịch xâm thực dễ dàng ăn mòn nhựa tạo vi nhám bề mặt nhựa đồng đều.
2.3. Xâm thực
Quá trình xâm thực thường dùng các dung dịch có tính oxi hóa mạnh để ăn mòn bề mặt nhựa tạo ra các lổ với kích thước siêu nhỏ với hai mục đích: thứ nhất nhằm tăng diện tích bề mặt, làm cho vật liệu từ kị nước trở thành ưa nước; thứ hai những lổ nhỏ được tạo thành trên bề mặt vật liệu sau khi xâm thực sẽ trở thành nơi tạo liên kết với các kim loại cần mạ. Những lổ nhỏ nhỏ đó sẽ làm tăng độ kết dính giữa kim loại với nhựa. Xâm thực là bước quan trọng nhất quyết định mẫu vật liệu hoàn chỉnh để chuẩn bị tiếp cho các bước tiếp theo.
2.4. Tiền hoạt hoá
Sau quá trình xâm thực một số loại nhựa polypropylen hay polyphenylen oxit đòi hỏi bước tiền hoạt hoá. Công đoạn này nhằm mục đích tăng khả năng hấp phụ chất hoạt hoá của nhựa.
2.5. Hoạt hoá và tăng tốc
Quá trình hoạt hóa nhằm tạo lớp keo của kim loại quý như Palladi (Pd), bạch kim (Pt) hoặc vàng (Au) trên bề mặt nhựa làm xúc tác cho quá trình mạ hóa học sau. Quá trình này được thực hiện bằng cách dùng một dung dịch bao gồm thiếc (II) clorua (SnCl2) và palladi (II) clorua (PdCl2) trong acid clohydric (HCl) tạo thành một lớp sol Pd-Sn. Trong quá trình hoạt hóa, mẫu vật liệu chuyển từ màu nâu vàng nhạt sang màu hơi nâu.
Vai trò của quá trình tăng tốc là rửa bỏ được lớp hydroxide thiếc trong khi không gây ảnh hưởng gì tới hạt Pd. Do thiếc có khả năng ức chế phản ứng của bể mạ hoá học, gây hiện tượng dừng mạ. Hoá chất tăng tốc thường được sử dụng là các axit hữu cơ hoặc axit vô cơ.
2.6. Mạ hoá học
Mẫu vật liệu sau quá trình tăng tốc được rửa lại với nước rồi tiếp tục cho công đoạn mạ hóa học để tạo một lớp kim loại (thường là Cu hoặc Ni) mỏng bám dính trên bề mặt bằng quá trình khử. Quá trình này được thực hiện với một dung dịch bán ổn định bao gồm: một muối kim loại, một chất khử, một phức kim loại, chất ổn định và hệ đệm. Khi cho mẫu vật liệu đã được hoạt hóa bằng Pd vào dung dịch, phản ứng khử xảy ra tại những vị trí có Pd. Chính vì khả năng tự xúc tác, phản ứng sẽ tiếp tục cho đến hết.
Kết luận
Kim loại hoá bề mặt chất dẻo đã mở rộng phạm vi ứng dụng của chất dẻo trong rất nhiều lĩnh vực, vì nó đã hội tụ được những ưu điểm của hai loại vật liệu này trong một sản phẩm. Chất dẻo kim loại hoá sẽ có thêm được tính dẫn điện, dẫn nhiệt, có thể hàn kim loại lên được, bề mặt đẹp và cứng hơn. Chất dẻo được bảo vệ và chậm bị lão hoá hơn, thay thế được cho các vật bằng kim loại, hợp kim nhẹ và được ứng dung vô cùng rộng rãi trên các lĩnh vực.
Ngoài nghiên cứu, phát triển các loại vật liệu từ kim loại, đây sẽ là một định hướng nghiên cứu phát triển các sản phẩm mới của Công ty TNHH MTV Mỏ và Luyện kim Miền Nam, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim trong giai đoạn tới.
Danh mục tin tức
Tin mới nhất
