Kim loại bị ăn mòn là một vấn đề nghiêm trọng gây tổn thất đáng kể cho nền kinh tế quốc gia. Hàng năm, khoảng một phần ba trọng lượng kim loại trên toàn cầu bị mòn và phá hủy. Do đó, việc ngăn chặn ăn mòn kim loại là cần thiết để giảm thiểu thiệt hại.
Mạ kẽm là gì?
Trong môi trường ăn mòn và khí quyển, sơn và mạ điện là những phương pháp bảo vệ kim loại rất hiệu quả. Trong đó, mạ kẽm là một ứng dụng quan trọng của mạ điện để bảo vệ vật liệu khỏi bị ăn mòn.
Mạ kẽm là gì?
Mạ kẽm hay xi mạ kẽm là quá trình mạ một lớp kẽm lên bề mặt kim loại để bảo vệ và cải thiện tính thẩm mỹ của sản phẩm. Với khả năng chống ăn mòn và gỉ sét hiệu quả, xi mạ kẽm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và sản xuất.
Trong lĩnh vực xây dựng, xi mạ kẽm được áp dụng cho ống nước, đường sắt, thiết bị ngoài trời và các thiết bị chịu lực.
Trong lĩnh vực viễn thông, xi mạ kẽm được dùng để mạ các cấu kiện trụ anten và thiết bị phụ trợ khác.
Trong sản xuất dân dụng, xi mạ kẽm được sử dụng để sản xuất đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát đĩa và các vật dụng gia đình.
Trong ngành kỹ thuật cao, xi mạ kẽm được sử dụng để sản xuất robot và tên lửa.
Trong công nghiệp đóng tàu, xi mạ kẽm thường được dùng để mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu.
Ngoài ra, ở Tokyo, Nhật Bản, xi mạ điện được sử dụng để mạ lớp phủ titanium (1mm Ti + 4mm thép tấm) trên các trụ cầu dẫn qua cảng Tokyo. Xi mạ kẽm cũng được áp dụng trong các lĩnh vực khác như mạ vàng và sản xuất điện thoại.
Trong bài viết này, sẽ giới thiệu cho bạn các phương pháp thường được sử dụng trong quy trình mạ kẽm hiện nay, bao gồm mạ kẽm lạnh và mạ kẽm nhúng nóng.
Mạ kẽm lạnh thực hiện bằng cách phủ lên bề mặt kim loại một lớp kẽm lỏng tương tự như sơn ở nhiệt độ môi trường bình thường. Áp lực khí nén được sử dụng để thổi dung dịch kẽm lỏng thành chùm các hạt kẽm bắn vào bề mặt kim loại đã được xử lý kỹ lưỡng trước đó.
Dung dịch kẽm cũng chứa chất liên kết và các phụ gia khác giúp cho kẽm bám chắc lên kim loại và khô cứng trong vài giờ. Mạ kẽm lạnh có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực mạ khác nhau, như mạ các vật liệu có kết cấu phức tạp, kích thước lớn và cố định.
Mạ kẽm nhúng nóng là công nghệ tạo ra một lớp phủ kẽm bám chắc lên bề mặt nền của chi tiết sắt thép bằng cách nhúng chi tiết đó vào bể kẽm nóng chảy. Lớp phủ kẽm này có tác dụng bảo vệ rất tốt bề mặt chi tiết sắt thép khỏi bị ăn mòn.
Công nghệ để tạo ra lớp phủ kẽm như vậy cũng khá đơn giản và tính đơn giản của nó cho phép phương pháp mạ kẽm nhúng nóng chiếm ưu thế lớn so với các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn khác.
Mạ kẽm điện phân được áp dụng để tạo một lớp kim loại mỏng trên bề mặt kim loại nền bằng phương pháp kết tủa để chống ăn mòn, tăng tính dẫn điện, tăng kích thước và độ cứng cho kim loại nền một cách hiệu quả.
Công nghệ mạ kẽm điện phân được sử dụng rộng rãi trong mạ ống nước, đường sắt, thiết bị ngoài trời và các thiết bị thường xuyên chịu lực.
Mạ kẽm điện phân cũng được sử dụng để sửa chữa các chi tiết có độ chính xác cao mà không ảnh hưởng đến tính chất của kim loại gốc, hình dạng và kích thước của chi tiết ban đầu.
Quy trình mạ kẽm đạt tiêu chuẩn
Bước 1: Tẩy dầu mỡ
Vật liệu cần mạ kẽm sẽ được ngâm trong dung dịch tẩy dầu khoảng 10-15 phút.
Bước 2: Tẩy gỉ sét
Sau khi tẩy sạch dầu mỡ, chúng ta sẽ ngâm vật liệu vào dung dịch axit clohidric nồng độ 8-15%.
Bước 3: Tẩy dầu điện hóa
Khi tẩy mỡ bằng phương pháp điện hóa, khí sẽ thoát ra trên điện cực làm tách mỡ trên bề mặt của sản phẩm.
Bước 4: Trung hòa
Vật liệu sẽ trải qua khâu trung hòa trong dung dịch HCl để loại bỏ các ion sắt và mảng bám oxit trước khi mạ kẽm. Công đoạn trung hòa diễn ra trong vòng 3-20 giây ở nhiệt độ thường.
Bước 5: Xi mạ kẽm
Đây là khâu quan trọng nhất trong quá trình mạ kẽm. Vật liệu sẽ được tạo lớp xi mạ kẽm lên bề mặt của nó. Lớp mạ kết tinh mịn, tinh khiết cao và bền vững ăn mòn. Mật độ dòng mạ và thời gian sẽ được kiểm soát để đạt được chiều dày mong muốn.
Mạ kẽm cũng có thể được áp dụng vào những chi tiết cần chính xác cao mà không ảnh hưởng đến độ chính xác của chúng.
Bước 6: Hoạt hóa
Sau khi hoàn thành công đoạn mạ kẽm, sản phẩm sẽ được hoạt hóa để tăng độ bóng sáng cho bề mặt của nó.
Bước 7: Cromat hóa
Vật liệu đã xi mạ kẽm sẽ được xử lý tăng độ bền ăn mòn của lớp mạ kẽm bằng cromat hóa. Màu sắc của lớp xi mạ có thể là sáng trắng, vàng cầu vòng, xanh, vàng, đen…
Bước 8: Sấy khô
Sau khi sản phẩm được phủ màu cẩn thận, nó sẽ được đưa vào tủ sấy khô. Việc sấy khô giúp màu sắc của lớp xi mạ đồng đều hơn và bề mặt vật liệu bằng phẳng, sáng bóng hơn.
Kiểm tra sản phẩm
Trước khi đưa sản phẩm đến tay khách hàng, kỹ thuật viên sẽ dùng máy đo độ dày và quan sát màu sắc của lớp xi mạ một cách kỹ càng. Nếu sản phẩm không đạt yêu cầu, chúng ta buộc phải tiến hành xi mạ lại.
Các hệ hóa chất mạ kẽm được khuyến khích sử dụng
Có hai loại phụ gia mạ kẽm acid, bao gồm Dẻo kẽm ZNA và Bóng kẽm ZNB.
Sau khi xi mạ kẽm acid, bề mặt của sản phẩm sẽ trở nên bóng bẩy và lớp mạ kẽm có khả năng bám dính tốt vào bề mặt kim loại, đồng thời giúp loại bỏ dầu mỡ và bụi bẩn dễ dàng.
Phụ gia xi mạ kẽm acid thường được sử dụng trong các ứng dụng trang trí và xi mạ trước khi sơn để bảo vệ bề mặt và tăng tính thẩm mỹ của sản phẩm.
Phụ gia xi mạ kẽm không có cyanua là một loại hóa chất xi mạ thân thiện với môi trường và không gây hại cho sức khỏe con người. Nó được sử dụng rộng rãi tại Đài Loan, Nhật Bản, Mỹ và các nước Châu Âu.
Phương pháp xi mạ kẽm thụ động Cr+3 được xem là công nghệ xi mạ tiên tiến và hiện đại nhất. Điều đặc biệt là để sản phẩm xi mạ của bạn có thể xuất khẩu sang các nước G7, thì yêu cầu áp dụng phương pháp xi mạ kẽm thụ động Cr+3.
Ưu điểm của phương pháp này là mang đến sự thân thiện với môi trường, không gây hại cho sức khỏe con người, sản phẩm xi mạ có khả năng chống mài mòn tốt, đáp ứng được yêu cầu về chất lượng và tính thẩm mỹ.
Những lưu ý quan trọng trong quy trình mạ kẽm
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm xi mạ kẽm, cần lưu ý các vấn đề sau để tránh gây hỏng bề mặt sản phẩm:
Đối với xi mạ kẽm hệ Acid, có thể gặp phải các lỗi sau:
Lớp mạ bị tối và giòn: có thể do thiếu bóng, dung dịch không cân bằng hoặc thừa bóng gây làm cho lớp mạ trở nên giòn và dễ bong tróc.
Lớp mạ bị rỗ và nhám: do dung dịch không cân bằng hoặc thiếu chất thấm ướt.
Lớp mạ bị tối và cháy: có thể do nồng độ kim loại thấp gây ảnh hưởng đến kết quả xi mạ.
Lớp mạ có màu nâu: do thừa chloride, nhiệt độ thấp hoặc chất bóng không cân bằng trong dung dịch mạ.
Độ phủ kém: có thể do độ pH trong dung dịch mạ thấp hoặc thừa lượng Zn.
Lớp mạ bị tối: do dung dịch hóa chất xi mạ bị nhiễm tạp chất kim loại như bị nhiễm kim loại sắt.
Lớp mạ xù xì, có gai: lỗi này là do độ pH cao, dung dịch bị nhiễm tạp chất và làm cho bề mặt vật liệu xi mạ có hiện tượng xù xì, có gai trên bề mặt.
Lớp mạ có đốm: có thể do dòng điện mạ quá cao, tốc độ quay chậm hoặc dung dịch bị nhiễm sắt.
Hiệu suất thấp: có thể do nhiệt độ thấp, nồng độ kim loại thấp hoặc dung dịch mạ không cân bằng.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm mạ kẽm hệ kiềm, cần chú ý những vấn đề sau để tránh gây hại cho bề mặt sản phẩm.
Lớp mạ mờ: có thể xảy ra khi độ bóng, tính dẻo của dung dịch thấp, nồng độ kẽm cao, bề mặt vật liệu chưa được xử lý và tẩy sạch, hoặc nhiệt độ mạ không phù hợp. Cũng có thể do bể mạ bị nhiễm tạp chất.
Cháy ở mật độ dòng cao: xảy ra khi nhiệt độ thấp, nồng độ kiềm thấp, dòng điện cao, hoặc do nồng độ nguyên liệu quá cao hoặc quá thấp.
Lớp mạ mờ ở mật độ dòng cao: có thể do nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, nồng độ kiềm thấp, hóa chất bị nhiễm tạp chất hoặc do bề mặt vật liệu chưa được tẩy rửa sạch.
Lớp mạ xù xì và gai: có thể do bộ lọc kém, mật độ dòng cao, nồng độ nguyên liệu andode thấp hoặc do hóa chất bị nhiễm tạp chất.
Lớp mạ bị rộp và bám dính kém: xảy ra khi bề mặt vật liệu mạ chưa được xử lí sạch trước khi mạ, nhiệt độ mạ thấp, hóa chất bị nhiễm tạp chất hữu cơ hoặc bể chứa kẽm không phù hợp.
