Tóm tắt mạ Ag từ sách "Công nghệ mạ điện" của PGS. Trần Minh Hoàng, xuất bản năm 1998 bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

"Công nghệ Mạ Điện" của Pgs, Pts TRẦN MINH HOÀNG, xuất bản năm 1998 tại Hà Nội, cung cấp một nghiên cứu toàn diện về công nghệ mạ điện. Cuốn sách này trình bày các quy trình từ chuẩn bị bề mặt kim loại trước khi mạ, bao gồm mài, đánh bóng, tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa, đến các phương pháp mạ điện khác nhau cho nhiều loại kim loại như kẽm, cadimi, thiếc, chì, đồng, niken, crom, bạc, rođi và ruteni. Ngoài ra, tài liệu còn đi vào chi tiết các kỹ thuật mạ hợp kim và mạ lên chất dẻo, cũng như giải thích về quá trình hoạt hóa bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ. Cuốn sách là một nguồn tham khảo quý giá cho những người hoạt động trong lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu và thiết kế liên quan đến công nghệ mạ điện.
 

1. Giới thiệu chung về Mạ bạc (15.1 Mạ bạc)

• Đặc tính của Bạc (Ag): Bạc là kim loại mềm, dẻo, có trọng lượng riêng 10,5 g/cm³ và điện trở riêng ở 18°C là 1,6.10⁻⁶ Ω.m.

• Đặc tính của lớp mạ bạc: Lớp mạ bạc có độ cứng từ 883-1370 MPa, có độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt và độ phản quang cao. Lớp mạ bạc chịu uốn và chịu nóng tốt nhưng kém chịu nén ép.

• Tính bền hóa học: Bạc bền trong các dung dịch kiềm và môi trường axit hữu cơ. H₂SO₄ đặc chỉ hòa tan bạc khi đun sôi, còn HNO₃ chỉ cần đun nóng. Tuy nhiên, các hợp chất chứa lưu huỳnh dễ dàng tác dụng lên bề mặt bạc tạo ra màng bạc sunfua mỏng (< 0,07 µm), làm mờ xỉn, giảm giá trị trang sức và tăng điện trở tiếp xúc.

• Ứng dụng: Mạ bạc được sử dụng rộng rãi nhờ tính chất hóa lý đặc biệt và khả năng thấm cao của nó. Các ứng dụng chính bao gồm:

    ◦ Tăng độ phản quang cho các thiết bị chiếu sáng, dụng cụ quang học như pha đèn, gương, phản xạ kế.

    ◦ Giảm điện trở tiếp xúc cho các tiếp điểm.

    ◦ Nâng cao độ bền ăn mòn cho các vật làm việc trong môi trường xâm thực (ví dụ, trong dung dịch kiềm).

    ◦ Trang sức trong nghề kim hoàn, chế tạo huân chương, huy chương.

• Chiều dày lớp mạ: Thường dao động từ 3-6-9-12 µm, tùy thuộc vào yêu cầu của công việc.

• Phương pháp mạ: Mạ bạc điện hóa yêu cầu sử dụng dung dịch muối phức. Việc mạ từ dung dịch đơn không hiệu quả vì bạc có thể phản ứng với kim loại nền có điện thế âm hơn, tạo ra lớp mạ xốp và bám kém. Dung dịch xyanua được coi là tốt nhất cho mạ bạc, mặc dù độc hại. Các dung dịch phức ít độc hại hơn như feroxyanua, iodat, sunfoxyanua, pyrophotphat có thể được sử dụng, nhưng chất lượng mạ có thể không bằng.

2. Mạ bạc từ dung dịch xyanua (15.1.1)

Đây là phương pháp mạ bạc phổ biến và hiệu quả nhất.

• Thành phần chính: Gồm muối phức AgCN.nKCN (với n=2-4) và KCN (hoặc NaCN) tự do.

• Quá trình hóa học:

    ◦ Kết tủa bạc xyanua: AgNO₃ + KCN → AgCN↓ + KNO₃.

    ◦ Hòa tan AgCN trong KCN dư để tạo phức: AgCN + KCN → KAg(CN)₂.

    ◦ Phản ứng trên catot: Ag(CN)₂⁻ + e → Ag + 2CN⁻.

• Đặc điểm dung dịch:

    ◦ Phức Ag(CN)₂⁻ rất bền, điện ly kém, hằng số không bền rất nhỏ (K = 8.10⁻²²), dẫn đến nồng độ ion Ag⁺ tự do rất nhỏ, giúp bạc thoát ra từ anion phức thành lớp mạ mịn, gắn bám chắc, dày đều trên catot.

    ◦ Nồng độ bạc thấp, xyanua cao cho khả năng phân bố tốt, thích hợp cho mạ mỏng 2-5 µm.

    ◦ Nồng độ bạc cao cho phép mạ ở mật độ dòng điện lớn, đặc biệt khi tăng nhiệt độ.

    ◦ KCN tự do càng nhiều, phức càng bền, lớp mạ càng mịn và gắn bám chắc, nhưng dòng điện tối đa cho phép sẽ giảm. KCN cũng tăng độ dẫn điện và giúp anot dễ tan, làm lớp mạ bóng hơn.

    ◦ Muối Kali (KCN) được ưa dùng hơn muối Natri (NaCN) do có độ hòa tan và độ dẫn điện tốt hơn, cho phép dùng mật độ dòng điện cao hơn.

    ◦ KNO₃ có thể được thêm vào dung dịch mạ tốc độ cao để hỗ trợ anot tan và ít ảnh hưởng đến dung dịch.

    ◦ Sự tích tụ cacbonat (do hấp thụ CO₂ hoặc thủy phân KCN) có thể tăng độ dẫn điện và khả năng phân bố, nhưng khi quá cao (trên 110 g/l) sẽ làm lớp mạ thô, nhám.

• Mạ lót: Để đảm bảo độ gắn bám tốt, các vật liệu kim loại thường cần được mạ lót nhanh (20-60 giây) trong dung dịch bạc xyanua loãng và dư xyanua.

    ◦ Ví dụ mạ lót:

        ▪ Lên đồng, thau: AgCN 3-5 g/l, KCN 75-100 g/l, nhiệt độ 20-30 °C, Dk = 1,6-1,7 A/dm², anot thép không gỉ.

        ▪ Lên sắt thép: AgCN 2 g/l, CuCN 11 g/l, K₂CO₃ 90 g/l, nhiệt độ 20-30 °C, Dk = 1,6-2,7 A/dm², anot kẽm, grafit. (Đây là mạ lót đồng trước khi mạ bạc).

• Pha chế dung dịch: Quy trình bao gồm hòa tan NaCN vào nước nóng, thêm CuCN (nếu có), sau đó thêm KCN và AgNO₃ từ từ. Cuối cùng, thêm các chất còn lại và điều chỉnh thể tích. Lọc qua than hoạt tính trước khi sử dụng chất bóng.

• Bảng 15.1 cung cấp 5 công thức dung dịch mạ bạc xyanua với các thành phần và chế độ mạ khác nhau, phù hợp cho mạ công nghiệp tốc độ cao, lớp mạ bóng, dẻo hoặc mạ cho các tiếp điểm.

3. Mạ bạc từ dung dịch khác (15.1.2)

Các dung dịch này ít độc hại hơn xyanua nhưng chất lượng mạ kém hơn.

• Dung dịch feroxyanua: Cho lớp mạ mờ, mịn, ổn định, khả năng phân bố cao.

    ◦ Thành phần điển hình: AgNO₃ (25-30 g/l), KCNS (120-150 g/l), K₂CO₃ (25-30 g/l), K₄Fe(CN)₆.3H₂O (50-80 g/l). Nhiệt độ 18-30 °C, Dk = 0,3-0,5 A/dm².

    ◦ Quy trình pha chế phức tạp, bao gồm kết tủa, đun sôi, và xử lý với H₂O₂ để tạo phức bạc tan.

• Dung dịch sunfit: Dùng cho mạ lót, nhiệt độ 15-25 °C, Dk = 0,2-0,3 A/dm². Cấu tử chính là phức NaAgS₂O₃.

• Dung dịch iodat: Dùng để mạ lớp mờ, mịn, kín, hoặc lớp mạ vàng.

    ◦ Thành phần điển hình: AgCl (27-60 g/l), KI (400-450 g/l), Gelatin (1-2 g/l). Nhiệt độ 25 °C, Dk = 0,1-3,0 A/dm².

    ◦ Pha chế bằng cách hòa tan AgCl hoặc Ag₂SO₄ vào dung dịch KI để tạo phức K₂AgI₃.

• Dung dịch sunfoxyanua: Dùng để mạ dày cho thiết bị thông tin, hoặc mạ trên các vật liệu không chịu được môi trường kiềm.

    ◦ Thành phần điển hình: AgNO₃ (25-30 g/l), KCNS (300 g/l), chất thấm ướt (5-10 g/l). Nhiệt độ 18-30 °C, Dk = 0,5-1,0 A/dm².

    ◦ Yêu cầu anot bạc và mạ lót trước.

• Dung dịch pyrophotphat: Thích hợp cho các vật có hình dạng phức tạp, tạo lớp mạ bóng.

    ◦ Thành phần điển hình: AgNO₃ (36-38 g/l), K₂P₂O₇ (200-250 g/l), KCNS (300-350 g/l), Na₂SO₃ (1-5 g/l), chất thấm ướt (0,6-0,8 g/l). pH 8,0-8,7. Nhiệt độ 18-50 °C, Dk = 0,5-2,0 A/dm².

4. Mạ bạc không dùng điện (15.1.3)

• Mạ bạc hóa học: Sử dụng chất khử để khử ion bạc từ dung dịch xyanua, tạo thành lớp mạ trên vật mạ.

    ◦ Ví dụ dung dịch: KAg(CN)₂ (Ag⁺ 1-2,4 g/l), KCN (6-12 g/l), Hydrazinboran (1-2 g/l). Nhiệt độ 40-50 °C, pH 10,2-10,5.

• Mạ bạc tiếp xúc: Vật cần mạ được nối với nhôm hoặc magie rồi nhúng vào dung dịch chứa muối bạc.

    ◦ Ví dụ dung dịch: AgNO₃ (Ag⁺ 10-15 g/l), K₄Fe(CN)₆.3H₂O (25-30 g/l), K₂CO₃ (10-20 g/l). Nhiệt độ 50-60 °C, pH 6,5-7,5.

5. Hoàn thiện lớp mạ bạc (15.1.4)

Để cải thiện độ bền và thẩm mỹ của lớp mạ bạc.

• Chống ố (15.1.4.1): Do bạc dễ bị mờ xỉn trong môi trường có lưu huỳnh.

    ◦ Phủ bảo vệ: Phủ lớp sáp hoặc sơn không màu.

    ◦ Thụ động hóa học: Ngâm trong dung dịch chất ức chế (ví dụ 1-1-E).

    ◦ Thụ động điện hóa: Sử dụng dung dịch bicromat (K₂Cr₂O₇, KOH) với anot thép không gỉ.

    ◦ Kết tủa điện hóa màng beryli hydroxyt: Tạo một lớp màng bảo vệ từ dung dịch BeSO₄ và Ni(CH₃COO)₂, với anot thép không gỉ.

    ◦ Mạ lớp mỏng kim loại khác: Mạ lớp mỏng (0,3-1,3 µm) kẽm, cadimi, crom hoặc rodi lên lớp bạc.

• Oxy hóa bạc và lớp mạ bạc (15.1.4.2): Tạo màu xám sẫm đến xanh xám để trang sức và chống mờ.

    ◦ Dung dịch oxy hóa điện hóa: Gồm Na₂S, Na₂SO₃, H₂SO₄, Axeton. Thực hiện ở nhiệt độ phòng trong 3-5 phút.

• Nhuộm màu cho bạc (15.1.4.3):

    ◦ Nhuộm đen: Dùng dung dịch CaS₂.

    ◦ Nhuộm xám xanh (bạc cổ): Tẩy sạch bề mặt, nhúng trong dung dịch K₂S, nhiệt độ 50-60 °C.

    ◦ Nhuộm màu cổ kính: Dùng dung dịch CaS₂ và NH₄Cl.

    ◦ Nhuộm vàng: Dùng dung dịch Na₂S₂O₃ và Pb(CH₃COO)₂.

    ◦ Nhuộm hồng: Dùng dung dịch CuCl₂ đặc, nóng.

6. Thu hồi bạc trong dung dịch mạ hỏng (15.1.5)

• Phương pháp điện phân: Từ dung dịch xyanua và feroxyanua, sử dụng anot không tan (thép không gỉ) với mật độ dòng 1,5-2,0 A/dm².

• Phương pháp hóa học:

    ◦ Kết tủa AgCl: Bạc được kết tủa dưới dạng AgCl bằng HCl, sau đó hòa tan trong HNO₃ để thu AgNO₃.

    ◦ Khử bằng kim loại: Sử dụng bột kẽm hoặc bột nhôm để đẩy bạc ra khỏi muối trong dung dịch. Bạc thu được cần được xử lý để loại bỏ tạp chất.

    ◦ Tách chiết: Dùng dung dịch kiềm amon bicromat (hoặc amoniac) và tetracloetylen.

Tóm lại, các nguồn tài liệu cung cấp một cái nhìn toàn diện về mạ bạc, từ các đặc tính cơ bản của bạc, các phương pháp mạ khác nhau (chủ yếu là mạ điện hóa xyanua và các dung dịch phức khác, cũng như mạ không dùng điện), đến các bước hoàn thiện và thu hồi bạc, tất cả đều nằm trong bối cảnh các kim loại quý và hiếm khác. Các thông tin này rất chi tiết về thành phần dung dịch và chế độ công nghệ.
Download sách full tiếng Việt: https://drive.google.com/file/d/10l_3b4dChSMLsP8_LsHbl4jfR_B-8Dzz/view?usp=sharing