MẠ NICKEL HÓA HỌC HAY MẠ NIKEN KHÔNG ĐIỆN

Mạ Nickel hóa học (Electroless nickel plating) là phương pháp mạ tạo màng kim loại Niken – Ni trên bề mặt vật liệu bằng cách khử hóa học thay vì dùng điện nên người ta còn hay gọi là Mạ Niken hóa học (Ni hóa học)

Nguyên tắc mạ Nickel hóa:

Trong quá trình mạ này thì hypophosphite đóng vai trò là chất khử, các điện tử phát ra từ hypophosphit bị phân hủy được sử dụng để lắng Niken.

Niken đã bị khử và lắng xuống đóng vai trò là chất xúc tác phân hủy chất khử, gây ra phản ứng phân hủy liên tục và lắng đọng niken trên bề mặt lớp mạ.

Cơ chế này được gọi là MẠ KHỬ XÚC TÁC TỰ ĐỘNG.

Phân loại mạ Nickel không điện:

Tùy vào loại chất khử mà chúng ta có các loại Mạ Niken không điện như sau:

Loại Ni- Phốt pho thấp

Đây là loại mạ Niken không điện chứa hàm lượng phốt pho từ 1% đến 3%.

Lớp mạ này cho độ cứng cao nhất và vượt trội về khả năng chống mài mòn, tăng độ dẫn điện, khả năng hàn, chống kiềm nhưng kém về khả năng chống ăn mòn.

Loại Ni- Phốt pho trung bình

Đây là loại mạ phổ biến nhất khi nói đến mạ Niken hóa học.

Là loại mạ Niken không điện chứa hàm lượng phốt pho từ 5% đến 9%. Loại mạ này thường không có từ tính nhưng sẽ có khi bị đốt nóng.

Khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt và đạt được độ cân bằng về 2 khả năng này, đồng thời các tính chất vật lý cũng tốt hơn.

Loại Ni-Phốt pho cao

Hàm lượng Phốt pho của loại này chiếm hơn 10%, là lớp phủ ít cứng nhất, không có từ tính nhưng khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và cũng kém bóng hơn các loại xi mạ khác.

Loại Ni- BO

Đây là loại mạ Niken không điện chứa hàm lượng Bo từ 0.2%-1%.Lớp mạ có độ cứng và khả năng hàn tốt.Tuy nhiên, dung dịch mạ khá đắt nên chi phí cao.

Đặc điểm của mạ Nickel hóa học

Tính cơ học

Mạ Niken không điện cho độ cứng cao và chống mài mòn tốt.

Độ cứng của từng loại mạ Niken không điện không giống nhau

• Ni-P thấp: khoảng 700 Hv, sau xử lý nhiệt thì khoảng 1000 Hv
• Ni-P trung bình: khoảng 550Hv
• Ni-P cao: khoảng 500 Hv
• Ni-Bo: 780 Hv

Tính hóa học

Khả năng chống ăn mòn tốt, tùy vào hàm lượng phốt pho mà tính chống axit và kháng kiềm của lớp mạ sẽ khác nhau.

Trong đó tính chống ăn mòn và kháng axit của lớp mạ Ni-P trung bình và Ni-P cao khá tốt, ngược lại tính kháng kiềm của lớp mạ Ni-P thấp lại tốt hơn 2 loại kia.

Tính điện từ

Sự có mặt của từ tính có hay không có phụ thuộc vào loại mạ.

Loại Ni-P cao thì không có từ tính kể cả trước và sau khi xử lý nhiệt.

Loại Ni-P thấp thì có từ tính trước và sau khi xử lý nhiệt.

Loại Ni-P trung bình có từ tính chỉ sau khi xử lý nhiệt.

Tính quang học

Độ bóng của lớp mạ phụ thuộc vào dung dịch xử lý xi mạ, có loại tạo độ bóng và có loại không tạo độ bóng.

Tính nhiệt

Mạ Niken không điện có khả năng chịu nhiệt, dẫn nhiệt.

ỨNG DỤNG CỦA MẠ NICKEL HÓA:

Mạ Niken hóa học này phù hợp với các sản phẩm có hình dạng phức tạp và cần độ chính xác cao về kích thước vì nó cho độ dày lớp mạ đồng đều ở mọi góc cạnh của sản phẩm.

Tùy vào yêu cầu và mục đích sử dụng của từng loại sản phẩm khác nhau mà Mạ Niken không điện được lựa chọn.

Trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô thì Mạ Niken hóa học được sử dụng cho piston, kim phun nhiên liệu (kim phun xăng, dầu), xi lanh để tránh sự ăn mòn và mài mòn.

Trong các ngành khai khoáng, dầu khí…khi mà các thiết bị phải đối mặt với môi trường khắc nghiệt dưới lòng đất hoặc dưới nước thì mạ Niken không điện là một giải pháp làm tăng khả năng chống ăn mòn. Các thiết bị đó là bơm, các đường ống vận chuyển, lò phản ứng, đường ống dẫn, phụ tùng tàu thủy…

Các thiết bị cần độ cứng, chống ăn mòn và không có từ tính như bộ phận của đồng hồ, máy ảnh, kính hiển vi…

Các bộ phận thiết bị của các hệ thống máy công nghiệp cần độ cứng và chống mài mòn, chống ăn mòn tốt như: trục, trục cán, xi lanh trong hệ thống thủy lực, khuôn mẫu để cải thiện khả năng chống dính và phục hồi những hư hỏng, hao mòn.

Các linh kiện của thiết bị điện tử như ổ cứng, bảng mạch.

Ngoài ra ta còn thấy lớp mạ Niken không điện ở các sản phẩm cần bổ sung tính hàn, chống ăn mòn và dẫn điện như: điện trở, nhiệt điện trở…

MẠ NICKEL HÓA HỌC (MẠ NICKEL KHÔNG ĐIỆN) TIÊU CHUẨN AMS 2404

Các tiêu chuẩn mạ niken không điện thường quy định các yêu cầu cụ thể về quá trình mạ, tính chất và đặc điểm kỹ thuật của lớp phủ niken không điện.

Các tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn cụ thể về các tham số quá trình mạ, kiểm tra chất lượng và đánh giá tính chất của lớp phủ niken không điện.

Các doanh nghiệp thường tuân theo những tiêu chuẩn này để đảm bảo rằng lớp phủ đáp ứng được các yêu cầu cụ thể của ứng dụng và có chất lượng đồng nhất và đáng tin cậy.

Một số ví dụ về các tiêu chuẩn phổ biến liên quan đến mạ niken không điện:

TIÊU CHUẨN MIL-C-26074

Là Một tiêu chuẩn của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, quy định các yêu cầu về mạ niken không điện cho các ứng dụng quân sự và công nghiệp khác nhau.                Tiêu chuẩn này bao gồm nhiều lớp và cấp độ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất cụ thể mà lớp phủ cần đáp ứng.

Class 1:  Chỉ mạ, không xử lý nhiệt (nung nóng khử hydro không được xem là xử lý nhiệt).

Class 2:  Xử lý nhiệt để đạt độ cứng yêu cầu. Có thể áp dụng với tất cả kim loại không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ từ 260°C trở lên

Class 3:  Hợp kim nhôm không thể xử lý nhiệt, sau khi mạ được nung nóng ở 180-200°C trong 1-1.5h để tăng độ bám lớp mạ.

Class 4: Hợp kim nhôm có thể xử lý nhiệt, sau khi mạ được nung nóng ở 115-125°C trong 1-1.5h để tăng độ bám lớp mạ.

Grade A – Độ dày lớp mạ tối thiểu 25 µm

Grade B – Độ dày lớp mạ tối thiểu 13 µm

Grade C – Độ dày lớp mạ tối thiểu 38 µm

 

TIÊU CHUẨN AMS 2404

Là Tiêu chuẩn của SAE International, quy định yêu cầu kỹ thuật cho mạ niken không điện và các lớp phủ tương tự cho các ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ.

Class 1: trừ xử lý nhiệt để khử khí hydro, không xử lý nhiệt theo bất kì hình thức nào khác sau mạ.

Class 2: xử lý nhiệt ở 232°C (450 °F) trở lên để làm cứng lớp mạ.

Class 3: xử lý nhiệt ở 191°C (375 °F) để cải thiện độ bám dính của lớp mạ trên hợp kim nhôm và bery không thể xử lý nhiệt.

Class 4: xử lý nhiệt ở 121°C (250 °F) để cải thiện độ bám dính của lớp mạ trên hợp kim nhôm có thể xử lý nhiệt.

Grade

Grade A: độ dày tối thiểu 0.001 inches

Grade B: độ dày tối thiểu 0.0005 inches

Grade C: độ dày tối thiểu 0.0015 inches

 

TIÊU CHUẨN ASTM B733

: là một tiêu chuẩn của Tổ chức Tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASTM) liên quan đến tiêu chuẩn và quy định thử nghiệm tiêu chuẩn cho lớp phủ niken không điện điều chỉnh từ dung dịch niken không điện.

Tiêu chuẩn ASTM B733 cung cấp hướng dẫn cụ thể về quá trình mạ điện niken không điện từ dung dịch niken không điện, giúp đảm bảo tính nhất quán và đáng tin cậy của lớp phủ niken không điện theo yêu cầu kỹ thuật.

Loại:

Loại I: Không cần phốt pho

Loại II: 1-3% Phốt pho

Loại III: 2-4% Phốt pho

Loại IV: Mạ niken photpho trung bình (5-9%P)

Loại V: Mạ niken điện phân phốt pho cao (>10%P)

Điều kiện:

SC0:  Độ dày tối thiểu 0.1micron

SC1:  Môi trường ít khắc nghiệt, dày tối thiểu 5 micron(µm)- Bảo vệ chống ăn mòn trong nhà để chống gỉ, hàn, mài mòn nhẹ, mài mòn bôi trơn khi tải nhẹ

SC2:  Môi trường khá khắc nghiệt, dày tối thiểu 13 micron (µm)- Tiếp xúc với không khí công nghiệp, trên thép trong môi trường khô hoặc bôi trơn

SC3:  Môi trường khắc nghiệt, dày tối thiểu 25 micron (µm)- Tiếp xúc ngoài trời (không phải ở biển), mài mòn vừa phải, muối kiềm ở nhiệt độ cao

SC4:  Môi trường rất khắc nghiệt, dày tối thiểu 75 micron (µm)- Môi trường rất khắc nghiệt, dung dịch axit, nhiệt độ và áp suất cao, dịch vụ dầu hydro sunfua và carbon dioxide, hệ thống clorua nhiệt độ cao, mài mòn rất nghiêm trọng và ngâm trong biển

Phân loại:

Class 1:  Chỉ mạ, không xử lý nhiệt.

Class 2:  Xử lý nhiệt ở 260-400°C để đạt độ cứng tối thiểu 850 HK100.

Class 3:  Xử lý nhiệt ở 180-200°C trong 2-4h để tăng độ bám lớp mạ trên thép và khử hydro.

Class 4:  Xử lý nhiệt ở 120-130°C trong ít nhất 1h để tăng độ bám lớp mạ trên hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện và thép đã thấm carbon.

Class 5:  Xử lý nhiệt ở 140-150°C trong ít nhất 1h để tăng độ bám lớp mạ trên nhôm, hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện, đồng và hợp kim đồng, hợp kim đồng beryllium.

Class 6:  Xử lý nhiệt ở 300-320°C trong ít nhất 1h để tăng độ bám lớp mạ trên hợp kim titan.

TIÊU CHUẨN ISO 4527

Một tiêu chuẩn quốc tế do Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa  quốc tế (ISO) ban hành về Mạ điện không điện

Phủ niken không điện lên kim loại và các bề mặt kim loại. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật cho quá trình mạ điện không điện của lớp phủ niken lên các bề mặt kim loại.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho lớp phủ niken không điện với mục đích chống ăn mòn, chống mài mòn, cải thiện tính chất bề mặt&  các ứng dụng khác trên các sản phẩm kim loại. Tiêu chuẩn này phổ biến rộng rãi ở Châu Âu.

TIÊU CHUẨN AMS 2405

Một tiêu chuẩn khác của SAE International, tập trung vào yêu cầu cụ thể cho lớp phủ niken không điện với độ bền cơ học cao cho các ứng dụng hàng không và vũ trụ.

TIÊU CHUẨN MIL-DTL-32119

Tiêu chuẩn MIL-PRF-32119, cũng do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ban hành, liên quan đến mạ niken không điện cho các ứng dụng bảo vệ khỏi ăn mòn.

KHÁC NHAU GIỮA MẠ NIKEN ĐIỆN PHÂN VÀ MẠ NICKEL HÓA HỌC

Phương pháp mạ

Như tên gọi thì hai phương pháp này khác nhau ở cách thức mạ có tác động của dòng điện hoặc không.

Độ dày của của lớp mạ Niken điện phân phụ thuộc vào sự phân bố của dòng điện nên sẽ rất khó để có sự đồng nhất của lớp mạ, trong khi Mạ Niken không điện là phương pháp mạ thông qua phản ứng hóa học sẽ cho lớp mạ phủ đồng đều ở các vị trí kể cả với các sản phẩm có hình dáng phức tạp.

Mạ Niken không điện có thể mạ trên các sản phẩm không dẫn điện.

Tuy nhiên mạ Niken không điện thì chi phí cao hơn và tốc độ lắng đọng của lớp phủ mạ chậm hơn.

Thành phần lớp phủ mạ

Mạ điện phân Niken là mạ Niken nguyên chất, trong đó hàm lượng Ni là 99.5%.

Mạ Niken không điện là mạ Niken hóa học và là 1 lớp mạ hợp kim trong đó Ni chiếm khoảng từ 90%- 95%, còn lại là 5%- 10% phốt pho.

Tính chất vật lý

Lớp mạ Niken không điện với dung dịch mạ Ni- P trung bình được sử dụng phổ biến sẽ cho độ cứng (khi chưa xử lý nhiệt hay đã xử lý nhiệt) và khả năng chống ăn mòn tốt hơn Mạ Niken điện phân.

KHÁC NHAU GIỮA MẠ CROM CỨNG VÀ MẠ NICKEL HÓA HỌC ( MẠ NIKEN KHÔNG DÙNG ĐIỆN)

Hầu hết các thiết bị máy móc trong công nghiệp đều làm từ các thành phần kim loại và lớp xi mạ công nghiệp đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các thiết bị bộ phận này vì lợi ích mà nó mang lại.

Lớp phủ mạ có vai trò làm giảm mài mòn, chống ăn mòn, tăng thêm độ cứng, giảm ma sát, tăng độ dẫn điện, kéo dài thêm tuổi thọ cho các thiết bị.

Việc lựa chọn lớp xi mạ phù hợp khá phức tạp vì nó phụ thuộc vào thuộc tính khác nhau của vật liệu cấu tạo, mục đích sử dụng và môi trường làm việc, sản phẩm đầu ra của từng loại thiết bị bộ phận máy công nghiệp.

Hiện nay có 2 lớp phủ mạ phổ biến cho các bộ phận máy công nghiệp là: Mạ Crom cứng hay còn gọi là mạ crom công nghiệp và Mạ Niken không điện ( mạ niken hóa học).

Mỗi phương pháp mạ này sẽ có các ưu và nhược điểm khác nhau.

Lớp mạ crom công nghiệp thì cứng và bền hơn lớp mạ niken không điện, lớp mạ Niken sẽ chống ăn mòn tốt hơn và khả năng phủ đến tất cả vị trí của bề mặt đồng đều hơn.

Bề mặt nền

Cả hai lớp mạ này đều hoạt động tốt trên nhiều loại vật liệu nền.

Mặc dù cả hai cho ra lớp mạ phủ đồng đều lên bề mặt của các vật có hình dạng lồi, lõm , không bằng phẳng nhưng Mạ Niken không điện nhanh chóng tạo ra lớp phủ đồng nhất tại mọi vị trí, trong khi đó Mạ Crom cần phải được đánh bóng ở một vài vị trí mới tạo ra lớp mạ đồng đều hơn.

Chính vì điều này nên thường chúng ta phải cần một lượng chrome nhiều hơn Niken để cùng tạo ra một bề mặt phủ đồng đều.

Kỹ thuật mạ crom trở nên linh hoạt khi nó có thể ứng dụng trên nhiều kim loại khác nhau, bao gồm thép không gỉ, đồng, đồng thau, nhựa…

Lớp mạ crom cứng cho bề mặt sáng bóng, mịn còn Niken không điện cũng cho bề ngoài sáng bóng hơi vàng và nó sẽ bị mờ dần theo thời gian.

Độ cứng

Như tên gọi thì Crom cứng được biết đến là kim loại có độ cứng chỉ sau kim cương.

Đặc tính ưu việt này giúp cho lớp mạ crom chịu được sự mài mòn trong công nghiệp và trong các môi trường có sự tiếp xúc cơ học thường xuyên.

Vì vậy nên lớp mạ crom thường được lựa chọn cho các ngành công nghiệp nặng, môi trường làm việc khắc nghiệt…

Cả 2 đều cho lớp mạ bảo vệ thiết bị chống lại sự mài mòn nhưng nếu ưu tiên đặc biệt về độ chống mài mòn thì có thể chọn crom cứng

Độ bền

Cả hai lớp mạ này đều có độ bền cao khi tiếp xúc với môi trường có tính ăn mòn hay các tiếp xúc cơ học có độ ma sát lớn nên đây là một giải pháp làm tăng tuổi thọ của các bộ phận, thiết bị.

Độ chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn là một trong những lợi ích quan trọng nhất của việc xi mạ kim loại bên cạnh sự chống mài mòn.

Cả 2 lớp mạ crom cứng và Niken không điện đều cho khả năng chống ăn mòn tốt bảo vệ vật liệu trong quá trình tiếp xúc với môi trường của nó.

Cũng có nhiều nghiên cứu cho thấy là khả năng chống ăn mòn của lớp Niken không điện vượt trội hơn một chút so với chrome cứng, đặc biệt là ở vị trí các lỗ khuất, do vậy chúng ta có thể chọn Niken không điện nếu sản phẩm cần ưu tiên về khả năng chống ăn mòn.

Kết luận

Thật sự khó khăn khi phải chọn lựa mạ crom cứng hay Nickel không điện vì tính hữu ích của 2 lớp phủ mạ này gần như tương đồng ngang nhau.

Lựa chọn lớp phủ mạ nào thì còn phụ thuộc vào sự ưu tiên của bạn về thuộc tính hữu ích nào mà lớp mạ đó đem lại cho sản phẩm.

Nếu bạn cần một lớp mạ đặc biệt cứng, bền và cần chuyển động nhiều (hệ số ma sát thấp) thì nên chọn lớp mạ crom cứng vì nó cho độ cứng vượt trội.

Nếu ưu tiên về độ chống ăn mòn và cho lớp mạ đồng nhất trên các hình dạng sản phẩm bất thường thì nên chọn Mạ Niken không điện.

Cả hai lớp mạ đều tuyệt vời cho các bộ phận thiết bị kim loại nên đôi khi chúng ta có thể bắt gặp các sản phẩm có lớp mạ kết hợp giữa Crom và Niken

Công ty TNHH Máy và Thiết bị thủy lực Sài Gòn có các bể mạ Niken lớn và công nghệ Mạ hiện đại giúp lớp mạ đạt tiêu chuẩn yêu cầu cho các mặt hàng có hình dạng và góc cạnh phức tạp nhưng vẫn đảm bảo lớp mạ đạt tiêu chuẩn hóa quốc tế.