Hotline Hotline: 0707606099 - 0707606099

Xi Mạ Kim Loại Thành Dương

Mạ hoá học nickel

    * Giới thiệu
    Electroless plating, hay autocatalytic là quá trình mạ mà phản ứng mạ tự xảy ra liên tục trên bề mặt vật liệu mạ mà không cần tác động từ dòng điện bên ngoài (khác với electroplating cần dòng điện từ bên ngoài). Electroless plating được sử dụng khá rộng rãi, từ việc mạ các chi tiết cơ bản, cho tới các bản mạch điện tử…

     
    * Ưu nhược điểm của Electroless plating nickel
    - Ưu điểm của electroless plating: (1) không cần dòng điện; (2) Lớp mạ phân bố đồng đều trên tất cả hình dạng bề mặt: mạch điện tử, các chi tiết phức tạp; (3) Khả năng bảo vệ chống ăn mòn tốt (do lớp mạ thường chứa phosphos), lớp mạ hóa nickel trên nền sắt carbon có thể so sánh được với thép tiêu chuẩn; (4) Tính chất cơ lý tốt: độ cứng cao, có thể đạt tới 800 HV hoặc 1200 HV sau xử lý nhiệt, ngang chromium; (5) có thể làm lớp mạ lót trên bề mặt chất không dẫn điện như nhựa poly carbonate (PC), ABS, gốm đã được hoạt hoá, hay mạ làm lớp lót dẫn điện trước khi mạ các lớp mạ điện tiếp theo.
     
    - Nhược điểm: (1) Độ ổn định của bể mạ thấp, chi phí vận hành cao; (2) Tốc độ mạ không cao (thường từ 13~20 micromet/h); (3) thao tác vận hành và yêu cầu kiểm soát bể mạ khá nghiêm ngặt.
    Ở Việt Nam, hiện nay, electroless nickel plating được sử dụng rất rộng rãi cho các công nghiệp như mạ mạch điện tử (PCB/FPCB), quy trình POP, mạ các chi tiết máy, linh kiện cơ khí, ô tô: Bu lông, ốc vít, ray, bản lề cửa...  
     
    * Nguyên lý mạ EN
    Về mặt lịch sử, electroless Ni plating được tìm ra từ năm 1946 khi Riddell sử dụng NaH2PO2 làm chất tạo phức khi mạ điện, ông phát hiện ra hiệu suất dòng mạ lớn hơn 100%, chứng tỏ có sự khử ion nickel bởi 1 chất khử khác, có mặt trong dung dịch mạ. Từ cơ sở đó, dung dịch mạ tự động được phát triển.
     
    Phản ứng cơ bản của quá trình mạ tự động khi sử dụng chất khử là NaH2PO2:
    Ni2+ + NaH2P02+ H20 −→ Ni + NaH2P03+ 2H+
    Trong quá trình phát triển cho tới hiện tại, thành phần EN cơ bản có những chất như sau:
    - Ion Ni2+: thường dùng NiSO4, NiCl2, NiCO3, Ni sulphamate etc. Tuy nhiên, NiSO4 được sử dụng rộng rãi nhất.
    - Chất khử (reducing agent): NaH2PO2, DMAB (mạ Ni-B), hydrazine (mạ pure Ni).
    - Chất tạo phức (complexing agent): một số acid hữu cư: citric acid, propionic acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, glycine, tartaric acid, EDA...
    - Chất tạo càng/chất trợ phức (chelating agent): Một số chất tạo phức có thể sử dụng ở nồng độ thấp hơn, đóng vai trò là chất tạo càng, tăng cường thêm tính ổn định của bể mạ: malic acid, gluconic acid, glutamic acid…
    - Chất đệm/buffer: để pH của dung dịch được ổn định, không thay đổi đột ngột trong quá trình mạ: thường sử dụng các muối sodium của các acid như acid formic, acetic, propionic, succinic acid, muối amoni, hoặc một số chất tạo phức khi dư, sẽ thành chất đệm cho dung dịch.
    - Chất ổn định/phụ gia: Đây là thành phần rất quan trọng, với nồng độ rất nhỏ, thường khoảng 0.3~2 ppm để giữ cho dung dịch mạ ổn định, không bị phá huỷ trong quá trình mạ. Các hệ chất ổn định thường dùng như: heavy metals giống như Pb2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+, Tl+…; nhóm chứa gốc thiol như thiourea thioglycolic acid, cysteine, cystine; Nhóm chứa những chất có khả năng tạo phức rất bền với Ni2+ như CN-, EDTA... Một số phụ gia hữu cơ, chất hoạt động bề mặt hay ion kim loại có thể sử dụng ở nồng độ một vài ppm làm lớp mạ bóng hơn/hoặc mạ bán bóng (dạng satin), hoặc mạ dẻo, hoặc để chống hình thành pits. Nếu bể mạ EN nếu không có chất ổn định, chỉ có thể sử dụng được khoảng 10-50 phút. Dung dịch EN thương mại có thể sử dụng kéo dài tới 1 tuần, thậm chí, với dung dịch mạ nền dẫn dành cho POP có thể sử dụng tới 3-5 tháng.
    - Chất điều chỉnh pH: NH3, OH-, K2CO3, amine, H2SO4 etc. để giữ pH của dung dịch mạ hóa nằm trong giới hạn của bể mạ.
    Điều kiện tối ưu của các dung dịch mạ hóa nickel thương mại, thường Ni2+ khoảng 4-6 g/L; NaH2PO2 khoảng 20~30 g/L; tỷ lệ nồng độ [phức]/[Ni2+] khoảng 1.2~2.0; buffer khoảng 0.2~0.3 M.
     
    * Về các loại dung dịch mạ EN, chia theo một số tiêu chí sau:
    Theo hàm lượng phosphos: Có pure Ni (Free P), low P (1.3~4 % P); Medium low P (4~7%); Medium high P (7~11%) và high P (>11%).
    Lớp mạ Low P thì có cấu trúc dạng tinh thể (crystal srucutre), độ cứng cao (~700-800 HV, và sau xử lý nhiệt >1050 HV). Ứng dụng để mạ cho một số chi tiết chuyển động/chịu mài mòn.
    Lớp mạ Medium P sử dụng rộng rãi trong các chi tiết cơ bản bảo vệ chống ăn mòn. Tiêu chuẩn test phun muối thường phải là tối thiểu 72h mà không có bất cứ ăn mòn nào.
    Lớp mạ High P có cấu trúc vô định hình (amophos structure) sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt chống ăn mòn cao, phun sương muối tối thiểu 120h. 
     
    Phân chia theo dải nhiệt độ mạ: Low temp. (khoảng 30 oC), sử dụng mạ lót cho các linh kiện POP; Medium Temp. (khoảng 60~65 oC), sử dụng cho các mạch LDS (Laser direct structuring), MID (Molded Interconnect Device); Và nhiệt độ cơ bản (80 – 90 oC). Thường thì các bể EN mạ ở dải nhiệt độ 80 – 90 oC.
     
    Theo pH thì có acid EN và alkaline EN. Phần lớn các dung dịch EN thương mại hoạt động ở pH 4.5~5.0; Dung dịch mạ ở pH ~9.0 thường dùng ở nhiệt độ thấp.
     
    Theo thành phần lớp mạ: có NiP (Nikel-phosphorous); NiB (boron type); mạ hợp kim: NiWP, NiCoP, NiFeP…; Mạ composite kèm các hạt như diamon, teflon (PTFE), SiC, Al2O3, Cr2O3, TiO2...
     
    * Độ bền bể mạ
    Là vấn đề quan trọng nhất đối với các dung dịch mạ tự động. Độ bền bể mạ được tính theo đơn vị MTO (Metal Turn Over). Khi pha chế, nồng độ kim loại Ni khoảng 4-6 g/L. Giả sử, pha chế có 5 g/L Ni kim loại, Trong quá trình mạ cần bổ sung Ni2+, NaH2PO2 và chất điều chỉnh pH (không phải thay thế lại chất tạo phức). Khi bổ sung thêm đủ 5 g Ni kim loại, như vậy là 1 MTO; Bể mạ đạt 5 MTO tức là đã mạ được 25 g Ni từ 1 L dung dịch. Bể mạ Nickel thường dùng được khoảng 5-6 MTOs, trước khi phải thay thế hoàn toàn bằng dung dịch mới.
     
    * Dung dịch mạ EN thương mại
    Thường thì một sản phẩm EN thương mại sẽ có 4 hoá chất đi cùng nhau (Bên mình ký hiệu là M, A, B, C).
    - M về cơ bản chứa chất tạo phức, chất khử và chất ổn định, dùng để pha chế ban đầu;
    - A về cơ bản chứa Ni2+ ion (~100 g Ni/L), dùng để pha chế ban đầu và bổ sung;
    - B về cơ bản chứa chất khử, NaH2PO2, dùng để bổ sung;
    - C về cơ bản chứa NaOH dùng để điều chỉnh pH bể mạ và 1 lượng nhỏ chất tạo phức được bổ sung cho quá trình vận hành bị hao hụt, C dùng để bổ sung.
    Khi pha chế ban đầu, sẽ pha chế M + A (ví dụ 100 mL M + 50 mL A + 850 mL H2O).
    Sau đó, trong quá trình mạ, việc Ni2+ và NaH2PO2 bị tiêu hao, nên cần bổ sung chứa Ni2+ ion (A) + chất khử (NaH2PO2, (B)) và chất điều chỉnh pH (C). Tỷ lệ A: B:C được tính toán, thường thì tỷ lệ bổ sung = 1:1:1 để tạo sự thuận lợi khi sử dụng cho khách hàng.

    Bài viết liên quan

    Các vấn đề đối với bể mạ electroless nickel (EN) plating
    Đăng ngày 04/07/2025

    Các vấn đề đối với bể mạ electroless nickel (EN) plating

    Tiếp theo bài lần trước, bài lần này mình tiếp tục viết về bể mạ hoá nickel (Electroless nickel plating). Trong bài viết này, mình sẽ tập trung vào những thông số chính khi vận hành bể mạ và tại sao lại cần những thành phần như vậy. Càng ngày, các bài viết càng mang tính chất chuyên sâu hơn nên anh em ngoài ngành đọc khá khó hiểu. Nhưng thực sự mà nói, EN được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều công nghiệp khác nhau, mà ở VN không có trường ĐH nào đào tạo chuyên môn này một cách sâu sắc, nên mình ráng viết, anh em ráng đọc. Để rồi ví dụ như anh em bên cơ khí, thử mạ một lần, thấy sản phẩm của mình lên một đẳng cấp khác. Hay anh em khác, start-up phân xưởng chuyên EN. Thôi, mình xin bắt đầu. Trước tiên, mình xin trao đổi lại một số thuật ngữ, vì khi đọc bài mới thấy ở VN anh em hay dùng cụm từ mạ hoá nickel, để chỉ mạ EN nickel. Mạ hoá, có lẽ nghĩa là mạ hoá học, mạ dựa vào phản ứng hoá học. Trong tiếng Anh thì trước đây dùng từ autocatalyst: tự động xúc tác/mạ tự động, nếu tiếng Việt dùng là mạ tự động dễ bị nhầm lẫn sang mạ bằng dây chuyền tự động. Bây giờ trong tiếng Anh dùng từ electroless có nghĩa là, mạ không cần dòng điện ngoài, nó phân biệt với electroplating, mạ dùng dòng điện ngoài. Vậy nên, để anh đỡ cảm thấy rối, mình sẽ dùng 2 cụm từ mạ hoá hoặc EN. OK ạ.
    Quy trình mạ các thiết bị kết nối đúc MID (Molded Interconnect Device)
    Đăng ngày 04/07/2025

    Quy trình mạ các thiết bị kết nối đúc MID (Molded Interconnect Device)

    Gần đây, khi tham gia vào Hiệp hội xử lý bề mặt Việt Nam thì được nhiều anh chị em và Thày cô chia sẻ rằng lĩnh vực xử lý bề mặt ở Việt Nam chưa phát triển, nhất là vấn đề xi mạ ở Việt Nam từ lâu nay coi như là một ngành phụ nên ít được quan tâm. Thực ra, vấn đề này giống y như của Hàn Quốc vào khoảng đầu những năm 90 khi mà người Hàn cũng cho rằng xi mạ xử lý bề mặt là những ngành nghề low tech nên sinh viên ngày đó gần như không ai chọn lựa ngành học này. Các trường đại học cũng không trú trọng vào việc đào tạo, nghiên cứu và phát triển lĩnh vực này. Vì thế, cho tới bây giờ, mặc dù đã rất cố gắng nhưng ngay tại thị trường Hàn Quốc thì phần lớn thị trường (~70%) vẫn nằm trong tay các công ty nước ngoài, các công ty Hàn đang cố gắng giành giật lấy từng phần trăm thị trường. Nhiều công ty Hàn Quốc, khi chưa tìm được chỗ đứng ở thị trường Hàn thì đã tìm đến các thị trường có yêu cầu thấp hơn như Trung Quốc, Việt Nam, Indonesia để phát trển. Trước đây, nhóm Electrochemistry của viện vật liệu Hàn Quốc (KIMS) nơi em làm việc, mặc dù khá bé nhỏ nhưng vẫn là một thế lực trong ngành điện hoá của Hàn. Nhưng sang khoảng những năm 2010, việc thay đổi mạnh mẽ trong lĩnh vực điện hoá và xử lý bề mặt dẫn tới nhóm điện hoá của viện KIMS bị cạnh tranh khốc liệt và vài năm gần đây nhóm phải chuyển đổi qua định hướng khác để phát triển.
    Hotline
    Zalo
    Mess
    Map
    0707606099 0707606099