Những đặc tính nổi bật của lớp mạ hợp kim Kẽm – Niken (Zn-Ni alloy)

Được nghiên cứu vào những năm đầu của thập niên 90 và được NASA chấp thuận năm 1992. Tuy nhiên, cho đến khoảng thời gian thập niên gần đây, công nghệ mạ hợp kim Kẽm – Niken mới được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực hoàn tất kim loại nhờ khả năng chống ăn mòn đặc biệt của lớp mạ này cho các linh kiện hoặc các chi tiết cần sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

Ứng dụng chính của công nghệ mạ hợp kim Kẽm – Niken

Công nghệ mạ hợp kim Kẽm – Niken được công nhận là một giải pháp thay thế tối ưu nhất cho công nghệ mạ cadimi xét về khía cạnh an toàn môi trường và người vận hành quy trình mạ. Boeing và NASA đã là những nơi tiên phong lựa chọn giải pháp thay thế này, tiếp theo sau đó là các hãng danh tiếng như Goodrich, Messier-Bugatti-Dowty, Bell, Airbus cũng đã áp dụng.

Mạ hợp kim Kẽm – Niken thường được chỉ định cho các chi tiết, linh kiện sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như:

● Hàng không vũ trụ

● Máy móc nông nghiệp

● Thiết bị nặng

● Dầu khí

● Ô tô

● Thủy lực

● Truyền động điện

● Công trình xây dựng hoặc các chi tiết, thiết bị tiếp xúc và làm việc trong môi trường có tính ăn mòn cao.

Mạ hợp kim Kẽm – Niken đã được ứng dụng phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ (Nguồn: Internet)

Những ưu điểm của lớp mạ hợp kim Kẽm – Niken

Lớp mạ Zn-Ni thường có độ dày từ 8 đến 14 µm với độ bao phủ rất tốt ngay cả những chi tiết có hình dạng phức tạp, có vùng lõm. Chúng thường được thụ động hóa bằng các dung dịch thụ động trên cơ sở cromat hóa trị III để tạo màu ánh kim hoặc màu đen với độ dày từ 0,06 đến 0,15 µm và phủ lớp topcoat ngoài cùng từ 0,5 đến 4,0 µm.

Ốc vít được mạ hợp kim Kẽm – Niken, thụ động hóa crom (III) và topcoat

(Nguồn: Internet)

So với các kiểu lớp mạ khác, lớp mạ Zn-Ni cho thấy những ưu điểm vượt bậc về:

● Khả năng chống ăn mòn

● Khả năng chống mài mòn ở những chi tiết chuyển động

● Khả năng hạn chế ứng suất nhiệt đối với những bộ phận phải chịu vận hành ở nhiệt độ cao

Khả năng chống ăn mòn

Là một hợp kim thực sự, lớp mạ Zn-Ni được chứng minh có khả năng bảo vệ chống ăn mòn gấp 2 – 3 lần so với lớp mạ kẽm. Hơn nữa, cấu trúc tinh thể đồng nhất của kết tinh Zn-Ni tạo được lớp bảo vệ mỏng và đồng đều trên toàn bộ bề mặt chi tiết. Lớp mạ Zn-Ni này có khả năng chống ăn mòn bằng hoặc lớn hơn lớp mạ cadimi. (Đặc biệt, việc thay thế được cho lớp mạ cadimi có thể loại bỏ được nguy cơ tiếp xúc chất gây ung thư).

Dưới đây là biểu đồ so sánh khả năng chống ăn mòn của lớp mạ kẽm và lớp mạ hợp kim Zn-Ni bằng phương pháp phun muối theo ASTM B117, kết quả cho thấy lớp mạ Zn-Ni có khả năng chịu được hơn 1000 giờ phun muối, vượt xa rất nhiều so với lớp mạ kẽm đơn chất.

Biểu đồ so sánh thời gian phun muối (ASTM B117) trên lớp mạ kẽm và Zn-Ni

(Nguồn: Internet)

Mặt khác, khi hiện nay các linh kiện bằng nhôm đã trở nên phổ biến hơn trong ngành công nghiệp ô tô, chúng có thể bị ăn mòn do sự ăn mòn điện hóa khi tiếp xúc với thép. Tuy nhiên, khi được mạ lớp hợp kim Zn-Ni, các chi tiết nền nhôm không bị ăn mòn điện hóa (kết quả theo thử nghiệm ăn mòn gia tốc)

Tăng khả năng chống mài mòn

Lớp mạ Zn-Ni dạng màng mòng, cứng và có lớp thụ động hóa, topcoat đồng nhất giúp tăng khả năng chống mài mòn nhờ độ cứng và bề mặt đã hầu như được loại bỏ các bất thường, giảm ma sát và mài mòn. Theo thang đo độ cứng Vickers, các chi tiết được mạ Zn-Ni đạt 450, so với các chi tiết mạ kẽm chỉ đạt 150.

Biểu đồ so sánh độ cứng của lớp mạ kẽm và Zn-Ni

(Nguồn: Internet)

Giảm ứng suất nhiệt

Lớp mạ Zn-Ni có khả năng chống lại ứng suất nhiệt rất hiệu quả. Các thử nghiệm cho thấy lớp mạ này có khả năng giữ được khả năng chống ăn mòn ngay cả khi tiếp xúc với ứng suất nhiệt ở nhiệt độ đến 200 ^oC, so với lớp mạ kẽm chỉ đạt đến 120 ^oC. Điều này rất có ý nghĩa thực tiễn đối với những trường hợp khoang động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao trong công nghệ hàng không vũ trụ hoặc ô tô.

Biểu đồ so sánh khả năng chịu ứng suất nhiệt trên lớp mạ kẽm và Zn-Ni

(Nguồn: Internet)