Nội dung chính:

Nguyên lý của quá trình làm sạch bằng phương pháp điện giải

Phương pháp điện giải dương cực

Phương pháp điện giải âm cực

Phương pháp đảo chiều định kỳ

Phương pháp dòng điện gián đoạn

Nguyên lý của quá trình làm sạch bằng phương pháp điện giải

Trong quá trình làm sạch bằng phương pháp điện giải, một dòng điện một chiều (DC) được áp giữa điện cực không hòa tan và các chi tiết cần làm sạch đặt trong dung dịch điện phân là các chất làm sạch và tẩy rửa. Khi đó, các chi tiết cần làm sạch này sẽ đóng vai trò là cực dương hoặc cực âm, tùy thuộc vào vai trò của chúng trong quá trình điện phân, có thể chia thành hai phương pháp chính như sau:

- Điện giải dương cực

- Điện giải âm cực

Phương pháp điện giải dương cực

Các chi tiết cần làm sạch đóng vai trò là cực dương trong quá trình điện phân. Dung dịch điện phân là dung dịch bazơ. Khi thực hiện quá trình điện phân, phản ứng sau sẽ xảy ra:

4OH^‑ → 2H₂O + O₂ ↑ + 4e^-

Bong bóng khí oxy được tạo ra trực tiếp tại bề mặt chi tiết ngay bên dưới chất gây ô nhiễm, khi chúng thoát ra thì các tạp chất như gỉ sét, cặn lắng và dầu nhẹ sẽ nổi lên và được loại bỏ khỏi bề mặt chi tiết.

Mô hình nguyên lý làm sạch bằng phương pháp điện giải dương cực

Phương pháp này phù hợp để xử lý làm sạch cho các chi tiết bằng vật liệu sắt, thép vì chúng có khuynh hướng tốt hơn trong dung dịch có tính bazơ.

Phương pháp điện giải âm cực

Ngược với phương pháp điện giải dương cực, các chi tiết cần làm sạch đóng vai trò là cực âm. Và dung dịch điện phân cần có tính axit nhằm cung cấp đủ ion H⁺ để duy trì phản ứng:

4H₂O + 4e^- → 4OH^- + 2H₂ ↑

 Theo nguyên lý tương tự, khí H₂ hình thành trong quá trình điện phân sẽ giúp loại bỏ lớp oxit và gỉ sét khỏi bề mặt kim loại.

Mô hình nguyên lý làm sạch bằng phương pháp điện giải âm cực

Phương pháp điện giải âm cực được cho là hiệu quả hơn vì lượng khí hydro tạo thành gấp đôi lượng khí oxy từ quá trình điện giải dương cực. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm vì tạo bề mặt thô hơn và kém hoàn hảo hơn. Điều này được lý giải do khi dòng điện một chiều di chuyển về phía phôi cần làm sạch (là cực âm), chúng hút các mảnh vụn kim loại và thường tạo ra màng kim loại lắng đọng trên bề mặt phôi và chúng có thể ảnh hưởng đến công đoạn mạ điện tiếp theo sau.

Phương pháp này thường áp dụng để làm sạch cho các chi tiết bằng vật liệu kim loại có xu hướng bị hòa tan nhanh chóng trong dung dịch kiềm khi làm sạch theo phương pháp điện giải dương cực, đặc biệt phù hợp với phôi magiê.

Ngoài ra, để phát huy tối đa hiệu quả của cả hai phương pháp trên, người ta cũng đã áp dụng bổ sung thêm các phương pháp kết hợp khác như:

- Phương pháp đảo chiều định kỳ

- Phương pháp dòng điện gián đoạn

Phương pháp đảo chiều định kỳ

Phương pháp này được vận hành dựa trên nguyên lý xen kẽ giữa điện giải dương cực và điện giải âm cực, nghĩa là chi tiết cần làm sạch sẽ luân phiên đóng vai trò là cực dương và cực âm của hệ thống. Quá trình này liên tục cho đến khi hoàn tất và chúng được lấy ra khỏi dung dịch trong ở chu kỳ là dương cực. Dung dịch điện phân để tẩy sạch trong trường hợp này thường là dung dịch có tính kiềm và có thêm các phụ gia để loại bỏ tạp chất trên bề mặt chi tiết.

Phương pháp này có hiệu quả làm sạch tốt hơn phương pháp điện giải dương cực và âm cực thuần túy đơn lẻ. Ngoài ra, khi làm sạch theo cách này có thể tránh được việc ăn mòn quá mức cho bề mặt phôi, điều này hay xảy ra khi axit ăn mòn sâu trong các ngóc ngách của phôi.

Phương pháp dòng điện gián đoạn

Về cơ bản, khi dung dịch phản ứng trên bề mặt phôi, nồng độ dung dịch tẩy rửa sẽ giảm theo thời gian, điều này có thể khiến phản ứng khó xảy ra lần nữa. Quá trình làm sạch bằng phương pháp dòng điện gián đoạn có thể giải quyết được vấn đề này bằng cách thường xuyên tắt hệ thống điện để dung dịch làm sạch phân bố lại và khôi phục nồng độ trên bề mặt phôi. Chu kỳ này thường vận hành theo cách áp dòng điện trong thời gian từ 8 – 9 giây rồi ngắt dòng điện trong thời gian từ 1 – 2 giây. Phương pháp dòng điện gián đoạn này thường được vận dụng trong quy trình đánh bóng bằng điện hóa.

Trong thực tế, quá trình làm sạch bằng phương pháp điện giải thường được gọi đơn giản là tẩy dầu điện giải, chúng được áp dụng để xử lý bề mặt kim loại trước khi thực hiện các công đoạn hoàn thiện tiếp theo như mạ điện, quá trình này không chỉ đơn thuần tẩy sạch dầu mà có thể loại bỏ được cả các tạp chất khác như cáu cặn, vụn kim loại… ra khỏi bề mặt chi tiết. Tùy thuộc vào nhiều yếu tố cụ thể như: hình dạng phôi, vật liệu phôi và tình trạng nhiễm bẩn có thể chọn lựa phương pháp điện giải phù hợp sao cho đảm bảo xử lý sạch bề mặt mà không ảnh hưởng gì đến cấu trúc bề mặt của chúng.

Tài liêu tham khảo:

Nabil Zaki, Electrocleaning, Metal Finishing, Vol. 100, p 128-133, 2002.

Bài viết cùng chủ đề:

Ưu và nhược điểm khi làm sạch bề mặt kim loại bằng phương pháp điện giải

Hóa chất làm sạch - Tẩy dầu không chứa các hợp chất nonylphenol