Mạ niken điện phân là quá trình tạo lớp phủ niken trên bề mặt vật liệu nền bằng phương pháp lắng đọng điện hóa. Phương pháp này sử dụng dòng điện bên ngoài để khử ion niken từ chất điện phân và lắng đọng chúng trên bề mặt vật liệu, đóng vai trò là cực âm . Lớp niken được tạo ra bằng quy trình này có độ tinh khiết cao (thường trên 99,96%) và thể hiện độ bền cơ học, khả năng chống ăn mòn và tính chất từ tính tuyệt vời. Mạ niken điện phân công nghiệp sử dụng hệ thống điện phân, trong đó niken sunfat hoặc niken sunfat là muối chính, và mật độ dòng điện, nhiệt độ và độ pH được kiểm soát chính xác để đảm bảo lớp kết tinh mịn và đồng đều. Không giống như mạ niken hóa học (không có dòng điện), mạ niken điện phân cung cấp lớp phủ dày đặc hơn và phù hợp với các ứng dụng có khả năng chống mài mòn và độ dẫn điện cao. Việc sản xuất niken điện phân có độ tinh khiết cao trên toàn cầu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn như ASTM B39-79 để đảm bảo tính đồng nhất của thành phần, ví dụ, loại Ni9996 yêu cầu tổng hàm lượng niken và coban ≥ 99,96%, coban ≤ 0,02%.
Các ứng dụng cốt lõi của mạ niken điện phân bao gồm các lĩnh vực chính của ngành công nghiệp:
Hàng không vũ trụ & Ô tô: Mạ niken được sử dụng trên các bộ phận động cơ, cánh tua-bin và các bộ phận khác trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao để bảo vệ chống oxy hóa và biến dạng. Các nhà cung cấp cho Boeing và Airbus yêu cầu mạ niken không điện tuân thủ AMS 2423 để đảm bảo an toàn bay.
Ngành công nghiệp điện tử: Trong khung và đầu nối dẫn điện bán dẫn, lớp mạ niken điện phân đóng vai trò là lớp nền hoặc lớp bề mặt để tăng cường độ dẫn điện và ngăn chặn sự khuếch tán của đồng. Quy mô thị trường hóa chất mạ bán dẫn toàn cầu năm 2025 dự kiến sẽ đạt 691 triệu đô la Mỹ, trong đó dung dịch mạ và phụ gia chiếm 47% thị phần, chủ yếu do MacDermid và Atotech cùng các công ty khác thống trị.
Pin năng lượng mới: Lotte Energy Materials của Hàn Quốc đã phát triển lá đồng mạ niken hai mặt cho bộ thu pin thể rắn, thông qua công nghệ mạ niken điện phân để tăng cường độ dẫn điện giao diện, đồng thời ức chế sự ăn mòn của chất điện phân sunfua, giúp tăng tuổi thọ pin lên 20%.
Mạ niken điện phân có khả năng thích ứng cao với quy trình, có thể được phủ lên các bề mặt có hình dạng phức tạp và cho phép điều chỉnh độ cứng và độ bóng của lớp mạ bằng các chất phụ gia (ví dụ: chất làm sáng, chất làm phẳng). Ví dụ, mạ niken điện phân hàm lượng phốt pho cao được sử dụng trong van dầu khí, có khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit H₂S.
Mạ niken điện phân là thuật ngữ chung cho công nghệ mạ niken bằng điện phân, bao gồm một loạt các hệ thống chất lỏng mạ; và bể mạ niken watts (Bể Watts) là công thức cổ điển và cụ thể nhất của nó. Được OP Watts phát triển vào năm 1916, hệ thống này được tạo thành từ niken sunfat (250-300 g/L), niken clorua (60 g/L) và axit boric (40 g/L) ở nhiệt độ hoạt động 50-60°C và giá trị pH từ 3-4. Niken clorua cung cấp hoạt hóa anot của các ion clorua để ngăn ngừa thụ động hóa, axit boric đệm thụ động hóa và niken clorua cung cấp hoạt hóa anot của các ion clorua để ngăn ngừa thụ động hóa và axit boric đệm thụ động hóa, và axit boric đệm biến động pH để đảm bảo ứng suất thấp và độ dẻo cao của lớp mạ.
Bể mạ niken điện phân chiếm hơn 70% ứng dụng công nghiệp, chi phí thấp và quy trình ổn định, phù hợp cho mạ trang trí và bảo vệ nói chung. Tuy nhiên, nhu cầu chức năng đòi hỏi các giải pháp thay thế:
Mạ niken không điện với aminosulfonat: dùng cho mạ điện và PCB , với ứng suất bên trong thấp tới 10 MPa và ít nứt lớp;
Mạ niken không điện với perclorua: cho phép mật độ dòng điện cao hơn (>8 A/dm²) và phù hợp để lắng đọng nhanh các lớp dày.
Mặc dù mạ điện niken watts có tính linh hoạt, nhưng mạ niken không điện có hàm lượng phốt pho cao vẫn không thể thay thế trên các chất nền không dẫn điện (ví dụ: nhựa) và 62% trong số 4,8 tỷ đô la thị trường mạ điện toàn cầu vào năm 2024 sẽ là mạ niken không điện có hàm lượng phốt pho thấp.
Độ tinh khiết cao của mạ niken không điện mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể trong tái chế. Bản thân niken là một kim loại chiến lược có giá biến động cao (niken điện phân sẽ có giá khoảng 18.000 đô la/tấn vào năm 2025), và cặn mạ, lớp mạ bị loại bỏ và các bộ phận mạ bị loại bỏ đều có thể được tái chế. Tái chế hiện đại sử dụng phương pháp tinh luyện điện phân hoặc thủy luyện: phế liệu chứa niken được hòa tan và tinh chế bằng cách chiết xuất, sau đó điện phân để tạo ra tấm niken tinh khiết, với độ tinh khiết được phục hồi đến 99,9%, có thể được sử dụng trực tiếp trong các bể mạ điện hoặc luyện kim hợp kim.
Niken tái chế tiết kiệm năng lượng hơn 60-80% so với tinh luyện quặng thô. Ví dụ, việc tái chế niken vụn trong các nhà máy thép không gỉ có thể giảm chi phí 30%. Các hãng xe hơi châu Âu như BMW đã thiết lập một hệ thống vòng kín để tái chế lớp mạ niken của các bộ phận cũ để sản xuất các bộ phận mới. MacDermid (Hoa Kỳ) cung cấp dịch vụ tái tạo dung dịch mạ, loại bỏ các ion tạp chất thông qua nhựa trao đổi ion, kéo dài tuổi thọ bể mạ và giảm phát thải niken. Mô hình tái chế này phù hợp với quy định mới về pin của EU (tỷ lệ tái chế niken của pin đạt 95% từ năm 2027), nhằm thúc đẩy mạ niken điện phân trở thành một phần quan trọng của sản xuất bền vững.
Ngôn ngữ
