Nghiên cứu xác định thành phần hợp lý của hợp kim cơ sở kẽm làm anốt hy sinh để bảo vệ thép trong môi trường nước biển

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hµ NéI - \\ [[ Ngô Minh Tiến Nghiên cứu xác định thành phần hợp lý hợp kim sở kẽm làm anốt hy sinh để bảo vệ thép môi trờng nớc biển Chuyên ngnh : Khoa học Kỹ thuật Vật liệu kim loại LUậN VĂN THạC SÜ KHOA HäC … Khoa học kỹ thuật vật liệu kim loại NGƯờI HƯớNG dẫn KHOA HọC : TS Lê Thị Hồng Liên PGS - TS Nguyễn Văn T Hà Nội - 2012 i Lời cảm ơn Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS-TS Nguyễn Văn T TS Lê Thị Hồng Liên ngời đà đạo hớng dẫn tận tình, cụ thể mặt khoa học suốt trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt Bề mặt cán TT Nghiên cứu n mòn & bo v KL ngời đà trang bị cho kiến thức phơng pháp học tập, nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến đồng chí lÃnh đạo Viện Hóa họcVật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, cám ơn bạn bè, đồng nghiệp đà giúp đỡ, ủng hộ động viên tôi, tạo điều kiện tốt thời gian để hoàn thành tốt khóa học Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2012 Tác giả Ngô Minh Tiến ii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực cha đợc công bố công trình khác Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2012 Tác giả Ngô Minh Tiến iii Mục lục Trang phụ bìa Lời cảm ơn Trang i ii Lêi cam ®oan Môc lôc Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chơng TNG QUAn 1.1 Cơ chế ăn mòn điện hóa 1.2 Đặc điểm ăn mòn môi trờng nớc biển 1.2.1 Nớc biển 1.2.2 Tốc độ ăn mòn môi trờng nớc biển 1.2.3 Các yếu tố ảnh hởng tới ăn mòn nớc biển 1.3 Phân loại phơng pháp chống ăn mòn môi trờng iii 10 13 13 14 14 21 n−íc biĨn 1.3.1 Bảo vệ chủ động 21 1.3.2 Bảo vệ bị động 22 1.4 Bảo vệ phơng pháp dïng anèt hy sinh (protector)… 23 1.4.1 C¬ së phơng pháp chống ăn mòn anốt hy 23 sinh…………………………………………………… 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 CHƯƠNG 2.1 2.2 2.3 Các yêu cầu vật liệu làm protector Những tiêu để đánh giá chế tạo protector Sử dụng kẽm hợp kim kẽm để chế tạo anốt hy sinh Đặc tính chung kẽm hợp kim kẽm Hợp kim kẽm làm protector Công nghệ nấu luyện hợp kim kẽm làm protector Rót đúc xử lý nhiệt PHƯƠNG PHáP nghiên cứu Phơng pháp chế tạo hợp kim Chuẩn bị nguyên liệu Bảng phối liệu để chế tạo protector 23 25 26 26 29 36 39 42 42 42 43 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.8.1 2.8.2 2.8.3 CHƯƠNG Thiết bị sử dụng nghiên cứu Phơng pháp nấu luyện protector Phơng pháp đúc protector Phơng pháp nâng cao chất lợng protector kẽm sau đúc Khảo sát chất lợng protector Xác định thành phần protector Xác định tổ chức pha protector Xác định điện E dung lợng điện hóa Q 3.1 KếT QUả Và THảO LUậN Xác định thành phần hợp lý làm protector cở sở kẽm 3.1.1 ảnh hởng nhôm (Al) đến tổ chức tế vi thông số 43 45 45 48 48 48 48 49 53 53 57 điện hóa 3.1.2 ảnh hởng cadimi (Cd) đến tổ chức tế vi thông 61 số ®iƯn hãa……………………………………………… 3.1.3 ¶nh h−ëng cđa ®ång (Cu) ®Õn tổ chức tế vi thông số 65 điện hóa 3.2 ảnh hởng tốc độ nguội đúc hợp kim làm 68 protector 3.3 ¶nh h−ëng cđa chế độ nhiệt luyện đến chất lợng 71 protector KÕt luËn ……………… ………………………… 77 KiÕn nghị 78 Tài liệu tham khảo 79 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt - HSLA Hợp kim thấp chất lợng cao - TCVN Tiªu chn ViƯt Nam - ASTM Tiªu chn cđa Mỹ - ptn Tốc độ thâm nhập, mm/năm cm/năm - pH Độ axít dung dịch -Q Dung lợng ®iƯn hãa cđa protector, A.h/kg -E §iƯn thÕ, V (mV) -η HiƯu st ®iƯn hãa cđa protector, % - mpro Khối lợng protector, kg - ipro Mật độ dòng hòa tan protector, A/dm2 -S Diện tích bề mặt làm việc trung bình, dm2 -t Thời gian bảo vệ protector, h -A Nguyên tử lợng kim loại lµm protector - C/A Tû lƯ diƯn tÝch cđa hai kim loại catốt anốt - ppm Tỷ lệ phần triệu - OCT Tiêu chuẩn Nga -T Nhiệt độ, oC - CO Độ hòa tan oxy, ppm ml/l Danh mục bảng Thứ tự Nội dung Trang Bảng 1.1 Tốc độ thâm nhập thép cacbon nớc biển thay đổi theo thời gian 14 Bảng 1.2 Tốc độ ăn mòn vài loại vật liệu nớc biển 14 Bảng 1.3 Độ mặn khối lợng riêng nớc biển số vùng biển 16 Bảng 1.4 17 Bảng 1.6 Độ dẫn điện riêng nớc biển [-1m-1.10-3] phụ thuộc vào nồng độ muối nhiệt độ Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào hàm lợng oxy hòa tan nớc biển Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích C/A 19 Bảng 1.7 Tốc độ ăn mòn galvanic nớc biển 20 Bảng 1.8 Một số vật liệu làm protector thông dụng 24 Bảng 1.9 Thành phn hóa hc mt s mác km nguyên cht k thut Liên Xô (c) sn xut 28 Bảng 1.10 Thành phần tính chất điện hóa hợp kim Zn - Al - Me 35 Bảng 1.11 Tiêu chuẩn hợp kim kẽm làm protector 36 Bảng 2.1 Thành phần tạp chất kẽm 42 Bảng 2.2 Thành phần tạp chất nhôm 42 Bảng 2.3 Bảng phối liệu chế tạo protector 43 Bảng 2.4 Chỉ tiêu kỹ thuật thiết bị Autolab PG 302 50 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố hợp kim mẫu đúc 53 Bảng 3.2 Lợng cháy hao nguyên tố hợp kim 54 Bảng 3.3 Kết đo thông số điện hãa cđa protector (M1, M2, M5) 60 B¶ng 3.4 KÕt đo thông số điện hóa protector (M4, M6) 63 Bảng 3.5 Kết đo thông số ®iƯn hãa cđa protector M3 67 B¶ng 3.6 KÕt qu¶ đo thông số điện hóa protector M2 (khuôn kim loại khuôn cát) 70 Bảng 3.7 Kết đo thông số điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, xử lý nhiệt nhiệt độ khác 75 Bảng 1.5 17 Danh mục hình vẽ, đồ thị Thứ tự Nội dung Trang Hình 1.1 Sự phân bố thiệt hại theo dạng ăn mòn Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý ăn mòn điện hãa 10 H×nh 1.3 Sơ đồ bảo vệ protector 23 Hình 1.4 Gin trng thái Zn Al 32 Hình 1.5 33 Hình 2.1 ảnh hởng hàm lợng nhôm đến Phôi kẽm 99,995% 42 Hình 2.2 Lò điện trở nồi lò 43 Hình 2.3 Kính hiển vi quang học 44 Hình 2.4 Thiết bị Autolab PG302 44 Hình 2.5 Thiết bị phân tích nhiệt vi sai 44 Hình 2.6 46 Hình 2.7 ảnh mẫu đúc Sơ đồ công nghệ nấu đúc hợp kim kẽm làm protector Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị xác định dung lợng điện hóa anốt 50 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai mẫu anốt Zn (M2) 54 Hình 3.2 55 Hình 3.3 ảnh tổ chức tế vi mẫu M0 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M0 Hình 3.4 ảnh tổ chức tế vi mẫu M1 57 Hình 3.5 ảnh tỉ chøc tÕ vi cđa mÉu M2 57 H×nh 3.6 58 Hình 3.7 ảnh tổ chức tế vi mẫu M5 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M1 Hình 3.8 Biểu đồ (E-t) kết đo ®iƯn hãa cđa mÉu M2 59 H×nh 3.9 BiĨu ®å (E-t) kết đo điện hóa mẫu M5 60 Hình 3.10 ảnh tổ chức tế vi mẫu M4 61 Hình 3.11 62 Hình 3.12 ảnh tổ chức tế vi mẫu M6 Biểu đồ (E-t) kết đo ®iƯn hãa cđa mÉu M4 H×nh 3.13 BiĨu ®å (E-t) kết đo điện hóa mẫu M6 63 Hình 3.14 ¶nh tỉ chøc tÕ vi cđa mÉu M3 65 47 56 59 63 Hình 3.15 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M3 67 Hình 3.16 ảnh tổ chức tế vi mẫu hợp kim kẽm M2 hai chế độ đúc khác 69 Hình 3.17 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát 70 Hình 3.18 ¶nh tỉ chøc tÕ vi cđa mÉu M2 ®óc b»ng khuôn cát, đợc nung đến 340oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 71 Hình 3.19 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 350oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 72 Hình 3.20 ¶nh tỉ chøc tÕ vi cđa mÉu M2 ®óc b»ng khuôn cát, đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 73 Hình 3.21 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 73 Hình 3.22 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 340oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 74 Hình 3.23 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 350oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 74 Hình 3.24 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 75 Hình 3.25 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 75 Hình 3.26 Sơ đồ công nghệ xử lý nhiệt hợp lý mẫu hợp kim kẽm M2 đúc khuôn cát làm protector 76 mở đầu Trong dạng phá hủy kim loại khác nhau, phá hủy tác dụng hóa học điện hóa môi trờng ăn mòn lên kim loại chiếm vị trí hàng đầu Dạng phá hủy thờng đợc gọi ăn mòn Ăn mòn kim loại gây tổn thất lớn cho nỊn kinh tÕ qc d©n nãi chung cịng nh− quốc phòng nói riêng [1, 3, 7, 23, 24] Ăn mòn kim loại phá hoại nhanh chóng công trình làm việc môi trờng nớc biển nh: công trình dầu khí, cảng, tàu biển, đờng ống dẫn, nớc ta đà có nhiều công trình nghiên cứu ăn mòn bảo vệ công trình kim lo¹i [2, 4, 5, 8, 12, 18, 27, 28, 29] Đặc biệt công trình làm việc môi trờng ăn mòn mạnh (nớc biển) Trong phơng pháp chống ăn mòn bảo vệ công trình làm việc môi trờng nớc biển phơng pháp sử dụng protector làm anốt hy sinh đợc cho đơn giản đạt hiệu kinh tế cao [1, 3, 7] Các công trình nghiên cứu ăn mòn bảo vệ công trình biển protector nh: đề tài nghiên cứu chế tạo protector nhôm kẽm để bảo vệ công trình biển giàn khoan cố định Trờng đại học Bách khoa Hà Nội Trung tâm nghiên cứu ăn mòn Viện khoa học Vật liệu [4, 22]; đề tài nghiên cứu chế tạo protector magiê Học Viện Kỹ thuật Quân để bảo vệ chống ăn mòn cho tàu chiến có vỏ đặc biệt Tuy nhiên cha có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hởng nguyên tố hợp kim protector sở kẽm đợc nấu luyện từ nguyên vật liệu thiết bị sử dụng Viện Hóa học - Vật liệu, Bộ Quốc phòng Đây đề tài thiết thực việc chế tạo protector kẽm, loại đợc sử dụng nhiều công trình biển, tàu biển đặc biệt Quân chủng Hải quân Là cán làm việc quân đội nhận thấy việc nghiên cứu chế tạo protector kẽm để bảo vệ công trình biển đặc biệt tàu biển thiết thực có tính khả thi cao Đợc hớng dẫn giúp đỡ PGS-TS Nguyễn Văn T TS Lê Thị Hồng Liên, mạnh dạn nhận đề tài: Nghiên cứu xác định thành phần hợp lý hợp kim sở kẽm làm anốt hy sinh để bảo vệ thép môi trờng nớc biển Luận văn gồm ba phần: Phần 1: bao gồm nội dung sau anốt hy sinh kẽm Nguyên nhân, đợc hợp kim hóa nguyên tố hợp kim Cu giới hạn cho phép (mẫu M2 hàm lợng nguyên tố hợp kim Cu 0,0150%) làm đồng thành phần, nhỏ mịn hạt tinh thể ổn định điện theo thời gian Tuy nhiên, hàm lợng nguyên tố Cu cao giới hạn cho phép lại nguyên nhân dẫn đến độ âm điện giảm nguyên tố Cu có điện tiêu chuẩn dơng nhiều so với điện tiêu chuẩn kẽm (Điện tiêu chuẩn cân 25oC so với điện cùc chuÈn hydro cña kÏm (Eo(Zn) = -0,76 V, Eo(Cu) = 0,34 V) [1] Ngoài nh đà nêu trên, tăng hàm lợng đồng vợt giới hạn cho phép làm cho hạt tinh thể lớn lên Nên hợp kim hóa nhiều giới hạn cho phép lại làm giảm độ âm điện protector (mẫu M3 hàm lợng nguyên tố hợp kim Cu 0,0248%) Vì vậy, thành phần nguyên tố Cu hợp kim làm protector kẽm 0,0150% có độ âm điện cao Hình 3.15 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M3 Dung lợng điện hóa mẫu hợp kim kẽm đúc khuôn kim loại M3 đợc xác định phơng pháp tổn hao khối lợng theo sơ đồ hình 2.8 công thức (2.1) Kết đo thông số điện hóa mẫu kẽm M3 đợc thể bảng 3.5 Bảng 3.5 Kết đo thông số điện hóa protector M3 Mẫu hợp kim E (mV) So với điện cùc chuÈn Ag/AgCl Q (A.h/Kg) HiÖu suÊt η (%) M3 -952 760 92 67 Khi hợp kim hóa nguyên tố Cu vµo anèt hy sinh nỊn kÏm cịng lµm thay ®ỉi dung l−ỵng ®iƯn hãa (Q, A.h/kg) cđa protector Víi hàm lợng nguyên tố hợp kim hóa Cu mẫu đúc M2, M3 khác dung lợng điện hóa protector khác nhau, với khác không nhiều hàm lợng Cu (%Cu(M2) = 0,0150%, %Cu(M3) = 0,0248%) mà dung lợng điện hóa, hiệu suất điện hóa làm việc thực tế hai mÉu protector rÊt kh¸c (Q(M2) = 790 A.h/Kg, η(M2) = 96%; Q(M3) = 760 A.h/Kg, η(M3) = 92%) Nguyªn nhân, tổ chức tế vi thu đợc mẫu đúc M2 nhỏ mịn, đồng thành phần so với mẫu đúc M3 Nh vậy, mẫu đúc M2 với hàm lợng Cu hợp kim hóa 0,0150%Cu dung lợng điện hóa hiệu suất điện hóa đạt hiệu cao Ngoài ra, nguyên tố đồng có hiệu việc làm nhỏ hạt, làm đồng thành phần hợp kim kẽm Do vậy, hợp kim hóa nguyên tố hợp kim Cu với hàm lợng cho phép giúp cho protector làm việc ổn định hơn, điện ổn định theo thời gian làm việc, hạn chế bong tách thành mảng, chống đợc thụ động trình làm việc Qua kết thấy rằng, với thay đổi nhỏ thành phần nguyên tố hợp kim Cu protector kẽm mà thông số điện hóa khác nhiều Điều chứng tỏ rằng, ảnh hởng nguyên tố Cu đến thông số điện hóa mạnh Nh vậy, hợp kim hóa hợp kim làm protector kẽm hàm lợng Cu = 0,015% thu đợc hợp kim có tổ chức tế vi thông số điện hóa đạt hiệu cao Qua kết nghiên cứu rút kết luận rằng, hợp kim hóa nguyên tố Al, Cd, Cu sở kẽm lm anốt hy sinh cách hợp lý chế tạo đợc protector có tổ chức tế vi hạt nhỏ mịn, đồng thành phần, tính chất điện hóa protector cao hơn, tăng khả bảo vệ chống ăn mòn điện hóa tốt Trong mẫu protector đà chế tạo protector (M2: %Zn = 99,7190%; %Al = 0,2250%; %Cd = 0,0195%; %Cu = 0,0150%; %t¹p chÊt = 0,0215%) có tổ chức tế vi tính chất điện hóa tối u 3.2 ảnh hởng tốc độ nguội đúc hợp kim làm protector Để đánh giá ảnh hởng tốc độ nguội đúc đến chất lợng hợp kim sở kẽm làm anốt hy sinh, cần phải tiến hành đúc mẫu với thành phần hợp kim giống nhng đợc làm nguội với hai chế độ khác nhau, nguội 68 khuôn cát nguội khuôn kim loại Mẫu M2 đợc chọn để so sánh đánh giá ảnh hởng hai chế độ đúc khác a) ảnh tổ chức mẫu M2 đúc khuôn cát b) ảnh tổ chức mẫu M2 đúc khuôn kim loại Hình 3.16 ảnh tổ chøc tÕ vi cđa mÉu hỵp kim kÏm M2 ë hai chế độ đúc khác 69 Nhìn ảnh tổ chức tế vi thu đợc hình 3.16 cho thấy, mẫu M2 đúc khuôn cát (hình 3.16 a) có tổ chức tế vi tồn dạng thô đại, nhánh Nguyên nhân, đúc khuôn cát tốc độ nguội hợp kim giảm, nguyên tố hợp kim có thời gian để tiết tạo thành nhánh nguội Mẫu M2 đúc khuôn kim loại (hình 3.16 b) tốc độ nguội hợp kim nhanh đúc khuôn cát, nguyên tố hợp kim không đủ thời gian để tiết ra, hạt tinh thể kết tinh nhỏ mịn hơn, tợng thiên tích nhánh cây, hạt tinh thể kết tinh đồng Nh vậy, mẫu đúc khuôn kim loại có tổ chức tế vi nhỏ mịn, đồng thành phần so với đúc khuôn cát Biểu đồ kết đo thông số điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát Hình 3.17 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát Dung lợng điện hóa mẫu M2 đúc khuôn kim loại khuôn cát đợc xác định phơng pháp tổn hao khối lợng theo sơ đồ hình 2.8 công thức (2.1) Kết đo thông số điện hóa đợc thể bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết đo thông số điện hóa protector M2 (khuôn kim loại khuôn cát) HiƯu st E (mV) Q MÉu hỵp kim So víi ®iƯn cùc chn Ag/AgCl (A.h/Kg) η (%) M2 (khu«n kim loại) -1003 790 96 M2 (khuôn cát) -800 730 89 Bảng 3.6 kết đo thông số điện hóa protector nhận thấy, độ âm điện, dung lợng điện hóa hiệu suất điện hóa mẫu M2 đúc khuôn 70 cát nhỏ nhiều so với đúc khuôn kim loại Mẫu đúc khuôn cát có thông số điện hóa không thỏa mÃn tiêu chuẩn để làm anốt hy sinh kẽm (theo TCVN 6024-1995) Nguyên nhân, đúc khuôn kim loại hạt tinh thể nhỏ mịn, đồng hơn, nên anốt hy sinh làm việc ổn định theo thời gian hơn, chống đợc thụ động trình làm việc Do vậy, đúc khuôn kim loại cho chÊt l−ỵng cđa anèt hy sinh nỊn kÏm cao đúc khuôn cát 3.3 ảnh hởng chế độ nhiệt luyện đến chất lợng protector Hợp kim kẽm sau đúc khuôn cát có tổ chức tế vi không đồng thành phần, tổ chức vật đúc dạng nhánh Do đó, thông số điện hóa yêu cầu để sử dụng làm anốt hy sinh không đạt Để mẫu đúc khuôn cát có thông số điện hóa đạt tiêu chuẩn TCVN 6024-1995, phải tiến hành chế độ nhiệt luyện phù hợp, đảm bảo cho vật đúc đợc đồng thành phần, hạt tinh thể nhỏ mịn tính vật đúc đợc nâng cao Đề tài nghiên cứu ảnh hởng chế độ đến chất lợng mẫu M2 đợc đúc khuôn cát, chủ yếu tập trung vào thay đổi nhiệt độ (Totôi = 340 ữ 380oC) với thời gian giữ nhiệt cố định 2h, làm nguội nớc Hình 3.18 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 340oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 71 Hình 3.19 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 350oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc Nhìn hình 3.18, hình 3.19 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung đến 340 o C 350o C, giữ nhiệt 2h, nguội nớc cho thấy: tổ chức dạng nhánh nhng nhánh đà nhỏ nhiều so với trớc nhiệt luyện hình 3.16 a Tại nhiệt độ nung 340 o C, giữ nhiệt 2h tổ chức tế vi thu đợc có nhánh to nhiều so với nhiệt độ nung 350o C, giữ nhiệt 2h Điều chứng tỏ rằng, thời gian giữ nhiệt nhiệt độ cha đủ dài, nhiệt độ nung nhiệt độ giữ nhiệt cha đủ cao Nh vậy, cần nâng nhiệt độ nung, nhiệt độ giữ nhiệt cao thời gian giữ nhiệt phải dài ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung đến 360o C, giữ nhiệt 2h (hình 3.20) cho thấy: nhánh đà biến hoàn toàn, tổ chức tế vi đồng thành phần, hạt tinh thể nhỏ mịn (theo tiêu chuẩn OCT 5639-82 cấp hạt mẫu có cấp hạt 5) ảnh tổ chức tế vi thu đợc nhìn gần giống nh mẫu M2 đợc đúc khuôn kim loại 72 Hình 3.20 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc Hình 3.21 ảnh tổ chức tế vi mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h, ngi n−íc ¶nh tỉ chøc tÕ vi cđa mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h, làm nguội nớc (theo tiêu chuẩn OCT 5639-82 cấp hạt mẫu có cấp hạt 3) (hình 3.21) cho thấy: nhánh ®· biÕn mÊt, tỉ chøc tÕ vi ®ång ®Ịu vỊ thành phần nhng hạt tinh thể thu đợc lại có kích thớc lớn so với 73 nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h Điều giải thích rằng, nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h xảy tợng nhiệt, tốc độ phát triển hạt tinh thể tăng lên nhanh, phải tránh nâng nhiệt độ nung đến nhiệt độ tới hạn Nh vậy, mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, làm nguội n−íc sÏ cã tỉ chøc tÕ vi gÇn gièng với mẫu M2 đợc đúc khuôn kim loại (cấp hạt 5) Hình 3.22 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 340oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc Hình 3.23 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 350oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc 74 Hình 3.24 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc Hình 3.25 Biểu đồ (E-t) kết đo điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, đợc nung đến 380oC, giữ nhiệt 2h, nguội nớc Kết đo thông số điện hóa mẫu kẽm M2 đúc khuôn cát sau đợc xử lý nhiệt nhiệt độ khác đợc thể bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết đo thông số điện hóa mẫu M2 đúc khuôn cát, xử lý nhiệt nhiệt độ khác Hiệu suất Mẫu M2 đúc E (mV) Q khuôn cát So với điện cực chuẩn Ag/AgCl (A.h/Kg) (%) o Nung 340 C -840 735 89 Nung 350oC -912 740 90 Nung 360oC -985 780 95 Nung 380oC -948 756 92 75 Nhìn vào bảng 3.7 thấy rằng, mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung giữ nhiệt 340oC 350oC 2h, làm nguội nớc, thông số điện hóa thu đợc sau xử lý nhiệt đà tốt so với đúc nhng thông số không thỏa mÃn để làm protector theo tiêu chuẩn TCVN 6024-1995 Tuy nhiên, nung giữ nhiệt 360oC 2h, làm nguội môi trờng nớc có điện âm nhất, dung lợng điện hóa nh hiệu suất điện hóa cao Các thông số điện hóa hoàn toàn thỏa mÃn TCVN 6024-1995, giá trị gần giá trị mẫu M2 đúc khuôn kim loại Nếu nung đến nhiệt độ 380oC, giữ nhiệt 2h, sau nguội nớc đảm bảo tiêu làm anốt hy sinh để bảo vệ công trình môi trờng nớc biển, nhiên độ âm điện, dung lợng điện hóa hiệu suất điện hóa nhỏ so với chế độ nung giữ nhiệt 360oC 2h, làm nguội môi trờng nớc Nh vậy, mẫu M2 đúc khuôn cát đợc nung đến 360oC, giữ nhiệt 2h, làm nguội môi trờng nớc có tổ chức tế vi thông số điện hóa tối −u nhÊt ToC 360oC, 2h Nung Nguéi n−íc Thêi gian (t,h) Hình 3.26 Sơ đồ công nghệ xử lý nhiệt hợp lý mẫu hợp kim kẽm M2 đúc khuôn cát làm protector 76 Kết luận Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm thực luận văn rút kết luận sau: Khi hợp kim hóa nguyên tố hợp kim Al, Cd, Cu hợp lý sở kẽm làm anốt hy sinh, tính chất điện hóa protector đợc cải thiện lên nhiều so với kẽm nguyên chất Điều góp phần làm tăng mức độ an toàn khả bảo vệ công trình thép môi trờng nớc biển Hợp kim hóa nguyên tố Al (Eo = -1,67 V) với hàm lợng hợp lý làm tăng độ âm điện, làm nhỏ mịn hạt tinh thể, đồng hóa thành phần tránh đợc thụ động protector làm việc môi trờng nớc biển Hợp kim hóa nguyên tố Cd phạm vi cho phép giúp cho tạp chất phân bố toàn tổ chức, tránh đợc phân bố tạp chất biên giới hạt, làm nhỏ mịn hạt tinh thể, ổn định dung lợng protector Vì vậy, làm cho thông số điện hóa tốt ổn định theo thời gian, chống đợc thụ động trình làm việc Hợp kim hóa nguyên tố Cu phạm vi cho phép để làm cho hạt tinh thể nhỏ mịn, đồng hóa thành phần, ổn định thông số điện hóa protector Protector kẽm có thành phần: %Zn = 99,7190%; %Al = 0,2250%; %Cd = 0,0195%; %Cu = 0,0150%; nguyªn tè khác lại 0,0215% hợp kim làm protector có hiệu cao Với chế độ đúc khuôn kim loại hợp kim đợc làm nguội nhanh, có cấu trúc hạt nhỏ, thông số điện hóa đạt đợc cao nhất: điện làm việc E = -1003 mV, dung lợng điện hóa Q = 790 A.h/Kg, hiệu suất điện hóa = 96% đạt tiêu chn TCVN 6024-1995 Xư lý nhiƯt sau ®óc khuôn cát có ảnh hởng lớn đến chất lợng protector Chế độ xử lý nhiệt tốt là: Nung 360oC 2h, làm nguội môi trờng nớc cải thiện đợc chất lợng anốt hy sinh kẽm đúc khuôn cát 77 Kiến nghị Trong khuôn khổ hạn hẹp thời gian thực luận văn, nhóm thực luận văn cha có điều kiện nghiên cứu số vấn đề liên quan đến chất lợng protector sau: - Cha thể nghiên cứu đợc xác hàm lợng nguyên tố hợp kim để chế tạo protector có chất lợng tối u - Cha thử nghiệm đợc phơng pháp nấu luyện khác (dùng hợp kim trung gian nh AlCu50) điều giúp giảm đợc nhiệt độ nấu đúc, hạn chế đợc cháy hao nguyên tố, điều chỉnh đợc xác thành phần nguyên tố hợp kim, giúp cho công nghệ nấu luyện đợc tối u hiệu kinh tế cao - ảnh hởng chế độ nhiệt luyện khác nh: ủ, thờng hóa, thời gian giữ nhiệt, nhiệt ®é hãa giµ vµ thêi gian hãa giµ nung mẫu, - Khảo sát tính chất học hợp kim sau chế tạo - Kiểm nghiệm ứng dụng thực tế protector môi trờng nớc biển thật - Để có kết nghiên cứu tốt chất lợng anốt hy sinh kẽm đòi hỏi trang thiết bị nghiên cứu chuyên dụng đại 78 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Alain Galerie, Nguyễn Văn T (2008), Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội Lê Đức Bảo, Lê Văn Cờng, Nguyễn Văn Chiến Lê Thị Trà (2005), Đánh giá hiệu bảo vệ vật liệu protector kẽm chứa vi lợng indi môi trờng nớc cửa cống thủy lợi Việt Nam, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 43 (2B), tr 57-62 Phan Lơng Cầm, Shultze W.A (1985), Giáo trình ăn mòn bảo vệ kim loại, Hợp tác Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đại học kỹ thuật Delft - Hà Lan Phan Lơng Cầm, Hoàng Thị Bích Thủy (1998), ứng dụng phơng pháp bảo vệ catốt để chống ăn mòn cho công trình biển, Tuyển tập báo cáo khoa học hội nghị KHCN biển toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội Lê Văn Cờng, Nguyễn Văn Chiến, Lê Đức Bảo, Hoàng Thị Huyền (2007), Nghiên cứu ảnh hởng vi lợng indi đến trạng thái thụ động protector nhôm, kẽm môi trờng nớc có hàm lợng ion clorua biến động, Tuyển tập công trình khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ ăn mòn bảo vệ kim loại với hội nhập kinh tế, Đà Nẵng Lê Công Dỡng (1997), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội Nguyễn Đức Hùng, Mai Xuân Đông (2005), Giáo trình cao học ăn mòn kim loại chống ăn mòn kim loại, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội Nguyễn Đức Hùng (2004), Ăn mòn khí Việt Nam đánh giá hiệu bảo vệ của công nghệ không khí khô, Tạp chí KHKT&CNQS, số 6, tr 86-95 Vũ Đình Huy, Lê phạm Thành Kim (2010), Ăn mòn thÐp vµ anèt hy sinh cđa tµu thđy n−íc sông Thị Vải, Tạp chí Phát Triển KH&CN, 13(K1), tr 24-31 10 Đinh Ngọc Lựa (1980), Kỹ thuật đúc, NXB Công nhân Kỹ thuật, Hà Nội 79 11 Phạm Thị Minh Phơng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục, Hà nội 12 Lê Thu Quý (2003), Đánh giá nhanh độ bền chống ăn mòn nớc biĨn cđa líp phun phđ kÏm trªn nỊn thÐp th−êng CT3 phơng pháp gia nhiệt theo chu kỳ, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp sở Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Trung tâm Khoa học tự nhiên Công nghệ quốc gia 13 Lê Thu Quý (2004), Khảo sát công nghệ tạo lớp phủ giả hợp kim ZnAl thép CT3 khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ này, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp sở Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học Công nghệ Việt nam 14 Shinoda, Tamanuxi (1996), Chất hoạt động bề mặt, Nxb Mat-xcơ-va 15 Tổng Cục Tiêu Chuẩn Đo Lờng Chất Lợng (2008), Protector kẽm - yêu cầu kỹ thuật phơng pháp thử, TCVN 6024-1995 16 Nguyễn Khắc Xơng (2003), Vật liệu kim loại màu, NXB Khoa học Kü ThuËt, Hµ Néi TiÕng Anh 17 Chuanjiun Yuan, Chenghao Liang and Xiaowen An (2010), “Electrochemical performance of high purity Zinc and Zn-Al-Cd alloy as reference electrodes”, WuHan University journal of natural sciences, Volume 15 (1), pp 64-70 18 NguyÔn §øc Hïng (2010), “Characterization of atmospheric corrosion and metal protection in Vietnam”, Journal of Science and Technology, Volume 48 (5A), pp 56-68 19 Lê Thị Hồng Liên (2004), Corrosion of zinc coatings in tropical of Vietnam, Personal Project Report, VAST, Vietnam 20 Lê Thị Hồng Liên, Phạm Thy San, Hoàng L©m Hång (2010), “Corrosion maping of carbon steel in costal area of Viet Nam”, International corrosion Engineering conference, S1-03-0 21 Pierre R.R (2000), Handbook of corrosion engineering, Mc Graw-Hill, USA 80 22 Vũ Thế Phơng, Hoàng Thị Bích Thủy (2010), “Effect of sacrificial anode on chloride induced corrosion of steel reinforcement in marine concrete”, Journal of Science and Technology, Volume 48 (5A), pp 127-134 23 T Sunaba, T Fujii and K Tachibana (2006), Proc.14th Asian Pacific Corrosion Control Conference, Shanghai 24 T Tsuru, S Kobayashi, T Akiyama, H Fukushima, S K Gogia, R Kammel (1997), “Electrodeposition behaviour of zinc-iron group metal alloys from a methanol bath”, J of App Electrochem Volume 27 (2), pp 209-214 25 V.A Shvets, V.O Lavrenko, V.M Talash (2006), “Experience of application of protectors made of Al-Zn-Ca alloys”, Materials Science Volume 42 (4), pp 563-565 26 W Stephen Tail (1994), An Introduction to Electrochemical Corrosion Testing for Practicing Engineers and Scientists, Pais O Docs Pubs 27 Bui Ba Xuan, Kharachenko UV, Bellneva I.V (2010), “Prediction corrosion rates for metallic materials exposed in Nhatrang bay water”, T¹p chí Khoa học Công nghệ-Viện Khoa học Công nghÖ ViÖt Nam, Volume 48, Issue 5A, pp 246 28 Bui Ba Xuan (2010), “protector effectiveness of Zn anode for steel corrosion in soil medium, Tạp chí Khoa học công nghệ-Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Volume 48, Issue 5A, pp 240 29 Bui Ba Xuan, Iu.L.Kovanchuc, Dang Vu Ngoan, Nguyen Nhi Tru (2010), “Comparative behaviour of corrosion for carbon steel in Nhatrang bay (Vietnam) and Vladivostock (Russia) sea water, Tạp chí Khoa học công nghệ-Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Volume 48, Issue 5A, pp 222 30 Yu M Lakhtin (1977), Engineering physical metallurgy and heat-treatment, Mir Publishers Moscow 81 ... tài: Nghiên cứu xác định thành phần hợp lý hợp kim sở kẽm làm anốt hy sinh để bảo vệ thép môi trờng nớc biển Luận văn gồm ba phần: Phần 1: bao gåm c¸c néi dung chÝnh sau - Tỉng quan ăn mòn bảo vệ. .. tạo anốt hy sinh Đặc tính chung kẽm hợp kim kẽm Hợp kim kẽm làm protector Công nghệ nấu luyện hợp kim kẽm làm protector Rót đúc xử lý nhiệt PHƯƠNG PHáP nghiên cứu Phơng pháp chế tạo hợp. .. hợp kim kẽm làm anốt hy sinh - Đa sở lý thuyết công nghệ nấu đúc hợp kim kẽm làm protector Phần 2: bao gồm nội dung sau - Chế tạo vật liệu làm protector kẽm khác thành phần nguyên tố hợp kim hóa