GIÁO TRÌNH MÔN ĂN MÒN KIM LOẠI CHƯƠNG 7 BẢO VỆ KIM LOẠI TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

GIÁO TRÌNH MÔN ĂN MÒN KIM LOẠI CHƯƠNG 7 BẢO VỆ KIM LOẠI TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

Chươ ươ ng 7 B

Bảảo v o vệệ kim lo kim loạại trong các môi i trong các môi

tr trườ ườ ng

PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI TRONG MÔI

TRƯỜNG NƯỚC NGỌT

Nước sông là những dung dịch muối ,vì vậy quá trình ăn mòn trong nước sông là quá trình khử phân cực oxy Các kết cấu công trình thủy lợi bằng kim loại như cửa cống, thuyền , ca nô, xà lan thường bị ăn mòn rất

mạnh Vùng kim loại bị thấm ướt theo chu kì thì bị ăn mòn mạnh hơn vùng ngâm nước hoàn toàn.

• Tăng tốc độ chuyển động của nước thì làm tăng lượng oxy hòa tan trong nước Nhưng trong nước sông mà

hàm lượng anion Cl - , SO42- cao thì thực tế hiện tượng

tự thụ động hóa của kim loại rất khó xảy ra Do đó tăng tốc độ chuyển động của nước thì làm tăng tốc độ ăn

mòn điện hóa.

• Các kết cấu kim loại làm việc trong nước , ngoài tác dụng áp lực của nước còn có thể

chịu tải trọng động như kết cấu cửa đập ,

cửa cống, trục và cánh bơm, cánh tua bin, cáp thép …trong các trường hợp này kim loại bị phá hủy do ăn mòn mỏi

• Hàm lượng ion Cl- trong nước sông càng lớn thì độ bền mỏi của kim ,loại càng nhỏ.Giới hạn bền mỏi của thép CT3 và M16 dùng

trong các công trình thủy lợi giảm đi 2 lần, trong nước biển thì giảm đi 4 lần hoặc lớn

hơn

BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN

KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC NGỌT

• Kết cấu hợp lí

• Tránh tạo vùng đọng nước trong các kết cấu , cố

giảm các kết cấu ghép bulong, đinh tán thay bằng kết cấu hàn mở rộng việc sử dụng các chi tiết ống hoặc hình hộp thay cho thép góc.

• Sử dụng thép hợp kim thích hợp

• Để nâng cao khả năng thụ động của thép trong môi trường chứa hàm lượng ion Cl- cao , người ta pha vào thép các nguyên tố như : Mo, V hoặc dung các hợp kim trên cơ sở titan Ziriconi, tantan,niobi…

• Đối với các kết cấu làm việc lâu dài trong nước của cửa đập có khẩu độ áp lực lớn , người ta thường

dung thép hợp kim thấp chứa niken, silic, crom…

có độ mòn mỏi cao hơn thép cacbon

• Bao phủ kim loại hoặc phi kim

Bao phủ kim loại thường dùng nhất là

tráng kẽm

Bao phủ phi kim thường là sơn, người ta dùng kẽm là chất độn cho sơn chống ăn mòn Bột kẽm có tác dụng bảo vệ đồng

thời sản phẩm ăn mòn kẽm ở dạng

Zn(OH)2 ít tan, tạo thành một lớp màng chống thấm tốt.

Ăn mòn và phương pháp chống ăn mòn kim loại trong môi trường nước biển

• Nước biển có chứa muối hoà tan (nước mặn) nên dẫn điện tốt, bởi vậy các

công trình biển bị ăn mòn mạnh do

các dòng điện hoá tăng cường, không chỉ ở bề mặt kim loại tiếp xúc với nước biển mà cả ở trong cột bê tông

• Bảo vệ bằng sơn phủ chống ăn mòn:

• Bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn là bao phủ

bằng các lớp kim loại bảo vệ, các lớp bao phủkim loại hoặc tạo trên bề mặt kim loại một

lớp hợp chất hoá học có tính chất bảo vệ

• Sơn chống ăn mòn có hiệu suất cao của hệ

sơn nhựa kẽm và than đá được sử dụng cho công nghệ chống ăn mòn những giếng khoan dầu, bệ, bến ngoài khơi và các kết cấu hàng hải khác trong vùng có thủy triều và bị nước biển bắn vào (tuổi thọ 20-30 năm),

• Bảo vệ bằng lớp phủ titan:

• Trong kết cấu phần dưới: lớp phủ

titanium (1mmTi + 4mm thép tấm) đã được sử dụng như là biện pháp chống ăn mòn có hiệu suất cao trong những vùng

có thủy triều và nước biển bắn vào.

• Khi lớp phủ Titan được kết hợp sử dụng với sơn thì mật độ chống ăn mòn hiện tại giảm và hi vọng độ bền là 100 năm.

• Phương pháp bảo vệ catot:

Bảo vệ catốt là phương pháp điện hóa làm giảm sự ăn mòn thép trong môi trường

xâm thực như nước biển, bùn biển và môi trường gần biển Phương pháp này đã

được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi ở

các nước phát triển, ở nước ta cũng áp

dụng phương pháp này ở một số công

trình nhưng vẫn còn hạn chế.

• Trong thực tế điều kiện trên vẫn là chưa đủ vì

ăn mòn thép trong nước và trong đất phát triển theo ba loại chính: ăn mòn đều, ăn mòn theo

vùng và ăn mòn điểm

• Với độ dư ăn mòn, chúng ta khống chế được

hình thức đầu, còn hai hình thức rất nguy hiểm

và thường là nguyên nhân gây ra sự cố thì

chưa được khắc phục đầy đủ

• Phương pháp duy nhất để khống chế hiện

tượng ăn mòn này trong môi trường nước và

bùn biển là bảo vệ catốt

• Bảo vệ bằng anốt hy sinh.

• Trong quá trình làm việc, kim loại đó hoạt

động như một anốt, bị hòa tan vào môi trường

để bảo vệ cho công trình khỏi bị ăn mòn - từ đó

có tên gọi "anốt hy sinh", hay protectơ

• Khi sử dụng phương pháp bảo vệ protectơ thì kết cấu kim loại có thể hoàn toàn được bảo vệhoặc tốc độ ăn mòn giảm đi nhiều Độ dẫn điện của chất điện li ảnh hưởng đến phạm vi tác

dụng protectơ

• Phương pháp bảo vệ protectơ rất thích hợp và kinh tế để bảo vệ kim loại trong nước biển và trong nhiều môi trường điện li khác

• b) Bảo vệ bằng dòng ngoài:

• Bảo vệ bằng dòng ngoài là phương pháp bảo vệkim loại bằng dòng điện một chiều thực hiện

bằng cách nối kim loại cần bảo vệ với cực âm

của nguồn còn cực dương nối với điện cực phụ

• Trong bảo vệ bằng dòng ngoài thì công trình

(kim loại cần bảo vệ) vẫn đóng vai trò ca tốt

Hai điểm khác so với bảo vệ bằng anốt hy sinh là:

• - Dùng dòng điện bên ngoài để phân cực, khác với dòng điện tự hy sinh trong sơ đổ bảo vệ

bằng anốt hy sinh

• - Vật liệu anốt không nhất thiết phải là vật liệu

hy sinh

• Dòng điện ngoài lấy từ điện lưới, qua hạ thế và chỉnh lưu để trở thành nguồn một chiều

Nguồn điện bên ngoài có nhiệm vụ cung cấp dòng định mức bảo vệ không đổi trong suốt

thời gian vận hành đến tất cả các điện tích cần bảo vệ

Hiệu quả rõ rệt của phương pháp bảo vệ catốt

trong việc nâng cao tuổi thọ các kết cấu thép của công trình, đặc biệt là các công trình nằm trong vùng có môi trường khắc nghiệt Đối với các công trình cần tuổi thọ lâu dài (công trình vĩnh cửu) cần áp dụng phương pháp bảo vệ

catốt cho các kết cấu thép ngập trong nước và trong bùn để tránh các sự cố nguy hiểm có thểxảy ra

Biện pháp phòng tránh ăn mòn

trong đất

• Rất nhiều thiết bị và dụng cụ chôn ngầm

trong đất: ống dẫn nước, khí, dầu, cáp điện

và cáp điện thoại…nên hàng năm phải

sửa chữa và thay thế một lượng lớn thiết

bị trên Làm thiệt hại lớn về kinh tế, cản trở giao thông…

• Đặc điểm ăn mòn trong đất: quá trình ăn

mòn kim loại trong đất cũng là một quá

trình ăn mòn điện hóa Môi trường ăn

mòn là đất có các đặc điểm sau

• Đất là một môi trường điện li: Muối

khoáng trong đất ở dạng hòa tan trong nước là một môi trường điện li của đất.

• Đất là môi trường không đồng

nhất:tính chất cơ lí và hoạt tính ăn mòn của đất thay đổi trong phạm vi rất rộng tùy theo thành phần cấu

tao, cấu trúc và độ tơi xốp của nó.

• Biện pháp phòng tránh ăn mòn trong

đất.

Có hai phương pháp chính:

Phương bảo vệ kim loại bằng phương

pháp điện hóa.

• Phương pháp sơn, phủ, bịt bọc kim loại

bằng cách lớp phủ bitum hoặc polyme.

• Thông thường người ta thường kết hợp

các phương pháp trên với nhau thì việc bảo vệ kim loại có hiệu quả cao hơn.

Bảo vệ kim loại bằng phưong pháp điện hóa.

• Nguyên lý của phương pháp này là cấp

cho các kết cấu thép một dòng điện đủ để không xảy ra các phản ứng anốt trên bề

mặt thép

• Có hai phương pháp bảo vệ catot: sử dụng dòng điện ngoài và anốt hy sinh(

protecto).

Sơn, phủ, bịt bọc kim loại bằng lớp phủ bitum hoặc

polime (hoặc nhiều lớp):

• Để bảo vệ kim loại trong lòng đất ta có thể dùng

phương pháp sơn phủ Phương pháp này giúp tăng

độ cứng bề mặt kim loại và chống mài mòn cơ học.

• Lớp phủ kim loại được phủ bằng các phương pháp

khác nhau sau: điện ly – lớp mạ; kim loại hóa – phủ bằng kim loại nóng chảy; nhúng – phủ nóng; khếch tán – phủ nhiệt; khếch tán – bọc – hai lớp kim loại.

• Các lớp bao phủ bằng kim loại chống ăn mòn trong

đất chủ yếu là tráng kẽm( ống dẫn nước) hoặc bọc chì( cáp điện).

• Các lớp bao phủ phi kim để bảo vệ các kết cấu kim

loại trong đất thường là bọc bằng các chất dẻo tổng hợp, trái lại các loại vữa ngăn nước như xi măng hoặc trát Các lớp phủ ngăn nước để bảo vệ kim loại trong đất thường khá dày.

BẢO VỆ ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG

CÁC NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP

• Tổn thất do ăn mòn thiết bị gây ra bao gồm chi phí trực tiếp cho bảo vệ chống ăn mòn

và tổn thất do dừng máy gây ra gián đoạn sản xuất Tổn thất gây ra do dừng máy để

sửa chữa thiết bị thường cao hơn rất nhiều

so với chi phí trực tiếp cho bảo vệ chống ăn mòn thiết bị

• Chi phí trực tiếp cho bảo vệ chống ăn mòn thiết bị bao gồm các chi phí lựa chọn vật

liệu thích hợp để sản xuất thiết bị, chi phí tạo ra các lớp phủ bảo vệ, và chi phí sử dụng các phương pháp bảo vệ thích hợp, thay thếsửa chữa các thiết bị hư hỏng

Phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại

trong nhà máy

• Xử lý bề mặt kim loại.

• Xử lý bề mặt kim loại bằng phương pháp

điện hóa có thể thực hiện được tất cả những điều đó Mạ điện là phương pháp xử lý bề

mặt điện hóa được sử dụng rộng rãi nhất

Tuy nhiên, còn có các phương pháp xử lý

khác cũng dựa vào kỹ thuật điện hóa Ví dụ: các quá trình thụ động hóa, anốt hóa, mạ

hóa học, sơn, đánh bóng điện hóa và đúc

điện

• Một số hợp kim thế hệ mới

mòn rất cao đối với các dạng ăn mòn lỗ, ăn mòn khe

mạnh, độ bền cao đối với hiện tượng ăn mòn ứng suất

và ăn mòn giữa các tinh thể trong những môi trường khác nhau, có tính hàn tốt Loại hợp kim này được sử dụng cho máy bơm, đường ống, các thiết bị trao đổi

nhiệt, các thiết bị bay hơi và máy khuấy

có độ bền chịu ăn mòn rất tốt đối với ăn mòn các dạng

ăn mòn lỗ, ăn mòn khe, dạng xói mòn trong môi trường axit photphoric.