Chương 6 Các phương pháp bảo vệ kim loại

• Sơn là biện pháp bảo vệ kim loại phikim không bị ăn mòn dưới tác động của môi trường, đó là loại chất lỏng được dùng để phủ lên bề mặt của kim loại hay là phi kim bằng nhiều phương phá

• Sơn là biện pháp bảo vệ kim loại (phi

kim) không bị ăn mòn dưới tác động của môi trường, đó là loại chất lỏng được dùng để phủ lên bề mặt của kim loại (hay là phi kim) bằng nhiều phương pháp khác nhau như quét, phun, tráng, nhúng…

B

Bả ảo v o vệệ kim lo kim loạ ại b i bằ ằng ph ng phươ ương pháp ng pháp

ssơ ơn n

• 2 Nhiệm vụ của sơn :

• a Bảo vệ :

• - Đối với kim loại để tránh rỉ.

• - Đối với vật liệu phi kim loại như gỗ,

chất dẻo tránh ẩm ướt và cháy.

• b Trang trí :

• 3 Yêu cầu của lớp sơn

• - Sơn phải nhanh khô (không muộn hơn 24h

sau khi sơn)

• - Có tính bám dính cao lên trên bề mặt bảo vệ.

• 1 Sơn lót

• Là lớp sơn bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tăng tính

bám dính cho lớp sơn theo thời gian Thành phần của lớp sơn lót gồm sơn và chất màu có tác dụng bảo vệ.

• Phụ thuộc vào dạch chất màu, sơn lót được chia thành

các nhóm :

• - Nhóm chứa muối của axit cromic, cron kẽm và cron

strongxi (cron là chất màu có màu của cromat)

• - Nhóm chứa minium chì Pb3O4 và minium sắt

Pb3O4.Fe3O4

• - Nhóm chứa kẽm

• - Nhóm chất màu trơ (hợp chất Titan) tạo lớp phũ cách

ly.

• Sử dụng để làm nhẵn bề mặt chi tiết nhấp nhô trước khi sơn hoặc tăng tính trang trí cho bề mặt sản phẩm như vỏ máy, bệ máy, cabin…

• Trước khi trát matít lên kim loại thường sơn một lớp sơn chống gỉ sau đó trát matít lên, mài nhẵn lớp matít cho đến khi nhẵn bóng không còn vết xước, sau đó mới sơn phủ hoặc sơn men rồi đến sơn phủ

• Các loại sơn phủ

• Sơn dầu : có 2 loại

• Sơn dầu thuần túy : thành phần từ dầu thực vật như dầu trẩu, dầu lanh với một màu và dung môi Sơn này không được bong, kém bền vững chỉ dùng sơn lên tường nhà, ít dùng trong công nghiệp

• Sơn dầu có nhựa : có 5 thành phần gồm dầu

sơn, nhựa thiên nhiên, bột màu, dung môi,

chất làm khô Loại này sử dụng sơn phủ trong nhà hay ngoài trời, sử dụng rộng rãi trong

ngành vận tải và xây dựng dân dụng Từ sơn

này có thể chế tạo sơn chống rỉ màu gạch non

và màu nâu

BẢO VỆ KIM LOẠI BẰNG KỸ THUẬT XI MẠ

Kỹ thuật mạ điện là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi và phổ biến Hiện nay ở

nước ta có rất nhiều cơ sở ứng dụng công nghệ mạ và sản xuất Đặc biệt hiện nay

mạ Crom chiếm 60% trong thị phần mạ

điện với nhiều đặc tính quý: độ bền,

chống ăn mòn, màu sáng và tăng độ

cứng bề mặt.

• Mạ điện là quá trình điện hóa catôt: Bề mặt kim loại cần xử lý được dùng làm catôt trong một bình điện phân

(đòi hỏi dùng dòng

điện bên ngoài - trong trường hợp này là từnguồn điện một chiều)

để thực hiện quá trình điện hóa Phản ứng

• Ví dụ trong trường hợp mạ kẽm, ion kẽm hóa trị

hai bị khử trên bề mặt kim loại nền (thép chẳng

hạn)

• Zn2+ + 2e- → Zn

• Trong mạ điện, đó thường là sự hòa tan anôt của một anôt kim loại để đảm bảo nồng độ ion kim loại trong bể mạ gần như không đổi Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp các anôt có thể không tan, chúng trơ trong dung dịch mạ Anôt không tan vẫn thực hiện phản ứng anôt trong đó có một phản ứng anôt quan trọng là phản ứng thoát oxy.

• H2O → 1/2O2 + 2H+ +

2e-• Lớp mạ crom có màu trắng, ánh xanh độ cứng cao và chống mài mòn cơ học tốt, Crom rất bền trong không khí ẩm, khí SO2, khí H2S, crom còn bền trong các dung dịch acid H2SO4,

H3PO4, HNO3, các acid hữu cơ và cũng bền

trong kiềm, và nhiều dung dịch muối khác

Nhưng crom không bền trong HCl và H2SO4 nóng vì lớp màng crom bị phá hủy

• Lớp crom làm việc tốt nhất ở nhiệt độ cao (<500oC) có khả năng phản xạ ánh sáng lớn và không bị mờ đi theo thời gian có độ cứng rất

cao (8000 – 10000 n/mm2)

Mục Đích:

• Bảo vệ kim loại nền khỏi bị ăn mòn

• Có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho dụng cụ máy móc và đồ dùng trang sức

cá nhân

• Giúp phục hồi các trang sức quý bị mài mòn, các mạch in trong kỷ thuật điện tử, chống gỉ sét các kim loại

• Mạ crom để tăng phản xạ ánh sáng, do crom

không thay đổi độ bóng theo thời gian và nhiệt

độ nên lớp mạ crom dung để dùng làm gương phản chiếu

Chất ức chế ăn mòn kim loại

• Chất ức chế được định nghĩa là “chất làm

chậm lại, thậm chí làm ngừng lại các quá

trình hoá học, ví dụ quá trình ăn mòn kim

• Chất ức chế là những chất hoá học phản ứng với

bề mặt kim loại hoặc môi trường xung quanh

tạo thành một lớp bề mặt bền vững có tác dụng bảo vệ và ngăn ngừa sự ăn mòn

• Tác dụng bảo vệ của các chất này có được là do các phân tử hoặc ion của chúng bị hấp phụ trên

bề mặt kim loại, hình thành lớp màng mỏng

bảo vệ

• Quá trình làm giảm tốc độ ăn mòn do những nguyên nhân sau :

• + Làm tăng thế phân cực anốt hay catốt

• + Làm giảm tốc độ khuếch tán ion tới bề mặt kim loại

• + Tăng điện trở của bề mặt kim loại

• Dựa vào tính chất của môi trường ăn mòn,

người ta chia ra làm 3 loại:

• + Chất ức chế ăn mòn trong nước và dung dịch muối

• + Chất ức chế ăn mòn trong không khí

• + Chất ức chế ăn mòn trong kiềm

• Dựa vào tính chất sử dụng, người ta chia

ra làm hai loại chất ức chế ăn mòn

• + Chất ức chế ăn mòn trộn trực tiếp vào trong hỗn hợp bê tông, vữa.

• + Chất ức chế ăn mòn thẩm thấu dùng để quét phủ bên ngoài khi bê tông đã đóng rắn.

• Dựa vào thành phần chất ức chế người ta

chia ra làm hai loại

• + Chất ức chế ăn mòn vô cơ.

• + Chất ức chế ăn mòn hữu cơ.

• Chất ức chế ăn mòn anốt (hay còn gọi là

chất ức chế ăn mòn thụ động hóa)

• Chất ức chế ăn mòn thụ động hoá làm cho thế ăn mòn chuyển dịch về phía anốt, tạo thành trên bề mặt kim loại một màng thụđộng Bản chất của các chất ức chế anốt là tham gia phản ứng với thép để tạo thành sản phẩm trên bề mặt thép nằm trong vùng thụ động (vùng anốt) Có hai dạng chất ức chế ăn mòn thụ động là :

• Anion oxi hoá, như là các muối crômát, nitrate và nitrit, chúng có thể thụ động hoá thép khi không có mặt của oxy.

• Ion không oxy hoá như phốt phát,

tungstat và molybdat, các muối này cần thiết phải có oxy để thụ động hoá bề mặt thép.

hiệu quả chống ăn mòn cao và không

có tác dụng phụ đến chất lượng bê tông

• b) chất ức chế ăn mòn catốt.

• Chất ức chế ăn mòn catốt là chất làm

giảm tốc độ phản ứng catốt hoặc kết tủa

có lựa chọn trên bề mặt catốt làm tăng

điện trở bề mặt và hạn chế sự khuếch tán chất khử đến khu vực này

• Bản chất của chất ức chế catốt là phản

ứng với các tác nhân oxy hoá hoặc tạo

màng ngăn cản các tác nhân oxy hoá

xâm nhập, duy trì thép ở trạng thái đơn chất bền vững

• Hợp chất của Arsen, Antimoan hoạt động dựa trên cơ sở sự kết hợp lại và giải

phóng hydrô sẽ trở nên khó hơn.

• Một số chất ức chế ăn mòn khác như ion Canxi, Kẽm, Magiê kết tủa dưới dạng

oxit tạo thành màng bảo vệ kim loại

• Các chất ức chế tiêu thụ oxy ngăn ngừa

sự phân cực catốt do oxy, chất tiêu thụ

oxy dạng này phổ biến nhất là natri

sunfit ( Na2SO3 ).

Bảo Vệ Kim Loại Bằng Phương Pháp

Thụ Động Hóa Bề Mặt

• Khái niệm:

• Trạng thái thụ động của kim loại là

trạng thái mà trên bề mặt của nó hình thành một lớp màn mỏng có tính chất bảo vệ kim loại hay hợp kim trong

dung dịch ăn mòn Lớp màng này có thể dày vài A đến vài trăm A và được hình thành do quá trình oxy hóa.

• Ví dụ: Fe + 2H20 -> Fe(OH)2 + 2H+ +2e

• Có 2 cách để chuyển kim loại vào

trạng thái thụ động:

• phân cực anod (bằng dòng ngoài)

• nhúng vào dung dịch điện li có chứa cấu tử thích hợp.

• Bảo vệ anod

• Nhiều trường hợp kim loại bị thụ động có thểnâng cao độ bền của nó bằng cách chuyển điện thế điện cực về phía dương hơn

• Nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của

nguồn một chiều hay nối kim loại cần bảo vệ

với kim loại có điện thế điện cực dương hơn

• Nhưng hiện nay việc ứng dụng bảo vệ anod vào thực tế còn nhiều hạn chế Phương pháp bảo vệanod chủ yếu để nâng cao độ bền của thép

cacbon, thép không gỉ, hay titan trong một sốmôi trường như xút đặc, axitsunphuaric có

nồng độ cao

• Dòng bảo vệ phài duy trì thường xuyên khi

dòng điện chính bị ngắt thì phải có dòng phụ

• Tuy nhiên vi ệ c b ả o v ệ anod th ườ ng g ặ p m ộ t s ố

• -Rất khó khăn cho việc bảo vệ các đường

ống dài

• -Trong dung dịch có chứa các ion hoạt động như Cl- , thì phải dùng ổn áp để khống chế điện thế điện cực của kim loại ở vùng thụ động

nhưng phải dưới điện thế ăn mòn lỗ

Bảo vệ kim loại bằng các chất oxy hoá

• Trong trường hợp Fe bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc thì lớp màng thụ động dày 25-30Ao (1Ao = 10-8 cm) bao gồm các lớp oxit có thành phần biến đổi từ trong ra ngoài là Fe2O4 – 8FeO3- lớp cuối cùng là Fe8O11.Màng thụ động của niken và crom trong môi trường axit từ 8- 10Ao Cấu tạo màng thụ động niken có thành phần biến đổi từ NiO → Ni3O4 còn của crom thì có

thành phần biến đổi từ Cr2O3 → CrO2

• Màng Fe photphat tạo thành khi Fe làm việc trong H3PO4 hoặc màng chì sunphat tạo thành khi chì làm việc trong môi trường H2SO4 loãng đều không phải là màng thụ động.

BẢO VỆ KIM LOẠI BẰNG DÒNG

chuyển điện thế điện cực về phía

dương hơn hay âm hơn so với điện thế

ăn mòn thì dòng điện ăn mòn có thể giảm Như vậy, bảo vệ điện hóa là

phân cực hóa điện cực.

• Trong cả hai trường hợp kim loại cần bảo vệ

đóng vai trò là anod Cho nên tốc độ ăn mòn chỉ giảm khi môi trường đó kim loại bị thụ

động

• * Phân cực catod bằng cách nối kim loại cần bảo vệ với

cực âm của nguồn một chiều, được gọi là bảo vệ catod

• * Các loại vật liệu dùng làm anod hy sinh

• Có thể bảo vệ catot phần lớn kim loại, nhưng thông dụng nhất là bảo vệ thép cacbon trong môi trường tự nhiên( nước, cát, đất ) Để bảo vệcatot thì anod hy sinh phải có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ

• Li, Na, K có điện thế âm nhất như bị ăn mòn cực nhanh trong môi trường nước Chỉ còn Mg,

Al và Zn là có thể dùng được và được làm nền

để chế tạo 3 loại anod hy sinh

• Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài

• chọn cách bảo vệ bằng protector hay bằng dòng ngoài phụ thuộc

• Chủ yếu vào công trình cần được bảo vệ Đối với công trình nhỏ phương pháp dùng protector

kinh tế hơn Phương pháp này có ưu điểm là

điện thế bảo vệ phân bố đều

• Bảo vệ catod bằng dòng ngoài được dùng để bảo

vệ những diện tích lớn, nhưng phương pháp

này có thể xảy ra nguy cơ "quá bảo vệ" Nghĩa

là, điện thế điện cực cục bộ của công trình trở

nên quá âm đến nổi tốc độ của phản ứng:

• 2H 2O+  2e → H 2+ 2OH − Trở nên đáng kể

• Các phương pháp bảo vệ trên thường được

dùng kết hợp với các lớp phủ cách điện, nên

vùng tác dụng bảo vệ của protector tăng lên rất nhiều

• Lớp phủ kim loại

• Lớp phủ kim loại phủ lên trên bề mặt kim loại được bảo vệ nhằm 2 mục đích: trang trí làm cho vật được bảo vệ tăng vẻ đẹp và nâng cao độ bền chốn ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của vật được bảo vệ theo quan điểm điện hóa lớp bao phủ

kim loại được chia làm 2 lớp: lớp bao phủ anod

và catot

• Lớp bao phủ anod hoặc lớp phủ protector

• Trong điều kiện bình thường, lớp bao phủ anod có tác dụng ngăn cách kim loại nền với môi trường ăn mòn Khi lớp bao phủ bị phá vở môi trường ăn mòn tiếp xúc với kim loại nền là thép, song thép không bị ăn mòn,

mà chỉ lớp phủ Zn bị hòa tan theo cơ chế điện hóa Kim loại Zn đóng vai trò là anod vì thế gọi là lớp phủ anod hoặc lớp phủ protector.

• Lớp phủ Catot

• Lớp phủ kim loại phủ lên trên lớp kim loại nền khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn có thể dương hơn thế kim loại nền, thì lớp phủ đó đóng vai trò là lớp phủ catot

còn kim loại nền đóng vai trò là anod, nghĩa là kim loại nền bị hòa tan Vậy lớp phủ này ngoài mục đích trang trí tăng vẻ đẹp của chi tiết và bảo vệ kim loại không bị

ăn mòn khi lớp phủ hoàn toàn kín