1023 nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ cho hợp kim nhôm trên cơ sở nanosilica bằng phương pháp điện di lắng đọng luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁODỤC VÀĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHỊNGVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNG NGHỆQNSỰ HÀHỮUSƠN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ BẢO VỆCHOHỢPKIMNHÔMTRÊNCƠSỞNANOSILICA BẰNGPHƢƠNGPHÁPĐIỆNDILẮNGĐỌNG LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HÀNỘI – 2016 BỘGIÁODỤC VÀĐÀO TẠO ii BỘ QUỐC PHỊNGVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNG NGHỆQNSỰ HÀHỮUSƠN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ BẢO VỆCHOHỢPKIMNHƠMTRÊNCƠSỞNANOSILICA BẰNGPHƢƠNGPHÁPĐIỆNDILẮNGĐỌNG Chunngành:KỹthuậtHóahọcMãsố: 625203 01 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT GIÁOVIÊNHƢỚNGDẪNKHOAHỌC:GS.T SKHNGUYỄNĐỨC HÙNGTS.DOÃNANH TÚ HÀNỘI –2016 LỜI CAMĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu củariêng Cácsố liệu, kết nêu Luận án làtrung thực chƣa đƣợc công bố bất kỳcơng trình khác, liệu tham khảo đƣợc tríchdẫnđầyđủ Tác giả HàHữu Sơn LỜICẢMƠN Vớilịng biếtơnsâusắc,NCS đếnG S T S K H Nguyễn Đức xin HùngvàTS gửi lời cảm ơn Doãn Anh Túđã định hướngđềtàivàtậntìnhhướngd ẫ n NCStrongsuốtthờigianthực hiệnluậnán Tơi xint r â n t r ọ n g c ả m n s ự g i ú p đ ỡ , t o đ i ề u k i ệ n t h u ậ n l ợ i c ủ a phịng Đào tạo, Viện Hóa học – Vật liệu/ Viện Khoa học Cơng nghệ qnsựtrongsuốtqtrình thựchiệnluậnán Tơi xintrântrọng cảm ơn Ban Lãnh đạo, huy Trung tâm Nhiệt đớiViệt-Nga, Viện Độ bền Nhiệt đới tạo điều kiện thuận lợi để tôithựchiệnluậnán Tôi xin gửi lời cám ơn đến tập thể cán phịng Hóa Lý, phịng Hữu cơthuộcViệnHóahọc–Vậtliệuđãgiúpđỡvàtạođiềukiệnthuậnlợiđểtơihồn thànhnộidungluậnán Tơi xin cám ơn đồng nghiệp Trung tâm Nhiệt đớiViệt-Nga nhiệt tình giúp đỡ thực phép đo phân tích mẫu thínghiệmtrongnộidungluậnán Tơi xin gửil i c m n c h â n t h n h đ ế n g i a đ ì n h v b n b è đ ã động viên,khuyến khíchtơi trongqtrìnhlàmluậnán Tácgiảluận án HàHữuSơn MỤCLỤC DANHMỤCCÁC KÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT vi DANHMỤCCÁCBẢNG .ix DANHMỤCCÁC ĐỒTHỊ,HÌNHVẼ xi MỞĐẦU CHƢƠNG1.TỔNGQUAN 1.1 Cáccôngnghệxửlý bềmặt nhômtruyền thống 1.2 Lớpphủmớidạnggốmtrêncơsởnanosilica .6 1.2.1 Lớp phủ vô 1.2.2 Lớp phủ laihữu cơ– vô 1.3 Tổngquanvềchuẩnbịdungdịchsolnanosilica–Phƣơngphápsol-gel 11 1.3.1 Tổnghợpdungdịchsol silicabằngphươngphápsol-gel 11 1.3.2 Tạodungdịchsol từcáchạtrắn 17 1.4 Cácphƣơngpháptạomàngphủ 17 1.4.1 Phươngphápcơhọctruyền thống 17 1.4.2 Phươngphápđiệnhóa .18 1.5 PhƣơngpháptạomàngbằngEPD 19 1.5.1 Cơsởl ý thuyết củaquátrìnhđiệndi lắngđọng(EPD) 21 1.5.2 Sựổnđịnh củadung dịch keo vàhạttíchđiện 32 1.5.3.Cácyếutốảnhhưởngđến EPD 34 1.6 Xửlýsau khitạomàng phủ 37 1.7 Tìnhhìnhnghiêncứu chếtạolớpphủchốngăn mịntrêncơsởnano silicabằngphƣơngphápEPD .39 1.7.1 Tìnhhìnhnghiên cứuchếtạolớpphủs i l i c a trênthếgiới 39 1.7.2 TìnhhìnhnghiêncứuchếtạolớpphủsilicatạiViệtNam 45 1.8 Địnhhƣớngnghiêncứu .46 1.8.1 Cácvấnđềcòntồntại 46 1.8.2 Cácvấnđềcầngiảiquyếttrongđềtàinghiêncứusinh 47 CHƢƠNG2:ĐIỀUKIỆNTHỰCNGHIỆMVÀPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 48 2.1 Sơđồnghiêncứu 48 2.2 Chuẩnbịthínghiệm .49 2.2.1 Chuẩnbịmẫunền .49 2.2.2 Nguyênvậtliệu 50 2.3 Phƣơngphápnghiêncứuvàkỹthuậtápdụng 50 2.3.1 Kỹthuật tạohệdungdichkeoổn định 50 2.3.2 Tạolớp phủ .51 2.3.3 PhươngphápchụpTEM 53 2.3.4 PhươngphápnghiêncứuthếZetacủahạtkeo 53 2.3.5 Phươngpháp dòng tĩnhđođiệnthế-thờigian (E-t) .54 2.3.6 Phươngphápthếtĩnhđomậtđộdòngđiện-thờigian (i-t) 56 2.3.7 Phươngpháp đođường congphân cực(E-I) .56 2.3.8 Phươngpháp đo phổtổng trở(EIS) 58 2.3.9 Phươngpháp chụp SEM 60 2.3.10 PhươngpháptánxạnănglượngtiaX(EDX) 60 2.3.11 PhươngphápphântíchFTIR 61 2.3.12 Phươngphápphântíchnhiệt 61 2.3.13 Phươngphápđo chiềudàylớpphủbằng Alpha-StepIQ .62 2.3.14 Thửnghiệmgiatốc 63 2.3.15 Phươngphápđođộbámdínhbằngphương phápcắt 64 CHƢƠNG3:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 65 3.1 Đặctrƣngcủadungdịchsolsilicatheocácphƣơngpháptổnghợpkhácnhau .65 3.1.1 Đặc tính Zeta hệ sol phủ chuẩn bị theo phươngphápkhácnhau 65 3.1.2 Đặc tính kích thước hạt hệ sol phủ chuẩn bị theo cácphươngphápkhácnhau 66 3.1.3 Đặctínhliênkếttrongmạngpolysiloxanđượcchuẩnbịtheocác phươngphápkhácnhau 68 3.1.4.Khảosáttínhchấtnhiệtcủalớpphủsilica–kếtquảphântíchnhiệt 71 3.1.5Một số nhận xétvàkết luận mục3.1 76 3.2 Tạolớpphủsilicabằngcácphƣơngphápkhácnhau 77 3.2.1 Ảnhhưởngcủaphươngpháptạomàngđếnhàmlượnglớpphủ 78 3.2.2 Ảnhhưởngcủaphươngpháptạomàngđếnkhảnăngchốngănmòn lớpphủ 79 3.2.3 Mộtsố kếtluậnmục 3.2 .83 3.3 Khảosátquátrìnhhìnhthành vàpháttriểnmàngphủEPD 84 3.3.1 Tạomàngvớiđiềukiệnđiệnápkhôngđổi .84 3.3.2 Tạomàngvớiđiềukiệnápdịngkhơngđổi 86 3.4 KhảosátcácyếutốảnhhƣởngđếnđặctínhcủalớpphủEPD .99 3.4.1.ẢnhhưởngcủađiềukiệntạomàngbằngphươngphápEPD .99 3.4.2.Ảnhhưởngcủanhiệtđộnungkếtkhốiđến đặctínhlớpphủ 117 3.4.3 Mộtsố kếtluậnmục 3.4 123 3.5 Khảosátcáctínhchấtcơ,lý,hóacủalớpphủsilicađƣợctạoratrong điềukiệntốtnhất 123 3.5.1.Điềukiệntạomàngsilicalaihữucơtốtnhất 123 3.5.2.Khảosátmộtsốtínhchấtcơlýhóacủalớpphủsilicalaihữucơ 124 KẾTLUẬN .133 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHKHOAHỌCĐÃCƠNGBỐ 135 TÀILIỆUTHAMKHẢO 136 DANHMỤC CÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT APS AmmoniumPersulphate AEAPS 3-(2-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane ASTM AmericanSocietyforTestingandMaterials BTSTS Bis-[3-(triethoxysilyl)-propyl]tetrasulfide CAA Chromicacidanodizing CCC Chromateconversioncoating CPCC Chromate-phosphateconversioncoating DLVO DejaguinandLandauandVerweyandOverbeek DSC Phƣơngphápphântíchđonhiệtlƣợngquétviphân EDL Lớpđiệnkép EDX PhƣơngphápphântíchEDX ELD Phƣơngphápđiệnphân(mạđiện) EPD Phápđiệndilắngđọng GPMS 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane GPTMS (cảbakýhiệunàyđềuthểhiệncùng1chất,tơntrọngcáctácgiảnênxinđ GPTS ƣợctríchdẫnnguyênvăntrongluậnánnày) MAPTS γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilane MBT 2-mercaptobenzothiazole MBI 2-mercaptobenzimidazole MPS [3-(methacryloxy)propyl]trimethoxysilane MTES Methyltriethoxysilane PAA Phosphoricacidanodizing PDMS Polydimethylsilane PTMS Phenyltrimethoxysilane SAA Sulfuricacidanodizing SEM Kínhhiểnviđiệntửquét TEM Hiểnviđiệntửtruyền qua TGA Phƣơngphápphântíchnhiệtkhốilƣợng TEOS Tetraethylorthosilane TEOCS Tetraocthylorthosilicate TMOS Tetramethylorthosilicate VMS vinyltrimethoxysilane VTMS Vinyltrimetoxysilan iEPD Mậtđộdòng điệndi,(mA/cm2) iăm Mậtđộdòng ănmòn,(mA/cm2) Eăm Điệnthếăn mòn,(V) Rp Điệntrởphân cực, Cs Nồngđộhạtrắntrongdungdịchkeo,(g/cm3) Ct Nồng độ hạt rắn dungdịchkeotại thời điểmt,(g/cm3) μ Độ linh độngđiệndi,cm2/V.s E Cƣờngđộđiệntrƣờng, S Diệntíchbềmặt điệncực t Thờigian EPD,s wo Khốilƣợnghạtbanđầutrongdungdịchkeo wt Khốilƣợnglắngđọngtrongthờigiant,g U Tốcđộ di chuyểntrungbình củacáchạt F Hệsốhiệu quảcủaquátrìnhlắngđọng,f≤1 K Hệsốđộng học k’ L Hệsốđộng họctoàndiện U Điệnáp áp dụngvàohệđiện di,V Rr Tỷsố g i ữ a đ i ệ n t r s u ấ t c ủ a l p l ắ n g đ ọ n g v đ i ệ n t r s u ấ t c ủ a dungdịchkeo Khoảngcách giữahaiđiện cực,cm ni Nồngđộ củaionvớihóatrịZi VA LựchútVan derWaals VAgiữahai hạt VR LựcđẩyCulông củalớp điệnkép VT  Tổnglựctƣơngtácgiữacáccặphạtkeo o Hằngsốđiện môicủachân không Ψo Thếnăng bềmặt Ψs ThếStern Ψζ ThếZeta Zwe Tổng trởkhángtạiđiện cựclàmviệc Zce Tổngtrởkhángtạiđiệncựcđối Rd Điện trởcủalớpphủ Rs Điệntrởcủadungdịch keo Z Tổngtrở ρd Điệntrởsuất củalớpphủ ρs Điệntrởsuấtcủadungdịchsol st Chiềudàylớpphủ a ĐộdốccủađƣờngthẳngTafelanode c ĐộdốccủađƣờngthẳngTafelcatode φ Góclệchphagiữa dịngđiệnvàhiệuđiện thếxoaychiều F HằngsốFaraday(96500C/molhay26,8Ah/mol) T NhiệtđộKevil(tạinhiệtđộphịngT=25+273=298K) R Hằngsốkhí(8,314J/mol.K) σ HằngsốWarburgvới1σ=Ω.s-1/2 DKT Kệsốkhuếchtánqualớpphủ,cm2.s-1 RWE RCE Điệntrở điệncựclàmviệc Hằngsốđiện môi củadungmôi Điệntrởcủađiện cựcđối