tiểu luận nghiên cứu công nghệ mạ điện để tạo lớp phủ chống ăn mòn cho chi tiết

L Ăn mòn kim loại : 1.Định nghĩa - Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.. Những đường nứt này có thể là kết quả của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TÁI

KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG

TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN ĐỀ TẠO LỚP PHỦ

CHONG AN MON CHO CHI TIET

Giảng Viên Hướng Dẫn : Ths.Nguyễn Đắc Văn

Nhóm Thực Hiện : NHÓM 8 Thành Viên :Trương Duy Thái — 201337449

Nguyễn Minh Hiếu — 201301359 Nguyễn Hữu Lộc — 201301398 Trần Hoàng Long — 201301397 Nguyễn Ngọc Mạnh - 201301403

LỜI NÓI ĐẦU Trên thế giới, kim loại được sử dụng cho nhiều lĩnh vực từ công nghiệp, xây dựng đến sản xuất hang hóa, vật tư ngành y tế Kim loại được con người ứng dụng rộng rãi bởi

các ưu điểm vượt trội của chúng như: khả năng dẫn điện cao, dẫn nhiệt cao, độ bền cao,

chịu nhiệu tốt Tuy nhiên, vấn đề nan giải sinh ra khi đưa vào sử dụng km loại ở các môi

trường khác nhau đó là hiện tượng ăn mòn Sự ăn mòn làm giảm đi tính chất đặc trưng của kim loại và có thé gây thiệt hại nặng nề về kinh tế

Dựa trên cơ sở kiến thức đã được học trong môn “Công Nghệ Xử Lý Và Bảo Vệ Bề Mặt”, nhóm chúng em đã hoàn thành tiêu luận trình bày về đề tài: “Nghiên Cứu Công

Nghệ Mạ Điện Để Tạo Lớp Phủ Chống Ăn Mòn Cho Chỉ Tiết”, bên cạnh đó là lý thuyết tổng quát và một số nội dung liên quan Chúng em đã rất có gắng tìm hiểu và đóng góp ý kiến nhưng do trình độ và kim nghiệm còn hạn chế nên bản tiêu luận sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, rất mong được sự góp ý của cô và các bạn đề bản tiêu

luận này được hoàn thiện

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Ths.Nguyễn Đắc Văn đã hướng dẫn nhóm em hoàn thành bản tiểu luận nảy!

Hà Nội, tháng năm 2024

Mục lục

I Ăn mịn kim l0ại - - - <5 < c 22+ c2 2333026131 31 180553 E15 x5 x55558 In 0 nh ee 2 Phan loại các loại ăn mịn ¬ nu 3 Tác động của việc ăn mịn kim loại đơi với cuộc sơng hàng ngày 4 Các phương pháp bảo vệ kim loại so «c0 30300111 1 6v s3 IL.Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mơn «<< «<< «<< «<< << 1 Phương pháp bảo vệ điện hố - so c0 0S 1 1 1n ng 1.1 Phương pháp bảo vệ cathodÏC co n0 0 1 1n SH mm Vi m V699 1.2 Phương pháp sử dụng anode hi sinh o «so «c0 n9 9 S0 301 6 Ý 1 2 Y 1.3 Phương pháp sử dụng dịng điện cưỡng ĐỨC -.c -cc cuc S110 1 55% 2 Phương pháp bảo vệ bằng lớp phủ - s5 - - << << c3 c2 sess P00) 6i 6 6c

2.1.2.Chất chống ăn mịn hữu Cơ . - << s25 2135x315 15s PK h8 in 8n eee P h0 0h e 2.2 Lớp phú vơ cơ

2.2.1 Anod hố .-.- co co HH HH KH nọ Hi HH HH nh n nh n nh mi , J8 0 8e e 2.2.3 Mạ điện

3 Phương pháp thay đổi mơi trường - - - + c <5 s3 13c sex sesee 3.1.Sử dụng chât ức chề ăn mịn on cm CƠ 0 0 0n Si ni mm ng 3.2.Kiểm sốt mợt trường . . - c scc Ăn 2913 Y vn sen 3.3.Cách ly trong mơi trường chân khơng on on on S1 1 110 9 1 II Nguồn tài liệu tham khảo và phân cơng cơng viỆc - -‹ - << << << << INu ri 0v v0 an eee 2.Nguồn tài liệu tham khảo -.- - 5= - << 2 221 5 s31 E3 E353 esse

L Ăn mòn kim loại :

1.Định nghĩa

- Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh Ấn mòn kim loại gôm có hai loại chính là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa:

- Ăn mòn hóa học: Chính là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyên trực tiếp đên các chât trong môi trường

- Ăn mòn điện hóa: Còn gọi là ăn mòn galvanic, xảy ra khi hai khác nhau tiếp xúc với nhau hoặc thông qua dòng điện, cùng được nhúng trong một dung dịch, hoặc khi hai kim

loại giống nhau cùng tiếp xúc với dung dịch điện phân có nồng độ khác nhau Trong một

cap kim loại như vậy, kim loại hoạt động hơn (anode) bị ăn mòn với tốc độ nhanh và các kim loại ít hoạt động hơn (cathode) bị ăn mòn với tốc độ chậm Khi bị nhúng vào các dung dịch điện lì khác nhau, thì tốc độ ăn mòn ở mỗi kim loại sẽ khác nhau

2 Phân loại các loại ăn mòn : - Tât cả sự ăn mòn đêu không băng nhau Chia khóa đề ngăn ngừa và giảm thiêu ăn mòn hiệu quả năm ở sự hiệu biệt cơ bản về loại ăn mòn đang được xử lý và các yêu tô gây ra sự hình thành của nó Có 10 loại ăn mòn phô biên sau đây :

+) Ăn mòn đồng nhất (Uniform corrosion): là loại phô biến nhất và được đặc trưng

bởi các cuộc tấn công trên toàn bộ diện tích bề mặt của kim loại tiếp xúc với chất ăn mòn

Loại ăn mòn này thường do các phản ứng hóa học hoặc điện hóa gây ra khiến kim loại bị tiêu hao trong khi tạo thành oxit hoặc các hợp chất khác trên các vùng có thê nhìn thấy rộng lớn :

Hình L1

+) Ăn mòn điện hoá (Garvanic corrosion): là kết quả của sự hình thành tế bào điện đo sự liên kết điện của các kim loại khác nhau (mỗi kim loại có điện thế khác nhau), tiếp xúc

voi chat dién phan (Hinh 1.2) Hình thức này có thê rất nguy hiểm nhưng cũng có thể là

một trong những hình thức dễ phát hiện và ngăn chặn nhất :

Hình l2

+) An mon khe (Crevice corrosion): là một loại ăn mòn cục bộ có tính xâm nhập cao

xảy ra trong hoặc tiếp giáp trực tiếp với các khe hở hoặc đường nứt trên bề mặt kim loại (Hình 1.3) cho thấy sự xâm nhập cao của ăn mòn khe Những đường nứt này có thể là kết

quả của sự kết nối giữa hai bề mặt, hoặc do tích tụ cặn (bụi bản, bùn, bề sục sinh học) :

Hình 1.3: Mô phỏng ăn mòn khe xảy ra trên Ốc vÍt

+) An mòn rõ (Pitting corrosion): là một dạng ăn mòn cục bộ xảy ra khi môi trường ăn mon tân công kim loại tại các điệm cụ thê và dân đến các lỗ sâu trong kim loại :

Hinh 1.4

+) An mòn liên hạt (Inter-granular corrosion): là một dạng ăn mòn tân công các ranh giới hạt trong vật liệu (//inh 7.5) Nó có thê xảy ra do sự kết hợp giữa các pha khác nhau trong vật liệu và có thê được ngăn ngừa băng cách tránh xử lý nhiệt hoặc hợp kim nhạy cảm

+) Ăn mòn xói mòn (Erosion corrosion): là một loại ăn mòn xảy ra khi kim loại tiếp xúc với sự mài mòn cơ học và môi trường ăn mòn cùng một lúc Chất lỏng hoặc khí chảy với tốc độ cao trong đường ống có thé gây ra hiện tượng ăn mòn xói mòn do dòng chảy hỗn loạn trong đường ống Sau đó, sự hỗn loạn làm cho các lớp bảo vệ bề mặt bị mòn hoặc bị hư hỏng, dẫn đến vật liệu nền tiếp xúc với vận tốc ăn mòn cục bộ Tât cao :

Hình l6 +) Ăn mòn chọn lọc (Selective leaching): là một dạng ăn mòn điện hóa Loại ăn mòn này khiên một trong những nguyên tô trong hợp kim bị ưu tiên tân công Sự ăn mòn có

thể cục bộ hoặc đồng đều trên toàn bộ bề mặt Vì một trong các yếu tô đã được loại bỏ có chọn lọc, điều này dé lại một vật liệu xốp có độ bền cơ học thấp hoặc không có :

Hình 1.7 Gang (Họp kim cua Fe va C bj Gn mon chon loch chỉ còn lớp than bên ngoài) +) Sự ăn mòn do ứng suất (Stress corrosion cracking): là sự kết hợp giữa lực căng và

một sự ăn mòn với kết quả là sự hư hỏng vật liệu rất nhanh chóng Ứng suất có thê tùy

thuộc vào tải trọng làm việc, ứng suất dư từ quá trình sản xuất, hoặc sự kết hợp cả hai Các vét nứt hình thành từ những sự kết hợp này thì thường khó phát hiện và khi có cơ hội phát triển, chúng có thể dẫn đến những hư hỏng đột ngột và nặng nè :

Hình 1.9_Ăn mòn trên kim loại do vi sinh vật

3 Tác động của việc ăn mòn kim loại đôi với cuộc sông hàng ngày : -Việc ăn mòn kim loại có nhiều tác động đến cuộc sống hàng ngày mà đôi khi chúng ta không đê ý:

- - Về an toàn: hư hỏng bất ngờ có thê gây ra cháy, nỗ, rò ri khí độc và sập công trình gây nguy hiểm tới con người

— Về sức khỏe: ô nhiễm do sản phâm tạo ra từ thiết bị bị ăn mòn và chất xả thải để

phục hồi kim loại bị ăn mòn - Gay cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên: trong đó có các kim loại và

nhiên liệu sử dụng đề sản xuất kim loại - - Thắm mỹ: vật liệu bị ăn mòn trông mắt đi vẻ đẹp ban đầu của người thiết kế

(Hinh 1.10) - — Về kinh tế: giảm tuôi thọ vật liệu công trình, phải bảo trì sửa chữa thường xuyên

gây thiệt hại về kinh tế

Hình l 10: Kim loại trước và sau khi bị gỉ

Tác động tiêu cực đên cuộc sông con người 4 Các phương pháp chống ăn mòn kim loại :

- Vị có rât nhiêu tác hại đến cuộc sông hàng ngày nên các nhà khoa học đã tìm ra các phương pháp ngăn chặn cũng như là làm chậm quá trình ăn mòn kim loại Đó là: +) Phương pháp bảo vệ điện hoá

+) Phương pháp bảo vệ bằng lớp phủ +) Thay đôi môi trường

Để hiểu hơn về các phương pháp bảo vệ kim loại ra sao, tác dụng, giá thành, cũng như lợi ¡ch từng biện pháp đem lại chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn vào các phương pháp bảo

vệ kim loại khỏi Ăn MÔN

IL.Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn : 1.Phương pháp bảo vệ điện hoá :

1.1 Phương pháp bảo vệ Cathodic : Bảo vệ Cathodic, một kỹ thuật được sử dụng đề kiêm soát sự ăn mòn bê mặt kim loại băng cách biên nó thành phía catôt của pm điện hóa Phương pháp đơn giản nhật đề áp dụng CP là nỗi kim loại cần bảo vệ với một kim loại

khác dé bi 4n mon hon dé dong vai trò là cực dương của tế bào điện hóa

- Về nguyên tắc, bảo vệ catốt có thê được áp dụng cho bất kỳ cầu trúc kim loại nào tiếp xúc với chât điện phân sô lượng lớn mặc dù trên thực tê, công dụng chính của nó là bảo vệ các kết câu thép được chôn trong đât hoặc ngâm trong nước

- Hệ thống bảo vệ catốt được sử dụng để bảo vệ nhiều loại cầu trúc kim loại trong các

môi trường khác nhau Các ung dung pho biên nhật bao gôm: Đường ông dân nước và nhiêu liệu, bê chứa, tàu thuyên, giàn khoan ngoài biên, vỏ giêng dâu

a) Lịch sử phương pháp bảo vệ Cathode :

- Ứng dụng thực tế đầu tiên của bảo vệ ca-tốt thường được cho là do Ngài Humphry Davy, vào thế ký 19, người đã cải thiện khả năng chống ăn mòn của tàu mạ đồng trong nước

biển bằng cách gắn một lượng nhỏ sắt, kẽm hoặc thiếc

- Vào thé ky 20, đặc biệt là ở Hoa Kỳ, phương pháp này đã được phát triển và đến năm 1945 đã trở thành quy trình tiêu chuân đề bảo vệ đường ống kim loại khi ngành công nghiệp dầu khí mở rộng nhanh chóng

- Chi phí đặt đường ông kim loại, được xác định bởi thông số kỹ thuật, độ dày thànhống và lắp đặt trong lòng đất, là rất cao Sự xuống cấp của vật liệu đường ống rất tốn kém đề khắc phục và tệ nhất có thể dẫn đến hỏng đường ông với những hậu quả khó lường - Ngày nay, với thành tích đã được chứng minh trong việc bảo trì đường ông qua nhiều thập kỷ, CP đã có uy tín Nó được sử dụng trên đường ống, các cấu trúc kim loại ngâm hoặc chôn khác và trong bê tông cốt thép để tăng cường khả năng chống ăn mòn Nó cho phép sử dụng các tắm hoặc ống kim loại mỏng hơn, do đó giảm chỉ phí

b) Nguyên tắc : Ăn mòn là hiện tượng kim loại được chiết xuất từ quặng trở lại trạng

thai ban dau khi tiếp xúc với oxy và nước Ví dụ phô biên nhật là sự rỉ sét của thép Ấn mòn là một quá trỉnh điện hóa, thường xảy ra ở cực dương nhưng không xảy ra ở cực âm - Nguyên lý bảo vệ catôt là kêt nôi cực dương bên ngoài với kim loại cân bảo vệ và cho dòng điện một chiều chạy qua giữa chúng để kim loại trở thành catốt và không bị ăn mòn Trong một hệ thống đường ống có hai cách để thực hiện việc này:

+) Sử dụng cực dương điện bên ngoài, trong đó dòng điện một chiều phát sinh từ sự

chênh lệch tự nhiên về điện thế giữa các kim loại của cực dương (ví dụ Zn, AI hoặc Mg)

và đường ống (ví dụ: thép carbon) Cực dương được nôi điện với đường ống, gây ra dòng điện dương chạy từ cực dương vào đường ống khiến toàn bộ bề mặt của thép trở nên tích điện âm hơn, tức là cực âm

+) Sử dụng nguồn điện một chiều bên ngoài (AC được chỉnh lưu) để tạo dòng điện qua cực dương bên ngoài (thường là trơ) lên bề mặt đường ống, trở thành cực âm 1.2.Phương pháp sử dụng anode hi sinh :

+ Dùng kim loại (hợp kim) đứng trước chuỗi điện phân đề ngăn cản phản ứng điện hóa

xảy ra ở kim loại cân bảo vệ

+ Ví dụ: đê bảo vệ vỏ tàu biên băng thép, người fa gắn vào vỏ tàu (phân chìm trong

THƯỚC biên) 1 tắm kẽm Khi tàu hoạt động, tắm kẽm bị ăn mòn dần, vỏ tàu được bảo vệ

Sau một thời gian người ta thay tắm kẽm khác

lĩnh vực như :

+ Bảo vệ đường ông thép

+ Bảo vệ bồn chứa nước hoặc bề chứa nhiên liệu + Bảo vệ cọc trụ thép, tàu

+ Bảo vệ giản khoan dâu ngoài khơi và vỏ giêng dâu trên bờ

Trong một số trường hợp, bảo vệ catốt là một phương pháp hiệu quả đề ngăn chặn sự ăn mòn do ng suất

2.Phương pháp bảo vệ bằng lớp phủ: 2.1.Lớp phủ bằng hữu cơ :

- Lớp phủ hữu cơ bảo vệ kim loại là một phương pháp chống ăn mòn bằng cách áp dụng

một lớp chất hữu cơ lên bề mặt kim loại Chất này tạo ra một lớp phủ bảo vệ, ngăn chặn

tác động của yêu tô môi trường và hóa chất gây ăn mòn Các hợp chất hữu cơ như polymer thường được sử dụng đề tạo ra lớp phủ này, giúp bảo vệ kim loại khỏi sự tác động của nước, hóa chất hay khí trung tính

2.1.1.Dầu chống ăn mòn:

- Dầu chống ăn mòn là một loại chất lỏng được sử dụng đề bảo vệ kim loại khỏi quá trình

ăn mòn Chúng thường chứa các hợp chất hóa học hoặc phụ gia có khả năng tạo ra một

lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại và môi

trường ăn mòn - Dầu chống ăn mòn có thể được áp dụng thông qua nhiều phương tiện, bao gồm quét, phun, hoặc ngâm kim loại vào dầu Khi lớp dầu này bám dính lên bề mặt kim loại và khô, nó tạo ra một lớp màng bảo vệ, giúp ngăn chặn sự xâm nhập của nước, chất ăn mòn và

các yêu tô khác

- Sự lựa chọn của dầu chống ăn mòn thường phụ thuộc vào yêu cầu cụ thê của ứng dụng

và môi trường làm việc 2.1.2.Chất chống ăn mòn hữu cơ :

- Chất chống ăn mòn hữu cơ là loại chất chống ăn mòn được chế tạo từ các hợp chất hữu

cơ, tức là các hợp chất chứa carbon Chúng có khả năng tương tác với bề mặt kim loại đề tạo ra một lớp phủ bảo vệ, ngăn chặn quá trình ăn mòn

- Các chất chống ăn mòn hữu cơ thường có tính chất hóa học đặc biệt giúp chúng tạo ra

một màng bảo vệ mỏng, không dễ bong tróc, chống lại tác động của chất ăn mòn và môi trường khắc nghiệt Đặc tính này làm cho chúng trở thành lựa chọn phô biến trong việc

bảo vệ kim loại, đặc biệt trong các điều kiện môi trường ăn mòn cứng như nước biển

hoặc các môi trường công nghiệp - Các dạng chất chồng ăn mòn hữu cơ có thê bao gồm các dẫn xuất của amin, amide và các hợp chất hữu cơ khác, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và môi trường sử

dụng

2.1.3.Sơn tinh dién (Powder Coating) : - Sơn fĩnh điện (powder coating) hay con goi la (son khd, sơn tích điện, sơn bột) vì tính chat khô dạng bột nên khi đi qua thiết bị súng phun sẽ hình thành điện tích (+) và tiếp xúc với bê mặt mang điện tích (-) sẽ tạo nên sự liên kêt giữa lớp sơn và bê mặt Thành phân