Chương 9 PHƯƠNG PHÁP bảo vệ KIM LOẠI KHỎI ăn mòn

Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Có 6 phương pháp kiểm soát ăn mòn kim loại là: • Thiết kế tránh ăn mòn; • Lựa chọn vật liệu thích hợp đối với từng môi trường; • Tạo lớp phủ trung gian ngăn cách không cho kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường; • Dùng chất ức chế ăn mòn kim loại; • Bảo vệ điện hóa ( bảo vệ catot, bảo vệ anot) • Thay đổi môi trường. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9.1 Thiết kế chống ăn mòn Giới thiệu: Có 3 giai đoạn ảnh hưởng đáng kể đến thời gian sử dụng một kết cấu kim loại là: Thiết kế - Chế tạo – Sử dụng. Nguyên tắc thiết kế tránh ăn mòn: - Đơn giản hóa hình dáng; - Tránh tích tụ ẩm; - Tránh gây ăn mòn galvanic; - Khi nối các vật liệu cần tránh tạo hốc, khe rãnh, cấu trúc dị thể, ăn mòn galvanic; - Chú ý đến sự thay đổi kích thước kết cấu do ăn mòn, do tạo thành sản phẩm ăn mòn; - Chú ý thay đổi kích thước kết cấu do có lớp phủ; - Cần định hướng chế tạo và sử dụng; - Lựa chọn vật liệu thích hợp. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9.2 Lựa chọn vật liệu Độ bền ăn mòn của kim loại là một tính chất của hệ “kim loại –môi trường”. Ví dụ: * Thép carbon bị ăn mòn trong dung dịch axit H2SO4 loãng: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ; - Thép carbon bị thụ động trong axit H2SO4 đặc, nguội (do tạo thành lớp sắt oxyt mỏng, khít, bám chặt lên bề mặt kim loại) - Thép carbon bị ăn mòn trong axit H2SO4 đặc, nóng: 2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4 )3 + 3SO2 + 6H2O Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN * Thép không gỉ thì rất nhạy cảm với sự ăn mòn bởi S (sulfur). Nhưng các hợp kim niken như :Inconel và Incoloy thì lại bền đối với sự ăn mòn bởi S. • Loại ăn mòn galvanic nổi trội nhất trong các cặp pin: Thép không gỉ - Thép carbon; Hợp kim ni ken – Thép carbon; Thép không gỉ (Stainless Steels ) - Thép hợp kim thấp (low alloy steels) trong những vùng ngoại vi đã loại khí • Các loại thép không gỉ như: Duplex stainless steels/Super Duplex Stainless steels hầu như có độ bền cao đối với nhiều loại ăn mòn; • Titanium, Zirconium bền trong tất cả các môi trường ăn mòn ở nhiệt độ cao; • Đồng, hợp kim đồng, hợp kim niken: bền trong nước biển; • Một vật liệu bền đối với sự nứt ăn mòn ứng lực có thể bị hỏng do giảm sức chịu đựng; • Vật liệu khác bền ở ăn mòn nhiệt độ cao, có thể bị hỏng do ăn mòn pitting. • Không có loại vật liệu nào là bền vững đối với tất cả các loại ăn mòn. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9.3 Tạo lớp hàng rào trung gian 9.3.1. Ý nghĩa. Lớp bảo vệ hoặc lớp hàng rào trung gian trên vật liệu nhằm tránh tiếp xúc trực tiếp với môi trường sẽ nậng cao tuổi thọ của vật liệu và thiết bị. *Lớp hàng rào có thể là sơn, lớp phủ sơn hoặc lớp phủ kim loại. • Cũng có cả những lớp vỏ phi kim loại, như: thủy tinh, epoxy, cao su… • Các lớp sơn có thể bị bong tróc khi phơi lâu dài trong khí quyển nóng và dưới ánh sáng mặt trời; • Các lớp vỏ trên đường ống có thể bị hư hỏng về phương diện vật lý, bị nứt và phân lớp. • Phương pháp tạo lớp hàng rào rẻ tiền và dễ áp dụng. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN PHƯƠNG PHÁP CHUẨN BỊ BỀ MẶT NỀN 1. TẨY DẦU MỠ (bằng kiềm, dung môi) 2. TẨY GỈ (hóa học, điện hóa, cơ học) 3. ĐÁNH BÓNG (cơ học, điện hóa) 4. CHE CHẮN (bằng băng dính, sơn, parafin, cao su, nhựa) 5. TẠO LỚP PHỦ GIA CÔNG BỀ MẶT CHI TIẾT TRƯỚC KHI SƠN, MẠ Phun cát:  Phun cát khô dùng hạt mài SiC,Al2O3,SiO2…  Căn cứ vào nguyên liệu, trạng thái bề mặt và yêu cầu gia công mà chọn hạt mài có độ hạt khác nhau  Phun cát ướt giống như phun cát khô nhưng có nước lẫn vào hạt mài, tỷ lệ nước chiếm 65-80%  Cần cho thêm phụ gia là chất ức chế ăn mòn để chống sự gỉ của sắt , thép khi phun cát ướt. TẨY GỈ BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC Tẩy gỉ kim loại đen:  Để làm sạch bề mặt chi tiết trước khi mạ phải tẩy gỉ  Có thể dùng phương pháp hóa học hoặc điện hóa để tẩy gỉ  Đối với kim loại đen được chia làm 4 loại: • Thép cacbon thấp hay thép hợp kim thấp • Thép cacbon cao • Thép cường độ cao,thép lò xo • Thép đúc hàm lượng cacbon cao * Gỉ gồm sắt III oxyt (Fe2O3), sắt từ oxyt (Fe3O4) và sắt II oxyt (FeO). Tẩy gỉ bằng phương pháp hóa học - dùng các axit không có tính oxy hóa + chất ức chế ăn mòn thép, như:Axit sunfuric loãng (10 –15%); Axit clohydric (10-15%) ; Axit flohydric 5% hoặc axit citric 1,53% ở gần nhiệt độ sôi . Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O Fe3O4 + 8HCl = 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (xảy ra rất chậm) TẨY GỈ BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC [...]... bị ăn mòn • Nguyên lý :Bảo vệ catot là phân cực catot kim loại đến giá trị điện thế âm hơn điện thế cân bằng của phản ứng oxy hóa nguyên tử kim loại trong môi trường chất điện ly, nhằm loại bỏ hoàn toàn hoặc làm giảm mạnh sự ăn mòn điện hóa kim loại • Nói cách khác: Bảo vệ catot là biến kết cấu kim loại cần bảo vệ thành điện cực catot của pin ăn mòn Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN... Để bảo vệ bình thép carbon chứa axit sunfuric nóng, khởi đầu quá trình bảo vệ anot ta phải áp đặt một mật độ dòng điện lớn hơn mật độ dòng ăn mòn giới hạn (iht) khoảng 3A/m2, để chuyển kim loại vào trạng thái thụ động Sau khi kim loại đã đạt đến trạng thái thụ động, ta chỉ cần duy trì mật độ dòng bảo vệ vào khoảng 0,2A/m2 Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP... bởi axit dễ hơn 5.2 Tẩy gỉ kim loại màu bằng phương pháp hóa học: Tẩy gỉ cho nhôm và hợp kim nhôm  Nhôm hoặc hợp kim nhôm trước khi mạ cần phải tẩy lớp oxi hóa bằng gia công cơ khí hoặc tẩy bằng hóa học trong dung dịch  H2SO4 (98 %)ml/l  CrO3(g/l) 100 35 Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9. 3.2 Phương pháp tạo lớp phủ trên bề mặt vật liệu: Có 5 phương pháp chính để tạo lớp phủ trên... ĂN MÒN Bảo vệ điện hóa kim loại gồm: bảo vệ anot và bảo vệ catot 9. 4 Bảo vệ anot: Chỉ áp dụng được cho các kim loại dễ bị thụ động * Nguyên lý bảo vệ anot là áp đặt dòng điện 1 chiều bên ngoài lên kim loại, để dịch chuyển điện thế anot của kim loại về phía giá trị rất dương, sao cho điện thế anot của kim loại phải nằm trong miền thụ động, nghĩa là: Etđ < Eanot < Eqtđ • Khi kim loại nằm trong miền thụ... Do đó, protector sẽ bị ăn mòn nhanh hơn, còn thép sẽ không bị ăn mòn - Phản ứng trên anot (protector): Mg2+ + 2e- Al  Al3+ + 3e- Zn  - Phản ứng trên catot thép : Mg  Zn2+ + 2e- O2 + 2H2O + 4e-  4 OH- Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN b) Các yêu cầu cơ bản đối với vật liệu làm protector: • Protector phải có điện thế âm hơn điện thế của kim loại cần bảo vệ [Điện thế của thép... MÒN 9. 5.1 Bảo vệ catot bằng protector Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN * Khi nối thép cần bảo vệ với protector (bằng cách hàn, đinh tán, ghép nối bằng bu lông), sẽ có dòng điện tử di chuyển từ protector sang thép, làm cho điện thế của thép dịch về phía giá trị âm hơn và dần ổn định ở giá trị điện thế âm hơn điện thế cân bằng của sắt (Ecb Fe2+ /Fe ) Như vậy là đã tạo thành pin ăn mòn, ... MÒN Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9. 5 Bảo vệ catot được dùng rộng rãi để bảo vệ thép carbon khỏi bị ăn mòn điện hóa trong các dung dịch nước pH≥ 7 *Thép nhúng trong dung dịch điện ly ở trạng thái cân bằng động: Fe ↔ Fe2+ + 2e- (Ecb Fe2+ /Fe = - 0,44V) Nếu ta đưa vào tấm thép một dòng điện tử liên tục từ bên ngoài vào , tức là chuyển dịch điện thế kim loại về phía giá trị âm hơn... (kim loại chứa các chất rắn phân tán) • Các lớp mạ điện bao gồm:- Lớp mạ đơn: Zn, Ni, Sn, Pb, Cu, Cr, Cd, Ag, Pt, Au - Lớp mạ hợp kim: Cu-Zn, Cu-Sn, Pb-Sn, Sn-Ni, Ni-Co, Ni-Cr, Ni-Fe - Lớp mạ composite: PTFE,Al2O3, WC, SiC,,Cr3C2, kim cương, graphite  Lớp mạ bảo vệ  Lớp mạ trang trí  Lớp mạ trang trí bảo vệ PHÂN LOẠI LỚP MẠ c) Phân loại lớp mạ theo mục đích sử dụng: - Lớp mạ bảo vệ nền khỏi ăn mòn; ... mạ (tăng độ dẫn điện ) Ví dụ: MẠ KẼM Thành phần dung dịch mạ kẽm sunfat: (Cung cấp Zn2+ ) ZnSO4.7H2O (Tăng độ dẫn điện) Na2SO4.10H2O (Ổn định pH) KAl(SO4)2.12H2O (Chất hoạt động bề mặt) Dextrin vàng Độ pH = 3,5- 4,5  Anot là tấm kẽm tinh khiết Mật độ dòng catot Ik = Nhiệt độ điện phân: 20-35o C 4A/dm2 300g/l 100g/l 60g/l 10g/l Chương IX CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Bảo vệ điện... Lớp mạ trang trí; - Lớp mạ bảo vệ - trang trí (phổ biến nhất) d) Phân loại lớp mạ theo bản chất điện hóa đối với thép: Lớp mạ anot có điện thế ÂM hơn sắt Al, Zn Che phủ + bảo vệ điện hóa thép Lớp mạ catot có điện Nền thế DƯƠNG hơn sắt Fe Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Pt, Au Che phủ thép PHÂN LOẠI LỚP MẠ Nếu lớp mạ có lỗ xốp chứa nước và khí oxy thì sẽ tạo thành pin ăn mòn Ví dụ: Pin ăn mòn (-)Zn/ H2O,O2/Fe(+) - . ở ăn mòn nhiệt độ cao, có thể bị hỏng do ăn mòn pitting. • Không có loại vật liệu nào là bền vững đối với tất cả các loại ăn mòn. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN 9. 3. về phương diện vật lý, bị nứt và phân lớp. • Phương pháp tạo lớp hàng rào rẻ tiền và dễ áp dụng. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM. Chương IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN Có 6 phương pháp kiểm soát ăn mòn kim loại là: • Thiết kế tránh ăn mòn; • Lựa chọn vật liệu thích hợp