Các phương pháp bảo vệ tôn khỏi sự ăn mòn

Trang 1

Các phương pháp bảo vệ

tôn khỏi sự ăn mòn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ SỞ

BỘ MÔN ĂN MÒN KIM LOẠI TIỂU LUẬN

Trang 2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

Chương 1: Tổng quan về ăn mòn và bảo vệ kim loại

Chương 2: Nguyên liệu sản xuất tôn

Chương 3: Bảo vệ tôn khỏi bị ăn mòn bằng phương pháp sơn

Chương 4: Bảo vệ tôn bằng phương pháp

mạ kẽm

Chương 5: Một số hình ảnh của tôn mạ kẽm

Trang 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI

1.1 Khái niệm về sự ăn mòn kim loại.

• Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học hoặc điện hóa của kim loại với

môi trường xung quanh gọi là sự ăn mòn kim

loại.

• Kết quả là kim loại sẽ bị oxi hóa thành các ion dương và sẽ mất đi những tính chất quý báu của kim loại.

M – ne = Mn+

Trang 4

1.2 Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại.

• Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại, người

ta có thể phân loại ăn mòn theo nhiều cách khác nhau Có người phân loại ăn mòn ở nhiệt độ cao

và ở nhiệt độ thấp, có người phân loại ăn mòn khô và ăn mòn ướt Trong bài tiểu luận này, chúng tôi phân loại ăn mòn theo cơ chế phản ứng và sự ăn mòn kim loại được chia làm hai loại chính:

Trang 5

a Ăn mòn hóa học.

• Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao.

• Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện (không có các điện cực) và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh.

Trang 6

• Sự ăn mòn hóa học thường xảy ra ở các thiết

bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao

trường chứa chất xâm thực như : S2, O2, Cl2 ,

Trang 7

Ví dụ:

• Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng

b Ăn mòn điện hóa.

• Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện

Ví dụ: phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt

2 3

Trang 8

trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm

Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm Trong nhất

Các điều kiện ăn mòn điện hóa.

- Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hóa học ( xêmentit Fe3C ) Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn

- Các điện cực phải tiếp xúc với nhau ( hoặc trực tiếp

Trang 9

- Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li.

Cơ chế ăn mòn điện hóa

• Sự ăn mòn điện hóa của kim loại gồm 3 quá trình cơ bản :

Trang 11

Vùng kim loại bị hòa tan đóng vai trò cực dương ( + ) Anot, vùng kia đóng vai trò cực âm ( -) catot.

Ta có thể tóm tắt quá trình trên bằng sơ đồ sau (lấy sự ăn mòn của Zn trong dung dịch H2SO4 làm ví dụ)

Trang 12

1.3 Tốc độ ăn mòn kim loại:

Tốc độ ăn mòn có thể đo bằng các đại lượng sau :

m

m P

.

2

1 



Trang 13

t: thời gian (s)

• Độ thâm nhập P : Tính bằng chiều sâu trung bình kim loại bị ăn mòn trong một năm

Trong đó, G : lượng vật liệu bị ăn mòn (g/m2.h)

 : khối lượng riêng của kim loại (kg / m3)

Trang 14

1.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn.

Ảnh hưởng của bản chất kim loại.

Tính chống ăn mòn kim loại liên quan đến điện thế tiêu chuẩn, hoạt độ hóa học của kim loại Điện thế tiêu chuẩn của kim loại càng âm thì hoạt độ hóa học càng cao, kim loại càng dễ bị ăn mòn Tuy nhiên có những kim loại (như Crom, Niken), điện thế tiêu chuẩn âm, hoạt độ hóa học cao nhưng tính bền ăn mòn tốt Đó là do trên bề mặt hình thành lớp màng oxi hóa kín, rất mỏng, có thể bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn Như vậy gọi là sự thụ động

Trang 15

Tính chống gỉ của kim loại còn liên quan đến hàm lượng tạp chất và độ bóng của nó Tạp chất của kim loại càng nhiều tính chống gỉ của nó càng kém Độ bóng kim loại càng cao, tính chống gỉ càng tốt.

Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới sự ăn mòn Nhiệt độ càng cao, hoạt độ hóa học của kim loại và dung dịch tăng, do đó làm tăng sự ăn mòn

Trang 16

Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn.

Tính chống gỉ của nguyên liệu có quan hệ trực tiếp tới môi trường ăn mòn Trong những môi trường khác nhau, tính ổn định của kim loại cũng khác nhau

Ví dụ: Vàng ổn định trong nhiều dung dịch nhưng bị ăn

mòn trong nước cường toan

Trang 17

1.5 Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn.

a Cách li kim loại với môi trường.

Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ ngoài mặt những vật bằng kim loại Những chất phủ ngoài thường dùng là:

- Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, men, hợp chất polime

- Một số kim loại như Crom, niken, đồng, kẽm, thiếc ( phương pháp tráng hoặc mạ điện )

Trang 18

- Một số hợp chất hóa học bền vững như oxit kim

loại, photphat kim loại ( phương pháp tạo màng )

b Dùng hợp kim chống gỉ ( hợp kim inôc ).

Chế tạo những hợp ki không gỉ như Fe - Cr - Ni

trong môi trường không khí, môi trường hóa chất

Trang 19

d Dùng phương pháp điện hóa.

Người ta nối kim loại này với kim loại khác có tính khử mạnh hơn

Trang 20

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LiỆU SẢN XUẤT TÔN

2.1 Khái quát về vật liệu.

- Cấu tạo:

Tôn là hợp kim của sắt ( Fe ) và cacbon ( C ) trong đó hàm lượng cacbon <6.62% và nhiều nguyên tố hóa học khác, đó là các tạp chất thường có như: Mn, Si, P,S,… Tôn được sản xuất ở dạng tấm mỏng, nhẹ với độ dày từ 0.1-0.5 mm, chiều rộng 1-2 m, chiều dài 4 -10m, và khối lượng từ 1.1- 4.82 kg/m 2

Tôn được dung để che chắn hoặc chủ yếu là dùng để lợp nhà, nhà xưởng công ty

Trang 21

2.2 Tác nhân gây ăn mòn:

Tôn là vật liệu tiếp xúc trực tiếp với môi trường xung quanh nên chịu ảng hưởng của những nhân tố sau:

Trang 22

Tùy thuộc vào tác nhân gây ăn mòn mà tôn bị ăn mòn với những cường độ khác nhau Nhẹ nhất là tôn bị mỏng

đi, kế đến là bị bong tróc từng mảng và nặng nhất là bị lủng thổ

Trang 23

Ở catốt: các ion hidro của dung dịch điện li chuyển đến

cực dương, tại đây chúng bị khử thành hidro tự do, sau

đó thoát ra khỏi dung dịch điện li:

Từ những cơ sở trên ta sẽ đưa ra được các biện pháp bảo

vệ tôn trước môi trường nước mưa và sương muối

Trang 24

3.1 Mục đích:

Bảo vệ bề mặt sản phẩm, màng sơn mỏng hình thanh trên bề mặt tôn cách li tôn với môi trường như: nước, ánh sang, không khí… bảo vệ tôn khỏi bị ăn mòn

3.2.Khái niệm:

Sơn là huyền phù của các hạt màu (oxit kim loại hay muối kim loại) trong chất kết dính hữu cơ, ngoài ra còn thêm vào đó các dung môi và các chất pha loãng Chất kết dính hữu cơ tạo nên trên bề mặt kim loại cần bảo vệ một màng rắn liên tục

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ TÔN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SƠN

Trang 25

3.3 Thành phần của sơn.

Sơn bao gồm hai pha: lỏng và rắn

• Pha lỏng.

Pha lỏng gồm dung môi, phụ gia và chất kết dính

- Dung môi: Để hòa tan chất kết dính Trong quá trình sấy khô dung môi bay đi Những dung môi sôi ở trên

250oC không bị bay hơi gọi là chất hóa dẻo Chúng làm cho màng sơn dẻo hơn

- Phụ gia: là những chất cho thêm một lượng nhỏ vào chất kết dính để cải thiện tính chất của nó

Trang 26

+ Chất tăng nhanh quá trình khô (làm cho sơn mau khô) do tăng nhanh sự oxy hóa chất kết dính Những chất thường dùng là các muối của các kim loại như

+ Chất phân tán có nhiệm vụ đuổi nước khỏi bề mặt sắc

tố (pigment), tăng cường sự bám dính của màng sơn

Trang 27

+ Chất chống lắng.

+ Chất trừ sâu, hà, dầu

- Chất kết dính: Chất kết dính đóng rắn do bị oxy hóa

trong môi trường không khí bao quanh bao gồm:

+ Sơn dầu thừơng là các loại dầu thực vật như dầu lanh, dầu tùng, dầu đậu tương… cúng sẽ bị oxy hóa trong môi trường không khí bao quanh và tự đóng rắn

+ Nhựa ankyt là este của diaxit với rượu đa chức

Ví dụ: axit phtalic COOH – C2H4 – COOH

và glyxerin CH2OH – CHOH – CH2OH

Trang 28

- Chất kết dính đóng rắn do bốc hơi dung môi bao gồm:+ Sơn acrylic

Axit acrylic (CH2 = CH – COOH) và metarylic (CH2 = C(CH3)COOH) và các este của chúng đều có thể

polymer hóa thành nhựa nhiệt dẻo mạch dài polymetyl metacrylat

Trang 29

+ Cao su clo hóa điều chế bằng tác dụng của clo với cao

CH2 CH OH OH CH CH2

O O

Trang 30

Isoxianat Polyol Uretan

Trang 31

Uretan lại bị polyme hóa và liên kết chéo thành polyuretan.

Ngoài ra còn một số nhựa khác như ure-fomaldehyt, melamin formal-dehyt, silicon…

Pha rắn gồm sắc tố (pigment) và chất độn.

+ Sắc tố được đặc trưng bởi màu sắc, độ hạt, tốc độ lắng,

độ đục, sự hòa tan trong nước và chất hữu cơ

+ Sắc tố có nhiều loại:

Sắc tố chống ăn mòn gồm bột kẽm, bột chì, Pb3O4, ZnCrO4

Trang 32

+ Sắc tố gia cố để có lớp phủ dày và giảm thấm nước gồm ZnO, TiO2, Fe2O3, graphit.

 Chất độn: Thường dùng là SiO2, SbSO4, bột talc, amiăng, mica, CaCO3.

3.4 Sơ đồ quy trình phủ sơn trên tôn:

Trang 33

Trang 34

• Xử lí bề mặt trước khi sơn

+ Muốn lớp sơn bám chắc trên kim loại thì phải chuẩn

bị tốt bề mặt của nó Có nhiều nhiều cách để chuẩn bị

bề mặt trước khi sơn như dùng dung môi, chải, đánh giấy ráp, phun cát…

+ Ngoài ra trước khi sơn còn phosphat hóa hoặc cromat hóa để tạo lớp nền cho sơn bám dính tốt

• Chọn sơn

+ Tùy thuộc vào mội trường và điều kiện làm việc mà người ta sẽ chọn các loại sơn với mục đích sử dụng

Trang 35

 Pha sơn

+ Tiến hành pha sơn với dung môi là các chất bay hơi nhanh, giá rẻ, tùy theo dung môi và loại sơn mà ta pha ở các tỉ lệ khác nhau có thể là 1/5 đến 1/10

 Sơn lần 1 (sơn lót)

+ Sơn lót là lớp sơn đầu tiên trực tiếp phun lên bề mặt sản phẩm với mục đích tạo nên lớp màng sơn bám chắc với kim loại nền, tạo điều kiện cho lớp sơn thứ hai dính kết

Những điều kiện lý tưởng của lớp sơn lót là:

Trang 36

+ Có độ bám chắc, tính dẻo tốt

+ Có tính ổn định cao trong khí quyển

+ Không thấm nước và hơi nước

Trang 37

 Sấy khô màng sơn

Quá trình biến đổi hóa học và vật lý làm cho màng sơn thành màng rắn cứng gọi là sấy khô

Nhiệt độ xấy thường từ 50 đến 120oC

+ Dễ phủ, rẻ tiền, dễ khôi phục chỗ bị hư hỏng

+ Có thể kết hợp với các phương pháp bảo vệ khác

Trang 38

+ Hiệu suất cao, gia công thuận tiện

+ Có thể sơn các sản phẩm có diện tích lớn, khô nhanh, màng sơn phân bố đồng đều, bằng phẳng, bóng

 Nhược điểm

+ Không chịu được nhiệt độ cao quá 200OC

+ Kém bền trong môi trường nước

+ Độ bền cơ học kém

Trang 39

CHƯƠNG 4: BẢO VỆ TÔN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẠ KẼM

4.1 Mục đích

Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, người ta dung

nhiều phương pháp khác nhau.Nhưng phương pháp mạ

kẽm (Zn) còn gọi là lớp mạ anôt được sử dụng phổ biến

và rộng rãi nhất

Lớp mạ anôt nếu kim loại được mạ có điện thế âm

hơn so với kim loại nền

4.2 Giới thiệu chung về kẽm và mạ kẽm

+ Kẽm là kim loại óng ánh, màu trắng hơi xanh lam

+ Trọng lượng riêng: 7,14 N/m3

+ Nguyên tử lượng: 65,37 đvC

Trang 40

+ Điện thế tiêu chuẩn: 0,76 V

+ Đương lựơng điện hóa: 1,22 g/Ampe

+ Nhiệt độ nóng chảy: 419,44oC

+ Kẽm có tính giòn, tương đối cứng, đặc biệt khi tăng

nhiệt độ đến 100-150oC có tính dẻo tốt, có thể gia

công dập, nhưng khi gia nhiệt đến 250oC thì giòn, có

lớp bột, nhiệt độ càng cao thì thành lớp kẽm oxit dạng

bột càng nhiều

+ Điện thế tiêu chuẩn của kẽm tương đối âm, đối với sắt

thép kẽm là lớp mạ Anôt Vì vậy trong công

Trang 41

nghiệp, kẽm được dùng phổ biến để tạo lớp bảo vệ

kim loại khỏi sự ăn mòn

+ Độ tinh khiết của lớp mạ kẽm cao, có cấu trúc đồng

đều, do đó có tính ổn định hóa học cao Tính đàn hồi

của lớp mạ tốt sau khi bị uốn kéo Tuy nhiên độcứng

thấp, độ bóng kém, trong không khí dễ sinh thành

muối kẽm cacbonat có tính kiềm nên dễ bị mờ Để bề

mặt kẽm luôn sáng đẹp, sau khi mạ người ta đem sơn,

phôtsphat hóa hay thụ động hóa… làm tăng độ bền

của lớp mạ

Trang 42

+ Kẽm là kimloại thông dụng để bảo vệ sắt thép và hợp

kim của chúng, sản phẩm mạ kẽm được dùng cho các

công trình xây dựng: các tấm tôn lợp, đường dây điện

thoại, đường sắt, các ống nước, cống nước, các thiết

bị dặt ngoài trời Trong môi trường xâm thực, lớp mạ

kẽm phải dày Trong điều kiện bình thường yêu cầu

độ dày lớp mạ là 15m Trong điều kiện ăn mòn

mạnh, độ dày lớp mạ tối thiểu là 30m

Trang 43

Rất độc, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

• Thành phần của dung dịch mạ kẽm xianua

Trang 44

Trang 45

• Pha chế dung dịch

Dung dịch mạ kẽm xianua pha bằng các hóa chất

ZnO hoặc Zn(OH)2 cho tác dụng với NaCN Phản

ứng của chúng như sau:

2ZnO + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2

2Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + Na2ZnO2 + 2H2O

Pha chế dung dịch mạ kẽm xianua trong điều kiện có

quạt hút Quá trình pha chế như sau:

+ Hòa tan NaCN và NaOH trong thùng mạ có thể tích

nước bằng ½ thể tích thùng mạ

Trang 46

+ Cho nước vào ZnO đã tính toán, khuấy thành dạng hồ

đặc, vừa khuấy vừa cho vào thùng mạ cho đến khi tan

hoàn toàn

+ Cho glixerin và Na2S đã hòa tan vào trong thùng,

khuấy đều, cho nước đến mức quy định

Các chất phụ gia khác cho vào theo bảng thuyết minh

b Dung dịch mạ kẽm zincat

• Đặc điểm công nghệ

Dung dịch mạ kẽm zincat thành phần đơn giản, sử

Trang 47

biến màu Dung dịch mạ ít ăn mòn thiết bị, có thể

dùng thiết bị mạ kẽm xianua sẵn có, thiết bị xử lý

nước thải, đơn giản Nhưng khả năng phân bố của

dung dịch này kém hơn dung dịch xianua, hiệu suất

dòng điện giảm (70-85%) Khi mạ quá độ dòng quy

định, độ giòn tăng lên

• Thành phần của dung dịch mạ kẽm zincat

Trang 48

Hàm lượng (g/l) 1 2 3 4 ZnO (g/l) 8-15 10-12 10-15 10-15 NaOH (g/l) 80-120 100-120 100-150 100-150 Chất phụ gia DE

(ml/l)

5-6 hoặc OPE – III Chất phụ gia DPE – II

Trang 49

c Dung dịch mạ kẽm muối amon

• Đặc điểm công nghệ

Dung dịch mạ kẽm muối amon được lớp mạ kết tinh

mịn, bóng, hiệu suất dòng điện cao, tốc độ kết tủa

nhanh Dung dịch mạ kẽm muối amon có mấy loại,

chúng khác nhau ở khả năng phân bố Dung dịch

NH4Cl- N(CH2COOH)3 khả năng phân bố tốt nhất,

dung dịch NH4Cl- C6H8O7 khả năng phân bố trung

bình, dung dịch NH4Cl, khả năng phân bố kém Vì

vậy dung dịch NH4Cl để mạ những chi tiết đơn giản,

dung dịch NH Cl- N(CH COOH)

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	644,42 KB