BÀI GIẢNG hóa TRONG ĐÓNG tàu

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ SƠN Công dụng sơn Sơn hợp chất hóa học bao gồm: nhựa dầu chưng luyện, có chất màu chất màu Khi sơn lên bề mặt sản phẩm ta lớp màng mỏng bám bề mặt có tác dụng cách ly với môi trường khí quyển, bảo vệ làm đẹp sản phẩm Sơn có nhiều loại có tác dụng khác nhau, chủ yếu là: 1.1 Tác dụng bảo vệ Trong sống ngày, thường sử dụng loại dụng cụ, thiết bị làm kim loại, gỗ chất dẻo Vật liệu kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn, nước không khí bị ôxi hóa ăn mòn, đặc biệt môi trường vùng biển kim loại bị ăn mòn nghiêm trọng Theo số thống kê số nước, ăn mòn năm làm tổn hại từ đến % tổng sản lượng kinh tế quốc dân (GDP) Kết tạo nên lãng phí lớn đến tài nguyên quốc gia làm cho môi trường tự nhiên bị ô nhiễm nghiêm trọng Để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn thường dùng phương pháp sơn, lớp sơn lớp bảo vệ có hiệu nhiều lĩnh vực đặc biệt công trình kiến trúc lớn Ví dụ, thiết bị môi trường vùng biển, lớp sơn, tuổi thọ vài năm, bảo vệ lớp sơn chống ăn mòn lâu dài định kỳ sơn, tuổi thọ sử dụng kéo dài 30 đến 50 năm, chí đến 100 năm Gỗ chất dẻo hai loại nguyên liệu sử dụng rộng rãi, gỗ thường bị mục nát môi trường khí ẩm vi sinh vật, chất dẻo thường bị lão hóa nhiệt ánh sáng, gỗ chất dẻo bảo vệ lớp sơn 1.2 Tác dụng trang trí Lớp sơn tạo nên nhiều màu sắc khác nhau, đồng thời tạo bề mặt bóng, phẳng, lớp sơn mỹ thuật có dạng vân búa, nhăn, rạn, có tác dụng trang trí đẹp làm thay đổi cảnh quan, người ưa thích 1.3 Tác dụng dẫn Sơn có nhiều loại màu xanh, đỏ, tím, vàng dùng quản lý giao thông, đường ống thiết bị hóa chất, thiết bị khí đặc biệt có tác dụng dẫn đề phòng nguy hiểm, tai nạn 1.4 Tác dụng đặc biệt Ngoài tác dụng trên, sơn nhiều công đặc biệt: a) Công lực: sơn chịu mài mòn, sơn trơn, giảm ma sát b) Công nhiệt: sơn thị nhiệt, sơn chịu nhiệt độ, sơn chống lửa c) Công từ: sơn dẫn điện, sơn tĩnh điện dẫn điện, sơn hấp thụ từ d) Công quang: sơn phát sáng, sơn phản quang e) Công sinh vật: sơn chống hà, sơn chống mốc i) Công hóa học: sơn chịu axit, chịu kiềm, hóa chất Những công đặc biệt sơn làm tăng cường tính mở rộng phạm vi sử dụng, yêu cầu sơn kỹ thuật sơn ngày cao Quá trình phát triển sơn kỹ thuật sơn Sơn có từ hàng nghìn năm trước, từ thuở ban đầu, sơn làm từ dầu thực vật, sơn ta, cánh kiến pha chế sơn màu từ nhựa thiên nhiên với bột màu thiên nhiên Do nên tính năng, phạm vi sử dụng phương pháp gia công bị hạn chế Sự phát triển mạnh công nghiệp dầu mỏ thể kỷ XX tạo nên nhiều loại nhựa tổng hợp có tính ưu việt, sản xuất sơn như: sơn phenol formandehit; sơn nitroxenlulo; sơn ankyd Trong 60 năm trở lại đây, loại sơn cao cấp công nghiệp dùng sơn từ nhựa tổng hợp như: nhựa gốc amin, nhựa acrylat, nhựa poliurethan, nhựa epoxi Sơn sản phẩm quan trọng hóa học, có giá trị cao, lợi nhuận cao, đầu tư ít, có nhiều tính năng, phạm vi sử dụng rộng, công nghiệp sơn phát triển nhanh, tính cạnh tranh khốc liệt Hiện nay, sơn đại có độ phức tạp tính cạnh tranh cao, đặc biệt có nhiều công đòi hỏi phải có đội ngũ khoa học kỹ thuật giỏi, tầm hiểu biết rộng, tập trung nghiên cứu sản phẩm có kỹ thuật, chất lượng cao, phục vụ cho kinh tế quốc dân Gia công sơn từ phương pháp thủ công phun, nhúng, sơn dội, sơn trục lăn bước sang phương pháp sản xuất công nghiệp có hiệu cao, với kỹ thuật gia công mới, đại như: sơn tĩnh điện, sơn cao áp không khí, sơn bột, sơn điện di, sơn tự di chuyển Gia công loại sơn có hàm lượng chất rắn thấp dùng nhiều dung môi, độ bay cao làm ô nhiễm môi trường Vì vậy, yêu cầu phải dùng sơn có hàm lượng chất rắn cao 60% để gia công Các loại sơn đại, cần có kỹ thuật gia công đại, tức phải có lớp sơn tối ưu việt thân thiện với môi trường Quá trình phát triển loại sơn gia công xem bảng 1.1 Bảng 1.1 Quá trình phát triển sơn kỹ thuật gia công kỷ XX Niên đại Niên đại 50 kỷ XX Các loại sơn chủ yếu Sơn nitro xenlulo, sơn ankyd, sơn bitum Niên đại 60- Sơn gốc anin, sơn acrylat, 70 kỷ sơn sấy epoxi, sơn điện di XX anốt, sơn bột Sơn dung môi, Niên đại 80 sơn bề mặt chất rắn cao, kỷ XX sơn điện di catốt, sơn nhúng nước Sơn lớp trung gian, sơn Niên đại 90 lót tính nước sơn kỷ XX quang tính nước, sơn bóng chất rắn cao Thí nghiệm Phương pháp gia công Phun sơn thủ công, nhúng Sơn tĩnh điện, sơn điện di anốt, gia công sơn bột Đặc điểm Hiệu suất thấp, nguy hiểm, môi trường ô nhiễm An toàn, hiệu suất cao, ô nhiễm thấp Sơn điện di catốt, sơn tự động, sơn sấy quang, sơn cuộn Tốt, hiệu suất cao, an toàn, ô nhiễm thấp Sơn tĩnh điện, tĩnh nước, sơn điện di catốt dày Chất thải phù hợp với tiêu chuẩn Sơn bề mặt tính nước, sơn Sơn tĩnh điện màng bóng bột mỏng Chất thải phù hợp với tiêu chuẩn Thành phần sơn Thành phần sơn gồm: chất tạo màng chủ yếu, chất tạo màng thứ yếu chất phụ trợ tạo màng 3.1 Chất tạo màng chủ yếu Chất tạo màng chủ yếu bao gồm: dầu khô bán khô; nhựa thiên nhiên; nhựa tổng hợp Nó thành phần chủ yếu sơn, định tính chất màng sơn, thường gọi sơn gốc Nhựa tổng hợp có nhiều loại, quy mô sản xuất công nghiệp lớn, tính tốt, sở sơn đại Nhựa tổng hợp bao gồm loại sau: nhựa phenol formaldehit, nhựa ankyd, nhựa epoxi, nhựa gốc anin, nhựa acrylat, nhựa polieste, nhựa poliurethan, nhựa gốc clovinyl, nhựa gốc vinyl Những loại nhựa pha chế thành sơn để đáp ứng nhu cầu sử dụng người lĩnh vực như: chống gỉ, chịu khí hậu, sơn cao cấp, sơn thường Ví dụ: - Nhựa phenol formaldehit, nhựa epoxi, nhựa poliurethan dùng để pha sơn chống gỉ - Nhựa ankyd, nhựa gốc amin, nhựa acrylat, nhựa poliurethan dùng để pha sơn trang trí chất lượng tốt - Nhựa polieste dùng để pha sơn công nghiệp - Nhựa Flo – carbon loại nhựa sơn dùng để pha sơn bền lâu dài 3.2 Chất tạo màng thứ yếu Chất tạo màng thứ yếu bao gồm: bột màu, chất phụ gia công Bản thân chúng hình thành màng sơn chúng tham gia với chất tạo màng chủ yếu làm cho màng sơn có màu sắc có công đó, làm thay đổi tính chất vật lý màng sơn * Bột màu bao gồm: bột: màu chống gỉ, bột độn chất nhuộm màu - Bột màu chống gỉ gồm: a1: Bột màu chống gỉ hệ chì, ví dụ: Pb3O4, PbSO4 a2: Bột màu chống gỉ hệ crôm, ví dụ: ZnCrO4, SrCrO4 a3: Bột màu chống gỉ hệ muối phốt phát, ví dụ: Zn 3(PO4)2, Zn3(PO3)2, Ca3(PO3)2, Zn2Ca(PO3)2 a4: Bột màu chống gỉ hệ canxi silic a5: Bột màu chống gỉ hệ muối molipđen a6: ZnO a7: Ba(BO2)2 a8: Fe2O3, Fe2O3.H2O, bột nhôm a9: Bột kẽm Từ a1 đến a7 bột màu chống gỉ hoạt tính, chúng kết hợp với nhựa tạo nên kim loại xà phòng hóa hình thành màng thụ động kim loại Trong đó, từ a1 đến a2 chất hoạt tính cao, chống gỉ tốt kim loại chì crôm độc, sử dụng hạn chế Từ a3 đến a7 bột màu gỉ, hoạt tính thấp, tính chống gỉ Nếu dùng muối kiềm mịn nâng cao biên độ chống gỉ Trong muối phốtphát bột màu chống gỉ thụ động anốt Muối molipđen dùng chủ yếu hệ sơn nước, để bảo đảm tính ổn định sơn nước nên dùng bột màu chống gỉ có độ hòa tan thấp Loại a8 sử dụng với hàm lượng cao có tác dụng che phủ, cách ly màng sơn với môi trường ăn mòn Bột kẽm hàm lượng cao màng sơn có tác dụng bảo vệ catốt - Bột độn chất dạng bột không màu, tác dụng che phủ nhuộm màu, dùng để giảm giá thành sơn, ví dụ BaSO 4, bột tan, CaCO3… chúng giống bột màu chống gỉ, chất vô cơ, nâng cao tính khí, vật lý màng sơn, cải thiện tính lưu động, làm phẳng, làm tăng tính thẩm thấu độ bóng màng sơn Tác dụng chúng tùy theo loại chất, SiO 2, Al2O3… dùng cho sơn chịu mài mòn, bột độn nanô nâng cao tính khí màng sơn - Chất nhuộm màu chất có độ che phủ tốt, chịu ánh sáng, chịu nhiệt độ, chịu dung môi, chất nhuộm màu hữu có nhiều ưu điểm như: Màu đẹp, bóng, tính ổn định hóa học cao chất nhuộm màu hữu chiếm địa vị quan trọng màu đỏ, vàng, xanh da trời, xanh lục, tím Chất nhuộm màu vô giá thành thấp, độ che phủ cao, tính khí tốt, chịu ánh sáng, chịu nhiệt tốt, tính ổn định cao nên dùng sơn màu; Nếu sử dụng với chất nhuộm màu hữu tính tốt Trong sơn màu trắng màu đen, chất nhuộm màu vô chiếm địa vị độc tôn – chất nhuộm màu hữu thay hai loại chất vô bột cacbon bột TiO2 màu trắng 3.3 Chất tạo màng phụ trợ Chất tạo màng phụ trợ bao gồm: chất làm loãng chất phụ trợ * Chất làm loãng bao gồm: dung môi, phi dung môi trợ dung môi Dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định, phương pháp gia công chất lượng màng sơn Chọn dung môi để điều chỉnh độ nhớt sơn thích hợp phải tương ứng với phương pháp gia công, có tốc độ bay định, độ làm khô màng sơn thích hợp, hình thành màng sơn lý tưởng, nâng cao tính thấm ướt màng sơn với bề mặt sản phẩm, tăng độ bám màng sơn, tránh vết nhăn, châm kim biến trắng, bóng Dung môi sơn cần phải an toàn, không độc kinh tế Dung môi thường dùng xilen butyl axetat, butylic, (CH3)2CHCH2COCH3, C4H9OCH2CH2OH chúng có độ hòa tan độ bay thích hợp Dung môi có điểm sôi cao như: cyclohexanome, C4H9OCH2CH2OH, C2H5OCH2CH2OH, C2H5OCH2CHOHCH3 dùng để cải thiện tính phẳng màng sơn, có loại dùng đê tránh bọt khí sinh sấy 2000C Dung môi C2H5OCH2CH2OH, C4H9OCH2CH2OH… chất chống biến trắng sơn khô nhanh Chất trợ dung gồm có: chất xúc tác, chất ổn định, chất làm dẻo, chất làm trắng, chất chống đóng cục, chất tiêu bọt, chất nhũ hoa… Chúng dùng chủ yếu để cải thiện tính trình gia công, bảo quản trình tạo màng Chúng chất vô chất hữu Chúng có đặc điểm chung lượng sử dụng ít, tác dụng rõ rệt, nâng cao chất lượng màng sơn Các loại sơn Sơn có nhiều loại, loại có tính chất khác nhau, chế tạo sơn cần vào yêu cầu sử dụng điều kiện kinh tế để chọn nguyên vật liệu, pha chế hợp lý Căn vào yêu cầu sử dụng mà chọn loại sơn thích hợp Ví dụ, sơn trời nên chọn loại sơn chịu khí hậu khắc nghiệt sơn ôtô; sơn nhà chọn loại sơn rẻ đẹp sơn công nghiệp; cần trang trí đẹp dùng sơn mỹ thuật sơn nhát búa, sơn chun, sơn rạn thể vân hoa dùng sơn đồ gỗ Vì vậy, vào yêu cầu sử dụng, đối chiếu với công dụng, tính chất quy cách loại mà chọn loại sơn thích hợp Phân loại loại sơn nên lấy chất tạo màng làm sở Nếu chất tạo màng hỗn hợp nhựa, lấy loại nhựa định tạo thành màng làm sở Có thể phân 16 loại sơn; nhược điểm loại xem bảng 1.2 Bảng 1.2 Phân loại ưu, nhược điểm loại sơn STT Loại sơn Sơn dầu Sơn thiên nhiên Sơn phenol formaldehit Sơn bitum Sơn ankyd Sơn gốc amin Sơn gốc nitro Sơn nitro xenlulo Sơn clovinyl 10 Sơn vinyl 11 Sơn acrylat 12 Sơn poliester 13 Sơn epoxi 14 Sơn Poliurethan 15 Sơn silicon 16 Sơn cao su Ưu điểm Nhược điểm Chịu khí hậu tốt, dùng Khô chậm, tính khí nhà, trời thấp, mài, đánh bóng Khô nhanh Sơn gầy, cứng dễ Sơn gầy chịu khí hậu kém, sơn đánh bóng Sơn bóng dẻo, chịu béo đánh bóng khí hậu tốt Màng cứng, chịu nước, chịu ăn Dễ biến màu, màng sơn giòn mòn hóa học cách điện Chịu nước, chịu axit, cách điện Màu đen, chế tạo loại sơn màu, chịu ánh sáng yếu Chịu khí hậu tốt, bóng, bền Màng sơn mềm, chịu kiềm yếu Độ cứng cao, bóng, chịu nhiệt, Ở nhiệt độ cao đóng rắn, màng chịu kiềm, bám tốt sơn sấy giòn Khô nhanh, chịu dầu, chịu mài Dễ cháy, không chịu ánh sáng, mòn, chịu khí hậu tốt tia tử ngoại, không chịu nhiệt độ 600C Chịu khí hậu tốt, chịu ánh sáng, Bám yếu, đánh tia tử ngoại, có loại chịu kiềm bóng, mài, không chịu nhiệt độ 800C Chịu khí hậu tốt, chịu ăn mòn Chịu dung môi, chịu nhiệt hóa học, nước chịu dầu kém, không chịu ánh sáng Đàn hồi tốt, màu trắng, chịu mài Chịu dung môi mòn chịu ăn mòn hóa học Màng sơn không màu chịu Bám yếu nhiệt, chịu khí hậu tốt, bền màu, chịu ánh sáng, chịu ăn mòn hóa học Hàm lượng chất rắn cao, chịu Chịu ánh sáng yếu, để nhiệt, chịu mài mòn, cách điện trời dễ tạo bột Bám tốt, chịu kiềm, dai, Khi phun gặp ẩm dễ tạo bọt, cách điện màng sơn dễ tạo bột, biến vàng Chịu mài mòn tốt, chịu nước, Chịu xăng kém, có loại giòn chịu ăn mòn hóa học, cách điện, nhiệt Chịu nhiệt, bền không khí, Dễ biến màu, không chịu ánh không biến màu, cách điện, chịu sáng nước, khó lão hóa Chịu axit, kiềm, ăn mòn, nước chịu mài mòn Phân loại sản phẩm sơn công nghiệp Căn vào hoàn cảnh sử dụng, yêu cầu chất lượng mà phân loại sản phẩm sơn công nghiệp sau: - Sơn phương tiện giao thông vận tải như: xe ôtô, tàu hỏa kỹ thuật sơn đòi hỏi cao - Sơn tàu thuyền, giàn khoan: cần lớp sơn chống gỉ lâu dài - Sơn máy bay: cần lớp sơn chống gỉ tốt, chịu ánh sáng tia tử ngoại, chịu thay đổi nhiệt độ - Sơn sản phẩm công nghiệp nhẹ bao gồm: máy dùng nhà, yêu cầu có độ trang trí cao thích hợp với hoàn cảnh - Sơn máy tiện: cần lớp sơn bảo vệ trang trí, an toàn thao tác, thích hợp với chi tiết đúc - Sơn dụng cụ, thiết bị nhà: sơn đồ gỗ đặc trưng - Sơn cầu: cần lớp sơn bảo vệ chống ăn mòn lâu dài - Sơn kiến trúc: cần lớp sơn tường nhà bên trong, bên xi măng - Sơn cuộn, sơn tấp thép có màu theo đường thẳng Ngoài loại sơn công nghiệp có số nguyên liệu đặc biệt nên cần có công nghệ sơn đặc biệt Theo tính chất nguyên liệu phân số loại sau đây: - Sơn sắt thép; - Sơn lên mạ kẽm; - Sơn hợp kim nhôm; - Sơn chất dẻo; - Sơn gỗ; - Sơn xi măng Khi sơn lên nguyên liệu khác nhau, công nghệ xử lý trước sơn khác nhau, tính chống gỉ nguyên liệu khác nên sử dụng lọi sơn khác CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I Câu Hãy cho biết công dụng sơn Câu Nêu khái quát thành phần sơn Câu Căn vào yêu cầu sử dụng sơn, cho biết loại sơn phổ biến thường dùng 10 CHƯƠNG II XỬ LÝ BỀ MẶT TRƯỚC KHI SƠN Xử lí bề mặt trước sơn Các nguyên liệu sản phẩm trước sơn phải tiến hành công việc để làm phẳng, loại bỏ loại chất bẩn phủ lên lớp màng chuyển hóa hóa học gọi xử lý bề mặt trước sơn Kỹ thuật xử lý bề mặt trước sơn phận quan trọng kỹ thuật sơn, trình công nghệ, cần phải chọn chất tẩy rửa, chất điều chỉnh, chất phốtphát hóa, chất thụ động, chất oxy hóa… Những chất thành phần phức tạp, tính khác nhau, chọn không trình sử dụng khống chế quản lý không tốt dung dịch bể gây ảnh hưởng chất lượng lớp sơn, không tốt Tác dụng phương pháp xử lí bề mặt trước sơn 2.1 Tác dụng xử lý bề mặt trước sơn a) Nâng cao độ bám lớp sơn với bề mặt sản phẩm Trên bề mặt sản phẩm có dầu mỡ, chất bẩn, gỉ, oxy hóa, màng sơn cũ, làm cho màng sơn không bám với nguyên liệu nền, gây bong cố khác Có làm gỉ chất bẩn, độ bám lớp sơn không tốt Để nâng cao độ bám chắc, dùng phương pháp - Mài thô; - Phủ lớp màng hóa học; - Sơn chống ghỉ đặc biệt (sơn phốtphát hóa, sơn kẽm vàng, sơn tự điện di); - Tạo màng mỏng cứng b) Nâng cao lực bảo vệ chống gỉ kim loại Sau sắt thép bị gỉ, gỉ sắt hợp chất sắt không ổn định thâm nhập khuếch tán vào phía trong, phá hủy sản phẩm công bảo vệ Tuy sơn lên bề mặt xử lý chất lượng chống gỉ không tốt Nếu tiến hành tẩy gỉ, làm gỉ sau sơn nâng cao khả chống gỉ c) Nâng cao độ phẳng bề mặt kim loại Bề mặt vật đúc, mối hàn, gỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến bề màng sơn, cần phải phun cát, mài để loại bỏ Khi bề mặt thô, lớp sơn trang sức tối, không bóng, nói chung yêu cầu độ bóng bề mặt cấp – cấp 6, lớn cấp bề mặt bóng, độ bám không tốt, cần phải mài, làm thô Bề mặt chất dẻo phải dùng giấy ráp mài để nâng cao độ bám chắc, độ cứng chất dẻo thấp không chịu mài, dùng giấy ráp có độ hạt 400# màng sơn có vết mài nghiêm trọng Xe ô tô cần có bề mặt phẳng cao phải có công nghệ gia công quản lý tốt, dùng sơn điện catôt có độ phẳng cao 80% 11 2.2 Đặc điểm phương pháp xử lý bề mặt trước sơn Xử lý bề mặt trước sơn bao gồm: tẩy dầu, tẩy gỉ, phốtphát hóa, thụ động hóa… Đối với chất dẻo phi kim cần có phương pháp xử lý bề mặt đặc biệt a) Tẩy dầu - Tẩy dầu dung môi: chủ yếu tẩy dầu tricloetilen Hơi có khí độc nên phải tiến hành thiết bị kín, thông thường cần phối hợp với phốtphát Trong trình tẩy dầu hình thành màng phốt phát, tính chống gỉ màng tốt hơn, không cần rửa, tiết kiệm nước - Tẩy dầu chất tẩy rửa nước: Tẩy dầu chất tẩy rửa nước giá thành thấp, lực tầy dầu tốt, kinh tế, hiệu quả; dùng siêu âm để nâng cao hiệu tẩy dầu - Tẩy dầu dung dịch nhũ: Tẩy dầu mạnh, thời gian tẩy dầu ngắn, tẩy dầu xong có lớp màng mỏng - Tẩy dầu điện phân: Đầu tư thiết bị lớn, sau rửa bề mặt hoạt tính cao, không thích hợp sử dụng cách trước sơn b) Tẩy gỉ - Tẩy gỉ axit: chi phí thấp, hiệu suất cao, xưởng có axit ăn mòn thiết bị, hòa tan kim loại nhanh axit dư sản phẩm gây gỉ Tẩy hoạt hóa dây chuyền sản xuất thường dùng phương pháp - Tẩy gỉ điện phân: bề mặt bóng, phẳng, sử dụng yêu cầu độ xác cao - Tẩy gỉ kiềm: giá thành cao, hiệu suất thấp, sử dụng - Tẩy gỉ thủ công: Dùng bàn chải sắt, vải ráp, máy mài tay để gia công, dùng để tẩy gỉ cục bộ, tẩy gỉ không triệt để - Tẩy gỉ khí: Tiến hành phun cát, phun bi dùng sản xuất lớn, vật đúc gỉ nhiều cần phải tẩy gỉ tương đối triệt để c) Tạo màng hóa học - Xử lý phốt phát hóa: Tạo màng hóa học trước sơn cho sắt thép, mạ kẽm, hình thành màng phốtphát, có tác dụng làm chậm ăn mòn, nâng cao độ bám bảo vệ - Xử lý oxi hóa: Phân làm hai loại: oxi hóa hóa học ôxi hóa điện hóa Ôxi hóa điện hóa tạo màng oxi hóa bề mặt hợp kim nhôm, ôxi hóa hóa học axit crômic tạo màng ôxi hóa bề mặt hợp kim kẽm hợp kim nhôm Để nâng cao độ bám sơn bề mặt hợp kim nhôm dùng phương pháp tạo màng hóa học d) Xử lý bề mặt chất dẻo 12 Trong nhiều trường hợp, điều quan tâm lớn vùng mím nước, nơi thường xuyên xảy ăn mòn mãnh liệt May thay vùng dễ quan sát, tồn hai vùng sát nhau: vùng thủy triều tốc độ ăn mòn thấp, vùng mím nước tốc độ ăn mòn cao tạo thành pin ăn mòn chênh lệch nồng độ oxy hòa tan nước biển, vùng thủy triều giàu oxy catôt, vùng mím nước nghèo oxy anôt Tuy nhiên, chế tạo pin ăn mòn chưa hoàn toàn khẳng định độ hòa tan oxy nước biển thấp Ở nhiệt độ thường, độ hòa tan oxy nước biển đến ppm (trong nước độ hòa tan xấp xỉ vậy) Khi nước thủy triều xuống, vùng thủy triều vừa ngập nước hở không khí giữ lại bề mặt lớp nước mỏng, oxy khuếch tán qua lớp nước mỏng phản ứng với thép Khi nước thủy triều lên, vùng thủy triều lại ngập nước trở thành catôt, so với vùng mím nước luôn ngâm nước biển Như sản phẩm phản ứng oxy thép vùng thủy triều làm thụ động trình ăn mòn vùng Tuy nhiên ăn mòn mãnh liệt vùng mím nước thể rõ nét sau từ đến năm làm việc nước biển Với mẫu đứng độc lập, không nối ngắn mạch với vùng bị ăn mòn theo đặc tính vùng mà không tạo pin ăn mòn chung Cụ thể, vùng bắn tóe nước giàu oxy bị ăn mòn với tốc độ lớn Quá trình ăn mòn thép cacbon kết cấu nước biển chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác: nước có ô nhiểm hay không, nhiệt độ môi trường, độ chênh mức thủy triều lên xuống Một điều dễ nhận thấy vùng bắn tóe nước vùng mím nước có tốc độ ăn mòn lớn Vùng ăn mòn vùng thủy triều vùng đen Vùng bị ăn mòn mãnh liệt nằm mức thủy triều hạ khoảng 0,6 m (Vùng mím nước) cần bảo vệ catôt để chống ăn mòn Ăn mòn thép hợp kim nước biển Thép HSLA bền ăn mòn khí tốt thép cacbon, nước biển loại vật liệu bền ăn mòn? Thực tế cho thấy thép HSLA (đặc biệt loại có chứa Ni, Cu P) bền ăn mòn vùng khí vùng bắn tóe nước tốt thép cacbon Trong vùng thủy triều, vùng mím nước vùng đen độ bền ăn mòn hai loại thép tương đương Kết thử nghiệm sau năm, thép HSLA có 0,5Ni-0,5Cu-0,1P bền vùng hở khỏi nước biển, vùng ngập nước biển tốc độ ăn mòn 115 µm/năm Như nêu trên, thép chứa Mo (bảng 5.2) théo nitơ bền ăn mòn nước biển thép cacbon Ăn mòn nước lợ ( vùng cửa sông) Nước lợ có chứa muối không hoàn toàn giống nước biển Tùy đặc điểm nơi, nước lợ có độ mặn thấp lại chứa muối sunfat, phophat nitrat Độ mặn nước lợ từ 8.000 đến 24.000 ppm, nước biển khoảng 35.000 ppm 64 Thông thường độ mặn thấp tốc độ ăn mòn nhỏ, nhiên phải tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng khác như: nhiệt độ nước, độ ô nhiễm, xói mòn lớp oxit,… Tàu chạy cửa sông tốc độ dòng nước lơn, lớp oxit bị xói mòn đi, tốc độ ăn mòn nhanh nước biển tĩnh Ngoài có xói mòn lớp oxit tàu qua vùng cửa sông Sự xói mòn phụ thuộc vào lượng đất cát hòa tan nằm lơ lửng nước, phụ thuộc vào tạp chất theo nước, phụ thuộc vào độ mặn nước Một nghiên cứu độ mặn cửa sông thuộc Châu Mỹ cho thấy, thủy triều hạ, độ mặn cửa sông thấp ( 250 đến 300 ppm); thủy triều lên, độ mặn cao (650 ppm mặt 5650 ppm đáy) Sự thay đổi độ mặn tạo thành pin ăn mòn Các kết thống kê cho thấy xói mòn đất phù sa cửa sông làm lớp oxy bảo vệ bề mặt yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến tốc độ ăn mòn vùng cửa sông Cũng nước biển, kết cấu làm việc vùng nước lợ bị ăn mòn mạnh, vùng mím nước vùng ướt nước bắn tóe Các biện pháp chống ăn mòn cửa sông giống chống ăn mòn nước biển Chống ăn mòn môi trường nước biển • Phương pháp hữu hiệu dùng kết hợp sơn bảo vệ catôt Bảo vệ catôt protector phổ biến protector Al, Zl, protector Mg • Sử dụng thép HSLA thay cho thép cacbon thường • Dùng chất ức chế ăn mòn • Không dùng nhiều loại kim loại khác kết cấu để tránh tạo nên pin ăn mòn galvanic • Không sơn vào mặt két nước làm việc với ống dẫn đồng để tránh tạo pin ăn mòn lớp sơn CHƯƠNG VIII ĂN MÒN VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI ĂN MÒN VÀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU POLIME 1.1 Các khái niệm 65 Polime hợp chất có phân tử khối lớn nhiều đơn vị nhỏ (gọi mắt xích) liên kết với Theo hiệu ứng polime với nhiệt độ polime phân loại sau: Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn - Là loại nhựa nung nóng - Là hợp chất cao phân tử có đến nhiệt độ chảy mềm khả chuyển sang chảy hạ nhiệt độ trạng thái không gian đóng rắn lại, có khả tái chiều tác dụng sinh nhiều lần nhiệt phản ứng hóa học sau không nóng - Một số loại nhựa nhiệt dẻo: chảy hay hòa tan trở lại PE, PP, PS, nữa, khả polimetylmetaacrylat(PMMA), tái sinh polibutadien(PB), polietilen terephtalat(PET)… Vật liệu đàn hồi - Là loại nhựa có tính đàn hồi cao su - Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure fomandehit(UF), nhựa epoxy, phenol fomandehit (PF),nhựa melamin, polieste không no… Khác với kim loại, trình ăn mòn xảy chủ yếu trình điện hóa, ăn mòn phá hủy polime tác động vật lý hóa học môi trường, tác động vật lý hóa học có vai trò tương đương Có thể đơn cử số tượng ăn mòn như: lão hóa vật liệu polime tác dụng tia cực tím, tác dụng dung môi, nhiệt độ… Do chất liên kết phân tử polime liên kết van der Waals, với lượng liên kết nhỏ, liên kết dễ bị phá hủy tác động như: nhiệt, hóa học chùm tia lượng cao Tuy nhiên, có cấu trúc cao phân tử phức tạp, thành phần chủng loại đa dạng, chế phá hủy polime phức tạp kết nhiều nguyên nhân 1.2 Sự phân hủy nhiệt chế phân hủy nhiệt Độ bền nhiệt vật liệu polime thấp nhiều so với loại vật liệu khác Hai trường hợp giới hạn xảy phân hủy vật liệu polime nhiệt độ cao là: a) Sự phá hủy mang tính thống kê, mối liên kết bị bẻ gẫy theo quy luật xác định, ví dụ: • • ∼ CH2  CH  CH2 CH∼ → ∼CH2  CH + CH  CH ∼     R R R R Sự phá hủy nói chung gây nên giảm khối lượng phân tử làm giòn vật liệu 66 b) Sự khử trùng hợp, phân tử polime tạo thành nhờ liên kết đơn vị cấu tạo lại với Ở nhiệt độ cao mối liên kết ổn định, đầu mạch polime, chúng dễ bị phá hủy theo sơ đồ: CH3 CH3 CH3    • ∼ CH2  C  CH2  C ∼ → ∼ CH2  C    O=C O=C O=C    CH3  O O  CH3 CH3  O CH3  + • CH  C ∼ O=C   O  CH3 Trên thực tế trình phá vỡ phân tử polime nhiệt độ cao thường kết hợp hai chế Tỷ lệ polime tạo thành thay đổi từ đến 100% tùy theo polime Người ta thường quan sát thấy tạo thành oligome (loại monome đime ) Trong nhiều trường hợp người ta quan sát thấy hình thành cấu trúc graphit không bay Cần ý phân hủy xảy trạng thái rắn trạng thái lỏng trình tạo hình Sự phá hủy polime nhiệt độ cao thường tăng tốc có mặt oxy, kèm theo cháy polime Một đặc điểm quan trọng polime số oxy tới tận IOL, số đặc trưng cho tỷ lệ oxy tối thiểu cần thiết để đốt cháy polime Bảng 6.1 cho giá trị IOL vài loại polime hay gặp môi trường khí thông thường Chỉ số IOL lớn polime bền nhiệt Bảng 8.1 Chỉ số IOL vài loại polime thường gặp Loại polime IOL Polietylen (PE) 17 Polimetacrylatmetin (PMMA) 17 Polistyren (PS) 18 Policacbonat (PC) 27 Polivinylclorua (PVC) 49 Politetrafloruaetylen (PTFE) 95 Thông thường polime nhiệt rắn bền nhiệt polime nhiệt dẻo lượng liên kết nguyên tử polime nhiệt rắn lớn Độ bền liên kết phụ thuộc vào chất nguyên tử Ví dụ phân tử polime, lượng liên kết C-F lớn liên kết C-H lớn lượng liên kết C-Cl Các floruacacbon chứa nhiều liên kết C-F loại có độ bền nhiệt cao (bảng 6.3), chúng sử dụng nhiệt độ tương đối cao 1.3 Sự hóa già polime Nhược điểm quan trọng vật liệu polime tính chất sử dụng chúng nhanh chóng bị xấu mà điển hình ngày giòn lên, tiến tới gãy vụn, tượng xuất phát từ nguyên nhân lão hóa hay hóa già Theo chất có hai loại: hóa già vật lý hóa già hóa học 67 Hóa già vật lý không gây biến đổi hóa học mà thất thoát chất hóa dẻo bay hay tác dụng dung môi, tác dụng ứng suất gây nứt Chất hóa dẻo có tác dụng làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa vật liệu polime (chất dùng nhiều sản xuất PVC) Chất phụ gia bay dần theo thời gian làm dần tính dẻo, tạo rạn nứt Khối lượng phân tử chất hóa dẻo nhỏ (các phân tử nhỏ dễ dàng chuyển động) thất thoát nhanh Ngoài bay chất hóa dẻo bị hòa tan dung môi Các dung môi có nước phân tử xen vào mạch, chất hóa dẻo, chúng làm tăng khoảng cách mạch, làm giảm môđun đàn hồi vật liệu Khi xâm nhập dung môi làm phồng phận sau lan rộng sản phẩm, gây nên ứng suất bên trong, kết gây nứt Hóa già hóa học tượng làm biến đổi mạch ôxy hóa, xạ tử ngoại nhiệt Sự ôxy hóa tạo nguyên tử ôxy vào gốc, gây tách đứt liên kết mạch Ôzôn (O3) chất ôxy hóa mạnh ôxy (đặc biệt cao su bị tác dụng mạnh) Để chống tượng người ta đưa vào vật liệu chất chống ôxy hóa: muội than, amin phenol Tia cực tím (tử ngoại) có bước sóng 200 đến 400nm (có ánh sáng) làm giảm độ bền gây phai màu chúng kích động nhóm hóa học tạo lượng dao động lớn gây đứt liên kết Do tác dụng nhiệt độ tăng lên gây đứt mạch (như PE), phản trùng hợp (như PMMA) hay phản ứng với nhóm phụ (như hình thành HCl PVC) Chính hóa già nên vật liệu polime có tuổi thọ hạn chế: tùy loại thường kéo dài từ vài tháng 10 năm  Sự hóa già vật liệu polime tia tử ngoại (UV) i Ảnh hưởng tia UV đến vật liệu polime Tia tử ngoại (hay tia cực tím, tia UV) sóng điện từ có bước sóng ngắn ánh sáng nhìn thấy dài tia X Tia cực tím chia làm ba loại: UVA (380-315 nm) gọi bước sóng dài hay “ánh sáng đen”, UVB (315-280 nm) gọi bước sóng trung bình UVC (ngắn 280 nm) gọi ngắn Mặt trời tỏa tia cực tím UVA, UVB UVC có hấp thụ tầng ozon nên 99% tia cực tím đến mặt đất thuộc dạng UVA Mặc dù chiếm khoảng 5% tổng lượng xạ quang phổ mặt trời, xạ UV có lượng cao nguy hại độ bền học vật liệu polime Sự phá hủy vật liệu polime tác động tia UV có liên quan mật thiết đến độ bền liên kết hóa học vật liệu polime lượng tia UV Thật vậy, lượng tia UV ứng với bước sóng khoảng 300 đến 400 nm có khả bẻ gãy liên kết có nhựa Các phân tử polime bị kích thích hấp thụ lượng xạ: lượng đủ lớn hoạt hóa cho phản ứng hóa học xảy Do nối C – C, C – H hay C – X (X: halogen)… bị đứt nối kết polime bị phân hủy Một ví dụ tiêu biểu liên kết – CH2 – CH2 – có hầu hết vật liệu polime dễ dàng bị cắt đứt xạ UV có bước sóng lớn 340 nm Điều có 68 nghĩa nhựa PE PP bị phá hủy tiếp xúc với xạ UV có bước sóng tương ứng 300nm 370 nm Hiện tượng phấn trắng hay tượng biến màu kèm theo xuất bột vết rổ bề mặt vật liệu nhựa dùng trời bàn ghế, mái che, cửa sổ nhựa… tượng thường thấy lão hóa vật liệu từ polime Ngoài thay đổi tính thẩm mỹ, tia UV làm thay đổi tính chất lý vật liệu polime giảm độ bền kéo, độ bền va đập… ii Cơ chế lão hóa polime tác dụng tia UV Sự suy thoái polime tác động UV thường đề nghị theo chế phản ứng oxi hóa ánh sáng theo nhiều hướng khác Khi bị hấp thu lượng tia UV phân tử polime bắt đầu dao động Nếu lượng đủ lớn làm ảnh hưởng đến bề mặt mà không ảnh hưởng đến phân tử bên polime phát huỳnh quang lân quang xảy trình truyền nhiệt mạch làm cho polime không bị suy thoái Tuy nhiên việc xảy ra, hầu hết polime hấp thụ lượng kích thích mà phản ứng hóa học xảy Các polime có nhóm cacbonyl cacboxy hidroperoxid hấp thụ xạ khoảng 290 đến 400 nm dễ dàng bị phá vỡ kết cấu phân tử Vì vậy, điểm cấu trúc polime thường xảy phản ứng hóa học theo chế gốc tự Ngoài tác động trực tiếp xạ UV, nhiệt độ , độ ẩm , chất thải không khí tác động mạnh mẽ đến suy thoái polime Nhiệt độ ẩm hai yếu tố kèm với xạ UV, xạ UV có lượng cao có tác động nung nóng vật liệu, nhiệt độ tăng 100C tốc độ phá hủy tăng gấp đôi Bức xạ UV có tác động cắt đứt liên kết phân tử nước tạo gốc tự khơi mào cho phản ứng phá hủy vật liệu polime Do vây, vật liệu polime môi trường khí hậu nóng khô bị phân hủy khí hậu nóng ẩm Quá trình giảm cấp vật liệu polime tác dụng tia UV phản ứng quang hóa xảy theo chế dây chuyền sau: Giai đoạn 1: Khơi mào • • uurR + H RH UV Trong giai đoạn khơi mào, mạch polime hấp thụ tia UV bị bẻ gãy sinh gốc tự R● nguyên tử hidr o có chứa cặp điện tử chưa liên kết Giai đoạn 2: Truyền mạch • • R + O → ROO • • ROO + RH → ROOH + R • • ROOH → RO + HO Quá trình truyền mạch xảy với tham gia phản ứng gốc tự R • • với phân tử oxi tự khí sinh gốc tự peroxide ROO , gốc tự sinh tác dụng 69 với mạch polyme lấy nguyên tử hidrotạo thành hydroperoxid tái sinh gốc tự • R Sản phẩm hydroperoxid bị phân li thành hai gốc tự • RO HO • tiếp tục trình truyền mạch cho phân tử kế cận Giai đoạn truyền mạch xảy xảy tiếp diễn mà không cần đến tác động tia UV bảo vệ vật liệu khỏi tia UV sau giai đoạn ý nghĩa ngăn ngừa giảm cấp polime Giai đoạn 3: tắt mạch • • R + R → RR • • ROO + R → ROOR • • ROO + ROO → ROOOOR Quá trình tắt mạch diễn phản ứng ghép cặp gốc tự hình thành sản phẩm trơ Phản ứng tắt mạch diễn cách tự nhiên gia tốc chất làm bền cho vào polime iii Các phương pháp chống suy thoái vật liệu polime tiếp xúc với tia UV  Sử dụng lớp phủ hay màng lọc UV: Với giải pháp người ta phủ lên bề mặt vật liệu polime lớp vật liệu có khả ngăn cản tia cực tím tránh tiếp xúc trực tiếp tia cực tím với vật liệu polime Than chất hấp thụ UV mạnh ứng dụng làm màng lọc UV chúng có nhược điểm có màu đen ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ sản phẩm  Sử dụng chất hấp thu UV: Chất hấp thu UV chất thêm vào thành phần nhựa có tác dụng hấp thu xạ UV chuyển thành xạ nhiệt vô hại Chất hấp thu UV phải có khả hấp thu bước sóng vùng từ 400 – 290 nm, suốt xạ khác màu Chất hấp thu UV phải có khả hấp thu UV phân bố tốt thành phần polime Chất hấp thu UV thông dụng hydroxyphenylbenzotriazol hydroxybenzophenol  Sử dụng chất làm bền: Khác với hai phương pháp trên, chất làm bền khả hấp thu UV thêm vào thành phần polime nhằm làm tắt mạch phản ứng dây chuyền phân hủy polime HALS( hindered amine light stabilzer) chất ổn định phổ thông có tác dụng hấp thu nhóm hoạt động, ngăn cản phản ứng gốc tự HALS có tính bazơ thích hợp cho nhựa PP, PE… 1.4 Ăn mòn hóa học polime Tùy theo cấu trúc phân tử polime mà tính bền ăn mòn hóa học polime khác Các loại polimefinpoliflurua bền hóa học, bền dung môi dùng để đựng hóa chất lỏng hoạt tính (axit, kiềm, dung môi hữu cơ) Cần ý chế ăn mòn vật liệu polime phức tạp không khí có liên quan đến trình điện hóa kim loại, polime thường không dẫn điện Oxy, ôzôn số chất khác tạo thành phản ứng hóa học 70 làm cắt đứt mạch phân tử polime Hiện tượng thường xảy mối liên kết kép cacbon phân tử polime Ví dụ, cao su tự nhiên môi trường ôzôn xảy phản ứng: CH3 CH3   ∼ CH2  C = CHCH2 ∼ + O3 → ∼ CH2 C= O + • O=CHCH2 ∼+ O Phản ứng cắt phân tử cao su thành hai phân tử nhỏ mối liên kết đôi Thông thường, cao su trạng thái không chịu kéo, bề mặt, nguyên tử nằm xít tạo thành lớp bảo vệ chống phản ứng oxy hóa Khi cao su bị kéo căng ra, khe hở vết nứt bề mặt hình thành phát triển theo phương vuông góc với lực kéo Oxy, ôzôn theo vết nứt vào phá hủy mạch cao su 1.5 Sự trương phồng hòa tan polime Khi vật liệu polime đặt môi trường lỏng, dạng phá hủy điển hình polime trương phồng hòa tan polime Trương phồng xảy phân tử chất lỏng, đặc biệt phân tử dung môi có kích thước nhỏ khuếch tán vào sâu phân tử polime làm xuất lực tương tác phân tử Các lực làm cho mạch phân tử polime bị tách ra, khoảng cách mạch phân tử lớn lên, ta nói polime bị trương phồng Do có mặt phân tử dung môi, lực liên kết mạch phân tử yếu đi, chúng dễ chuyển động tương hơn, polime trở nên mềm dẻo Các phân tử dung môi làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa polime, tùy theo nhiệt độ môi trường, làm cho polime bền trở nên đàn hồi mềm Trương phồng xem giai đoạn đầu hòa tan, có lượng nhỏ polime hòa tan vào dung môi Người ta coi polime bị hòa tan mà lượng đáng kể polime bị tan vào dung môi, vật phẩm vật liệu polime không giữ hình dạng ban đầu Theo định luật Thumb, cấu trúc hóa học polime dung môi giống tượng trương phồng hòa tan polime dung môi xảy nhanh Ví dụ, cao su có cấu tạo từ cacbuahydro dễ hấp thụ cacbuahydro (bảng 6.2) Bảng 8.2 Độ bền vài loại elasstome số môi trường Loại elastome Axit yếu Poliizopren (NR) B Cloropren (CR) B Acrylonitril butadien B Chất Kiềm oxy hóa E E E D B D 71 Dầu mỏ, khí E B A Nước chất chống đông B D A O2 O3 D A D (NBR) Styren butadien (SBR) B E D E B D Polisiloxan (SIL) B E B D A A- bền; B- bền; C - bền trung bình; D - bền; E - bền Hiện tượng trương phồng hòa tan chịu ảnh hưởng nhiều nhiệt độ cấu trúc phân tử polime Nói chung tăng khối lượng phân tử, tăng mức độ kết tinh giảm nhiệt độ phá hủy trương phồng hòa tan giảm Trong môi trường axit môi trường kiềm, polime bền ăn mòn so với vật liệu kim loại (bảng 8.2 8.3) Qua bảng vừa nêu ta thấy floruacacbon polivinylclorua bền ăn mòn Bảng 8.3 Ăn mòn phá hủy polime số môi trường Loại polime Floruacacbon (PTFE, TFE) Polimetylmetacrylat Nylon (PA) PE mật độ thấp PE mật độ cao PP PS PVC Polime nhiệt rắn Epoxy Bakelit Polieste (PES) * Trong axit oxy hóa Axit Yếu Mạnh Kiềm Yếu Mạnh Dung môi %H2O* O2 hấp O3 A A A A B 0,0 A B A B B B B B D* D D* D* D* D* D* B B B B B B B D B B B B B B D B A A B D D 0,2 1,5 0,15 0,1 < 0,001 0,04 0,1 B C D D D C B B C C C D D B C D B D D A C C 0,1 0,6 0,2 C D A- bền; B- bền; C - bền trung bình; D - bền; E - bền 1.6 Đặc điểm ăn mòn số vật liệu Polime Các dạng phá hủy polime khác tùy thuộc vào loại giòn hay dẻo, song nói chung độ bền độ dai phá hủy polime thấp so với kim loại ceramic Với loại polime giòn (nhiệt rắn) theo chế phá hủy chung tạo nên vết nứt vùng tập trung ứng suất Các liên kết đồng hóa trị cấu trúc mạch không gian mạch lưới giúp cho phát triển vết nứt Với loại polime dẻo (nhiệt dẻo) phá hủy hai dạng: giòn dẻo Các yếu tố thúc đẩy phá hủy giòn giảm nhiệt độ (ví dụ đa số loại nhiệt dẻo bị phá hủy giòn nhiệt độ thấp), tăng mức độ biến dạng, bề mặt có khía nhọn, tăng chiều dày mẫu ĂN MÒN VẬT LIỆU VÔ CƠ 2.1 Một số vật liệu vô phổ biến 72 a Các loại gốm i Gốm silicat Gốm silicat chế tạo từ nguyên liệu silicat thiên nhiên, chủ yếu từ đất sét, cao lanh Chúng gồm hai loại là: gốm xây dựng (gạch, ngói, ống dẫn, sứ vệ sinh) gốm sư gia dụng (bát, đĩa, ấm chén loại sứ cách điện: cầu dao, ổ cắm điện,…) ii Các loại gốm oxit Nói chung gốm oxit có độ tinh khiết cao, có độ bền nhiệt tốt, độ bền học hóa học lớn, tùy theo chủng loại, có tính chất điện từ đặc biệt iii Các loại gốm oxit Các loại gốm oxit gồm loại đơn nguyên tối: Ge, Si, B, C hợp chất: SiC, B4C, Si3C4, BN, TiC, VC, Cr3C2, ZrC, NbC, TaC, WC,… Các loại gốm phi oxi thường không bền vững môi trường oxy hóa nhiệt độ cao b Vật liệu chịu lửa Tùy theo chất oxit chiếm đa số, người ta chia vật liệu chịu lửa thông dụng kỹ thuật thành loại sau: Vật liệu chịu lửa kiềm tính: manheezit, crôm-manhêzit, đôlômit, fôxterit, Vật liệu chịu lửa axit gồm loại: Đinat (silica) chứa 93%SiO Vật liệu chịu lửa trung tính: Samôt, corinđông, corinđông – samôt, mulit, … Các loại vật liệu chịu lửa kiềm tính bền ăn mòn môi trường kiềm, trái lại vật liệu chịu lửa có tính axit không bền ăn mòn môi trường kiềm, môi trường axit chúng bền Vật liệu chịu lửa trung tính tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ pH môi trường Cần vào môi trường làm việc mà chọn loại vật liệu chịu lửa thích hợp c Thủy tinh loại i Các loại thủy tinh silicat – kiềm – kiềm thổ Thành phần chủ yếu thủy tinh kiềm – kiềm thổ SiO 2, thủy tinh loại nói chung suốt, bền hóa học, bên nhiệt, rẻ tiền, dùng chủ yếu để làm kính xây dựng, bao bì (chai, lọ,…) bình chứa hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, đồ gia dụng: bóng đèn, hình ti vi Ngoài ra, người ta dùng thủy tinh silicat – kiềm – kiềm thổ để chế tạo sợi thủy tinh, chế tạo xốp cách nhiệt, cách âm ii Thủy tinh borosilicat aluminosilicat Khi thay CaO oxit B 2O3 Al2O3, ta có loại thủy tinh borosilicat (SiO2 – B2O3- Na2O) thủy tinh aluminosilicat (SiO2 – Al2O3 – Na2O) thủy tinh aluminoborosilicat Loại thông dụng kỹ thuật pirex (78SiO – 12,5B2O3 lại Na2O) Do có độ bền hóa học cao, bền học bền nhiệt, loại thủy tinh dùng để chế tạo thiết bị hóa học kích thước lớn (ống dẫn, bình 73 tháp phản ứng lớn,…), đồ gia dụng như: ấm, chén chịu nhiệt, xoong chảo đun nấu thức ăn,…, sợi thủy tinh (glass E) iii Thủy tinh thạch anh (SiO2) Thủy tinh thạch anh có hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, độ bền xung nhiệt cao, bền hóa học, dùng để chế tạo loại dụng cụ thiết bị đòi hỏi chịu nhiệt độ cao bền hóa học cao So với vật liệu kim loại, loại thủy tinh bền ăn mòn nhiều, song cần lưu ý, chứa nhiều SiO2 chúng không bền môi trường kiềm nhiệt độ cao, không bền môi trường axit oxy HF iiii Gốm thủy tinh Gốm thủy tinh vật liệu có cấu trúc bao gồm vài pha tinh thể nhỏ mịn phân bố thủy tinh vô định hình Người ta tạo cấu trúc cách nấu thủy tinh silicat có pha thêm chất tạo mầm Pt, TiO 2, ZrO2 SnO2, tạo hình sản phẩm sau đem nhiệt luyện để tạo pha tinh thể Tính chất gốm thủy tinh pha tinh thể định, có thể: không giãn nở nhiệt, bền học chịu mài mòn cao, dễ gia công cắt gọt, có tính chất điện từ đặc biệt, có tính tương thích sinh học cao, … d Xi măng bê tông Xi măng bê tông nhóm vật liệu đóng rắn nhờ kết tinh sản phẩm hydrat hóa như: 3CaO.2SiO2.3H2O, 3CaO.Al2O3.6H2O, 3CaO.Fe2O3.6H2O Do có chứa: CaO, bê tông cốt thép bị ăn mòn thoát CaO tạo CaCO3 Mác bê tông cao, chế tạo bê tông xít chặt bị tiếp xúc với môi trường (đọng nước, nắng mưa dãi dầu) bền ăn mòn Công trình bê tông cốt thép xem vĩnh cửu cốt thép không bị ăn mòn 2.2 Cơ chế ăn mòn vật liệu vô Vật liệu vô loại vật liệu tạo thành từ nhiều kim loại với kim, ví dụ: cacbit, borit, nitrit, oxit, silixit kim loại Do kết hợp này, vật liệu vô da dạng chủng loại tính chất chúng khác Người ta thường phân vật liệu vô thành ba nhóm chính: gốm vật liệu chịu lửa, thủy tinh gốm thủy tinh, xi măng bê tông Cả ba nhóm vật liệu có tên chung vật liệu ceramic (gốm) Ceramic nói chung vật liệu bền ăn mòn, có trường hợp mà trình ăn mòn làm phá hủy nghiêm trọng vật liệu, Ví dụ, thủy tinh silicat bền ăn mòn môi trường kiềm Môi trường gây phản ứng thủy phân làm phá hủy liên kết phân tử silicat Các phản ứng thủy phân làm phá hủy bề mặt thủy tinh Mặt khác, môi trường nước sạch, tồn trao đổi ion kim loại kiềm kiềm thổ thủy tinh với môi trường: 74   O O   +  Si  O, Na + H2O  →  Si  OH + Na+ + OH    O O   Nói chung, thủy tinh kiềm, kiềm thổ, thủy tinh silicat bị ăn mòn theo chế Để chống ăn mòn người ta chế tạo loại thủy tinh đặc biệt dùng để chứa số dung dịch nhạy cảm với ion kiềm (ví dụ sản xuất thuốc), loại thủy tinh phải qua xử lý hóa học bề mặt để loại bỏ ion kiềm dễ hòa tan bề mặt Một số loại ceramic khác nhạy cảm với ăn mòn theo chế riêng, trình hòa tan cacbonat Các vật liệu nhạy cảm với dạng ăn mòn thường loại vật liệu xây dựng (bê tông, xi măng, đá, clinke, gạch) Cacbonat canxi từ đá số muối có mặt clinke, bê tông xi măng chúng bị hòa tan tác dụng ion HCO -3, SO2-3 SO2-4 nước, nước mưa Ở số vùng công nghiệp ô nhiễm môi trường, trận mưa axit, bụi hóa chất theo nước mưa đến bề mặt công trình xây dựng cung cấp lượng đáng kể ion: HCO-3, SO2-3 SO2-4 Hiện tượng ăn mòn có liên quan chặt chẽ đến hệ thống mao dẫn bề mặt vật liệu xây dựng Quá trình xảy theo chu kỳ ngập nước, tự sấy khô bề mặt vật liệu môi trường Dưới tác dụng ăn mòn, lỗ mao dẫn ngày phát triển, hệ thống mao dẫn phát triển tốc độ ăn mòn lại tăng Người ta ví tượng ăn mòn vật liệu vô theo chế hòa tan cabonat bệnh ung thư đá Một chế khác gây ăn mòn phá hủy vật liệu xây dựng bề mặt tiến sâu vào chu kỳ nhiệt môi trường: Ban đầu nước hút vào điền đầy hệ thống mao dẫn lớp bề mặt vật liệu xây dựng Ở xứ lạnh, vào mùa đông, nước bị đóng băng, nở làm cho lỗ mao dẫn lớn lên, đồng thời nở tạo lỗ mao dẫn Khi thời thiết nóng lên, nước đóng băng tan ra, chứa đầy lỗ mao dẫn lẫn cũ Chu kỳ nóng chảy đóng băng nước xảy ngày đêm Người ta thấy lỗ mao dẫn có đường kính 0,5 đến 0,5µm nhạy cảm với phá hủy loại Trong lĩnh vực sử dụng vật liệu, cần đặc biệt ý tới tác dụng môi trường làm biến đổi tính chất vật liệu gọi lão hóa Sự lão hóa vật liệu xảy tác động vật lý, chế lão hóa phụ thuộc vào chất vật liệu Ceramic thường cấu tạo từ loại oxit, nói chung bền hóa học, nhiên vài trường hợp trình ăn mòn xảy ra, đặc biệt có chất ô nhiễm môi trường ngưng tụ theo nước mưa vào sâu bề mặt vật liệu Để thấy rõ chế này, khảo sát tượng ăn mòn bê tông 75 Từ trước tới nay, người ta coi bê tông loại vật liệu bền vững môi trường công trình bê tông xem vĩnh cửu Từ năm 80 kỷ 20 trở lại đây, người ta phát thấy nhiều công trình bê tông cốt thép có dấu hiệu phá hủy ăn mòn Đó trường hợp số cầu bê tông xây dựng từ năm 1950 đến 1960 có dấu hiệu xuống cấp nghiêm trọng Ở nước ta nhiều nhà tầng (khu vực Gia Lâm, Kim Liên chẳng hạn) sau vài chục năm xây dựng, xuống cấp ăn mòn làm cho công trình không đủ an toàn để tiếp tục sử dụng Trong điều kiện bình thường cốt thép bê tông nói chung bảo vệ Thực tế khảo nghiệm cho thấy, bê tông có lượng nước thừa ngậm lỗ mao dẫn bê tông hòa tan nhiều chất kiềm (pH ≈ 13) Chính môi trường tạo điều kiện làm thụ động hóa bảo vệ cốt thép bê tông Trong đó, yếu tố bên ngoài: mưa axit, muối clorua từ bụi đường (ở xứ lạnh, người ta rắc muối lên đường để làm tan băng tránh trơn trượt), dạng ăn mòn bê tông đề cập phá hủy bê tông theo bước sau: * Ban đầu, hợp chất hydrat hóa có mặt xi măng, vôi Ca(OH) chẳng hạn, dễ hòa tan nước Nước hòa tan hydroxit, tác dụng nhiệt chu kỳ môi trường, bị đẩy ra, bị hút nước vào Cứ vậy, nước hòa tan làm giảm độ bền bê tông gây nên nhiều biến đổi bê tông Khi vôi hòa tan vào nước, bê tông bị xói mòn, bê tông bị dần canxi làm tách hạt silicat Bê tông bị xói mòn từ tạo nên nhiều lỗ xốp Các lỗ xốp kích thước nhỏ, ta gọi lỗ mao dẫn Tập hợp lỗ mao dẫn thành vết nứt, ban đầu nhỏ sau phát triển dần lên Lượng hydroxit hòa tan đẩy khô có màu trắng bám miệng vết nứt lan dần Tiếp theo, lỗ mao dẫn hình thành nhiều, bê tông tiếp xúc với khí CO2 không khí, nước mưa ống mao dẫn mang tới, đâu gặp tượng này, hydroxit canxi tạo thành từ phản ứng hydrat hóa tác dụng với CO2 trở thành cabonat theo phản ứng: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Do bị kiềm, độ pH giảm tới giá trị giwax 9,5, điều kiện Fe bị ăn mòn mạnh phá hủy bắt đầu (hình 9.4 6.5) Động học trình cabonat hóa chủ yếu phụ thuộc vào trình vận chuyển CO 2, phụ thuộc vào độ xốp (số lượng ống mao dẫn có mặt bê tông), tất nhiên phụ thuộc vào nồng độ CO2 môi trường Rất nhiều công trình bê tông hai bên đường cao tốc, sau 20 năm sử dụng xuất đáng kể phá hủy theo chế * Quá trình phá hủy cốt thép bị ăn mòn, oxit Fe tích lớn kim loai làm cho cốt thép ngày trương phồng lên, đẩy bê tông Bê tông không chịu lực kéo đáng kể, sau thời gian ngắn vết nứt xuất Khi bê tông nứt, nước mưa dẫn thẳng vào cốt thép, công trình bị phá hủy Để ngăn ngừa phá hủy bê tông theo chế cacbonat hóa, người ta áp dụng phương pháp bảo vệ điện hóa Phương pháp hay dùng có hiệu 76 bảo vệ catôt dòng điện có hiệu bê tông ngập nước có độ pH thấp (axit) Bảo vệ catôt dòng áp dụng để bảo vệ cốt thép cho đường ô tô cao tốc bao quanh Berlin Các vùng nước có hòa tan muối (nước biển chẳng hạn) chủ yếu muối clorua sulphat, phản ứng ăn mòn xảy muối hòa tan với cấu tử có mặt bê tông Các phản ứng làm cho bê tông trương phồng lên tạo vết nứt bê tông Quá trình ăn mòn đẩy mạnh có mặt ứng suất thay đổi, hiệu ứng đóng băng nước ngậm ống mao dẫn (nở ra) tan thành nước nhiệt độ tăng lên Ở nước ta hiệu ứng nhiệt đáng quan tâm, ban ngày mặt trời thiêu đốt làm lớp bê tông bề mặt nở ra, chịu ứng suất nén, dung dịch mao dẫn bị đẩy Ban đêm trời lạnh, bề mặt co lại, ứng suất kéo làm lỗ dãn hút vào sương đêm, nước (mưa) khí CO môi trường Hoạt động ống mao dẫn giống bơm nhỏ cung cấp nước CO cho trình cacbonat hóa làm phá hủy dần bê tông Sau thời gian làm việc, vết nứt nhỏ lỗ mao dẫn hợp lại phát triển dần lên thành đường chằng chịt , mặt bê tông nằm lộ môi trường ngậm đầy cabonat màu trắng Bê tông bị ăn mòn vi khuẩn, tảo rong rêu… Hoạt động vi khuẩn gắn liền với chu kỳ với biến đổi hợp chất hữu vô (khoáng) 2.3 Đặc điểm ăn mòn số vật liệu vô Do tạo thành từ hợp chất kim loại kim, vật liệu vô thường có liên kết ion liên kết đồng hóa trị Các mối liên kết thường bền vật liệu vô thường có nhiệt độ chảy cao bền ăn mòn Vật liệu vô thường có hai trạng thái là: trạng thái tinh thể trạng thái vô định hình Trạng thái tinh thể thường gặp loại gốm đơn oxit, SiC,…; trạng thái vô định hình có tên chung thủy tinh Nhiều loại vật liệu vô hỗn hợp hai trạng thái tinh thể vô định hình: sứ, gốm thủy tinh Trạng thái vô định hình thường tạo thành từ vật liệu vô nóng chảy làm nguội nhanh Khi làm nguội nhanh, trình kết tinh không xảy mà trạng thái lỏng chuyển thành chất lỏng nguội, đông rắn lại trở thành chất rắn thủy tinh (vô định hình) Vật liệu vô trạng thái vô định hình có tính chất thay đổi đặn theo nhiệt độ, đẳng hướng, không ổn định (khi có điều kiện thuận lợi (nhiệt độ cao) chuyển sang trạng thái tinh thể) ĂN MÒN CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỰ NHIÊN Các vật liệu tự nhiên thuộc nhóm vật liệu mà việc khai thác sử dụng gây ô nhiễm môi trường Hơn nữa, vật liệu tự nhiên thường phân hủy nhanh dễ đồng hóa môi trường (bảng 6.5) 77 Vật liệu tự nhiên điển hình loại đá, xương động vật xơ thực vật, chúng loài người sử dụng từ lâu Trải qua thời kỳ phát triển, loài người ngày sáng tạo nhiều loại vật liệu có tính sử dụng tốt vật liệu tự nhiên ngày bị lu mờ Vật liệu tự nhiên thời gian dài coi nguyên liệu quan trọng để chế a vật dụng công cụ sản xuất phục vụ cho người Từ chiến tranh Thế giới thứ Hai trở đây, kỹ thuật sản xuất vật liệu tổng hợp phát triển mạnh vật liệu tổng hợp gây không vấn đề môi trường phế thải công nghiệp làm ô nhiễm môi trường Việc quan tâm trở lại sử dụng vật liệu tự nhiên có số mục đích định hướng nằm chiến lược chung sống làm bạn với môi trường Ngày nay, người ta áp dụng tiến khoa học kỹ thuật vào việc chế biến sử dụng loại vật liệu tự nhiên cho có hiệu nhất, đặc biệt sử dụng chúng dạng vật liệu compozit để bảo tồn tốt chất tự nhiên vật liệu Tuy nhiên, khai thác sử dụng vật liệu tự nhiên cần tránh khuynh hướng khai thác cạn kệt làm cân sinh thái ĂN MÒN CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU COMPOZIT Do kết hợp tính chất tốt vật liệu thành phần, vật liệu compozit loại vật liệu có nhiều hứa hẹn tương lai Vật liệu compozit thường cấu tạo từ hai thành phần cốt Vật liệu kim loại, ceramic polime Cốt, tùy theo hình dạng, ta có cốt sợi cốt hạt Vật liệu làm cốt kim loại, ceramic polime Cốt, tùy theo hình dạng, ta có cốt sợi cốt hạt Vật liệu làm cốt kim loại, ceramic polime Xét khía cạnh ăn mòn, che chở, phủ kín bề mặt cốt, nói chung vật liệu ăn mòn compozit bền ăn mòn 78 [...]... -> sấy khô 6 ÔXI HÓA Tạo màng chuyển hóa hóa học kim loại màu người ta dùng phương pháp ôxi hóa Ôxi hóa có hai loại: ô xi hóa học và ô xi hóa điện hóa 6.1 Ôxi hóa hóa học ôxi hóa hóa học và oxi hóa mỏng (độ dày 0,5 – 4 µm), nhiều lỗ, khả năng hấp thụ tốt, mềm, không chịu mài mòn, thường làm lớp lót cho sơn Ô xi hóa học giá thành thấp, hiệu suất cao, có thể sản xuất hàng loạt liên tục, không cần nguồn... dùng phương pháp ô xi hóa hóa học tính kiềm Màng sơn ô xi hóa phức hợp tạo thành có nhiều ưu điểm: độ bền cao hơn, dễ gia công, màng có độ bóng cao, bể ô xi hóa có thể làm bằng thép, tạp chất trong dung dịch ít Tính năng của lớp màng sơn trên bề mặt lớp mạ kẽm trên sắt sau khi ô xi hóa tương đương với lớp sơn trên sắt sau khi phốt phát hóa 2 Ôxi hóa điện hóa a) Nguyên lý phản ứng Trong dung dịch H2SO4... loại trong quá trình phát triển kinh tế, vấn đề ăn mòn và bảo vệ chúng luôn luôn được quan tâm ở mức độ cao 1.2 Các cách phân loại ăn mòn a Phân loại theo cơ chế ăn mòn Ăn mòn điện hóa Ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại trong môi trường điện ly, trong đó sự oxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa khử còn xảy ra trong. .. tạo màng ô xi hóa trong dung dịch CrO3, không dùng công nghệ phốt phát hóa Chất tẩy dầu mỡ bề mặt chất dẻo không thể dùng chất tẩy dầu thân nước, chỉ sử dụng tẩy dung môi hoặc mài bằng giấy ráp 3 TẨY GỈ 3.1 Tẩy gỉ hóa học Tẩy ghỉ hóa học tiến hành trong dung dịch axit do tác dụng hòa tan của axit với chất ôxi hóa gỉ sắt Chất hóa học thường dùng là HCl, H 2SO4, HNO3, H3PO4, axit hữu cơ… Trong gỉ sắt,... phát hóa Để đảm bảo được lớp màng phốt phát hóa tốt và hiệu quả, ngoài việc chọn hệ phốt phát và điều kiện công nghệ thích hợp, cần chú ý xử lý trước khi phốt phát, che phủ thụ động hóa sau khi phốt phát Vì thế, toàn bộ quá trình phốt phát hóa như sau: tẩy dầu -> rửa nước -> điều chỉnh bề mặt -> phốt phát hóa -> rửa nước -> che phủ -> rửa nước sạch khử ion -> sấy khô 6 ÔXI HÓA Tạo màng chuyển hóa hóa... phạm vi sử dụng rộng rãi a) Ô xi hóa hóa học hợp kim nhôm - Nguyên lý phản ứng Trong môi trường kiềm, nhôm tạo thành màng ô xi hóa theo phản ứng sau: Al + 2OH → AlOOH + H+ + 3e 2H+ + 2e → H2↑ 2AlOOH (hòa tan) →γAl2O3.H2O (không hòa tan) b) Ôxi hóa học hợp kim kẽm Tạo màng chuyển hóa hóa học hợp kim kẽm, trên dây chuyên sản xuất thông thường sử dụng phương pháp phốt phát hóa, trên dây chuyền sản xuất 100... phốt phát hóa chống gỉ, nâng cao hiệu quả chống gỉ; phốt phát hóa dùng cho sơn để nâng cao độ bám chắc và tính bảo vệ chống gỉ của màng sơn; phốt phát hóa dùng cho gia công dập nguội, có tác dụng bôi trơn, tăng tuổi thọ của khuôn; phốt phát hóa dùng để cách điện những tấm tôn silic c) Phân loại theo công nghê gia công Phương pháp công nghệ phốt phát hóa gồm có: phốt phát hóa phun, phốt phát hóa ngâm,... rộng, phức tạp hơn Điển hình là các dạng ăn mòn galvanic Ăn mòn hóa học (ăn mòn trong môi trường khí) Ăn mòn hóa học là sự ăn mòn kim loại trong môi trường khí, xảy ra do phản ứng hóa học của kim loại với môi trường khí xung quanh có chứa các chất xâm thực như O2, S2, Cl2… Ví dụ kim loại (Me) khi nung ở nhiệt độ cao trong không khí sẽ bị oxy hóa theo phản ứng: 35 2Me + ½ O2 →MeO Ăn mòn có liên quan đến... tẩy gỉ trước khi sơn Câu 3: Nêu các bước tẩy dầu bề mặt trước khi sơn Câu 4: Cho biết thành thành phần, cấu tạo màng photphat và công nghị thiết bị photphat hóa bề mặt Câu 5: Trình bày phương phát oxi hóa bề mặt: oxi hóa hóa học và oxi hóa điện hóa CHƯƠNG III THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP SƠN 20 1 PHUN SƠN KHÔNG KHÍ 1.1 Nguyên lý và đặc điểm phun sơn không khí a Nguyên lý phun sơn không khí Phun sơn không... nhựa của sơn điện di trong axit và kiềm, có thể hòa tan phân tán trong nước, chất trùng hợp này có thể hòa tan tạo thành những hạt keo mang điện Trong điện trường một chiều các hạt keo được ion hóa đồng thời có tác dụng điện di, điện phân, điện kết tủa và điện thẩm thấu bám một lớp nhựa trên bề mặt kim loại Bốn quá trình này đều có tác dụng quan trọng trong sơn điện di a Điện di Trong điện trường 1