Các phương pháp bảo vệ kim loại trong khí quyển

Bảo vệ ăn mòn bằng lớp che phủ• Việc bảo vệ bằng các lớp che phủ là một trong các phương pháp phổ biến nhất, bản chất của việc bảo vệ là ở chỗ cô lập kim loại với tác dụng của môi trường

Trường đại học bách khoa hà nội

Đề tài: Lớp phủ Kim Loại bảo Vệ trong môi trường khí quyển

Môn: Ăn Mòn & Bảo Vệ Vật Liệu Trong Môi Trường Khí Quyển

Mục Lục

• Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại

• III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại

• Phun phủ

• Phương pháp mạ điện

• Ảnh

I Tổng quan về ăn mòn

• 1 Định nghĩa

Ăn mòn là sự phá hủy vật liệu do phản ứng hóa học hay điện hóa học của chúng với môi trường xung quanh.

2 phân loại

• Có nhiều cách phân loại quá trình ăn mòn

• Phân loại theo cơ chế ăn mòn:

• Ăn mòn hóa học

• Ăn mòn điện hóa

• Phân loại theo dạng ăn mòn

II Bảo vệ ăn mòn bằng lớp che phủ

• Việc bảo vệ bằng các lớp che phủ là một trong các phương pháp phổ biến nhất, bản chất của việc bảo vệ là ở chỗ cô lập kim loại với tác dụng của môi trường xâm

thực, sự có mặt lớp che phủ trên bề mặt kim loại , kìm hãm công của các pin tế vi

Đó là màng muối và các oxit khó tan của kim loại, các silicat, xi măng, nhựa tổng hợp, chất dẻo, sơn dầu, lớp tráng men và dầu mỡ.

Các lớp che phủ bảo vệ tốt phải tương ứng với nhiều yêu cầu:

• Lớp che phủ không bị ăn mòn hay bị ăn mòn với tốc độ ăn mòn yếu hơn tốc độ ăn

mòn của kim loại cần bảo vệ.

• Lớp che phủ phải dày, bàm dính với kim loại cần được bảo vệ.

• Phải xử lý sơ bộ một cách cẩn thận bề mặt kim loại cần bảo vệ : bề mặt hoàn toàn

sạch, không có gỉ, cặn, muội của dầu mỡ.

II.1 Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại

II.1.1 Phân loại:

Có thể chia lớp phủ bảo vệ thành 2 loại: lớp phủ Anot và lớp phủ Catot

*Lớp phủ Anot

• Kim loại phủ có điện thế âm hơn kim loại nền, khi đó kim loại nền đóng vai trò là catot và kim loại phủ đóng

vai trò anot trong hệ pin điện hóa

• Khi lớp phủ bị phá hủy cục bộ thì kim loại nền vẫn không bị ăn mòn.

• Thời gian khai thác lớp phủ anot do chiều dày của lớp che phủ và tốc độ ăn mòn trong từng điều kiện quyết

định

II.1 Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại

• *Lớp phủ Catot

• Kim loại phủ có điện thế dương hơn kim loại nền, khi đó kim loại nền đóng vai trò anot và kim loại phủ đóng

vai trò catot trong hệ pin điện hóa

• Khi lớp phủ bị phá hủy cục bộ thì kim loại nền bị ăn mòn.

• Thời gian khai thác lớp phủ catot phụ thuộc vào độ bền của lớp phủ, do khi lớp phủ đứt gãy hay có điểm bị

thủng thì lập tức kim loại nền bị ăn mòn

II.1.2 Phương pháp

Nhúng

Mạ

Phun phủ

III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại

III.1 Phun phủ:

Là lớp phủ catot, tạo các lớp phủ có khả năng làm việc trong các điều kiện kỹ thuật đặc biệt như nhiệt độ cao, chịu ma sát, sửa chữa các khuyết tật của vật đúc hoặc các khuyết tật xuất hiện khi gia công cơ khí, tạo các lớp bảo vệ và trang trí cho các công trình mỹ thuật

III.1.1 Nguyên lý:

Kim loại lỏng được dòng khí nén thổi làm phân tán thành các hạt sương mù rất nhỏ vận tốc 50 – 250m/s, bắn lên

bề mặt đã được làm sạch của vật cần phủ liên kết lại thành lớp phủ xốp, như vậy sẽ tạo ra một lớp kim loại dày phủ lên trên

III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại

III.1.2 Các phương pháp phun phủ

Công nghệ phun phủ gồm các phương pháp chính sau:

• Phun phủ bằng lửa khí hàn oxi-axetylen, nguyên liệu dùng ở dạng bột hoặc dây

• Phun phủ bằng plasma, nguyên liệu dùng ở dạng bột

• Phun phủ bằng phương pháp HVOF (High Velocity Oxygen - Fuel), nguyên liệu dùng ở dạng bột

• Phun phủ bằng qúa trình nổ các hỗn hợp khí trong súng phun, gọi tắt là phương pháp phun nổ, nguyên liệu dùng ở dạng bột

Nguyên liệu:

• Kim loại ở dạng dây, que hoặc bột (Fe, Ni,Cr, Al, Mo, Co, Cu, Ti, W)

• Bột gốm (các oxýt : Al2O3, TiO2 , Cr2O3, ZrO2, vv )

• Bột gốm kim loại (hỗn hợp cơ học giữa oxyt với kim loại và hợp kim)

• Bột hợp kim cứng (cacbit W, Cr, Ti vv và hỗn hợp chúng với Co, Ni)

• Vật liệu siêu cứng, gồm cả kim cương.

Các phương pháp phun phủ

Thông số P/p lửa khí hàn P/p plasma chân

không

P/p HVOF P/p phun nổ

Nguồn nhiệt Sự đốt cháy H/hợp

oxi-nhiên liệu

Plasma Sự đốt cháy H/hợp

oxi-nhiên liệu

Sự nổ H/hợp oxi-nhiên liệu

III.1.3 Ưu, nhược

Ưu điểm:

• Có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm kim loại quý, thay thế kim loại màu bằng kim loại phun

• Sử dụng phương pháp phun phủ kim loại này không bị hạn chế bởi độ lớn, nhỏ của vật phủ do thiết bị phun rất

dễ dàng di động và có thể xách tay

• So với một số phương pháp tạo lớp phủ khác như phương pháp mạ hoặc phương pháp nhúng kim loại nóng chảy, công nghệ phun phủ kim loại có hiệu quả kinh tế cao hơn và sử dụng nguyên liệu dưới dạng dây kim loại là những vật liệu dễ kiếm trên thị trường

• Yêu cầu kỹ thuật trong vận hành lắp đặt công nghệ này không quá phức tạp

Nhược điểm:

• Mối liên kết giữa lớp phủ và kim loại nền còn thấp

• Tổn thất kim loại nhiều

• Ảnh hưởng đến sức bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi củachi tiết)

• Bề mặt phun luôn luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo nhấp nhô

• Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao Điều kiện làm việc nặng nhọc

III.1.4 Ứng dụng

Công nghệ này rất thích hợp cho việc tạo lớp phủ mới hoặc phục hồi các công trình, kết cấu có kích thước lớn

bất kỳ (công trình cầu thép, thiết bị cần cẩu lớn,bể chứa diện tích lớn, vỏ tàu và thiết bị tàu lớn,…), cũng như các chi tiết máy móc nhỏ - Tạo các lớp phủ bề mặt có độ dày như ý muốn

• Lớp phun phủ có thế thay thế lớp kim loại nhúng và sơn.

III.2 Phương pháp mạ điện

III.2 Phương pháp mạ điện:

Bao gồm lớp mạ catot và lớp mạ anot

• Lớp mạ catot có điện thế dương hơn kim loại cần bảo vệ Ví dụ các lớp mạ Cu, Ni Au, Ag… lên nền thép (Fe)

Lớp mạ catot phải đặc sít, không có lỗ xốp vì nếu có kim loại nền có điện thế âm hơn sẽ là anot và bị ăn mòn

• Lớp mạ anot có điện thế âm hơn kim loại nền Ví dụ mạ Zn trên nền thép (Fe)

III.2.1 Nguyên lý

• Mạ điện được tiến hành trong bể mạ với dòng điện một chiều Vật cần mạ là catot nối với nguồn điện

một chiều Anot là kim loại dùng để mạ được nối với cực dương Dung dịch chất điện giải (dung dịch mạ) gồm ion kim loại cần mạ và một số phụ gia

Click to edit Master text styles

Ở anot : Me + xH2O  [Me(H2O)x]Z+ + zeQuá trình phụ ở anot

4OH-  O2 + 2H2O + 4e

III.2 Phương pháp mạ điện

III.2.2 Ứng dụng:

III.2.2.1 Lớp mạ anot:

Thông thường là lớp mạ kẽm, Kẽm chống ăn mòn rất tốt cho thép, ứng dụng rộng rãi, hầu hết các lớp mạ kẽm

được sử dụng cho các chi tiết ốc vít, ló xo, vòng dệm, dây bằng thép, ống ,bể

III.2.2.2 Lớp mạ catot: Gồm các lớp mạ của các KL: Cu, Ni, Cr

M đ ng ạ ồ

M Niken ạ

M Crom ạ

III.2 Phương pháp mạ điện

III.2.3 Ưu, nhược

Ưu điểm

• Lớp mạ kết tinh mịn, tinh khiết cao, bền vững ăn mòn

• Khống chế chiều dày bằng thời gian và mật độ dòng mạ

• Mạ chi tiết cần chính xác cao, không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết

• Không cần xử lý phức tạp sau khi mạ

• Không tạo thành hợp kim với vật liệu nền, hầu như không làm biến đổi tính chất cơ học như : độ dẻo, độ bền

• Thiết bị thao tác đơn giản

Nhược điểm:

• Dung dịch mạ yêu cầu độ sạch cao

• Phải nắm rõ quy trình công nghệ

• Giá thành đầu tư lớn

III.3 Phương pháp nhúng nóng

• Là lớp phủ anot và lớp phủ catot, bằng cách nhúng kim loại nền đã sạch vào kim loại bảo vệ đang nóng chảy, Phương pháp này chỉ dùng để phủ các lớp kim loại có điểm nóng chảy tương đối thấp như : Zn (419oC), thiếc (232 oC), Al (658 oC), Pb (327 oC) Bằng phương pháp này có thể thu được lớp phủ khá dày và dính bám tốt Tại bề mặt phân chia giữa kim loại nền và lớp phủ hình thành các hợp chất giữa các kim loại ấy

III.3.1 Nguyên lý:

• Kim loại nền phải có nhiệt độ nóng chảy cao hơn kim loại nhúng

• Bề mặt sản phẩm lúc nhúng phải sạch dầu gỉ…

• Bề mặt kim loại nóng chảy phải sạch khi nhúng vào cũng như lấy sản phẩm ra

• Dễ tạo màng trợ dung kín để tăng khả năng thấm ướt kim loại nóng chảy

• Tác dụng của lớp phủ chủ yếu chống ăn mòn, tăng độ bền nhiệt, dẫn nhiệt và đôi khi để trang trí

III.3.1 Nguyên lý

Nguyên tắc quan trọng của quá trình nhúng là :

• Giảm tối đa khối lượng dụng cụ nhúng vào kim loại nóng chảy và hạn chế tiêu hao nhiệt, kim loại cũng như làm giảm chất lượng nhúng

• Bề mặt kim loại nóng chảy không có oxit, tro, tạp chất

• Sản phẩm phải nhúng nhanh, không được để nổi, không khí phải thoát nhanh.

• Thời gian nhúng phải nhanh, đạt tính đồng nhất và đủ để nhiệt độ bắt đầu tăng lại và giữ độ dày lớp bảo vệ.

• Tốc độ kéo sản phẩm khỏi bể kim loại nóng phải phù hợp với dạng sản phẩm để đảm bảo kim loại lỏng chảy hết Tốc độ kéo nhanh thì tạo lớp dày và không đồng đều

• Làm lạnh thích hợp để rửa sạch trợ dung còn bám, giảm nhanh nhiệt độ hạn chế quá trình khuếch tán Fe của sản phẩm vào lớp phủ kim loại Có thể cho dầu bong hoặc xà phòng bôi trơn vào nước rửa để tạo độ bóng cho sản phẩm

III.3 Phương pháp nhúng nóng

• III.3.3 Ưu, nhược

Ưu điểm:

• Tạo lớp bảo vệ các kết cấu kim loại trong các môi trường không khí, biển, khí công nghiệp

• Phục hồi các chi tiết bị mài mòn: làm mới bề mặt sản phẩm khi bị tác động của các yếu tố môi trường

• Tạo lớp bền chống mài mòn trên các chi tiết mới

• Hiệu quả kinh tế lâu dài

Nhược điểm:

• Cần mặt bằng và vốn đầu tư lớn

• Công nghệ mới phát triển ở Việt Nam

• Cần nhiều nghiên cứu mới để cải tiến công nghệ

V KẾT LUẬN

• Công nghệ bao phủ là một công nghệ đang được ứng dụng phổ biến trong việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại, đem lại

hiệu quả kinh tế cao, tăng tuổi thọ cho các chi tiết và công trình, giúp giảm chi phí cho công tác chống ăn mòn ở các nước, đặc biệt là ở nước ta, đồng thời tiết kiệm nguyên vật liệu đáp ứng lời kêu gọi của thế giới

• Do khí hậu nhiệt đới ẩm ở Viết Nam, nên sự ăn mòn kim loại rất được chú trọng đến Phương pháp chống ăn mòn

bằng phương pháp bao phủ kim loại hiện tại đang phát triển mạnh mẽ và phổ biến ở Việt Nam Do dó trong ngành cơ khí và xây dựng một số thiết bị và vật liệu thường nhập khẩu từ các nước khác Ở nước ta, chi phí cho bảo vệ chống

ăn mòn còn rất thấp Do hầu hết là dùng sơn chống rỉ thông thường nên không ít các công trình sau vài năm sử dụng

đã phải nâng cấp, bảo dưỡng

• Tuy nhiên công nghệ này vẫn còn một số nhược điểm cần tiếp tục nghiên cứu để ngày một hoàn thiện hơn, cho hiệu quả cao hơn Đấy là vấn đề mà những nhà nghiên cứu ăn mòn hiện nay và tương lai phải quan tâm và nghiên cứu tìm

ra biện pháp giải quyết.

•