Ebook Vật liệu kỹ thuật: Phần 1 trình bày những vấn đề cơ bản của vật liệu kỹ thuật, giúp cho sinh viên có thể nắm vững các kiến thức cơ bản về vật liệu kỹ thuật thông qua các nội dung chính sau: Cấu tạo tinh thể của vật liệu, giản đồ trạng thái của hợp kim hai cấu tử, quá trình khuếch tán và chuyển pha, biến dạng và cơ tính của vật liệu, ăn mòn và bảo vệ vật liệu. Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ ặ n g V ũ N g o n (Chủ biên) N g u y ê n V ă n D n - N g u y ễ n N gọc H - T rư n g v ă n T r n g VẬT LIỆU KỸ THUẬT * • • (Tái lần th ứ sáu) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC Q u ố c GIA TP HỒ CHÍ ỊVIỊNH - 2012 MỤC LỤC LỜ I N Ó I Đ ẦU Chương CẤU TẠO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU 1.1 V ật liệu tinh thể vơ định hình Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng 1.3 Sai lệch m ạng tinh thể (cấu tạo m ạng tinh th ể thực tế) 1.4 cấu trúc polyme, thủy tinh gốm Chương GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦẠ HỢP KIM HAI GẤU TỬ 2.1 Khái niệm giản đồ trạng thái 2.2 Giản đồ trạn g thái sắt - cacbon 2.3 Quá trìn h kết tinh hợp kim Fe-C 2.4 TỔ chức tệ vi hợp kim Fe-C Chương QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN VÀ CHUYỂN PHA TRONG VẬT LIỆU 3.1 Quá trìn h khuếch tá n 3.2 Quá trìn h chuyển pha vật liệu Chương BIẾN DẠNG VÀ C TÍNH CỦA VẬT LIỆU 4.1 Biến dạng đàn hồi 4.2 Biến dạng dẻo 4.3 Phá hủy Chương ẢN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU 5.1 K hái niệm chung bảo vệ kim loại 5.2 Các dạng &n mòn 5.3 Điện th ế điện cực 5.4 Động học trình ăn mồn 7 10 18 25 32 32 46 51 53 59 59 62 102 102 105 120 128 128 131 133 137 6.5> Sự thụ dộng hóa kim loại Ị42 5.6 Nhítog yếo tố ảnh buồng đến ăn mbn diện hóa Ản.mòn hóa học (ân mòn khơ) 5.8 Bảo vệ kim loại 143 148 15G Chương ổ GANG VÀ THÉP 6.1 Gang 6.2 Thép 163 163 173 Chương KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU 7.1 Nhôm hợp kim nhôm 7.2 Đồng hợp kim 7.3 Magiê hợp kim magiê (Mg) 7.4 Titan hợp kim titan 7.5 T ín h chất ứng dụng uíía số kim loại màu khác 233 234 248 261 263 268 Chương VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI A Vật liệu vô 8.1 Khái niệm phân loại 8.2 Đặc điểm cấu trúc tính chất vật liệu vò 8.3 Một sơ" vật liệu vơ điển hình B Vật liệu hữu (poỉyme) 8.4 Cấu tạo polỵme tính chất polyme 8.5 Một số vật liệu polyme điển hình ứng dụng 8.6 Gia công polyme ' 273 273 273 273 277 287 287 297 301 Chương VẬT LIỆU COMPOSITE 3G5 9.1 Các khái niệm composite 9.2 Composite h ạt 305 307 9.3 Composite cốt sợi 9.4 Composite cấu trúc 9.5 Công nghệ chế tạo composite Chương lõ VẬT LIỆU BỘT 10.1 Khái quát 10.2 Công nghệ chế tạo 10.3 Các vật liệu điển hình PHỤ LỤC - 308 313 315 316 316 316 318 323 TÀ I L IỆ U THAM KHẢO 337 LỜ! NÓI Đ ÁU VẬT LIỆU KỸ THUẬT biên soạn để phục vụ cho việc giảng dạy uà học tập mơn học có liên quan đến Vật liệu kỹ thuật (VLKT) Tài liệu biên soạn phù hạp với nội dung uà phương pháp giăng dạy Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP HCM Trong sách chúng tơi cố gắng trình bày vấn dề VLKT, giúp cho sinh viên tự học theo tinh thẩn học chê tín như: - Bản chất vật liệu, tính vă phạm ứng dụng cua nhóm vật liệu dùng kỹ thuật nói chung, đặc biệt ngành khí chế tạo, tô mảy kéo, lượng, xây dựng Trên sở đỏ người đọc biết cách lựa chọn, đánh giá sử dụng vật liệu hợp lý, đáp ứng yêu cảu kỹ thuật, kinh tế, tạo sản phẩm có chất lượng, có tính cạnh tranh, phù hợp với sản xuất đa dạng - Các thành tựu thu nghiên cứu sản xuất vật liệu có ý nghĩa quan trọng đối vói phát triển ngành khí chế tạo, góp phần quan trọng cơng cơng nghiệp hóa đạp hóa đất ìutớc mà VLKT ỉà hướng m ũi nhọn khoa học công nghệ Nội dung cửa VLKT nêu lẽn dược mối quan hệ cấu tạo bên (thành phần, tổ chức) với tính chất bên ngồi (cơ, lý, hóa tinh) vật liệu Ngoài kim loại hợp kim vật liệu quan trọng, tài liệu mở rộng kiến thức đến vật liệu phi kim loại poỉyme, ceramic, vật liệu két hợp composite số vật liệu mói đưa vào thay th ế phần vật liệu kim loại; bồ sung thêm phần 'kiến tỉ lức ản mòn bảo vệ vật liệu VẬT LIỆU KỸ THUẬT tập thể giảng viên Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu - Trường ĐHBK biên soạn, PG S.TS Đặng Vũ Ngoạn chủ biên Các tác giả chịu trách nhiệm biên soạn sau: Chương 1, : ThS Trương Văn Trường Chương 3, 4, 5, 7: PGS.TS Đặng Vũ NgoạnChương - Chương 8, 9, 10; : TS Nguyễn Ngọc Hà TS Nguyễn Văn Dán Trong lần tài chúng tơi có sứa chữa bổ sung thêm chương Chủng tơị mong góp ý bạn dồng nghiệp quý độc gia đ ể sách hoàn thiện han lần tái tới Mọi thư từ góp ý xin.gửi Trung tâm N ghiên cửu Vật liệu Trường Đại học Bách khóa Đại học Quẩc gia TP Hồ Chí Mirth - 268 Lý Thường Kiệt, Fl4*Q 10 Điện thoại: (08),8.650.290 Chủ biên PG S.TS ĐẶNG VŨ NGOẠN Chương CẤU TẠO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU 1.1 VẬT LIỆU TINH THỂ VÀ VÔ ĐỊNH HÌNH Đ ịn h n g h ĩa , Trong thiên nhiên tồn hai dạng vật rắn khác tính chất tinh thể vơ định hình Các vật tinh trạng thái rắn, nung đến nhiệt độ định chúng chuyên thành trạng thái lỏng Khi làm nguội xảy trình ngược lại Việc chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác xảy nhiệt độ định gọi nhiệt độ nóng chạy (H.x.l) Các vật vơ định hình nung nóng bị mềm khoảng nhiệt độ sau dó chuyển thành trạng thái lỏng, tức khơng có điểm nhiệt độ nóng chảy xác định Trạng th tinh thể chất rắn ổn định trạng thái vơ định hình t (Ihởi gian) Các vật tinh thể đặc trưng Hình 1.í Đường cong làm xếp có trậ t tự không nguọi cua linh thè gian h t (các ion, ngụyên tử, 'phần tử) tạo nên tinh thể Tính chất tinh thể phự thuộc vào cấu tạo điện tử nguyên tữ, phân bố không gian h t bản, thành phần hóa học, kích thước hình dáng tinh thể C ác d n g liê n k ế t n g u y ê n tử tro n g c h a t r ắ n Cấu trúc tính chất tinh th ể phụ thuộc vào lực giữ cho ion, nguyên tử haý phân tử tồn vị trí xác định mạng lưới tinh thể Bản chất mối liên kết hinh thành phần tử tinh thể tạo nên câu trúc điện tử nguyên tử, tác động tương, hỗ vdỉ Các phần tử trọng mạng lưới tinh phân bô cách khoảng cách n h ất định Khoảng cách đảm bảo cho tinh có íính ổn định nhiệt động học lớn xác định tác động lực tinh thể Theo dặc điểm liên kết, tấ t tinh th ể phân thành: tinh thể phân tử, đồng hóa trị, kim loại hay ion Tuy nhiên, phân chia nhừ có tính chất quy ước số trường hợp khơng có loại mà nhiều loại liên kết tác động Bảng 1.1 *Tinh thể Năng lượng kJ/mol Kiểu liên kết Ar CH„ Kim cương SiC LiF NaCI Fe Na 7,5 10 750 1180 1000 750 390 110 hóa trị phãn tử ion kim tỊBÌ a L iên k ế t p h â n tử (liên kết Van dcr Waals) Đây tinh thể có mối liên kết Van der Waals Liên kết sinh tương tác diện tử nguyên tử, khoảng cách lớn mày điện tử chưa tiếp xúc với Nó xuất phần tử (các ion, nguyên tử, phân tử) Trong tinh thể khí liên k ết Van der Waals nhất, định tổ chức tính chất tinh th ể (bảng 1 ) Năng lượng liên kết Van der Waals khơng lớn tinh thể phân tử có nhiệt độ nóng chảy bay thấp (© ) (â ) c^3 > M o đ -0 Hỡnh 1.2 Mơ hình liễn kết Van der Waats b L iên k ế t đồng hóa trị Đó tinh có mối liên kết đồng hóa trị Chúng tạo thành nguyên tố thuộc nhóm IV, V, VI, Vll phân nhóm B (bảng tuần hồn Mendeleev) Liên kết tạo hai nhiều nguýên tử góp chung sơ diện tử đế đủ điện tử lớp ngồi (điện tử hóa trị) • V/ dụ: nguyện tử nguyên tố hóa học nhóm VIIB có lớp diện tứ ngồi Để có đủ điện tử, cần k ết hợp hai nguyên tử lại cách góp chung hai điện tử lớp ngồi Liên kết đồng hóa trk h a i n g u y ê n tử CỈQ (Cl) tro n g p h â n tử CI2 v í dụ: Sự liê n k ết đồng hóa trị xảy giừa nguyên tử loại (cùng nguyèn tó hóa học) gọi liên kêt đồng iióa trị đồng cực (ví dự: phân tiV Cl?, tĩnh thè kini cương, silic, gecmani) Sự liên Uẽt dồng hóa trị nguyên tố khác loại (các nguyên tố hóa học nhóm IIIA với VA IIA với VIA) Ví dụ, GaAs, GaP, gọi liên kêt đồng hóa trị dị cực c Liên h ết ỉon Đây liên kết mạng nguyên tử cho bớt điện tử lớp dế trở thành ion dương (cation) nhận thêm điện tứ đê điền đầy lớp trở thành ion âm (anion) H.1.3 mơ tả ìiên kết ion Li F đế tạo thành LiF Nguyên tử Li cho điện tử đế trở thành Li+; nguyên tử F nhận điện tử đế trơ thành F ; kết tạo thành hợp chất LiF Liên kêt ion thướng tạo thành nguyên tố có nhiều điện tử hóa trị (nhóm VIB, VIIB) với nguyên tố có điện tử hóa trị (nhóm IB, IIB) Các ơxit kim loại (AI2O3, MgO, CaO, Fe30,j, NiO, ) có liên kết chủ yếu liên kết ion Cũng giông liên kết đồng hóa trị, liên kết ion mạnh (bền vững) nguyên tử chứa điện tử, tức điện tử cho nhậu nằm gần 'hạt nhân Ví dụ: hydro (H) tạo với F, Cl, B11, I hợp chất HF, HC1, HBr, HI nãng lượng liên kết ion tương ứng 5,81; 4,44; 3,75 3,06 eV/mol cần lưu ý rằng, liên kết ion loại Liên kết khơng định hưởng Hình 1.3 Liên kết ÌOÌI cùa LiF Hỉnh 1.4 Liên kết kim loai d L iên k ế t kìm loại Các ion dương, tạo thành mạng xác định, đặt khơng gian điện tử tự “chung” Đó hình ảnh liên kết kim loại Năng lượng liên kết tổng hợp lực hút tĩnh điện ion dương mây điện tủ tự (H.1.4) Liên kết kim loại thường tạo nên từ ngun tử có điện tử hóa trị Các ngun tử nhóm IA bảng tuần hồn Mendeleev, với điện tử hóa trị, có tính kim loại điển hình Càng dịch sang phải bảng tuần hồn, tính chất đồng hỏa trị liên kết nguyên tô tương ứng tăng đến bismut (Bi) xuất liên kết hỗn hợp “kim loại- đồng hóa trị” Cấu trúc tinh chất với liên kết kim loại có tính đối xứng rấ t cao Mơ hình liên kết kim loại dược th ể H.1.4 Đặc điểm liên kết kim loại làm cho kim loại có độ dẻo cao Khi dịch dãy nguyên tử (ion) khoảng cách nguyên tử, ion chuyển đến nút giữ nguyên cấu hình cũ, liên kết kim loại' giữ vững xếp tương đối ion dương với với điện tử tự chất dính kết gắn chặt ion dương với nhau, ln ln trì mối liên kết 1.2 CẤU TẠO MẠNG TINH THỂ LÝ TƯỞNG M ột số k h i n iệ m b ả n Mạng tinh thể mơ hình khơng gian để nghiên cứu các’quy luật xếp chất diểm vật tinh thể a) b} c Hình 1.5 Lập phương đan gián a) mạng tỉnh thề; b) mặt tình thề; c) khối ca.bần Nếu tinh cho ba phương Ox, Oy Oz không nằm trọng m ặt phẳng khoảng cách h t nằm theo phương không bàng a, b, c Mạng tinh thể gồm mặt qua chất điểm, m ặt luồn song song cách gọi mặt tinh thể; tập hợp chất điểm nằm trê n đường thẳng gọi phương tinh thể lổ Ảnh hưởng áp suất đến trình ăn mòn điện hóa th ể m ặt sau: - Làm thay đổi độ tan khí dung địch ăn mòn; - Làm dễ dàng cho trình thủy phân muối nước; - Xuất liiệri ứng suất học kim loại 5.7 ĂN MÒN HĨA HỌC (ĂN MỊN KHƠ) Ản mòn lìóa học q trình phá hủy kim loại tác dụng hóa học mơi trường xung quanh (ví dụ: kim loại tác dụng với ôxy, lưu huỳnh, halôgen) Đây phản ứng ơxy hóa bề mặt kim loại tạo hợp chất hóa họe, làm phá hủy bề m ặt mà không cần dung dịch điện ly, gọi ăn mòn khơ Lớp màng rắn thường gọi vảy Qua lớp màng đó, kim loại chất ơxy hóa khuếch tán phản ứng lại tiếp tục xảy Người ta th ơxyt, síìia halơgenua thường khuếch tán dứới dạng ion khơng phải ngun tử, vậy, người ta gọi sản phẩm ăn mòn chất điện ly rắn ion khuếch tán khơng bị hydrat hóa Dưới đây, ta xét q trình ãn mòn hóa học điển hình ơxy hóa kim loại khơng khí nhiệt độ cao Cơ ch ế ăn mòn Ơxy tác dụng với bề m ặt kim loặi theo ba giai đoạn: - Hấp thụ ôxy; - Tạo mầm ôxyt; - Khuếch tán ion, p h át triển m àng ôxyt dày đặc Giống q trình ãn mòn dung dịch điện ly, tạo ôxyt xảy theo chế điện hóa Tại bề m ặt phân chia kim loại /ơxyt, xảy phản ứng ơxy hóa (5-2): Me Men+ + ne (5-2) Trên bề m ặt phân chia ơxyt/khơng khí có phản ứng phân hủy: (5.25) l/2 -> Ohp + 2e o 2Phản ứng chung là: mMen+ + m n/202' (5.26) M6mOmn/2 Trong m số n hóa trị kim loại: Ohp ốxy hấp phụ bề m ặt kim loại (H.5.13) N hiệt độ táng làm tốc độ tạo nạầm p h át triển m ầm ôxyt o, tăng Có th ể hình dung phát 0* triển màng ôxyt n» khuếch tán ion kim ỉoại trường diện ơxy tích H ìn h 5.13 Sơ đồ tạo lóp ơxyt kim loại diện âm hấp phụ bề m ặt tạo Khi chiều dày màng ôxyt đạt vài ngàn anstron, khuếch tán qua lớp màng ồxyt bị khó khăn, màng trở nên dày đặc, tạo ứng suất rấ t lớn lớp ôxyt làm phá hủy màng Khi tốc độ ơxy hóa lại tăng lên rấ t nhanh Tính chất bảo vệ m àng Các sản phẩm tạo màng bề m ặt kim loại thường giòn, dẻo Vì màng dễ bị phá hủy tác dụng ứng suất, làm giảm khả bảo vệ màng Màng bảo vệ phải có tính chất sau: - Có độ sít chặt cao bao phủ toàn chi tiết; - Bền với tác động - hóa mơi trường; - Dính bám tốt với kim loại; - Hệ số dãn nỏ nhiệt không khác nhiều so với kim ĩoại Để đánh giá khả bảo vệ màng, N Pilling R Bedworth nêu lên tỉ số E thể tích riêng ơxyt kim loại (tỉ số Pilling-Bedworth) theo công thức: _ ^ôxyt _ ^ & x y t ^M e ^ ‘ Pôxyt _ A PM e ^oxyt'PM e 27) ^ "P & x y t"^ đó: Mfocyt - phân tử lượng ôxyt; pỏxyt, PMe - k h ố i lư ợ n g r i ê n g c ủ a ô x y t v k i m lo i; A- nguyên tử lượng kim loại; N- số kim loại ộxyt, ví dụ với A120 n = Khi > màng có tính bảo vệ Đó màng ôxyt, kim loại: Cd, Al, Ti, Ziij Cu, Cr, Si Chẳng hạn màng ôxyt nhôm crôm 1,3 3,03 Khi e < 1, màng tính bảo vệ Đó màng ơxyt kim loại kiềm kiềm thổ Ví dụ: màng ôxyt canxi magiê 0,64 0,79 Khi E » 1, tính bảo vệ lại giảm ứng suất dư lớn, màng bị nứt Ví dụ, dối với wonfram, màng WO3 có e = 3,6, bảo vệ tốt nhiệt độ thấp 800°C; nhiệt độ cao hơn, bị phá hủy Động h ọc trình tạo m àng Tốc độ trình tạo màng phụ thuộc vào trìn h khuếch tán ion Thực tế, mối quan hệ chiều đày màng y hình thành lúm loại thời gian t biểu diễn theo ba kiểuphương trìn h khác (H.5.14) phụ thuộc vào tỉ số chiều dày tương đối màng: Quan hệ tuyến tính: tốc độ ăn mòn số', đồ thị y-t có dạng đường thẳng (H.5.14a) dy/dt = k y = k t + const (5.281 thường xảy màng xốp, nứt (e < e > 2), ơxy thâm nhập liên tục qua màng Ví dụ: ơxyt kim loại, kiềm, kiềm thổ trường hợp wonfram 149 Quan hệ parabol: tốc độ khủệch tán tỉ lệ nghịch với chiều dày lớp khuếch tán dy/dt = k/y y2 - 2kt + const (5.29) đồ thị y2 —t có dạng đường thẳng (H.5.14b), phương trìn h phù hợp với màng có tính bảo vệ tốt, tương ứng E > Nó sử đụng để mơ tả ơxy hóa nhiệt độ cao nhiều kim loại đồng, niken, sắt, crôm, coban Quán hệ lôgarit xảy màng ôxyt mỏng, tạo giai đoạn đầu q trình ơxy hóa nhiệt độ thấp, tốc độ ăn mòn tỷ lệ nghịch với thời gian Phương trìn h G Tammann w Koster nêu lên: dy/dt = k/t y = In (t + const) (5.30) Đồ thị y-ln (t + const) t » const có dạng dường thẳng (H.5.14C) Nó mơ tả hình thành màng ơxyt kim loại Cu, Fe, Zn, Cd, Sn, Mn, Al, Ti giai đoạn đầu òxỵ hóa Hìtih 5.14 Quan hệ giăa tốc độ ăn mòn thời gian theo quy luật khác a) quy lụật tuyến tỉnh; b) quy ỉuật paraboỉ; c) quỵ luật lôgarit 5.8 BẢO VỆ KIM LOẠI Bảo vệ kim loại có ý nghĩá đặc biệt quan trọng việc nâng cao độ bền chống ăn mòn cho chi tiết Nắm vững biện phập chống ẩn mòn cho phép lựạ chọn hợp lý tiế t kiệm vật liệu th iết kế Các biện pháp bảo vệ kim loại kèm theo trang trí, nâng cao tính thẩm mỹ cho th ì tiết kết câu Các biện pháp để bảo vệ chống àn mòn là: ■ ■ - Phủ kim loại; - Phủ chất vô cơ; * Sơn phủ chất hữu cơ; - Xử lý mồi trường; - Hợp kim hóa; - Bảo vộ điện hóa - Thụ động hóa; Dưới đây, giới thiệu số biện pháp thòng đụng nhất: 150 Phủ kim lo i Đa sô' lớp phủ kim loại thực cách nhúng chi tiết vào bể kim loại lỏng (tráng nóng) kết tủa điện hóa từ dung dịch điện ly Ngồi ra, phương pháp khác phổ biến như: phun kim loại lỏng (phương pháp kim loại hóa) thực cách biến bụi giọt kim loại lỏng dòng khí hướng chúng đến bề m ặt kim loại Lớp phủ bị xốp, có độ dính bám tốt đạt độ dày tùy ý Phủ kim loại thực phương pháp thấm kim loại (phủ lĩhuếch tán), ví dụ: thấm nhơm, bo, silic, crơm, titan, Hồn ngun kim loại theo phương pháp hóa học từ dung dịch muối chúng Lớp phu có liên kết tố t với kim loại Người ta gọi phương pháp niken hóa học Ion hóa kim loại dòng lượng cao phun phủ lên bề mặt chị tiết phun plasma, phun nổ, Phương pháp phủ Ti,B,Cr,Y, tạo cho chi tiết khả chịu ãn mòn mài mòn nhiệt độ cao Các lớp phụ dù mức độ có lỗ rỗ Chúng dễ dàng bị phá hủy chịu tải, chịu tác động môi trường sử dụng Lớp mạ diện thỏa m ãn tốt yêu cầu sử dụng, vậy, cần quan tâm bảo vệ chống ăn mòn Trên quan điểm chống àn mòn, lớp phủ kim loại chia làm hai dạng: lớp phủ chống ăn mòn phủ protectơ Lớp phủ chống ăn mòn thép (ví dụ: niken, bạc, đồng, chì, crơm) có điện th ế dương kim loại nền, có tác dụng bảo vệ cho lớp khỏi mơi trường ăn mòn (H.5.15à) Dạng phá hủy nguy hiểm rấ t khó phát Cần phải giảm tối da nứt rỗ chế tạo tăng chiềụ dày lớp phủ, điền đầy lỗ rỗ sơn kim loại có nhiệt độ chảy thấp kẽm, chì niken Lớp phủ protectơ, ví dụ: kẽm, cadmi, nhơm thiếc thép có điện th ế âm kim loại nền, vậy, lỗ rỗ lớp phù không ảnh hưởng đến q trình bảo vệ Bảo vệ catod có tuổi thọ cao bảo vệ bồng lớp phủ dày Dung địch điện ty Dung dịch điện ly H ình 5.25 a) sơ đồ chuyển động dòng điện ăn mòn lớp phủ chống ăn mòn; b) lớp phủ protectơ 151 Một số kim loại thường dùng để phủ niken, chì, kẽm, cadimi, thiếc, crơm, nhơm Phủ niken: Phủ niken thường tiến hành phương pháp mạ điện Có th ể mạ niken trực tiếp lên thép lớp mạ đồng trung gian Lớp mạ đồng làm tãng độ bóng lớp mạ niken đồng mềm thép, có th ể giảm chiều dày lớp mạ mà không sợ rỗ (niken đắt dồng) Do độ rỗ ảnh hưởng mạnh đến độ chịu ăn mòn dạng bề mặt lớp mạ, nên tùy điểu kiện sử dụng mà lựa chọn chiều dày hợp lý Ví dụ: m ặt bên chi tiết chiều dày lớp mạ nên 0,008 - 0,013 mm, phía bên cần dày hơn, nên chọn 0,02 - 0,04 mm Niken nhạy cảm với tác dụng môi trường xâm thực, dặc biệt mồi trường công nghiệp Nó dễ bị phá hủy có sulfua Màng sulfua niken làm giảm độ bóng, lớp mạ niken Vì vậy, người ta thường mạ lớp mỏng crỗm (0,0003 - 0,0008 mm) lên trê n niken Từ xuất thuật ngữ “mạ crôm” mà thực chất mạ niken Khi mạ nhiều lớp, ăn mòn rấ t khó phát triển theo chiều sâu mà chủ yếu theo chiều rộng, lớp kim loại bảo vệ Cần lưu ý mạ nhiều lớp có tính chống ăn mòn cao mạ lớp độ dày lớp mạ Ngoài ra, người ta mạ hóa học niken bằq.g cách hồn, ngun kết tủa niken từ mi chúng Mạ hóa học niken thường sử dụng mạ bên chi tiế t chi tiết có hình dáng phức tạp mà mạ điện khó thực Phủ chì: Phủ chì thép thường sử dụng phương pháp nhúng bể chì lỏng mạ điện chì Để cải thiện khả dính bám với kim loại, người ta cho thêm vài phần trăm thiếc vào Các tâ'm tởn nhúng chì với hàm lượng thiếc đáng kể (khoảng 25%) gọi tơn tráng thiếc Lớp phủ chì - thiếc có khả nãng chịu ăn mòn tốt khí quyển, ngồi ra, “gỉ” tạo lô rỗ chúng có khả ngăn ngừa ăn mòn tiếp thẹo Tính bảo vệ chì đất khơng cao Lớp phủ chì thường sử đụng bảo vệ vật liệu làm mái nhà, trắng bề m ặt bình đựng xăng động nhẵm trán h ãn mòn nước Khơng dùng chì để phủ vật dụng đựng đồ ăn uống muối chì rấ t dộc, dù với nồng độ chì rấ t nhỏ Phủ kẽm: phương pháp phủ giơng chì Lớp mạ kẽm có dộ dẻo cao lớp nhúng kẽm, nhúng trê n bề m ặt p hân chia với sắ t hình th n h hợp chât hỏa học giòn s ắ t - kẽm Tơc độ ãn mòn h kiểu lớp phủ tương tự Tuy nhiên, nước đất, lớp phủ nhúng ngản cản hình th àn h ăn mòn kiểu pitting, lớp hợp chât sắt-kẽm có điện thê dương kẽm làm cho ăn mòn lớp phủ kẽm lan rộng không ăn sâu 152 Lởp phủ kẽm chịu đựng tốt môi trường đồng q khơng khí vùng biển, khơng chịu bắn tóe nước biển mơi trường cơng nghiệp Thí nghiệm cho thấy tuổi thọ chi tiết phủ kẽm hai m ặt với chiều dày 0,03 mm (tương đương 0,036 g/cm2) đồng quê 11 năm, vùng biển năm, khu cơng nghiệp có nàm Lớp phủ kẽm rấ t nhạy cảm với axit sulfuaric vốn tạo dễ dàng từ khí nhiễm khu cơng nghiệp Trong mơi trường nước, lớp phủ kẽm có tốc độ ăn mòn nhỏ pH = 7-12 (chịu kiềm), pH > 12,5, tốc độ ăn mòn lại tăng mạnh, giải phóng hydro: Zn + OH' + H2O -> HZnOg + H2 (5.30) Muối kẽm độc hại, cho phép lớp phủ kẽm tiếp xúc với đồ uống, với thực phẩm nên hạn chế Phủ cadimi: Lớp phủ cadimi tạo theo phương pháp mạ điện Điện th ế điện cực cadimi sai khác không lớn so với sắt (khác kẽm sắt), đó, khả bảo vệ catod lớp mạ cadimi lớp mạ có khuyết tậ t giảm mạnh Cadimi đắt kẽm, lớp mạ giữ màu sắc lâu có khả tiếp xúc điện tốt hơn, dễ hàn vẩy Vì vậy, dùng nhiều cơng nghiệp điện tử Ngồi ra, chịu đựng tốt tác động kết tủa nước, nước muối phun bắn Trong môi trường nước, cadimi không chịu độ kiểm cao kẽm bị ăn mòn axit lỗng, dung dịch amoniac Muối cadimi rấ t độc, vậy, không cho phép mạ cadimi chi tiết đùng để ăn uống Phủ thiếc: Phương pháp mạ điện thiếc thường dùng phố biến phương pháp nhúng nóng lớp mạ thiếc có độ phẳng cao, có thế' mạ dày dược Do mi thiếc khơng độc nên lớp mạ thiếc rấ t lý tưởng để chế tạo sắt tây (sắt tráng thiếc) dùng công nghiệp thực phẩm Hàng năm, th ế giới sản xuất hàng triệu sắt tây mà phần lớn dùng đế chế tạo vỏ đồ hộp đựng thực phẩm lỏng rắn Chiều dày lớp thiếc nhúng khoảng 0,0015 - 0,0038 mm (22,4 - 56 g/cm2), chiều dày trung bình lớp mạ thiếc trê n đồ hộp Ịà 0,00045 mm (6,71 g/cm2) Lớp phủ thiếc mỏng dễ có rỗ xốp chức bảo vệ protectơ thiếc giảm, lỗ ăn mòn kiểu pitting dễ đàng làm thủng lớp vỏ sắt mỏng Điện th ế điện cực tiêu chuẩn thiếc - 0,13 V, sắt - 0,440 V Do đó, phủ thiếc bên ngồi vỏ hộp thiếc đóng vai trò catođ với sắt Tuy nhiên, bề m ặt bên hộp, thiếc lại ln đóng vai trò anod với sắt lả* lớp bảo vệ tốt cho sắt sỏ dĩ có thay đổi cực ion Sn2+ có khả tạo với nhiều loại thực phẩm hợp chất phức, chúng làm giảm hoạt tính ion s 2+ làm điện th ế ãn mòn thiếc dịch chuvển phía âm Gác thực phẩm thường chất hữu có tính axit kiềm Một số chúng chất tạo phức, sô” khác chất ức chê chất khử catod Sự ãn mòn bên hộp thực phẩm phủ thiếc có m ặt chất khử cực hữu thường khơng kèm theo tầốt hydro, hàm lượng khơng đáng kê Tuy nhiên, thực tế, ăn mòn thường thường ỉại có hydro Ngun nhân chưa rõ Sự thoát hydro ỉàm tăng áp suất hộp, làm thực phẩm bị phân hủy tác dụng vi khuẩn Lượng hydro sinh thời gian bảo quản phụ thuộc không vàọ chiều đày lớp thiếc, nhiệt độ, loại thực phẩm đựng hộp mà vậo tổ chức thép làm hộp, Tốc độ sinh khí hydro tăng đùng thép qua biến dạng nguội, mà diều lại''khó'tránh sản xuất thép Hàm lượng p s cao tăng độ nhặy cảm ăn mòn thép mơi trường axit, có m ặt đồng, khả ăn mòn thép giảm Tuy nhiên, số’ thực phẩm lại u cầu khơng có đồng vỏ hộp Thiếc nguyên tồ lường tính, tác dụng với axit lẫn kiềm Sn có độ bền vững cao tròng mơị trường trung tính gần trung tính Nó khơng bị ăn mòn nước mềm, Sn sử dụng làỉn ống dần nước chưng cất Thiếc đắt nên nay, người ta tìm cáeh thay th ế nguyền tố khác Phủ nhôm: lớp phủ Iihôm nhận chủ yếu phương pháp nhúng nóng kim loại hóa (phun kim loại) Phủ1băng khuếch tán sử dụng Khi phủ nhôm bàng phương pháp nhúng trông bế nhơm lổng, người ta thường thêm silìc để trán h tạo lớp hợp kim giòn Lớp phủ nhộíri sứ dụng để nâng cao độ bền chống ơxy hóa nhiệt độ vừa phải thiết bị lò sưởi, ông xả động cợ Nhiệt độ làm việc lớp phử có thê đến 480°c Ở nhiệt độ cao hơn, lớp phủ trở thành chịu nhiệt giữ tính bảo vệ đèn nhiệt độ 68Q°C Việc sử đụng lớp phủ nhơm để bảo vệ chống án mòn bị hạn chế giá thành lớp phủ cao nhiêu so với phủ kẽm tính chât sử đụng khơng ổn định Trong nưởc mềm, điện nhôm cao thổp nơn lớp phủ có tính chơng ăn mòn Trong môi trường nước biển số môi trường nước khác có chứa c r S o * - , điện nhôm trở nên âm xảy đổi cực cặp sắt - nhôm Lớp 154 phủ nhôm trở thành protectơ thép trở thành catod Thí nghiệm cho thấy lớp phủ Al-Zn gồm 44% Zn, 1.5% Sỉ - lại nhơm có khả chống ăn mòn cao nước biển mỏi trường cơng nghiệp, chống đưực ơxy hóa ó nhiệt độ cao Phủ phi kim loại Lớp phủ phi kim loại có tính chất mà kim loại khơng thể có Theo nguồn gốc chất phủ người ta chia làm lớp phủ vó hữu a Phủ vô Bao gồm Cắc vật liệu phủ có nguồn gốc vơ Tráng men silicat: men u cầu có hệ sơ' dãn nở với thép Thường sử dụng men thủy tinh, men sứ, lớp phủ thủy tinh lớp men nung chảy bề m ặt kim loại Phối liệu dạng bột, ãược quét sơn lên bề m ặt kim loại sau cho vào lò nung lên nhiệt độ chảy men bám dính chặt vàọ bể m ặt chi tiết Gó thể phủ dồng thời nhiều lớp meíi lên bề m ật kim loại Phủ men chủ yếu dùng cho thép, có dùng cho gang, đồng, hợp kim đổng, nhôm Men thủy tinh cớ thể bảo vệ kim loại nhiều môi trường khác cải thiện vẻ bề chi tiết Thành phần chủ yếu men boruá sjlicat, bền vững axit mạnh, kiềm yếu hai mơi trường Tính chất bảo vệ cao men khơng bị nước không thẩm thấu, dù tiếp xúc lâu dài với chúng nhiệt độ thường nhiệt độ cao Người ta đà sử dụng phủ men đề' bảo vệ catod bình nước nóng Khơng cho phép chút khuyết tậ t phũ men bề m ặt chi tiết: Nhược điểm lớp men phủ nhạy cảm với tác dụng học dễ nứt có va đập nhiệt Trong khơng khí, thép phủ men có tuổi thọ cao Men đùng bảo vệ chí tiết chịu khí nóng thổi qua (ống xả động nhiệt) chi tiết đặt đất Dạng họng chủ yếu chi tiết phú mẹn vết nứt dạng lưới qua vết nứt ăn mòn thép Phủ xi măng; lớp phù xi măng có giá thành thấp hệ số dãn nở nhiệt' (1,0 X 10'5/°C) gần thép (1,2 X 10'V’C), đơn giản thực dễ sửa chữa hư hỏng Có thể tạo lớp phủ xi mãng phương pháp ly tám (nhất bề m ặt ống dẫn), trá t phun Thường chiều dày lớp phủ từ : 25 mm Lớp phụ rấ t có hiệu với ống dẫn nước gang thép đặt đất, rnrôc Tuổi thọ chủng tới 60 năm Ngồi ra, phủ xi măng tiên Hành cho cấc thùng đựng nước nóng, lạnh, đựng dầu, thùng bảo quẩn hóa chất 155 Nhược điểm lớp phủ xi măng chịu tác động học va đập nhiệt Tuy nhiên, hư hỏng hở sửa chữa dễ dàng Các vêt nứt nhỏ có ill*'* tự hàn nhờ lắng đọng sản phẩm ăn mòn Trường hợp đặc biệt phủ xi măng ỉà đúc bê tông cốt thép Do cốt thép nằm phối liệu bê tỏng có độ kiềm cao (pH >12) nên thép bị thụ dộng hóa Sự thụ động hóa thép bị giảm tác động muối môi trường khơng khí khuếch tá n qua bê tơng, biến Ca(OH)2 có độ kiềm cao thành CaC03 có độ kiềm thâp Phủ phản ứng: dược hình thành nhờ phản ứng hóa học trực tiếp xảy trê n bề mặt kim loại, tạo lớp phủ thông dụng sở hợp chất sắt với photpho (photphat hpa), ơxit (ơxy hóa) crơm (crơm hóa) Các lớp màng tương đơi sít chặt, bám chẩc vào sắt, có tính bảo vệ trang Èrí cho chi tiết Lớp phu tạo phương pháp hóa học điện hóa, mơi trường ldềm axit Phương pháp phu phản ứng áp dụng phổ biến cho nhòm, đồng b Phủ hữu (sơn poỉyme) Sơn màu dung dịch huyền phù phần tứ tạo màu rắn khơng hòa tan dung môi hữu nước Phầri tử tạo màu thường ơxit kim loại (ví dụ T i0 2t Pb30,i, Fe20a) hợp chất ZnCrOi, PbCC>3 , BaSC>4 , cao lanh Dung môi sử dụng thường dầu lanh, dầu trẩu Trong khơng khí, chúng nhanh chóng bị khơ, bị ơxy hóa, polyme hóa cứng lại Tốc độ tăng nhanh cho thêm lượng nhỏ chât xúc tác (Pb, Mn, Co ) Hiện người ta có xu hướng thay dung môi nhựa tổng hợp, đặc biệt sơn tiếp xúc với nước, môi trường axit, kiềm chịu nhiệt Nhựa tự khơ chât hòa tan bay polyme hóa nung tác dụng cứa xúc tác Sơn dầu thường gồm hỗn hợp dầu nhanh khố hòa tan nhựa chất dễ bay Sơn bao gồm nhựa hòa tan chất dễ bay hơi, chứa chất tạo màu Các chất bay thường độc hại, gây ò nhiểm mơi trường, số thành phố người ta quy định dùng sơn nước Nhựa tổng hợp điển hình fenolformaldehyt, chịu tác động, cùa nước nhiệt độ sơi cao Fenolformaldehyt dùng phủ nhiều lớp cho thiêt bị hóa học, sấy nóng độ chịu ăn mòn mơi trường xâm thực tăng lên Ở nhiệt độ cao hơn, người ta dùng nhựa silicon polyamit Nhựa alkyt có giá thành rẻ hơn, có lchổ nămg nguội nhanh, dộ bền cao', sử dụng rộng rãi dê’ bảo vệ kim loại 156 Nhựa vinyl có độ bền cao nước, chịu kiềm tốt, thích hợp sơn chi tiêt bảo vệ catod (so sánh ta thấy sở đầu lanh, trẩu dễ bị đất, nước rửa phá hủy) Nhựa êpơxy có độ bền cao mơi trường kiềm Chúng có tính dính bám rấ t cao với bề m ặt kim loại thành phần chứa số lượng lớn nhóm chất phân cực Khi trộn với chất xúc tác thích hợp, đơng rắn rấ t nhanh, vậy, người ta dùng để dính trám khuyết tật bề m ặt nối ống Lớp phủ sơn khơng thích hợp bảo vệ chi tiết đặt đất khó ngăn ngừa tác động học làm hỏng lớp sơn Ngồi ra, người ta dùng nhựa đường (bitum) để bảo vệ Các lớp phủ nhiều lớp ( - lớp) sở nhựa tổng hợp có giá trị bảo vệ cao, mơi trường hóa học cơng nghiệp Hợp kỉm hóa \ Hợp kim hóa biện pháp hiệu để nâng cao độ bền kim loại, chống lại tác động môi trường nhiệt độ thường nhiệt độ cao Từ lâu, người ta nhận thấy hợp kim hóa sắt crơm nấng cao khả chống ơxy hóa thép, thêm đồng, crơm niken nâng cao tính chịu ãn mòn khí Hợp kim vàng với đồng bạc giữ tính chống ăn mòn vàng hàm lượng chúng vượt giá trị đó, Tammann gọi ranh giới bền vững Thấp giới hạn hợp kim vàng bị ăn mòn, ví dụ: axit mạnh, phần vàng tinh khiết khơng bị hòa tan dạng xốp bột mà, ta dã biết, ăn mòn lựa chọn H Pickering c Wagner nghiên cứu ăn mòn lựa chọn hợp kim vàng đồng (chứa 10% nguyên tử vàng) cho điều liên quan đến tạo thành lỗ trống bề m ặt bị ăn mòn Lỗ trống khuếch tán sâu vào bên hợp kim nhiệt độ thường có th ể điền đầy bơi nguyên tử đồng Sau đó, đồng ỉại khuếch tá n ngược bề m ặt hòa fan vào dung dịch Khi hàm lượng vàng vượt hạn chịu ăn mòn, lỗ trống khơng tạo Cóc hợp kim kim loại quý Pt-Ni, Pt-Cu, Pt-Ag có ranh giới bền vững Thành phần hợp kim thay đổi phụ thuộc vào mơi trường ăn mòn, dao động từ 25-50% nguyên tữ Khi tăng nhiệt độ, ranh giới bền vững không thay đổi, thời gian tiếp xúc đài môi trường xâm thực m ạnh quan sát thấy ăn mòn Khi làm nguội nhanh sô' hợp kim sô sắt với niken coban m ột sô' tạp chất phi kim phơtpho, silic, cacbon, bo, 157 tạo tổ chức vơ định hình, có độ dẻo cao chút so với trạng thái ủ Một số hợp kim vơ định hình có khả chống ãn mòn cao dung địch axit, trừ HC1, mơi trường ơxy hóa, ví dụ dung dịch F e C l N ếu hợp kim có chứa crơm, th àn h phần dao động trê n 12% Cr, Khả nàng chịu ăn mòn hợp kim crơm liên quan đến việc tạo lớp màng bảo vệ, khác m ặt tính chất với lớp màng thép khơng gỉ, mà giống với lớp màng chịu ăn mòn hợp kim Fe-Si Í14,5% Si) Hựp kim hóa nâng cao mạnh mẽ hiệu chống ăn mòn đưa vào kim loậi hoạt tính có khả nàng làm thụ động hộa hợp kim Nguyên tố hợp kim làm giảm m ật độ dòng ăn mòn tđi hạn ith (khi hợp kim hóa crơm vào sắt) hớặc m ật độ dòng thụ động hóa itd (khi hợp kim hóa niken vào dồng) Các kim loại quý thúc dẩy trành bảo vệ catod đưa m ật độ dòng anod đến giá trị thụ động hóa Vi dụ hợp kim hóa thép titan paladi hay bạch kim có tính chịu đựng cao axit sunfuaric Kết tương tự hợp kim hóa nguyên tố quý cho thép cacbon (hợp chật Fe3C đóng vái trò catod), thép bị thụ động hóa nồng độ axit thấp Ta biết hợp kim pha đồng nhất, thụ động hóa xảy nồng độ hợp kim đạt đến giá trị (giới hạn bền vững tùy thuộc vào loại hợp kim môi trường ăn mòn Chẳng hạn với hợp kim Ni-Cr giới h ạn dó 30-40% Ni, với hợp kim Cr Co, Cr-Ni, Cr-Fe giá trị tương ứng 8,14 12% Cr Thép không gỉ hợp kim Fe-Cr chứa khơng 12% Cr Nó bị thụ dộng hóa nhiều mơi trường ăn mòn, tùy vào hàm lượng cròm B ảo vệ đ iện hóa Như ta biết, q trình ăn mòn kim loại dung dịch điện iy có chất điện hóa Dạng ăn mòn sinh kết ion hóa kim loại thơng qua việc truyền điện tử cho thành phần khử môi trường điện phân, nghĩa liên quan đến dòng điện định hướng kim loại - chất điện ly Người ta cố thể làm chậm hay ngừng q trìn h ăn mòn cách thay đổi hướng dòng điện gây khó khăn cho việc truyền điện tử kim loại Việc giỗi nhiệm vụ cố ch dùng dòng điện ngồi chất việc bảo vệ điện hóa Có hai phương pháp bảo vệ điện hóa Phương pháp th ứ dựa sở thay đổi hướng đòng điện hệ thống kim loại- chất điện ly, gọi phương pháp bảo vệ catođ Phương pháp thứ hai gây khó khăn, cản trở cho việc truyền điện tử từ kim ỉoại ra, gọi phương pháp bảo vệ anod 158 a, B ảo vệ c a to d Bảo vệ càtod nhằm tạo khả di chuyển dòng điện bề m ặt kim loặi cho xảy (hoặc gần xảy ra) q trình catod Có hai phương phầp bảo ,vệ catod sử dụng dòng diện ngồi vá dùng anod hỵ sinh (protectơ) Bảo vệ catođ blng dòng điện ngồi: sơ đồ bảo vệ dòng điện ngoài‘nêu H.5.16 Trong sơ đồ này, việc phân cực kim loại cần bảo vệ thực băng cách áp đặt nguồn điện bên (4) cổ cực âm nối kết với kết cấu kim loại cần bảo vệ, cực dương nối vào mồi trường điện ly thông qua ậríod Việc điều chỉnh điện th ế dòng điện nguồn ngồi dược thực thơng qua theo dõi dồng hồ (6) nối kết câu kim loại bảo vế (1) môi trường điện phân (2) qua đỉện cực so sánh (5), cho m ật độ dòng diện ibv luồn trì ổn định Yêu cầụ dối với vật liệu anod phương pháp bảo vệ dong là: - Tốc dộ tiêu hao điện cực nhỏ; - Có khả làm việc với dòng bảo vệ lớn, tới hàng nghìn A/m2; - Có độ dần diện đú cao, độ bồn học bảo đảm, dễ chế tạo Các anod rè tiền, dễ chế tạo gang thép, tiêu hao 6,75 - kg/A.năm nên tuổi thọ ngắn, phai thay định kỳ Anod graphit có lượng tiêu hao nhỏ (không 0,9kg/A.năm), đắt tiền hơn, tiêu tốn nhiều nằng lượng khó giá cơng Trong mơi trường ăn mòn m ạnh nước biển, người ta sử dụng anod chịu ãn mòn cao đồng phủ platin, hợp kim bạc với 2% Pb 12-14% Nb phủ titan cớ tuổi thọ 10 nãrti — / ỳ 1- Kết cấu kim loại 2- Mỏi ừưỡng điện ly 3- Anod 4- Nguồn điện có điều khiển 5- Điện cực so sánh 6- Dâng hố kiểm sốt Hình 5.Ĩ6 Sơ dồ bâữ vệ catod dòng điện ngồi Bảo vệ anod hy sinh: biết đến từ lâu Năm 1824, H D a v y dựa trê n thí nghiệm cho đồng khơng bị ăn mòn riếu cho tiếp xúc th ật tốt với sẩt kẽm ổ n g ta 'đ ề nghị thực bảo vệ catod vỏ dồng tàu biến cách kẹp chặt sắt vào th ân tàu với tỉ lệ diện tích sắưđồng 1/100 Các kiêm chứng thực tế cho thấy ý kiến H Davy xác Tuy nhiên, bảo vệ catod lại làm cho vi sinh vật biển bám vào vỏ tàu nhiều hơn, khơng bảo vệ, ion đồng tan có tác dụng diệt vi sinh vật Bộ Hải quân Anh từ chối khơng áp dụng vi sinh vật bám vào làm giảm tốc độ tàu Sau dó, người em sinh đơi E Davy dã thành công, dùng kẽm để bảo vệ phao sắt nàm 1840 R Mallet chê tạo hợp kim kẽm đặc biệt, chuyên dùng để bỏo vệ catod gọi anod hy sinh Khi tàu chuyển sang dùng vỏ thép hợp kim kẽm trở thành vật liệu truyền thống Hải quân Anh dùng đề bảo vệ vỏ tàu Bảo vệ catod sử dụng rộng rãi sản xuất lợp thép (tôn tráng kẽm), ống dẫn nước cáp ngầm, két nước, thiết bị dầu khí hóa học Mơ hình bảo vệ anod hy sinh nêu H.5.17 Kim loại cần bảo vệ dược nối với kim lớại khác có điện điện cực âm điện cực gọi anod hy sinh hay protectơ Kim loại cần bảo vệ protectơ tạo thành pin, mơi trường điện ỉy có điện th ế âm kim loại cần bắo vệ nên protectơ bị ăn mòn, “hy sinh” dể bảo vệ kim loại khác Yêu cầu vật liệu cần bảo vệ: - Có điện th ế điện cực âm vật liệu cần bảo vệ; - Có dung lượng cao ổn định Dung lượng Q(A.h/kg) điện lượng đơn vị khối lượng protectơ sản sinh ra, đặc trưng cho khả làm việc lấụ dãi protectơ - Có độ phân cực anod nhỏ để đảm bảo xác suất bảo vệ cao Protectơ thường chế tạo từ hợp kim sở magiê nhơm trước kẽm Thực chất, protectơ nguồn riăng lượng dễ di chuyển Nó thích hợp lắp đặt nơi mà việc truyền lượng đến khó khăn, không kinh tế không hợp lý Độ chênh điện th ế hở mạch magiê thép khoảng V (trong nước biển Mg có E = -1,3 V), đó, protectơ bảo vệ diện tích có hạn, đặt đất có điện trồ cao Hợp kim magiê thường có thêm 6% AI z% Zn nhằm tránh ăn mòn pitting tăng dung lượng cho protectơ Còn hợp kim magiê với 1% Mn đạt dung lượng lớn Kẽm có điện th ế điện cực cao magiê (trong nước biển kẽm có E = - 0,8 V) đó, đòng anod nhỏ Để trán h phân cực m ạnh anod sản phẩm ăn mòn trê n bề m ặt gây ra, người ta phải sử dụng kẽm có độ cao Nhơm có điện th ế điện cực cao nằm magiê yà kẽm Ở nước dất, bị thụ động hóa, điện th ế điện cực nhơm 160 có xu hướng tiến gần lại thép m ất chức bảo vệ Vì nhằm giảm phân cực nhôm môi trường clorua, người ta phải hợp kim hóa nhơm khoảng 0,1% Sn gia cơng nhiệt 620°c 16 giờ, nước dể cố định Sn dung dịch rắn Điện th ế điện cực hợp kim -1,2 V so với nhôm 0,5 V Protectơ với 0,6 Zn, 0,04% Hg 0,06% Fe thử nghiệm nước biển với thời gian 254 ngày có dung lượng 2802 A.h/kg Mỗi năm, nước Mỹ dùng khoảng 11,5 triệu kg nhôm để chế tạo protectơ có thành phần 1234- Kếỉ Cấu kim iọai cán bảo vệ Môi trường điện ly Anod hy sinh (protectơ) Điện trổ điều khiển' (có thể khơng có) 5- Điện cực so sánh 6- Đổng hổ kiểm sốt Hình 5,17 Sơ đồ bảo vệ catod protectơ Tuy nhiên, bảo vệ catod lại kết hợp với lớp phủ cách điện bề m ặt thép hiệu cao nhiều Thực nghiệm cho thấy ống nước có lớp phủ anod hợp kim magiê bảo vệ km đường ơng, khơng có lớp phủ 30 m Một số tiêu đánh giá hiệu bảo vệ catod: hiệu bảo vệ catod thường đánh giá dựa tốc độ ăn mòn kết cấu kim loại thông qua tiêu mức độ báo vệ z hiệu bậo vệ y t thể tương quan tốc độ ăn mòn trạng thái tĩnh lúc bị phân cực Mức độ bảo vệ z tính theo cơng thức: Z(%)= ĩõm ^ *pck X100 (5.31) Trong đổ iam ipck m ật độ dòng ăn mòn trạng th tĩnh trạng th phân cực catod Khi thực hĩện bảo vệ điện hóa, thường m ật độ dòng phân cực ip cao so vởi dòng điện tĩnh W Tỷ lệ chúng định hiệu bảo vệ y tính theo cơng thức; ỵ( % ) = iam " ^ -x io o ( ) Ipck 161 M Trong thực tế, rấ t khó xác định đại lượng z Y thực nghiệm, nên người ta thường đánh giá bảo vệ điện hóa thơng qua thơng số khác điện th ế m ật độ dòng bảo vệ Bảo vệ anod Một SỐ kim loại (như sắt thép khơng gỉ) bảo vệ hiệu diện th ế ăn mòn dịch chuyển phía dương hơn, nằm khu vực thụ động hóa (H.5.18.) Thiết Bị điều chỉnh điện thường tự động thực nhờ thiết bị gọi lằ potentionstat c Edeleanu chế tạo thực vào năm 1954 Sơ đồ bảo vệ nêu trê n H.5.18 ỉỉìn h 5.18 Sơ đồ bảo vệ anod ■ 1- poỉenỉionsỉat; 2- catod; 3* điện cực sò sánh; 4' chi tiếi cần bảo vệ Muốn đưa kim loại đến vùng thụ động, m ật độ dòng điện ăn mòn phải vượt qua giá trị tới hạn i t h rấ t lớn giảm đến m ật độ trạng thái thụ động ltd- Ví dụ: thép khơng gỉ 316 dung dịch 67% H SO 24DC, m ật dộ dòng diện tới hạn A/m2, m ật độ dòng thụ động cần trì ỏ ,1 mẢ/m2 (giảm 60 ngàn lần) vă tiêu hao ăn mòn 0,01 g/m2.ngày Bảo vệ anod khác với bảo vệ catod chỗ dù tốc độ ăn mòn rấ t nhỏ, nhưhg không không (0) Bảo vệ anod, thực kim loại hợp kim bị thụ động hóa với đòng itd th âp (thường Là C ầ c k i m loại chuyển tiếp) Việc bảo vệ đòi hỏi th iế t bị đắt tiền nên sử dụng mối trường ăn mòn mạnh 162 ... Te © 10 1 .1