Bảo vệ kim loại bằng catot nghiên cứu sử dụng anôt sắt silic trong bảo vệ catôt bằng dòng ngoài

Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại gây thiệt hại lớn cho kinh tế quốc gia có Việt Nam, nước có khí hậu nóng ẩm Theo thống kê, tổn thất ăn mòn kim loại hàng năm 1,58% đến 4,8% tổng thu nhập quốc dân (GDP).Thí dụ: Mỹ (1975) 70 tỷ USD, Anh (1985) 10 tỷ bảng Anh Liên Xô (cũ) 1987 90,7-105,9 tỷ USD Hàng năm giới có khoảng 20% lượng kim loại sản xuất bị ăn mòn Những tổn thất ăn mịn kim loại gây nghiêm trọng Vì nghiên cứu tìm kiếm biện pháp bảo vệ chống ăn mòn cho cấu kiện kim loại phù hợp với mơi trường ăn mịn cụ thể ln vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn Nhiều biện pháp chống ăn mòn nghiên cứu đưa vào ứng dụng thực tế như: ngăn cách mơi trường ăn mịn với kim loại cách sơn phủ, thay đổi mơi trường ăn mịn dùng chất ức chế, phương pháp điện hóa bảo vệ anơt, bảo vệ catơt Bảo vệ catôt phương pháp chống ăn mịn hữu hiệu cho cơng trình thiết bị đặt ngầm đất hệ thống đường ống dẫn, bồn bể chứa xăng dầu Trong bảo vệ catôt người ta chia làm hai phương pháp: bảo vệ catôt anôt hy sinh bảo vệ catôt dịng điện ngồi Hiệu phương pháp bảo vệ catơt dịng ngồi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thiết kế lắp đặt anơt, mật độ dịng áp đặt vật liệu dùng làm anơt Bất kì vật liệu có khả dẫn điện sử dụng làm anơt trơ cho hệ bảo vệ catơt dùng dịng ngồi[1] Tuy nhiên để đạt hiệu bảo vệ, vật liệu dùng làm anôt trơ phải đáp ứng số yêu cầu sau: dẫn điện tốt, tốc độ ăn mòn thấp mơi trường sử dụng, có độ bền học, chịu ứng suất sinh trình lắp đặt vận hành, giá thành thấp, chịu dòng tải lớn Sắt hợp kim silic cao có khả chịu ăn mịn nhiều mơi trường xâm thực đáp ứng đầy đủ yêu cầu anôt trơ hệ bảo vệ catôt dùng dịng ngồi Với mục đích nâng cao Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học khả chống ăn mịn cho sắt hợp kim silic số oxit dẫn đưa thêm vào sắt hợp kim phương pháp phân hủy nhiệt Luận văn “Nghiên cứu sử dụng anôt sắt silic bảo vệ catơt dịng ngồi ” thực với mong muốn chế tạo anơt thích hợp nhằm nâng cao hiệu bảo vệ catôt cho thép cacbon dịng ngồi, mơi trường đất Trong luận văn này, phần mở đầu kết luận chung nội dung gồm chương chính: Chương I Tổng quan Chương II Điều kiện phương pháp thực nghiệm Chương III Kết thảo luận Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa CHƯƠNG I-TỔNG QUAN I.1 Định nghĩa phân loại I.1.1 Định nghĩa [2] Ăn mòn kim loại trình tự phá hủy kim loại tác động hóa học, điện hóa học môi trường xung quanh (môi trường xâm thực) để chuyển sang dạng bền nhiệt động lực hợp chất oxit, hiđroxit, muối I.1.2 Phân loại [3, 4, 5] - Dựa vào chế phá hủy kim loại, người ta chia ăn mịn thành hai dạng chính: + Ăn mịn hóa học: ăn mịn gây nên phản ứng hóa học xảy trực tiếp kim loại với môi trường xung quanh Bản chất ăn mịn hóa học q trình oxi hóa khử, electron kim loại chuyển trực tiếp sang mơi trường tác dụng + Ăn mịn điện hóa: ăn mịn gây nên phản ứng điện hóa học xảy kim loại với mơi trường xung quanh Bản chất ăn mịn điện hóa q trình oxi hóa- khử xảy bề mặt điện cực Lúc bề mặt kim loại tạo thành cặp pin sinh dòng điện cục Cực âm xảy q trình oxi hóa kim loại, cực dương xảy trình khử ion dung dịch điện li Phản ứng anơt (kim loại hịa tan): M - ze → Mz+ Phản ứng catôt: * Trong môi trường axit: 2H3O+ + 2e → H2 + H2O * Trong mơi trường trung tính: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Dựa vào điều kiện q trình ăn mịn, ta chia thành dạng: + Ăn mịn khí + Ăn mịn mơi trường nước Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học + Ăn mịn mơi trường nước biển Khoa Hóa + Ăn mịn mơi trường đất + Ăn mịn kim loại nóng chảy - Dựa vào dạng ăn mòn, vào đặc trưng phá hủy kim loại bị ăn mòn người ta phân thành hai dạng sau: + Ăn mòn đều: Xảy tồn bề mặt kim loại Loại ăn mịn nguy hiểm ta dự đốn trước thiết kế thiết bị + Ăn mòn cục bộ: Dạng ăn mòn tập chung vùng riêng biệt bề mặt, tùy theo vị trí hình thể ăn mòn mà phân dạng ăn mòn cục sau:  Ăn mòn điểm  Ăn mòn hốc  Ăn mòn lỗ (ăn mòn pitting) thường xuất thép không gỉ hợp kim nhôm  Ăn mòn tinh thể  Ăn mòn khe: xuất khe chi tiết thiết bị I.2 Giới thiệu sắt silic [3, 6, 7] Hợp kim sắt silic cao chịu ăn mòn ứng dụng rộng rãi việc chế tạo anôt áp dụng để bảo vệ catơt dịng ngồi Hợp kim sắt silic hay gọi sắt chứa nhiều silic, có người gọi sắt chịu axit Thành phần hóa học chủ yếu gồm có: cacbon từ 0,4-0,8%, mangan thường 1%, silic từ 14-16% cịn hàm lượng lưu huỳnh photpho hợp kim sắt thường khác Một số loại sắt silic dùng chế tạo máy biến có thành phần silic khoảng từ 3- 5% Hợp kim sắt silic loại vật liệu có khả chống ăn mịn cao Sở dĩ khả chống ăn mòn tốt nhờ có lớp màng oxit silic (SiO 2) tạo thành phủ bề mặt Những mơi trường có khả oxy hóa Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học axit nitric, axit sunphuric, cromic…có tác dụng làm cho lớp SiO tăng lên Do tăng khả chống ăn mịn hợp kim Nhưng axit clohiđric, axit oxalic, axit fomic khả chống ăn mịn hợp kim sắt silic khơng tốt Trong dung dịch xút ăn da, dung dịch axit flohyđric khơng cịn khả chống ăn mịn Hợp kim sắt silic có khả chống ăn mịn axit photphoric khiết mơi trường axit dùng cho cơng nghệ có lẫn tạp chất flo hợp chất sắt silic lại không bền vững Đối với hợp kim sắt silic để nâng cao khả chống ăn mòn cho thêm 3-4% molyđen Sắt silic chứa molyđen có độ bền vững cao axit clohiđric Vì hợp kim sắt silic có khả chống ăn mòn tốt nên thường dùng để làm thiết bị hóa chất bơm axit, đường ống, phụ tùng ống thiết bị axit khác Từ lâu nước ta sản xuất khối lượng lớn hợp kim tính học sắt silic kém, độ cứng lớn lại giịn khơng cán mỏng Do tất sản phẩm hợp kim sắt silic phải chế tạo phương pháp đúc khuôn Về mặt gia cơng học nói chung loại hợp kim mài nhẵn Trong nước có số nhà máy nghiên cứu thay đổi chút thành phần Kết hợp với việc cải tiến góc độ lắp dao công cụ cắt gọt nhờ gia cơng hợp kim sắt silic máy cắt gọt Tính dẫn nhiệt hợp kim sắt silic Nó nhạy cảm với thay đổi đột ngột nhiệt độ cục bị nóng lên Ngồi đơng đặc nhanh đơng đặc thể tích co lại nhiều, phạm vi nhiệt đơng đặc nhỏ Vì khả co lại lớn, độ dẫn nhiệt lại nên vật đúc hợp kim sắt silic sinh ứng lực bên lớn Do thao tác, chí chuyên chở lúc bảo quản bị vỡ nứt Vì đúc phải đặc biệt ý Ví dụ phải xét đến kết cấu vật đúc cho hợp lí, đế làm khn phải tương đối mềm mại, tốc độ nguội lạnh vật đúc cịn khn Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học điều kiện khác cần ý Có nâng cao chất lượng vật đúc Ngồi cịn dùng phương pháp nhiệt luyện để khử ứng lực bên tránh tình trạng bị vỡ nứt vật đúc hợp kim sắt silic Vì sức bền học hợp kim sắt silic lại giòn chuyên chở lúc sử dụng phải cẩn thận, tránh gây chấn động va chạm mạnh, tránh thay đổi đột ngột nhiệt độ, tránh sử dụng môi trường mà nhiệt độ thay đổi đột ngột Hợp kim sắt silic có số nhược điểm nói loại vật liệu có khả chống ăn mịn tốt, ngun liệu lại có sẵn, việc nung chảy, đúc, gia công không phức tạp Chỉ cần sản xuất lúc sử dụng ý hợp kim cần khuyến cáo sử dụng Trong luận văn em sử dụng hợp kim sắt silic với hàm lượng silic khoảng 5% Sau tiến hành tẩm thực hợp kim hỗn hợp axit HF 2% H2SO4 10% để tạo bề mặt bị ăn mòn chọn lọc nhằm đưa số oxit dẫn có khả xúc tác cho phản ứng anôt V 2O5, MoO3, WO3 vào hợp kim phương pháp phân huỷ nhiệt I.3 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại Dựa vào cách thức bảo vệ kim loại mà phân chia nhóm chính: bảo vệ chủ động bảo vệ thụ động I.3.1 Bảo vệ chủ động Bảo vệ chủ động phương pháp bảo vệ kim loại cách chế tạo hợp kim có độ bền ăn mịn cao kim loại có độ tinh khiết cao, ngăn cách tác động môi trường với kim loại cải tạo mơi trường bên ngồi để giảm tối đa xâm thực Trước kim loại đưa vào sử dụng, người ta tiến hành phương pháp bảo vệ chủ động sau: chế tạo hợp kim bền ăn mịn, thiết kế hợp lí cải tạo môi trường Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học I.3.2 Bảo vệ thụ động Khoa Hóa Các phương pháp bảo vệ thụ động thực chủ yếu sau kim loại đưa vào sử dụng có tác động xâm thực mơi trường Các phương pháp bảo vệ thụ động bao gồm: phương pháp lớp phủ bảo vệ, phương pháp điện hóa (bảo vệ catơt anơt hi sinh dùng dịng ngồi, bảo vệ anôt) phương pháp xử lý bề mặt Dưới em xin giới thiệu chi tiết phương pháp bảo vệ catôt I.3.2.1 Bảo vệ catôt a Nguyên lý [8] Ăn mòn xảy kim loại tiếp xúc với mơi trường điện phân có chất điện hóa Phản ứng điện hóa anơt catôt diễn đồng thời Tại anôt xảy q trình oxy hóa, kim loại nhường electron để trở thành cation Ví dụ, nhúng sắt vào nước, có phản ứng: Fe → Fe2+ + 2e (1) Tại catơt xảy q trình khử : Trong môi trường axit : 2H+ + 2e → H2 (2) Trong môi trường kiềm : O2 + 2H2O + 2e → H2 + 2OHTrong nước có hịa tan oxy: (3) O2 + 2H2O +4e → 4OH- (4) Q trình làm giải phóng khí hidro tạo kiềm hóa bề mặt kim loại Ta làm thay đổi tốc độ phản ứng anôt catôt cách thêm bớt electron Hệ điện hoá tự điều chỉnh theo hướng chống lại thay đổi Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Hình 1.1 Cơ chế phản ứng vùng anôt catôt bề mặt kim loại đặt mơi trường đất Vì làm giảm lượng electron kim loại phản ứng anơt tăng, hịa tan kim loại vào dung dịch điện ly tăng Nếu thêm electron từ vào kim loại, tốc độ phản ứng anôt giảm, từ làm giảm q trình ăn mịn kim loại làm tăng phản ứng catơt Q trình áp dụng cho bảo vệ catơt Do muốn hạn chế ăn mòn kim loại, ta cần đưa dịng electron từ ngồi tới bề mặt kim loại nhằm cung cấp electron cho phản ứng catôt Cần lưu ý q trình anơt catơt hai q trình khơng thể tách rời nên giảm tốc độ phản ứng anôt làm tăng tốc độ phản ứng catôt Nguyên lý bảo vệ catôt biểu diễn cách định lượng qua đồ thị biểu diễn phụ thuộc kim loại vào logarit mật độ dịng anơt catơt (hình 1.2) Theo đồ thị này, ăn mòn mật độ dòng ăn mòn xác định từ giao điểm hai đường phản ứng anơt catơt, nơi có tốc độ phản ứng catơt anôt Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Hình 1.2 Động học phản ứng anơt catôt Nếu electron “bơm” tới bề mặt kim loại làm cho điện kim loại âm hịa tan anơt kim loại vào dung dịch điện ly giảm xuống đến mức không đáng kể giá trị E1 dịng catơt tăng đến I1 Do nguồn ngồi cung cấp cho hệ dòng I1 để giữ ổn định điện E1 làm tốc độ hòa tan kim loại vào dung dịch điện ly giảm tới mức thấp Trong trường hợp này, toàn bề mặt kim loại bảo vệ trở thành catôt nhận từ dung dịch dòng điện chiều để chống lại hòa tan vào anơt vào mơi trường, mà ta gọi phương pháp bảo vệ catôt Khi điện giảm xuống mức E dịng u cầu tăng đến I2, kim loại trở thành bảo vệ Dòng bảo vệ lớn yêu cầu lúc trở lên vơ nghĩa lãng phí Như bảo vệ catơt tránh giảm ăn mịn chúng môi trường chất điện ly cách hạ điện hóa chúng đến mức vừa đủ Sự hạ thực việc nối cơng trình cần bảo vệ với anôt hy sinh chế tạo từ kim loại hoạt động (phương pháp bảo vệ catôt Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học anôt hy sinh) nối kim loại cần bảo vệ với cực âm nguồn điện chiều (phương pháp bảo vệ catơt dùng dịng ngồi) b Phương pháp bảo vệ catôt dùng anôt hi sinh [9, 10, 11, 12] Theo phương pháp này, người ta dùng anôt có điện âm cấu trúc kim loại cần bảo vệ Dịng điện bảo vệ catơt sinh chênh lệch điện anôt công trình cần bảo vệ Về mặt lý thuyết, cấu trúc sắt thép kim loại hoạt động sắt dùng làm anôt hi sinh Trong thực tế người ta dùng kẽm magie Mặc dù nhôm kim loại hoạt động mạnh sắt lại không dùng làm anôt tạo lớp màng phân cực bề mặt q trình ăn mịn, khơng thể sinh dịng điện bảo vệ catơt Trong năm gần số hợp kim nhôm áp dụng thành công làm anôt cho cấu trúc nước biển người ta nghiên cứu để tiến tới áp dụng rộng rãi cho cơng trình khác Cần ý anôt hi sinh tan q trình bảo vệ catơt Tốc độ tan phụ thuộc vào độ lớn dòng sinh vật liệu làm anôt Theo lý thuyết tốc độ tan kẽm 10,669 kg/A.năm, magiê 3,9498 kg/A.năm.Trong thực tế, tất kim loại tan để sinh dịng điện phần số tan tự ăn mòn Hiệu suất kẽm vào khoảng 90%, magie vào khoảng 50% Vì tốc độ tan thực tế kẽm 11,804 kg/A.năm, magie 7,718 kg/A.năm Phương pháp bảo vệ catơt dùng anơt hy sinh có nhược điểm khó thi cơng lắp đặt cơng trình lớn có tượng q bảo vệ q trình sử dụng Đặc biệt cơng trình ngầm bán ngầm đất, phương pháp bảo vệ catơt dịng ngồi có ưu điểm hẳn so với dùng anôt hy sinh Luận văn tốt nghiệp Linh 10 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Element Mẫu trước tẩm thực Weight % Atomic % C 2,67 10,76 O Al 1,23 2,21 Si 4,49 7,73 Fe 91,6 79,30 Khoa Hóa Mẫu sau tẩm thực Weight % Atomic % 5,08 14,75 14,76 32,17 1,05 1,36 3,75 4,66 75,35 47,06 Hình 3.3 giới thiệu bề mặt mẫu TTU, TTU-Mo, TTU-V TTU-W Các mẫu có cấu trúc tinh thể hình dạng kích thước tinh thể khác Bề mặt mẫu TTU có tinh thể với kích thước khác nhau, dự đốn tinh thể oxit sắt, oxit silic oxit nhôm So với mẫu chưa ủ, bề mặt mẫu có cấu trúc tinh thể rõ ràng (hình 3.2b) Ba mẫu TTU-Mo, TTUV TTU-W có cấu trúc tinh thể khác hẳn, hình thành oxit MoO3, V2O5 WO3 tinh thể oxit phức hợp với sắt: FeMoO4, FeVO4, FeWO4 Kết cần khẳng định phân tích cấu trúc pha nhiễu xạ tia X Bảng 3.2 giới thiệu phổ tán xạ tia X theo lượng thành phần nguyên tố mẫu TTU-Mo, TTU-V TTU-W Nhìn chung thành phần nguyên tố hợp kim giảm, có hàm lượng oxy tăng lên đáng kể hình thành oxit đơn muối phức hợp với sau ủ Trên phổ tán xạ tia X mẫu TTU-V thấy xuất pic Vanađi với thành phần 2,45% khối lượng Phổ hai mẫu TTU-Mo, TTU-W khơng thấy có mặt hai nguyên tố Kết giải thích hàm lượng chúng nhỏ bề mặt mẫu nên vượt thang phân tích máy Luận văn tốt nghiệp Linh 29 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa TTU TTU-Mo TTU-V TTU-W Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu TTU, TTU-Mo, TTU-V TTU-W Luận văn tốt nghiệp Linh 30 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Bảng 3.2 Phổ tán xạ tia X theo lượng thành phần nguyên tố mẫu TTU-Mo (a), TTU-V (b) TTU-W (c) Element W (%) A (%) CK 1.29 3.01 OK 37.50 65.61 Al K 0.69 0.72 Si K 0.67 0.67 Fe K 59.85 30.00 Element W (%) A (%) CK 5,89 12,42 OK 38,44 60,86 Al K 1,94 1,83 Si K 0,93 0,84 VK 2,45 1,22 Fe K 50,34 22,83 Element W (%) A (%) CK 1,46 3,27 OK 40,50 68,16 Al K 0,80 0,80 Si K 0,35 0,33 Fe K 56,89 27,43 (a) (b) (c) Để khẳng định lại kết thu SEM tán xạ tia X, em tiến hành phân tích cấu trúc pha ba mẫu TTU-Mo, TTU-V TTU-W phương pháp nhiễu xạ tia X Trên giản đồ phổ không pic tương ứng với pha oxit MoO3, V2O5 WO3 mà có pic tương ứng với pha Luận văn tốt nghiệp Linh 31 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học oxit Fe2O3 dạng hematit, FeMoO4 sắt (hình 3.4) Đối với mẫu nhúng dung dịch muối Vanađi, giản đồ phổ pic oxit Fe 2O3, FeVO4 SiO2 (hình 3.5) Giản đồ phổ TTU-W có pic oxit Fe 2O3 sắt (hình 3.6) Kết hồn tồn phù hợp với phân tích SEM tán xạ tia X Để thành công việc đưa oxit MoO 3, V2O5 WO3 vào sắt hợp kim silic phương pháp nhiệt phân cần có nghiên cứu khảo sát sâu Tuy nhiên với mẫu tạo có thành phần % nguyên tố thay đổi em tiếp tục tiến hành đo thông số ăn mịn mơi trường mơi trường đất Luận văn tốt nghiệp Linh 32 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Hình 3.4 Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X mẫu TTU-Mo Luận văn tốt nghiệp Linh 33 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Hình 3.5 Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X mẫu TTU-V Luận văn tốt nghiệp Linh 34 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Hình 3.6 Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X mẫu TTU-W Luận văn tốt nghiệp Linh 35 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học III.3 Các kết thử nghiệm ăn mòn Khoa Hóa III.3.1 Kết đo điện mạch hở Hình 3.7 giới thiệu điện mạch hở sáu loại anôt môi trường đất theo thời gian thử nghiệm Ở khoảng 200 giây đầu tiên, điện tất mẫu giảm nhanh sau điện có xu hướng ổn định giá trị khác Điện mẫu chưa tẩm thực (CTT) tẩm thực chưa ủ (TTCU) có điện âm khoảng -0,8 V tương ứng với điện ăn mòn sắt silic sau 500 giây thử nghiệm ổn định giá trị 3000 giây Đối với mẫu tẩm thực ủ 800 oC (TTU) điện mạch hở dương mẫu CTT mẫu TTCU hình thành oxit bề mặt Ba loại anôt TTU-V, TTU-Mo TTU-W có điện mạch hở dương nhiều so với mẫu CTT, TTCU TTU, sau 2300 giây thử nghiệm điện đạt giá trị -0,67V; -0,53V -0,46V tương ứng với mẫu TTU-W, TTU-V TTU-Mo Kết đo điện mạch hở theo thời gian cho phép đánh giá định tính khả suy giảm vật liệu anôt môi trường thử nghiệm -0.2 E(V/Cu/CuSO4) -0.3 -0.4 TTU-Mo -0.5 TTU-V -0.6 TTU-W -0.7 TTU -0.8 TTCU -0.9 CTT 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 t(s) Hình 3.7 Biến thiên điện mạch hở sáu loại mẫu, theo thời gian môi trường đất 36 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Linh Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa III.3.2 Kết đo phân cực Để xác định thông số ăn mịn anơt mơi trường đất em tiến hành đo phân cực điện khoảng ± 30mV xung quanh điện mạch hở thời điểm khảo sát với tốc độ quét 1mV/s Đường cong phân cực dạng Tafel thơng số ăn mịn thu từ phân tích đường Tafel loại anơt hình 3.6 bảng 3.2 Giá trị mật độ dòng ăn mòn mẫu chưa tẩm thực (CTT), tẩm thực chưa ủ (TTCU) khoảng 10 -6A/cm2 đáp ứng yêu cầu làm anôt trơ bảo vệ catơt dịng ngồi Giá trị mật độ dòng ăn mòn tăng lên khoảng 10 lần anơt: TTU-V, TTU-Mo, TTU-W TTU hình thành FeVO4, FeMoO4 SiO2 bề mặt anôt TTU-V, TTU-Mo oxit Fe2O3 anôt TTU-W TTU 2E-5 TTCU CTT 2E-6 -2 logi(A.cm ) TTU-Mo TTU-W TTU-V TTU 2E-7 2E-8 2E-9 2E-10 -0.85 -0.80 -0.75 -0.70 -0.65 -0.60 -0.55 -0.50 -0.45 E(V/Cu/CuSO4) Hình 3.8 Đường cong phân cực dạng Tafel anôt môi trường đất Luận văn tốt nghiệp Linh 37 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Bảng 3.2 Các thơng số ăn mịn loại anơt mơi trường đất Thông số, CTT TTCU TTU TTU-V TTU-Mo TTU- W đơn vị Icorr (A/cm2) 8,4.10-6 6,6.10-6 6,2.10-7 6,8.10-7 5,97.10-7 8,61.10-7 Ecorr (V) -0,79 -0.801 - 0,744 - 0,543 - 0,493 - 0,684 Rp (Ohm) 7,01.102 1,02.103 1,12.104 3,22.103 2,7.103 3,2.103 Vcorr (mm/năm) 1,98.10-1 1.56.10-1 1,32.10-2 1,43.10-2 1,12.10-2 3,1.10-2 Để khảo sát khả hoạt động anôt, em tiến hành đo phân cực điện từ điện mạch hở đến 1300 mV/ Cu/CuSO sáu loại điện cực anơt mơi trường đất (hình3.8) Khi điện tăng mật độ dịng anơt tăng đều, khơng có điện cực có xu hướng thụ động Tuy nhiên giá trị mật độ dịng anơt điện cực xếp theo giá trị giảm dần sau: CTT >TTCU>TTUW>TTU>TTU-Mo>TTU-V Khoảng điện phân cực tương ứng với khoảng điện phân cực anôt thực tế bảo vệ catơt dịng ngồi Do sử dụng điện cực làm anôt trơ bảo vệ catôt cho thép cacbon Luận văn tốt nghiệp Linh 38 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa -2 logi(A.cm ) 2E-4 2E-5 2E-6 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 E(V/Cu/CuSO4) H ình 3.7 Đường cong phân cực điện nhánh anôt loại anôt môi trường đất 1-CTT, 2-TTCU, 3-TTU- W, 4-TTU, 5-TTU-Mo, 6-TTU-V III.3.3 Kết đo tổng trở điện hố Nghiên cứu diễn biến ăn mịn điện cực anôt môi trường đất thực phương pháp đo tổng trở điện hóa điện mạch hở Hình 3.8 giới thiệu phổ tổng trở dạng Nyqquist anôt môi trường đất sau 3600 giây đặt mẫu đất Giản đồ phổ tổng trở có dạng nửa bán cung tần số cao đặc trưng đặc tính phi tuyến hệ điện hóa mơi trường đất Giai đoạn đầu thường trình khuếch tán hấp phụ lên bề mặt điện cực Bán cung thứ hai tần số thấp đặc trưng cho trình ăn mịn điện cực anơt Đối với ba mẫu CTT, TTCU TTU-W bán cung thứ hai có hình dạng gần cung trịn khép kín cịn hai mẫu TTU-V TTU-Mo có dạng gần đường thẳng Các giá trị điện trở đất (R s), điện trở chuyển dịch điện tích (R ct) điện dung lớp kép (Cdl) phân tích từ giản đồ Nyquist bảng 3.3 Nhìn chung điện trở đất lớn khoảng 400-700 Ohm Để giảm điện trở đất Luận văn tốt nghiệp Linh 39 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học trình áp dụng thực tế người ta thường sử dụng chất phụ trợ điện cực bao bọc quanh anơt Giá trị điện trở chuyển dịch điện tích R ct tương đối phù hợp với điện trở Rp thu phương pháp phân cực điện CTT TTCU TTU-V TTU-Mo TTU-W 400 -Z" (Ohm) 2000 200 1500 400 800 1200 1000 500 0 1000 2000 3000 4000 Z' (Ohm) Hình 3.8 Phổ tổng trở điện hố anơt mơi trường đất Bảng 3.3 Các thơng số điện hóa anơt mơi trường đất Thông số, đơn vị Rs (Ohm) CTT TTCU TTU-V TTU-Mo TTU- W 428 493 701 590 588 Rct (Ohm) 2,98.102 6,12.102 - - 3,2.103 Rp (Ohm) 7,01.102 1,02.103 3,22.103 2,7.103 3,28.103 Cdl (µF) 31,4 172 - - 0,012 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn tốt nghiệp Linh 40 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa Sáu loại anôt: CTT, TTCU, TTU, TTU-V, TTU-Mo TTU-W nghiên cứu hình thái học, thành phần, cấu trúc pha tính chất điện hóa phương phá SEM, tán xạ lượng tia X (EDXS), nhiễu xạ tia X, phương pháp đo điện mạch hở theo thời gian, phương pháp phân cực điện phương pháp tổng trở điện hóa Với kết đạt em xin rút số kết luận sau: - Ở điều kiện 800oC thời gian giờ, việc tổng hợp oxit đơn V2O5, MoO3 WO3 sắt silic không thành công lại tạo oxit phức FeVO4, FeMoO4 - Cả sáu loại anôt nghiên cứu đáp ứng yêu cầu làm anơt trơ bảo vệ catơt dịng ngồi Tuy nhiên dịng ăn mịn anơt TTU-Mo TTU-V môi trường đất thấp Với kết ban đầu đạt mở triển vọng sử dụng anôt trơ sở hợp kim sắt silic bảo vệ dịng ngồi Tuy nhiên, để lựa chọn anơt trơ thích hợp, có hiệu q trình bảo vệ catơt cần có nghiên cứu sâu Luận văn tốt nghiệp Linh 41 Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội học Khoa Hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Vũ Thị Kim Lan- Khảo sát ảnh hưởng số hỗn hợp phụ trợ điện cực (backfill) đến hiệu bảo vệ catơt dịng ngồi cho thép cacbon thấp môi trường đất châu thổ sông Hồng- Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Đại học Sư phạm Hà Nội, năm 2008 [2] Trần Hiệp Hải- Phản ứng điện hóa ứng dụng, NXB Giáo dục, 2001, tr 141 [3] Giới thiệu sơ lược vật liệu phương pháp chống ăn mòn kim loại- Long Hoàng dịch, NXBKT Hà Nội, 1967 [4] Nguyễn Văn Tuế- Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXBGD, 2002 [5] Trương Ngọc Liên- Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Khoa học Kĩ Thuật, 2004 [6].http://www.titanindia.com/high%20silicon%20cast%20iron%20anode.htm [7].http://www.scribd.com/doc/6556038/Pipeline-Corrosion-and-CathodicProtection [8] www.npl.co.uk/upload/pdf/cathodic_protection_in_practise.pdf [9] The Corrosion of metals in marine environments, DMIC, Battelle Memorial Institute, Columbus Ohio 432101, 1970 [10] J.Morgan, Cathodic Protection, Nace, part 1, 1987, 557 pp [11] J.Morgan, Cathodic Protection, Nace, part 2, 1987, 519 pp [12] James B Bushman, Corrosion and Cathodic Protection Theory, Bushman – Asociates, Inc- P.O Box 425-Medina, Ohio 44256 USA [13].Donald L Basham, James W Wright, Kathleen I Ferguson, Get W Moy, Electrical Engineering Cathodic Protection – UFC 3-570-02 N, 16 January 2004 [14] L.Eckertova-Physics of thin film (1984), tr 17-71 [15] O.Borke and C.I.Borke- Comparative study of the electrochromic properties of WO3 thin film, Display, 1988, tr 199 42 Luận văn tốt nghiệp Linh Nguyễn Thị Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học [16] M.Rezrazi, O.Borke and J.Pagetti- Electrochromic Behaviour of thin film of oxidation of tungsten with pulsed curred, Display, 1987, tr 119 [17] Đinh Thị Mai Thanh, Nguyễn Thị Lê Hiền- Màng oxit Titan tổng hợp phương pháp điện hố bảo vệ chống ăn mịn Tạp chí khoa học Công nghệ tập 43, số (2005), Tr 60 [18] Phạm Thị Cúc- Chế tạo nghiên cứu số tính chất màng mỏng CDS, Luận văn sau đại học, 1982, tr 8-12 [19] Trương Ngọc Liên- Điện hóa lý thuyết, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 Luận văn tốt nghiệp Linh 43 Nguyễn Thị ... Hóa học khả chống ăn mòn cho sắt hợp kim silic số oxit dẫn đưa thêm vào sắt hợp kim phương pháp phân hủy nhiệt Luận văn ? ?Nghiên cứu sử dụng anôt sắt silic bảo vệ catôt dịng ngồi ” thực với mong... ứng anôt V 2O5, MoO3, WO3 vào hợp kim phương pháp phân huỷ nhiệt I.3 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại Dựa vào cách thức bảo vệ kim loại mà phân chia nhóm chính: bảo vệ chủ động bảo vệ. .. pháp bảo vệ catôt dùng dịng ngồi) b Phương pháp bảo vệ catơt dùng anôt hi sinh [9, 10, 11, 12] Theo phương pháp này, người ta dùng anơt có điện âm cấu trúc kim loại cần bảo vệ Dòng điện bảo vệ catôt