Nghiên cứu quá trình hoà tan Anốt hợp kim nhôm Silíc

Nghiên cứu quá trình hoà tan Anốt hợp kim nhôm Silíc Nghiên cứu quá trình hoà tan Anốt hợp kim nhôm Silíc Nghiên cứu quá trình hoà tan Anốt hợp kim nhôm Silíc luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Đ tiến hải Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội _ Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ hoá học công nghệ hoá học Nghiên cứu trình hòa tan anốt hợp kim nhôm-silíc Đào tiến hải 2004 - 2006 Hà Nội 2006 Hà NộI 2006 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Mục lục Đề mục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương I Hợp kim Al-Si tính chất 11 1.1 TÝnh chÊt hãa häc 11 1.2 TÝnh chÊt c¬ lý ứng dụng 11 1.3 Tính chất điện hóa ¶nh h­ëng 14 1.3.1 ¶nh h­ëng cđa m«i tr­êng 14 1.3.1.1 ¶nh h­ëng cđa pH 14 1.3.1.2 ¶nh h­ëng cđa nồng độ ôxy hoà tan 15 1.3.1.3 ảnh hưởng nhiệt độ 16 1.3.2 ảnh hưởng cấu trúc, thành phần hợp kim 16 1.4 Sự ăn mòn bơm nước hệ thống làm mát 18 Chương 2: Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu 20 2.1 Tạo mẫu thí nghiệm 20 2.2 Các dung dịch nghiên cứu 20 2.3 Phương pháp nghiên cứu 21 -1- Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học 2.3.1 Phép đo đường cong phân cực 22 2.3.2 Phương pháp ngoại suy xác định điện ăn mòn dòng ăn mòn 24 2.3.3 Phương pháp đo phổ tổng trở 25 2.3.3.1 Nội dung phương pháp 25 2.3.3.2 Sơ ®å khèi cđa phÐp ®o phỉ tỉng trë 27 2.3.3.3 Tổng trở trình điện cực đơn giản 28 2.3.3.4 Biểu diễn tổng trở mặt phẳng phức 30 Chương 3: Kết bàn luận 32 3.1 Phép đo đường cong phân cực 32 3.2 Phép đo phỉ tỉng trë 62 KÕt ln 75 KiÕn nghÞ 76 Tài liệu tham khảo 77 Tóm tắt luận văn tiêng việt tiếng anh -2Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt PEG : Polyethyleneglycol E corr : Điện ăn mòn i corr : Dòng ăn mòn Al-Si : Hợp kim nhôm-silic EIS : Phổ tổng trở điện hóa -3Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Danh mục bảng biểu Bảng số Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hoá học số hợp kim Al-Si (Silumin) 12 1.2 Cơ tính số hợp kim Al-Si 12 Giá trị dòng ăn mòn hợp kim Al-Si m«i tr­êng 47 trung tÝnh cã NaCl nång độ 1g/l PEG nồng độ khác Giá trị dòng ăn mòn hợp kim Al-Si m«i tr­êng 59 kiỊm pH ≈ 11 cã chøa NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ khác Tốc độ ăn mòn hợp kim Al-Si tính theo đơn vị (m/năm) 61 dung dịch nghiên cứu -4Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình vẽ, đồ thị số 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1a 3.1b 3.2a 3.2b 3.3a 3.3b 3.4a 3.4b Tên hình vẽ, đồ thị Trang Giản đồ pha hợp kim Al-Si Giản đồ E-pH nhôm Hình ảnh mô tả hình thành vùng nghèo đồng tiết CuAl Hình ảnh ăn mòn bơm nước hệ thống làm mát Điện cực nghiên cứu Sơ đồ thực phép đo Đồ thị xác định E corr i corr theo phương pháp ngoại suy 13 15 18 19 20 22 24 26 Đồ thị biểu diễn hình học Z() mặt phẳng phức Mạch tương đương bình điện hóa Sơ đồ khối phép đo phổ tổng trở Mạch tương đương tổng trở Randles Mạch tương đương bình điện phân Biểu diễn phổ tổng trở mặt phẳng phức Đồ thị đường cong phân cực Al-Si nước cất Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si nước cất dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch PEG nồng độ 5g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch PEG nồng độ 5g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch NaCl nồng độ 1g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch NaCl nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l vàPEG nồng độ 5g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng ®é 5g/l d¹ng logarit 26 27 29 30 31 33 34 35 35 37 37 38 39 -5Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9a 3.9b 3.10a 3.10b 3.11a 3.11b 3.12a 3.12b 3.13 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 3g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 7g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 9g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l PEG nồng độ 5g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l PEG nồng độ 5g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l NaCl nồng độ 1g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l NaCl nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 5g/l NaCl nồng độ 1g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 5g/l NaCl nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 1g/l NaCl nồng ®é 1g/l 45 45 46 46 48 48 49 50 52 53 55 55 57 -6Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao häc 3.14 3.15 3.16 3.17a 3.17b 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 3g/l NaCl nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 7g/l NaCl nồng độ 1g/l Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 9g/l NaCl nồng độ 1g/l dạng logarit Đồ thị đường cong phân cực Al-Si dung dịch gồm PEG nồng độ 5g/l, NaCl nồng độ 1g/l stearic nồng ®é 0.25g/l, ®iỊu chØnh pH=11 b»ng NaOH (dung dÞch 9) Đồ thị biểu diễn đường cong phân cực Al-Si dung dịch dạng logarit Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu nước cất Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch PEG nồng độ 5g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch NaCl nồng độ 1g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 5g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l NaCl nồng độ 1g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l PEG nồng độ 5g/l Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng ®é 5g/l Phỉ Nyquist ®o mÉu nghiªn cøu dung dịch gồm stearic nồng độ 0.25 g/l, NaCl nồng ®é 1g/l vµ PEG nång ®é 5g/l vµ ®iĨu chØnh ®Õn pH=11 b»ng NaOH 57 58 58 59 60 63 63 65 66 68 69 70 72 72 -7Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mở đầu Hiện nay, giới nhôm hợp kim nhôm ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực công nghiệp khác từ lĩnh vực liên quan đến đời sống xà hội cộng đồng dân cư xây dựng, công nghiệp thực phẩm, đồ uống đến lĩnh vực đòi hỏi kỹ thuật cao hàng không, vũ trụ Ví dụ, hệ hợp kim nhôm dùng để chế tạo chi tiết máy, Mỹ công nghiệp vận tải sử dụng đến 29,2% sản lượng nhôm hợp kim nhôm sản xuất Các nhà sản xuất ô tô có thiên hướng ngày sử dụng hợp kim nhôm nhiều giảm trọng lượng xe, tiết kiệm nhiên liệu Đặc biệt công nghiệp hàng không trọng lượng hợp kim nhôm sử dụng để chế tạo chiếm đến 80% trọng lượng thân máy bay Có thể nêu số hợp kim điển hình ứng dụng rộng rÃi công nghiệp chế tạo máy thiết bị: Dura (hỵp kim Al-Cu), hỵp kim Al-Mn, AlSi, Al-Ti th­êng sử dụng dể chế tạo thân vỏ máy bay, thân động chi tiết máy, hợp kim Al-Mg-Pb, Al-Sn để chế tạo bạc động Trong lĩnh vực khoa học công nghệ điện hóa hợp kim, Al-Zn, Al-Mg, AlMg-Zn, dùng làm anôt hy sinh bảo vệ ăn mòn [1, 2, 3, 4] Việc nghiên cứu bảo vệ nhôm hợp kim nhôm khỏi ăn mòn nhu cầu cấp thiết hậu làm tính năng, giảm tuổi thọ chi tiết máy, chí phá huỷ toàn thiết bị, làm an toàn sản xuất đời sống Đây thách thức khoa học công nghệ Ngoài thiệt hại to lớn ăn mòn gây nên không giới hạn chi phí bảo dưỡng thường xuyên thay vật liệu mà phải kể đến nguy hại rình rập đe dọa nói riêng môi trường nói chung Theo đánh giá hàng năm quan phát triển Liên hợp quốc (UNDP) nước công nghiệp phát triển ăn mòn kim loại làm tổn thất -8Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội lớn kinh tế quốc dân, chiếm khoảng 4,2% tổng sản phẩm quốc dân [5] N­íc ta cã khÝ hËu nãng, Èm tû lƯ vật liệu kim loại sử dụng cao nên thiệt hại ăn mòn lớn Từ lâu giới đà có nhiều công trình nghiên cứu bảo vệ ăn mòn cho nhôm hợp kim nhôm công bố Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, thiết bị phương pháp nghiên cứu ngày cải tiến, giúp cho việc nghiên cứu ăn mòn hiệu Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) phương pháp nghiên cứu đại sử dụng phổ biến để nghiên cứu hệ điện hóa nói chung ăn mòn nói riêng Ví dụ như: nhờ phương pháp EIS, John R.Scully cộng [6] nghiên cứu đặc điểm ăn mòn Al, hợp kim Al-Cu, Al-Si dung dịch có chứa HF nồng độ khác nhau, đưa mô hình mạch tương đương hệ, F.Mansfeld cộng nghiên cứu, điều khiển trình ăn mòn cục Al, hợp kim nhôm dung dịch NaCl [7] Tuy nhiên nước ta việc nghiên cứu trình ăn mòn nhôm hợp kim nhôm không nhiều có lẽ tập trung chủ yếu Học viện khoa học kỹ thuật không quân, tiêu biểu đề tài bảo vệ thân máy bay khỏi ăn mòn, Học viện kỹ thuật quân nghiên cứu bảo quản kíp nổ vỏ nhôm khỏi ăn mòn Trong công nghiệp chế tạo, hợp kim Al-Si sử dụng nhiều để chế tạo chi tiết như: piston động cơ, thân bơm nước làm mát xe tải hạng nặng Đây chi tiết có khả chịu mài mòn, tính thích hợp dễ đúc nhiên hay hỏng, đặc biệt thân bơm nước sử dụng xe tải hạng nặng mỏ than nhanh hỏng ăn mòn bào mòn dẫn đến làm giảm đáng kể tuổi thọ động Để góp phần hạn chế ăn mòn thân bơm hệ thống làm mát chế tạo từ hợp kim Al-Si thực đề tài Nghiên cứu trình hòa tan anot hợp kim Al-Si với mục đích nghiên cứu xác định nguyên nhân ăn mòn hợp kim Al-Si lấy từ -9Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao häc -1.60E+03 -1.40E+03 -1.20E+03 -1.00E+03 -8.00E+02 -6.00E+02 -4.00E+02 -2.00E+02 0.00E+00 0.00E+00 1.00E+03 2.00E+03 3.00E+03 4.00E+03 5.00E+03 6.00E+03 H×nh 3.25: Phỉ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l (dung dịch 5) Phổ EIS đo mẫu nghiên cứu dung dịch (dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l) cho thấy trình ăn mòn hợp kim Al-Si môi trường kiềm trình chuyển điện tích đa giai đoạn Có thể phân tích đồ thị hình 3.25 thành vòng chuyển điện tích tương ứng hình vẽ dải tần cao phía trôc Z’: Al -2e= Al+2 Al+2- e= Al+3 Ion Al3+ sinh cã thĨ tiÕp tơc t¸c dơng víi ion OH- dung dịch tạo dạng hyđrôxít Theo K.C.Emergul[19] phản ứng tổng biểu diễn trình ăn mòn nh«m m«i tr­êng kiỊm: Al + 4OH- = Al(OH) - + 3e D¹ng Al(OH) - hay AlO - hoà tan khuếch tán vào dung dịch Vì khác với đo dung dịch 1, 2, 3, đồ thị xuất vùng khống chế khuếch tán vùng tần số thấp Như vậy, so với môi trường trung tính (dung dịch 1, 2, 3, 4) trình ăn mòn xảy dễ dàng, sản phẩm ăn mòn sinh ra khỏi bề mặt điện cực khuếch tán vào dung dịch - 68 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học lớp sát bề mặt điện cực không tạo lớp màng kÝn, sÝt cã tÝnh chÊt b¶o vƯ tèt nh­ ë môi trường trung tính Sản phẩm ăn mòn sinh phản ứng catốt H theo phản ứng: 2H O + 2e = H + 2OHKhÝ H thoát vào dung dịch làm tăng điện trở dung dịch, cản trở di chuyển ion trog dung dịch gây nhiễu phép đo EIS, vùng nhiễu xuất đồ thị hình 3.25 ë vïng tÇn sè thÊp -1.00E+03 -9.00E+02 -8.00E+02 -7.00E+02 -6.00E+02 -5.00E+02 -4.00E+02 -3.00E+02 -2.00E+02 -1.00E+02 0.00E+00 0.00E+00 5.00E+02 1.00E+03 1.50E+03 2.00E+03 2.50E+03 3.00E+03 Hình 3.26: Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l NaCl nồng độ 5g/l (dung dịch 7) Phổ Nyquist (hình 3.26) đo mẫu dung dịch (dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1 g/l NaCl nồng độ 1g/l) ta thu kết tương tự đo dung dịch Quá trình ăn mòn hợp kim Al-Si coi trình giai đoạn (một vòng điện dung dải tần số cao) bị khống chế khuếch tán (ở dải tần số thấp) Tuy nhiên dung dịch trình ăn mòn dễ dàng (bán kính bán cầu nằm phía trục Z thu đo mẫu nghiên cứu dung dịch nhỏ đo - 69 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học dung hay nói cách khác R ct đo dung dịch nhỏ dung dịch 5) Sự có mặt ion Cl- dung dịch nguyên nhân dẫn đến khác ion Cl- có khả hoà tan màng ôxít, hyđrôxít giúp cho trình khuếch tán sản phẩm ăn mòn vào dung dịch thuận tiện Chính mà giá trị điện dung nói chung thấp bậc so với thang đo dung dịch (bậc 103 ë dung dÞch so víi bËc 102 dung dịch 7) Ngoài ion Cl- ion có độ linh động khả dẫn điện tốt, có mặt làm tăng độ dẫn dung dịch Điều giúp cho ion khuếch tán vào khỏi bề mặt điện cực dễ dàng Khí H thoát phản ứng catốt làm ¶nh h­ëng ®Õn phÐp ®o EIS, vïng nhiƠu xt hiƯn đồ thị (hình 3.26) vùng tần số thấp -1.60E+05 -1.40E+05 -1.20E+05 -1.00E+05 -8.00E+04 -6.00E+04 -4.00E+04 -2.00E+04 0.00E+00 0.00E+00 2.00E+04 4.00E+04 6.00E+04 8.00E+04 1.00E+05 H×nh 3.27: Phỉ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l PEG nồng độ 5g/l (dung dịch 6) - 70 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khi có mặt PEG môi trường kiềm phổ Nyquist (hình 3.27) cho thấy dung dịch NaOH nồng độ 0.1g/l có thêm PEG nồng độ g/l (dung dịch 6) trình ăn mòn hợp kim nhôm xảy khó khăn, phức tạp dung dịch Nhìn chung bậc độ lớn phép đo vùng tần số thấp cao hẳn so với trường hợp trước, cỡ 104 105 so với 102 103 chứng tỏ ion Al3+ đà bị giữ lại nhờ lớp phân tử PEG hấp phụ bề mặt điện cực làm tăng mạnh giá trị điện dung Cụ thể đồ thị phổ tổng trở Nyquist xuất hai bán cầu nằm phía trục Z chứng tỏ trình ăn mòn hợp kim nhôm xảy qua hai giai đoạn Giai đoạn đầu hợp kim nhôm ăn mòn sinh màng mỏng sát bề mặt điện cực (một bán cầu điện dung nhỏ dải tần số cao phía trục Z) Lớp màng không kín sít, không bền, sản phẩm ăn mòn khuếch tán dần vào dung dịch Quá trình phóng điện tiếp tục xảy (bán cầu điện dung thứ hai vùng tần số thấp phía trục Z) Trên đồ thị ta không thấy có vùng khống chế khuếch tán chứng tỏ sau giai đoạn phóng điện thứ hai lớp màng sản phẩm sinh (các dạng ôxít, hyđroxit) kín, sít cản trở trình khuếch tán ion vào dung dịch Trong dung dịch phân tử PEG hình thành màng hấp phụ mỏng sát bề mặt điện cực ngăn cản thoát H vào dung dịch ta không thấy vùng nhiễu đồ thị dải tần số thấp dung dịch dung dịch - 71 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao häc -1.20E+03 -1.00E+03 -8.00E+02 -6.00E+02 -4.00E+02 -2.00E+02 0.00E+00 0.00E+00 5.00E+02 1.00E+03 1.50E+03 2.00E+03 2.50E+03 Hình 3.28: Phổ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm NaOH nồng độ 0.1g/l, PEG nồng độ 5g/l NaCl nồng độ 1g/l (dung dÞch 8) -1.20E+03 -1.00E+03 -8.00E+02 -6.00E+02 -4.00E+02 -2.00E+02 0.00E+00 0.00E+00 3.00E+03 6.00E+03 9.00E+03 1.20E+04 1.50E+04 1.80E+04 H×nh 3.29: Phỉ Nyquist đo mẫu nghiên cứu dung dịch gồm stearic nồng độ 0.25 g/l, NaCl nồng độ 1g/l PEG nồng độ 5g/l điều chỉnh pH=11 (dung dịch 9) Dung dịch 8, (thành phần dung dịch tương tự dung dịch có thêm NaCl nồng độ 1g/l, stearic dung dịch 9) phổ Nyquist thu - 72 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học (hình 8, 9) gồm hai bán cầu nằm phía trục Z (quá trình ăn mòn hợp kim nhôm xảy theo hai giai đoạn), hai bán cầu điện dung xuất rõ ràng dải tần số thấp dải tần số cao bậc độ lớn đà giảm hẳn xuống 102 103 Đó khác với dung dịch 6, dung dịch có mặt ion Cl- ion có khả hoà tan màng: Al(OH) + Cl- = Al(OH) Cl + OH- Al(OH) Cl + Cl- = Al(OH)Cl + OHAl(OH)Cl + Cl- = AlCl + OHAlCl + Cl- = AlCl - màng sản phẩm bị hòa tan, khuếch tán vào lòng dung dịch, đồ thị (hình 3.28) có vùng khống chế khuếch tán dải tần số thấp sau bán cầu thứ Dung dịch chứa ion Cl- ta không thấy vùng khống chế khuếch tán đồ thị (hình 3.29) dung dịch đưa thêm vào axit stearic nồng độ 0.25 g/l Axít stearic phân tử có khối lượng, kích thước phân tử, chiều dài mạch cacbon lớn, với PEG có mặt dung dịch làm tăng độ nhớt dung dịch cản trở khuếch tán sản phẩm hoà tan màng vào dung dịch Vì ta không thấy đồ thị (hình 3.29) vùng khống chế khuếch tán dải tần số thấp, trình thoát H vào dung dịch bị hạn chế nên vùng đồ thị nhiễu dải tần số thÊp Nh­ vËy, mỈc dï cã chøa ion Cl- nh­ng trình ăn mòn hợp kim nhôm hai dung dịch (là trình hai giai đoạn) xảy khó khăn dung dich (là trình giai đoạn), lớp màng ôxít bề mặt điện cực lớp màng phức hợp, lớp màng ôxít phía lớp màng hyđroxyt phía Trong dung dịch có mặt phân tử PEG ion Cl- hai chất ảnh hưởng tới trình anốt trình ăn mòn hợp kim nhôm xảy - 73 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội khó khăn trình chuyển điện tích xảy qua hai giai đoạn, hai bán cầu điện dung xuất rõ ràng so với đo phổ tổng trở dung dịch (một dải tần số thấp dải tần số cao) (hình 3.28) chứng tỏ có mặt PEG Cl- môi trường kiềm đà kìm hÃm trình ăn mòn hợp kim nhôm Trong dung dịch có hấp phụ cạnh tranh ion OH-, PEG ion Cl- trình hấp phụ lên bề mặt điện cực trình hấp phụ vật lý hóa học Do có hấp phụ cạnh tranh nên đà làm hạn chế hấp phụ, thâm nhập hoà tan màng thụ động ion Cl- Lớp màng hấp phụ với lớp màng ôxít phía trong, bao phủ kín bề mặt điện cực ngăn cản tiếp xúc dung dịch với bề mặt điện cực, hạn chế trình ăn mòn Ngoài lớp hấp phụ phân tử làm cho lớp điện tích kép ranh giới bề mặt điện cực dung dịch trở nên phức tạp, lượng cần thiết để ion kim loại vượt qua lớp điện tích kép vào dung dịch lớn hơn, trình chuyển điện tích xảy khó khăn Qua phương pháp đo phổ tổng trở EIS nghiên cứu trình ăn mòn hợp kim nhôm kết luận: - Quá trình ăn mòn hợp kim nhôm môi trường kiềm xảy dễ dàng nhiều so với môi trường trung tính - Khả ăn mòn hợp kim nhôm dung dịch có chứa ion Cldễ khả ăn mòn hợp kim nhôm dung dịch có thành phần không chứa ion Cl- Ion Cl- ion có khả hoà tan màng thụ động môi trường trung tính môi trường kiềm, kích thích trình ăn mòn Ion Cl- làm tăng độ dẫn dung dịch, cạnh tranh hấp phụ lên bề mặt màng ôxít với phân tử PEG - Khí H thoát phản ứng catốt ảnh hưởng tới phép đo phổ tổng trở - Các phụ gia PEG kết hợp với ion Cl-, đưa thêm vào môi trường trung tính , môi trường kiềm có khả ức chế trình hoà tan hợp kim Al-Si - 74 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Kết luận Chung - Trong môi trường trung tính (pH 7) mặt ion Cl- hợp kim Al-Si bền với ăn mòn, đặc biệt môi trường nước tinh khiết (nước cất hai lần) tốc độ ăn mòn hợp kim Al-Si nhỏ bằng: - Ion Cl- có mặt dung dịch nghiên cứu (cả môi trường trung tính pH môi trường kiềm pH 11) bị hấp phụ lên bề mặt màng thụ động, thâm nhập vào mạng lưới ôxít bên màng nguyên nhân gây tượng ăn mòn lỗ, thúc đẩy trình ăn mòn hợp kim Al-Si - Phụ gia PEG đưa vào môi trường trung tính pH môi trường kiềm pH 11, kết hợp với ion Cl- có tác dụng ức chế trình ăn mòn hợp kim Al-Si - Nồng độ PEG kết hợp với NaCl nồng độ 1g/l có tác dụng ức chế hiệu với trình ăn mòn hợp kim Al-Si môi trường trung tính (pH 7) môi trường kiềm (pH 11) 5g/l - axít stearic đưa vào môi trường kiềm (pH=11) có mặt PEG nồng độ 5g/l NaCl nồng độ 1g/l tác dụng ức chế ăn mòn hợp kim Al-Si, cần tìm hợp chất khác đưa vào kết hợp với PEG NaCl để ức chế ăn mòn ăn mòn hợp kim Al-Si hiệu - 75 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Kiến nghị Kết nghiên cứu đạt luận văn cho thấy có mặt ®ång thêi cđa PEG nång ®é 5g/l vµ NaCl nång độ 1g/l có khả ức chế ăn mòn hợp kim Al-Si môi trường trung tính (pH 7) môi trường kiềm (pH 11) Kết hữu ích cho việc nghiên cứu bảo vệ ăn mòn nhôm hợp kim nhôm Tuy nhiên để tăng hiệu ức chế ăn mòn nhôm hợp kim nhôm nghiên cứu đề xuất: - Ngoài PEG, NaCl cần tiếp tục nghiên cứu đưa thêm vào dung dịch số loại phụ gia vô hữu khác - Nghiên cứu thêm dung dịch có giá trị pH khác - Sử dụng thêm số phương pháp nghiên cứu đại chụp SEM, TEM để phân tích, đánh giá biết rõ cấu trúc tính chất ăn mòn nhôm hợp kim nhôm - 76 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học tài liệu tham khảo S.M.a Shibli, V.S Grieesh (2005), Corrosion Science 47, pp 2091-2097 S.M.A Shibli, S George, V.S Grieesh (2002), Brit Corros.J.37 126 g.b schalfer, S.H Huo, J.Drenan, G.J Aucheterline, Acta Mater, 49 (2001) pp 2671-2672 P.D Godfrey, C.L Raston, B.W Sketon, V.A Tolhurst (1997), Chem.Commun pp 2235-2236 Alain Galerie, Nguyễn Văn Tư (2002), Ăn mòn bảo vệ vËt liƯu, NXB Khoa häc vµ kü tht John R.Scully, David C.Silverman and Martin W.Kendig (1993), Eds., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, pp 276-296 F Mansfeld, Y Wang, S.H Lin, H Xiao (1993) Eds., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, pp 297-312 Hoàng Nhâm (2006), Hóa học vô cơ, NXB Giáo dục, Tái lần thứ Nguyễn Khắc Xương (2003), Vật liệu kim loại màu, NXB Khoa học kỹ thuật 10 B.N.ARAZAMAXOV (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục 11 Nghiêm Hïng (2002), VËt liƯu häc, NXB Khoa häc vµ kü thuật 12 Nguyễn Văn Tuế (2002), Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Giáo dục 13 Trần Sơn (2001), §éng hãa häc, NXB Khoa häc vµ kü thuËt 14 Phan Lương Cầm, W.A Schultze (1985), Ăn mòn bảo vệ kim loại 15 Trương Ngọc Liên (2000), Điện Hóa Lý ThuyÕt, NXB Khoa häc vµ kü thuËt 16 T.L Barr (1977), J.Vac Sci.Technol 14, 660 - 77 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Néi 17 E.Mac Cafferty (2003), Corrosion Science 45, pp 1421 - 1438 18 S.SA.Rehim et al (2002), Applied Surf Sci 187, pp 279 - 290 19 K.C.Emregul, A.A.Aksut (2000), Corrosion Science 42, pp 2051 – 2067 20 T.Hurlen, A.T.Haug (1984), Electrochim Acta 29, pp 1132 – 1134 21 S.I.Pyun, S.M.Moon et al (1999), Corrosion Science 41, pp 653 – 667 22 R.T.Foley (1986), Corrosion 42, pp 276-277 23 R.T.Foley, T.H.Nguyen (1982), J Electrochem.Soc.129, pp 464 – 465 24 K.P.Wong, R.C.Alkire (1990), J Electrochem.Soc.137, pp 301 25 E.MacCafferty, J.P.Wightman (1998), Surf Interface Anal 26, pp 547-549 - 78 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Tóm tắt luận văn Al-Si hợp kim ứng dụng rộng rÃi công nghiệp chế tạo máy Khả bền ăn mòn hợp kim có mặt số phụ gia PEG, NaCl môi trường trung tính (pH 7) môi trường kiềm (pH 11) đà nghiên cứu luận văn qua phép đo đường cong phân cực phương pháp đo phổ tổng trở (EIS) Sự có mặt ion Cl- m«i tr­êng trung tÝnh (pH ≈ 7) môi trường kiềm (pH 11) gây nên tượng ăn mòn lỗ, thúc đẩy trình hoà tan anốt hợp kim Al-Si Phụ gia PEG đưa vào dung dịch nghiên cứu có khả ức chế trình hòa tan anốt hợp kim Al-Si, đặc biƯt kÕt hỵp víi ion Cl- Khi kÕt hỵp víi ion Cl- (NaCl nång ®é 1g/l) nång ®é PEG thích hợp để ức chế hiệu trình hoà tan anốt hợp kim môi trường trung tính (pH 7) môi trường kiềm (pH 11) 5g/l Tuy môi trường kiềm ion Cl- nhân tố không thích hợp cho tính bền nhôm hợp kim nhôm Nhưng có mặt phân tử PEG đà tạo môi trường mà hợp kim Al-Si bền ăn mòn, đặc biệt sản phẩm ăn mòn dễ bị hòa tan, không bị keo tụ Đây yếu tố cần thiết để sử dụng hệ dung dịch môi trường làm mát động xe tải hạng nặng Từ khoá: nhôm, ăn mòn lỗ, phổ tổng trở, hợp kim Al-Si, dung dịch làm mát - 79 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao häc Asbtract Aluminum-Silicon alloy is one of advanced materials tha have been applied most widely in mechanical manufacture industry In mechanic apparatus, such as pumps, ship-engine, bearing…Corrosive resistance is an objective that has been studying in Science and Engineering In our work the silicon-having aluminum (7%Si – Al) was investigated in neutral media (pH ≈ 7) and alkaline media (pH ≈ 11) containing polyethylene glycol, sodium chloride as additives Due to the presence of sodium chloride, pitting corrosion have happened and accelerated dissolve process of aluminum-silicon alloy Due to the presence of PEG, the dissolve of aluminum-silicon was increased incomparing with the case of PEG out of (for both media) However the dissolving rate of this case is significantly smaller than the one of the case of sodium chloride The optimal concentration of PEG for corrosive resistance was found at 5g/l Especially, the synergistic positive effect due to the copresence of PEG and sodium chloride increased more significantly corrosive resistance, up to a magnitude 106 With electrochemical techniques such as Cyclic Voltamettery, Electrochemical Impedance S the mechanism of the dissolve of 7%Si-Al alloy for manufacturing pump of the heavy truck engine cooling system, the solution consisting of PEG (5g/l), NaCl (1g/l), pH ≈ 11 is most appropriate in order to cool the engines Keywords: Aluminum, aluminum-silicon alloy, pitting corrosion, electrochemical impedance, cooling solution - 80 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tôi, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa công bố công trình khác Tác giả Đào Tiến Hải - 81 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn cao học Lời cảm ơn Sau thời gian học tập nghiên cứu trường đại học Bách Khoa Hà Nội, với giúp đỡ nhiệt tình Trung tâm đào tạo sau đại học, thầy cô giáo bạn đồng nghiệp nỗ lực cố gắng thân, luận văn tốt nghiệp cao học đà hoàn thành Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Điện hoá Bảo vệ kim loại đà tận tình dạy dỗ, bồi dưỡng tạo điều kiện giúp đỡ suốt hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS.TS Trần Trung người đà tận tình hướng dẫn, bảo thời gian thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ đề tài AP05/Prj 03/N.07 dự án VLIR- HUT đà giúp đỡ, tài trợ cho việc thực luận văn Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu thiếu thốn lần thực bắt tay vào thực một đề tài nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi có thiếu sót hạn chế Tôi mong nhận đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh Hà Nội, ngày 06 tháng 02 năm 2007 Học viên Đào Tiến Hải - 82 Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại Đào Tiến Hải ... chế tạo từ hợp kim Al-Si thực đề tài Nghiên cứu trình hòa tan anot hợp kim Al-Si với mục đích nghiên cứu xác định nguyên nhân ăn mòn hợp kim Al-Si lấy từ -9Chuyên ngành: Điện hoá bảo vệ kim loại... vùng thụ động bị phá vỡ hoàn toàn Hợp kim nhôm bị hoà tan Nhìn chung đường cong phân cực hợp kim nhôm silic trường hợp đường trơn nhẵn, điểm kì dị, điểm gẫy hay pick trình điện hóa ®ã Cã thĨ... c¬ lý ứng dụng [9, 10, 11] Hợp kim nhôm silíc (Al Si) hợp kim nhôm có độ dÃn nở nhiệt thấp, dễ đúc, dễ điền đầy thích hợp để chế tạo chi tiết máy Tính chất lý hợp kim Al-Si độ bền, độ dẻo phụ