Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hợp kim sắt silíc crôm làm vật liệu anode bán trở của hệ thống bảo vệ dòng điện ngoài

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH THỊ VÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HP KIM Fe– Si – Cr LÀM VẬT LIỆU ANODE BÁN TRƠ CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN NGOÀI Chuyên ngành: Vật liệu khí Mã số ngành: 01 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - Cán hướng dẫn khoa học: GS TSKH Phạm Phố TS Nguyễn Hồng Dư Cán chấm nhận xét 1: ……………………………………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ……………………………………………………………………………………………………………………… Luận văn Thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…….tháng…….năm…… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : ĐINH THỊ VÂN Ngày, tháng, năm sinh : 02- 01 - 1977 Chuyên ngành : VLCK Phái Nơi sinh MSHV : Nữ : Nam Định : VLCK 008 TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HP KIM Fe – Si – Cr LÀM VẬT LIỆU ANODE BÁN TRƠ CỦAHỆ THỐNG BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN NGOÀI” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm giải pháp công nghệ phù hợp chế tạo anod bán trơ hợp kim Fe – Si – Cr dùng hệ thống bảo vệ cathod, chống ăn mòn kết cấu thép môi trường xâm thực NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/02/2004 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/08/2004 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS TSKH Phạm Phố CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS Đặng Vũ Ngoạn TS Nguyễn Hồng Dư Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày… tháng…… năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN! Đây đề tài nghiên cứu ứng dụng, tìm giải pháp công nghệ phù hợp chế tạo anode bán trơ hợp kim Fe – Si – Cr dùng hệ thống bảo vệ cathode chống ăn mòn kết cấu thép môi trường xâm thực Trong trình nghiên cứu, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Phố, TS Nguyễn Hồng Dư giao đề tài, tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình đồng nghiệp Phòng Độ bền – Chi nhánh phía Nam – Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga với động viên người thân suốt qúa trình thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2004 Đinh Thị Vân TÓM TẮT Bảo vệ cathode phương pháp chống ăn mòn có hiệu qủa cho công trình thép bêtông cốt thép môi trường vùng biển Công nghệ bảo vệ cathode nghiên cứu triển khai nhiều nước phát triển Mỹ, Châu Âu, LB Nga … Tuy nhiên, vấn đề bảo vệ cathode Việt Nam hạn chế chưa triển khai đồng mặt phương pháp công nghệ Để hoàn thiện công nghệ bảo vệ cathode vấn đề làm chủ thiết bị vật tư có ý nghóa quan trọng cần thực bước, đề tài này, tiến hành nghiên cứu chế thử hợp kim Fe – Si – Cr vật liệu anode bán trơ dùng cho hệ thống bảo vệ cathode, khẳng định khả chế tạo chỗ anode loại Đó lý đề xuất nội dung chủ yếu đề tài Đặc điểm hợp kim Fe – Si – Cr: - Tính chất học hợp kim Fe – Si – Cr gần giống hợp kim Silíc (cùng hàm lượng Si), độ bền uốn đạt 17 – 25 kg/mm2, độ cứng HB đạt tới tên 900, giới hạn bền kéo – 7,5 kg/mm2, độ dai đạt 0,5 kgm/cm2 - Nhiệt độ nóng chảy hợp kim khoảng 11700c, độ chảy loãng tốt, độ co ngót cao 2,2 – 2,6% Đã lựa chọn thử nghiệm quy trình công nghệ phù hợp nấu luyện đúc anode hợp kim Fe – Si – Cr, hoàn toàn từ nguyên liệu sẵn có nước, vật liệu anode kiểm tra, đặc tính - lý – hoá, kết qủa cho thấy tiêu đạt mức yêu cầu đặt tương đương sản phẩm nước Sản phẩm anode bán trơ, hợp kim Fe – Si – Cr đem ứng dụng thực tế đáp ứng yêu cầu hệ thống bảo vệ cathode hoàn toàn thay sản phẩm loại nước với giá khoảng 50% giá nhập Luận án gồm 79 trang với phần tổng quan, nội dung phương pháp nghiên cứu, kết qủa bàn luận, với 61 tài liệu tham khảo nước Trong luận án có bảng 15 hình vẽ РЕФЕРАТ Катодная защита – это эффективный противокоррозионный метод, применяемый в железных сооружениях и железобетонных конструкциях при морских условиях Система катодной защиты была разработана и применена во многих развитых странах Америки, Европы и в России Однако, во Вьетнаме эта система оставалась малоизвестна и ограничена в применении на практике В усовершенствовании системы катодной оборудования и защиты лежит использования проблема материала, что освоения играет значительную роль, которая требует осуществления не сразу, а постепенно Выполняя эту тему, мы проводили исследование и пробное изготовление полуинертных анодов из сплава Fe – Si – Cr, которые потом используются в системе катодной защиты Результатами нашего исследования подтверждена возможность изготовления этих анодов на основе имеющегося в стране сырья – и это является целью нашей темы Характеристика сплава Fe – Si – Cr Механическая характеристика сплава Fe – Si – Cr близка сплаву Si (с одним содержанием Si) Прочность на изгиб этого сплава достигает 17-25 кг/мм2; твердость на HB выше 900; прочность на растяжение 6-7,5 кг/мм2; прочность на удар 0,5 кгм/см2; температура плавления ~ 1170оС; жидкостная плавкость большая В процессе исследования мы выбрали и проводили испытания, соответствующие техническим процессам в плавлении и изготовлении анодов из сплава Fe – Si – Cr на основе имеющегося в стране сырья Эти аноды были проверены по механическим характеристикам и другим физико-химическим показателям Все эти показатели отвечали поставленным требованиям, и их качество аналогично с продукцией этого типа зарубежного производства Полуинертные аноды, изготовленные из сплава Fe – Si – Cr, были применены на практике с хорошими результатами, и они могут заменить продукцию зарубежного производства, но с ценой, ниже на 50% 79-страничная диссертация состоит из трех глав: введение; содержание и методы исследования; результаты и обсуждение, и списка литературы (61 стр.), таблиц и 15 рисунков MỤC LỤC MỞ ĐẦU -2 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 n mòn kim loại 1.1.1 Cơ chế ăn mòn kim loại 3-4 1.1.2 Phương trình động học ăn mòn điện hóa 4-6 1.2 Vấn đề ăn mòn bảo vệ công trình biển - 15 1.3 BẢO vệ công trình ngầm vùng biển phân cực 15 - 22 cathode 1.4 Vật liệu anode bán trơ cho bảo vệ cathode dòng điện 22- 27 1.5 Hợp kim sắt – silic – crôm 27- 35 Phần II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu đề tài 35 2.1.2 Nghiên cứu tài liệu 35 2.1.3 Nghiên cứu thực nghiệm 35 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu điện hóa 2.2.1.1 Phương pháp phân cực để đo tốc độ ăn mòn 35- 38 a Giới thiệu 38 b Các nguyên lý điện hóa đo phân cực động 38-40 c Phương pháp đo điện trở phân cực 40-45 d Đường Tafel 45-50 2.2.1.2 Xác định dòng ăn mòn 50-51 2.2.1.3 Xác định tổn hao 51 2.2.1.4 Tiêu chuẩn bảo vệ cathode 52 2.2.2 Công nghệ thiết bị nấu hợp kim 52-58 PHẦN 3: KẾT QỦA VÀ BÀN LUẬN 3.1 Công nghệ nấu luyện hợp kim fe-si-cr 58-60 3.2 Công nghệ đúc anode 60-62 3.3 Phân tích mẫu, xác định tính mẫu 62 3.4 62-66 3.5 Một số đặc tính điện hóa hợp kim fe – si – cr vật liệu anode bảo vệ cathode dòng Chế tạo sử dụng anod thực tế 3.5.1 Chế tạo anod 66-67 3.5.2 Lắp đặt Anodes Fe-Si-Cr 67 3.5.3 Kiểm tra hoạt động hệ thống bảo vệ cathode 67-69 3.5.4 Nhận xét 70 KẾT LUẬN 71-72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73-79 Phụ lục: Sơ đồ nguyên lý Hệ thống bảo vệ cathode dòng điện 1: Anode 2: Điện cực so sánh 3: Bộ nguồn điều khiển 4: Kết cấu thép Phụ lục: GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI Fe - Si GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI Fe – Cr Phụ lục : Phụ lục: 4.1 Phụ lục 4.2 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC THEO PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ Program: FE – 01 06/7/2004 14:21:16 Comment: Orientation Fe – alloys FE – 116387 Average Elements: Concentration Sample No: Maãu phoi Sample Id: Thep hop kim C Si Mn P S Cr Mo Ni % % % % % % % % x 0,92 >6,60 0,375 0,053 0,030 4,61 0,050 0,091 Al Co Cu Nb Ti V W Pb % % % % % % % % x 0,71 0,016 0,094 0,019 0,067 0,035 Sn Mg As Zr Ca Ce Ta B % % % % % % % % x 0,57 0,004 0,035 0,008 0,011 0,013