Chế tạo điện cực anode bằng magnetite ứng dụng trong hệ thống bảo vệ cathode dòng điện ngoài chống ăn mòn các công trình biển

Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ NGỌC YẾN PHƯƠNG CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC ANODE BẰNG MAGNETITE ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATHODE DỊNG ĐIỆN NGỒI CHỐNG ĂN MỊN CÁC CƠNG TRÌNH BIỂN Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỘ NGHIÃ VIỘT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : VÕ NGỌC YẾN PHƯƠNG Ngày, tháng, năm sinh : 11-08- 1983 Chuyên ngành : Công Nghệ Chế Tạo Máy Phái : Nữ Nơi sinh : Tp.HCM MSHV: 00407228 I - TÊN ĐỀ TÀI : CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC ANODE BẰNG MAGNETITE ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATHODE DỊNG ĐIỆN NGỒI CHỐNG ĂN MỊN CÁC CƠNG TRÌNH BIỂN II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên cứu tổng quan phương pháp bảo vệ cathode dịng điện ngồi - Nghiên cứu sở lý thuyết thông số cần thiết bảo vệ cathode dịng điện ngồi - Nghiên cứu vật liệu anode chế hoạt động chúng hệ thống bảo vệ cathode dịng điện ngồi - Lựa chọn vật liệu công nghệ chế tạo anode trơ - Phương pháp tiến hành thực nghiệm xử lý kết III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi nghị QĐ giao đề tài): 10 02 2009 IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03.12.2009 V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lưu Phương Minh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LƯU PHƯƠNG MINH Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Để có kiến thức vơ q giá hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp giao nay, em xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh dạy em suốt hai năm vừa qua Nhân đây, em xin bày tỏ lịng biết ơn, kính trọng đến Q Thầy Cơ kính chúc Q Thầy Cơ ln dồi sức khỏe để chắp cánh tri thức cho hệ mai sau Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Phương Minh dành nhiều thời gian để hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến PGS TS Đỗ Quang Minh Trưởng khoa Công nghệ Vật liệu trường Đại học Bách Khoa, Th.S Nguyễn Vinh Dự ( PGĐ Trung tâm nghiên cứu ứng dụng dịch vụ KHKT) tận tình giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Người nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Trọng Hiệp (đang cơng tác phịng nghiên cứu độ bền Trung tâm nhiệt đới Việt – Nga) đồng hành, dẫn dắt hướng dẫn tận tình suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin cảm ơn bạn bè giúp đỡ suốt thời gian học tập trình thực luận văn Mặc dù cố gắng thời gian có hạn kiến thức cịn nhiều hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận góp ý kiến thông cảm từ quý thầy cô bạn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 12 năm 2009 Học viên thực Võ Ngọc Yến Phương IV Tóm tắt luận văn TĨM TẮT LUẬN VĂN Hiện tượng ăn mịn mơi trường nước biển q trình xảy tự nhiên kim loại hợp kim chìm chơn mơi trường điện mơi nước nước biển, kết xuất điện giao diện điện môi – kim loại Có nhiều cách tiếp cận phương pháp khác để chống ăn mòn giải pháp thiết kế, lựa chọn vật liệu, phương pháp cách ly (sơn phủ), ức chế ăn mịn, bảo vệ điện hóa…hoặc mơi trường mà tính chất hóa lý thay đổi nhiều, độ dẫn điện thấp, có điều kiện cung cấp điện ngừơi ta thường sử dụng phân cực cathode dịng điện ngồi Trong đó, bảo vệ cathode phương pháp hiệu chống ăn mịn kết cấu thép cơng trình vùng biển Anode thành phần định chất lượng hiệu giá thành hệ thống bảo vệ cathode Anode bảo vệ cathode cần có đặc tính như: hồn tồn trơ chí với mật độ dịng điện cao, khơng phân cực đáng kể, có độ dẫn điện cao, ổn định học, tiết kiệm cần sử dụng dòng điện lớn (hàng trăm ampe)… Vì vậy, nghiên cứu vật liệu cơng nghệ chế tạo anode nội dung quan trọng Và từ đó, thiết kế, bước lựa chọn vật liệu, loại vật liệu có khả chống ăn mịn mơi trường ứng dụng Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ cathode dòng điện ngồi anode trơ với kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao ngày thể rõ ưu triển vọng thay hoàn toàn vật liệu anode tan Thật vậy, thực tế có nhiều loại vật liệu thỏa mãn tất yêu cầu lựa chọn cuối phải loại vật liệu phù hợp cho hệ thống cụ thể, phụ thuộc số điều kiện có chi phí Hiện nước chưa chế tạo anode trơ dùng cho bảo vệ cathode Trong phạm vi luận văn, người nghiên cứu tập trung sâu vào nghiên cứu hai số nhiều yếu tố góp phần tạo nên anode bảo vệ cathode dịng điện ngồi với đủ tính cần có nêu có khả sản xuất nước ta xác định vật liệu công nghệ chế tạo anode magnetite V Mục lục MỤC LỤC Lời cảm ơn IV Tóm tắt luận văn V Mục lục VI Danh mục bảng .IX Danh mục hình ảnh .X CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu .1 1.2 Thực trạng tính cấp thiết đề tài .2 1.3 Tình hình nghiên cứu nước giới 1.4 Mục tiêu luận văn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI: 2.1 Cơ chế ăn mòn kim loại 2.2 Phương trình động học ăn mịn điện hóa 2.3 Điều kiện nhiệt động học chế bảo vệ cathode 10 2.4 Lý thuyết bảo vệ cathode .15 2.4.1 Lý thuyết bảo vệ cathode 16 2.4.2 Đặc điểm, sở bảo vệ cathode 17 2.4.3 Tiêu chuẩn bảo vệ cathode .18 2.5 Các phương pháp bảo vệ cathode 20 2.5.1 Bảo vệ cathode anode hi sinh 20 2.5.2 Bảo vệ cathode dịng điện ngồi 21 2.5.3 So sánh bảo vệ cathode dịng điện ngồi anode hi sinh 23 2.5.4 Ưu điểm phương pháp bảo vệ cathode dịng điện ngồi .24 VI Mục lục CHƯƠNG : LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ANODE MAGNETITE 26 3.1 Các loại anode sử dụng hệ thống bảo vệ cathode dịng điện ngồi 26 3.2 u cầu anode trơ hệ thống bảo vệ cathode 30 3.3 Cơ chế hoạt động anode magnetite hệ thống bảo vệ cathode 30 Lựa chọn vật liệu công nghệ chế tạo anode trơ .35 3.5 Thiết kế hệ thống bảo vệ cathode 39 3.5.1 Các bước thiết kế 39 3.5.2 Điện bảo vệ hợp kim không gỉ 43 3.5.3 Hệ thống dịng điện ngồi 45 3.5.4 Dùng phun phủ nhôm 45 3.5.5 Phân bố anode 45 3.5.6 Kiểm tra bảo vệ cathode 46 3.6 Tối ưu hóa hệ thống bảo vệ cathode dịng điện 47 3.6.1 Xây dựng toán tổng quát .49 6.2 Áp dụng cho điều kiện cơng trình cụ thể 56 3.6.3 Kết luận 59 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO ANODE MAGNETITE .60 4.1 Công nghệ chế tạo anode magnetite 60 4.2 Ứng dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo mẫu anode magnetite 67 4.2.1 Thiết bị thí nghiệm 68 4.2.2 Chuẩn bị 69 4.2.3 Quá trình chế tạo mẫu 74 4.2.4 Kiểm tra mẫu sau thiêu kết 76 VII Mục lục CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 5.1 Kết luận 82 5.2 Kiến nghị 82 Tài liệu tham khảo Lý lịch trích ngang VIII Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu: Ăn mịn kim loại vấn đề mang tính tồn cầu, việc chống ăn mịn kim loại có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật to lớn Sự ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất môi trường xung quanh Ăn mịn ngun nhân gây hư hỏng tất hệ thống kỹ thuật có sử dụng kim loại hợp kim: linh kiện điện tử, chi tiết máy khác nhau, đường ống, giàn khoan, cảng biển…Sự ăn mịn kim loại khơng gây tổn thất to lớn cho kinh tế quốc dân (ước tính thiệt hại ăn mịn kim loại hàng năm chiếm 4-5% GDP quốc gia; năm phải sửa chữa, thay nhiều chi tiết máy móc thiết bị dùng nhà máy công trường, phương tiện giao thông vận tải; năm lượng sắt thép bị gỉ chiếm đến gần ¼ lượng sản xuất ra) mà mối nguy hại tiềm ẩn đe dọa an toàn người mơi trường cảnh quan Do đó, chống ăn mịn kim loại công việc quan trọng cần phải làm thường xuyên, điều kiện môi trường biển nhiệt đới để kéo dài thời gian sử dụng máy móc vật dụng làm kim loại Hiện tượng ăn mịn mơi trường nước biển q trình xảy tự nhiên kim loại hợp kim chìm chơn mơi trường điện mơi nước nước biển, kết xuất điện giao diện điện mơi – kim loại Chính vậy, kết cấu thép tàu chìm nước đối mặt với hai vấn đề quan trọng ăn mịn bám bẩn, cụ thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tàu quân đội thương mại Ăn mòn hủy hoại kết cấu tàu, khoang tàu Trong đó, bám bẩn khơng kiểm tra có khả làm giảm tốc độ tàu, tăng thời gian hành trình, tiêu hao nhiên liệu hao phí khác Nó gây nhiệt làm hư động Chương Trang Giải pháp phù hợp: có nhiều cách tiếp cận phương pháp khác để chống ăn mòn giải pháp thiết kế, lựa chọn vật liệu, phương pháp cách ly (sơn phủ), ức chế ăn mòn, bảo vệ điện hóa…Trong đó, phương pháp điện hóa nối kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động để tạo thành pin điện hóa kim loại hoạt động bị ăn mòn, kim loại bảo vệ Tác dụng để bảo vệ vỏ tàu biển làm thép gắn vào mặt vỏ tàu (phần chìm nước), hay bảo vệ ống (dẫn nước, dẫn dầu, dẫn khí đốt…ở đất) Bảo vệ cathode phương pháp hiệu chống ăn mịn kết cấu thép cơng trình vùng biển Hệ thống bảo vệ cathode gồm thiết bị, vật tư lắp đặt sử dụng cho kết cấu thép cụ thể với chức tạo nên phân cực cathode cho phép môi trường nước (hoặc đất) mức độ phù hợp với nhiệm vụ tăng tuổi thọ kim loại, tăng tuổi thọ kết cấu 1.2 Thực trạng tính cấp thiết đề tài: Bảo vệ cathode sử dụng rộng rãi để chống ăn mòn đường ống bồn, bể ngầm, kết cấu thép bê tông cốt thép vùng biển, tàu thủy, cầu cảng, hệ thống đường cáp ngầm…Trong điều kiện tự nhiên, bảo vệ cathode làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại nhiều lần: mức độ bảo vệ thực tế đạt 80% (có thể đạt đến 100%), dự trữ tuổi thọ cơng trình tăng lên tương ứng (4-5 lần) Bảo vệ cathode mang tính chọn lọc: dịng bảo vệ tác động tập trung khu vực bề mặt kim loại có nguy phá hủy cục lớn Bảo vệ cathode tác động liên tục, lâu dài ổn định Hơn nữa, q trình sử dụng điều chỉnh để có chế độ bảo vệ phù hợp với thay đổi môi trường Khi triển khai bảo vệ cathode, không cần phải xử lý bề mặt kim loại tồn kết cấu, khơng ảnh hưởng tới hoạt động công nghệ trình hữu Hiệu kinh tế kỹ thuật giải pháp kiểm chứng thực tế 50 năm sử dụng hệ thống bảo vệ cathode cho hàng loạt cơng trình nhiều khu vực khác giới Chương Trang Bảo vệ cathode sử dụng độc lập để chống ăn mịn bề mặt thép khơng sơn kết hợp bảo vệ sơn phủ Chống ăn mòn phân cực cathode nguyên tắc thực theo hai cách: bảo vệ dịng điện ngồi (dịng điện cưỡng bức) bảo vệ anode hy sinh (còn gọi bảo vệ protector) Thông thường, phương pháp bảo vệ protector sử dụng cho kết cấu thép mơi trường ăn mịn trung tính, có độ dẫn điện cao thay đổi, nơi khơng có điện việc cung cấp điện tốn Để chống ăn mòn kết cấu thép mơi trường mà tính chất hóa lý thay đổi nhiều, độ dẫn điện thấp, có điều kiện cung cấp điện ngừơi ta thường sử dụng phân cực cathode dịng điện ngồi Anode thành phần định chất lượng hiệu giá thành hệ thống bảo vệ cathode Vì vậy, nghiên cứu vật liệu công nghệ chế tạo anode nội dung quan trọng Và từ đó, thiết kế, bước lựa chọn vật liệu, loại vật liệu có khả chống ăn mịn mơi trường ứng dụng Sự ăn mịn bao gồm: điện hóa học, phương thức ăn mịn, mơi trường, chất ức chế, đặc điểm luyện kim kim loại, phủ, thiết kế, bảo vệ chống ăn mịn, kiểm sốt ăn mịn phân tích q trình… Có nhiều loại vật liệu sử dụng để làm anode, nhiên, hệ thống bảo vệ cathode dịng điện ngồi anode trơ với kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao ngày thể rõ ưu triển vọng thay hoàn toàn vật liệu anode tan Hiện nước chưa chế tạo anode trơ dùng cho bảo vệ cathode Trong khuôn khổ vật liệu, kiến thức tiết kiệm, an tồn, đặc tính ăn mịn tính chất cần thiết Một số loại vật liệu dẫn điện sử dụng làm anode bảo vệ cathode dịng điện ngồi, loại điện cực Platin, Titan hay Niobi phủ Platin, với điều kiện chất trơ điện môi: phần vật liệu trơ hợp kim chì, sắt Silic vật liệu sắt vụn nhôm thực tế bị hoạt hóa điện mơi nên thường kim loại dẫn điện ứng dụng graphit hay magnetite Anode bảo vệ cathode có đặc tính sau: - Chương Hồn tồn trơ chí với mật độ dịng điện cao Trang 69 4.2.2 Chuẩn bị: - Nguyên liệu đầu vào: (các thông số bột xem Phụ lục) + Bột chì (Pb) + Bột Fe3O4 Vật liệu đầu vào với thành phần gồm bột Fe3O4 bột Pb 99,9 % khơng thiết phải quy định hình dạng hạt, riêng kích thước hạt từ -10 → +100 mesh Bảng 4.1 tỉ lệ thành phần khối lượng chì magnetite ứng với điện bảo vệ anode so với điện cực so sánh U(A - Re ) % Khối lượng M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 Fe3O4 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Pb 20 30 40 50 60 70 80 90 472 370 545 647 628 710 735 814 M1 10 UA– Re 320 Chúng tiến hành quy hoạch thực nghiệm phụ thuộc điện (mà anode tạo bảo vệ cathode) vào thành phần khối lượng magnetite Chì Từ xác định tỉ lệ thành phần khối lượng vật liệu cho phù hợp để chế tạo anode magnetite Kết thực nghiệm cho bảng sau: N0 TN x0 x1(g)-Fe3O4 x2 (g)-Pb U(A-Re) (mV) 1 80 20 472 70 30 370 60 40 545 50 50 647 40 60 628 30 70 710 20 80 735 10 90 814 Chương Trang 70 x1: Thành phần magnetite x2: Thành phần Chì (Pb) U(A-Re) : Điện thử nghiệm cathode so với điện cực so sánh Ag/AgCl N61 Ecathode-Re ≥ 700 mV đáp ứng tiêu chuẩn bảo vệ cathode Quy hoạch thực nghiệm hai nhân tố: x1, x2 ; N x1 x2 - -1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 ta có k = Tổng số thí nghiệm: N = 2k +2k Các hệ số phương trình hồi quy xác định dễ dàng từ ma trận quy hoạch:  x01   x02  x03   x04 x  05  x06 x  07  x 08 x11 x12 x13 x14 x15 x16 x17 x18 x 21 ( x1 x )1 x 22 ( x1 x )2 x 23 ( x1 x )3 x 24 ( x1 x )4 x 25 (x1 x )5 x 26 (x1 x )6 x 27 ( x1 x )7 x 28 ( x1 x )8 (x x2 )1 (x x2 )2 (x x2 )3 (x x2 )4 (x2 x2 )5 (x2 x2 )6 (x x2 )7 (x x2 )8 x112 x122 x132 x142 x152 x162 x172 x182  x 21  x 22   x 23  x 24   x 25  x 26   x 27   x 28 Ta có hệ số Ti sử dụng để tính tốn hệ số phương trình hồi quy xác định: Chương Trang 71 N N T T1 Số nhân tố k=2 0,2 T2 0,1 T3 0,125 T4 0,125 T5 0,01874 T6 0,25 N b0 = T1 ∑ y j −T2 ∑ ∑ x ij2 y j = 1, 25 × ∑ j =1 i =1 j =1 ∑ (320 + 472 + 370 + 545 + 637 + 710 + 636 + 493 ) ( ( )  x112 y1 + x122 y + x132 y + x142 y + x152 y + x162 y + x172 y + x182 y +  − , 75 × ∑ 472 − 370   2 2 2  x 21 y1 + x 22 y + x 23 y + x 24 y + x 25 y + x 26 y + x 27 y + x 28 y  ) = , × ∑ (472 + 370 + 545 + 647 + 628 + 710 + 735 + 814 ) −  (472 + 370 + 545 + 647 + 628 + 710 ) +  , 75    (472 + 370 + 545 + 647 + 735 + 814 )  = ( 49 21 × 25 ) − , 75 ( 6955 ) = 6151 25 − 5216 25 = 935 N b1 = T3 ∑ x1 j y j = 16667 × ∑ x11 y1 + x12 y + x13 y + x14 y + x15 y + x16 y + x17 y + x18 y j =1 = 16667 (− 472 − 370 + 545 + 647 − 628 + 710 ) = 16667 × 79 = 13 16693 N b2 = T3 ∑ x j y j = 16667 × ( x 21 y1 + x 22 y + x 23 y + x 24 y + x 25 y + x 26 y + x 27 y + x 28 y ) j =1 = 16667 ( − 472 − 370 + 545 + 647 − 735 + 814 ) = 16667 × 429 = 71 ,50143 N b12 = T6 ∑ x1 j x j y j = 25 [(− 1)(− 1) × 472 + (1)( − 1) 370 + ( − 1)(1) 545 + ( + 1)(1) 647 ] j =1 = 25 × [1 472 − 370 − 545 + 647 ] = 0.25.(204) = 51 Xác định hệ số phương trình hồi quy: Chương Trang 72 N N N N ( b11 = T4 ∑ xij2 y j +T5 ∑∑ xij2 y j − T2 ∑ y j = 0.5 x112 y1 + x122 y2 + x132 y3 + x142 y4 + x152 y5 + x162 y6 + x172 y7 + x182 y8 j =1 [( i =1 j =1 j =1 + 0.25 x112 y1 + x122 y2 + x132 y3 + x142 y4 + x152 y5 + x162 y6 + x172 y7 + x182 y8 )] = 0.5.( 472 + 370 + 545 + 647 + 628 + 710 = 0.5 × 3372 N N N N b22 = T4 ∑ xij2 y j +T5 ∑∑ xij2 y j − T2 ∑ y j = 0.5(472 + 370 + 545 + 647 + 735 + 814 ) + j =1 i =1 j =1 j =1 0.25(472 + 370 + 345 + 647 + 628 + 710) + (472 + 370 + 345 + 647 + 735 + 814) − 0.75(472 + 370 + 545 + 647 + 628 + 735 + 814) = −3690,75 + 1638,75 = −2605 Phương trình hồi quy: y = b0 + b1 x1 + b2 x + b11 x112 + b22 x 22 + b12 x1 x = 935 + 13.6693x1 + 71.50143x − 366 x12 − 2650 x 22 + 51x1 x Như vậy, hệ số b2 hệ số b22 lớn so với hệ số b1 nghĩa nhân tố tỉ lệ thành phần khối lượng chì ảnh hưởng lớn so với thành phần khối lượng magnetite cấu tạo thành phần anode magnetite Do đó, chọn tỉ lệ thành phần kim loại để chế tạo anode magnetite 70% Pb, 30% magnetite Hình 4.2 Mẫu bột kim loại sử dụng thí nghiệm Chương ) Trang 73 * Phân tích cấu trúc tế vi phương pháp soi kính hiển vi phịng thí nghiệm Độ bền nhiệt đới Trung tâm nhiệt đới Việt – Nga * Lị thiêu kết : Hình 4.3 Lị thiêu kết * Các dụng cụ hóa chất thí nghiệm khác Chương Trang 74 4.2.3 Q trình chế tạo mẫu: Ứng dụng công nghệ luyện kim bột để chế tạo anode magnetite Bột kim loại phi kim Trộn phối liệu Tạo hình Thiêu kết Gia cơng Hồn thiện - Trộn bột: dựa q trình thực nghiệm lựa chọn thành phần phù hợp chế tạo anode kết giải toán quy hoạch thực nghiệm bậc 2, hỗn hợp bột kim loại gồm tỉ lệ thành phần khối lượng 70% chì làm vật liệu trộn với 30% magnetite (30g magnetite 270g chì) phải chọn chất phụ gia thêm vào với chất bôi trơn (3ml cồn kỹ thuật + 2ml Cao su Buteadienne (10% xăng)) để cung cấp hợp chất theo u cầu phải có đặc tính đồng Trộn hỗn hợp kim loại trạng thái rắn để kim loại có đặc tính đồng - Thiết kế chế tạo khuôn ép: mẫu sử dụng để nghiên cứu hình trụ, có kích thước φ 10 × 30 mm, (sản phẩm anode thực tế có kích thước φ 50 × 200 ) Khn trước ép phải làm sạch, bôi lớp mỏng parafin vào thành cối bề mặt chày để giảm ma sát trình ép đồng thời dễ dàng lấy mẫu ép khỏi khuôn Phương pháp ép hỗn hợp bột khn hình trụ chày đơn ép vào theo đường trục khuôn Độ đồng anode sau tạo hình theo Chương Trang 75 phương pháp đạt đến 99% So với phương pháp khác đặc tính học đạt theo u cầu Bột kim loại đưa vào lịng khn từ guốc phanh, máy ép ép chúng thành khối 1/3 thể tích ban đầu Lực ép ban đầu tập trung lại lớn làm biến dạng phần tử liên kết phần tử dạng liên kết học với lực ép 3,5 tấn/cm2 (~ tấn) Trong trình ép phần tử kim loại thành khuôn chịu lực ép nhiều, riêng phần tử gần khuôn không chịu lực ép Do đó, để lực ép tác động lên hỗn hợp kim loại ép trình ép cần sử dụng máy ép song động nhờ lực tác động chày cối - Mẫu ép xong đưa vào thiêu kết: sau q trình thiêu kết mang lại nhiều lợi ích cho sản phẩm chẳng hạn, cải tiến liên kết luyện kim mật độ, tăng tính sản phẩm, chuyển liên kết sang liên kết kim loại Thiêu kết nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy mật độ liên kết phẩn tử kim loại đạt từ 88→ 94% mật độ hợp kim lý thuyết Quá trình thiêu kết là: tải trọng đưa qua trình tiền xử lý nhiệt độ thấp để nhằm loại bỏ chất bôi trơn trộn vào bột kim loại trước đưa vào khn ép, tiếp xử lý nhiệt độ cao nhằm giảm liên kết oxit cuối q trình làm mát đưa khỏi mơi trường thiêu kết (giai đoạn cịn kiểm sốt nhiệt độ làm mát để tránh sản phẩm bị oxi hóa) Tải trọng Tiền xử lý ( nhiệt độ loại bỏ chất bôi trơn ) Nhiệt độ cao Làm mát khn Q trình thiêu kết hỗn hợp kim loại bột nói lị luyện kim bột tóm tắt gồm bước Sản phẩm đưa vào khoảng tiền xử lý nhiệt lò Ở chất bôi trơn cho vào bột trình trộn loại đồng thời làm bề mặt phần tử kim loại đảm bảo đặc tính học tốt cho sản phẩm sau thiêu kết Sau đó, đưa tiếp vào khoang nhiệt độ thiêu kết cao Theo lý thuyết nhiệt độ thiêu kết sản phẩm luyện kim bột 0.75 T0nc Với vật liệu anode magnetite, nhiệt độ thiêu kết dựa nhiệt độ nóng chảy Chương Trang 76 nguyên tố T0nc P b (327,30C) -> T0TK = 2500C.2500C, thời gian thiêu kết 2.5h, thiêu kết môi trường chân không - Lấy mẫu: chày tháo thay cối khác có đường kính lớn hơn, tiếp tục cho máy ép chuyển động đến mẫu Mẫu sau ép có kích thước: d=1,5 x h=1,75 cm - Gia cơng hồn thiện: sau thiêu kết gia cơng mài bavia (nếu cần), sử dụng mẫu để nghiên cứu kết nối cáp điện, sử dụng keo epoxy để cách điện bảo vệ mối nối Nhận xét: lực ép cao hơn, sau ép xuất hiện tượng nở mẫu mạnh, ngược theo chiều ép - Mẫu ép xong đưa vào thiêu kết với thông số trình thiêu kết nhiệt độ, thời gian mơi trường thiêu kết trình bày Sau thiêu kết kích thước mẫu khơng thay đổi Tỷ trọng mẫu sau thiêu kết: d = 6,2 g/cm3 4.2.4 Kiểm tra mẫu sau thiêu kết: Mẫu sau thiêu kết kiểm tra cấu trúc đo đạc thơng số điện hóa - Chụp kim tương: + Mẫu mài giấy nhám có mật độ hạt 400, 600, 1000, 2000, sau đánh bóng vải nỉ có tẩm bột ơxít crơm, rửa kỹ lại nước sạch, thấm khơ sau tẩm thực dung dịch cường toan (1HNO3: 3HCl) thời gian 20s Chương Trang 77 Hình 4.4 Ảnh chụp kim tương mẫu M7, độ phóng đại 100 lần Hình 4.5 Ảnh chụp kim tương mẫu M7, độ phóng đại 200 lần Chương Trang 78 Hình 4.6: Ảnh chụp kim tương mẫu M7, độ phóng đại 500 lần Nhận xét: - Hình ảnh chụp kim tương cho thấy mẫu anode có cấu trúc phân bố mật độ tương đối đồng - Có tượng ơxi hóa bề mặt ngồi mẫu, q trình mài tẩm thực -Tại số vị trí có tượng hạt Pb gần liên kết tạo thành hạt có kích thước lớn - Thơng số điện hóa: Mẫu anode kết nối dây diện định vị ống PVC nhựa epoxy Chương Trang 79 Hình 4.7 Mẫu anode Hình 4.8 Đo điện cahode (CT3) Mẫu anode kết nối với nguồn chiều B5-50 (0-299V; 0-299mA), thông số cài đặt Ulim = 12V, I = Iconst= 5mA Dung dịch điện ly NaCl 3,5% Cathode mẫu thép CT3 khơng sơn phủ, có khuấy trộn + Điện thử nghiệm cathode so với điện cực so sánh Ag/AgCl: EcathodeRE = 710mV Đáp ứng tiêu chuẩn bảo vệ cathode Chương Trang 80 + Tốc độ tiêu hao: Bằng phương pháp trọng lượng cho thấy anode không thay đổi khối lượng anode sau thời gian thử nghiệm 5h Hình 4.9 Mơ hình thí nghiệm bảo vệ cathode Chương Trang 81 Bàn luận: - Mẫu anode magnetite thử nghiệm với % khối lượng Pb là: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80%, lại Fe3O4 tương ứng Kết tìm mẫu có hàm lượng Pb: 70%, Fe3O4: 30% đạt yêu cầu làm anode - Kích thước hạt bột hai loại bột thành phần – 325 mesh (≤ 44µm) làm tăng tỷ trọng mẫu lên đáng kể, phải tăng hàm lượng Pb đảm bảo độ kết dính, phương pháp trộn ướt áp dụng mẫu có kích thước nhỏ thích hợp - Hình chụp kim tương cho thấy mẫu tương đối đồng theo mặt cắt ngang, trình ép thủy lực chiều làm cho mẫu không đồng mật độ theo chiều dọc Kết thử nghiệm mơ hình bảo vệ cathode mẫu CT3 cho thấy mẫu anode đáp ứng yêu cầu bảo vệ cathode Chương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alain Galerie, Nguyễn Văn Tư, Ăn mòn bảo vệ vật liệu, Nhà xuất KH&KT, 2002 [2] ASM Handbook, Vol.7, Powder Metal Technologies and Applications, 1998 [3] ASM Handbook , Vol.13, Corrosion, 1987 [4] Cathodic Protection Anode Selection Public Works Technical Bullentin 420-49-37, 15 June, 2001 [5] Donald L basham, P.E at all, Operation and Maitenace Cathodic Protection Systems, UFC 3-570-06-2003 [6] Det Norseke Veritas RP, Cathodic Protection Design, DNV RP B401, 1993 [7] Đặng Vũ Ngoạn & nnk, Vật liệu kỹ thuật, Nhà xuất ĐHQG TP HCM, 2006 [8] Hội thảo "Chống ăn mịn bảo vệ cơng trình bê tông bê tông cốt thép vùng biển Việt Nam", Hà Nội, 5/1999 [9] Liublinsky, Electro-Chemical “Metalurghia” 1987 Corrosion Protection, Moskva, [10] Nghiêm Hùng, Kim loại học nhiệt luyện, Nhà xuất ĐH&THCN, 1979 [11] Nguyễn Hồng Dư, Bảo vệ bê tông cốt thép vùng biển phương pháp điện hóa, Tạp chí thơng tin khoa học qn 12/1999 [12] Nguyễn Hồng Dư, Một số đặc điểm ăn mòn kim loại trường sa, Tuyển tập báo khoa học, TT Nhiệt đới Việt – Nga, Hà Nội 1993 [13] Nguyễn Hồng Dư, Nguyễn Văn Khuê, Kết ứng dụng công nghệ bảo vệ cathode bảo vệ công trình ngầm, Kết KHCN TT Nhiệt đới Việt – Nga 1996 – 2000 [14] Nguyễn Hồng Dư, Trần Xuận Thu, Optimization of Impressed Current Cathodic Protection System, Proceeding of the 11-Asean – Pacific Corrosion Control Conference, Vol.2, HCM City 1999 [15] Phan Lương Cầm, Hồng Thị Bích Thủy, Hội thảo môi rường nhiệt đới Việt Nam với vấn đề ăn mòn bảo vệ kim loại, TP HCM 1997 [16] Roy Johnsen, Cathodic Protection Theory, Institutt for Produktutvikling og Materialer, 2004 [17] Shreir, Lionel, Anode for cathodic protection and other electrolytic processes, Kenton, Harrow, 1980 [18] Trần Trí Luân, Bài giảng công nghệ kim loại bột, K14-Công nghệ vật liệu kim loại – ĐHBK TP HCM, 2004 [19] W.A.Schultze, Phan Lương Cầm, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Trường ĐHBK Hà Nội, Trường ĐHKT Delft Hà Lan, 1985 [20] www.asminternational.org [21] www.blumentals.net/protector/download.php [22] www.freepatentsonline.com/20060231410.html [23] www.scholar.ilib.cn/Abstract [24] www.reade.com/en/Products.html [25] www.titanindia.com/news.htm [26] www.xadovietnam.com/ [27] Zashita Metalicheskich Soorugienii ot Podzemnoij Corrozii, Moskva, 1981 ... VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ANODE MAGNETITE 26 3.1 Các loại anode sử dụng hệ thống bảo vệ cathode dòng điện 26 3.2 Yêu cầu anode trơ hệ thống bảo vệ cathode 30 3.3 Cơ chế hoạt động anode. .. : Công Nghệ Chế Tạo Máy Phái : Nữ Nơi sinh : Tp.HCM MSHV: 00407228 I - TÊN ĐỀ TÀI : CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC ANODE BẰNG MAGNETITE ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATHODE DỊNG ĐIỆN NGỒI CHỐNG ĂN MỊN CÁC... dụng bảo vệ cathode Bảo vệ cathode ứng dụng bảo vệ kết cấu biển, tối thiểu hóa khả phá hủy hải quân, ứng dụng bảo vệ anode nơi mà dòng điện dùng để làm mòn bề mặt kim loại tạo lớp màng bảo vệ bề