2.3.1 Khái niệm chung về bảo vệ chống gỉ
Sự cần thiết của việc bảo vệ chống gỉ, tính kinh tế, các yêu cầu kỹ thuật khác của kết cấu, chi tiết kim loại dẫn đến việc cần thiết phải chú ý ngay từ đầu đến công tác thiết kế cấu trúc gắn liền với nhiệm vụ bảo vệ chống gỉ cho chúng.Giả định rằng: một kết cấu thép làm việc trong vùng khí quyển bao quanh, nếu không có xử lý bề mặt (bảo vệ chống gỉ) thì chỉ sử dụng được 35 năm. Sau thời giannày do tác hại của gỉ ,kết cấu không thể tiếp tục được nhiệm vụ của nó nữa. Nếu kết cấu đỡ được thay bằng kết cấu mới với lớp sơn (hoặc đem phục hồi với lớp sơn) thì tuổi thọ của kết cấu sẽ cho thêm 35 năm nữa với phí tổn bằng 30% giá trị chi tiết mới.Như vậy sự gỉ của chi tiết bị giảm đi và tuổi thọ của nó đã kéo dài gấp 2 lần. Nghĩa là tăng thêm 35 năm. Bằng cách xử lí bề mặt ngay từ đầu, vậy sau 35 năm đầu chỉ mất có 35% phí tổn, nhưng đã bảo vệ được 50% giá trị kết cấu mới. Bởi vậy đã tiết kiệm được 20% trong 35 năm đầu. Tiếp theo tiết kiệm được thêm 20% trong 35 nămtiếp theo. Điều này có ý nghĩa kinh tế rất lớn của xử ký bề mặt đối với những kết cấu thép như cầu, thiết bị,đường dẫn điện…..
Bảo vệ lâu dài là bảovệ theothời gian tuổi thọ của chi tiết, nghĩa là trong thời gian đó người ta vẫnsửdụng sản phẩm.
Bảo vệ trước mắt (tức thời) tức là bảo vệ trong một thời gian nhất định trước lúc sử dụng.
Có thể chia bảo vệ chốnggỉ thành các nhóm sau: Chọn vật liệu và các phương pháp chế biến nó. Xử lý môi trường gỉ.
Bảo vệ gỉ điện hóa. Bảo vệ bằng lớp phủ.
Bảo vệ chống gỉ trong vùng nhiệu đới. Bảo vệ trước mắt (tức thời).
2.3.1.1 Chọn vật liệu và gia công
Để tổng quát chúng tao có thể nói rằng :kim loại và hợp kim nếu cang ít tạp chất bẩn, ứng suất dư ít (đã quaủ),bề mặt càng nhẵn thì khả năng chóng gỉ càng tốt.
Hợp kim có cấu tạo là một pha, theoquan điểm về khả năng chống gỉ, tốt hơn hợp kim nhiều pha, vì các pha khac nhau sẽ có điện thế khác nhau do đó sẽ tạo ra các vi pin gỉ. Trừ trường hợp là gang và hợp kim Al-Si thì tính chất này không thíchứng, mặt khác một số trường hợp cần phải chú ý đến ý nghĩa thực tế của tính thụ động của kim loại (như Al). Vì vậy ,về nguyên tắc nên tránh các liên kết của các kim loại có các điện thế chuẩn quá khác nhau. Nếu như trong thiết kế các liên kết này thật cần thiết thì phải chú ý đến sự xuật h iện nguy hiểm của các vi pin gỉ. Ví dụ, trong kỹ thuật điện thường xảy ra vấn đề khi nối dây nhôm và dây đồng.
Trong công việc chọn kim loại, kết cấu của vật liệu cũng như khi chọn cách bảo vệ bề mặt của chúng cho các môi trường xâm thực khác nhau,người thiết kế cũng như người thi công kết cấu phải chú ý trước tiên đến các tính chất sau:
a) Các chi tiết phải được bảo vệ theo yêu cầu làm việc của chi tiết, nghĩa là phải được bảo vệ trạng thái kim loại theo thời gian(tuổi thọ) lâu dài của chi tiết, không cho phép xuất hiện các sản phẩm gỉ nhìn thấy được.
b) Các chi tiếtmáy phải bỏa vệ được tính chất, cấu trúc cơ sở của mình (ví dụ, sức bền). Trong đó không có sự xuất hiện các sản phẩm gỉ ở bề mặt làm việc cũng như bên ngoài.Sau đó quyết định tốc độ gỉ của kim loại và sự bảo vệ các chi tiết. Sự bảo vệ này được xác định trên các tình chất,kết cấu theo thời gian tuổi thọ.
Ví dụ, đối với các chi tiết nhỏ (như lò xo , vít,vv…) thường chọn vật liệu chống gỉ hoặc vật liệu quý (đồng thau,đồng thanh,…) thì không cần xử lý bề mặt.
Ở những dụng cụ điện có sự tiếp xúc của các kim loại khác nhau bằng mối hàn vảy, cho phép hàn bằng chất trợ dung không gây gỉ như nhựa thông. Lớp hàn vảy sau đó phải được phủ bằng lớp sơn cách điện và chống ẩm tốt.
Trường hợp lớp hàn vảy với điện thế không giống kim loại hàn sẽ gây ra gỉ, cho nên không cho phép dùng chất trợ dung bao gồm các clorid của kẽm(ZnCl) và các chất xâm thực khác vì chúng sẽ làm c ho tốc độ gỉ tăng nhanh.
2.3.1.2 Xử lý kết cấu
Ở những kết cấu làm việc có ảnh hưởng của khí quyển yêu cầu về kết cấu phải đơn giản; bề mặt nhẵn, phẳng; tránh các chuyển tiếp nhọn;các bề mặt phải dễ dàng cho công việc xử lý bề mặt khi cần thiết.
Nơi chuyển tiếp của các mặt phẳng phải có góc lượn để tạo lớp bảo vệ có chiều dày đồng đều.
Không cho phép những vị trí tạo điều kiện tập trung ngưng tụ nước. Các mối lắp ghép thích hợpnhất là các lắp ghép mặt.
2.3.1.3 Xử lý môi trường gỉ
Việc bảo vệ chống gỉ phụ thuộc vào sự thay đổi môi trường gỉ, sự thay đổi khả năng xâm thực của chúng.
Trong thực tế có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Ví dụ, bằng cách khử thành phần xâm thựcnhất định của môi trường (các yếu tố kich thích của sự gỉ), hoặc khử các sản phẩm gỉ, khử nước trong các nồi hơi (tức là khử ôxy hòa tan vì các ôxy này kích thích sự gỉ của sắt).
Giảm sự gỉ trong khí quyển bằng cách giảm độ ẩm tương đối của khí quyển đến giá trị thấp hơn so với độ ẩm tương đối của sự gỉ xảy ra.
Đó là những cơ sở của phương pháp xử lý để bảo vệ, mặt khác một trong các phương pháp thông dụng là tạo ra khoảng không gian khép kín (như bao gói, dùng tủ đựng…) để bảo vệc chống gỉ.
2.3.1.4 Bảo vệ điện hóa
Có hai khả năng chống gỉ:bảo vệ catot và chống gỉbằng thiết bị bảo vệ. a. Bảo vệ catôt
Đứng về nguyên tắc, muốn thực hiện bảo vệ catôt chỉ cần nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn điện một chiều còn cực dương nối với anôt phụ. Vấn đề ở đây là anốt vào vị trí nào để bảo vệ được tốt nhất. Điều đó cần phải phân tích, tính toán.
Mật độ dòngđiện catot phụ thường vào điều kiện môi trường (dưới đất ,nước biển, dung dịch muối….).
Còn các anôt phụ thường bằng các graphit, hợp kim silic, hợp kim chì với 1-2% bạc….Anôt graphit ít dùng, vì cồng kềnh và độ bền cơ học kém. Thường dùng nhiều và kinh tế nhất là bọc ở dạng sơn.
b. Chống gỉ bằng thiết bị bảo vệ
Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế âm hơn thiết bị bảo vệ (nó thường làm bằng kẽm nguyên chất 99,99% hoặc hợp kim magie với 6% Al, 3% Zn). Sơ đồ thiết bị bảo vệ cho trên hình 2.10.
Hình 2.10. Chống gỉ ống dẫn bằng thiết bị bảo vệ.
1-ống dẫn; 2- mối hàn; 3 - dây dẫn bằng đồng; 4- magiê.
Với phương pháp bảo vệ này sẽ làm g iảm lượng gỉ của kim loại cần bảo vệ, thông thường lượng tiêu hao của thiết bị bảo vệ cho một ampe trong một năm là 5,9kg Al; 6,7kg Mg; 1,9kg Zn.
2.3.1.5 Bảo vệ bằng lớp phủ bảo vệ
Phương pháp bảo vệ thép cacbon và các kim loại mầu khỏi bỉ thường áp dụng là lớp phủ kim loại hoặc phi kim.
Tác dụng bảo vệ của lớp phủ này được tạo nên dựa trên các nguyên tắc sau:
+ Lớp phủ cách ly hoàn toàn vật liệu nền khỏi môi trường gỉ, lớp này hoàn toàn không có bọt khí và các khuyết tật khác làm giảm khả năng bảo vệ. L ớp bảo vệ tốt như lớp men thạch anh hoặc lớp mạ crom trên thép.
+ Lớp phủ có thể không nhất thiết phải tách kim loại nền khỏi môi trường gỉ, nhưng lại có tính chất bảo vệ được mặc dù có những lỗ rỗ, lỗ khí trong lớp phủ nhưng tính chất bảo vệ cần bảo đảm.Ví dụ, lớp phủ kẽm nhôm trên thép.
+ Những lớp phủ không hoàn toàn ngăn cản môi trường gỉ thấm qua (như sơn) nhưng có khả năng giữ lại các yếu tố của môi trường gỉ mà các yếu tố này rất nhanh chóng gây ra gỉ.
Các lớp bảo vệ phi kim loại được tạo thành bằng sự tác dụng của các nhân tố hóa học nhất định (như lớp men thạch anh) và bằng các phương pháp như ngâm, quét các dung dịch sơn…
2.3.1.6 Bảo vệ chống gỉ trong môi trường nhiệt đới
Những nhân tố gây gỉ ở vùng nhiệt đới nhất thiết phải được biết đến, trên cơ sở đó chọn loại vật liệu kim loại thích hợp và phương pháp xử lý bảo vệ bề mặt.
Sự tác dụng của các nhân tố gỉ (độ ẩm, nhiệt độ, sự có mặt của các chất bẩn trong khí quyển, v.v…) ở vùng nhiệt đới cũng tương tự như ở vùng hàn đới.
Xử lý bề mặt có tác dụng tốt ở các điều kiện ẩm cũng thích hợp cho điều kiện nhiệt đới. Ví dụ, đối với thép nếu ở vùng nhiệt đới thì mạ niken rất thích hợp khi dùng lớp mạ này dầy từ 30 ÷45micromet cho mọi môi trường khí quyển xâm thực. Đặc biệt đối với lớp mạ crom thì lại càng tốt và thích hợp hơn. Những lớp phủ là kẽm hoặc kadimi trên thépở môi trường nhiệt đới không có khả năng bảo vệ.
Lớp bảo vệ bằng sơn ở vùng nhiệt đới có thể có giá trị kém hơn, vì những nhân tố ảnh hưởng khác của khí quyển nhiệt đới. Ví dụ như vấn đề mốc thường xảy ra ở thời kỳ ấm nóng vàở những nơi tối ẩm. Mặt khác ở những nơi nhiệt độ cao hơn (1400C) và có nhiều tia sáng hoặc điều kiện khô, nóng lại có thể dẫn đến làm giảm tuổi thọ của lớp mạ cho nên phải dùng lớp sơn thích ứng.
Với các ảnh hưởng trên đối với vùng nhiệt đới thường dùng loại sơn tổng hợp (sơn tổng hợp là loại sơn có gốc chủ yếu của nó là các loại nhựa mang tính kiềm).
2.3.1.7 Bảo vệ tạm thời.
Bảo vệ chống gỉ tạm thời là một biện pháp tổng hợp. Biện pháp này kéo dài suốt quá trình sảnxuất, trong kho và cả trong quá trình vận chuyển. Bảo vệ tạm thời gỉ bảo đảm các sản phẩm khi đến tay người tiêu dùng còn trong trạng thái hoàn chỉnh và có hình dáng hoàn toàn mới. Nhiệm vụ bảo vệ gồm có: làm sạch bề mặt, tạo ra lớp thụ động, bôi dầu mỡ, bao gói sản phẩm.
Sự bảo vệ giữa các nguyên công là một loại bảo vệ tạm thời chống gỉ thường thấy trong sản xuất ở các phân xưởng, sản phẩm khi đặt giữa các kho, khi lắp ráp hoặc kiểm tra, v.v… Vì các bề mặt thép hoặc kim loại sau khi gia công hoặc phun bixong nếu chưa được bảo vệ tạm thời thì chỉ cần sau hai –ba giờ sẽ bắt đầu bị gỉ ngay.
Trong thời tiết lạnh khi vận chuyển các chi tiết trong nhà máy với không gian được đốt nóng, các bề mặt của chi tiết kim loại nếu không được bảo vệ tạm thời dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ bị gỉ vì hơi ẩm và sự gỉ xảy ra rất sớm và phát triển nhanh.
Phương pháp sử dụng cho bảo vệ chống gỉ giữa các nguyên công gồm có: đóng hộp, dùng biện pháp thụ động, bôi dầu mỡ.
Bảo vệ chống gỉ tạm thời trong quá trình vận chuyển cũng rất quan trọng . Gỉ nguy hiểm nhất và lớn nhất là khi di chuyển trên đường biển, sự chuyển kho giữa các cảng, v.v… Nghĩa là, sản phẩm bị giữ ở trong môi trường biển, trong trường hợp này người ta thường tạo ra sự bảo vệ tạm thời cho các sản phẩm. Thường dùn g các vỏ bọc bằng các hộp hoặc gỗ
có dán thêm giấy chống thấm nước. Những vật không để trong thùng thì bản thân nó cũng được bảo vệ bằng các lớp bọc, như các loại giấy dầu hoặc giấy có lớp parafin chống thấm nước.