2.1.4.1 Mục đích của xử lý bề mặt kim loại
Hiện nay xử lý bề mặt được sử dụng rộng rãi, trên nhiều lĩnh vực,nhưng có thể phân loại xử lý bề mặt theo mục đích xử lý của nó như sau:
+ Xử lý bề mặt với mục đích đạt được về thẩm mỹ tức là vẻ đẹp của chi tiết. Xử lý này chủ yếu dùng trang trí cho các dụng cụ tiêu dùng, trang sức.vv..
+ Xử lý bề mặt với mục đích nâng cao khả năng chống mòn tức là với mục đích nâng cao tuổithọ của chi tiết hoặc kéo dài tuổi thọ của chi tiết có nghĩa là:
- Nâng cao khả năng chống mòn do cơ học.
- Nâng cao khả năng chống gỉ trong môi trường khác nhau như hóa học, axit, trong điều kiện nhiệt độ khác nhauvv....
+ Xử lý bề mặt với mục đích thay thế kim loại mầu, hợp kim và các vật liệu hiếm khác.Ở đây vật liệu nền của chi tiết được chọn từ các loại thép chất lượng thường, nên chỉ cần phủ bề mặt một lớp kim loại quý.
+ Xử lý bề mặt với mục đích thu được một số tính chất vật lý, ví dụ như tính chất dẫn điện, cách điệnvv....
2.1.4.2Các phương pháp xử lý bề mặt kim loại
Xử lý bề mặt là một phương pháp công nghệ để thu được những tính chất, yêu cầu nhất định hoặc tạo ra các trạng thái bề mặt nhất định.
Chọn phương pháp xử lý bề mặt được xuất phát từ các yêu cầu làm việc của chi tiết hoặc sản phẩm.
Cụ thể là các yêu cầu sau
a, Yêu cầu về hình dáng tế vị của bề mặt (theo phương pháp gia công như mài, đánh bóng ....)
c, Yêu cầu về thành phần hoá học, cấu trúc lớp bề mặt (xementit hoá, nitơ hoá, khếch tán crôm, nhôm,vv....)
d, Yêu cầu lớp phủ bề mặt có các tính chất vật lý khác mà thành phần hoá học giống hoặc khác với vật liệu nền(mạ,phun kim loại,vv..).
Xử lý bề mặt kimloại có thể giải quyết được nhiều mục đích. Tuy nhiên mục đích thông thường của nó là để bảo vệ chống gỉ, cho nên việc chọn và sử dụng lớp phủ thế nào cho tốt nhất để bảo vệ chống gỉ là một việc quan trọng.
2.1.4.3 Sự gỉ của kim loại
1. Khái niệm
Gỉ là hiện tượng phá huỷ có hại đối với các vật rắn (kimloại) bằng tác dụng của hoá học, của điện hoá, của môi trường xung quanh làm xuất hiện gỉ từ trên bề mặt kim loại rồi đi vào phía trong của vật thể.
Ví dụ: đối với kim loại, gỉ thường thấy ở kim loại có chứa sắtlà rõ nhất. Ảnh hưởng của gỉ đến nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Sự hao phí này được xác định bằng lượng kim loại mất ở dưới dạng các hợp chất không cần thiết,thường các hợp chất này làm giảm sức bền của các kết cấu, chi tiết, mặt khác làm giảm tính chất công tác tiếp tục của chi tiết vì các sản phẩm.
Khả năng chống gỉ của kim loại không chỉ phụ thuộc vào loại kim loại mà yếu tố quan trọng hơn là môi trường gây gỉ (gọi là môi trường gỉ). Ví dụ: nhôm có khả năngchống gỉ ở môi trường không khí, nhưng bị phá huỷ trong môi trường dung dịch có các hiđroxit kiềm,hoặc thép crôm có tính chống gỉ biểu hiện ở khả năng chịu tác dụng của axít hữu cơ, nhưng lại bị gỉ trong các axit chua (như axit axêtic, các axit lưu huỳnh). Đối với các dung dịch này thì thép chống gỉ crôm-neken lại có khả năng chống gỉ tốt hơn.
Điều quan trọng khác của quá trình xảy ra gỉ là nồng độ của môi trường gỉ, nhiệt độ và áp lực môi trường. Ví dụ: ở môi trường nước lạnh kẽm có kh ả năng chống gỉ rất tốt, nhưng khi nhiệt độ nước cao h ơn 600C thì kẽm lại bị gỉ rất nhanh, bởi vậy lớp phủ bảo vệ bằng kẽm không thích hợp cho các hệ thống nhiệt.
Gỉ của kim loại có nhiều dạng khác nhau,vì vậy có nhiều cách phân loại: -Theo cơ cấu bên trong của gỉ: gỉ hoá học, gỉ điện hoá.
- Theo dạng bên ngoài: gỉ hoàn toàn bề mặt và gỉ bộ phận, gỉ từng chổ. - Theo các nhân tố gây gỉ: gỉ do tải trọng cơ học ,gỉ do dòngđiện lạc,vv..
- Theo môi trường gây gỉ: gỉ trong môi trường khí quyển, gỉ trong dung dịch, gỉ trong khí, gỉ bằng tác dụng của các chất hoá học khác nhau,gỉ trong đất,vv..
2. Gỉ hoá học
Gỉ hoá học là một dạng gỉ mà quá trình gỉ xảy ra trong môi trường gỉ không dẫn điện .Ví dụ như ô xít hoá sắt thép bằng ôxy của không khí ở nhiệt độ cao,quá trình xảy ra sẽ suất hiện cácô xít - gọi là vảy kim loại.
3. Gỉ điện hoá
Đây là quá trình gỉ xảy ra trong môi trường điện, nghĩa làở trong môi trường điện phân.
4. Gỉ toàn bộ
Đây là loại gỉ xảy ra trên toàn bộ bề mặt (hình 2.2a). Ta thấy ởmọi vị trí của bề mặt kim loại đều bị gỉ như nhau, cường độ (mức độ)gỉ của chúng cũng tương tự nhau. Chiều dày của kim loại sẽ giảm dần và như vậy sứcbền của chi tiết cũng giảm dần. Đối với loại gỉ này phạm vi gỉ được đánh giá bằng lượng kim loại mất đi do tác dụng của gỉ toàn bộ gây ra, được biểu thị bằng khối lượng trên một đơn vị kích thước (mm; µm) hoặc bằng khối lượng trên một đơn vị diện tích (g/cm2, mg/dm2)
Hình 2.2. Các dạng gỉ bề mặt
Tốc độ gỉ là khối lượng kim loại gỉ sau một đơn vị thời gian, tức là tỷ số phạm vi gỉ trên thời gian (kg/năm).Loại gỉ toàn bộrất dể quan sát và phát hiện, cho nên loại này không nguy hiểm lắm.
5. Gỉ bộ phận(gỉ không đồng đều)
Loại gỉ xảy ra chỉ ở một diện tích nhất định của bề mặt với chiều rộng, chiều sâu khác nhau, vì vậy nó nguy hiểm hơn gỉ toàn phần. Gỉ bộ phận có thể chia thành gỉ dạng tấm (hình 2.2b), gỉ hình (hình 2.2c) và gỉ điểm (hình 2.2 a). Gỉ điểm tạo thành những lõm sâu cóđường kính nhỏ 1mm.
6. Gỉ cấu trúc.
Đây là loại gỉ xảyraở phần cấu trúc cố định của hợp kim loại, trong đó phải kể đến loại gỉ giữa các tinh thể(hình 2.2e). Trường hợp này sẽ phá huỷ các tính giới các hạt, do vậy hợp kim rất dể bị bở ra.
7 Gỉ do ứng suất cơ học
Loại gỉ này chủ yếu phát sinh do chịu tải trọng kéo, làm giảm khả năng làm việc của kim loại. Quá trình gỉ xảy ra bắt đầu từ một phần nhỏ trên bề mặt, sau đó phát triển theo chiều sâu. Dưới đây chúng ta sẽ đi vào cụ thể một số kim loại gỉ.