Để xác định ảnh h−ởng của các nguyên tố hợp kim đến các thông số điện hóa của protector, tiến hành nấu đúc ra các mác hợp kim kẽm khác nhau. Từ bảng 2.3, bảng phối liệu chế tạo protector, sau khi nấu đúc thành các mẫu protector đem phân tích xác định thành phần hóa học đ−ợc bảng kết quả thành phần t−ơng ứng nh− sau (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Thành phần các nguyên tố hợp kim trong mẫu đúc Mẫu hợp kim Al(%) Cd(%) Cu(%) Zn(%) Tạp chất (%)
M0 0,0000 0,0020 0,0010 99,9920 0,0050 M1 0,1330 0,0198 0,0152 99,8102 0,0218 M2 0,2250 0,0195 0,0150 99,7190 0,0215 M3 0,2248 0,0196 0,0248 99,7150 0,0158 M4 0,2252 0,0115 0,0151 99,7180 0,0302 M5 0,3450 0,0196 0,0152 99,5752 0,0450 M6 0,2251 0,0350 0,0151 99,6928 0,0320
Trên vào Giản đồ phân tích nhiệt vi sai (hình 3.1) khẳng định, tại nhiệt độ nấu luyện ≥ 400oC thì bắt đầu xảy ra hiện t−ợng giảm khối l−ợng đó là do tại nhiệt độ này kẽm bắt đầu nóng chảy. Do đó, trong quá trình nấu luyện đòi hỏi phải tránh giữ nhiệt quá lâu hoặc khuấy nhiều tại các nhiệt độ ≥ 400oC. Từ đó đ−a ra quy trình nấu luyện hợp lý, giảm mức độ cháy hao lớn nhất để thu đ−ợc hiệu quả kinh tế cao.
54
Kết hợp giữa các thông số phối liệu đầu vào (bảng 2.3), khối l−ợng sản phẩm thu đ−ợc sau khi đúc và thành phần các nguyên tố hợp kim thu đ−ợc sau khi đúc (bảng 3.1) thì xác định đ−ợc mức độ cháy hao của từng nguyên tố hợp kim trong quá trình đúc để chế tạo protector nền kẽm (bảng 3.2). Từ đó, điều chỉnh đ−ợc thành phần hợp kim kẽm làm protector theo ý muốn bằng cách điều chỉnh phối liệu hàm l−ợng các nguyên tố đầu vào và điều chỉnh công nghệ nấu luyện hợp lý.
Bảng 3.2. L−ợng cháy hao các nguyên tố hợp kim
Mẫu hợp kim Al(%) Cd(%) Cu(%) Zn(%)
M0 - 9,52 5,00 5,00 M1 9,63 10,85 9,75 5,18 M2 10,80 12,20 10,94 5,26 M3 10,88 11,75 9,38 5,27 M4 10,72 9,71 10,34 5,26 M5 8,80 11,75 9,75 5,40 M6 10,76 10,38 10,34 5,29
Nhìn bảng 3.2, bảng cháy hao các nguyên tố hợp kim cho thấy mức độ cháy hao của Al là khoảng 10%, của Cd là khoảng 10%, của Cu là khoảng 10% và của Zn là khoảng 5%. Mức độ cháy hao của các nguyên tố là khá cao so với lý thuyết, đặc biệt là đồng. Điều này có thể đ−ợc lý giải, do nguyên tố đồng có nhiệt độ nóng chảy
Project : Identity : Date/time : Laboratory : Operator : Sample : 2011 Mau Zn Anot 11/11/2011 2:56:16 PM PTN BKH Mau Zn Anot, 104.888 mg Material : Correction file : Temp.Cal./Sens. Files : Range : Sample car./TC : Mode/type of meas. : Al2O3 Coc DTA1200C.bsv Tcalzero.tcx / Senszero.exx 30/20.0(K/min)/1200 other DTA(/TG) / S DTA-TG / Sample + Correction
Segments : Crucible : Atmosphere : TG corr./m. range : DSC corr./m. range : 1/1
DTA/TG crucible Al2O3 khong khi/20 / Nito/--- / 20/--- 820/30000 mg 820/5000 àV
Instrument : NETZSCH STA 409 PC/PG File : D:\Minh Tien\coc khong DTA\Mau Zn Anot.dsv
50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 Temperature /°C -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 DTA /(àV/mg) 98.80 99.00 99.20 99.40 99.60 99.80 100.00 100.20 100.40 100.60 TG /%
Main 2011-11-11 15:29 User: user
[1] Mau Zn Anot.dsv TG DTA Mass Change: -0.26 % Mass Change: -0.23 % Peak: 440.8 °C, 0.080009 àV/mg [1] [1] ↓ exo
55
quá cao so với các nguyên tố hợp kim khác, hàm l−ợng đồng phối liệu lại rất nhỏ. Do các thiết bị nấu luyện thô sơ, việc xác định chính xác nhiệt độ nấu luyện là khó khăn nên mức độ cháy hao của các nguyên tố hợp kim cao hơn so với lý thuyết cháy hao trong quá trình đúc. Sự thay đổi về mức độ cháy hao giữa những lần nấu luyện của từng nguyên tố là nhỏ, điều này cho thấy quá trình đúc là ổn định.
Nh− vậy, có thể chế tạo đ−ợc các mác hợp kim kẽm khác nhau theo ý muốn bằng cách thay đổi phối liệu hàm l−ợng các nguyên tố hợp kim đầu vào.
Hình 3.2. ảnh tổ chức tế vi của mẫu M0
ảnh tổ chức tế vi của các mẫu kẽm M0 - mẫu kẽm sạch 99,995% đem đi nấu luyện có hạt tinh thể rất to, tổ chức một pha, không có nhánh cây.
56
Trên biểu đồ E-t (hình 3.3) cho thấy, điện thế làm việc của mẫu M0 (kẽm nguyên chất) là -908mV so với điện thế điện cực chuẩn Ag/AgCl. Theo sơ đồ hình 2.8 và công thức (2.1), xác định dung l−ợng điện hóa bằng ph−ơng pháp tổn hao khối l−ợng, tính đ−ợc dung l−ợng điện hóa của mẫu M0 là Q(M0) = 740 A.h/kg, hiệu suất làm việc η(M0) = 90%.
Nh− vậy, mẫu thí nghiệm M0 có điện thế và dung l−ợng điện hóa thấp hơn so với tiêu chuẩn để làm protector (theo TCVN 6024-1995: Điện thế làm việc phải âm hơn -950 mV so với điện cực chuẩn Ag/AgCl trong n−ớc biển; Dung l−ợng thực tế làm việc không nhỏ hơn 750 A.h/kg) [15]. Điều này nói lên rằng, theo TCVN 6024- 1995 thì mẫu M0 không đủ tiêu chuẩn để làm protector. Nh−ng theo chỉ tiêu đánh giá khả năng bảo vệ của protector thì mẫu M0 vẫn có thể bảo vệ đ−ợc các công trình làm bằng thép cácbon trong môi tr−ờng n−ớc biển, tuy nhiên chỉ có thời gian bảo vệ ngắn, hệ số an toàn của các công trình không cao, dễ bị thụ động khi làm việc.
Để chế tạo protector trên cơ sở nền kẽm làm anốt hy sinh bảo vệ các công trình kết cấu thép làm việc trong môi tr−ờng biển, cần tiến hành hợp kim hóa bởi các nguyên tố hợp kim nh−: Al, Cd, Cu với thành phần hợp lý để tạo ra tổ chức tế vi một pha, nhỏ mịn, đồng đều thành phần và các thông số điện hóa thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật TCVN 6024-1995 để làm protector dùng trong môi tr−ờng n−ớc biển. Nguyên nhân các nguyên tố hợp kim hóa Al (To
nc = 660oC), Cu (To
nc = 1084oC) có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với Zn nên các nguyên tố hợp kim hóa đó đóng vai trò làm tâm mầm kết tinh khi đúc giúp cho các mẫu đúc khi đ−ợc hợp kim hóa sẽ có hạt tinh thể nhỏ mịn hơn. Do vậy, sử dụng các nguyên tố hợp kim Al, Cd, Cu với hàm l−ợng hợp lý để làm protector trên cơ sở nền kẽm là −u việt hơn so với chỉ đơn thuần sử dụng kẽm sạch làm protector.
Bên cạnh đó, hàm l−ợng các nguyên tố hợp kim hóa cũng ảnh h−ởng đến tổ chức tế vi của các mẫu đúc. Các mẫu đúc có hàm l−ợng nguyên tố hợp kim khác nhau, tổ chức tế vi thu đ−ợc cũng có sự khác nhau. Hiệu quả hợp kim hóa của các nguyên tố khác nhau là khác nhau [6, 10, 16]. Vì vậy, lựa chọn các nguyên tố hợp kim hóa Al, Cd, Cu với hàm l−ợng phù hợp sẽ thu đ−ợc tổ chức một pha, hạt tinh thể nhỏ mịn, thành phần phân bố đồng đều, chất l−ợng của mẫu đúc sẽ cao.
57