ĐẾN ĐỀ TÀI
1.3.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Lớp phủ giàu kẽm đã đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu trong nhiều thập niên trƣớc đây. Đối với lớp phủ giàu kẽm sử dụng chất tạo màng epoxy, Feng Yang và cộng sự [19] sử dụng thêm sợi sulfonated polyaniline (SPAni) để điều chế lớp phủ trên nền thép. Kết quả xác định bằng điện thế mạch hở và tổng trở điện hóa cho thấy với lớp phủ có thêm 1,0% sulfonated polyaniline theo khối lƣợng trong thành phần làm tăng thời gian bảo vệ catot và hiệu ứng màng chắn. Thử nghiệm phun mù muối trong 300 giờ mới thấy xuất hiện rỉ đỏ ở mẫu có 1,0% (SPAni) so với 72 giờ của mẫu epoxy giàu kẽm không chứa SPAni. Kết quả đã xác định khả năng nâng cao độ bền ăn mòn của lớp phủ khi đƣợc phối trộn thêm phụ gia hữu cơ.
Tatsuya Kano [20] sử dụng phụ gia EDTA nhƣ là một tác nhân chelate phối hợp với ion kẽm để tạo thành một hợp chất chelate có tính ổn định. Kết quả thử nghiệm phun mù muối cho thấy khi tăng hàm lƣợng EDTA từ 0% lên 0,7% thì thời gian xuất hiện rỉ đỏ trên bề mặt lớp phủ tăng từ 24 giờ lên 648 giờ tƣơng ứng.
Năm 2009, Faegheh Hoshyargar và cộng sự [21] nghiên cứu sự hình thành liên kết màng của lớp phủ vô cơ giàu kẽm sử dụng chất tạo màng etyl silicat. Sau khi tiến hành thủy phân etyl silicat trong môi trƣờng acid, kết quả thử nghiệm phun mù muối cho thấy sau 2060 giờ trên bề mặt mẫu mới thấy xuất hiện rỉ đỏ. Tuy nhiên trong nghiên cứu này trong thành phần lớp phủ lại sử dụng dung môi isopropyl alcohol 44,2% khá đắt đỏ và ảnh hƣởng tới môi trƣờng.
Trong một nghiên cứu khảo sát về ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano SiO2 trong chất tạo màng silicat, với tỉ lệ mol của SiO2/K2O lần lƣợt là 3,5; 4,0;4,5;
5,0; 5,5; Ahmad Ilkhani và cộng sự [22] đã báo cáo rằng với tổng phần trăm khối lƣợng các pigment không đổi, khi tăng hàm lƣợng SiO2 trong chất kết dính dẫn đến sự gia tăng mật độ của bong bóng nƣớc và từ đó gia tăng sự ăn mòn. Những biểu hiện này có thể là do sự hiện diện của kẽm tự do trong mạng silicat. Với việc tỷ lệ bổ sung cao (K2O đến SiO2), chiều dài của chuỗi polyme đã đƣợc tăng lên, do đó kẽm tự do làm tăng khả năng phản ứng với môi trƣờng ăn mòn và hình thành các sản phẩm ăn mòn. Khối lƣợng lớn các sản phẩm ăn mòn này dẫn đến phồng rộp và nứt lớp phủ.
Cũng khảo sát về tỉ lệ mol giữa SiO2 và K2O trong lớp phủ vô cơ giàu kẽm dựa trên chất tạo màng silicat đến độ bền ăn mòn của lớp phủ, Iman Mirzaie Goodarzi và cộng sự [23] cũng khảo sát thêm ảnh hƣởng khi bổ sung 5, 10 và 20% theo khối lƣợng dung môi hữu cơ acrylic và acrylic/styren. Các kết quả nghiên cứu điện hóa cho thấy việc tăng tỷ lệ mol SiO2/K2O dẫn đến khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hình thành lớp giao diện rất nhỏ gọn, tăng hiệu quả che chắn chống lại sự xâm nhập của chất ăn mòn và bảo vệ catốt tốt hơn. Sự hiện diện của dung môi dẫn xuất acrylic gốc nƣớc 5 và 10% trong lớp phủ giàu kẽm kali silicat dẫn đến sự cải thiện độ bám dính của lớp phủ với chất nền và làm giảm các vết nứt và lỗ trên lớp phủ. Ngoài ra, với tỉ lệ mol SiO2 so với K2O lần lƣợt là 3,13 (theo tỉ lệ phối trộn sẵn của K2SiO3 trên thị trƣờng), 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 và 5,5 bằng cách bổ sung thêm Silica sol có kích thƣớc hạt 10 – 20 nm. Sau khi khảo sát tổng trở điện hóa của các mẫu lớp phủ giàu kẽm sử dụng chất tạo màng có tỉ lệ SiO2/ K2O nhƣ đã nêu ở trên, kết quả cho thấy rằng ở tỉ lệ SiO2/K2O=5/1 (mẫu A5) tạo lớp phủ có khả năng chống ăn mòn tốt, ngay cả khi mẫu đƣợc ngâm trong môi trƣờng có tính ăn mòn cao nhƣ dung dịch NaCl 3,5 %. Với các tỉ lệ mol SiO2/K2O thấp hơn hoặc cao hơn 5/1, các mẫu lớp phủ đều có tổng trở điện hóa thấp hơn và giảm nhanh chóng khi ngâm trong môi trƣờng nƣớc muối 3,5 %. Kết quả đo tổng trở điện hóa của các mẫu lớp phủ với tỉ lệ mol SiO2/K2O khác nhau sau khi ngâm 120 ngày trong dung dịch nƣớc muối 3,5 % đƣợc thể hiện trong giản đồ Nyquist ở hình 1.8.
Hình 1.8. Giản đồ Nyquist của các mẫu với tỉ lệ mol SiO2/K2O khác nhau sau 120 ngày ngâm trong dung dịch nước muối 3,5 %. [23]
Hình 1.9. Ảnh SEM của các mẫu lớp phủ được biến tính bằng các hàm lượng nhựa
Ảnh hƣởng của ZnO với hàm lƣợng 15% theo khối lƣợng trong lớp phủ giàu kẽm đƣợc R.N. Jagtap và cộng sự [24] nghiên cứu, sau 65 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3,5% điện thế ăn mòn Ecorr ít hơn -0,85V, tức là thời gian bảo vệ catốt dài hơn, kết quả phun mù muối cho thấy sau 3000 giờ phun, bề mặt lớp phủ có chứa 15% ZnO cho lớp phủ có độ bền mòn tốt hơn so với lớp phủ đối chứng không có ZnO.
Theo Kalendova và cộng sự [25] tính bảo vệ ăn mòn của lớp phủ hữu cơ giàu kẽm đƣợc cải thiện khi sử dụng các pigment Zn dạng vảy thay vì dạng cầu với hàm lƣợng bột kẽm chỉ cần 20%. So sánh với Zn dạng cầu, sử dụng pigment Zn dạng vảy tạo ra lớp màng thể hiện một số đặc tính ƣu việt hơn [24] nhƣ màng có độ bám dính tốt hơn, độ xốp thấp hơn làm cản trở sự thâm nhập của tác nhân ăn mòn đến kim loại nền và độ phẳng cao hơn. Một ƣu điểm quan trọng là Zn dạng vảy có tỉ lệ diện tích bề mặt/trọng lƣợng cao hơn, điều này dẫn đến tiếp xúc điện giữa các hạt Zn và giữa hạt kẽm với kim loại nền theo kiểu mặt với mặt (face to face), khác với kẽm cầu tiếp xúc điểm với điểm (point to point) do vậy độ dẫn điện tốt hơn sẽ tạo ra dòng điện bảo vệ catốt ổn định hơn trong quá trình bảo vệ của lớp phủ giàu Zn [26, 27]. Ngoài ra các pigment Zn dạng vảy thể hiện đặc tính huyền phù khá tốt trong dung dịch sơn nên khó lắng xuống. Hơn thế nữa, một lợi ích mang tính hiệu quả về kinh tế là hàm lƣợng các pigment trong lớp sơn giàu Zn dạng vảy có thể giảm một cách đáng kể tùy thuộc vào kích thƣớc hạt, thông thƣờng chỉ cần đến khoảng 1/3 khối lƣợng so với sử dụng kẽm cầu.
Mặc dù lớp sơn giàu kẽm có tính bảo vệ điện hóa kim loại nền hiệu quả nhƣng do kẽm là kim loại hoạt động hóa học mạnh nên độ bền trong môi trƣờng xâm thực mạnh không cao. Để cải thiện độ bền ăn mòn của lớp phủ giàu Zn, nhiều nghiên cứu sử dụng các phụ gia cải biến hệ chất tạo màng hoặc hệ pigment. Kết quả công bố cho thấy tốc độ ăn mòn của lớp phủ giảm khi sử dụng kết hợp pigment Al dạng vảy trong lớp phủ Zn dạng vảy, thí dụ trong lớp phủ Dacromet cho màu sắc sáng hơn và độ bền ăn mòn cao hơn [28, 29]. Công bố của Panossian và cộng sự [30] cũng cho thấy lớp phủ giàu Zn với một hàm lƣợng Al nhất định thể hiện khả năng bảo vệ catot tốt hơn trên nền
thép. Ngoài ra các báo cáo của Feliu cho thấy các hạt Al có vai trò cản trở quá trình oxy hóa kẽm trong lớp phủ giàu Zn [31, 32].
Như vậy có thể nhận thấy, các kết quả nghiên cứu của các tác giả đều tập trung khảo sát ảnh hưởng của lớp phủ vô cơ giàu kẽm sử dụng thêm các chất phụ gia khác nhau. Mỗi chất phụ gia đều có những tính chất đặc trưng riêng biệt, làm tăng khả năng bảo vệ ăn mòn và giảm khả năng bong tróc cũng như xuất hiện các vết nứt trên bề mặt.