- C¾t thÐp tÊm và thép cuộn theo kích th-c cỏc mu l 55 cm và 1510 cm (hình 2.1), bằng máy cắt dập (hình 2.2).
Hình 2.1: Các mẫu thép đ-ợc cắt theo kích th-ớc 5×5 cm
Hình 2.2: Máy cắt dập thép
- Các mẫu thép sau đó đ-ợc khoan hai lỗ để treo trên giá sau khi sơn phđ. - Chn bÞ bề mặt mẫu thép: tr-ớc khi sơn phủ, bề mặt thép đ-ợc làm sạch bằng máy đánh gỉ và đánh bóng bằng giấy ráp với các cỡ tăng dÇn tõ #400,
#800 (SiC, Nhật) và #1200 (Struers, Đan mạch), sau đó đ-ợc rửa s¹ch b»ng cån, sÊy khơ và bảo quản trong bình chứa các hạt silica gel.
Hình 2.3: Bảo quản các mẫu thép sau khi đà chuẩn bị bề mặt tr-íc khi s¬n phđ
2.3. CHÕ TạO CáC LớP PHủ Từ NHựA EPOXY X75 2.3.1. Xác định hàm l-ợng khơ cđa nhùa
- C©n mặt kính dùng để phủ nhùa epoxy m gam (trªn 3 lam kính khác nhau) bằng cân phân tÝch Sartorius Model CP225D, với độ chính xác 0.1 mg.
- Cân một l-ợng chÝnh x¸c m1 gam 1 giät nhùa epoxy phđ lªn mỈt kÝnh máng.
- Cho mÉu vµo tđ sÊy 6 giê ë nhiƯt ®é 1300C (nhiệt độ bay hơi cđa dung m«i xilen), lÊy ra để nguội và cân đ-ợc khối l-ợng m2 gam.
- Tính phần trăm theo khèi l-ỵng cđa epoxy trong nhùa: % epoxy (wt.) = 2 1 100 m m m
Kết quả: tỷ lệ đo hàm l-ợng khô của nha trong hỗn hợp epoxy lỏng X75 là 75± 0.5 % wt.
2.3.2. Xác định độ nhớt của dung dịch phđ b»ng phƠu ch¶y 2.3.2.1. Khái niệm chung
Ph-ơng pháp xác định: thời gian chảy nhớt quy -ớc là kho¶ng thêi gian tính bằng giây trơi qua từ thời điểm khi mẫu kiểm tra bắt đầu chảy ra tử lỗ của phễu đà đ-ợc đổ đầy mẫu đến thời điểm khi dòng chảy bị đứt.
Trong luận văn này, độ nhớt đ-ợc xác định bằng phễu BZ4 ở 25 oC, trong đó, thời gian dịng sơn bị đứt kể từ khi chảy qua phễu đ-ợc tính bằng giây.
2.3.2.2. Dng c đo
Phu chảy BZ4 có hình dáng nh- hình 2.4 a. KÝch th-íc cđa ®-êng kÝnh trong của lỗ chảy rất quan trọng vì thời gian chảy tỉ lệ nghịch với bậc bốn cđa kÝch th-íc nµy. PhƠu chảy đ-ợc làm bằng hợp kim đồng.
a) b)
2.3.2.3. Cách tiến hành
Tạo mẫu o nht:
Tiến hành với 2 loại mẫu:
- MÉu 1: tû lƯ nhựa/dung môi = 4/3. Cân 80 gam nhùa epoxy; 8,73 gam chất đóng rắn và 60 gam axeton, sau đó khuấy đều trong khoảng 30 phút rồi tiến hành đo độ nhớt.
- MÉu 2: tû lƯ nhùa/dung m«i = 2/1. C©n 60 gam nhùa epoxy; 6,75 gam chất đóng rắn và 30 gam axeton, sau ú khuy đu trong khoảng 30 phút rồi tin hành đo độ nhớt.
● TiÕn hµnh đo độ nhớt
- Hỗn hợp để thử nghiệm phải tránh đ-ợc sự có mặt của các bọt khơng khí và nhiệt độ mẫu ở nhiệt độ phòng 25oC.
- Chuẩn bị phễu chảy: Đặt phễu lên giá đỡ và sử dụng ống thăng bằng điều chỉnh vít thăng bằng sao cho mép trên phễu nằm ở mặt phẳng ngang.
- Đổ mẫu vào phễu: Bịt lỗ phễu bằng ngón tay, rót từ từ mẫu vào phễu để tránh tạo bọt khí sao cho mẫu chảy tràn qua mép phễu mét Ýt. Dïng mét tÊm kính hay đũa gạt, gạt qua mép phễu sao cho chiỊu cao cđa mÉu b»ng ®Ønh mÐp phÔu.
- Đo thời gian chảy: Đặt mét cèc høng cã thĨ tÝch lín h¬n 100 ml d-íi phƠu. Bu«ng ngón tay khỏi lỗ, đồng thời bắt đầu tính thời gian cho ®Õn khi dịng chảy của mẫu chảy đứt. Ghi lại thời gian chính xác đến 0,5s.
● Kết quả
Mẫu 1: thời gian chảy đứt là 19s. MÉu 2: thời gian chảy đứt là 29s.
Trong các thử nghiệm sau này sẽ lựa chọn các dung dịch phủ có tỉ lệ vỊ khèi l-ỵng cđa nhùa epoxy và dung môi là 4:3 (mẫu loại 1).
2.4. CHế TạO CáC LíP PHđ EPOXY Vµ EPOXY NANOCOMPOZIT TR£N MÉU THÐP
C¸c mẫu epoxy nanocompozit đ-ợc chế tạo với tỷ lệ theo khối l-ợng của các hợp phÇn nh- sau:
Nhùa epoxy : chất đóng rắn : dung mơi : hạt nanơ = 1: 0,15 : 0,75 : 0,01. Đối với từng loại mẫu, các b-ớc chế tạo lớp phủ lên thép đ-ợc tiến hành nh- sau:
- Pha lo·ng phÇn nhùa epoxy X75 víi 2/3 l-ỵng axeton. Khy trong 15 phút (hỗn hỵp A).
- Pha loÃng l-ợng chất đóng rắn với 1/3 axeton còn lại. KhuÊy trong 15 phút (hỗn hợp B).
- Phối trộn các hạt nanô vào hỗn hợp A. Khuấy trong 30 phút (hỗn hợp C). - Trộn hỗn hợp B và C. Khuấy trong 30 phút (hỗn hợp D).
- Nhúng 5 mẫu thép vào hỗn hợp D. Nhúng 2 lần, cách nhau 1h, rồi treo phơi trên giá.
- Các mẫu thép sau khi đ-ợc phủ bởi epoxy và epoxy nanocompozit đ-ợc treo phơi khô tự nhiên 1 tuần để đóng rắn hồn tồn sau đó ®ỉ khu©n b»ng ống nhựa PVC (đ-ờng kính 3 cm) để làm thành hệ điện cực đo điện hố nh- h×nh 2.5.
Hình 2.5: Các mẫu thép đ-ợc phủ bởi các líp epoxy vµ epoxy nanocompozit
2.5. ĐO Độ DàY LớP PHủ 2.5.1. Giới thiệu thiết bị đo [29]
Máy đo Minites 600 (h×nh 2.6) do h·ng ElektroPhysik. Đây là ph-ơng pháp đo độ dày lớp phủ dễ sử dụng, khơng làm phá hủy mẫu đo, nhanh chóng và chính xác. Kết quả đo đ-ợc có độ chính xác 2m.
Hình 2.6: Thiết bị đo độ dày Minites 600
2.5.2. Kết quả đo
Kết quả đo độ dày mẫu đ-ợc trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Kết quả đo độ dày lớp ph epoxy
Mẫu Độ dày đo được (µm) Trung
bình §é lƯch
Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3
Epoxy 109 90 107 95.33 10.44
Epoxy+ nan« SiO2 108 103 107 106 2.64
Epoxy+ nan« Fe2O3 115 105 109 109.67 5.03
Epoxy+ nan« TiO2 94 92 107 97.67 8.15
Epoxy+ nan« ZnO 109 96 108 104.33 7.23
2.6. NGHI£N CứU HìNH THáI CấU TRúC các LớP PHủ
C¸c mÉu nhùa epoxy có chứa và khơng chứa các hạt nanô đ-ợc đổ đầy khn con nhộng (có đ-ờng kính 5mm nh- hình 2.7) và để đóng rắn ở nhiệt độ phòng sau 7 ngày. Sau đó mẫu đ-ợc cắt thành những lát cắt siêu mỏng (dầy 80nm) trên máy cắt lắt siêu mỏng (Ultracut E, Leica, hình 2.8), các lát cắt này đ-ợc đỡ trên l-ới Nikel có màng collodion-các bon (hình 2.9). Kính hiển vi điện tử truyền qua đ-ợc sử dụng để nghiên cứu là loại JEM1010- JEOL (hình 2.10), tích hợp CCD camera. Điện thế gia tốc từ 30- 100kV và độ phân giải 3Ǻ.
Hình 2.7: Đúc mẫu epoxy nanocompozit trên con nhộng để cắt lát
a) b)
Hình 2.8: Máy cắt lắt siêu mỏng (Ultracut E, Leica)
Hình 2.9: Các mẫu trên l-ới Nikel có màng collodion-các bon
Hình 2.10: Kính hiển vi điện tử trun qua (JEM1010, JEOL, NhËt B¶n)
2.7. THư NGHIƯM Mï MI 2.7.1. Giới thiệu ph-ơng pháp 2.7.1. Giới thiệu ph-ơng pháp
Trong kiĨm tra b¶o vệ ăn mịn, để phân tích nhanh sự gián đoạn các lỗ rổng và những khuyết tật trong lớp phủ vô cơ và hữu cơ ng-ời ta sử dụng ph-ơng pháp thử nghiệm mï muèi.
KÕt qu¶ thu đ-ợc từ thử nghiệm mù muối th-ờng không thể sử dông nh- mét quy luật t-ơng đối về sự bin đi ca các lớp phđ kh¸c nhau trong thêi gian dài, vì ăn mịn øng st trong thư nghiƯm này khác đáng kể so với ăn mòn ứng suất gặp phải trong thực tế.
Phân loại và phạm vi áp dụng
Thử nghiệm mù muối gồm các ph-ơng ph¸p sau: + Thư nghiƯm mï mi trung tÝnh.
+ Thư nghiƯm mï mi axit axetic.
Việc lựa chọn các ph-ơng pháp thử nghiệm mù muối khác nhau phụ thuộc vào từng loại mẫu, môi tr-ờng thử nghiệm và loại kết qu¶ mong muèn thu đ-ợc.
Thử nghiÖm mï muèi trung tÝnh áp dụng cho: kim loại và hợp kim của chúng; lớp phủ kim loại (anốt và catèt); líp phđ chun ®ỉi; líp phđ oxit anèt; líp phđ oxit catèt; líp phđ hữu cơ trên vật liệu kim loại.
Thư nghiƯm mï mi axit acetic vµ thư nghiệm mù muối gia tốc đồng đặc biƯt thÝch hỵp cho kiĨm tra líp phđ trang trí gồm đồng + nikel + crơm hoặc nikel + cr«m. Nã cịng thích hợp cho kiểm tra các lớp phủ anốt trên nhôm.
Trong ph-ơng pháp này, chúng tôi sử dụng ph-ơng pháp thử nghiệm mï muèi trung tÝnh.
2.7.2. Thiết bị và điều kiện thư nghiƯm a. Giíi thiƯu thiÕt bÞ
ThiÕt bÞ thư nghiƯm mï mi lµ hệ máy S1000 WEISS-Technik (hình 2.11), Germany bao gåm buång mï muèi chøa dung dịch phun và giá ®ùng mÉu thư nghiƯm, vịi phun, máy tạo khí nén, hệ thống điều nhiệt và điều áp.
Hình 2.11: Thiết bị thử nghiệm mï muèi S1000 WEISS-Technik
b. §iỊu kiƯn thư nghiƯm
Mẫu đ-ợc rạch bằng dao cứng, vết rạch cách mép mẫu 2,5 cm, có chiều dài 3cm và độ rộng khoảng từ 0,2 mm đến 1 mm và có độ sâu đến nền thÐp.
Dung dÞch phun là dung dịch NaCl 50 g/l ± 5 g/l, cã pH dung dÞch n»m trong khoảng từ 6,5 đến 7,2.
MÉu thư nghiƯm đ-ợc đặt trên giá đựng mẫu tạo với ph-ơng thẳng ®øng mét gãc 20°.
Thêi gian thö nghiệm là 48 giờ. Các mẫu đ-ợc chụp ảnh tr-ớc khi thư nghiƯm, sau 24 giê thư nghiƯm vµ sau 48 giê thư nghiƯm.
2.8. Đánh giá KHả NĂNG BảO Vệ ĂN MòN cho thÐp CđA LíP PHđ EPOXY NANOCOMPOZIT bằng ph-ơng pháp phổ tỉng trë
Sù biÕn ®ỉi trong điện dung lớp phủ, điện trở lỗ xốp, điện trở phân cực và điện trë líp ®iƯn kÐp cã để đ-ợc đo và liên quan ®Õn tèc ®é h- h¹i cđa líp phủ. Q trình h- hại líp phđ tr¶i qua nhiỊu giai đoạn khác nhau. Mỗi giai đoạn là cở sở hữu ích để xây dựng giản đồ mạch điện t-ơng đ-ơng từ đó phân tích đ-ợc dữ liệu EIS.
2.8.1. Thiết bị và điều kiện thí nghiệm
Trong thùc nghiƯm, phỉ tỉng trë ®iƯn hãa EIS đ-ợc đo trên thiết bị AUTOLAB PGSTAT 30 cña h·ng Ecochemie (Hà Lan). Thiết bị đo đ-ợc nối với máy tính và xử lý số liệu bằng phần mền FRA (hình 2.12). Các mẫu thép sau khi đ-ợc phủ bởi epoxy và epoxy nanocompozit, đ-ợc đổ khuân bằng ống nhùa PVC (đ-ờng kính 3 cm) đ làm thành h đin cực ®o tỉng trë ®iƯn hố (nh- trong hình 2.5 ë trªn).
Hình 2.12: Thiết bị AUTOLAB PGSTAT 30 cđa h·ng Ecochemie
Các thông số đo cụ thể nh- sau:
Khoảng tần số quét thế 1 kHz -10 mHz Biên độ thế 10 mV
Dạng xoay chiều: hình sin đơn
Điện cực lm vic: mu th nghim ăn mòn. Đin cực đối: platin.
Đin cực so sỏnh: in cực Calomen bÃo hòa. Các phép đo đ-ợc thực hiện tại thÕ hë m¹ch. Dung dịch nghiên cứu ăn mòn là 3.5% NaCl.
2.8.2. Các mơ hình mạch điện t-ơng đ-ơng áp dụng cho ph©n tÝch phỉ tổng trở của kim loại có và khơng cã líp phđ b¶o vƯ [17,21]
2.8.2.1. Kim loại trần khơng có lớp phủ bảo vệ
a. Mơ hình thí nghiệm và mạch điện t-ơng đ-ơng
Kim loại trần khi ngâm trong dung dịch chất điện li đ-ợc mơ tả nh- hình 2.13 và có mơ hình mạch điện nh- h×nh 2.14.
Hình 2.13: Kim loại trần ngâm trong dung dịch chất ®iƯn li
Hình 2.14: Mạch điện t-ơng đ-ơng ứng với hình 2.13
Víi Rs: điện trở dung dịch, điện trở giữa điện cực làm việc và điên cực so sánh, phu thuộc vào ®é dÉn cđa dung dÞch và khoảng cách giữa 2 ®iƯn cực này.
Cdc: đin dung lp điện tích kép hình thành trên ranh giới bề măt kim loai/dung dịch.
Rct: ®iƯn trë chun dịch điện tích.
b. Phổ tỉng trë
Phỉ tỉng trở của kim loại trần ngâm trong dung dịch chất ®iƯn li có dạng nh- hình 2.15
Hình 2.15: Ph tng trở của kim loại trần trong dung dịch chất điện li
2.8.2.2. Kim lo¹i cã líp phđ 2.8.2.2.1. Lớp phủ hồn hảo
a. Mơ hình thí nghiệm và mạch điện t-ơng đ-ơng
Đối với lớp phủ hoàn hảo, tác dụng cao của lớp phủ với khả năng che chắn tốt sẽ đóng vai trị gần nh- một tụ điện hồn hảo.
Hình 2.16: Kim loại có lớp phủ hồn hảo ngâm trong dung dịch chất điện li
Hình 2.17: Mạch đin t-ơng đ-ơng ứng với hình 2.16
b. Phổ tng trë
Khi kim lo¹i đ-ợc phủ bởi 1 lớp phủ khơng có sai hỏng thì nhìn chung trở kháng cđa nã rÊt lín. Lóc nµy phỉ tỉng sÏ mang tính điện dung thuần.
H×nh 2.18: Phỉ tỉng trë của kim loại có lớp phủ hồn hảo ngâm trong dung dịch chất điện li
Phần trở kháng giao với trục thực (Z) chính là điện trở dung dịch. Giá trị điện dung Cf của lớp phủ đ-ợc tính theo ph-ơng trình (15).
Trë kh¸ng chung cđa líp phủ (chỉ gây bởi điện dung) rất lớn khoảng 1010 ohm rÊt lín thĨ hiện khả năng bảo vệ ăn mịn rất tốt của líp phđ.
2.8.2.2.2. Líp phđ có sai hỏng
Q trình sai háng cđa líp phđ th-êng x¶y ra theo hai giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Khi xt hiƯn c¸c sai hỏng ở bề mặt ngồi líp phđ vµ
trong lịng lớp phủ. Lúc này thép vẫn đ-ợc bảo vƯ, ch-a tiÕp xóc trùc tiÕp víi dung dịch điện ly.
a. Mơ hình thí nghiệm và mạch điện t-ng đ-ơng
Sau một thời gian ngõm mu, do s phồng rộp và xâm nhập của dung dịch chất điện li vào trong lớp phủ, làm giảm mạnh điện trở của lỗ xốp Rpo vµ lµm tăng điện dung của lớp phủ do sự khác nhau về hằng số điện mơi của n-ớc và
líp phủ (n-ớc có hằng số điện mơi lớn hơn) theo thêi gian. ë đây vẫn ch-a tạo đ-ợc đ-ờng dẫn từ dung dịch chất điện li đến nền kim loại.
Hình 2.19: Kim loại có lớp phñ sai háng ë giai đoạn 1 ngâm trong dung dịch chất
®iƯn li
Hình 2.20: Mạch điện t-ơng đ-ơng ứng với hình 2.19
Víi Rpo là điện trở lỗ xốp của lớp phủ, đặc tr-ng cho các đ-ờng dÉn ion ph¸t triĨn trong líp phđ.
b. Phỉ tỉng trë
H×nh 2.21: Phỉ tỉng trë cđa kim lo¹i cã líp phđ sai háng ở giai đoạn 1 ngâm trong dung dịch chÊt ®iƯn li
Giai đoạn 2: Sai hỏng tiến sát đến bề măt kim loại, làm 1 phần kim loại
tiÕp xóc trùc tiÕp víi dung dÞch (líp phủ đà bị phá hỏng 1 phần)
a. Mơ hình thí nghiệm và mạch điện t-ơng đ-ơng
Sau 1 khoảng thời gian nào đó, n-ớc sẽ thấm qua lớp phủ, thơng qua các vết nứt và lỗ rỗng để hình thành các mặt ranh giới mới giữa dung dịch điện li và kim loại ở phÝa bªn d-íi líp phđ (dÉn ®Õn sù bong trãc cđa líp phđ sau này). Q trình ăn mịn sẽ diễn ra tại lớp tiếp giáp này. Phân tích số liệu tổng trở đo đ-ợc từ một lớp phủ đà bị xuống cấp là khá phức tạp. Sử dụng sơ đồ mạch điện hình 2.22 để phân tích số liệu EIS.
H×nh 2.22: Kim loại có lớp phủ bị sai hỏng ở giai đoạn 2 ngâm trong dung dịch chất điện
li
Hình 2.23: Mạch điện t-ơng đ-ơng ứng với hình 2.22
b. Phỉ tỉng trë
H×nh 2.24: Phỉ tỉng trë cđa kim loại có lớp phủ sai hỏng ở giai đoạn 2 ngâm trong dung dịch chất ®iƯn li
Ch-ơng 3 KếT QUả Và THảO LUậN
3.1. ¶nh h-ëng cđa các hạt nanơ đến hình th¸I cÊu tróc cđa líp phủ epoxy nanocompozit
Hình thái cấu trúc của các lớp phủ đ-ợc nghiên cứu bằng kÝnh hiĨn vi ®iƯn tư truyền qua tại 2 vùng vị trí khác nhau: vùng mẫu đồng nhất và vựng mẫu chứa các khuyết tật.
3.1.1. ảnh TEM ca các mẫu epoxy nanocompozit tại các vị trí lớp phủ đồng nhÊt