v Sơn lót (primer coat):
Có vai trị chống ăn mịn và tạo khả năng bám dính cho các lớp sơn tiếp theo. Thường được phân loại theo các chất phụ gia tăng khả năng chống ăn mịn chính được sử dụng trong cơng thức của chúng, ví dụ như sơn lót phốt phát kẽm và sơn lót kẽm kim loại, v.v. Mỗi chất màu ức chế này có thể được kết hợp vào một loạt các loại chất kết dính, ví dụ như sơn lót kẽm phốt phát alkyd, sơn lót epoxy kẽm phốt phát, …
v Lớp sơn trung gian (intermediate/mid coat):
Lớp phủ trung gian được áp dụng để tăng tổng độ dày của màng sơn. Nói chung, lớp phủ càng dày thì tuổi thọ càng cao. Các lớp sơn trung gian được thiết kế đặc biệt để tăng cường khả năng bảo vệ tổng thể , làm giảm tính thấm oxy và nước. Việc kết hợp các chất màu thành lớp, chẳng hạn như oxit sắt micaceous (MIO), làm giảm hoặc trì hỗn sự xâm nhập của hơi ẩm trong môi trường ẩm ướt và cải thiện độ bền kéo
v Lớp sơn hoàn thiện (finish/top coat):
Lớp phủ hoàn thiện mang lại vẻ ngoài và khả năng chống bề mặt cần thiết của hệ thống. Tùy thuộc vào các điều kiện tiếp xúc, nó cũng phải cung cấp tuyến bảo vệ đầu tiên chống lại thời tiết và ánh sáng mặt trời, chống bám bẩn, chống vi sinh vật.
Việc lựa chọn lớp phủ bảo vệ cho môi trường biển phụ thuộc rất nhiều vào vùng tiếp xúc và phải cung cấp cho hệ thống các đặc tính cụ thể để đảm bảo độ bền của cơ sở hạ tầng. Hệ thống lớp phủ điển hình được sử dụng trong các ứng dụng ngồi khơivới các đặc tính mong muốn tùy thuộc vào vùng tiếp xúc được tổng hợp trong bảng dưới đây:
Bảng 3. 1 - Các hệ thống sơn điển hình được sử dụng trong các ứng dụng ngồi khơi ở các vùng tiếp xúc khác nhau, với các thuộc tính mong muốn và loại ăn mịn được yêu cầu
(ISO 12944). Vùng tiếp xúc Danh mục (ISO 12944) Hệ thống phủ Thuộc tính lớp phủ mong muốn Khí quyển C5-M Sơn lót epoxy giàu kẽm (60–100 µm) Chống ăn mịn, chống xói mịn, chống đóng băng, chống tia cực tím Lớp trung gian Epoxy (100–120 µm) Lớp phủ polyurethane (50–80 µm) Bắn tung tóe
và thủy triều C5-M và Im2
Hai hoặc ba lớp sơn gốc epoxy (Tổng cộng> 1000 µm) Sự kết hợp của các đặc tính của lớp phủ khí quyển và ngập nước Lớp phủ polyurethane (50–80 µm) Ngập nước Im2 Hai hoặc ba lớp sơn gốc epoxy (Tổng cộng> 450 µm) Chống ăn mịn, chống rỉ, chống mài mòn
3.2.Phương pháp phun phủ nhiệt [2]
3.2.1.Nguyên lý phun phủ:
Kim loại lỏng được dịng khơng khí nén thổi làm phân tán thành các hạt sương mù rất nhỏ, bắn lên bề mặt vật đã được chuẩn bị sạch, như vậy sẽ tạo ra 1 lớp kim loại phủ dày, trong đó các phân tử kim loại đè lên nhau theo từng lớp.
Vật liệu rắn (dạng bột, dây, thanh) vào dòng vật chất có năng lượng cao (dịng khí cháy hoặc dịng plasma) để nung nóng chảy một phần hay tồn bộ vật liệu.
3.2.2.Một số phương pháp phun phủ nhiệt
- Phun phủ bằng lửa khí hàn oxi-axetylen
- Phun phủ bằng plasma
- Phun phủ bằng phương pháp HVOF
- Phun hồ quang điện
- Phun nổ
- Phun cảm ứng tần số cao tần
v Phân loại :
+ Theo nhiệt độ : gồm phun nóng vào phun nguội
+ Theo dạng vật liệu phun : gồm phun bột , phun dây và phun thanh + Theo nguồn năng lượng nhiệt : gồm phun ngọn lửa khí và phun điện + Theo tác nhân phun :
· Flame Spray (Phun phủ bằng ngọn lửa khí cháy)
· Arc Spray (Cơng nghệ phun phủ hồ quang dây )
· Plasma Spray (Phun phủ plasma)
Hình 3. 4 - Cơng nghệ sơn phủ
a) Bằng ngọn lửa khí cháy; b) Bằng hồ quang dây
3.2.3.Thành phần và độ dày lớp phủ
Các lớp phủ kim loại được phun chính là kẽm nguyên chất hoặc hợp kim của kẽm và 15% nhôm. Các lớp mạ kẽm nguyên chất được phun sơn đã có từ những năm 1920 và thường được áp dụng với độ dày từ 100 micron trở lên. Nếu không được phủ thêm, lớp mạ kẽm nguyên chất sẽ tạo thành một lớp màng thụ động, ổn định của các sản phẩm ăn mịn kẽm với tốc độ thời tiết có thể đốn trước được. Trong nhiều mơi trường, chỉ riêng kẽm phun có thể cung cấp đủ tuổi thọ. Lớp mạ kẽm 15% nhôm phun nhiệt được giới thiệu vào cuối những năm 1970 và là loại có thành phần nhơm cao nhất trong kẽm có thể được sản xuất cơng nghiệp thành dây. Bởi vì cấu trúc vi mơ của mỗi giọt của lớp phủ được phun này bao gồm cả pha giàu kẽm và giàu nhôm,
Kẽm được phun nhiệt bằng cách sử dụng hồ quang điện hoặc quá trình đốt cháy. Quá trình hồ quang điện, cho phép tốc độ lắng đọng cao hơn với tính kinh tế được cải thiện, sử dụng hai điện cực dây kẽm tiêu hao. Các dây dẫn mang điện tích trái dấu và được đưa gần nhau để duy trì hồ quang điện, làm cho dây dẫn nóng chảy. Vật liệu nóng chảy được phun lên bề mặt đã chuẩn bị bằng khí nén. Trong q trình đốt cháy, một dây kẽm đơn, hoặc một nguồn bột kẽm, được đưa vào ngọn lửa oxy-nhiên liệu, đốt cháy kẽm sau đó được ngun tử hóa bằng các ứng dụng khí nén của kẽm và các lớp phủ phun nhiệt
hợp kim kẽm có thể dễ dàng kiểm soát bởi nhà điều hành thiết bị để cung cấp độ dày từ 50 - 500 micrômét
3.3. Duplex Coatings ( Lớp Phủ Kép)
Tuổi thọ của lớp phủ phun nhiệt có thể được kéo dài rất nhiều nếu nó được bảo vệ với hệ thống sơn hiệu suất cao hơn. Nhưng quan trọng hơn, tuổi thọ của hệ thống sơn cũng có thể được mở rộng đáng kể nếu nó được áp dụng trên lớp phủ kẽm thay vì trên nền thép, một sự kết hợp được gọi là "lớp phủ hai mặt". Việc kéo dài đáng kể tuổi thọ dự kiến của hệ thống phun nhiệt kết hợp lớp phủ kép sơn kẽm so với tổng tuổi thọ dự kiến của lớp phủ kẽm hoặc hệ thống sơn được sử dụng bởi chúng được biết đến như một hiệu ứng hiệp đồng.
Nguyên nhân sâu xa của sự cải tiến tuyệt vời này trong dịch vụ tuổi thọ là sự khác biệt về khối lượng thấp hơn nhiều giữa các sản phẩm ăn mòn kẽm và kẽm kim loại so với sản phẩm ăn mòn sắt (gỉ) và thép. Tại bất kỳ điểm nào mà mơi trường ăn mịn tiếp xúc với kẽm, chẳng hạn như tại khu vực bị hư hỏng hoặc bị phong hóa nặng trên bề mặt sơn, việc nâng sơn sẽ ít hơn nhiều (ăn mịn leo) tiếp giáp với các khu vực bị xâm phạm như vậy. Khi hệ thống sơn được áp dụng cho thép trần, bất kỳ sự hư hỏng của lớp phủ hàng rào sơn sẽ cho phép ăn mòn bề mặt thép. Sự nở ra của sắt các sản phẩm ăn mịn sau đó cho phép tấn công thêm qua khu vực sơn bị vi phạm, dẫn đến lan rộng sự ăn mòn len lỏi dưới lớp sơn. Ngược lại, các sản phẩm ăn mòn của kẽm khơng chỉ ít mở rộng hơn mà cịn có xu hướng bịt kín các lỗ rỗng trong lớp sơn phủ trên cùng bằng cách di chuyển vào trong đó.
Hiệu ứng tổng hợp được xác định bởi một hệ số trong phương trình: Tuổi thọ song cơng = hệ số tổng hợp x (tuổi thọ kẽm + tuổi thọ sơn).Ví dụ, với hệ số tổng hợp là 1,5 tuổi thọ của lớp kẽm là 12 năm và tuổi thọ sơn là 5 năm sẽ cho tuổi thọ tổng cộng dự kiến là 25 năm.
Các yếu tố tổng hợp khác nhau, tùy thuộc vào khí hậu. Có thể thấy rằng các tác động hiệp lực trong công nghiệp nghiêm trọng và môi trường biển nằm trong khoảng từ 1,8- 2,0, trong khi ở các vùng khí hậu khơng khắc nghiệt, ví dụ, ở vùng khí hậu trên bờ chúng có thể dao động từ 2,0-2,7.
Lý do cơ bản cho sức mạnh tổng hợp này là kẽm hỗ trợ sơn khi nó bắt đầu bị hỏng và ngăn ngừa sự ăn mòn và các cơ chế hỏng hóc khác của sơn từ tiến hành ở bất cứ đâu càng nhanh càng tốt với nền thép khơng có bảo vệ lớp mạ kẽm kim loại trung gian.
Ví dụ thực tế về ứng dụng của phương pháp phun phủ nhiệt trong bảo vệ thép cacbon trong mơi trường khí quyển biển:
+ Phun phủ nhiệt cho tàu biển
Hình 3. 5 - : Hình ảnh tàu Ronja Polares [2]
'Ronja Polares', một tàu chở cá của Na Uy, được phun nhiệt bằng các lớp phủ hợp kim kẽm và kẽm-nhôm. Các khu vực bên ngoài kim loại được phun bao gồm thân tàu, tất cả các boong bên ngoài, cấu trúc thượng tầng, cầu, cột buồm và ống khói. Trước khi phun kim loại, bề mặt của các bộ phận của con tàu, cả bên trong và bên ngoài, được phun nổ theo Tiêu chuẩn SA 2.5 để làm sạch và chuẩn bị bề mặt.
+ Kết hợp phương pháp phun phủ nhiệt kim loại và phương pháp sơn phủ trong bảo vệ thân tua bin điện gió
Hình 3. 6 - Hình ảnh tua pin điện gió
Trang trại điện gió ngồi khơi đầu tiên trên thế giới Vindeby sẽ ngừng hoạt động sau hơn 25 năm hoạt động. Các lớp phủ kép trên các cực của những chiếc cối xay gió này đã mang lại cho nó khả năng bảo vệ chống ăn mịn hiệu quả và tuyệt vời đã được kiểm chứng trong suốt thời gian tồn tại kinh tế của nó.
Hai trong số các trang trại gió lâu đời nhất của Đan Mạch, có tuổi đời lần lượt là 15 và 22 tuổi, gần đây đã được nhà cung cấp sơn Hempel cho kiểm tra kỹ lưỡng.
· Trang trại điện gió Horns Rev 1 được lắp đặt vào năm 2002, các tháp của nó được bảo vệ bằng 60 micron kẽm phun nhiệt, tiếp theo là hệ thống sơn Hempel 4 phần.
· Trang trại gió Thunoe Knob được lắp đặt vào năm 1995 bằng cách sử dụng 80 micron kẽm, sau đó là hệ thống sơn 4 phần. Bề mặt bên ngồi và bên trong được đánh giá là trong tình trạng tốt nhất. Lớp mạ kẽm ngăn chặn sự lây lan của ăn mòn ra khỏi các khu vực bị hư hỏng cơ học.
Hệ thống Thunoe Knob được dự đốn sẽ cung cấp ít nhất 25 năm bảo vệ hồn tồn với độ bền cịn lại là 5-10 năm. Hệ thống Horns Rev 1 cũng được dự đoán sẽ cung cấp khả năng bảo vệ hoàn toàn trong 25 năm với độ bền còn lại là 15 năm.
+ Bề mặt của các tháp gió được chuẩn bị bằng cách cho nổ hỗn hợp đá mạt thép GH25 và GH40 sử dụng vòi phun 12,5mm ở áp suất chín bar. Các khu vực cần phun kẽm được thổi sạn theo tiêu chuẩn SA3.
+ Các phần đã chuẩn bị bề mặt sau đó được chuyển trên các rơto phun tới buồng phun kim loại. Lớp mạ kẽm đóng rắn ngay lập tức nên các phần tháp có thể quay trực tiếp trên đường kính ngồi. Đối với tuabin trên đất liền, các khu vực khác nhau được phủ kẽm với lượng kẽm thường 60-120 micron
+ Sau khi phun phủ kim loại xong, các phần tháp được chuyển sang buồng phun sơn chun dụng. Thơng số kỹ thuật sơn điển hình giờ đây sẽ thấy tất cả các khu vực của phần tháp, ngoại trừ các mặt bích, được phun với độ dày màng sơn khô (DFT) khoảng 50 micron của lớp sơn lót epoxy 2 thành phần giàu kẽm. Các mặt bích khơng được sơn, vì mặt cắt kim loại được phun kẽm hỗ trợ độ bền và ma sát của các khớp bắt vít. Thời gian bảo dưỡng khoảng hai giờ ở nhiệt độ 40 đến 50 độ C. Lớp phủ giữa, thường là epoxy xây dựng cao 2 thành phần, sau đó được phun DFT khoảng 120 micron cho các bề mặt bên trong của tháp và 150 micron trên các bề mặt bên ngồi.
Cần có thêm hai giờ thời gian bảo dưỡng ở nhiệt độ 40 đến 50 độ C. Lớp phủ cuối cùng được thi cơng có độ dày khoảng 50 micron DFT của acrylic polyurethane bóng 2 thành phần lên các bề mặt bên ngoài của tháp. Giai đoạn này cần khoảng bốn giờ để bảo dưỡng, một lần nữa ở 40 đến 50 độ C.
KẾT LUẬN
Qua q trình tìm hiểu và hồn thành tiểu luận, bọn em đã hiểu được khái niệm cơ bản về q trình ăn mịn khí quyển kim loại và ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu, mơi trường đến q trình ăn mịn khí quyển như nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, thời gian lưu ẩm bề mặt, các tạp chất và nhiễm bẩn khí quyển (độ muối khí quyển - hàm lượng ion Cl-, hàm lượng khí SO2). Các dạng hư hỏng thường gặp do ăn mịn trong mơi trường khí quyển và một phần về các tác hại của ăn mịn khí quyển biển đến thép cacbon, các cơ chế ăn mòn cũng như các loại ăn mịn. Ngồi ra, bọn em cũng biết được một số biện pháp bảo vệ thép cacbon khỏi những tác nhân ăn mịn ở vùng khí quyển biển như phương pháp sơn phủ, phương pháp phun phủ nhiệt hay kết hợp cả hai phương pháp trên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Marine Atmospheric Corrosion of Carbon Steel: A Review Jenifer Alcántara, Daniel de la Fuente, Belén Chico, Joaquín Simancas, Iván Díaz and Manuel Morcillo
[2] Zinc Alloy Thermal Spraying – Developments for Improved Protection and Reduced Maintenance of Ship Superstructures and Hulls. Martin Gagné, Frank E Goodwin
[3] Ăn mòn và phá hủy vật liệu kim loại trong mơi trường khí quyển nhiệt đới việt nam. Lê Thị Hồng Liên. Viện Khoa học vật liệu, Viện KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.