Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống ăn mòn trên cơ sở kẽm/nhôm/phốt phát

- NGUYỄN VĂN MẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ CHỐNG ĂN MÒN TRÊN CƠ SỞ KẼM/NHÔM/PHỐTPHÁT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học  HÀ NỘI – 2011 NGUYỄN VĂN MẠNH KỸ THUẬT HOÁ HỌC KHÓA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN VĂN MẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ CHỐNG ĂN MÒN TRÊN CƠ SỞ KẼM/NHÔM/PHỐTPHÁT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HOÁ HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.
- LÊ XUÂN THÀNH HÀ NỘI – 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 1MỤC LỤC MỞ ĐẦU.
- 8 1.1 - GIỚI THIỆU VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI.
- 8 1.1.1 - Định nghĩa về ăn mòn kim loại.
- 8 ∗ Phân loại theo cơ chế ăn mòn Hiện tượng thụ động kim loại.
- 9 1.1.4 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn .
- LỚP PHỦ VÔ CƠ .
- Thành phần hoá học, tác dụng của oxit được sử dụng trong chế tạo lớp phủ vô cơ.
- Tác dụng của muối phốt phát trong sơn bảo vệ chống ăn mòn.
- Chế tạo sơn chống ăn mòn trên cơ sở bột màu photphat.
- Vai trò và ứng dụng của lớp sơn phủ trong chống ăn mòn kim loại .
- Phốt phát hoá bề mặt thép CT Phốt phát hóa nóng.
- 20 1.3.1 – Khả năng chịu ăn mòn của lớp phủ.
- Xác định các tính chất cơ, lí của lớp phủ.
- Đo điện hóa Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 2CHƯƠNG II.
- Chuẩn bị bề mặt mẫu thép .
- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA LỚP PHỦ.
- 37 3.2.1 Dạng bề mặt kim loại sau photphat hóa.
- 37 Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học Hình thái và thành phần hóa học của lớp phủ phot phát hóa .
- 42 3.4.1 Đánh giá độ chống ăn mòn của chất màu kẽm phophat hay kẽm nhôm phot phat không và có bổ sung các chất tạo màu khác Theo cảm quan.
- 50 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 4LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này đã được hoàn thành với các số liệu thực nghiệm trung thực.
- Nguyễn Văn Mạnh Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 5Lêi c¸m ¬n Sau mét thêi gian lµm viÖc víi sù cè g¾ng cña b¶n th©n vµ ®−îc sù gióp ®ì cña c¸c thÇy c« gi¸o, b¹n bÌ ®ång nghiÖp, ®Õn nay em.
- Em xin ch©n thµnh c¸m ¬n! Hµ Néi, ngµy 15 th¸ng 09 n¨m 2011 Häc viªn thùc hiÖn NguyÔn Vn Mạnh Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 6MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên, gây ra những tổn thất lớn về kinh tế.
- Tổn thất do ăn mòn gây ra có nhiều dạng: dạng không thể phục hồi, dạng có thể phục hồi sửa chữa.
- Tuy nhiên, dù diễn ra ở hình thức nào thì thiệt hại do ăn mòn gây ra và chi phí để khắc phục những hậu quả của nó cũng là rất lớn.
- Trong những năm gần đây, ở nước ta cũng như trên thế giới, vấn đề ăn mòn được quan tâm một cách đặc biệt.
- Trong điều kiện làm việc ở các nhà máy, đặc biệt là các ngành công nghiệp nặng, các chi tiết máy phải làm trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt (độ ẩm cao, nhiệt độ cao, môi trường bụi, hóa chất.
- dẫn đến các hiện tượng mài mòn, ăn mòn và cuối cùng là bị phá hủy.
- Như vậy, một vấn đề cấp bách đặt ra là bảo vệ chống ăn mòn đối với các chi tiết, thiết bị làm việc trong các môi trường khắc nghiệt này.
- Lớp phủ kim loại là một trong những phương pháp bảo vệ chống ăn mòn được tập trung nghiên cứu và sử dụng khá phổ biến ở nước ta hiện nay.
- Có nhiều phương pháp tạo ra lớp phủ kim loại: mạ điện, nhúng nóng, phun phủ,… Trong các phương pháp này, phương pháp sơn phủ được sử dụng khá rộng rãi do những ưu điểm và hiệu quả kinh tế do nó đem lại.
- Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 7 Với hi vọng góp phần đưa ra giải pháp để bảo vệ, nâng cao tuổi thọ của các chi tiết máy làm việc trong các môi trường hóa chất mang tính axit, các chi tiết chịu mài mòn, ăn mòn được sử dụng nhiều trong công nghiệp.
- Đề tài em nghiên cứu là :”Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống ăn mòn trên cơ sở Zn/Al phốt phát” Mục đích nghiên cứu của đề tài: Chế tạo thành công lớp phủ chống ăn mòn trên cơ sở Zn/Al phốt phát” Nhiệm vụ đề tài.
- Tổng hợp và xác định đặc tính bột màu chống ăn mòn kẽm và kẽm photphat pha tạp bởi nhôm.
- Nghiên cứu tạo lớp phủ phốt phát hoá bề mặt kim loại đen (thép CT3.
- Nghiên cứu đặc tính chống ăn mòn của lớp phủ phốt phát hoá và màng sơn trên cơ sở các chất màu tổng hợp được.
- Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 8CHƯƠNG I.
- TỔNG QUAN 1.1 - GIỚI THIỆU VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1.1 - Định nghĩa về ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại là quá trình phá huỷ kim loại do các tác nhân hóa học của môi trường hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại và môi trường gây ra.
- Quá trình ăn mòn kim loại bị ảnh hưởng rất lớn bởi cấu tạo của kim loại.
- 1.1.2 - Phân loại Người ta phân loại ăn mòn kim loại theo nhiều cách khác nhau phụ thuộc vào môi trường, dạng và cơ chế ăn mòn.
- ∗Phân loại theo môi trường - Ăn mòn trong khí: oxy, khí sunfuarơ, khí H2S.
- Ăn mòn trong không khí: ăn mòn trong không khí ướt, ăn mòn trong không khí ẩm, ăn mòn trong không khí khô.
- Phân loại theo đặc trưng phá huỷ Dựa vào đặc trưng của sự phá huỷ do ăn mòn, người ta phân loại theo hai dạng: ăn mòn rộng khắp và ăn mòn cục bộ.
- Phân loại theo cơ chế ăn mòn Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 9Theo nghĩa tương đối, sự phá huỷ kim loại do tác nhân hóa học của môi trường gây ăn mòn diễn ra theo hai cơ chế: ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học, trong đó ăn mòn vi sinh được coi là một dạng ăn mòn điện hoá đặc biệt.
- Ăn mòn hoá học: Là sự phá huỷ kim loại bởi phản ứng hoá học dị thể khi bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường gây ăn mòn, khi đó kim loại bị chuyển thành ion kim loại đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn.
- Ăn mòn điện hoá: Là sự phá huỷ kim loại bởi các quá trình tương tác của môi trường ăn mòn với bề mặt kim loại theo cơ chế điện hoá.
- Quá trình phá huỷ kim loại theo cơ chế này không phải xảy ra trong một giai đoạn mà nó thường xuyên bao gồm nhiều giai đoạn và tại nhiều vị trí khác nhau trên bề mặt kim loại.
- Hiện tượng ăn mòn điện hoá phá huỷ kim loại là hiện tượng phổ biến rộng rãi, nó có thể xảy ra ở bất kì nơi nào mà tại đó có kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li và trên bề mặt tiếp xúc của hai pha này có tồn tại lớp kép (thí dụ, ăn mòn trong các môi trường hoá chất, ăn mòn trong môi trường biển.
- Ăn mòn điện hoá học phá huỷ kim loại tuân theo tất cả những quy luật của điện hoá học.
- 1.1.3 - Hiện tượng thụ động kim loại Một số kim loại trong dung dịch điện li ở một điện thế đủ dương sẽ xảy ra phản ứng anot như sau: xMe + yH2O → MexOy + 2yH.
- 2ye Phản ứng oxi hoá này tạo nên trên kim loại một lớp oxit sít chặt, lớp này sẽ ngăn cách kim loại với môi trường xung quanh.
- Thường các điện cực kim loại oxit này bị ăn mòn với tốc độ rất nhỏ, và khi đó nó được xem là ở trạng thái thụ động.
- Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 10Thụ động là một hiện tượng quan trọng vì một số khá lớn kim loại được dùng (Al, Mg, Fe, Ni, Cr, Mo, Ti, Zr.
- và các hợp kim của chúng bị thụ động trong nhiều môi trường khác nhau.
- Có hai cách để chuyển kim loại vào trạng thái thụ động.
- Phân cực anot kim loại (sử dụng chúng như là một anot trong bình điện hoá.
- Đưa kim loại vào trong một dung dịch điện li có chứa cấu tử oxi hoá thích hợp.
- 1.1.4 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Hiện nay có rất nhiều phương pháp bảo vệ kim loại chống ăn mòn, chúng ta có thể phân loại thành các loại sau đây.
- Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền chống ăn mòn cao làm việc trong những môi trường ăn mòn.
- Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế ăn mòn.
- Để hạn chế sự xâm thực của môi trường, người ta có thể ngăn cách tác động của môi trường với kim loại bằng cách cải tạo môi trường xâm thực, loại bỏ các cấu tử gây nên ăn mòn.
- Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng các chất ức chế ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn.
- đó là chất hoá học với liều lượng sử dụng nhỏ đưa vào môi trường có thể kìm hãm các quá trình điện cực.
- Hấp phụ phân tử chất ức chế hữu cơ lên bề mặt.
- Thụ động hoá kim loại.
- Tạo lớp kết tủa muối lên bề mặt, ngăn oxi có thể tiếp cận kim loại.
- Loại bỏ tác nhân ăn mòn (oxi hoà tan).
- Chất ức chế là chất làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn nếu cho một lượng nhỏ của chúng vào dung dịch điện ly.
- Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 11- Chất ức chế hỗn hợp không thụ động.
- Bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn bằng cách thay đổi thế điện cực.
- Bảo vệ anot: Nguyên tắc của phương pháp bảo vệ anot là phân cực kim loại cần bảo vệ bằng cách chuyển nó về phía điện thế dương hơn, khi đó thế của kim loại sẽ bị dịch chuyển vào vùng thế của trạng thái thụ động.
- Bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn bằng các lớp che phủ.
- Phương pháp này nhằm cô lập bề mặt kim loại khỏi môi trường xâm thực.
- Lớp ngăn cách như vậy thường bằng vật liệu bền ăn mòn.
- Có thể phân loại các lớp phủ như sau.
- Lớp phủ kim loại.
- Lớp phủ phi kim loại, vô cơ (các loại sơn vô cơ.
- Lớp phủ hữu cơ (các loại sơn hữu cơ.
- Xử lý môi trường gây ăn mòn nhằm giảm bớt tốc độ ăn mòn kim loại 1.2.
- LỚP PHỦ VÔ CƠ 1.2.1.
- Các chất này có vừa có tác dụng tạo ra chất chống ăn mòn, vừa có tác dung làm chất màu cho các lớp phủ.
- TiO2: có màu trắng rất đục, có khả năng che lấp tốt, thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng, chịu kiềm, axit loãng, không biến màu, dễ bột hóa + ZnO: có màu trắng rực rỡ ,tính chống rỉ tốt và không biến màu ,không bột hóa ,chịu nhiệt tốt ,che phủ kém hơn TiO2 + ZnS + BaSO4 :che phủ ,thể hiện màu mạnh ,chịu kiềm tốt ,không chịu Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 12axit ,không chịu khí hậu ,dễ bột hóa + Fe2O3 màu đỏ nâu ,đây là một lớp màu che lấp bong mờ có tác dụng pha màu rất tốt cho sơn ,thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng, chịu kiềm,màu không đẹp + Cr2O3 :Đây là chất nhuộm màu có khả năng chống chịu axit.có màu xanh.
- Sử dụng muối phốt phat trong sơn phủ trong bảo vệ chống ăn mòn có vai trò rất quan trọng.
- Khả năng chống ăn mòn cao hơn nhiều lần so với các lớp sơn thông thường.
- Lực bám (lực liên kết) của lớp sơn phốt phat với bề mặt kim loại gốc rất bền chắc.
- Chế tạo sơn chống ăn mòn trên cơ sở bột màu photphat 1.2.3.1.
- Vai trò và ứng dụng của lớp sơn phủ trong chống ăn mòn kim loại Có rất nhiều vật dụng ,chi tiết ,nhà cửa ,công trình v v..
- Tác dụng của sơn phủ đầu tiên phải kể đến là nó có khả năng bảo vệ cho bề mặt vật cần được sơn khỏi tác dụng xấu từ môi trường, nâng cao tuổi thọ cho chi tiết.
- Thứ hai là về mặt mỹ thuật, nó tạo cho chi tiết có mầu sắc đẹp hơn và Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 13người ta có thể phân loại các chi tiết khác nhau nhờ lớp sơn phủ bên ngoài.
- Hơn thế nữa với một số loại sơn đặc chủng có thể giải quyết được nhiều yêu cầu về mặt kỹ thuật như sơn chống nấm mốc, sơn chống hà, sơn phản quang, sơn phát quang, sơn chịu hoá chất, sơn chịu nhiệt, sơn cách nhiệt, sơn hấp thụ sóng điện từ v.v.
- Nếu chỉ yêu cầu bảo vệ bề mặt kim loại khỏi ăn mòn dưới tác dụng của môi trường ôxi hoá thì sơn chống rỉ thường được lựa chọn.
- Bản chất chống rỉ của sơn là do lớp màng sơn bao phủ trên bề mặt kim loại, ngăn cản sự xâm nhập của các tác nhân ôxi hoá tấn công trực tiếp vào bề mặt kim loại và phá huỷ nó.
- Như vậy khả năng bịt kín bề mặt kim loại của lớp màng sơn càng tốt thì khả năng bảo vệ bề mặt kim loại càng cao.
- Nếu độ bám dính của lớp màng sơn với bề mặt kim loại càng lớn, độ bền của lớp màng sơn càng cao thì khả năng bảo vệ bề mặt kim loại sẽ càng tốt.
- Do một nguyên nhân nào đó mà lớp màng sơn bị bong tróc, để lộ ra bề mặt kim loại thì ngay lập tức các tác nhân ôxi hoá từ môi trường sẽ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt kim loại và phá huỷ lớp bề mặt.
- Môi trường ôxi hoá càng mạnh, nhiệt độ môi trường càng lớn và thời gian càng dài thì lớp ôxi hoá càng sâu và có thể gây thủng thiết bị, ảnh hưởng xấu đến môi trường và làm giảm năng suất thiết bị.
- Có thể nói sơn phủ nói chung và sơn chống ăn mòn nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp, đời sống và trong khoa học kỹ thuật.
- Hiện nay sơn chống ăn mòn dựa trên các gốc vô cơ được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống và thay thế cho sơn gố hữu cơ ,và có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn 1.2.3.2.
- Chất tạo màng: Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Mạnh Lớp: Kỹ thuật hoá học 2009 14Chất tạo màng là các polyme có độ bám dính tốt, có khả năng chứa các loại bột như bột màu, bột độn tốt, có các tính chất như thời gian khô, độ cứng, độ bóng tốt,...Chất tạo màng có vai trò quan trọng nhất trong sơn, quyết định hầu hết các tính chất của màng sơn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt