Xem mẫu
- U ĐỀ CƯƠNG ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU
Câu 1: Trình bày sự hiểu biết của mình về sự thụ động kim loại?
Liên hệ thực tế và cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
Thụ động kim loại là một biện pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn
nhờ giảm tốc độ ăn mòn. Mặt kim loại được phủ một màng mỏng oxit
hoặc hiđroxit kim loại rất sít (cũng có thể do hấp phụ mạnh tạo một
lớp màng oxi phân tử hoặc ion thụ động) do đó giảm quá trình hoà tan
anôt. Thụ động hóa kim loại bằng phương pháp hoá học (cho kim loại
tác dụng với chất oxi hoá trong điều kiện xác định) hoặc bằng phương
pháp điện hoá (phản ứng oxi hoá khử với kim loại dùng làm điện
cực).Có thể tạo thụ động kim loại bằng cách dùng chất ức chế
anod._Kim loại khi để trong môi trường sẽ bị các tác nhân ăn mòn của
môi trường gây ra phản ứng oxi hóa ở anot, gây mòn anot ở kim
loại.Khi cho chất ức chế anot vào thì khi đó sẽ kích thích phản ứng
tạo màng. Nếu tốc độ của phản ứng tạo màng lớn hơn tốc độ phản
ứng anốt, thì kim loại sẽ bị thụ động.Kết quả là kim loại được bảo
vệ.
V í dụ:
Câu 2 :Trình bày ảnh hưởng của bản chất kim loại đến quá trình
ăn mòn kim loại? Liên hệ thực tế và cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
Ảnh hưởng của bản chất kim loại đến quá trình ăn mòm kim loại
1
- a) điện thế cân bằng và điện thế ăn mòn:
Về mặt nhiệt động học,khả năng bị ăn mòn của kim loại được xem
xét thông qua thế điện cực cân bằng.
Tốc độ ăn mòn ban đầu được tính theo công thức:
Trong đó: R là điện trở của pin ăm mòn
là thế điện cực cân bằng
là thế điện cực ăn mòn
Nếu > thì > 0 tức kim loại bị ăn mòn và ngược lại
Ví dụ:
Trong môi trưòng trung tính( PH=7) đã được khử oxy thì phản ứng
catot sẽ là:
Điện thế cân bằng của phản ứng khử hydro ở trên được tính theo
công thức:
Vì vậy kim loại nào có âm hơn -0.413 V sẽ bị ăm mòn.
b) ảnh hưởng của cấu trúc và thành phần của hợp kim:
2
- Vật liệu kim loại sử dụng trong các ngành kinh tế thường là dưới
dạng hợp kim,do đó ảnh hưởng của hợp kim ảnh hưởng tới quá trình
ăn mòn.
-Những hợp kim nhiều pha nói chung kém bền ăn mòn vì các pha
thường có thế điện cực khác nhau do đó sẽ hình thành các pin ăn mòn
galvanic.
-Các hợp kim một pha là dung dịch rắn thường bền ăn mòn hơn.
Khi cho thêm vào hợp kim những nguyên tố có thế điện cực cao có thể
làm cho điện thế của điện thế cảu hợp kim dịch chuyển về phía
dương hơn và do đó làm cho hợp kim có tính bền nhiệt động với ăn
mòn tốt hơn.
Ví dụ; Hợp kim Fe-Cr với tỉ lệ nguyen tử Cr là 1/8 ( tức khoảng 11,7
%Cr) thì sẽ bền ăn mòn trong axit HN03 với bất kỳ nồng độ nào ở 25
.
-Khả năng thụ động thường liên quan đến bản chất của màng oxit
hình thành trên bề mặt.dựa vaog màng oxit hình thành trên bề mặt
người ta có thể chia kim loại thành các nhóm sau:
- những kim loại có màng oxit hoà tan cả trông axit lẫn kiềm ( ví dụ:
Zn,Al,Pb,Sn) thì tốc độ ăn mòn thay đổi theo pH
- Những kim loại có màng oxit dễ ta trong môi trường axit
( Ca,Mg,Fe,Ni,Cu,Co) thì chúng bền ăn mòn trong môi trường kiềm
- Những kim loại có amngf oxit dễ tan trong môi trường kiềm
( Si,P,Cr,V) chúng bền ăn mòn trong môi trường axit.
3
- - Những kim loại có màng oxit khó tan trong môi trường axit lẫn
kiềm( Pt,Ag,Ti) thì bền ăn mòn trong mọi môi trường , tốc độ ăn mòn
không thay đổi theo pH.
Câu 3: Trình bày ảnh hưởng của môi trường đến quá trình ăn
mòn kim loại? Liên hệ thực tế và cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
a) Ảnh hưởng của độ pH :
Ta bieát raèng hoaï t ñoä cuûa ion hiñro t rong
moâi t röôøng ñöôïc bieåu thò baèng chæ soá ñoä
pH. Với moâi t röôøng axi t th ì pH 7. Ñoä pH cuûa moâi t röôøng coù
theå aûnh höôûng t rö ï c t ieáp hoaëc giaùn t ieáp .
AÛnh höôûng tröïc tieáp: Ñoä pH aûnh höôûng
tröïc tieáp ñeán toác ñoä aên moøn ñieän hoaù
khi ion H + hoaëc OH- tröïc tieáp tham gia vaøo quaù trình
ñieän cöïc.
Neáu taêng noàng ñoä OH- ( hay taêng ñoä pH ) thì seõ
ngaên caûn quaù trình khöû phaân cöïc cuûa phaûn öùng.
Neáu quaù trình catoât khoâng coù söï haáp thuï hay
taïo thaønh H+ hay OH-
VD: Cu++ + e → Cu+ thì ñoä pH khoâng aûnh höôûng
tröïc tieáp ñeán quaù trình catoât.
AÛnh höôûng giaùn tieáp: Ñoä pH coù theå chæ
aûnh höôûng moät caùch giaùn tieáp ñeán toác ñoä aên
moøn, khi thay ñoåi ñoä pH aûnh höôûng ñeán khaû naêng
4
- taïo maøng thuï ñoäng hoaëc hoaø tan saûn phaåm aên
moøn, laøm maát khaû naêng baûo veä cuûa maøng.
Söï phuï thuoäc toác ñoä aên moøn ñieän hoaù vaøo
ñoä pH cuûa moâi tröôøng ñoái vôùi taát caû caùc kim
loaïi ñöôïc chia ra laøm 5 nhoùm:
+ Caùc kim loaïi beàn caû moâi tröôøng axit vaø moâi
tröôøng kieàm (Au, Pt, Ag).
+ Caùc kim loaïi khoâng beàn trong moâi tröôøng axit,
keùm beàn trong moâi tröôøng trung tính, nhöng beàn
trong moâi tröôøng kieàm (Mg, Mn, Fe).
+ Caùc kim loaïi khoâng beàn trong moâi tröôøng axit
nhöng beàn trong moâi tröôøng kieàm (Ni, Co, Cd).
+ Caùc kim loaïi beàn trong moâi tröôøng axit nhöng
khoâng beàn trong moâi tröôøng kieàm (Ta, Mo,W).
+ Caùc kim loaïi beàn trong moâi tröôøng trung tính
nhöng khoâng beàn caû trong moâi tröôøng kieàm laãn
moâi tröôøng axit ( Zn, Al , Cu).
b) Ảnh hưởng của thaønh phaàn vaø noàng ñoä
cuûa dung dòch ñieän ly trung tính.
Toác ñoä aên moøn ñieän hoaù phuï thuoäc vaøo baûn
chaát cuûa dung dòch muoái hoaø tan vaø noàng ñoä cuûa
noù trong dung dòch
Ta xeùt caùc tröôøng hôïp cuï theå sau:
Caùc muoái coù tính oxi hoùa.
Neáu caùc muoái coù tính oxi hoaù coù taùc duïng thuï
ñoäng hoaù kim loaïi nhö muoái clorat, nitrit, cromat … thì
khi taêng noàng ñoä cuûa noù trong dung dòch.
• Caùc muoái thuyû phaân. Caùc muoái thuyû phaân
khi hoaø tan trong nöôùc coù theå taïo thaønh moâi
5
- t r öôøng ki eàm ( nhö m uoái Na 2CO3 ) hoaëc moâi tröôøng
axit nhö muoái AlCl3
• Caùc muoái hoaø tan coù khaû naêng taùc duïng
ñöôïc vôùi kim loaïi, taïo neân caùc saûn phaåm aên moøn
khoù hoaø tan baùm treân ñieän cöïc kim loaïi thì khi
taêng noàng ñoä cuûa noù, toác ñoä aên moøn seõ giaûm
ñi do maøng baûo veä.
• Toác ñoä aên moøn coøn phuï thuoäc vaøo baûn chaát
cuûa caùc catrion vaø anion cuûa dung dòch muoái hoaø
tan
c) ảnh hưởng của nồng độ oxy
- Trong các môi trường ăn mòn, oxy là chất oxy hoá quan trọng
nhất.Ví dụ trong môi trường nước phản ứng catôt quan trọng nhất là:
- Khi tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ oxy hoà tan
trong nước.khi nồng độ oxy tăng thì tốc độ ăn mòn tăng.
- Tuy nhiên oxy củng là nguyên tố giúp cho kim loại được
thụ động ăn mòn vì hầu hết màng thụ động bề mặt là màng
oxit.khi nồng độ oxy vượt quá một giới hạn nào đó thì kim loại
sẽ bị thụ động.
Ví dụ: hợp kim Fe-Cr sẽ bị thụ động khi nồng độ oxy 0.7 ml/
l dung dịch.
d) ảnh hưởng của nhiệt độ:
- Khi tăng nhiệt độ,hoạt tính của kim loại và môi trường tăng
do đó tốc độ ăn mòn tăng. Đối với kim loại sự chênh lệch nhiệt
độ tạo nên sự chênh lệch điện thế gây nên ăn mòn galvanic.
Câu 4: Trình bày ảnh hưởng của các công nghệ vật liệu đến
quá trình ăn mòn kim loại? Liên hệ thực tế và cho ví dụ
minh họa.
6
- Các công nghệ vật liệu làm thay đổi cấu trúc kim loại như:
nhiệt luyện,gia công áp lực,hàn,… đều có ảnh hưởng tới tốc độ
ăn mòn.Tuỳ từng trường hợp cụ thể , tuỳ theo cấu trúc nhận
được mà các ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn khác nhau…
Ví dụ:
Khi tôi latông hai pha sẽ nhận được cấu trúc một pha đồng
nhất ít nhạy cảm với ăn mòn galvanic.kết quả tương tự khi tôi
thép không rỉ autennit ở 1150-1200 .Ngược lại,thép cacbon trung
bình sau khi tôi thì ít nhạy cảm với ăn mòn hơn nhưng sau khi
ram lại trở nên nhạy cảm với ăn mòn.
Câu 5. Trình bày cơ chế ăn mòn galvanic và các phương
pháp phòng chống ăn mòn galvanic? Liên hệ thực tế và cho
ví dụ mình họa.
Ăn mòn galvanic là dạng ăn mòn xảy ra khi có sự chênh
lệch điện thế tạo nên pin ăn mòn.
Ăn mòn galvanic xuất hiện khi có hai hoặc nhiều kim loại có
thế điện cực khác nhau được lắp ghép trên cùng một kết cấu,do
đó chúng có thể tiếp xúc dẫn điện lẫn nhau và cùng nằm trong
môi trường ăn mòn vì thế tạo pin ăn mòn.
a) pin ăn mòn galvanic giữa các kim loại:
Chênh lệch điện thế càng lớn thì ăn mòn galvanic càng mạnh.ví
dụ : giữa điện cực Fe và Pt ( ) chênh
lệch điện thế lớn ,Fe bị ăn mòin càng mạnh.
- Ngoài ảnh hương của điện thế tiêu chuẩn còn có ảnh
hưởng của môi trường , ảnh
hưởng của màng thụ động…được đặc trưng bằng điện thế ăn
mòn hay điện thế ổn định của kim loại trong dung dịch.
- nước biển dẫn điện tốt là môi trưòng cần đặc biệt chú ý tới
7
- dạng ăn mòn galvanic.
b) Pin ăn mòn galvanic giữa hạt tinh thể và biên giới hạt :
Sự khác nhau về thành phần, cấu trúc của hợp kim ở các vị trí
khác nhau có thể là nguyên nhân gây nên ăn mòn.các pin ăn mòn
galvanic có thể hình thành giữa:
- hạt tinh thể và biên giới hạt
- giữa các hạt tinh thể;
- giữa kim loại và tạp chất
Đối với hầu hết kim loại vầ hợp kim, biên giới hạt thường có
hoạt tính cao hơn so với nền kim loại cho nên bị ăn mòn.
c) Pin ăn mòn galvanic giữa các pha trong vật liệu ki loại đa
pha:
Thông thường hợp kim một pha bền ăn mòn hợp kim đa pha ,vì
trong hợp kim đa pha ,vì trong hợp kim đa pha ,có thể hình thành
các cặp pin ăn mòn galvanic giữa các pha có điện cực ổn định
khác nhau
Ví dụ: ăn mòn gang xám
cấu trúc điển hinh của gang xám peclit gồm graphit màu đen trên
nền peclit , do đó hình thành pin ăn mòn galvanic có catot là
graphit và anot là nền kim loại peclit.nền peclit bị ăn mòn hoà tan
vào dung dịch để lại graphit ,ta nói gang bị ăn mòn thoát graphit.
d) Phòng chống ăn mòn galvanic :
- Tránh sử dụng các kim loại hoặc hợp kim có điện thế ăn
mòn chênh lệch nhau.
- Cách điện các kim loại với nhau,trong trường hợp bắt buộc
phải sử dụng các kim loại trong một hệ thống chung,nên
cách điện các chi tiết tránh tạo pin ăn mòn galvanic.
- giữ tỉ lệ diện tích thích hợp trên nguyên tắc tăng diện tích
8
- bề mặt cuả kim loại hoặc hợp kim có điện thế ăn mòn âm
hơn để lượng ăn mòn trải đều trên bề mặt lớn sẽ ít nguy
hiểm hơn.
- bảo vệ catôt , khi nối chi tiết với cực âm làm san bằng
điện thế ăn mòn của kim loại khác nhau.
- nhiệt luyện tạo ra cấu trúc một pha nếu có thể.
Câu 6: Các dạng ăn mòn do chênh lệch nồng độ oxy thường
gặp, biện pháp phòng chống? Liên hệ thực tế, cho ví dụ
minh họa.
a) ăn mòn khe:
Khe hở giữa các mặt bích, các joăng , đệm ,các mối ghép bằng
đinh tán,trong quá trình làm việc do chênh lệch nồng độ oxy , ở nơi
nằm sâu trong khe hẹp oxy không khuếch tán tới được nên bị ăn
mòn.
b) Ăn mòn ở dạng kín nước
Lớp nước trên bề mặt giàu ôxy ,lớp nước sát phía dưới nghèo
oxy , do đó vật liệu bị ăn mòn tại vùng nghèo oxy theo cơ chế
chênh lệch nồng độ oxy.
c) Ăn mòn chân chim dưới lớp sơn
Ăn mòn chân chim ít gây tai hại , song lâu ngày có thể phát triển
phá huỷ từng mãng sơn và khởi đầu cho các dạng ăn mòn nguy
hiểm khác. Ăn mòn chân chim thường khởi đầu ở các phần lõm
trên bề mặt không được tẩy sạch trước khi sơn,do đó còn đọng lại
9
- một lớp gỉ xốp hấp thụ các tạp chất,các muối hoạt tính còn đọng
lại từ dung dịch làm sạch.kim loại phía dưới bị oxy hoá tạo thành
oxit trương phồng lên làm phá huỷ màng sơn phía trên.nước và oxy
chui qua vùng sơn bị phá huỷ nứt nẻ tạo nên cơ chế ăn mòn do
chênh lệch nồng độ oxy.Vùng tâm lớp gỉ nghèo oxy hơn ngoài biên
nen bị ăn mòn
d) Ăn mòn vùng lắng đọng
Lớp cát bùn tạp chất lắng đọng trên bề mặt cản trở oxy
khuếch tán tới tạo lớp thụ động bề mặt gây nên ăn mòn do lắng
đọng.dạng ăn mòn này thường gặp ở các kết cấu cố định,song
củng có thể gặp ở tàu neo đậu lâu ngày ở vùng nước bẩn lâu tù
đọng không được thường xuyên vệ sinh
e) Ăn mòn lổ
dạng ăn mòn này thường xảy ra đối với các kim loại và hợp
kim có tính thụ động ăn mòn như: Fe,Cr,Al,Ni….các thép không gỉ
trong môi trường các anion , … bị ăn mòn cục bộ dẫn đến
tạo ra các lổ. Ở vùng đáy lổ nghèo oxy do đó bị ăn mòn và là
anot,các vùng khác là catot.Do hiện tượng điện li,các anion di
chuyển đến anot gây nên hiện tượng tập trung anion ở vùng
đáy lổ , làm mất khả năng tái thụ động,do đó ăn mòn tăng lên.
f) Biện pháp phòng chống
- Dung đệm,sơn bít kín khe không cho dung dịch vào
- dụng hàn thay cho các mối ghép dung đinh tán
10
- - dung cao su hoặc chất dẽo cuốn chặt che kín nơi xảy ra ăn mòn
vùng mím nước
- cọ rữa sạch nơi lắng đọng.
Câu 7 Trình bày các nguyên tắc khi thiết kế kết cấu hợp lý để
bảo vệ chống ăn mòn vật liệu? Liên hệ thực tế và cho ví dụ
minh họa.
Thiết kế kết cấu có ý nghĩa quan trọng trong việc chống ăn mòn
vật liệu.Người thiết kế phai phân tích điều kiện làm việc của từng
modum,từng chi tiết trong kết cấu mà lựa chọn vật liệu thoả mãn,
đồng thời yêu cầu về cơ tính, yêu cầu tính công nghệ,tính chất
điện,từ,tính chất nhiệt.Một vài nguyên tắc khi thiết kế:
+) lập bảng cho phép thâm nhập của môi trường cho từng chi tiết
với độ bền cơ học cho phép và chiều dày xác định.chi tiết này cần
đặc biệt quan tâm khi thiết kế các đường ống,bể chứa chất lỏng.
+) Thay các mối ghép đinh tán bằng hàn để loại trừ ăn mòn
khe.Nếu buộc phải dung đinh tán thì chọn vật liệu làm đinh tán,có
thế điện cực ổn định cao hơn vật liệu cần ghép.
+) Chọn vật liệu cho kết cấu bằng cùng loại vật liệu hoặc các
loại vật liệu ít chênh lệch điện thế để tránh ăn mòn galvanic.nếu
có các cặp pin ăn mòn galvanic trong kết cấu thì phải tìm cách cách
điện giữa chúng.
+) thiết kế không tạo ưng suất kéo,không tập trung ứng suất ở các
chi tiết ngập sâu trong môi trường ăn mòn , nhằm tránh ăn mòn ứng
suất.Biện pháp này đặc biệt chú ý khi sử dụng thép không gỉ,củng
11
- như các vật liệu nhạy cảm với ăn mòn ứng suất trong môi trưòng
cụ thể đó.
+) Tránh tạo các đường ống gấp khúc đột ngột, đột thu hoặc đột
mở để dòng chảy không tạo xoáy,không gây ăn mòn xói mòn.
+) thiết kế các thùng ,bể chứa, đường ống dẫn phải làm
sạch,chảy hết,không óc vùng tụ đọng để tránh tạo ăn mòn do chênh
lệch nồng độ oxy.
+) thiết kế hệ thống phải dễ bảo dưỡng thay thế khi cần thiết.Ví
dụ máy bơm hoá chất thì cánh và thân bơm phải dễ thay thế vì nó
tiếp xuc với hoá chất
+)thiết kế hệ thống nhiệt phải đảm bảo tổn thất nhịêt ít,song
không được quá tập trung chổ xung yếu.
+)kết cấu phải hợp lí đáp ứng nhu cầu sản xuất, dể áp dụng các
phương pháp bảo vệ chống ăn mòn: dễ sơn hoặc áp dụng các lớp
bảo vệ khác có chất lượng tốt và đồng đều,không đọng nước.
Câu 8: Kể tên các phương pháp xử lý bề mặt để chống ăn mòn
cho vật liệu? Theo bạn thì phương pháp nào được sử dụng thông
dụng nhất hiện nay, tại sao?
Các công nghệ xử lí bề mặt đề cập ở đây là các công nghệ
nhằm tạo ta các lớp phủ có tác dụng chống ăn mòn.Ngày nay,có rất
nhiều lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn đang được sử dụng như:
bảo vệ ngắn hạn
12
- + photphat và cromat hoá bề mặt
- phủ kim loại bằng công nghệ nhúng trong kim loại nóng chảy.
+ tạo lớp phủ kẽm (Zn)
+ tạo lớp phủ nhôm (Al)
+ tạo lớp phủ thiếc (Sn)
+ tạo lớp phủ chì( Pb)
- phun phủ bề mặt
+ phun vật liệu bột nóng chảy
+ phun plasma
- tạo lớp phủ bằng công nghệ hoá học
+ tạo lớp phủ Niken
+ tao lớp oxy hoá và nhuộn đen bề mặt kim loại
- tạo lớp phủ bằng công nghệ điện hoá
+ anot hoá nhôm và hop ;]kim nhôm
+ tạo lớp phủ kim loại bằng công nghệ mạ điện
- bảo vệ bằng các lớp sơn
13
- b) theo em thì phương pháp phủ kim loại bằng công nghệ nhúng
trong kim loại nóng chảy được sử dụng thông dụng nhất hiện
nay.vì:
Công nghệ này thực hiện đưa chi tiết cần phủ vào kim loại
lỏng , giữ ở đó một thời gian để quá trình khuếch tán và tạo
thành lớp phủ.do đặc điểm này công nghệ thường tạo lớp phủ
kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp lên chi tiết bằng kim loại
có nhiệt độ chảy cao.Thông thương phủ kẽm, lớp bám chiếm
khoảng 50% tổng chiều dày.Khi tăng nhiệt độ bể kẽm lên thì
lớp bám càng mỏng và lớp khuếch tán càng dày lên.Nhiệt độ bể
kẽm thương trong khoảng 450 - 480 .Nếu nhiệt độ thấp quá thì
lớp phủ thô nhám, không đều ,tiêu hao kẽm lớn.
C âu 9:Trình bày hiểu biết của mình về phương pháp phủ kim
loại bằng công nghệ nhúng trong kim loại nóng chảy? Cho ví dụ
minh họa.
Ngày nay sử dụng lớp phủ kim loại để bảo vệ vật liệu
là biện pháp tối ưu nhất.Phương pháp này được thực hiện bằng
cách nhúng kim loại trong kim loại nóng chảy.Kim loại thường
dung là Al,Zn,Sn,Pb…v…v. được phủ lên các chi tiết
bằng thép,hợp kim Niken…Công nghệ thương phủ kim loại có
nhiệt độ nóng chảy thấp lên kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao
hơn nhằm tạo lớp màng bảo vệ.
Trong trương hợp này nên dung lớp phủ Al.
Người ta sử dụng phương pháp kéo liên tục.Phôi được
nung nóng trong môi trường phân huỷ.Nhiệt độ môi trường
là 720 ,lượng nhiệt tích của phôi đảm bảo giử nhiệt cho bể
muối nóng chảy và nhúng kẽm.Khi tạo lớp phủ bằng công nghệ
kéo nén liên tục, do thời gian nhúng ngắn ( giây), để cải thiện
14
- tính bám dính của lớp phủ, người ta cho vào bể kẽm một lượng
nhôm ( 0,1 -0,2%).Bể kẽm khi nhúng ,chi tiết thép thường bị hoà
tan sắt vào. Sắt là tạp chất có hại vì làm xấu tính chất của lớp
phủ, do đó cần định kì khử sắt hoặc bổ sung lượng kẽm mới để
khống chế hàm lượng sắt không vượt quá 0.05 %.Nhôm có tác
dụng làm giảm hoà tan sắt vào bể kẽm, cải thịên tính bám dính
của lớp phủ.
Thông thương phủ kẽm, lớp bám chiếm khoảng 50% tổng
chiều dày.Khi tăng nhiệt độ bể kẽm lên thì lớp bám càng mỏng
và lớp khuếch tán càng dày lên.Nhiệt độ bể kẽm thương trong
khoảng 450 - 480 .Nếu nhiệt độ thấp quá thì lớp phủ thô nhám,
không đều ,tiêu hao kẽm lớn.
C âu 10: Trình bày hiểu biết của mình về phương pháp tạo lớp
oxy hóa và nhuộm đen bề mặt kim loại? Cho ví dụ minh họa.
Các lớp oxy hoá và nhuộm màu có tác dụng thụ động ăn mòn
và trang trí
Phương pháp nhuộm đen cổ điển hay dùng là nung chi tiết lên 350-
450 rồi làm nguội trong dầu khoáng vật.bề mặt chi tiết được phủ
một lớp oxit và hợp chất màu đen.
Oxy hoá và nhuộm đen được tiến hành trong dung dịch kiềm
tính :800 g/l NaOH + 50 g/l NaNO3 + 200 g/l NaNO2,nhiệt độ 135-
1400C,thời gian từ 20 – 90 phút hoặc dung dịch oxy hoá nhanh chứa : (6-
10) g/l + (2-3) g/l KMn + ( 20-80) g/l Ba( + (2-4) g/l Zn(N
,nhiệt độ khoảng 95 ,thời gian 10-15 phút.
Oxy hoá và nhuộm đem thép mạnh nhất trong hổn hợp muối nóng
chảy tỉ lệ 1:1 của
15
- KN + KN hoặc NaN + NaN và 5% NaOH,nhiệt độ 310 - 350
.Sau đó rữa sạch trong nước lạnh rồi nước nóng có pha them 2% xà
phòng bột để trung hoà và cuối cùng rữa sạch trong nước nóng.
Câu 11: Trình bày hiểu biết của mình về phương pháp tạo các
lớp phủ kim loại bằng công nghệ mạ điện? Cho ví dụ minh họa.
Tr ả lời:
Mạ điện là phương pháp được sử dụng rộng rải để bảo vệ
thép.Lớp mạ bền đẹp bám dính tốt đồng thời đảm bảo một số tính
chất tốt của kim loại.Nếu chỉ cần bảo vệ chống ăn mòn thì có nhiều
kim loại khác tốt hơn,rẻ tiền hơn,song chúng không thể thay thế được
kim loại trong một số trương hợp như làm việc ở nhiệt độ cao,dẫn
điện, dẫn nhiệt tốt.vì vậy lớp mạ điện vẫn được nhiều người quan
tâm.
Hầu hết lớp mạ điện có thể áp dụng cho hầu hết các kim
loại.
Người ta có thể sử dụng các chất mạ như:
- Lớp mạ nhôm
- Lớp mạ Cd
- Lớp mạ đồng
- Lớp mạ Co
- Lớp mạ Cr
- Lớp mạ Pb
- Lớp mạ Sn
C âu 12: Trình bày hiểu biết của mình về bảo vệ chống ăn mòn
vật liệu bằng các lớp sơn?
16
- Lớp sơn trên bề mặt vật liệu có tác dụng chống ăn mòn,
đồng thời tạo độ bóng và màu sắc đẹp, tăng thêm sức hấp dẫn và giá
trị của sản phẩm.Ta biết sơn thong thường chỉ chịu được nhiệt độ 150
cho nên lớp sơn không thể chống ăn mòn ở nhiệt độ cao mà chủ
yếu để chống ăn mòn khí quyển và ăn mòn điện hoá
Một trong những chỉ tiêu quan trọng của lớp sơn là tính dính
bám và khả năng chồng thấm của lớp sơn.Tính dính bám của lớp sơn
do độ nhám bề mặt của chi tiết quyết định. Độ nhấp nhô bề mặt có
được là nho quá trình phun cát làm sạch, xử lý hoá học để tẩy sạch và
tạo lớp ăn chân như Crôm hoá, phôtphat hoá….
Hiện nay người ta chưa chế tạo được loại sơn đáp ứng được
mọi nhu cầu trên như: bám dính, chống ăn mòn,chống thấm,tạo màu
sắc…..mà giá thành lại chấp nhận được.Nên người ta thường sử dụng
nhiều lớp sơn khác nhau.Mổi hệ thống sơn thường gồm ba lớp chính:
- Lớp lót : tác dụng chủ yếu là tạo độ bám dính
- Lớp trung gian : có tác dụng tăng độ bền và chống thấm
- Lớp mặt : tạo độ bong ,tạo màu sắc ,phần nào chống thấm
và tác dụng của tia nắng và bề mặt sơn.
Câu 13: Khái niệm về phương pháp bảo vệ điện hóa? Có mấy
cách để bảo vệ ăn mòn điện hóa? Nêu ví dụ từng cách.
Trả lời
Kết cấu kim loại chỉ có thể ăn mòn điện hoá khi chúng nằm
trong môi trường điện ly(nước,.. đất).khi đó bề mặt kết cấu kim loại
được chia làm 2 vùng:vùng catot không xảy ra ăn mòn và vùng anot-bị
ăn mòn.Các phương pháp bảo vệ điện hoá là các phương pháp giúp
bảo vệ anot khỏi bị ăn mòn điện hoá.
Các phương pháp bảo vệ điện hoá:
17
- a) bảo vệ catot
bảo vệ catot là làm giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn quá trình ăn
mòn kim loại nhờ phân cực catot kim loại bằng dòng điện ngoài
hoặc nối chúng với một anot hi sinh.
Ví dụ:khi chống ăn mòn điện hoá ở vỏ tàu người ta thường hàn
them vào vỏ tàu một tấm kẽm (zn).sau một thời gian làm việc
trong môi trường nước biển thì tấm kẽm bị ăn mòn còn vỏ tàu
thì không sao.
b) bảo vệ catot bằng protector
kim loại cần được bảo vệ được nối với kim loại khác có thế
điện cực âm hơn.kim loại có thế điện cực âm hơn đuợc gọi là
anôt hi sinh hay protector.các protector thường được cấu tạo từ
Zn,Ag,Mg hay các hợp kim của chúng.
Ví dụ; vật liệu protector điển hình dùng để bảo vệ các công
trình bằng thép là magie,kẽm,nhôm và các hợp kim của chúng.
c) bảo vệ catot bằng dòng ngoài
khi nối kim loại cần bảo vệ với catot của nguồn điện để hạ
điện thế cua kim loại xuống dưới điện thế cân bằng của quá
trình oxy hoá kim loại thì tốc độ ăn mòn bằng không.kim loại
được bảo vệ hoàn toàn. điện thế và dòng điện sử dụng để bảo
vệ hoàn toàn kết cấu được gọi là điện thế và dòng điện bảo vệ.
d) bảo vệ anot
18
- nguyên lí bảo vệ anot khác hẳn nguyên lí bảo vệ catot.trong bảo
vệ anot điện thế ăn mòn được tăng lên sao cho nó nằm trong khu
vực thụ động của đồ thị pourbaix.phương pháp bảo vệ anot chỉ
áp dụng với những kim loại có thể bị thụ động
Câu 14: Trình bày các yếu tố ảnh hưởng tới ăn mòn ứng suất?
Liên hệ thực tế và cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
+) ảnh hưởng của ứng suất
Ứng suất nén có tác dụng hạn chế chống ăn mòn ứng suất.Chỉ có
ứng suất kéo có tác dụng thúc đẩy ăn mòn ứng suất,do đó các thùng
chứa vết nứt do ăn mòn ứng suất chỉ phát triển ở mặt ngoài nơi chịu
ứng suất kéo. để làm giảm tác hại của ăn mòn do ứng suất,người ta
có thể tạo ứng suất nén dư ở mặt ngoài bằng phun bi hoặc phun cát.
+) ảnh hưởng của thời gian
Theo thời gian ăn mòn ứng suất trải qua các giai đoạn khác nhau:
. Giai đoạn ủ bệnh: ở giai đoạn này chưa xảy ra điều gì, thường
không xác định được thòi gian ủ bệnh dài bao lâu vì nó chịu ảnh
hưởng của nhiều yếu tố bên trong và bên ngoài,nhưng khi kết thúc lại
rất đột ngột.
. Giai đoạn phát triển : ở giai đoạn này tốc độ phát triển có thể nhanh
chậm khác nhau tuỳ thuộc vào môi trường, độ lớn, đặc điểm ứng
suất.
19
- . thời gian ảnh hưởng tới độ lớn và sự phân bố ứng suất bên trong do
đó mà ảnh hưởng đến sự ăn mòn do ứng suất.
+ Môi trường nhạy cảm với ứng suất
Mổi vật liệu chỉ nhạy cảm với một môi trường ăn mòn , do đó ăn mòn
ứng suất chỉ xuất hiện trong các môi trường mà vật liệu bị ăn
mòn,hơn nữa sản phẩm của ăn mòn dễ xuất hiện và phát triển vết nứt
chịu ứng suất
Các môi trường nhạy cảm với ứng suất thường gặp là dung dịch
muối clorua hoà tan oxy,Nước ăn được khử trùng bằng clo.trong
ngành chế biến sữa sau khi xử lí ở nhiệt độ trên 50 và tiệt trùng sữa
bằng clo,trong sữa tươi bao giờ củng còn một lượng nhỏ anion ,do
đó các bể,thùng chế biến sữa bằng thép không gỉ austenite đều bị ăn
mòn ứng suất.
+) ảnh hưởng của thành phần hoá học của vật liệu
Các nguyên tố hợp kim có trong thép trước tiên là niken, nguyên tố
hợp kim quan trọng trong thép không gỉ austenite.khi tăng hàm lượng
Ni thì tuổi thọ của chi tiết tăng.thực tế tăng hàm lượng Ni lên trên
25% thì giá thành của thép rất cao và thép trở thành hợp kim cơ sở Ni.
ảnh hưỏng của cacbon nói chung làm tăng nhạy cảm của thép đối với
ăn mòn ứng suất nhưng việc làm giảm hàm lượng cacbon xuống dưới
0.5- 0.21 % rất khoa và tốn kém.
Các nguyên tố khác như Nb làm tăng ăn mòn ứng suất.Mo với hàm
lượng dưới 1.5 % làm tăng ăn mòn ứng suất nhưng trên 4.3 % lại làm
gảim ăn mòn ứng suất.
20
nguon tai.lieu . vn