Đang tải... (xem toàn văn)
TIỂU LUẬN ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU ĐỀ TÀI Ăn mòn chân chóng xe máy Vật liệu là thép xây dựng và trong môi trường không khí gần biển
TIỂU LUẬN ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU GVHD: Ths.Lê Văn Bình SVTH: Trần Minh Hiếu MSSV: 50130363 Lớp : 50ĐT1 Khoa : Kỹ Thuật Tàu Thủy ĐỀ TÀI: Ăn mịn chân chóng xe máy Vật liệu thép xây dựng mơi trường khơng khí gần biển Mục lục: Lời nói đầu I Tên vật liệu: …………………………………………1 Ứng dụng thưc tế…………………………………….3 Khả thích nghi, khả thay thế…………… Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam hay ký hiệu khác II Cấu trúc tổ chức vật liệu…………………………… III.Phương pháp tạo vật liệu thực tế…… Phương pháp kiểm tra, đánh giá vật liệu…………….10 Phương pháp kiểm tra……………………………….11 Phương pháp đánh giá……………………………… 12 I Cơ chế ăn mòn biện pháp chống ăn mòn…….15 Cơ chế ăn mòn……………………………………… 17 Biện pháp chống ăn mòn II Bảo vệ, bảo hành vật liệu……………………… 21 III Giải rác thải sau sử dụng…………… 22 IV Đề xuất………………………………………… 23 LỜI NÓI ĐẦU Ăn mòn kim loại tượng phá hủy vật liệu kim loại tác dụng hóa học tác dụng điện hóa kim loại với mơi trường bên ngồi Việc chống ăn mịn kim loại vấn đề cấp bách mặt kinh tế công nghệ Hiện nay, khoảng 25% lượng thép sản xuất hàng năm dùng để thay cho thiết bị bàng thép bị han rỉ Có nhiều phương pháp để chống ăn mịn kim loại, biện pháp sơn chống gỉ phổ biến Trong tiểu luận ta sâu nghiên cứu cấu tạo biện pháp chống ăn mòn chân chống xe máy làm thép xây dựng I Tên vật liệu: thép cacbon hợp kim thấp * ứng dụng thực tế: Thép cacbon hợp thấp sử dụng phổ biến ngành chế tạo máy, xe hơi, xe tải, cần trục, cầu cơng trình xây dựng địi hỏi cường độ chịu lực lớn, mơi trường nhiệt độ thấp * Khả thích nghi: hầu hết tất môi trường * Khả thay thế: dùng nhiều vât liệu khác inox, nhựa polyme… để thay * Ký hiệu theo TCVN: II Cấu trúc tổ chức vật liệu Thép hợp kim thấp có độ bền cao gọi chứa lượng Một loại chứa có 0,15% C, 1,65% Mn, 50 ºC Oxy hịa tan loại bỏ học hóa học Đuổi khí học bao gồm gia nhiệt đến nhiệt độ gần nhiệt độ sôi nước để giảm độ tan oxy cho khí khác lội ngược dịng để đẩy oxy khỏi nước Đuổi khí hóa học thực nhờ phản ứng natri sunphit hydrazin với oxy Na2SO3 + ½O2 → Na2SO4 (5) N2H4 + O2 → N2 + 2H2O (6) Phản ứng hydrazin tạo chất bay hơi, khơng gây tích tụ hệ thống, nhiên phản ứng xảy với tốc độ đáng kể nhiệt độ lớn 300 ºC *CO2 CO2 từ khơng khí có ảnh hưởng đáng kể đến pH tạo vảy không tan bề mặt H2CO3 tạo thành từ hòa tan CO2 chất ăn mịn trung bình sản phẩm ăn mòn FeCO3 thường chất bảo vệ bề mặt * Độ ẩm Độ ẩm điều kiện cần thiết cho ăn mịn khí định ngưng tụ nước Nước ngưng tụ đọng lại bề mặt kim loại tạo thành dung dịch điện ly (khi có mặt muối hịa tan) làm cho phản ứng ăn mịn xảy Độ ẩm tuyệt đối lượng nước chứa m3 khí, cịn độ ẩm tương đối tỉ lệ lượng nước chứa m3 khí điều kiện khảo sát lượng nước m3 khơng khí bảo hịa nước áp suất nhiệt độ Độ ẩm tương đối tính theo tỉ lệ áp suất nước riêng phần áp suất nước bảo hòa (áp suất nước trạng thái cân với nước nhiệt độ áp suất cho trước) Theo lý thuyết, ngưng tụ xảy độ ẩm tương đối đạt đến 100%, nhiên số trường hợp ngưng tụ xảy dù độ ẩm tương đối nhỏ 100% Hiện tượng xảy nhiệt độ kim loại thấp nhiệt độ mơi trường, bề mặt kim loại có muối bề mặt có lỗ xốp Độ ẩm điều kiện cần chưa đủ Ngay môi trường ẩm, bề mặt sạch, không nhiễm bẩn đặt khơng khí khơng nhiễm bị ăn mòn với tốc độ tương đối thấp * Các chất ô nhiễm Các chất ô nhiễm làm gia tăng ăn mịn khí tăng tính chất dung dịch điện ly tăng độ ổn định lớp màng nước ngưng tụ từ khí SO2, chất ô nhiễm thường gặp, hấp thu lớp nước bề mặt tạo H2SO4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mịn thép cacbon khí Khi khơng có SO2, lớp sản phẩm ăn mịn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mịn thấp Khi có mặt SO2 lớp màng có tính bảo vệ nên tổn thất khối lượng tăng theo thời gian Do chất gây nhiễm SO2, NO2, Cl¯, F¯… hòa tan vào lớp nước bề mặt tạo mơi trường axít gây ăn mịn kim loại Trong khí chứa 0,01% SO2, tốc độ ăn mòn thép cacbon tăng nhanh độ ẩm lớn độ ẩm tới hạn (60%) Tốc độ ăn mịn thấp khơng có SO2 dù độ ẩm đạt gần 100 % Hiện tượng sản phẩm ăn mịn FeSO4 tạo thành có tính hút ẩm, hấp thu nước độ ẩm tương đối vượt qua mức độ ẩm tới hạn Các sản phẩm ăn mòn hút ẩm, muối khác kết tủa từ khí quyển, làm giảm độ ẩm tương đối cần thiết để gây ngưng tụ nước Sự có mặt màng nước dẫn đến tăng thời gian thấm ướt làm tăng mức độ ăn mòn Chỉ độ ẩm tương đối thấp giá trị tới hạn ứng với loại muối tạo thành màng nước bị loại trừ ăn mòn giảm đến mức thấp * Lớp muối phủ hút ẩm, tạo gỉ ăn mòn thép + Lớp muối phủ chuyển thành dung dịch không màu, không ăn mịn + Lớp muối phủ khơ, khơng ăn mịn Từ bảng trên, ăn mòn thấp độ ẩm tương đối thấp RHcrit NaNO2 hút ẩm, lại chất ức chế nên không tuân theo quy luật * Nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng khác đến ăn mịn khí Nhiệt độ khơng khí bình thường giữ tốc độ ăn mịn tương đối thấp làm tăng ngưng tụ màng nước bề mặt dẫn đến tăng ăn mịn Việc phơi ngồi ánh sáng mặt trời làm tăng nhiệt độ sấy khô bề mặt dẫn đến giảm ăn mịn Do bề mặt che phủ thường bị ăn mòn nhanh bề mặt phơi nắng trực tiếp Sự kết hợp độ ẩm cao, nhiệt độ trung bình cao có mặt chất ô nhiễm công nghiệp muối biển mang theo khơng khí làm tăng tốc độ ăn mịn khí Do tốc độ ăn mịn cao vùng biển nhiệt đới bán nhiệt đới Thiếu yếu tố tốc độ ăn mòn thấp * Thép hợp kim thấp độ bền cao Thép hợp kim thấp độ bền cao (High-strength low-alloy, HSLA) có chứa vài % Cu, Cr, Ni, Si P khơng có độ bền cao mà cải thiện đáng kể độ bền ăn mòn khí Cu đóng vai trị việc nâng cao độ bền ăn mòn, nguyên tố khác tăng cường tác dụng có lợi Cu môi trường Các nguyên tố làm cho màng sản phẩm ăn mịn bề mặt sít chặt, lỗ xốp hơn, dẫn đến bề mặt che kín khơng cho tác chất ăn mịn xâm nhập sâu * Cơ chế điện hóa Khi phơi ngồi khơng khí khơ ẩm, thép tạo thành màng oxýt mỏng bao gồm lớp bên oxýt sắt từ, Fe3O4 (FeO.Fe2O3), bên lớp gỉ FeOOH Fe oxýt sắt từ dạng Fe2+ (FeO) Fe3+ (Fe2O3) Các vết nứt lớp gỉ FeOOH cho phép oxy từ khí dễ dàng xâm nhập oxy hóa hồn tồn oxýt sắt từ thành dạng hydrat Fe2O3.H2O FeOOH (Fe2O3.H2O = 2FeOOH) Các lỗ xốp oxýt sắt từ làm đầy nước ngưng tụ sản phẩm ăn mịn khơng tan Do lớp oxýt sắt từ có tính bảo vệ mơi trường nước khơng nhiễm Khơng khí xung quanh thường chứa lượng SO2, chất phản ứng với nước oxy hòa tan để tạo H2SO4 lỗ xốp, dẫn đến phản ứng hòa tan phần màng oxit tạo thành FeSO4 Muối bị thủy phân cung cấp thêm mơi trường axít, làm cho màng oxit dễ hòa tan hơn, mở rộng lỗ xốp oxit sắt từ cho phép dung dịch điện ly thâm nhập dễ dàng vào bề mặt kim loại Ngồi FeSO4 cịn chất hút ẩm, hấp thu nước từ khí làm tăng tốc độ ăn mòn độ ẩm lớn độ ẩm tới hạn Cơ chế điện hóa q trình minh họa hình sau Phản ứng anốt hịa tan sắt xảy lớp oxýt sắt từ Fe3O4 Fe → Fe2+ + 2e Ion Fe2+ dung dịch bảo hòa (hoặc gần bảo hòa) nằm lỗ xốp Fe3O4 phản ứng với oxy phía ngồi lớp Fe3O4 để tạo thêm Fe3O4 Fe2+ + OH¯ + ½ O2 → Fe3O4 + H2O Phản ứng khử catốt FeOOH + Fe2+ + 2e → Fe3O4 + H2O Fe3+ gỉ FeOOH bị khử thành Fe2+ Fe3O4 bề mặt tiếp xúc hai pha Oxy khí xâm nhập ngang qua vết nứt lớp gỉ oxy hóa Fe3O4 trở lại thành gỉ Fe3O4 + 0,75 O2 + 4,5 H2O → FeOOH http://www.ebook.edu.vn 59 Một lượng sunphát không tan kết tủa lớp oxit * Cơ chế tự xúc tác cho phát triển lỗ Các lỗ thường phát triển khống chế hổn hợp (vừa khống chế động học, vừa khống chế khuếch tán) có hình dạng phức tạp Trong trình phát triển lỗ, phản ứng thủy phân xảy phía bên lỗ làm giảm độ pH (thủy phân Fe2+ tạo H+), bề mặt khó trở lại trạng thái thụ động Ngoài ra, điện di ion Cl¯ phía đáy lỗ tác dụng điện trường dẫn đến việc tập trung anion xâm thực lỗ, làm cho vùng bị cơng khó trở trạng thái thụ động Từ lý trên, q trình ăn mịn lỗ q trình tự xúc tác: tạo thành lỗ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển lỗ 5.2 Biện pháp chống ăn mịn Ăn mịn khí khống chế cách dùng lớp phủ hợp kim hóa Thơng thường, phân tích kinh tế hệ lớp phủ thép cacbon rẻ tiền tốt hợp kim chịu ăn mịn, khơng phủ, mắc tiền Tuy nhiên, vẻ ngồi trang trí chi phí bảo dưỡng quan trọng thép khơng gỉ hợp kim niken vật liệu thích hợp chống ăn mịn khí tốt Nếu bề mặt bị che khuất khơng cần ý tới vẻ ngồi, việc gia tăng bề dày để bù trừ cho ăn mịn biện pháp tốn độ ăn mịn tuổi thọ thiết bị đặt mơi trường oxy hóa nhiệt độ cao Nhiệt động hóa học cho biết phản ứng (2), (3), (4) xảy điều kiện cho trước Do điều chỉnh điều kiện để ngăn ngừa oxyhóa q trình ủ, xử lý nhiệt trình nhiệt độ cao khác Tuy nhiên nhiệt động hóa học lại khơng thể cho biết tốc độ phản ứng VI Bảo vệ, bảo hành vật liệu: Thép vật liệu dễ bị ăn mịn tác dụng vật lý, hóa học mơi trường Do phải bảo quản nơi khô ráo, tránh đặt đất Kho chứa thép phải cao ráo, thống, khơng dột, khơng hắt mưa Thép kho phải xếp riêng từng loại Thép bó thành từng bó xếp giá Thép sợi cuộn thành cuộn Thép lưới cuộn để phẳng Khi sử dụng thép phải sử dụng loại, làm gỉ, dầu, mơ (nếu có) Trong trình sử dụng, thép loại vật liệu dễ bị ăn mòn, dạng ăn mòn phổ biến ăn mịn hố học ăn mịn điện hố Để bảo vệ vật liệu thép cho kết cấu áp dụng số biện pháp sau: Cách ly kim loại với môi trường lớp sơn chống gỉ, số trường hợp đặc biệt dùng lớp sơn phủ phi kim loại (men, thuỷ tinh, chất dẻo) lớp phủ kim loại (mạ kẽm) từ sản xuất Trong năm gần người ta dùng phương pháp bảo vệ kim loại hiệu quả: phương pháp sử dụng “chất cản”-cho vào môi trường để tạo nên màng chống ăn mỏng bề mặt kim loại Thí dụ dùng dầu Natri K2CrO2, Na2CO3 làm chất cản hoà tan vào nước VII Giải rác thải sau sử dụng Thiếc kẽm sử dụng lớp mạ bảo vệ thép chống lại tác động môi trường Thép mạ (tráng) thiếc sản phẩm sử dụng phổ biến công nghiệp thực phẩm Nhưng lớp thiếc tráng khơng có lợi cho việc tái chế thép, nấu chảy thiếc tan vào thép tách Nếu thép mạ kẽm chứa đồng ảnh hưởng có hại thép trình tái chế tăng Hiện người ta giải vấn đề cách dùng KOH nóng để hoà tan loại bỏ thiếc trước nấu chảy thép, phối trộn thêm sắt không chứa thiếc để giảm hàm lượng thiếc Tuy nhiên, quy trình loại bỏ áp dụng lớp thiếc mạ lại bị lớp polyme phủ D.J.Fray nghiên cứu q trình clo hóa loại bỏ thiếc khỏi thép l300C dạng SnCl4 Kết cho thấy không cần phải loại bỏ lớp polyme trước clo hóa, khí clo lẫn SnCl4 có khả phân tán qua lớp polyme Hơi SnCl4 thu hồi dễ dàng nhờ ngưng tụ Đây hóa chất có giá trị, sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp Phần lớn xe ôtô làm từ thép mạ, kẽm thường có mặt thép phế liệu Cho đến người ta chưa tìm cách loại bỏ kẽm trước nấu thép phế liệu Khi nấu thép phế liệu, kẽm bay kết tụ dạng ZnO bụi lò Bụi chứa ZnO loại độc phải chôn lấp đặc biệt Hiện kẽm vấn đề gây nhiều rắc rối khó giải tái chế kim loại phế liệu Hai phương pháp giải từ trước đến (loại bỏ kẽm trước nấu thép hoà tan kẽm phủ dung dịch kiềm) có hạn chế Nếu xử lý thép mạ 7500C tác nhân clo hóa (Cl2 HCl) mơi trường giàu oxy loại bỏ kẽm khoảng 10 phút, chuyển thành dạng ZnCl2 Sau ZnCl2 ngưng tụ, tinh chế điện phân để tạo kẽm ZnCl2 tinh khiết cao VIII Đề xuất Trước tình hình mơi trường giới nói chung Việt Nam nói riêng vấn đề mơi trường vấn đề nan giải vấn đề rác thải vấn đề mà nước ta gặp rât nhiều khó khăn.trong rác thải từ nghành cơng nghiệp nặng vấn đề mà quan tâm Mà nguyên nhân ý thức người, danh nghiệp Họ thấy lợi ích trước mắt mà không trọng đến vấn đề môi trường Vậy ngun nhân đâu, chế tài xử phạt nhẹ, lỏng lẽo vấn đề quản lí rác thải,chưa có lt định cụ thể vấn đề này.vậy em có số đóng góp vấn đề sau: Xây dựng tập trung khu xử lý rác thải phân bố điều, đặc biệt khu cơng nghiêp Cần có văn pháp luật cụ thể vấn đề xử lý rác thải Cần có chế tài xử phạt thích đáng sai phạm vấn đề xử lý rác thải Tham gia tuyên truyền vấn đề môi trường …………… THE END……………… ... tốc độ ăn mòn thép Khuấy trộn dung dịch làm tăng độ vận chuyển oxy hòa tan làm tăng tốc độ ăn mòn Các chất hòa tan làm giảm độ tan oxy giảm tốc độ ăn mòn Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ ăn mịn... trình sử dụng, thép loại vật liệu dễ bị ăn mòn, dạng ăn mòn phổ biến ăn mịn hố học ăn mịn điện hố Để bảo vệ vật liệu thép cho kết cấu áp dụng số biện pháp sau: Cách ly kim loại với môi trường lớp... thép bị han rỉ Có nhiều phương pháp để chống ăn mòn kim loại, biện pháp sơn chống gỉ phổ biến Trong tiểu luận ta sâu nghiên cứu cấu tạo biện pháp chống ăn mòn chân chống xe máy làm thép xây dựng