Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ************** NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO NỀN THÉP PHỦ HỢP KIM NHÔM KẼM TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu Giáo viên hướng dẫn : TS Trịnh Anh Trúc Sinh viên thực : Phạm Thị Mão Lớp : K33D – Hóa học HÀ NỘI - 2011 Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .3 Ðại cương ăn mòn kim loại 1.1 Khái niệm ăn mòn kim loại [1] 1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [2] 1.3 Đại cương sơn: 1.3.1 Khái niệm sơn [3]: 1.3.2 Cơ chế hoạt động sơn bảo vệ chống ăn mòn [4] Lớp phủ Zn/Al 10 2.1 Giới thiệu [7] 10 2.2 Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn [8 - 10] 11 2.3 Lớp phủ kết hợp [11 – 14] 12 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 17 Nguyên liệu 17 1.1 Chất tạo màng 17 1.2 Nền kim loại nghiên cứu 18 Các thiết bị dùng để tiến hành thí nghiệm 18 Các phương pháp nghiên cứu 19 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn lớp phủ epoxy polyuretan thép phủ hợp kim Al/Zn 25 Đánh giá tính chất lý màng sơn epoxy polyuretan (PU) 32 KẾT LUẬN CHUNG 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Khóa luận hoàn thành Phòng nghiên cứu sơn bảo vệ chống ăn mòn – Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện khoa học công nghệ Việt Nam Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn tới TS Trịnh Anh Trúc – cán phòng Bảo vệ kim loại – Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Trung tâm khoa học công nghệ Việt Nam, người tận tình hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu hoàn thành khoá luận Em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô giáo giảng dạy khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, anh: anh Vũ, anh Oánh, chị Dương cán phòng Sơn – Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện khoa học công nghệ Việt Nam giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu hoàn thành khóa luận Con xin gửi lời lời cảm ơn tới bố, mẹ người thân gia đình bên động viên khuyến khích suốt trình học tập nghiên cứu khóa luận Cuối xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ trình học tập nghiên cứu khóa luận Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh viên Phạm Thị Mão Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực kinh tế xã hội loài người, kim loại hợp kim đóng vai trò vô quan trọng Nó vật liệu thiếu ngày sử dụng rộng rãi Tuy nhiên ngày người phải đối đầu với vấn đề nghiêm trọng, “Ăn mòn kim loại” Ăn mòn kim loại phá hủy kim loại tương tác hóa học điện hóa học kim loại với môi trường xung quanh Hiện tượng ăn mòn kim loại gây thiệt hại lớn cho kinh tế quốc dân Theo ước tính có tới 10% lượng kim loại sản xuất hàng năm giới bị thiệt hại ăn mòn, tương ứng khoảng – 5%GDP thiệt hại hàng năm kinh tế Theo số liệu thống kê gần đây, thiệt hại ăn mòn kim loại gây Mĩ khoảng 4% GDP, tương ứng với 300 tỉ đôla năm Ngoài thiệt hại trực tiếp mặt vật chất, ăn mòn kim loại gây thiệt hại gián tiếp như: Làm giảm độ bền loại máy móc, thiết bị chất lượng sản phẩm, ăn mòn gây tai họa lớn cho lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa thiết bị tự động… Những thiệt hại gây ăn mòn kim loại gây nghiêm trọng, nghiên cứu tìm kiếm biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại, hạn chế tổn thất ăn mòn gây vấn đề quan trọng quốc gia có Việt Nam Việt Nam quốc gia có khí hậu nhiệt đới: nóng, ẩm, mưa nhiều lại có 3000 km bờ biển Do kinh tế nước ta có quan hệ mật thiết với môi trường, đặc biệt môi trường biển – môi trường có độ xâm thực ăn Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp mòn cao Chính vậy, nghiên cứu trình ăn mòn vật liệu, tìm biện pháp hạn chế tối ưu trình ăn mòn vấn đề cấp thiết, đầu tư nghiên cứu mạnh nước ta Các phương pháp chống ăn mòn kim loại bao gồm việc tác động vào môi trường ăn mòn, phủ lên bề mặt vật liệu lớp phủ bền ăn mòn, bảo vệ catot anot, thụ động hóa bề mặt kim loại…Một biện pháp có hiệu cao để bảo vệ chống ăn mòn kim loại sử dụng lớp sơn phủ hữu cơ, biện pháp cho phép bảo vệ kim loại thời gian dài mà đảm bảo tính thẩm mỹ cao Thông thường lâu trước sơn, kim loại thụ động hóa lớp lót cromat photphat để tạo độ bám dính cao bề mặt kim loại với lớp sơn phủ, đồng thời tăng khả bảo vệ chống ăn mòn Tuy nhiên lớp lót cromat photphat lại gây ô nhiễm môi trường cách nghiêm trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Chính việc nghiên cứu trình ăn mòn vật liệu độc hại có khả chống ăn mòn cao nhà khoa học quan tâm năm gần Do kim loaị có nhiều vai trò quan trọng sử dụng rộng rãi lại dễ bị ăn mòn nên em chọn đề tài: Nghiên cứu lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho thép phủ hợp kim nhôm kẽm Đề tài tập chung nghiên cứu vấn đề sau: + Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn lớp phủ hợp kim Al/Zn + Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn tính chất lý khác số chất tạo màng Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Ðại cương ăn mòn kim loại 1.1 Khái niệm ăn mòn kim loại [1] Ăn mòn kim loại trình phá hủy kim loại tác dụng môi trường xung quanh (môi trường xâm thực) Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng tới trình ăn mòn kim loại chất kim loại, môi trường, công nghệ vật liệu Tùy theo chế phá hủy kim loại mà người ta phân loại ăn mòn kim loại thành: ăn mòn hóa học ăn mòn điện hóa Ăn mòn hóa học xảy phản ứng hóa học kim loại với môi trường xung quanh Trong môi trường nước, kim loại hợp kim bị ăn mòn điện hóa Ăn mòn điện hóa kim loại gồm có ba trình bản: trình catot, trình anot trình dẫn điện Qúa trình anôt trình oxi hóa điện hóa, kim koại chuyển dịch vào dung dịch dạng ion giải phóng điện tử: Me → Men+ + ne Quá trình catôt trình khử điện hóa chất oxi hóa nhận điện tử kim loại ăn mòn giải phóng ra: Ox + ne → Red Trong Red dạng chất khử; Ox dạng chất oxi hóa, thường H+ O2 Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nêú Ox H+ (môi trường axit), phản ứng catot phản ứng giải thoát hydro, xảy sau: H+ + 2e → H2 Nếu Ox O2 (môi trường trung tính) trình catôt phản ứng khử oxy: O2 +2H2O +4e → 4OHTrong trình dẫn điện, điện tử kim loại bị ăn mòn giải phóng di chuyển từ nơi có phản ứng anot tới nơi có phản ứng canot ion dịch chuyển dung dịch Như vậy, kim loại bị ăn mòn xuất vùng catot vùng anot Khi kim loại sắt, sản phẩm tạo thành từ phản ứng anôt catôt sau : Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 Fe(OH)2 phản ứng tiếp với oxy tạo thành gỉ Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3.H2O + H2O Thực tế Fe(OH)2 tan nước, kết tủa bề mặt điện cực đóng vai trò ngăn cách oxy, hạn chế phản ứng catôt giảm ăn mòn sắt Trong khí biển, ion clo Cl- phản ứng với ion sắt Fe2+ tạo thành clorua sắt tan nước thủy phân theo phản ứng : FeCl2 + 2OH- → Fe(OH)2 + Clsau đó, trình tạo gỉ lại tiếp tục Ion Cl- giải phóng lại tiếp tục tham gia vào phản ứng ăn mòn Điều giải thích trình ăn mòn thường khắc nghiệt môi trường khí biển Một tình tương tự quan sát môi trường công nghiệp, nơi khí SO2 tạo thành dạng ion SO42-, có khả làm gia tăng tốc độ ăn mòn ion Cl- : SO2 + H2O + O2 → H+ + SO42- Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Sự ăn mòn kim loại nói chung ăn mòn thép nói riêng gây số tổn tất đáng kể cho kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu quy luật ăn mòn đề xuất phương pháp bảo vệ có ý nghĩa thực tiễn lớn lao 1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [2] Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn ngày người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau, chủ yếu là: - Lựa chọn kim loại hợp kim phù hợp với môi trường - Tách kim loại khỏi môi trường xâm thực việc sử dụng lớp phủ bảo vệ (kim loại hữu cơ) biến tính bề mặt kim loại (phôt phát hóa, crômat hóa ) - Thay đổi tinh chất môi trường xâm thực sử dụng chất ức chế ăn mòn (chất hữu muối) - Sử dụng dòng điện (anôt catôt) Trong thực tế, người ta kết hợp nhiều biện pháp bảo vệ chống ăn mòn để đạt kết tối ưu, ví dụ đưa chất ức chế vào lớp phủ Phương pháp bảo vệ kim loại sử dụng rộng rãi công nghiệp ngăn cách kim loại khỏi môi trường xâm thực lớp phủ bám dính tốt, không thấm kín khít, không bị ăn mòn bị ăn mòn với tốc độ yếu tốc độ ăn mòn cần bảo vệ, có độ bền cao Có nhiều loại lớp phủ ta chia làm ba loại sau: + Lớp phủ kim loại + Lớp phủ phi kim loại +Lớp phủ hữu Trong số lớp phủ, lớp phủ bảo vệ hữu ứng dụng rộng rãi lợi ích kinh tế hiệu cao mà đem lại Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.3 Đại cương sơn: 1.3.1 Khái niệm sơn [3]: Sơn hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi số chất phụ gia khác phủ lên lớp mỏng bám chắc, bảo vệ trang trí vật cần sơn Thành phần sơn bảo vệ gồm: - Chất tạo màng: polyme, đóng rắn tạo thành mạng lưới không gian ba chiều Chất kết dính polyme đóng vai trò cho tính chất hóa lý hệ sơn Yêu cầu polyme phải bám dính tốt lên bề mặt cần sơn nhờ nhóm chức phân cực mạch polyme Thông thường, chất hóa học polyme quy định tên gọi hệ sơn, ví dụ sơn epoxy, sơn alkyd, polyuretan Chất kết dính polyme chia thành hai loại khác nhau: cấu tử hai cấu tử -Chất độn: loại bột không tan có vai trò gia cường tính chất màng Sự có mặt chất độn cho phép tối ưu hóa độ chảy hệ sơn trạng thái lỏng để vận hành dễ dàng (điều chỉnh độ nhớt, độ chảy, lưu biến) nhiều tính chất màng độ ngấm, mềm dẻo, độ bóng, chịu mài mòn chịu lửa Ngoài ra, có mặt chất độn làm giảm giá thành sơn -Pigment : chất vô hữu cơ, vai trò chúng việc tạo màu cho sơn có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn -Phụ gia: chất sử dụng lượng nhỏ sơn, có nhiều tác dụng khác tăng khả thấm ướt, phân tán, nhũ hóa, chống tạo bọt, xúc tác -Dung môi: sản phẩm dễ bay hơi, có tác dụng làm cho sơn loãng để dễ sơn Dung môi thường bay trình khâu mạch màng sơn Các dung môi phải không phản ứng với chất tạo màng phải làm gia tăng khả thấm ướt sơn lên bề mặt tạo thành màng đồng Phạm Thị Mão K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.3.2 Cơ chế hoạt động sơn bảo vệ chống ăn mòn [4] a/ Hiệu ứng che chắn Hiệu ứng che chắn màng hạn chế khuyếch tán tác nhân xâm thực (H2O, O2, Cl-, SO42- ) đến bề mặt kim loại gây phản ứng ăn mòn kim loại Trên thực tế, loại màng sơn che chắn hoàn toàn lượng nước ngấm đến bề mặt kim loại luôn đủ lớn gây nên ăn mò Theo Funke [5], cách thức khuyếch tán đa dạng, tóm tắt sau : -Khuyếch tán tích cực, phụ thuộc vào dao động đoạn mạch polyme -Khuyếch tán không tích cực, diễn lỗ rỗ khuyết tật màng -Khuyếch tán giao diện màng/kim loại pigment/chất tạo màng Tác nhân xâm thực H2O, O2, Cl-, SO42- Lỗ rỗ Chất tạo màng Bề mặt Khuyếch tán Khuyếch tán Khuyếch tán Hình : Các dạng khuyếch tán màng sơn Như vậy, tất hợp phần sơn (chất tạo màng, pigment, tương tác chúng) ảnh hưởng đến khả che chắn màng sơn Bản chất hóa học chất tạo màng yếu tố quan trọng khả xuyên thấm Các chất tạo màng phân cực có tính ngăn cách tốt với chất Phạm Thị Mão 10 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp định thông qua điểm uốn fMhi Tương ứng với hình 2.4b, điểm uốn nơi có biến đổi tần số pha góc 450 Điểm f45 hi điểm phân biệt vùng tần số cao với vùng tần số thấp Giá trị tần số fh (hay fm hi) có biến đổi theo diện tích vùng kim loại bị ăn mòn, thấy biểu thức đây, tần số hoàn toàn độc lập với độ dày lớp phủ, vỉ ta quan sát trình ăn mòn kim loại có lớp phủ màng hữu cơ: f h , f Mhi  Ad 2 At Trong đó: : điện trở suất : số điện môi lớp phủ o: số điện môi môi trường chân không ( o =8.85.10-12 ) Ad: diện tích vùng phủ bị ăn mòn ( kim loại bị ăn mòn.) At: tổng diện tích vùng phủ S LỖ TRỐNG LỚP PHỦ HỮU CƠ KIM LOẠI S LỖ TRỐNG LỚP PHỦ HỮU CƠ KIM LOẠI S PHẢN ỨNG Hình : Diện tích vùng phản ứng kim loại có lớp phủ hữu cơ: (a) Diện tích phản ứng diện tích lỗ trống, (b) Diện tích phản ứng lớn diện tích lỗ trống Phạm Thị Mão 26 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp * Sơ đồ đo điện hoá: Điện cực làm việc thép phủ màng sơn, chụp ống hình trụ chứa dung dịch NaCl 3% với diện tích tiếp xúc với dung dịch điện ly 28cm2 Điện cực so sánh điện cực calomen bão hoà Điện cực đối điện cực lưới platin Phổ tổng trở đo máy AUTOLAB 3.0 Các phép đo đặt chế độ quét tự động từ dải tần số 100 kHz đến 10mHz Sơ đồ đo tổng trở trình bày hình 2.4 Hình 2.4 Sơ đồ bình đo điện hoá Điện cực làm việc thép phủ màng sơn, chụp ống nhựa hình trụ chứa dung dịch NaCl 3% với diện tích tiếp xúc với dung dịch điện ly 28 cm2 Điện cực so sánh điện cực calomen bão hoà Điện cực đối điện cực lưới platin Phổ tổng trở đo máy AUTOLAB 30 Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Các phép đo đặt chế độ quét tự động từ dải tần số 100 kHz đến 10mHz Phạm Thị Mão 27 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn lớp phủ epoxy polyuretan thép phủ hợp kim Al/Zn Hình 3.1 trình bày phổ tổng trở thép phủ hợp kim nhôm kẽm sau sau 30 ngày thử nghiệm môi trường NaCl 3% gio 500 -Z'' / ohm 400 300 200 100 100 200 300 400 Z' / ohm 500 600 20x10 30 -Z'' / ohm 16x10 12x10 8x10 4x10 0 4x10 8x10 12x10 16x10 20x10 Z' / ohm Hình 3.1 Phổ tổng trở thép phủ hợp kim Al/Zn sau 1giờ 30 ngày thử nghiệm dung dịch NaCl 3% Phạm Thị Mão 28 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Phổ tổng trở mẫu thép phủ hợp kim nhôm kẽm môi trường NaCl 3% thể phần, cung vùng tần số cao đoạn thẳng vùng tần số thấp Theo tài liệu công bố, cung tần số cao đặc trưng cho trình dịch chuyển điện tích cung vùng tần số thấp liên quan đến hấp phụ chất bề mặt kim loại Do chất lớp sản phẩm ăn mòn rỗ không kín khít nên phổ tổng trở thể rõ trình khuyếch tán phản ứng khử oxy Sau 30 ngày thử nghiệm, giá trị tổng trở cao hơn, tạo thành sản phẩm ăn mòn, bịt kín lỗ rò Để tạo thành hệ bảo vệ có tuổi thọ cao, việc phủ polymer thép phủ hợp kim Al/Zn cần thiết Yêu cầu lớp phủ polymer phải bền thời tiết có tính chất lý tốt, cấu trúc chặt chẽ, tránh xâm nhập môi trường đến bề mặt kim loại Do vậy, loại màng epoxy polyuretan chọn để nghiên cứu khả bền tử ngoại lớp phủ Khả chịu tử ngoại lớp phủ tiến hành cách chiếu tia tử ngoại theo thời gian thử nghiệm, sau lấy mẫu định kỳ đo độ bóng kết hợp với đo tổng trở Phạm Thị Mão 29 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.2 trình bày giản đồ độ bóng theo thời gian chiếu UV mẫu sơn epoxy polyuretan 105 Độ bóg (%) 100 95 90 85 PU E poxy 80 75 50 100 150 200 250 Thời gian chiếu (giờ) Hình 3.2 Sự biến thiên độ bóng màng epoxy PUtheo thời gian chiếu tia tử ngoại Quan sát giản đồ đo độ bóng lớp phủ polyuretan epoxy theo thời gian chiếu UV, thấy: +Trước 48 thử nghiệm độ bóng lúc tăng lúc giảm Lúc 48 độ bóng đạt cực đại +Mẫu thép phủ epoxy từ 48 trở độ bóng giảm nhanh mẫu polyuretan, sau giữ cân giá trị thấp nhiều so với polyuretan +Mẫu thép phủ polyuretan độ bóng giảm chậm epoxy, sau có xu hướng tăng nhẹ sau tuần thử nghiệm Sự gia tăng giá trị độ bóng vòng 48 loại sơn epoxy polyuretan phản ứng khâu mạch tác động tia tử ngoại, làm cấu trúc mạng lưới màng chặt chẽ Sau độ bóng giảm nhanh trình phân hủy màng tác động tia tử ngoại Phạm Thị Mão 30 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp So sánh mẫu epoxy polyuretan, kết đo độ bóng cho thấy mẫu polyuretan có khả chịu tia tử ngoại tốt epoxy Hình 3.3 hình 3.4 giới thiệu giản đồ tổng trở dạng Nyquist trước sau 144 chiếu tia tử ngoại thép phủ hợp kim Al/Zn màng epoxy polyuretan tương ứng Quan sát phổ tổng trở lớp phủ epoxy polyuretan thấy hình dạng giá trị tổng trở khác loại chất tạo màng Phổ tổng trở mẫu thép phủ hợp kim Al/Zn epoxy có hình dạng dẹt, cung không phân biệt rõ ràng Theo số tài liệu tham khảo, dạng phổ trình phản ứng lớp màng xâm nhập chất điện ly đến bề mặt qua lỗ rò Phổ tổng trở thép phủ hợp kim Al/Zn phủ polyuretan trước chiếu tử ngoại có hình dạng đường thẳng, phổ đặc trưng tụ điện dung Điều chứng tỏ mức độ kín khít cao màng polyuretan, chất điện ly khó xâm nhập qua màng Sau 144 chiếu tử ngoại, phổ tổng trở thể cung tần số cao đường thẳng tần số thấp, đặc trưng cho trình khuyếch tán chất điện ly qua màng đến bề mặt kim loại Phạm Thị Mão 31 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 15x106 Oh 13x106 -Z'' / ohm 10x106 8x106 5x106 3x106 0 3x10 5x10 8x10 Z' / ohm 10x106 13x106 15x106 15x105 144 h 13x105 -Z'' / ohm 10x105 8x105 5x105 3x105 0 3x10 5x10 8x10 Z' / ohm 10x105 13x105 15x105 Hình 3.3 Giản đồ tổng trở dạng Nyquyst thép phủ hợp kim Al/Zn epoxy trước sau 144 chiếu tia tử ngoại Phạm Thị Mão 32 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 70x108 0h 60x108 50x108 -Z'' / ohm 40x108 30x108 20x108 10x108 -1x10 10x108 20x108 30x108 40x108 Z' / ohm 50x108 60x108 70x108 50x107 144 h 40x107 -Z'' / ohm 30x107 20x107 10x107 0 10x107 20x107 30x107 Z' / ohm 40x107 50x107 Hình 3.4 Giản đồ tổng trở dạng Nyquyst thép phủ hợp kim Al/Zn polyuretan trước sau 144 chiếu tia tử ngoại Ở màng epoxy polyuretan quan sát thấy suy giảm tổng trở sau chiếu tia tử ngoại Để so sánh suy giảm màng theo thời gian chiếu tử ngoại, lấy giá trị modul tổng trở 1Hz theo thời gian Hình 3.5 trình bày biến thiên giá trị modul tổng trở Z1Hz theo thời gian chiếu tử ngoại Phạm Thị Mão 33 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 10 10 PU Epoxy Z1H (.cm2) 10 10 10 10 50 100 150 Thời gian chiếu (giờ) Hình 3.5 Biến thiên modul tổng trở Hz theo thời gian thử nghiệm tử ngoại Quan sát giản đồ ta thấy mẫu kim loại phủ epoxy polyuretan biến thiên modul tổng trở mẫu sơn khác nhau: +Sau thử nghiệm giá trị modul tổng trở mẫu kim loại phủ polyuretan giảm mẫu kim loại epoxy tăng có giá trị tổng trở thấp mẫu polyuretan +Sau 19 thử nghiệm mẫu loại phủ polyuretan có giá trị modul tổng trở giảm, mẫu kim loại phủ epoxy giá trị modul tổng trở tương đối ổn định có giá trị tổng trở thấp +Modul tổng trở mẫu thép Al/Zn phủ polyuretan giảm sau tuần đầu thử nghiệm, sau modul tổng trở tăng nên có giá trị tổng trở lớn nhiều so với mẫu phủ epoxy +Modul tổng trở mẫu thép Al/Zn phủ epoxy sau tuần thử nghiệm có giá trị tổng trở tương đối ổn định có giá trị tổng trở thấp Phạm Thị Mão 34 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tóm lại sau tuần thử nghiệm mẫu thép Al/Zn phủ polyuretan có giá trị modul tổng trở lớn nhiều mẫu thép Al/Zn phủ epoxy Điều cho thấy khả bảo vệ kim loại màng polyuretan tốt nhiều so với màng epoxy Như vậy, qua phép đo tổng trở mẫu môi trường ăn mòn, ta xác định giá trị modul tổng trở mẫu từ rút kết luận khả bảo vệ ăn mòn lớp phủ epoxy lớp phủ polyuretan Đánh giá tính chất lý màng sơn epoxy polyuretan (PU) Hình 3.6 trình bày ảnh chụp màng sơn phủ thép sau đo độ bền va đập 80 kg/cm Quan sát ảnh chụp bề mặt mẫu sau đo độ bền va đập ta thấy: với lực va đập 80 kg/cm màng epoxy xuất vết bong bề mặt mẫu, màng polyuretan chưa bị biến dạng, tác động với lực va đập lớn (100 kg/cm) Kết giải thích tương thích tốt lớp màng polyuretan bề mặt thép so với màng epoxy, tạo lớp phủ tổ hợp có độ bám dính cao Ngoài mềm dẻo mạch polyamit làm tăng độ bền va đập màng (b) (a) Hình 3.6 Ảnh chụp bề mặt mẫu epoxy (a) (b) mẫu polyuretan sau đo độ bền va đập Phạm Thị Mão 35 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Độ bám dính lớp phủ với bề mặt thép yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại Các mẫu sơn epoxy, poly uretan thép kiểm tra độ bám dính theo tiêu chuẩn ASTM D3359-87 Kết đo minh họa hình 3.7 (a) (b) Hình 3.7 Ảnh chụp bề mặt mẫu thép phủ màng epoxy (a) polyuretan (b) sau đo độ bám dính Nhìn vào ảnh chụp bề mặt mẫu sau đo bám dính ta nhận thấy epoxy polyuretan có khả bám dính tốt theo tiêu chuẩn Tuy nhiên so sánh hai màng epoxy polyuretan ta thấy màng sơn epoxy có tượng trầy xước xung quanh vết cắt, màng sơn polyuretan không thấy có biến dạng xung quanh vết cắt Các kết đo độ bám dính phù hợp với kết đo độ bền va đập, cho thấy màng sơn polyuretan có độ bền lý cao epoxy Phạm Thị Mão 36 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN CHUNG Trong khuôn khổ khóa luận này, em tập trung nghiên cứu hai vấn đề sau: +Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn thép lớp phủ hợp kim Al/Zn +Khảo sát tính chất lý chất tạo màng polyuretan epoxy Để khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ Al/Zn Em tiến hành đo tổng trở theo thời gian chiếu tia tử ngoại Kết đo tổng trở điện hóa cho thấy mẫu nhanh chóng bị ăn mòn Để đánh tính chất màng polyuretan màng epoxy thép phủ hợp kim Al/Zn Em tiến hành khảo sát tính lý màng đo tổng trở theo thời gian chiếu tia tử ngoại -Kết đo độ bền va đập, độ bám dính độ bóng cho thấy mẫu kim loại phủ màng polyuretan màng epoxy có tính chất lý tốt Song mẫu kim loại phủ màng polyuretan tốt hẳn màng epoxy -Kết đo tổng trở điện hóa theo thời gian chiếu tia tử ngoại khẳng định khả bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn màng epoxy màng polyuretan So sánh biến thiên modul tổng trở theo thời gian cho thấy khả bảo vệ kim loại màng polyuretan màng epoxy tốt Trong màng polyuretan tốt hản màng epoxy Phạm Thị Mão 37 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO D LANDOLT Corrosion et chimie de surfaces des matériaux, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne (1997) Nguyễn Văn Tuế, Giáo trình ăn mòn kim loại, ĐH Tổng hợp, 1993 Alain Galerie, Nguyễn Văn Tư, ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 E P M VAN WESTING, G M FERRARI, F M GREENEN, J H W DE WIT Prog Org Coat 23 (1993) 89 W FUNKE Proc Sym On Corrosion Protection by Organic Coating, Ed M W Kendig et H Leiheiser J Electrochem Soc (1987) H LEIDHEISER Jr., J Coat Technology 53 (1981) 678 Eklavya Calla & S C Modi, Long Life Corrosion Protection of Steel by Zinc-Aluminium Coating Formed by Thermal Spray Process, Corrosion its Mitigation and Preventive Maintenance CORCON – 2000, Mumbai, India Ma Qinghua, Yin Jianping, Dong Zuojing Anticorrosion mechanism of thermal spraying aluminum composite coating in marine environment Materials protection, 2002, 35(6): 14 Matsuzaki A, Yamaji T, Yamashita M Development of a new organic composite coating for enhancing corrosion resistance of 55%Al-Zn alloy coated steel sheet Surface and Coatings Technology, 2003, 169-170: 655 Phạm Thị Mão 38 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 10 Pan Yingjun, Zhang Heng Corrosion resistance of Zn-Al alloyspray coatings Corrosion and Protection, 2002, 23(12): 526 11 S Kuroda and J Kawakita, Marine Exposure Tests ofThermal Sprayed Coatings in Japan; Thermal Spray 2003: Advancing the Science & Applying the Technology, (Ed.) C Moreau and B Marple, Published by ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2003 12 Rajiv P Edavan, Richard Kopinski, Corrosion resistance of painted zinc alloy coated steels, Corrosion Science 51 (2009) 2429–2442 13 M Fedel, M Olivier, M Poelman, F Deflorian, S Rossi, M.-E Druart, Corrosion protection properties of silane pre-treated powder coated galvanized steel, Progress in Organic Coatings 66 (2009) 118–128 14 V Barranco, S Feliu Jr., S Feliu, EIS study of the corrosion behaviour of zinc-based coatings on steel in quiescent 3% NaCl solution Part 2: coatings covered with an inhibitor-containing lacquer, Corrosion Science 46 (2004) 2221–2240./ 15 R.L Twite, GP Bierwagen, Progress in Organic Coatings 33 (1998 ) 91100 16 Frank Bauer, Roman Flyunt, Konstanze Czihal, Helmut Langguth, Reiner Mehnert, Rolf Schubert, Michael R.Buchmeiser, Progress in Organic Coating 60 (2007) 121-122 17 G.Hernansdez- Padros, F.Rojas, V.Castano, Surface & Coatings Technology 201 (2006) 1207-1214 18 SCHREI, R L L (Editor), Corrosion, Vol 1, Metal environment reactions, New-Butterworths, London, 1976 19 SCHREI, R L L (Editor), Corrosion, Vol 2, corrosion control, NewButterworths, London, 1976 Phạm Thị Mão 39 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 20 Nguyễn Đình Triệu, phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999 21 P.V.M, Tạp trí Công nghiệp hóa chất, số 10, 2006 www.vinachem.com.vn 22 Tạp trí hóa học số - 2008 23 Trinh Anh Truc, To Thi Xuan Hang, Vu Ke Oanh, Eric Dantras, Colette Lacabanne, Djar Oquab, Nadine Pébère, Surface & Coatings Technology, 2008, 4945-4951 24 Trịnh Anh Trúc, Nguyễn Thùy Dương, Tô Thị Xuân Hằng, Tạp chí hóa học, 2009, T.47, 4A, 738-741 25 Phạm Thị Minh, luận Văn thạc sĩ khoa hoá học, Đại học sư phạm Hà Nội , 2006 26 Đào Thúy Lành, luận văn tốt nghiệp, Đại học sư phạm, 2006 Phạm Thị Mão 40 K33D – Hóa học [...]... tăng khả năng che chắn của lớp phủ Các lớp phủ giả hợp kim nhôm kẽm thường bao gồm 2 pha, pha nhôm và pha kẽm Pha nhôm có tác dụng bảo vệ ăn mòn theo cơ chế che chắn và pha kẽm theo cơ chế anot hy sinh, sản phẩm ăn mòn của quá trình anot hy sinh lại tăng hơn nữa khả năng che chắn Do vậy, lớp phủ giả hợp kim Al/Zn được đánh giá tốt hơn so với lớp phủ hợp kim Al/Zn truyền thống hoặc lớp phủ riêng rẽ nhôm. .. nhôm kẽm Ngoài ra đối với lớp phủ giả hợp kim Al/Zn, hàm lượng nhôm có thể đưa vào tùy ý trong khi hàm lượng nhôm tối đa trong lớp phủ bằng dây hợp kim Zn/Al chỉ đến 15 % Trong số các lớp phủ hợp kim Al/Zn, hợp kim thương mại Galvalume, Galfan và Lavegal có chứa chủ yếu là 55%, 5% và 30% Al tương ứng, ngoài việc bổ sung hợp kim khác để tạo thành lớp phủ Tất cả các lớp phủ có khả năng chống ăn mòn tuyệt... bền ăn mòn khoảng 2-3 lần so với thép mạ kẽm ở trong công nghiệp và trong môi trường biển Tương tự, Galvalume chống ăn mòn tốt hơn so với thép mạ kẽm khoảng 3-6 lần trong các môi trường tương tự 2.3 Lớp phủ kết hợp [11 – 14] Các công trình nghiên cứu và ức dụng thực tế đã ghi nhận rằng các lớp phủ hợp kim nhôm kẽm trên nền thép có tuổi thọ cao hơn hẳn các lớp phủ hữu cơ và gấp 2 – 3 lần các lớp phủ kẽm. .. sự kết hợp giữa việc bảo vệ catot bằng các lớp phủ hy sinh của các hợp kim kẽm và kết hợp với độ bền của kim loại và lớp phủ hữu cơ Ở Nhật Bản công nghệ phun phủ kim loại được ứng dụng rộng rãi bảo vệ trụ các cầu từ năm 1963 Năm 1985 với mục đích nghiên cứu lựa chọn lớp phủ bảo vệ thích hợp cho vùng triều và té sóng biển, hiệp hội phun phủ nhiệt Nhật Bản (JACC) đã tiến hành thử nghiệm 12 lớp phủ khác... khi phun kim loại Thực tế đã chứng minh tuổi thọ của vật liệu tăng lên nhiều khi sử dụng lớp bịt lỗ này Mới đây, ngoài lớp phủ bịt lỗ, đối với các công trình đặc biệt làm việc trong môi trường biển, lớp phủ hữu cơ kết hợp với lớp phủ kim loại hy sinh (lớp phủ kép) là phương pháp phổ biến nhất của việc bảo vệ các công trình thép chống ăn mòn Như vậy, sự chống ăn mòn tuyệt vời của hệ thống được cho là... được nhiệt độ cao 2.2 Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn [8 - 10] Thông thường, các lớp phủ nhôm có cấu trúc phẳng, bao phủ bằng một lớp oxit mỏng Lớp oxit này có tác dụng như một lớp che chắn, ngăn chặn ăn mòn lỗ và sự xói mòn Lớp phủ kẽm có tác dụng bảo vệ catot theo cơ chế anot Phạm Thị Mão 14 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp hy sinh, tạo ra các sản phẩm ăn mòn khó tan, những sản phẩm... hơn lớp phủ kẽm nguyên chất (mẫu 1); - Lớp phủ nhôm bằng hồ quang điện (mẫu 4) tốt hơn bằng phương pháp ngọn lửa (mẫu 3); - Các lớp phủ nhôm hoặc nhôm kẽm (mẫu 6-8) có bịt lỗ (sealing) độ bền tăng trong khi lớp phủ kẽm nguyên chất có sealing độ bền hầu như không thay đổi (mẫu số 9) - Việc lựa chọn lớp sơn ngoài có ảnh hưởng lớn đến độ bền của hệ lớp phủ, lớp sơn thích hợp có thể tăng độ bền lớp phủ. .. 8-13 µm trên bề mặt thép, lớp mạ này có khả năng chống ăn mòn khí quyển tốt + Phương pháp nhúng kẽm: đưa thép vào kẽm nóng chảy, giữ một thời gian để khuyếch tán và tạo thành lớp phủ Chiều dày của lớp phủ phụ thuộc vào nhiệt độ bề nhúng, ở nhiệt độ khoảng 450 – 480oC thường đạt độ dày cho phép và lớp phủ đều Thường trên bề mặt kẽm luôn hình thành lớp oxit làm giảm tính chất của lớp phủ, do đó người ta... thì mẫu thép trên nền Al/Zn phủ polyuretan có giá trị modul tổng trở lớn hơn nhiều mẫu thép trên nền Al/Zn phủ epoxy Điều đó cho thấy khả năng bảo vệ kim loại của màng polyuretan tốt hơn nhiều so với màng epoxy Như vậy, qua phép đo tổng trở của các mẫu trong môi trường ăn mòn, ta có thể xác định được các giá trị modul tổng trở của các mẫu từ đó rút ra kết luận về khả năng bảo vệ ăn mòn của lớp phủ epoxy... đến 10mHz Phạm Thị Mão 27 K33D – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1 Khảo sát khả năng bảo vệ ăn mòn của lớp phủ epoxy và polyuretan trên nền thép phủ hợp kim Al/Zn Hình 3.1 trình bày phổ tổng trở của thép phủ hợp kim nhôm kẽm sau 1 giờ và sau 30 ngày thử nghiệm trong môi trường NaCl 3% 1 gio 500 -Z'' / ohm 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Z' / ohm 500 ... Nghiên cứu lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho thép phủ hợp kim nhôm kẽm Đề tài tập chung nghiên cứu vấn đề sau: + Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn lớp phủ hợp kim Al/Zn + Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn tính... sinh (lớp phủ kép) phương pháp phổ biến việc bảo vệ công trình thép chống ăn mòn Như vậy, chống ăn mòn tuyệt vời hệ thống cho kết hợp việc bảo vệ catot lớp phủ hy sinh hợp kim kẽm kết hợp với... trung nghiên cứu hai vấn đề sau: +Khảo sát khả bảo vệ ăn mòn thép lớp phủ hợp kim Al/Zn +Khảo sát tính chất lý chất tạo màng polyuretan epoxy Để khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ