Trường đại học bách khoa hà nội Môn: Ăn Mòn & Bảo Vệ Vật Liệu Trong Môi Trường Khí Quyển Đề tài: Lớp phủ Kim Loại bảo Vệ môi trường khí Mục Lục • I Tổng quan ăn mòn • II Bảo vệ ăn mòn lớp che phủ • Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại • III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại • Phun phủ • Phương pháp mạ điện • Phương pháp nhúng nóng • IV Kết Luận • Ảnh I Tổng quan ăn mòn • Định nghĩa Ăn mòn phá hủy vật liệu phản ứng hóa học hay điện hóa học chúng với môi trường xung quanh phân loại • • • • • • • • • • • Có nhiều cách phân loại trình ăn mòn Phân loại theo chế ăn mòn: Ăn mòn hóa học Ăn mòn điện hóa Phân loại theo dạng ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn điểm Ăn mòn tiếp xúc Ăn mòn khe Ăn mòn tinh giới Ăn mòn lắng đọng II Bảo vệ ăn mòn lớp che phủ • Việc bảo vệ lớp che phủ phương pháp phổ biến nhất, chất việc bảo vệ chỗ cô lập kim loại với tác dụng môi trường xâm thực, có mặt lớp che phủ bề mặt kim loại , kìm hãm công pin tế vi Đó màng muối oxit khó tan kim loại, silicat, xi măng, nhựa tổng hợp, chất dẻo, sơn dầu, lớp tráng men dầu mỡ Các lớp che phủ bảo vệ tốt phải tương ứng với nhiều yêu cầu: • Lớp che phủ không bị ăn mòn hay bị ăn mòn với tốc độ ăn mòn yếu tốc độ ăn mòn kim loại cần bảo vệ • Lớp che phủ phải dày, bàm dính với kim loại cần bảo vệ • Phải xử lý sơ cách cẩn thận bề mặt kim loại cần bảo vệ : bề mặt hoàn toàn sạch, gỉ, cặn, muội dầu mỡ II.1 Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại II.1.1 Phân loại: Có thể chia lớp phủ bảo vệ thành loại: lớp phủ Anot lớp phủ Catot *Lớp phủ Anot • Kim loại phủ có điện âm kim loại nền, kim loại đóng vai trò catot kim loại phủ đóng vai trò anot hệ pin điện hóa • Khi lớp phủ bị phá hủy cục kim loại không bị ăn mòn • Thời gian khai thác lớp phủ anot chiều dày lớp che phủ tốc độ ăn mòn điều kiện định II.1 Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại • *Lớp phủ Catot • Kim loại phủ có điện dương kim loại nền, kim loại đóng vai trò anot kim loại phủ đóng vai trò catot hệ pin điện hóa • Khi lớp phủ bị phá hủy cục kim loại bị ăn mòn • Thời gian khai thác lớp phủ catot phụ thuộc vào độ bền lớp phủ, lớp phủ đứt gãy hay có điểm bị thủng kim loại bị ăn mòn II.1.2 Phương pháp Nhúng Mạ Phun phủ III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại III.1 Phun phủ: Là lớp phủ catot, tạo lớp phủ có khả làm việc điều kiện kỹ thuật đặc biệt nhiệt độ cao, chịu ma sát, sửa chữa khuyết tật vật đúc khuyết tật xuất gia công khí, tạo lớp bảo vệ trang trí cho công trình mỹ thuật III.1.1 Nguyên lý: Kim loại lỏng dòng khí nén thổi làm phân tán thành hạt sương mù nhỏ vận tốc 50 – 250m/s, bắn lên bề mặt làm vật cần phủ liên kết lại thành lớp phủ xốp, tạo lớp kim loại dày phủ lên III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại III.1.2 Các phương pháp phun phủ Công nghệ phun phủ gồm phương pháp sau: • • • • Phun phủ lửa khí hàn oxi-axetylen, nguyên liệu dùng dạng bột dây Phun phủ plasma, nguyên liệu dùng dạng bột Phun phủ phương pháp HVOF (High Velocity Oxygen - Fuel), nguyên liệu dùng dạng bột Phun phủ qúa trình nổ hỗn hợp khí súng phun, gọi tắt phương pháp phun nổ, nguyên liệu dùng dạng bột Nguyên liệu: • • • • • Kim loại dạng dây, que bột (Fe, Ni,Cr, Al, Mo, Co, Cu, Ti, W) Bột gốm (các oxýt : Al2O3, TiO2 , Cr2O3, ZrO2, vv ) Bột gốm kim loại (hỗn hợp học oxyt với kim loại hợp kim) Bột hợp kim cứng (cacbit W, Cr, Ti vv hỗn hợp chúng với Co, Ni) Vật liệu siêu cứng, gồm kim cương Các phương pháp phun phủ Thông số P/p lửa khí hàn P/p plasma chân P/p HVOF P/p phun nổ không Dạng nguyên liệu Bột/dây Bột Bột Bột Nguồn nhiệt Sự đốt cháy H/hợp oxi- Plasma Sự đốt cháy H/hợp Sự nổ H/hợp oxi-nhiên oxi-nhiên liệu liệu nhiên liệu Nhiệt độ đốt ( K ) 3.000 12.000 3.100 3000 - 4000 Tốc độ dòng khí (m/s) < 300 400-1000 > 1500 3000 Độ xốp ( %) 10 - 15 < 0.2 1-5 70 > 70 Nhiệt dẫn xuống lớp bề mặt (độ C) 500 - 700 700 - 1000 700 - 1000 20 - 200 Chi phí đầu tư Thấp Rất cao Cao Trung bình III.1.3 Ưu, nhược • • • • • • • • • Ưu điểm: Có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm kim loại quý, thay kim loại màu kim loại phun Sử dụng phương pháp phun phủ kim loại không bị hạn chế độ lớn, nhỏ vật phủ thiết bị phun dễ dàng di động xách tay So với số phương pháp tạo lớp phủ khác phương pháp mạ phương pháp nhúng kim loại nóng chảy, công nghệ phun phủ kim loại có hiệu kinh tế cao sử dụng nguyên liệu dạng dây kim loại vật liệu dễ kiếm thị trường Yêu cầu kỹ thuật vận hành lắp đặt công nghệ không phức tạp Nhược điểm: Mối liên kết lớp phủ kim loại thấp Tổn thất kim loại nhiều Ảnh hưởng đến sức bền chi tiết (giảm giới hạn mỏi củachi tiết) Bề mặt phun luôn yêu cầu phải làm tạo nhấp nhô Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao Điều kiện làm việc nặng nhọc III.1.4 Ứng dụng Công nghệ thích hợp cho việc tạo lớp phủ phục hồi công trình, kết cấu có kích thước lớn (công trình cầu thép, thiết bị cần cẩu lớn,bể chứa diện tích lớn, vỏ tàu thiết bị tàu lớn,…), chi tiết máy móc nhỏ - Tạo lớp phủ bề mặt có độ dày ý muốn • Lớp phun phủ thay lớp kim loại nhúng sơn III.2 Phương pháp mạ điện III.2 Phương pháp mạ điện: Bao gồm lớp mạ catot lớp mạ anot • Lớp mạ catot có điện dương kim loại cần bảo vệ Ví dụ lớp mạ Cu, Ni Au, Ag… lên thép (Fe) Lớp mạ catot phải đặc sít, lỗ xốp có kim loại có điện âm anot bị ăn mòn • Lớp mạ anot có điện âm kim loại Ví dụ mạ Zn thép (Fe) III.2.1 Nguyên lý • Mạ điện tiến hành bể mạ với dòng điện chiều Vật cần mạ catot nối với nguồn điện chiều Anot kim loại dùng để mạ nối với cực dương Dung dịch chất điện giải (dung dịch mạ) gồm ion kim loại cần mạ số phụ gia Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Ở catot : [Me(H2O)x] Z+ + ze  Me + xH2O Đồng thời trình phụ khử ion H+ xảy + 2H +2e  H2 Ở anot : Me + xH2O  [Me(H2O)x] Quá trình phụ anot 4OH  O2 + 2H2O + 4e Z+ + ze III.2 Phương pháp mạ điện III.2.2 Ứng dụng: III.2.2.1 Lớp mạ anot: Thông thường lớp mạ kẽm, Kẽm chống ăn mòn tốt cho thép, ứng dụng rộng rãi, hầu hết lớp mạ kẽm sử dụng cho chi tiết ốc vít, ló xo, vòng dệm, dây thép, ống ,bể III.2.2.2 Lớp mạ catot: Gồm lớp mạ KL: Cu, Ni, Cr Mạ đồng Mạ Niken Mạ Crom III.2 Phương pháp mạ điện III.2.3 Ưu, nhược Ưu điểm • • • • • • Lớp mạ kết tinh mịn, tinh khiết cao, bền vững ăn mòn Khống chế chiều dày thời gian mật độ dòng mạ Mạ chi tiết cần xác cao, không gây ảnh hưởng đến độ xác chi tiết Không cần xử lý phức tạp sau mạ Không tạo thành hợp kim với vật liệu nền, không làm biến đổi tính chất học : độ dẻo, độ bền Thiết bị thao tác đơn giản Nhược điểm: • • • Dung dịch mạ yêu cầu độ cao Phải nắm rõ quy trình công nghệ Giá thành đầu tư lớn III.3 Phương pháp nhúng nóng • Là lớp phủ anot lớp phủ catot, cách nhúng kim loại vào kim loại bảo vệ nóng chảy, Phương pháp dùng để phủ lớp kim loại có điểm nóng chảy tương đối thấp : Zn (419 oC), thiếc (232 oC), Al (658 oC), Pb (327 oC) Bằng phương pháp thu lớp phủ dày dính bám tốt Tại bề mặt phân chia kim loại lớp phủ hình thành hợp chất kim loại III.3.1 Nguyên lý: • • • • • Kim loại phải có nhiệt độ nóng chảy cao kim loại nhúng Bề mặt sản phẩm lúc nhúng phải dầu gỉ… Bề mặt kim loại nóng chảy phải nhúng vào lấy sản phẩm Dễ tạo màng trợ dung kín để tăng khả thấm ướt kim loại nóng chảy Tác dụng lớp phủ chủ yếu chống ăn mòn, tăng độ bền nhiệt, dẫn nhiệt để trang trí III.3.1 Nguyên lý Nguyên tắc quan trọng trình nhúng : • Giảm tối đa khối lượng dụng cụ nhúng vào kim loại nóng chảy hạn chế tiêu hao nhiệt, kim loại làm giảm chất lượng nhúng • Bề mặt kim loại nóng chảy oxit, tro, tạp chất • Sản phẩm phải nhúng nhanh, không để nổi, không khí phải thoát nhanh • Thời gian nhúng phải nhanh, đạt tính đồng đủ để nhiệt độ bắt đầu tăng lại giữ độ dày lớp bảo vệ • Tốc độ kéo sản phẩm khỏi bể kim loại nóng phải phù hợp với dạng sản phẩm để đảm bảo kim loại lỏng chảy hết Tốc độ kéo nhanh tạo lớp dày không đồng • Làm lạnh thích hợp để rửa trợ dung bám, giảm nhanh nhiệt độ hạn chế trình khuếch tán Fe sản phẩm vào lớp phủ kim loại Có thể cho dầu bong xà phòng bôi trơn vào nước rửa để tạo độ bóng cho sản phẩm III.3.2 Ứng dụng III.3.2.1 Lớp phủ anot: Chủ yếu lớp nhúng nóng kẽm III.3.2.2 Lớp phủ catot Phổ biến lớp nhúng nóng thiếc III.3 Phương pháp nhúng nóng • III.3.3 Ưu, nhược Ưu điểm: • • • • Tạo lớp bảo vệ kết cấu kim loại môi trường không khí, biển, khí công nghiệp Phục hồi chi tiết bị mài mòn: làm bề mặt sản phẩm bị tác động yếu tố môi trường Tạo lớp bền chống mài mòn chi tiết Hiệu kinh tế lâu dài Nhược điểm: • • • Cần mặt vốn đầu tư lớn Công nghệ phát triển Việt Nam Cần nhiều nghiên cứu để cải tiến công nghệ V KẾT LUẬN • Công nghệ bao phủ công nghệ ứng dụng phổ biến việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại, đem lại hiệu kinh tế cao, tăng tuổi thọ cho chi tiết công trình, giúp giảm chi phí cho công tác chống ăn mòn nước, đặc biệt nước ta, đồng thời tiết kiệm nguyên vật liệu đáp ứng lời kêu gọi giới • Do khí hậu nhiệt đới ẩm Viết Nam, nên ăn mòn kim loại trọng đến Phương pháp chống ăn mòn phương pháp bao phủ kim loại phát triển mạnh mẽ phổ biến Việt Nam Do dó ngành khí xây dựng số thiết bị vật liệu thường nhập từ nước khác Ở nước ta, chi phí cho bảo vệ chống ăn mòn thấp Do hầu hết dùng sơn chống rỉ thông thường nên không công trình sau vài năm sử dụng phải nâng cấp, bảo dưỡng • Tuy nhiên công nghệ số nhược điểm cần tiếp tục nghiên cứu để ngày hoàn thiện hơn, cho hiệu cao Đấy vấn đề mà nhà nghiên cứu ăn mòn tương lai phải quan tâm nghiên cứu tìm biện pháp giải • [...]... kim loại quý, thay thế kim loại màu bằng kim loại phun Sử dụng phương pháp phun phủ kim loại này không bị hạn chế bởi độ lớn, nhỏ của vật phủ do thiết bị phun rất dễ dàng di động và có thể xách tay So với một số phương pháp tạo lớp phủ khác như phương pháp mạ hoặc phương pháp nhúng kim loại nóng chảy, công nghệ phun phủ kim loại có hiệu quả kinh tế cao hơn và sử dụng nguyên liệu dưới dạng dây kim loại. ..III Phương pháp tạo lớp phủ kim loại III.1.2 Các phương pháp phun phủ Công nghệ phun phủ gồm các phương pháp chính sau: • • • • Phun phủ bằng lửa khí hàn oxi-axetylen, nguyên liệu dùng ở dạng bột hoặc dây Phun phủ bằng plasma, nguyên liệu dùng ở dạng bột Phun phủ bằng phương pháp HVOF (High Velocity Oxygen - Fuel), nguyên liệu dùng ở dạng bột Phun phủ bằng qúa trình nổ các hỗn hợp khí trong súng... gọi tắt là phương pháp phun nổ, nguyên liệu dùng ở dạng bột Nguyên liệu: • • • • • Kim loại ở dạng dây, que hoặc bột (Fe, Ni,Cr, Al, Mo, Co, Cu, Ti, W) Bột gốm (các oxýt : Al2O3, TiO2 , Cr2O3, ZrO2, vv ) Bột gốm kim loại (hỗn hợp cơ học giữa oxyt với kim loại và hợp kim) Bột hợp kim cứng (cacbit W, Cr, Ti vv và hỗn hợp chúng với Co, Ni) Vật liệu siêu cứng, gồm cả kim cương Các phương pháp phun phủ... kim với vật liệu nền, hầu như không làm biến đổi tính chất cơ học như : độ dẻo, độ bền Thiết bị thao tác đơn giản Nhược điểm: • • • Dung dịch mạ yêu cầu độ sạch cao Phải nắm rõ quy trình công nghệ Giá thành đầu tư lớn III.3 Phương pháp nhúng nóng • Là lớp phủ anot và lớp phủ catot, bằng cách nhúng kim loại nền đã sạch vào kim loại bảo vệ đang nóng chảy, Phương pháp này chỉ dùng để phủ các lớp kim loại. .. oC), thiếc (232 oC), Al (658 oC), Pb (327 oC) Bằng phương pháp này có thể thu được lớp phủ khá dày và dính bám tốt Tại bề mặt phân chia giữa kim loại nền và lớp phủ hình thành các hợp chất giữa các kim loại ấy III.3.1 Nguyên lý: • • • • • Kim loại nền phải có nhiệt độ nóng chảy cao hơn kim loại nhúng Bề mặt sản phẩm lúc nhúng phải sạch dầu gỉ… Bề mặt kim loại nóng chảy phải sạch khi nhúng vào cũng như... lớp phủ kim loại Có thể cho dầu bong hoặc xà phòng bôi trơn vào nước rửa để tạo độ bóng cho sản phẩm III.3.2 Ứng dụng III.3.2.1 Lớp phủ anot: Chủ yếu là lớp nhúng nóng kẽm III.3.2.2 Lớp phủ catot Phổ biến là lớp nhúng nóng thiếc III.3 Phương pháp nhúng nóng • III.3.3 Ưu, nhược Ưu điểm: • • • • Tạo lớp bảo vệ các kết cấu kim loại trong các môi trường không khí, biển, khí công nghiệp Phục hồi các chi... ăn mòn ở các nước, đặc biệt là ở nước ta, đồng thời tiết kiệm nguyên vật liệu đáp ứng lời kêu gọi của thế giới • Do khí hậu nhiệt đới ẩm ở Viết Nam, nên sự ăn mòn kim loại rất được chú trọng đến Phương pháp chống ăn mòn bằng phương pháp bao phủ kim loại hiện tại đang phát triển mạnh mẽ và phổ biến ở Việt Nam Do dó trong ngành cơ khí và xây dựng một số thiết bị và vật liệu thường nhập khẩu từ các nước... hơn kim loại cần bảo vệ Ví dụ các lớp mạ Cu, Ni Au, Ag… lên nền thép (Fe) Lớp mạ catot phải đặc sít, không có lỗ xốp vì nếu có kim loại nền có điện thế âm hơn sẽ là anot và bị ăn mòn • Lớp mạ anot có điện thế âm hơn kim loại nền Ví dụ mạ Zn trên nền thép (Fe) III.2.1 Nguyên lý • Mạ điện được tiến hành trong bể mạ với dòng điện một chiều Vật cần mạ là catot nối với nguồn điện một chiều Anot là kim loại. .. cho việc tạo lớp phủ mới hoặc phục hồi các công trình, kết cấu có kích thước lớn bất kỳ (công trình cầu thép, thiết bị cần cẩu lớn,bể chứa diện tích lớn, vỏ tàu và thiết bị tàu lớn,…), cũng như các chi tiết máy móc nhỏ - Tạo các lớp phủ bề mặt có độ dày như ý muốn • Lớp phun phủ có thế thay thế lớp kim loại nhúng và sơn III.2 Phương pháp mạ điện III.2 Phương pháp mạ điện: Bao gồm lớp mạ catot và lớp... trợ dung kín để tăng khả năng thấm ướt kim loại nóng chảy Tác dụng của lớp phủ chủ yếu chống ăn mòn, tăng độ bền nhiệt, dẫn nhiệt và đôi khi để trang trí III.3.1 Nguyên lý Nguyên tắc quan trọng của quá trình nhúng là : • Giảm tối đa khối lượng dụng cụ nhúng vào kim loại nóng chảy và hạn chế tiêu hao nhiệt, kim loại cũng như làm giảm chất lượng nhúng • Bề mặt kim loại nóng chảy không có oxit, tro, tạp