Luận văn: Bảo vệ kim loại chống ăn mòn http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 1 - LỜI MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại là vấn đề rất nghiêm trọng gây nên tổn thất rất lớn cho nền kinh tế quốc dân. Trên thế giới có khoảng một phần ba trọng lượng kim loại hàng năm bị ăn mòn, phá hủy. Tác hại do ăn mòn kim loại gây ra là rất lớn, gồm nhiều tác hại trực tiếp và gián tiếp. Vì thế, chống ăn mòn kim loại là một vấn đề đã và đang được áp dụng để làm gi ảm thiệt hại này. Sơn và mạ điện là một phương pháp rất có hiệu quả để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường xâm thực và trong khí quyển. Trong đó, mạ kẽm là một ứng dụng quan trọng của mạ điện để bảo vệ vật liệu khỏi bị ăn mòn.Vì thế, chúng tôi xin được trình bày chi tiết về kỹ thuật này dưới đây. Tác gi ả Hoàng Anh Huy http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 2 - MỤC LỤC Lời Mở Đầu: 2 Chương 1. Tổng quan về ăn mòn và bảo vệ kim loại 5 1.1. Khái niệm về sự ăn mòn kim loại 5 1.2.Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại 5 1.3.Tốc độ ăn mòn kim loại 7 1.4.Những nhân tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn 8 1.5. Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn 8 a. Cách ly kim loại với môi trường 8 b. Dùng hợp kim chống gỉ 8 c. Dùng chất chống ăn mòn 8 d. Dùng ph ương pháp điện hóa 9 Chương 2. Nguyên liệu sản xuất tôn 10 2.1. Khái quát về vật liệu 10 2.2. Các tác nhân gây ăn mòn 10 2.3. Cơ chế ăn mòn 11 Chương 3. Bảo vệ tôn khỏi bị ăn mòn bằng phương pháp sơn 12 3.1. Mục đích 12 3.2. Khái niệm 12 3.3.Thành phần của sơn 12 3.4. Sơ đồ quy trình phủ sơn trên tôn 15 3.5. Ưu và nhược điểm của phương pháp 16 Chương 4: Bảo vệ tôn bằng phương pháp mạ kẽm 17 4.1.Mục đích 18 4.2.Giới thiệu chung về kẽm và mạ kẽm 18 4.3.Các dung dịch mạ kẽm 19 4.5.Bản chất và yêu cầu của lớp mạ 19 4.6.Chuẩn bị bề mặt trước khi ma 23 http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 3 - 4.7. Sơ đồ quy trình công nghệ mạ kẽm 24 4.8.Qui trình công nghệ sản xuất tôn mạ kẽm 26 Chương 5: Một số hình ảnh của tôn mạ kẽm 29 Kết luận: 30 Tài liệu tham khảo: 31 http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 4 - Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI 1.1 Khái niệm về sự ăn mòn kim loại. Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học hoặc điện hóa của kim loại với môi trường xung quanh gọi là sự ăn mòn kim loại. Kết quả là kim loại sẽ bị oxi hóa thành các ion dương và sẽ mất đi những tính chất quý báu của kim loại. M – ne = M n+ 1.2 Phân loại Các quá trình ăn mòn kim loại. Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại, người ta có thể phân loại ăn mòn theo nhiều cách khác nhau. Có người phân loại ăn mòn ở nhiệt độ cao và ở nhiệt độ thấp, có người phân loại ăn mòn khô và ăn mòn ướt. Trong bài tiểu luận này, chúng tôi phân loại ăn mòn theo cơ chế phản ứng và sự ăn mòn kim loại được chia làm hai loại chính : a. Ăn mòn hóa học. Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loạ i phản ứng hóa học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao. Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện ( không có các điện cực ) và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh. Sự ăn mòn hóa học thường xảy ra ở các thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi n ước ở nhiệt độ cao. Kim loại được nung ở nhiệt độ cao trong môi trường chứa chất xâm thực như : S 2 , O 2 , Cl 2 . ,….v.v Me + ½ O 2 → MeO Trong đó Me là kim loại Ví dụ: 232 0 2 6264 HOFeOHFe t +=+ http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 5 - 3 0 2 232 ClFeClFe t =+ Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng. b. Ăn mòn điện hóa. Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Ví dụ : phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất • Các điều kiện ăn mòn điện hóa. - Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hóa học ( xêmentit Fe3C ). Trong đó kim loại có tính kh ử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn. - Các điện cực phải tiếp xúc với nhau ( hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn ). - Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li. • Cơ chế ăn mòn điện hóa. Sự ăn mòn điện hóa của kim loại gồm 3 quá trình cơ bản : - Quá trình Anot : quá trình Anot là quá trình oxi hóa điện hóa, trong đó kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng cation Me z+ và giải phóng điện tử : kim loại bị ăn mòn Me → Me z+ + z.e - Quá trình Catot: quá trình catot là qúa trình khử điện hóa, trong đó chất oxi hóa nhận điện tử do kim loại bị ăn mòn nhường cho điện tử Ox + z.e → Red Red: dạng khử lien hợp của Ox ( tức Ox.ze ) http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 6 - - Quá trình dẫn điện : Các điện tử do các kim loại bị ăn mòn giải phóng sẽ đi từ Anot đến catot, còn các ion di chuyển trong dung dịch. Như vậy, quá trình ăn mòn kim loại xảy ra đồng thời với sự xuất hiện dòng điện giữa hai cực khác nhau của kim loại. Vùng kim loại bị hòa tan đóng vai trò cực dương ( + ) Anot, vùng kia đóng vai trò cực âm ( -) catot. Ta có thể tóm tắt quá trình trên bằng sơ đồ sau ( lấy sự ăn mòn của Zn trong dung dịch H 2 SO 4 làm ví dụ ) 2 e Z n . 2 e 2+ 2 e Z n . 2 e 2+ Z n nH O 2+ 2 2 H + 2 e 2 H S O + Haáp phuï 4 H + 2- 1.3 Tốc độ ăn mòn kim loại : Tốc độ ăn mòn có thể đo bằng các đại lượng sau : • Tổn thất trọng lượng: Tổn thất trọng lượng là trọng lượng kim loại bị ăn mòn trên đơn vị bề mặt trong đơn vị thời gian : tS mm P . 21 − = m 1 , m 2 là trọng lượng mẩu kim loại trước và sau khi bị ăn mòn ( mg ) S : diện tích bề mặt kim loại ( dm 2 ) t: thời gian ( s ) Độ thâm nhập P : Tính bằng chiều sâu trung bình kim loại bị ăn mòn trong một năm. ρ G P 76.8= http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 7 - Trong đó, G : lượng vật liệu bị ăn mòn ( g/m 2 .h ) ρ : khối lượng riêng của kim loại ( kg / m 3 ) 1.4. Những nhân tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn. • Ảnh hưởng của bản chất kim loại. Tính chống ăn mòn kim loại liên quan đến điện thế tiêu chuẩn, hoạt độ hóa học của kim loại. Điện thế tiêu chuẩn của kim loại càng âm thì hoạt độ hóa học càng cao, kim loại càng dễ bị ăn mòn. Tuy nhiên có những kim loại (như Crom, Niken), điện thế tiêu chuẩn âm, hoạ t độ hóa học cao nhưng tính bền ăn mòn tốt. Đó là do trên bề mặt hình thành lớp màng oxi hóa kín, rất mỏng, có thể bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn. Như vậy gọi là sự thụ động hóa kim loại. Tính chống gỉ của kim loại còn liên quan đến hàm lượng tạp chất và độ bóng của nó. Tạp chất của kim loại càng nhiều tính chống gỉ của nó càng kém. Độ bóng kim loại càng cao, tính chống gỉ càng tốt. • Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới sự ăn mòn. Nhiệt độ càng cao, hoạt độ hóa học của kim loại và dung dịch tăng, do đó làm tăng sự ăn mòn. • Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn. Tính chống gỉ của nguyên liệu có quan hệ trực tiếp tới môi trường ăn mòn. Trong những môi trường khác nhau, tính ổ n định của kim loại cũng khác nhau. Ví dụ : Vàng ổn định trong nhiều dung dịch nhưng bị ăn mòn trong nước cường toan. 1.5. Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn. a. Cách li kim loại với môi trường. Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ ngoài mặt những vật bằng kim loại. Những chất phủ ngoài thường dùng là: - Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, men, hợp chất polime - Một số kim lo ại như Crom, niken, đồng, kẽm, thiếc ( phương pháp tráng hoặc mạ điện ). - Một số hợp chất hóa học bền vững như oxit kim loại, photphat kim loại ( phương pháp tạo màng ). b. Dùng hợp kim chống gỉ ( hợp kim inôc ). Chế tạo những hợp ki không gỉ như Fe - Cr - Ni trong môi trường không khí, môi trường hóa chất. c. Dùng chất chống ăn mòn. http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 8 - Thêm một lượng nhỏ chất chống ăn mòn vào dung dịch axit có thể làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại xuống hàng trăm lần. d. Dùng phương pháp điện hóa. Người ta nối kim loại này với kim loại khác có tính khử mạnh hơn http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 9 - Chương 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT TÔN 2.1. Khái quát về vật liệu. - Cấu tạo: Tôn là hợp kim của sắt ( Fe ) và cacbon ( C ) trong đó hàm lượng cacbon <6.62% và nhiều nguyên tố hóa học khác, đó là các tạp chất thường có như: Mn, Si, P,S,… Tôn được sản xuất ở dạng tấm mỏng, nhẹ với độ dày từ 0.1-0.5 mm, chiều rộng 1-2 m, chiều dài 4 -10m, và khối lượng từ 1.1- 4.82 kg/m 2 . Tôn được dung để che chắn hoặc chủ yếu là dùng để lợp nhà, nhà xưởng công ty 2.2. Tác nhân gây ăn mòn: Tôn là vật liệu tiếp xúc trực tiếp với môi trường xung quanh nên chịu ảng hưởng của những nhân tố sau: • Nhiệt độ • Ánh sáng • Gió, bụi, sương • Mưa Trong nước mưa là có các khí CO 2 , NO 2 , SO 2 , O 2 các khí này do môi trường bị ô nhiễm, sấm chớp tạo thành. Chính vì vậy làm cho nước mưa có tính axit nhẹ với PH=5.8 Tùy thuộc vào tác nhân gây ăn mòn mà tôn bị a7n mòn với những cường độ khác nhau .Nhẹ nhất là tôn bị mỏng đi, kế đến là bị bong tróc từng mảng và nặng nhất là bị lủng thổ. 2.3. Cơ chế ăn mòn : • Ở A nốt: các nguyên tử Fe bị oxy hóa thành Fe 2+ : Fe -2e = Fe 2+ . Các ion này tan vào dung dịch điên li tại đây đã có sẵn oxy, chúng lại bị oxy hóa tiếp thành Fe 3+ : [...]... - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Chương 4: BẢO VỆ TÔN KHỎI BỊ ĂN MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẠ KẼM 4.1.Mục đích: Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, người ta dung nhiều phương pháp khác nhau.Nhưng phương pháp mạ kẽm ( Zn ) còn gọi là lớp mạ anôt được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất Lớp mạ anôt nếu kim loại được mạ có điện thế âm hơn so với kim loại nền 4.2.Giới thiệu chung về kẽm và mạ kẽm: Kẽm là kim loại. .. biện pháp bảo vệ tôn trước môi trường nước mưa và sương muối http://www.ebook.edu.vn - 10 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Chương 3: BẢO VỆ TÔN KHỎI BỊ ĂN MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SƠN 3.1 Mục đích: Bảo vệ bề mặt sản phẩm, màng sơn mỏng hình thanh trên bề mặt tôn cách li tôn với môi trường như: nước, ánh sang, không khí… bảo vệ tôn khỏi bị ăn mòn 3.2.Khái niệm Sơn là huyền phù của các hạt màu (oxit kim loại hay... truyền thống khác http://www.ebook.edu.vn - 30 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Hoàng Đình Lũy, Ăn mòn và bảo vệ kim loại, NXB Công nhân kĩ thuật Hà Nội 1980 2 Trương Ngọc Liên, Ăn mòn kim loại, NXB Khoa học kĩ thuật 2004 3 Nguyễn Khương, Mạ điện tập 2, NXB Khoa học và kĩ thuật 4 Nguyễn Văn Lộc, Công nghệ mạ điện, NXB Giáo dục 2005 5 Nguyễn Văn Lộc, Kĩ thuật mạ điện, NXB Giáo dục 1998... Nhôm(Al)-Kẽm(Zn) và 45% của các Kim loại khác TON MAU http://www.ebook.edu.vn - 28 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Các sản phẩm tôn màu được tạo ra nhờ vào nguồn nguyên liệu của tôn mạ kẽm Một cuộn tôn màu đạt chất lượng cao thì trên cơ bản là do nguồn nguyên liệu tôn mạ kẽm có chất lượng tốt http://www.ebook.edu.vn - 29 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn KẾT LUẬN Mạ kẽm đã chứng minh tính năng bảo vệ ưu việt cho các... là công đoạn quan trọng nhất của dây chuyền Băng tôn sau khi đạt đến nhiệt độ 180~2000C sẽ đi qua ngăn chứa trợ dung (Ammonium Chloride và một số kim loại khác như Antimon, Alummium, ) http://www.ebook.edu.vn - 24 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn để tẩy sạch bề mặt lần cuối, làm tăng độ bóng sáng của bề mặt kẽm và cơ tính lớp mạ kẽm Sau đó băng tôn đi qua ngăn chứa kẽm và cuối cùng là đi qua cụm thiết... tôn mạ kẽm: http://www.ebook.edu.vn - 26 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn 1 Xã cuộn 2 Xử lý bề mặt nguyên liệu 3 Dàn bù 1 4 Sấy khô và gia nhiệt 5 Chảo mạ kẽm 6 Tạo bông 7 Xử lý bề mặt thành phẩm 8 sấy khô thành phẩm 9 Dàn bù 2 10 Kiểm tra chất lượng 11 Thu cuộn Chương 5: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TÔN VÀ TÔN MẠ KẼM http://www.ebook.edu.vn - 27 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Tôn _ Mỹ nghệ Sóng ngói Sản phẩm hàng... phương pháp • Ưu điểm Tấm kim loại được bảo vể hoàn toàn,thời gian sử dụng lâu tới 50 năm, lớp kẽm này chịu được lực va đập lớn, chống thấm, chống được tia cực tim • Nhược điểm Phương pháp này đòi hỏi phải đầu tư dây truyền khép kín với chi phí khá cao, lựng kẽm lón gây lãng phí nên chỉ áp dụng cho một số loại tôn đăc biệt http://www.ebook.edu.vn - 25 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn b.Sơ đồ quy trình mạ... ta đem sơn, phôtsphat hóa hay thụ động hóa… làm tăng độ bền của lớp mạ Kẽm là kimloại thông dụng để bảo vệ sắt thép và hợp kim của chúng, sản phẩm mạ kẽm được dùng cho các công trình xây dựng: các tấm tôn lợp, đường dây điện thoại, đường sắt, các ống nước,cống nước, các thiết bị dặt ngoài trời http://www.ebook.edu.vn - 17 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Trong môi trường xâm thực, lớp mạ kẽm phải dày... lắng, độ đục, sự hòa tan trong nước và chất hữu cơ Sắc tố có nhiều loại: Sắc tố chống ăn mòn gồm bột kẽm, bột chì, Pb3O4, ZnCrO4 Sắc tố gia cố để có lớp phủ dày và giảm thấm nước gồm ZnO, TiO2, Fe2O3, graphit Chất độn: Thường dùng là SiO2, SbSO4, bột talc, amiăng, mica, CaCO3 http://www.ebook.edu.vn - 13 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn 3.4 Sơ đồ quy trình phủ sơn trên tôn: Xử lý bề mặt Chọn sơn Pha... khỏi bề mặt sắc tố (pigment), tăng cường sự bám dính của màng sơn ngay cả khi bề mặt kim loại ẩm ướt Chất chống lắng http://www.ebook.edu.vn - 11 - Bảo vệ kim loại chống ăn mòn Chất trừ sâu, hà, dầu - Chất kết dính: Chất kết dính đóng rắn do bị oxy hóa trong môi trường không khí bao quanh bao gồm: Sơn dầu thừơng là các loại dầu thực vật như dầu lanh, dầu tùng, dầu đậu tương… cúng sẽ bị oxy hóa trong môi . Luận văn: Bảo vệ kim loại chống ăn mòn http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 1 - LỜI MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại là vấn đề rất nghiêm trọng. http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 2 - MỤC LỤC Lời Mở Đầu: 2 Chương 1. Tổng quan về ăn mòn và bảo vệ kim loại 5 1.1. Khái niệm về sự ăn mòn kim loại 5 1.2.Phân loại các quá trình ăn mòn. http://www.ebook.edu.vn Bảo vệ kim loại chống ăn mòn - 4 - Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI 1.1 Khái niệm về sự ăn mòn kim loại. Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng