Chong an mon bang lop phu kim loai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC

SVTH

: TRẦN TRUNG DŨNG
TRƯƠNG HỒNG NHI
HỒ THỤY BÍCH TRÂM

LỚP

: ĐHVƠCƠ3LT

GVHD : THẦY LÊ TRỌNG THÀNH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2008

MỤC LỤC


MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 3
I. ĂN MÒN KIM LOẠI ..................................................................................................4
II. ĂN MÒN HĨA HỌC .................................................................................................5
III. ĂN MỊN ĐIỆN HĨA...............................................................................................5
IV. KIM LOẠI................................................................................................................. 7
V. BẢO VỆ ĂN MÒN BẰNG LỚP PHỦ BẢO VỆ KIM LOẠI.....................................10
V.1. PHƯƠNG PHÁP PHUN KIM LOẠI......................................................................12
V.2. PHƯƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN...................................................................................18
V.3. PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN NHIỆT (THẤM NHIỆT).................................28
V.4. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC..................................................................................33
V.5. PHƯƠNG PHÁP PHỦ NHÚNG NÓNG................................................................35

V.6. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT CƠ.................................................................................38
V.7. PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐẮP..................................................................................39
V.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC...............................................................................39
KẾT LUẬN..................................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................41

MỞ ĐẦU

2


Kim loại và kết cấu bằng kim loại đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Ăn mòn kim loại là một bệnh rất nguy hiểm của kim loại. Nó làm kết cấu bằng kim
loại nhanh chóng trở thành một đống sắt gỉ, gây tổn thất to lớn cho nền kinh tế quốc dân.
Nước ta là nước nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều, có bờ biển chạy dài nên kim loại
bị bệnh ăn mòn rất nhiều và rất nặng. Việc nghiên cứu ăn mòn và các biện pháp chống ăn
mòn để kéo dài tuổi thọ của kim loại đã được nhiều nước quan tâm, nhất là nước ta. Ăn
mòn và bảo vệ kim loại là một ngành khoa học có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau
: kim loại học, hóa lí, hóa phân tích, hóa polymer, hóa mơi trường, hóa silicat…
Ăn mịn là một hiện tượng rất phổ biến của kim loại. Vấn đề ăn mịn xuất hiện
trong tất cả khía cạnh của cơng nghệ, nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng như làm hư
hại các thiết bị, giảm hiệu suất của máy móc, gây ơ nhiễm các sản phẩm, thực phẩm,…
Thậm chí ăn mòn còn gây ra những tai hoạ rất lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, máy
bay, tên lửa, các thiết bị tự động. Khơng chỉ có vậy, ăn mòn còn là trở ngại trong việc
tung ra những sản phẩm mới thuộc lĩnh vực công nghệ cao và trong các lĩnh vực cơ khí
do chúng thường xảy ra một cách không thể lường trước được. Trong nhiều trường hợp,
ăn mịn có thể trở thành yếu tố ngăn cản sự thành cơng của các cơng nghệ mới nhiều hứa
hẹn.
Có thể nói ăn mịn gây ra những thiệt hại vơ cùng to lớn cả về trực tiếp lẫn gián
tiếp. Những thiệt hại gián tiếp là khơng thể tính được, thường lớn hơn nhiều so với thiệt

hại trực tiếp. Việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cấp bách cả về mặt kinh tế cũng
như công nghệ.
Do nguyên liệu ngày càng khan hiếm và để sử dụng một cách hữu hiệu người ta sử
dụng các biện pháp chống gỉ và phục hồi các chi tiết máy bị mòn, tăng tuổi thọ và chất
lượng cho chi tiết máy.Công nghệ bao phủ là ngành kỹ thuật mới đã đem lại hiệu quả cao
nhưng công nghệ này mới được ứng dụng trong một số kĩnh vực ở nước ta.

I. ĂN MÒN KIM LOẠI [2, 4]

3


Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học
hoặc tác dụng điện hố giữa kim loại với mơi trường bên ngồi.
Nói một cách khác ăn mịn là q trình chuyển biến kim loại từ dạng nguyên tố
thành dạng hợp chất. Sự ăn mòn thường bắt đầu xảy ra trên bề mặt kim loại, rồi quá trình
phát triển vào sâu kèm theo sự biến đổi thành phần và tính chất hóa lý của kim loại và
hợp kim. Kim loại có thể hịa tan một phần hay tồn bộ tạo ra các sản phẩm ăn mòn dưới
dạng kết tủa trên bề mặt kim loại (lớp gỉ, oxit, hydrat,...).
Có nhiều cách phân loại q trình ăn mịn. Thơng thường có 3 cách :
-

Theo cơ chế của q trình ăn mịn
+ Ăn mịn hóa học.
+ Ăn mịn điện hóa.

Nghiên cứu chi tiết cơ chế q trình ăn mịn hóa học và điện hóa cho thấy khơng
có ranh giới phân biệt rõ nét giữa chúng. Trong nhiều trường hợp, sự biến đổi chậm từ cơ
chế hóa học sang cơ chế điện hóa có thể xảy ra và ngược lại. Sự ăn mòn trong dung dịch
điện ly có thể xảy ra theo cả cơ chế điện hóa lẫn cơ chế hóa học.

-

Theo điều kiện của quá trình ăn mịn
+ Ăn mịn khí quyển.
+ Ăn mịn trong chất điện ly (axit, bazơ, muối).
+ Ăn mòn dưới đất.
+ Ăn mòn điện.
+ Ăn mòn dưới tác dụng của điện thế.
+ Ăn mòn sinh vật học và ăn mòn do các vi sinh vật hay sản phẩm chuyển hóa

của chúng.
-

Theo dạng đặc trưng của ăn mịn
+ Ăn mịn tồn bộ.
+ Ăn mòn cục bộ.
+ Ăn mòn giữa các tinh thể.
+ Ăn mịn xun tinh.

II.

ĂN MỊN HĨA HỌC
4


Ăn mịn hóa học là q trình phá hủy kim loại do tác dụng hóa học của nó với mơi
trường xung quanh.
Ăn mịn hóa học tiến hành khi kim loại tác dụng với chất lỏng khơng phân ly hoặc
khí khơ.
Me +

1
O2  MeO
2

Đặc điểm của ăn mịn hóa học là q trình ăn mịn khơng sinh ra dịng điện. Sản
phẩm ăn mòn tạo thành ngay chỗ kim loại tiếp xúc với môi trường.[9, 4]
Kim loại tiếp xúc với nhiều môi trường khí khác nhau, trong điều kiện nhiệt độ, áp
suất khác nhau. Cơ cấu ăn mịn cũng hồn tồn khác nhau.

III. ĂN MỊN ĐIỆN HĨA
Ăn mịn điện hóa là q trình ăn mịn do tác dụng điện hóa học giữa kim loại với
mơi trường phản ứng điện hóa, nó tn theo qui luật động học điện hóa.
Sự ăn mịn điện hóa gồm 3 q trình cơ bản : [12, 3]
a) Q trình anot
Là q trình điện hóa, trong đó kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng cation
MeZ+ và giải phóng điện tử  Kim loại bị ăn mịn.
Me  MeZ+ + ze
b) Q trình catot
Là q trình khử hóa điện hóa, trong đó chất oxy hóa (Ox) nhận điện tử do kim
loại bị ăn mòn nhường cho :
Ox + ze  Red
Red – dạng khử liên hợp của Ox (tức Ox.ze)
Mơi trường nước Ox :
- Ox là H+ thì quá trình catot :
H+ + e  H hấp phụ
H hấp phụ + H hấp phụ  H2 
- Ox là O2 thì
+ Trong mơi trường axit, q trình catot :
O2 + 4H+ + 4e  2H2O

5


+ Trong mơi trường trung tính hoặc kiềm, q trình catot :
O2 + 2H2O + 4e  4OHKhi trong dung dịch có ion kim loại (Me z’+) có thế điện cực dương hơn của kim
loại bị ăn mịn thì q trình catot là :
Mez’+ + z’e  Me
Mez’+ + z”e  Mez”’+
trong đó z’, z”, z”’ – hóa trị của các ion :
z’ = z” + z”’
Như vậy Mez’+ đóng vai trị là chất oxi hóa (Ox) bị khử ở catot.
c) Quá trình dẫn điện
Các điện tử do kim loại bị ăn mịn giải phóng đi từ anot tới catot, cón ion di
chuyển trong dung dịch.

Hình 1. Sơ đồ ăn mịn điện hóa Zn trong dung dịch H2SO4.
 Kim loại hoạt động như một pin gọi là pin ăn mòn.
Như vậy kim loại chứa tạp chất có điện thế điện cực khác nhau  Nhúng vào dung
dịch giải diện  tạo pin ăn mịn cục bộ tại các vị trí khác nhau và q trình ăn mịn bắt
đầu.
 Các điều kiện ăn mịn điện hóa :

Điều kiện cần và đủ là :
- 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 ( xêmentitFe3C). Trong đó kim loại có
tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mịn.
- 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.
 Bản chất của ăn mòn điện hóa

6


Là q trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá
trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion H+ (nếu dung dịch điện
ly là acid).

IV. KIM LOẠI
Q trình ăn mịn kim loại là q trình tương tác giữa kim loại với mơi trường. Có
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình ăn mịn. Một trong những yếu tố đó là cấu tạo kim
loại. Trong kim loại tồn tại cả nguyên tử và ion. Gọi chung là ion nguyên tử cùng các
điện tử tự do. Các ion nguyên tử trong kim loại được sắp xếp theo qui luật nhất định và
dao động quanh vị trí cân bằng. Nếu nối tâm của các vị trí các ion nguyên tử lại ta sẽ
được ô mạng trong không gian gọi là mạng lưới tinh thể. Tùy theo sự sắp xếp trong
không gian của các ion nguyên tử mà tạo nên các mạng lưới tinh thể hình học khác nhau.
Phần nhỏ nhất của cấu tạo hình học trong mạng lưới tinh thể gọi là ơ mạng cơ sở. Có 3
loại ô mạng cơ sở thường gặp : lập phương thể tâm, lập phương diện tâm, lục giác xếp
chặt.[5, 4]
 Cấu trúc lập phương thể tâm
 Ô cơ sở: khối lập phương
åe = đỉnh : 8 nguyên tử

+ Tâm : 1 nguyên tử = 9 ngtử

 Số nguyên tử trong ô cơ sở (Trung bình):
nv = 8 x 1/8 + 1 = 2 ng.tử

 Kích thước nguyên tử
Các nguyên tử xếp chặt theo hướng mặt chéo khối

7


(4R)2 = 2a2 + a2 = 3a2
R



a 3
4

Số phối vị : K = 8

 Mật độ nguyên tử
V = a3

v
Mv  
V

nv

4
πRR 3
3
100% 68%
V

 Mạng tinh thể = å ô cơ sở
 Các kim loại : Fea , Cr , Mo , W

 Cấu trúc lập phương diện tâm
 Ô cơ sở: khối lập phương
åe = 8 nguyên tử + 6 nguyên tử = 14 ngtử

 Số nguyên tử trong ô cơ sở:
nv = 8 x 1/8 + 6/2 = 4 ng.tử

 Số nguyên tử trong ô cơ sở:
nv = 8 x 1/8 + 6/2 = 4 ng.tử
 Kích thước nguyên tử
Các nguyên tử xếp sít nhau theo các phương đường chéo mặt
(4R)2 = a2 + a2 = 2a2

8


R

a 2
4

 Số phối vị : K = 4 x 2 + 4 = 12
 Mật độ nguyên tử
V = a3
v
Mv  
V

nv

4
πRR 3
3
100% 74%
V

 Mạng tinh thể = å ô cơ sở
 Các kim loại : Feg , Ni, Cu, Al

 Cấu trúc lục phương xếp chặt
 Ô cơ sở: khối lăng trụ lục giác đều
åe = Đỉnh : 6x 2 + Đáy : 1 x 2 + Tâm : 3 = 17 ngtử

 Số nguyên tử trong ô cơ sở:
nv = 12 x 1/6 + 2x1/2 + 3 = 6 ng.tử

 Kích thước nguyên tử
c a 8
Ra 3 1.633
2

 Số phối vị : K = 3 x 2 + 6 = 12
 Mật độ nguyên tử
v
Mv  
V

nv

4

πRR 3
3
100% 74%
V

9


 Các kim loại : Ti , Mg , Zn

V. BẢO VỆ ĂN MÒN BẰNG LỚP PHỦ BẢO VỆ KIM LOẠI
Vấn đề bảo vệ kim loại chống ăn mòn đã xuất hiện đồng thời với việc sử dụng kim
loại. từ lâu sắt , đồng thau, đồng thanh đã được bảo vệ chống ăn mòn bằng các chất che
phủ kim loại quý.
Việc bảo vệ bằng các lớp che phủ là một trong các phương pháp phổ biến nhất,
bản chất của việc bảo vệ là ở chỗ cô lập kim loại với tác dụng của mơi trường xâm thực,
sự có mặt lớp che phủ trên bề mặt kim loại , kìm hãm cơng của các pin tế vi. Đó là màng
muối và các oxit khó tan của kim loại, các silicat, xi măng, nhựa tổng hợp, chất dẻo, sơn
dầu, lớp tráng men và dầu mỡ.
Các lớp che phủ bảo vệ tốt phải tương ứng với nhiều yêu cầu : [163, 6]
-

Lớp che phủ khơng bị ăn mịn hay bị ăn mịn với tốc độ ăn mòn yếu hơn tốc độ

ăn mòn của kim loại cần bảo vệ.
-

Lớp che phủ phải dày, bàm dính với kim loại cần được bảo vệ

-

Phải xử lý sơ bộ một cách cẩn thận bề mặt kim loại cần bảo vệ : bề mặt hồn

tồn sạch, khơng có gỉ, cặn, muội của dầu mỡ.
Ngoài ra một vài lớp che phủ phải thoả mãn những đòi hỏi đặc biệt : độ cứng cao,
điện trở thấp…
Bao phủ để chống ăn mòn cho kim loại nếu chia làm 2 loại :
 Bao phủ catot
Ngăn không cho kim loại nền tác dụng với mơi trường. Kim loại phủ có điện thế
dương hơn so với kim loại nền trong điều kiện môi trường cần bảo vệ.
Lớp che phủ này bảo vệ kim loại hiệu quả khi chiều dày chúng không bị rạn nứt,
ngược lại , trên bề mặt xuất hiện pin ganvanic tế vi, trong đó anot là kim loại phải bảo vệ.
Lớp che phủ catot cô lập kim loại với môi trường xâm thực, ngăn nguyên tố xâm thực
thâm nhập vào kim loại nền. Lớp che phủ catot trên sắt là đồng, niken, thiếc, chì, crom.
 Bao phủ anot
Kim loại phủ có điện thế âm hơn kim loại nền, khi lớp phủ bị phá hoại cục bộ kim
loại nền vẫn không bị ăn mòn.

10


Thời gian khai thác lớp chủ anot do chiều dày cảu lớp che phủ và tốc độ ăn mòn
trong điều kiện đã cho quyết định. Lớp che phủ anot trên sắt là kẽm, cađimi có độ bền
yếu chống ăn mịn khí quyển và ăn mịn trong dung dịch trung tính.
Các lớp che phủ kim loại so với lớp che phủ khơng kim loại có độ bền cơ học cao
dù chúng đòi hỏi kỹ thật khá phức tạp. Để tạo thành lớp bao phủ kim loại người ta có thể
bao phủ bằng kim loại hoặc phi kim bằng nhiều phương pháp :
-

Phương pháp khuếch tán nhiệt (thấm nhiệt)

-

Phương pháp phun kim loại

-

Phương pháp mạ điện

-

Phương pháp cán ép

-

Phương pháp nhúng trong kim loại nóng chảy

-

Phương pháp hóa học

-

Kim loại hóa
Lớp phủ

Kim Loại

Nhúng
Tráng kẽm

Mạ

Phi Kim

Phun phủ

Mạ kẽm

Phun plasma

Mạ canxi

Phun nổ

Tráng thiếc
Tráng chì
Tráng nhơm

Mạ niken
Mạ crom

Hữu cơ

Mạ KL

Phun HVOF

Mạ đổng

Phun hồ
quang

Vơ cơ

Oxit hóa

Sơn

Tráng men

Phophat hóa

Phủ nhựa

Tráng xi
măng

Sunfua hóa

Phủ cao su
Phun lửa khí
hàn

Hóa học

Bê tơng

Nito hóa

Mạ hồ
quang

Hình 2. Sơ đồ phân loại lớp phủ
V.1. PHƯƠNG PHÁP PHUN KIM LOẠI
Phun phủ kim loại là công nghệ không thể thiếu
trong các lĩnh vực kim loại, luyện kim; điện - điện

11


tử, cơ khí.…Mục đích sử dụng của cơng nghệ này là bảo vệ chống gỉ ở các mơi trường
khí quyển, mơi trường nước, tạo các lớp phủ có khả năng làm việc trong các điều kiện kỹ
thuật đặc biệt như nhiệt độ cao, chịu ma sát, sửa chữa các khuyết tật của vật đúc hoặc các
khuyết tật xuất hiện khi gia cơng cơ khí, tạo các lớp bảo vệ và trang trí cho các cơng trình
mỹ thuật. [10]
Cơng 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 phun, gọi tắt là phương

pháp phun nổ, nguyên liệu dùng ở dạng bột.
Nguyên liệu dùng trong phun phủ là :

- 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.
Mỗi phương pháp dùng một số loại nguyên liệu nhất định. Khi phun phủ, nguyên
liệu được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy (hoặc đến nhiệt độ xác định, tùy theo
phương pháp).Chúng được phun lên bề mặt cần phủ với áp lực và tốc độ cao. Trên bề mặt
chúng liên kết lại thành lớp phủ xốp. Sự liên kết giữa các hạt chủ yếu bằng q trình chảy
kết và bám dính lên bề mặt bằng lực cơ học.Bề mặt vật phủ có nhiệt độ thấp nên khơng
sảy ra qúa trình khuyếch tán. .
a) Ngun lý làm việc của công nghệ phun phủ
Là kim loại lỏng được dịng khí nén thổi làm phân tán thành các hạt sương mù rất
nhỏ vận tốc 50 – 250m/s, bắn lên bề mặt đã được làm sạch của vật cần phủ liên kết lại
thành lớp phủ xốp, như vậy sẽ tạo ra một lớp kim loại dày phủ lên trên. Sự liên kết giữa
các hạt kim loại đã có phần bị oxi hóa với nhau chủ yếu là bằng quá trình chảy kết và
bám dính bằng lực cơ học lên bề mặt sản phẩm qua lớp oxit mỏng. Do bề mặt kim loại
của sản phẩm có nhiệt độ thấp nên khơng có lớp khuếch tán hoặc lớp hợp kim như

12


phương pháp nhúng. Vì vậy yêu cầu quan trọng nhất của lớp phun phủ là phải kín sít.
Phun phủ kim loại có thể phủ được các kim loại nguyên chất, các hợp kim của chúng lên
bề mặt kim loại hoặc lên các bề mặt cứng khác như gốm sứ, bê tơng, gỗ,…

Hình 3. Sơ đồ cơng nghệ phun phủ
Để thực hiện phun kim loại, người ta sử dụng các thiết bị phun có đầu phun
(Pistolet). Nguyên liệu đầu vào có thể là kim loại dạng dây hoặc dạng bột. Các đầu phun
kim loại có thể làm việc theo một trong ba nguyên lý làm nóng chảy kim loại là dùng hồ

quang điện, dùng ngọn lửa của khí cháy hoặc dùng plasma.

13


-

Đầu phun kim loại dây (đốt cháy kim loại bằng ngọn lửa khí cháy) d =1.2–

3mm, bắn kim loại với tốc độ v = 100 – 200m/s, T = 2700 – 3200 0C (oxi - axetylen).Hầu
hết các kim loại và hợp kim kỹ thuật (trừ W) đều có thể phun được  tính chất : có tính
chịu mài mịn trong ma sát ướt, có khả năng giữ dầu.
-

Đầu phun bằng hồ quang điện được tạo thành giữa hai thanh kim loại làm nóng

-

Đầu phun bằng plasma nhiệt độ cao là loại thiết bị khá hiện đại. Người ta sử

chảy.
dụng 2 điện cực để tạo ra một dạng khí plasma gồm có) khí nitơ hay argon (hyđro và
argon hoặc heli và argon) được ion hóa trong hồ quang điện. Khí nóng (năng lượng được
giải phóng do các ion tái kết hợp lại) được dùng để nung chảy vật liệu cần nung, nhiệt độ
có thể lên 80000C nghĩa là hầu hết các vật liệu đều có thể bị nung chảy (kim loại, oxyt,
carbua).Khí plasma làm nóng chảy kim loại, gốm hay bột cacbua ở nhiệt độ trên
16.0000C rồi thổi vào bề mặt vật liệu cần phủ. Đây là một thiết bị vạn năng và có thể
khống chế độ dày lớp phủ. Thiết bị này có thể được áp dụng để phủ lớp bảo vệ cho cánh
tua bin động cơ máy bay phản lực hay bộ phận hạ cánh của máy bay. [8]

Hình 4. Thiết bị đầu phun
b) Ưu nhược điểm của công nghệ phun phủ kim loại [10]

 Ưu điểm
Có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm 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
14


của vật phủ do thiết bị phun rất dễ dàng di động và có thể xách tay. Đặc biệt, so với một
số phương pháp tạo lớp phủ khác như phương pháp mạ hoặc phương pháp nhúng kim
loại nóng chảy, cơng nghệ phun phủ kim loại có hiệu quả kinh tế cao hơn và sử dụng
nguyên liệu dưới dạng dây kim loại là những vật liệu dễ kiếm trên thị trường. Yêu cầu kỹ
thuật trong vận hành lắp đặt công nghệ này không quá phức tạp với điện 3 pha, công xuất
15kW; nhà xưởng, đất đai: tối thiểu 60-100 mét vuông và nguyên liệu là các bộ phận liên
quan đến khí nén phải đặt ở nơi dễ thao tác, đảm bảo an toàn về chống cháy, nổ. Khu vực
đặt máy phun cần thống khí.
 Nhược điểm :
-

Mối liên kết giữa lớp phủ và kim loại nền còn thấp.

-

Tổn thất kim loại nhiều.

-

Ảnh hưởng đến sức bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi củachi tiết).

-

Bề mặt phun luôn luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo nhấp nhơ.

-

Địi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao. Điều kiện làm việc nặng
nhọc.

c) Làm sạch kim loại nền [165, 5]

 Làm sạch bề mặt
+ Dùng chất hòa tan hữu cơ và dung dịch của các thành phần xút.
+ Làm sạch bằng cách điện phân
+ Ngâm kim loại
 Tạo nhám bề mặt trước khi phun
+ Chuẩn bị tạo nhám bằng phương pháp gia công phun cát
+ Gia công tạo nhám bằng phun bi (phun hạt kim loại)
+ Chuẩn bị tạo nhám bằng phương pháp cắt ren phẳng
+ Tiện ren và đục ở đỉnh ren
+ Tiện rãnh sần sùi và lăn ép đỉnh
+ Chuẩn bị bề mặt bằng lăn khía và cuốn dây
+ Chuẩn bị tạo nhám bề mặt bằng gai điện
+ Phương pháp anot cơ học để tạo nhấp nhô bề mặt
d) Ứng dụng [165, 173, 2]

Cơng nghệ này rất thích hợp cho việc tạo lớp phủ mới hoặc phục hồi các công

15

trình, kết cấu có kích thước lớn bất kỳ (cơng 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.
Kim loại phun phủ có độ tinh khiết cao, thường dung trong các lĩnh vực sau :
-

Zn 99.975% chống ăn mịn khí quyển và nước đến 600C.

-

Al tinh khiết chống ăn mịn khí quyển, nước và trong công nghiệp thực phẩm.

-

Hợp kim Al 99.5% Mg 0.5%, chống ăn mịn cho mục đích đặc biệt và công
nghệ thực phẩm.

-

Hợp kim Al 95% Mg 5% bền ăn mịn nước biển, cơng nghệ thực phẩm, đóng
tàu, xe máy…

Lớp phun phủ có thế thay thế lớp kim loại nhúng và sơn trong những trường hợp
sau :
-

Sản phẩm không phù hợp với thiết bị nhúng.

-

Sản phẩm không chịu được nhiệt độ nhúng.

-

Sản phẩm không thể sơn được.

Sau khi hồn thiện, cơng nghệ phun phủ kim loại đã sử dụng để sản xuất thử và
đến nay đã để sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp và thương mại hóa.
 Giới thiệu công nghệ phun nổ vào VN [11]
Phương pháp phun nổ dùng nguyên liệu bột đã nêu trên tạo ra các loại lớp bề mặt :
- Bảo vệ chống mài mịn
- Dẫn điện
- Cách nhiệt
- Tương thích sinh học với cơ thể sống.
- Nhiều tính chất đặc biệt khác.
Lớp phủ lên bề mặt cần phải có đơ bám dính cao
với bề mặt, độ xốp thấp. Khi thực hiện phun phủ
nhiệt dẫn xuống bề mặt càng ít càng tốt để tránh rộp
tế vi và biến dạng bề mặt. Theo số liệu trên ta thấy
phương pháp phun nổ có nhiều ưu điểm hơn các
phương pháp khác với mức chi phí đầu tư trung bình.
Để thực hiện chúng ta cần :

16


- Thiết bị : súng phun nổ và máy móc đi kèm
- Bột ngun liệu
- Qui trình cơng nghệ

* Ưu điểm của phương pháp phun nổ : lập bảng so sánh giữa các phương pháp
Bảng 1. So sánh các phương pháp
Thơng số

P/p lửa khí P/p plasma
P/p HVOF P/p phun nổ
hàn
chân không

Dạng nguyên liệu

Bột/dây

Bột

Bột

Bột

Nguồn nhiệt

Sự đốt cháy
H/hợp oxinhiên liệu

Plasma

Nhiệt độ đốt ( K )

3.000

12.000

3.100

3000 - 4000

Tốc độ dịng khí (m/s)

< 300

400-1000

> 1500

3000

Độ xốp ( %)

10 - 15

< 0.2

1-5

<1

Sự đốt cháy
Sự nổ H/hợp
H/hợp oxioxi-nhiên liệu

nhiên liệu

Độ bám dính ( MPa )
8
< 70
> 70
> 70
Nhiệt dẫn xuống lớp
500 - 700 700 - 1000 700 - 1000
20 - 200
bề mặt (độ C)
Chi phí đầu tư
Thấp
Rất cao
Cao
Trung bình
Phương pháp phun nổ được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp :
chế tạo máy, hàng khơng, tên lửa, đóng tàu, dầu khí, luyện kim vv..

Trục khuỷu trong động cơ đốt trong

Các chốt ngõng

Xu páp của đ/cơ đốt trong

Hình 5. Ứng dụng của phương pháp phun nổ
V.2. PHƯƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN [165, 3]
a) Khái quát
 Chia mạ điện thành 2 loại :

17


* Lớp mạ catot có điện thế dương 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, khơng có lỗ xốp vì nếu có kim loại nền có điện thế âm
hơn sẽ là anot và bị ăn mịn.

* Lớp mạ anot có điện thế âm hơn kim loại nền.
0

Ví dụ : Mạ kẽm trên nền thép E Zn

0

2

/ Zn

= - 0.76V, E Fe

2

/ Fe

= -0.44V, lớp mạ kẽm

điện thế âm hơn nên bị ăn mòn.
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 dùng để mạ được nối với cực dương.

Dung dịch chất điện giải (dung dịch mạ) gồm ion kim loại cần mạ và một số phụ gia.

Hình 6. Sơ đồ bể mạ
Quá trình điện cực xảy ra :
-

Ở catot : xảy ra phản ứng khử của kim loại cần mạ
[Me(H2O)x]Z+ + ze  Me + xH2O

Me – kim loại tạo nên lớp mạ
Đồng thời quá trình phụ khử ion H+ cũng xảy ra
2H+ +2e  H2
Hiệu suất dịng điện trong q trình mạ thường nhỏ hơn 100%.
-

Ở anot : xảy ra q trình hịa tan điện hóa (oxi hóa) kim loại cần mạ dùng làm

anot
Me + xH2O  [Me(H2O)x]Z+ + ze
Me – kim loại cần mạ

18


Phản ứng này có nhiệm vụ bù lượng ion [Me(H 2O)x]Z+ đã bị khử tạo thành lớp mạ
ở catot giữ cho thành phần dung dịch mạ khơng đổi.
Q trình phụ ở anot
4OH-  O2 + 2H2O + 4e
Khi anot thụ động khơng hịa tan được, người ta cho them dung dịch chất hoạt hóa
(chất chống thụ động) để anot hịa tan bình thường. Có trường hợp ta dùng anot khơng

hịa tan, vì vậy thường xuyên bổ sung , điều chỉnh dung dịch mạ để có thành phần cần
thiết.
 Q trình kết tủa điện (mạ điện) gồm nhiều giai đoạn, quan trọng nhất là :
-

Ion phóng điện khuếch tán từ dung dịch đến điện cực

-

Ion hhydrat hóa [Me(H2O)x]Z+ phóng điện gồm các giai đoạn khử vỏ hydrat của

ion một phần hay tồn bộ và phần tử hình thành sau phóng điện hấp phụ lên điện cực
catot.
-

Di chuyển phần tử hình thành sau phóng điện (nguyên tử kim loại) đến nơi kết

tinh và nguyên tử kim loại đi vào màng lưới tinh thể tạo thành và phát triển mầm tinh thể.
 Cấu trúc lớp mạ phụ thuộc vào tỷ lệ tốc độ tạo mầm và phát triển mầm. Tốc độ
càng lớn thì cấu trúc lớp mạ càng nhỏ mịn. Sự tạo mầm tốn nhiều năng lượng hơn để phát
triển mầm. Do đó tăng phân cực catot tạo điều kiện hình thành lớp mạ nhỏ mịn, có tính
bảo vệ khỏi ăn mịn.
 Thành phần dung dịch , bản chất kim loại kết tủa và chế độ mạ quyết định cấu
trúc, tính chất cơ lý và bảo vệ ăn mòn của lớp mạ.
 Dung dịch điện giải để mạ chia làm 2 loại : dung dịch ion phức và đơn. Sự
phóng điện của ion phức cần quá thế lớn hơn ion đơn. Do đó, lớp mạ thu từ dung dịch
phức có cấu trúc nhỏ mịn và có chiều dày đều hơn từ dung dịch muối đơn (cho ion đơn)
nhưng hiệu suất dòng điện thấp, mật độ dòng điện làm viêc nhỏ hơn dung dịch muối đơn.
Dung dịch phức có khả năng phân bố lớn nhất.
 Chất hoạt động bề mặt cho vào dung dịch mạ làm tăng phân cực catot  thu

được lớp mạ nhỏ, mịn, đặc sít; làm chất tạo bong, san bằng bề mặt khơng cần phài đánh
bong cơ khí sau khi mạ.
 Nhiệt độ dung dịch mạ đóng vai trị quan trọng. Tăng nhiệt độ  dòng giới hạn

19


tăng  giới hạn trên của mật độ dòng điện, độ hòa tan của muối, độ dẫn điện dung dịch
tăng, hiệu suất dòng điện tăng (với đa số kim loại).
 Chiều dày lớp mạ
l=

K a * ic * * 
 *1000

Ka – đương lượng điện hóa, g/A.h
 - hiệu suất dòng điện (hiệu suất kim loại theo dòng), %
ic – mật độ dòng catot, A/dm2
 - tỷ trọng kim loại mạ, g/cm3

 - thời gian mạ, h
Phân bố dòng điện trên bề mặt vật mạ thường không đều  chiều dày không đều.
Tăng độ dẫn điện của dung dịch mạ, tăng độ phân cực (khi tăng mật độ dòng),
giảm hiệu suất dòng điện (khi tăng mật độ dòng điện), tăng khoảng cách giữa anot và
catot (vật mạ)  chiều dày đều hơn.
b) Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ
Muốn có lớp mạ gắn chắc với kim loại nền, đẹp phải chuẩn bị bề mặt cần mạ rất
cẩn thận. Trước khi mạ nền phải được tẩy sạch gỉ và dầu mỡ.
 Gia cơng cơ khí
Loại bỏ những chỗ lồi lõm , vết xước để có được bề mặt nhẵn .Gia cơng cơ khí

bao gồm mài và đánh bóng.
 Gia cơng hóa học và điện hóa
Bao gồm tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy nhẹ, đánh bóng điện hóa.
 Tẩy dầu mỡ hóa học
Thường tiến hành trong dung dịch kiềm hoặc dung môi hữu cơ.
Trong dung dịch kiềm dầu mỡ động vật và thực vật bị xà phịng hóa và hịa tan
trong nước. Dầu mỡ khống vật khơng bị xà phịng hóa.Vì vậy ngồi kiềm trinatri
phosphat và Na2CO3 ta cịn phải cho thêm chất tạo nhũ tương và thấm ướt như sintanol và
thủy tinh lỏng.
Ví dụ : Để tẩy dầu mỡ các chi tiết bằng thép bị nhiễm bẩn dầu mỡ bảo quản ta
dùng dung dịch sau (g/l) : NaOH 5 ÷ 35, Na3PO4 15 ÷ 35, Na2CO3 15 ÷ 35, sintanol DS10
từ 3 ÷ 5, nhiệt độ 60 ÷ 800C, thời gian 3 ÷ 20 phút.

20