Các phương pháp bảo vệ kim loại trong khí quyển

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 trong môi trường khí quyển


Mục Lục

• I. Tổng quan về ăn mòn
• II. Bảo vệ ăn mòn bằng 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 về ăn mòn

• 1. Định nghĩa
Ăn mòn là sự phá hủy vật liệu do phản ứng hóa học hay điện hóa học của chúng với môi trường xung quanh.

2. phân loại

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Có nhiều cách phân loại quá trình ăn mòn
Phân loại theo cơ chế ăn mòn:
Ăn mòn hóa học.
Ăn mòn điện hóa
Phân loại theo dạng ăn mòn
Ăn mòn đều.
Ăn mòn điểm.
Ăn mòn tiếp xúc.
Ăn mòn khe.
Ăn mòn tinh giới.
Ăn mòn do lắng đọng.


II. Bảo vệ ăn mòn bằng lớp che phủ

• 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 môi trường xâm
thực, sự có mặt lớp che phủ trên bề mặt kim loại , kìm hãm công 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:

• Lớp che phủ không bị ăn mòn hay bị ăn mòn 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 hoàn toàn
sạch, không có gỉ, cặn, muội của 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 2 loại: lớp phủ Anot và lớp phủ Catot.
*Lớp phủ Anot

•

Kim loại phủ có điện thế âm hơn kim loại nền, khi đó kim loại nền đóng vai trò là catot và kim loại phủ đóng
vai trò anot trong hệ pin điện hóa.

•

Khi lớp phủ bị phá hủy cục bộ thì kim loại nền vẫn không bị ăn mòn.

•

Thời gian khai thác lớp phủ anot do chiều dày của lớp che phủ và tốc độ ăn mòn trong từng điều kiện quyết
định.


II.1. Lớp phủ kim loại bảo vệ kim loại
•

*Lớp phủ Catot

•

Kim loại phủ có điện thế dương hơn kim loại nền, khi đó kim loại nền đóng vai trò anot và kim loại phủ đóng
vai trò catot trong hệ pin điện hóa.

•

Khi lớp phủ bị phá hủy cục bộ thì kim loại nền bị ăn mòn.

•

Thời gian khai thác lớp phủ catot phụ thuộc vào độ bền của lớp phủ, do khi lớp phủ đứt gãy hay có điểm bị
thủng thì lập tức kim loại nền 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 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 công cơ khí, tạo các lớp
bảo vệ và trang trí cho các công trình mỹ thuật.
III.1.1. Nguyên lý:
Kim loại lỏng được dòng 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.



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 phun, 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
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

<1

Độ bám dính ( MPa )

8

< 70

> 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 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 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.
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 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 này rất thích hợp 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 mạ anot

•

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, 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 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.


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 quá trình phụ khử ion H+ cũng xảy ra
+
2H +2e  H2
Ở anot : Me + xH2O  [Me(H2O)x]
Quá trình phụ ở 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 là lớp mạ kẽm, Kẽm chống ăn mòn rất tốt cho thép, ứng dụng rộng rãi, hầu hết các lớp mạ kẽm
được sử dụng cho các chi tiết ốc vít, ló xo, vòng dệm, dây bằng thép, ống ,bể.
III.2.2.2. Lớp mạ catot: Gồm các lớp mạ của các 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 bằng thời gian và mật độ dòng mạ.
Mạ chi tiết cần chính xác cao, không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết.
Không cần xử lý phức tạp sau khi mạ.
Không tạo thành hợp 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 có điểm nóng chảy tương đối thấp như : Zn (419 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 lấy sản phẩm ra.
Dễ tạo màng 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 chất.

•

Sản phẩm phải nhúng nhanh, không được để nổi, không khí phải thoát nhanh.

•

Thời gian nhúng phải nhanh, đạt tính đồng nhất và đủ để nhiệt độ bắt đầu tăng lại và 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 thì tạo lớp dày và không đồng đều.

•

Làm lạnh thích hợp để rửa sạch trợ dung còn bám, giảm nhanh nhiệt độ hạn chế quá trình khuếch tán Fe của sản phẩm
vào 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 tiết bị mài mòn: làm mới bề mặt sản phẩm khi bị tác động của các yếu tố môi trường.
Tạo lớp bền chống mài mòn trên các chi tiết mới.
Hiệu quả kinh tế lâu dài
Nhược điểm:

•
•
•

Cần mặt bằng và vốn đầu tư lớn.
Công nghệ mới phát triển ở Việt Nam.
Cần nhiều nghiên cứu mới để cải tiến công nghệ

V. KẾT LUẬN
•

Công nghệ bao phủ là một công nghệ đang được ứng dụng phổ biến trong việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại, đem lại
hiệu quả kinh tế cao, tăng tuổi thọ cho các chi tiết và công trình, giúp giảm chi phí cho công tác chống 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 khác. Ở nước ta, chi phí cho bảo vệ chống
ăn mòn còn rất thấp. Do hầu hết là dùng sơn chống rỉ thông thường nên không ít các công trình sau vài năm sử dụng
đã phải nâng cấp, bảo dưỡng.

•

Tuy nhiên công nghệ này vẫn còn một số nhược điểm cần tiếp tục nghiên cứu để ngày một hoàn thiện hơn, cho hiệu
quả cao hơn. Đấy là vấn đề mà những nhà nghiên cứu ăn mòn hiện nay và tương lai phải quan tâm và nghiên cứu tìm
ra biện pháp giải quyết.

•