Nghiên cứu thử nghiệm mạ kẽm nhúng nóng cho các kết cấu làm việc trong môi trường khí hậu nhiệt đới biển

i

TR

NG

I H C BÁCH KHOA

I H C QU C GIA TP H

CHÍ MINH

------------------------

Cán b h

ng d n khoa h c:
ng V Ngo n

PGS.TS.
TS.

Nguy n Ng c Hà

Cán b ch m nh n xét 1:
PGS.TSKH. V

ình Huy

Cán b ch m nh n xét 2:
TS.

Nguy n Thành L c

Lu n v n th c s
cb ov t iH I
NG CH M B O V LU N V N TH C
S TR
NG
I H C BÁCH KHOA, ngày 30 tháng 9 n m 2005

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


ii

i H c Qu c Gia T.p H2 Chí Minh
TR

NG

C NG HOÀ XÃ H I CH3 NGH A VI T NAM

+c l p - T. do - H nh phúc

I H C BÁCH KHOA

----

NHI M V

----

LU N V N TH C S

H và tên h c viên: Bùi Bá Xuân

Phái: Nam

Ngày, tháng, n m sinh: 16/4/1964

N i sinh: H ng Yên

Chuyên ngành: Công ngh V t li u

Mã s : 60.52.91

I. TÊN

TÀI:

“NGHIÊN C U TH

NGHI M M

VI C TRONG MÔI TR

K M NHÚNG NÓNG CHO CÁC K T C U LÀM

NG KHÍ H U NHI T

I BI N”

II- NHI M V! VÀ N I DUNG:
1. Nhi m v":
- Nghiên c#u ch$ th% l&p ph' k(m ch ng n mòn trong i)u ki n khí h u
nhi t &i bi*n.
-

ánh giá kh n ng b o v ch ng n mòn c'a l&p ph' k(m.

2. N+i dung:
- Kh o sát, ánh giá m,u ph' k(m c'a Nga ã qua th% nghi m cho k$t qu r-t
t t t i Vi t Nam.
- Xây d.ng quy trình cơng ngh và nghiên c#u th% nghi m l&p ph' k(m theo
m,u c'a Nga.
- Kh o sát nh/ng tính n ng c c'a l&p ph' k(m ch$ th%.
- Kh o sát thành ph0n và t1 ch#c t$ vi c'a l&p ph' ch$ th%.
- Kh o sát kh n ng ch ng n mòn c'a l&p ph' ch$ th%.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


iii

III- NGÀY GIAO NHI M V!:

2/2005

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V!: 30/ 7/2005
V- H

VÀ TÊN CÁN B
PGS.TS.

H

H

NG D4N 2:

Nguy n Ng c Hà

Cán b
h

NG D4N 1:

ng V Ngo n

VÀ TÊN CÁN B
TS.

H

ng d n 1

Cán b
h

PGS.TS.
ng V Ngo n

Ch nhi m

ng d n 2

ngành

TS
Nguy n Ng c Hà

N+i dung và ) c

ng lu n v n th c s

Ch nhi m b môn
QL chuyên ngành

TS

TS

Nguy n Ng c Hà

ã

c H+i

Nguy n Ng c Hà

2ng Chuyên Ngành thông qua

Ngày
TR 5NG PHÒNG

ÀO T O S H

tháng

n m 2005

CH3 NHI M NGÀNH

TS. Nguy n Ng c Hà

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


iv

L IC M

N

Em xin chân thành c m n các th0y: PGS. TS.

6ng V7 Ngo n – TS. Nguy8n

Ng c Hà ã t n tình h &ng d,n giúp 9 em hoàn thành cu n lu n v n này.
Em xin chân thành c m n các th0y, cô trong H+i 2ng, các th0y ph n bi n
ã dành th:i gian

c và góp ý cho em.

Em c m n các th0y, cô trong Khoa Công ngh V t li u ã giúp 9 góp ý *
em hồn thành ) tài này.
M6c dù ã có nhi)u c g;ng tuy nhiên do th:i gian có h n ) tài v,n cịn
nhi)u h n ch$, thi$u sót, r-t mong

c s. thơng c m và góp ý c'a các th0y, cơ giáo

cùng tồn th* các 2ng nghi p.

Xin chân thành c m n!
Bùi Bá Xuân

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


v

TÓM T T LU N V N

) tài này ti$n hành nghiên c#u công ngh và ch$ th% l&p m k(m nhúng
nóng, nghiên c#u vi c
thành ph0n t i

a vào thành ph0n b* k(m 2 nguyên t là Al và Sn, tìm ra

u nh-t * nâng cao hi u q'a b o v c'a l&p ph' trong mơi tr :ng

khí h u nhi t &i ven bi*n.
Kh o sát các m,u th% nghi m m k(m cho th-y: + c#ng c'a l&p ph' k(m
ch$ th% dao +ng t< 486-494MPa, t
(485MPa).

ng t. so v&i + c#ng c'a m,u m k(m Nga

+ bóng l&p ph' c'a m,u ch$ th% dao +ng t< 29-83%,

t yêu c0u so

v&i l&p m k(m nhúng nóng.
Chi)u dày l&p ph' ph" thu+c r-t nhi)u vào thành ph0n hóa h c c'a b* k(m,
nhi t + nhúng và th:i gian nhúng. Trong kho ng th.c nghi m: Th:i gian 30-180s
và nhi t + nhúng 450-4800C cho chi)u dày t< 14,2- 93,7 µm. T

ng

ng v&i

m,u c'a Nga: 75-120 µm.
T1 ch#c t$ vi c'a l&p ph' có c-u trúc pha t

ng t. nh m,u m k(m c'a Nga

và nh c s= lý thuy$t ã trình bày bao gịm các pha >, ?, @1, A, B..
Kh n ng ch ng n mòn c'a l&p ph' k(m ch$ th%: l&p ph' có thành ph0n Al
0,3%-Sn 0,15% có t c + n mịn 0,254 và 0,270 mm/n m. Th% gia t c trong t' mù
mu i có t c + n 0,175 g/m2/h.
) tài ã ti$n hành xây d.ng bài toán quy ho ch th.c nghi m * tìm ph

ng

trình h2i quy, tìm ra tC l thành ph0n h p kim phù h p nh-t trong gi&i h n thí
nghi m c'a ) tài * t o ra m+t l&p ph' k(m có kh n ng ch ng n mịn t t nh-t
trong mơi tr :ng khí h u nhi t &i ven bi*n.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


vi

ABSTRACT
The aim of this thesis is to investigate the hot dip galvanizing technology
aspects of theoretical and experimental. The research content is the impact of Al
and Sn on galvanizing bath to find optimal composition, to enhance preserve effect
of the galvanized coating in a tropical climate coastal enviroment.
This thesis carried out a survey of experimental is showed of: Hardness of
the galvanized coating from 486 to 494 Mpa. It similar to Γock standards (485
Mpa). Smoothness of the galvanized coating from 29 to 83%.

Thickness of the galvanized coating depent on chemical composition,
temperature, time of galvanized bath. Within experimental limit: duration from 30
to 180s and temperature from 450 to 4800C will have thickness of the galvanized
coating from 14.2 to 93.7µm, corresponding to Γock standards: 75-120µm.
The microstructure of the galvanized coating is similar to Γock standards and
according to theoretical, it is composed of phases: α, γ, δ1, ξ, η...
Corrosion reristance of the galvanized coating: chemical composition of the
galvanized coating Al 0.3% - Zn 0.15% have had corrosion rate 0.254 va 0.270
mm/naêm. If we carried out a reject acceleration, corrosion rate is 0.175 g/m2/h.
This thesis carried out a experiment optimization to build regression
equation. In this part, regression analysis method is also applied to solve a prolem
of muti-criterion optimization.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


vii

M CL C
Trang
L:i m= 0u

1

Ch

2

ng I: T1ng quan
I.

C ch$ và kh n ng n mịn i n hóa

2

II.

Các ph

ng pháp x% lý-b o v b) m6t

8

III.

S

2 công ngh m k(m nhúng nóng

27

IV.

Cơng ngh m k(m nhúng nóng theo ph

V.

Các khuy$t t t c'a chi ti$t m nhúng k(m

34

VI.

Ph m vi, n+i dung nghiên c#u c'a ) tài

38

Ch

ng pháp tr dung khô

ng II: C s= lý thuy$t

30

40

I.

C s= lý thuy$t c'a vi c hình thành l&p m k(m

40

II.

T1 ch#c t$ vi c'a l&p m k(m nhúng nóng

44

III.

nh h =ng c'a thành ph0n hóa h c c'a thép $n t1 ch#c, tính

ch-t và chi)u dày l&p m
IV.

47

nh h =ng c'a thành ph0n hóa h c b* k(m $n t1 ch#c, tính

ch-t và chi)u dày l&p m
V.

52

nh h =ng c'a nhi t + nhúng, th:i gian nhúng $n t1 ch#c,

tính ch-t và chi)u dày l&p m
VI.

56

Các nhân t khác nh h =ng $n t1 ch#c, tính ch-t và chi)u

dày l&p m

59

Ch

ng III: Ph

Ch

ng IV: Th.c nghi m và k$t qu th.c nghi m
I.

ng pháp nghiên c#u và th.c nghi m

62
82

Kh o sát, ánh giá các tính ch-t m,u m k(m c'a Nga và

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


viii

m,u m k(m ch$ th%
II.
ph

82

Kh o sát chi)u dày l&p k(m bám và i n th$ i n c.c bDng

ng pháp quy ho ch th.c nghi m

118

K$t lu n

132

Tài li u tham kh o

134

Ph" l"c

I

ASTM-B117-02

I

TCVN-5408-1991

XI

Gi n 2 tr ng thái Al-Zn

XVII

Gi n 2 tr ng thái Cu-Zn

XVIII

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


ix

DANH M C CÁC B NG BI U
Trang
B ng I.1-

6c i*m và ph m vi áp d"ng c'a m+t s l&p m

11

B ng I.2 - Thành ph0n c'a m+t s b* ph' niken

14

B ng I.3 - M+t s l&p ph' t o bDng cơng ngh nhúng trong kim
lo i nóng ch y

17

B ng I.4 - Thành ph0n phun Polymer

24

B ng I.5 - Hi n t

ng, nguyên nhân và các bi n pháp kh;c ph"c

khuy$t t t c'a chi ti$t m nhúng k(m

34

B ng II.1 - Các pha h p kim s;t - k(m nDm = kim lo i n)n và
các l&p k(m

44

B ng II.2-N2ng + nhôm trong b* k(m

55

B ng II.3- nh h =ng c'a Cromat hóa $n tính ch ng n mịn

60

B ng III.1- Nh/ng thơng s thí nghi m * kh o sát chi)u dày l&p ph'

67

B ng III. 2-Nh/ng y$u t trong ph

ng án th.c nghi m t i tâm

68

B ng III. 3-Nh/ng y$u t trong ph

ng án th.c nghi m t i tâm

69

B ng III. 4-Thành ph0n Al và Sn trong ph

ng án thí nghi m * xác

Enh i n th$ i n c.c và kh n ng ch ng n mòn c'a l&p ph' k(m
B ng IV.1 – K$t qu
B ng IV. 2 -

o + c#ng t$ vi m,u k(m nhúng nóng

82

+ bóng m,u m k(m nhúng nóng tr &c và trong

q trình th% mù mu i
B ng IV.3 -

82

+ dày m,u m k(m nhúng nóng ch$ th%

84

B ng IV.4 - T1ng h p thành ph0n l&p ph' k(m nhúng nóng
B ng IV.5 -

70

88

i n th$ i n c.c và t c + n mòn c'a các m,u ch$ th%

115

B ng IV.6 - K$t qu th% nghi m t c + n mòn trong t' mù mu i

116

B ng IV.7 - Tình tr ng han gF b) m6t theo th:i gian

117

B ng IV.8-Các y$u t thí nghi m xác Enh chi)u dày l&p ph' k(m

119

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


x

B ng IV.9- Ma tr n quy ho ch th.c nghi m

121

B ng IV.10- Ma tr n quy ho ch th.c nghi m v&i bi$n o

122

B ng IV.11-Xác Enh các h s trong ph

123

B ng IV.12-Các h s

ng trình h2i quy

c ki*m Enh theo tiêu chuGn t

124

B ng IV.13- i n th$ i n c.c v&i các thành ph0n b* k(m

126

B ng IV.14-Ma tr n quy ho ch th.c nghi m

127

B ng IV.15-Ma tr n quy ho ch th.c nghi m v&i bi$n o

127

B ng IV.16- Xác Enh các h s trong ph

128

B ng IV.17-Các h s

Lu n v n cao h c

ng trình h2i quy

c ki*m Enh theo tiêu chuGn t

129

HV: Bùi Bá Xuân


xi

DANH M C CÁC HÌNH V ,

TH ,

NH

Trang

H ình I.1 - S

2 ngun t;c q trình n mịn i n hố

03

Hình I.2 - S

2 các lo i ngun t

07

Hình I.3 – S

2 cơng ngh m k(m nhúng nóng theo ph

ng pháp khơ

28

Hình I.4 – S

2 cơng ngh m k(m nhúng nóng theo ph

ng pháp &t

30

Hình I.5 - S

2 cơng ngh m k(m nhúng nóng tr dung khơ

n mịn

31

Hình II.1 - M i quan h gi/a + hòa tan s;t v&i nhi t +

41

Hình II.2 - S. ph" thu+c gi/a t c + ph n #ng c'a s;t và k(m vào nhi t +

42

Hình II.3 - T1 ch#c t$ vi l&p m k(m nhúng nóng ch y

44
!

Hình II.5 - S. ph" thu+c vào hàm l

ng Si, Al trong thép $n t1

ch#c l&p k(m

49

! " # $%
'

&

(

)

Hình II.7 - S. ph" thu+c l

#

&*

+,

ng nhôm trong b* k(m c0n thi$t

* ng n c n s. t o thành h p kim s;t - k(m vào nhi t +
Hình II.8 -

53

+ng h c v) s. thay 1i t1 ch#c l&p m = các
nhi t + (0C)

Hình III.1 – S

57

2 cơng ngh m k(m ph

ng pháp khơ, tr dung

Hình III.2 – Thi$t bE o chi)u dày l&p ph' ENCOMETER -456

64
71

Hình III.3 - Thi$t bE o + c#ng t$ vi DURIMET model
LEITZ-Kleiharteprufer

72

Hình III.4 – Thi$t bE o + bóng b) m6t Micro-Tri-Gloss-BYK
Gar dner c'a

73

#c

Hình III.5 – Thi$t bE o EDS thành ph0n l&p ph': Jeol- 5410 LV

74

Hình III. 6 - Kính hi*n vi quang h c Olympus-GX51-Nh t

75

Hình III.7 - ChuGn bE m,u trên máy mài Extec

75

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


xii

Hình III.8 - Thi$t bE ch"p nh b) m6t l&p ph' SEM: Jeol- 5410 LV

76

Hình III.9 - Thi$t bE ch"p X-ray XRD, Bruker D-5005

77

Hình III.10 - Thi$t bE o t1ng tr= i n hóa SOLATORTRON, model 1280Z

79

Hình III.11 - T' mù mu i SSC 1000 ( Weisstechnik,

80

#c)

Hình III.12 - M,u m k(m tr &c khi th% nghi m

80

Hình III.13 -

81

6t giá m,u th% nghi m trong t' mù mu i

Hình IV.1 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al0,142;Sn 0,291%

88

Hình IV.2 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,146;Sn 0,0%

89

Hình IV.3 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,144;Sn 0,146%

89

Hình IV.4 -

2 thE thành ph0n m k(m nhúng nóng Al 0,289;Sn 0,291%

90

Hình IV.5 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,00;Sn 0,00

90

Hình IV.6-

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,00;Sn 0,295%

91

Hình IV.7 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,00;Sn 0,148%

91

Hình IV.8 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,293;Sn 0,00%

92

Hình IV.9 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m nhúng nóng Al 0,291;Sn 0,145%

92

Hình IV.10 -

2 thE thành ph0n l&p m k(m Nga Al 0,145;Sn 0,01 %

93

Hình IV.11 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Zn 99,9%

94

Hình IV.12- C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,15%

94

Hình IV.13 - C-u trúc t$ vi x1000 l&p ph' thành ph0n Al 0,15Sn 0,15

95

Hình IV.14 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,3-Sn 0,3

95

Hình IV.15 - C-u trúc t$ vi x500 và pha l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,3

96

Hình IV.16 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,3 Sn 0,15

96

Hình IV.17 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,15-Sn 0,3

97

Hình IV.18 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0-Sn 0,3

97

Hình IV.19 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,15%

98

Hình IV.20 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0,3%

98

Hình IV.21 - C-u trúc t$ vi x1000 l&p ph' k(m thành ph0n Al 0-Sn 0,15

99

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


xiii

Hình IV.22 - C-u trúc t$ vi x500 l&p ph' k(m c'a Nga

99

Hình IV.23 - C-u trúc t$ vi b) m6t l&p ph' k(m thành ph0n Al0-Sn0

101

Hình IV.24 - C-u trúc t$ vi b) m6t l&p ph' k(m thành ph0n Al0.3Sn0.3

101

Hình IV.25- C-u trúc t$ vi b) m6t l&p ph' k(m thành ph0n Al0.3Sn0.15

102

Hình IV.26 - C-u trúc t$ vi b) m6t l&p ph' k(m thành ph0n Al0 Sn0.3

102

Hình IV.27 - C-u trúc t$ vi b) m6t l&p ph' k(m c'a Nga

103

Hình IV.28 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,3 Sn0,3

104

Hình IV.29 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,15 Sn0,15

104

Hình IV.30 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al00 Sn00

105

Hình IV.31 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,15 Sn00

105

Hình IV.32 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al00 Sn0,15

106

Hình IV.33 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al00 Sn0,3

106

Hình IV.34 - Thông s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,3 Sn00

107

Hình IV.35 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,14 Sn0,3

107

Hình IV.36 - Thơng s pha c'a m,u m k(m nhúng nóng Al0,3 Sn0,15

108

Hình IV.37 - Thơng s pha m,u m k(m c'a Nga

108

Hình IV.38 -

:ng cong phân c.c m,u m k(m c'a Nga

110

Hình IV.39 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,3; Sn: 0,3

110

Hình IV.40 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,3; Sn: 0,0

111

Hình IV.41 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,3; Sn: 0,15

111

Hình IV.42 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,0; Sn: 0,0

112

Hình IV.43 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,0; Sn: 0,3

112

Hình IV.44 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,15; Sn: 0,3

113

Hình IV.45 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,15; Sn: 0,0

113

Hình IV.46 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 0,15; Sn: 0,15

114

Hình IV.47 -

:ng cong phân c.c m,u k(m nhúng Al: 00; Sn: 0,15

114

Hình IV.48- T1ng h p

Lu n v n cao h c

:ng cong phân c.c 9 m,u

115

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 1

L IM

U

Nghiên c u b o v ch ng n mịn kim lo i là v n
n

ln

c t t c các

c trên th gi i quan tâm, trong các bi n pháp b o v ch ng n mòn kim lo i thì

các l p m b o v có vai trị r t quan tr ng và là m t bi n pháp b o v h u hi u
nâng cao

b n và tu i th các s n ph m b ng thép.

Các kim lo i dùng

m r t a d ng nh ng hi n nay k m là kim lo i

dùng r ng rãi h n c vì k m b o v

r t t t cho nh ng k t c u kim lo i kh i b

mịn nh nh ng tính ch t u vi t c a nó
t

ng

i

n gi n, có hi u qu kinh t , k thu t cao.

ph bi n, nh ng vi c nghiên c u
ng khí h u nhi t

t ng c

c nghiên c u và áp d ng t

i bi n còn ch a

c bi t là

iv im tn

c nhi t

t ng c

ng kh

ng khí h u nhi t

n tu i th c a các

ng clo sa l!ng 10-40 mg/m2/ngày êm, nhi t

trung bình

m 70-100%.

Lu n v n cao h c

i

i có trên 3000 km b bi n

nh Vi t Nam, v i i u ki n r t kh!c nghi t, nh h "ng r t l n
k t c u kim lo i: hàm l

i

c quan tâm nghiên c u nhi u.

n ng b o v cho các k t c u kim lo i làm vi c trong môi tr

bi n là r t c n thi t,

ng

ng hi u qu b o v c a l p ph k m

Vì v y, vi c nghiên c u cơng ngh m nhúng nóng k m

23,60C,

n

ng th i công ngh và thi t b m k m

Cơng ngh m nhúng nóng k m ã
trong môi tr

c

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 2

CH

NG I

T NG QUAN
I. C

CH VÀ KH

1. C ch

N NG

N MỊN

I N HĨA

n mịn i n hóa:

Xét tr

ng h p khi nhúng m t thanh kim lo i không

dung d ch i n li. Do tính khơng

ng nh t vào m t

ng nh t mà quá trình i n c#c x y ra

trên các vùng ó c$ng khác nhau. L y 2 vùng không

ng th i

ng nh t b t k% c a thanh kim

lo i n m sát nhau, ta th y có 3 q trình x y ra nh sau:

1. Quá trình an t.
Quá trình an t x y ra " khu v#c mà ion kim lo i b hidrat hóa và chuy n
vào dung d ch. Do ó trên b m t kim lo i s d m t l

ng i n t& t

ng ng.

mH O
→ Me +n. mH2O
ne ← Me +
2

2. Quá trình catot.
Quá trình này x y ra " khu v#c kim lo i mà " ó các ion, nguyên t& ho c
phân t& c a ch t i n li nh n i n t& trên b m t kim lo i, ta g i các ion, nguyên t&
ho c phân t& ó là ch t kh& c#c, ch t kh& c#c ã

ng hóa các i n t& d trên b

m t c a vùng kim lo i ó.
D + ne → [ D.ne]
Trong ó D: ch t kh& c#c
Các ion, nguyên t& ho c phân t& nh n i n t&, nó ã b kh&.
3. Khi quá trình i n c c x y ra thì
t t vùng an t

ng th i có s chuy n

ng c a i n

n vùng cat t.

Trong dung d ch i n li c$ng có s# d ch chuy n c a catiôn và aniôn t
ng.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân

ng


Trang 3

Các i n t& d c a kim lo i vùng d
âm c#c

bù vào s

ng c#c chuy n d i

n vùng kim lo i

i n t& c a vùng này b m t i do ch t kh& c#c ã

Kim lo i vùng d

ng hóa.

ng c#c ti p t c tan ra thì dịng i n t n t i. Nh v y q

trình n mịn kim lo i x y ra

ng th i v i s# xu t hi n dòng i n gi a 2 vùng khác

nhau c a thanh kim lo i. Vùng kim lo i b hịa tan óng vai trị c#c d

ng (an t),

cịn vùng kia óng vai trị c#c âm (cat t).

Hình I.1 S

ngun t c q trình n mịn i n hố

M t h th ng có x y ra các quá trình nh ta xét trên ây g i là nguyên t
ganvanic.
V y nguyên t ganvanic (ho c pin) là m t h th ng trong ó x y ra s# bi n
i hóa n ng thành i n n ng.
Quá trình n mịn i n hóa chính là q trình làm vi c c a các nguyên t
ganvanic.
2. Kh n ng x y ra q trình n mịn i n hóa
Trong q trình n mịn hóa h c, ta ã xét kh n ng t# x y ra quá trình oxy
hóa kim lo i khi th a mãn i u ki n:

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân

Trang 4

∆ ZT < 0

T' ó suy ra i u ki n: Po2 > (Po2) cb
Trong q trình n mịn i n hóa c$ng v y, mu n cho các quá trình i n
c#c x y ra thì i u ki n là bi n thiên n ng l

ng t# do c a h ∆ ZT < 0.

Ta bi t r ng ∆ ZT = -nFET
Trong ó:
∆ ZT : Bi n thiên n ng l

n

:S

ng l

F

: S Faraday

ET

:S c i n

ng t# do c a q trình n mịn

ng gam
ng c a nguyên t

n mòn thu n ngh ch

Mà: ET = (VK)tn – (VA)tn trong ó
(VK)tn

: (i n th

i n c#c thu n ngh ch c a i n cat t, " i u ki n

làm vi c.
(VA)tn

: (i n th

i n c#c thu n ngh ch c a i n an t, " i u ki n

làm vi c.
Vì n > 0 và F > 0 nên ta suy ra:
(i u ki n
th t# x y ra

quá trình n mịn i n hóa c a các i n c#c thu n ngh ch có

c khi Er >0 hay (VK)tn < (VA)tn .

T' i u ki n nhi t

ng trên ây, ta hồn tồn có th d# tính

c q trình

n mịn i n hóa có ho c khơng có kh n ng t# x y ra trong i u ki n cho tr

c.

Ví d : Xét kh n ng t# x y ra q trình i n hóa c a nguyên t ganvanic
c thi t l p theo s

:

Cu/CuSO4 /Zn/ZnSO4.
) i u ki n làm vi c 250C và ho t
a

c a các ion kim lo i trong dung d ch:

Zn+2 = aCu+2 = 1.

Theo [3], ta có:

(V+2Cu)tn = 0,337 vol
(V+2Zn)tn = - 0, 761 vol.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân

Trang 5

(i n th

i n c#c k m âm h n, nó óng vai trị an t, cịn i n c#c

ng là

cat t. Ta có:
ET = (V+2Cu)tn - (V+2Zn)tn = 0,337 – (- 0, 761) = 1,098 vol.
Nh v y, n u ta thi t l p 1 pin theo s

trên thì quá trình s t# x y ra

c và n u o i n th gi a 2 c#c, ta có th hi u 1,098 vol. (i n c#c k m là an t
b

n mòn.

3. Các lo i nguyên t

n mịn i n hóa

Q trình n mịn i n hóa x y ra khi 2 vùng kim lo i chênh l ch i n th
n m trong dung d ch i n li.
Có nhi u nguyên nhân làm xu t hi n các vùng có i n th khác nhau trong
kim lo i, t o nên các nguyên t
nguyên t

n mòn khác nhau. Ng

i ta chia ra làm ba lo i

n mịn chính sau ây:

1. Ngun t

n mịn lo i 1:

Là nguyên t

n mòn

c t o nên khi 2 vùng kim lo i khác nhau n m

trong m t dung d ch i n li. Nguyên nhân xu t hi n dòng i n n mòn là do pha r!n
khơng

ng nh t, t o nên các vùng có

ngun t

i n th c#c khác nhau. Trong th#c t ,

n mòn lo i 1 có th do kim lo i l*n t p ch t, do thành ph n khác nhau

gi a h t và biên h t, do màng oxit kim lo i có l+ x p ho c do s n ph m n mịn
khơng ph kín b m t kim lo i.

T p ch t ho c biên h t có th là anơt ho c cat t tùy theo b n ch t và thành
ph n c a nó. Trong h g m màng oxit và kim lo i thì kim lo i " l+ x p là anơt. Cịn
trong h th ng mà s n ph m n mịn khơng ph kín b m t kim lo i thì vùng kim
lo i n m d

i s n ph m n mịn óng vai trị anơt. Tính khơng

lo i c$ng có th do nh ng tác

ng nh t c a kim

ng bên ngoài gây nên nh do khơng

ng nh t vì

bi n d ng, vùng có bi n d ng l n h n ho c ng su t l n h n s là anôt.
2. Nguyên t

Lu n v n cao h c

n mòn lo i 2:

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 6

!

!"

#

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 7

$

Hình I.2 S

các lo i ngun t

n mịn

a. Do kim lo i l n t p ch t; b. Do thành ph n khác nhau gi a h t và biên h t;
c. Do màng oxit kim lo i có l x p; d. Do s n ph m n mịn khơng ph kín b m t;
e. Do kim lo i b bi n d ng; f. Do ng su t; g. Do dung d ch mu i có
n ng

dung d ch khác nhau; h. Do

i. Do nhi t

pH khác nhau trong dung d ch i n li

vùng kim lo i và dung d ch i n li khác nhau; k. Do c

ng

b c x khác nhau
Là nguyên t

n mòn

c t o nên khi kim lo i

dung d ch i n li khác nhau. Trong nguyên t

ng nh t n m trong 2

n mịn lo i 2, tính khơng

ng nh t

thu c v pha l ng.
Trong th#c t , nguyên t

n mòn lo i 2

v i các dung d ch mu i có n ng
d ch i n li khác nhau ho c do

c t o nên là do kim lo i ti p xúc

khác nhau, do

hòa tan c a khí trong dung

pH khác nhau trong dung d ch i n li.

Vùng kim lo i ti p xúc v i dung d ch mu i có n ng
dung d ch l n h n ho c n ng
chính là do t o thành nguyên t

n mòn lo i 2. ) sát m m n

tan l n, phía d ch d

c, n ng

m mn

c óng vai trị i n c#c anôt và b

Lu n v n cao h c

pH c a

oxy tan th p h n s là c#c anôt.

Khi ng kim lo i nhúng trong dung d ch i n li b
im mn

cao h n,

n mòn " m m n

c n ng

c

oxy hòa

oxy gi m nhanh. Vùng kim lo i d
n mòn.

HV: Bùi Bá Xuân

i


Trang 8

Khi nhi t

c a vùng kim lo i và dung d ch i n li khác nhau, c

b c x khác nhau ho c khi có dịng i n t n i qua c$ng t o nên nguyên t

ng
n mòn

lo i 2.
Trong tr

ng h p này, vùng kim lo i có nhi t

cao h n, c

ng

b cx

l n h n ho c vùng mà các cation kim lo i i vào dung d ch i n li (g m c#c âm) s
là anơt và b

n mịn.

3. Ngun t

n mịn lo i 3:

Là nguyên t

n mòn

dung d ch i n li không

c t o nên khi kim lo i không

ng nh t. Trong nguyên t

i n th khác nhau c a kim lo i là do tính khơng

ng nh t n m trong

n mòn lo i 3, s# xu t hi n

ng nh t c a c pha r!n (kim

lo i) l*n pha l ng (dung d ch i n li).
Trong th#c t , khơng có kim lo i nào ho c dung d ch i n li nào
m t cách lý t "ng. Do ó, nguyên t
II. CÁC PH
1. Ph

NG PHÁP X

ng pháp m

ng nh t

n mòn lo i 3 là r t ph bi n.

LÝ - B O V B M T KIM LO I:

i n:

1.1. Nguyên lý và m t s lo i l p m :
M

i n là ph

ng pháp

c s& d ng r ng rãi nh t hi n nay

L p m b n, ,p, bám dính t t và

kim lo i (ch u nhi t

b o v thép.

ng th i v*n b o t n m t s tính ch t quý c a

cao, d*n i n, d*n nhi t t t). H u h t các l p m

i n có th

áp d ng cho kim lo i.
B n ch t c a ph

ng pháp m

i n là dùng ph

ng pháp i n phân

trên l p kim lo i n n m t l p kim lo i ho c h p kim m ng,
trí b m t, t ng tính d*n i n, t ng
Các q trình i n hóa khi m

ch ng n mòn, trang

c ng b m t.
u d#a trên c s" c a quá trình i n ly. (i n

hóa là q trình phân ly thu n ngh ch c a các ch t có liên k t

Lu n v n cao h c

k tt a

n ion ho c liên k t

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 9

nguyên t& phân c#c m nh thành cation và anion trong dung d ch ho c trong mu i
nóng ch y.
Các cation mang i n tích d
mang i n tích âm i

n c#c d

ng i

n i n c#c âm (cat t), còn các anion

ng (an t) trong m

i n, an t là i n c#c kim lo i

b hòa tan còn cat t là v t m .
L p m nhôm:
M nhôm là công ngh m i, so v i l p ph nhôm b ng ph
trong kim lo i nóng ch y, l p m có

ng pháp nhúng

s ch cao h n. Khác v i l p ph nhôm t o

b ng các công ngh nhi t khu ch tán, liên k t gi a l p m và thép không ph i là
h p kim Al-Fe mà là kim lo i nên d-o dai h n. L p ph là anôt so v i thép, b o v
thép h u hi u trong nhi u môi tr
cho thép trong mơi tr

ng. Th m chí l p m nhơm cịn b o v an tồn

ng khí quy n có ch a anion clo.

L p m Cd:
L p m Cd th

ng có chi u dày nh h n 25 µm, dùng cho các k t c u ch u

n mịn khí quy n và ghép n i v i hàn. L p m Cd có tác d ng ch ng n mịn thép
vì l p m là anơt so v i thép. Tác d ng ch y u c a l p m Cd là

ch ng n mòn

ganvanic khi k t c u có nhi u lo i v t li u.
L p m Cu:
L p m Cu th

ng là l p trong cùng có tác d ng t o liên k t bám dính v i

thép cho các l p m khác phía trên (ví d l p m Cu-Ni-Cr). Hi m khi dùng m t
l p m Cu vì Cu d. b oxy hóa, m t khác l p m Cu là catot so v i thép cho nên d.
gây ra n mịn l+ trong mơi tr

ng m

Cu m t mình trong m t s tr

ng h p

ti t c a b trao

t. (ôi khi ng

c bi t nh các b ph n d*n i n, các chi

i nhi t. Khi ó l p m th

ta c$ng có th m l p

i ta c$ng s& d ng l p m

ng có chi u dày kho ng 50 µm. Ng

ng thau (latông, Cu-Zn) và

ng thanh (brông, Cu-Sn).

L p m Co:

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân

i


Trang 10

L p m Co có

c ng cao và ph n x l n. L p m Co là catot so v i thép do

ó ít có tác d ng ch ng n mòn cho thép.
L p m Cr:
L p m Cr có
l p m Cr
Trong l p m

c ng cao, ph n x t t. ( c i thi n tính bám dính, r t nhi u

c dùng k t h p v i các kim lo i khác g i là các l p m
a kim lo i Cu-Ni-Cr, các kim lo i (Cu,Ni)

a kim lo i.

u là catot so v i thép,

vai trò ch ng n mòn ch y u là tác d ng che ph c a l p Ni.
L p m Pb:

L p m Pb th

ng có chi u dày t' 2,5

n 500µm. L p m Pb lên thép

c

dùng khi c n b n n mịn trong axít H2SO2 lỗng, trong l p thép lót thùng ch a d u
và trong thi t b hóa ch t. (i n phân Pb cịn là cơng ngh ch t o b n c#c acquy, lót
tr c.
L p m Rh:
L p m Rh có

c tính ph n x cao, c ng, i n tr" nh , b n n mòn

c

dùng cho g

ng ph n x , cho các ti p i m trong ngành i n và i n t&. Chi u dày

l p m thay

i trong ph m vi r ng, có th t' 0,03µm t i 25µm tu% theo s# k t h p

v i m Ni ho c Ag.
L p m Sn:
L p m Sn b n n mịn và khơng
i n th

i n c#c cao h n Fe th

c, có tính hàn r t t t và m m, d-o. Sn có

ng là catơt so v i thép. /ng d ng quan tr ng nh t

c a l p m Sn là trong ngành th#c ph m, ngành i n và i n t&.
L p m Zn:
L p m Zn là anôt so v i thép, ch0 c n chi u dày l p m kho ng 8

n 13µm

tác d ng ch ng n mòn ã h n l p Ni ho c các l p m là catot so v i thép. L p m
Zn có tác d ng b o v catot thép nên ch ng n mòn t t h n thép m Ni, Sn, Cu.
Tu i b n c a chi ti t m Zn ph thu c vào môi tr

ng, vào chi u dày l p m . Công

d ng quan tr ng nh t c a l p m Zn là ch ng n mịn khí quy n.

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 11

L p m Ni:
L p m Ni có th có màu en ho c màu sáng, thơng th

ng m Ni th

ng

k t h p v i m Cu và Cr, theo th t# t' trong ra ngoài.
1.2.

c i m c a ph

ng pháp m

i n:

a) 1u i m:
B ng I.1Kim lo i
m
Al

c ng
30-90HV

c i m và ph m vi áp d ng c a m t s l!p m
Màu s c
Tr!ng

Chi u

c i m và cơng d!ng

dày µm
6

Ch u nhi t t t là anôt so v i
thép
Màu s!c d. ch u cho v t d ng

Cd

30-50HV

Tr!ng bóng

3-10

trong nhà, lâu b x0n màu h n
k m.
Ch u mài mòn, xói mịn và

Cr

900-1100HV

Tr!ng

c

1-300

ch u n mịn r t t t, h s ma

sát nh , ph n x l n

Co

250-300HV

Xanh

2-25

( c ng cao, ph n x t t
D*n

Cu

41-220HV

H ng

4-50

i n, d*n nhi t t t, dùng

làm l p n chân cho các l p
m khác
B n

Pb

5HB

Xanh

1300

n mòn trong nhi u lo i

axit, b n
tr

n mịn trong mơi

ng khí nóng

B n n mịn trong nhi u mơi
Ni

140-500HV

Tr!ng

130-500

tr

ng, th

ng dùng k t h p

v i các l p m Cu, Cr

Rh

400-800HB

Lu n v n cao h c

Tr!ng b c,
bóng

0,03-25

C ng, d*n

i n t t, ph n x

l n, b n n mòn.

HV: Bùi Bá Xuân


Trang 12

B n n mịn trong th#c ph m,
Sn

5HB

Tr!ng bóng

4-25

b s a; d. hàn, là catôt so v i
thép.

Zn

40-50HB

Xanh

c

12-50

B n

n mịn, là anơt so v i

thép.

• N u ch n úng thành ph n dung d ch, i u ki n i n phân thì l p m bám
ch!c vào kim lo i n n, khó bong tróc.
• M

i n phù h p cho nh ng chi ti t nh .

• Có th m v i s l

ng l n (s& d ng thùng quay).

• Giá thành th p, thành ph m ph thu c vào

dày l p m và hình d ng

chi ti t m .
• V n

u t th p, hi u su t s& d ng k m l n (95-98%). Theo [6].

• L p m có k t t a nh m n,

x p nh .

• ( bóng b m t m cao, có kh n ng c khí hóa - t#
n a cơng ngh m t
b) Nh

ng

i

ng hóa cao, h n

n gi n.

c i m:
• N ng su t th p khi m chi ti t, k t c u l n, hình d ng ph c t p (n u cùng
di n tích s n xu t thì n ng su t b ng kho ng 30-50% so v i m nhúng).
• Chi u dày l p m th p (d

i 202m)

• N u m dày > 202m thì l p m tr" nên giịn, r t d. bong tróc.
• ( b n l p m khơng cao.
• Khơng m

c các chi ti t có hình d ng ph c t p, kích th

c l n, lịng

trong k t c u ng, …
• ( c h i và ô nhi.m môi tr

ng m nh do mu n

t

c n ng su t cao

ph i s& d ng dung d ch m trên c s" xianua.
1.3. Ph m vi s" d!ng:

Lu n v n cao h c

HV: Bùi Bá Xuân