Mục đích thi công sơn, lớp phủ chống ăn mòn

Chương 7: Mục tiêu cơ bản về lớp phủ
Khi hoàn thành mơ-đun này, ứng viên đào tạo sẽ có kiến thức và hiểu biết về:
• Hóa chất phủ
• Phân loại lớp phủ
• Các phương thức bảo vệ
• Độ kết dính
• Các cân nhắc kiểm tra cơ bản
• Danh sách kiểm tra của thanh tra viên
Các điều khoản thương mại chính
• Lớp phủ hữu cơ
• Lớp phủ vơ cơ
• Thuốc màu
• Phụ gia
• Chất kết dính
• Dung mơi
• Lớp phủ hàng rào
• Chất màu ức chế
• Lớp phủ hy sinh
• Độ kết dính
7.1 Giới thiệu
Khóa học này tập trung chủ yếu vào việc kiểm tra các cơng trình cơng nghiệp và cơng trình
biển được bảo vệ bằng lớp phủ. Hầu hết các lớp phủ bảo vệ được cung cấp và áp dụng ở dạng
lỏng lên bề mặt đã chuẩn bị sẵn, sau đó chuyển thành màng bảo vệ rắn bằng một hoặc nhiều
lần đóng rắn các cơ chế. Trong các chương sau, các cơng nghệ phủ bảo vệ khác có sẵn để
kiểm sốt ăn mịn được trình bày, bao gồm:
• Kim loại hóa: Kim loại và hợp kim lắng đọng trên nền thép ở trạng thái lỏng.
• Mạ kẽm: Các thành phần thép được nhúng vào bể kẽm nóng chảy để tạo thành một lớp phủ
kim loại.
• Sơn tĩnh điện: Nhiều hóa chất được thảo luận trong khóa học này có thể được bào chế dưới
dạng chất rắn. Sau khi lắng đọng điện, chúng được nung nóng đến trạng thái nóng chảy để
đóng rắn.

7.2 Hóa học phủ
7.2.1 Thuộc tính của lớp phủ


Lớp phủ phải thể hiện nhiều đặc tính khác nhau để hồn thành vai trị của nó trong việc kiểm
sốt ăn mịn.
Các thuộc tính mong muốn bao gồm:
• Kháng hóa chất: Lớp phủ phải chống lại sự phân hủy do hóa chất tiếp xúc. Khả năng chống
hóa chất chủ yếu là một chức năng của nhựa được sử dụng.
• Chống nước: Nước ảnh hưởng đến hầu như tất cả các lớp phủ. Khả năng chống nước cao
hơn đồng nghĩa với việc kiểm sốt ăn mịn hiệu quả hơn.
• Tính dễ ứng dụng: Tính dễ ứng dụng là một đặc tính quan trọng, đặc biệt là với các chi tiết
cấu trúc phức tạp. Ứng dụng càng khó, càng có nhiều cơ hội cho các khiếm khuyết được tạo
ra, dẫn đến thất bại sớm.
• Độ bám dính với lớp nền: Sự kết dính dựa trên các tương tác vật lý và hóa học giữa lớp phủ
và chất nền. Độ bám dính kém tương đương với hiệu suất kém.
• Độ bền kết dính: Lớp phủ phải có khả năng chịu được áp lực của q trình đóng rắn và
những thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm.
• Tính linh hoạt và độ giãn dài: Khả năng giãn nở và co lại với chất nền là rất quan trọng
trong một số ứng dụng sơn phủ.
• Chống va đập: Lớp phủ có thể phải chống lại tải trọng va đập.
• Chống mài mịn: Lớp phủ ở một số khu vực có thể phải chống mài mịn.
• Khả năng chịu nhiệt độ: Mơi trường có thể khiến lớp phủ tiếp xúc với nhiệt độ quá cao,
thường là cao.
• Cường độ điện mơi: Một biến số quan trọng trong lớp phủ hàng rào và khi sử dụng lớp phủ
kết hợp với bảo vệ catốt. Khi xây dựng lớp phủ, thường có sự đánh đổi giữa các đặc tính
được đề cập ở trên. Tính chất thay đổi khi các thành phần của lớp phủ bị thay đổi.
7.3 Phân loại lớp phủ
Lớp phủ được phân loại rộng rãi là hữu cơ hoặc vô cơ. Hầu hết các lớp phủ công nghiệp và
hàng hải là lớp phủ hữu cơ. Chất kết dính của lớp phủ hữu cơ được tạo ra từ những sinh vật

sống hoặc đã từng sống. Cho đến đầu những năm 1900, hầu hết các lớp phủ đều từ dầu thực
vật hoặc động vật. Hầu hết các lớp phủ hiện nay đến từ các sản phẩm dầu mỏ được tinh chế
và sửa đổi để mang lại các đặc tính mong muốn trong lớp phủ. Tất cả các lớp phủ hữu cơ đều
chứa carbon. Lớp phủ vô cơ sử dụng chất kết dính vơ cơ, phổ biến nhất là dựa trên silicone
hoặc silicat. Các lớp phủ kim loại (ví dụ, lớp phủ mạ kim loại và mạ kẽm) cũng là chất vơ cơ.
Nói chung, sự khác biệt về hiệu suất chính giữa lớp phủ hữu cơ và vơ cơ là khả năng chịu
nhiệt. Các lớp phủ hữu cơ có sức đề kháng kém hơn vì liên kết cacbon-cacbon tương đối yếu.
7.3.1 Thành phần
Các thành phần phủ chất lỏng (Hình 7.1) được đặc trưng bởi các thuật ngữ sau:
• Thuốc màu
• Nhựa


• Dung mơi
• Phương tiện
Hình 7.1 Các thành phần lớp phủ
7.3.1.1 Sắc tố
Bột màu là một chất rắn dạng hạt rời rạc được sử dụng để truyền các đặc tính cụ thể cho lớp
phủ ở trạng thái lỏng và rắn (Hình 7.2). Các chất màu khơng hịa tan trong lớp phủ và chúng
phục vụ nhiều chức năng trong lớp phủ. Trong số những thứ khác, chất màu có thể được sử
dụng để:
• Truyền màu
• Bảo vệ chất kết dính khỏi thời tiết
• Cung cấp bảo vệ chất ức chế
• Kiểm sốt khả năng chống nước
• Cung cấp một hình thức bảo vệ catốt
• Sửa đổi các đặc tính cơ hoặc điện
Hình 7.4 Dung mơi
Dung mơi có hai đặc điểm chính ảnh hưởng đến việc sử dụng chúng trong lớp phủ bảo vệ:
• Khả năng hịa tan: Khả năng hịa tan nhựa

• Tính bay hơi: Điều chỉnh tốc độ bay hơi (tốc độ dung môi rời khỏi màng sơn trong và sau
khi thi cơng)
Dung mơi chỉ đóng vai trị thống qua trong lớp sơn bảo vệ. Sau khi được áp dụng và đóng
rắn, dung mơi khơng có mục đích gì và trên thực tế, có thể gây ra các vấn đề về hiệu suất nếu
chúng vẫn còn trong màng phủ. Do luật môi trường, người sử dụng và nhà sản xuất chất phủ
đang tích cực nghiên cứu các cơng nghệ để giảm hoặc loại bỏ nhu cầu sử dụng dung môi. Ủy
ban ơ nhiễm khơng khí của nhiều quốc gia quy định việc sử dụng dung môi trong lớp phủ.
Các dung môi hữu cơ, được gọi là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) có hại cho tầng
ơzơn của Trái đất. Giới hạn nghiêm ngặt về lượng dung môi được sử dụng trong lớp phủ đã
dẫn đến dẫn đến một bước tiến vượt bậc trong ngành sơn phủ kể từ đầu những năm 1990.
Lớp phủ không dung môi được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực và các lớp phủ mới
khơng chứa dung mơi hoặc có hàm lượng chất rắn rất cao đang tiếp tục được phát triển. Việc
sử dụng dung môi không đúng cách tại hiện trường gây ra nhiều các vấn đề về lớp phủ và có
thể ảnh hưởng đến tuổi thọ hữu ích của nó. Người kiểm tra lớp phủ phải xác nhận rằng chỉ sử
dụng dung môi được chỉ định và chỉ với số lượng được cho phép bởi thông số kỹ thuật, luật
pháp địa phương hoặc nhà sản xuất chất phủ.
Video dưới đây chỉ có ở phiên bản điện tử.
7.4 Các phương thức bảo vệ
Kiểm sốt ăn mịn của lớp phủ có thể xảy ra trong một trong ba quy trình duy nhất:
• Lớp phủ hàng rào


• Lớp phủ ức chế
• Hy sinh (bảo vệ catốt)
7.4.1 Lớp phủ hàng rào
Hình 7.5 minh họa một cách đơn giản khái niệm về lớp phủ hàng rào. Lớp phủ ngăn cản sự
xâm nhập của oxy, nước và muối hòa tan (ví dụ như muối phổ biến nhất trong nước biển,
natri clorua). Lớp phủ hàng rào ngăn cản sự hình thành chất điện phân hiệu quả ở bề mặt
phủ / bề mặt kim loại (nước và muối hòa tan) và hạn chế sự tiếp cận của phân tử oxy khử cực.
Nước và oxy thâm nhập vào bề mặt không phải là một vấn đề đáng kể nếu khơng có các ion

trên bề mặt. Nếu các ion có mặt thì bắt đầu ăn mịn.
Hình 7.5 Khái niệm về rào cản
Trong q trình xây dựng lớp phủ, ba cơ chế được cho là để đạt được sự bảo vệ hàng rào:
• Ức chế sức đề kháng
• Thiếu ơxy
• Độ kết dính
7.4.1.1 Ức chế kháng
Nhiều người cho rằng lớp phủ ngăn cản hoàn toàn oxy và nước thấm qua lớp phủ. Tuy nhiên,
khi được nghiên cứu khoa học, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng độ thấm nước và oxy
của các lớp phủ thường cao hơn nhiều so với mức độ ăn mịn thường bắt đầu và duy trì trên
thép khơng được bảo vệ. Một giả thuyết sau đó đã được đề xuất rằng rào cản màng kiểm sốt
sự ăn mịn bằng cách duy trì mức độ kháng điện cao tại và gần bề mặt lớp phủ / bề mặt. Cao
nà điện trở ngăn cản dòng điện đáng kể giữa các vị trí anốt và catốt trên kim loại (tế bào hoạt
động cục bộ). Hiện tượng này làm giảm khả năng ăn mịn bề mặt.
Điện trở cao được duy trì bởi các màng có độ thấm thấp đối với các ion, tức là sự ức chế điện
trở. Nếu các ion bị hạn chế, nước đến bề mặt phân cách không đủ dẫn điện để mang một dòng
điện ăn mòn đáng kể để bắt đầu và duy trì ăn mịn. Như đã giải thích trước đây, nước và oxy
thấm qua màng phủ vào bề mặt không phải là một sự kiện đáng kể nếu các ion khơng có trên
bề mặt. Các chất tạo cơng thức của lớp phủ rào cản hiện có thể sửa đổi các thành phần của
lớp phủ để giảm tính thấm của màng đối với cả ion và nước. Khái niệm đơn giản và được
chấp nhận chung là các lớp phủ có thể tạo ra một rào cản giữa chất nền và môi trường
(thường là chất điện phân), do đó loại bỏ một trong bốn yếu tố cần thiết cho một tế bào ăn
mòn. Hầu hết các lớp phủ đều cung cấp một số mức độ bảo vệ hàng rào. Lớp phủ hàng rào
phải thể hiện các thuộc tính sau:
• Khả năng chống chịu với mơi trường hóa chất
• Khả năng chống ẩm
• Kết dính tuyệt vời với bề mặt, ngay cả trong điều kiện ẩm ướt
• Đặc tính thấm ướt tốt trong q trình thi cơng để ngăn ngừa các khoảng trống trong màng
và tối đa hóa diện tích bề mặt hiệu quả
• Khả năng chống rung

7.4.2 Lớp phủ chống nhạy cảm
Hình 7.6 minh họa một cách đơn giản khái niệm lớp phủ ức chế. Các lớp phủ ức chế, ngồi
việc đóng vai trị như một rào cản, tích cực làm chậm phản ứng xảy ra ở cực dương, cực âm
hoặc cả hai. Để có hiệu quả, các lớp phủ ức chế phải tiếp xúc với chất nền (tức là chúng phải
là lớp sơn lót). Nói chung, các lớp phủ ức chế:
• Thêm hóa chất vào lớp phủ để cản trở các phản ứng xảy ra trên bề mặt
• Cần một lượng nhỏ độ ẩm để được kích hoạt
• Đã được kiểm sốt khơng tồn tại, bao gồm các chất màu ức chế chì và cromat
Các chất màu ức chế thực sự thụ động hóa bề mặt kim loại bằng cách tạo thành một lớp màng
mỏng, kết dính chặt chẽ hoặc bằng cách gia cố và bổ sung các khuyết tật trong lớp màng
được tạo ra từ khơng khí tự nhiên. Một ví dụ về lớp phủ như vậy là alkyd dựa trên kẽm
molypdat.
Hình 7.6 Khái niệm về chất ức chế
7.4.3 Lớp phủ hy sinh
Hình 7.7 minh họa một cách đơn giản khái niệm về lớp phủ hy sinh.
Các lớp phủ hy sinh sử dụng một kim loại là anốt cho thép và được ưu tiên ăn mòn. Về cơ
bản, các lớp phủ hy sinh cung cấp khả năng bảo vệ catốt, đặc biệt là ở vùng lân cận của các
khuyết tật phim. Lớp phủ hy sinh:
• Thường chứa bụi kẽm là sắc tố chủ yếu
• Phải có lượng bụi kẽm tối thiểu để có hiệu quả
Ví dụ về các lớp phủ hy sinh bao gồm kẽm vơ cơ và nhơm phun lửa (FSA).
Hình 7.7 Khái niệm hiến tế
7.5 Độ bám dính
Chức năng cơ bản nhất của bất kỳ lớp phủ nào là khả năng bám dính vào bề mặt mà nó được
đặt trên đó. Độ bám dính mạnh là chìa khóa cho hiệu suất và tuổi thọ lâu dài của lớp phủ
(Hình 7.8). Nếu độ bám dính kém, lớp phủ dần dần bị hỏng do phồng rộp, ăn mòn dưới
màng, hoặc sứt mẻ và bong tróc. Mức độ bám dính cao cho phép lớp phủ chịu được sự truyền
hơi ẩm, mài mòn, va đập, uốn cong, độ ẩm, hóa chất, vi sinh vật và tất cả các yếu tố khác mà

nó có thể phải chịu trong quá trình sử dụng.
Hình 7.8 Minh họa về khái niệm kết dính
Chất kết dính có thể là hóa học, cơ học, phân cực hoặc kết hợp cả ba. Liên kết hóa học, được
hình thành bởi phản ứng giữa lớp phủ và chất nền là liên kết hiệu quả nhất. Một ví dụ về liên
kết hóa học là q trình mạ kẽm, trong đó kẽm nóng chảy làm nóng chảy lớp bề mặt của thép
và hai vật liệu kết hợp và tạo thành một loạt hợp kim, về cơ bản làm cho lớp phủ trở thành
một phần của bề mặt. Các lớp phủ kẽm vô cơ cũng tạo thành liên kết hóa học giữa phân tử
silicat và nền thép. Rửa các loại sơn lót thường bao gồm một phần tử axit cũng tạo thành liên
kết hóa học với chất nền. Liên kết cực (hay cịn gọi là liên kết hóa trị) là loại liên kết phổ biến
nhất đối với các lớp phủ hữu cơ. Nhựa hoạt động như một nam châm yếu với các cực bắc và


nam hút các cực đối diện trên bề mặt. Một giải thích khác về điều này là các nhóm phân cực
là các phần tích điện dương và âm của phân tử lớp phủ bị hút vào các khu vực tích điện trái
dấu trên cơ chất. Epoxit nằm trong loại khái niệm bám dính này.
Độ bám dính cơ học liên quan đến độ nhám bề mặt (hình mỏ neo). Độ nhám của bề mặt được
tạo ra bởi một số loại chuẩn bị bề mặt cho phép nhiều điểm tiếp xúc hơn giữa các phân tử của
lớp phủ và các phân tử của bề mặt.
Khi các điểm tiếp xúc tăng lên, độ bám dính tăng lên. Bê tơng có một loại kết dính cơ học
khác. Bề mặt bê tơng tương đối xốp với nhiều rãnh bề mặt nhỏ, kiểm tra bề mặt và độ nhám
bề mặt tự nhiên khác. Lớp phủ cho các bề mặt như vậy phải có độ thẩm thấu cao. Tất cả các
hình thức bám dính phụ thuộc vào sự tiếp xúc trực tiếp giữa lớp phủ và lớp nền. Bất kỳ loại
chất bẩn nào trên bề mặt đều cản trở sự tiếp xúc điểm này tới điểm khác và làm giảm lượng
bám dính.
7.6 Cân nhắc về Kiểm tra Cơ bản
Người kiểm tra lớp phủ nên kiểm tra xem liệu các vật liệu được giao đến địa điểm thi cơng
(lớp phủ, chất pha lỗng, chất tẩy rửa, chất mài mịn, bột bả, chất độn, v.v.) có phải là vật liệu
được nêu trong thông số kỹ thuật hoặc được chủ sở hữu hoặc người đại diện của họ chấp
thuận hay khơng. Người kiểm tra cần có một bản sao của mỗi bảng dữ liệu sản phẩm đã được
phê duyệt để so sánh nhãn trên lon với nguyên liệu đã được phê duyệt có tên trên bảng dữ

liệu sản phẩm. Mọi sự thay thế vật liệu phải được báo cáo ngay lập tức cho đại diện của chủ
sở hữu. Lưu ý rằng ngay cả khi hai sản phẩm có cùng một tên chung, chúng không nhất thiết
phải bằng nhau hoặc thậm chí tương đương.
Thanh tra cũng nên kiểm tra:
• Thời hạn sử dụng
• Điều kiện và nhiệt độ bảo quản
• Số lô và ghi lại chúng cho từng đơn vị lớp phủ
Số lơ ln được tìm thấy trên thùng sơn, khơng phải trên bảng dữ liệu sản phẩm. Có thể cần
phải kiểm tra từng lon trong mỗi lô hàng để đảm bảo nó là vật liệu thích hợp và ghi lại tất cả
các số lơ. Khơng có gì lạ khi một nhà sản xuất trộn các sản phẩm trên một pallet hoặc vận
chuyển cùng một sản phẩm nhưng từ các lô khác nhau trên cùng một pallet.
Khi sử dụng hai nguyên liệu thành phần, người kiểm tra phải đảm bảo rằng số lượng chính
xác của từng thành phần được cung cấp tại chỗ, dựa trên tỷ lệ trộn.
7.7 Danh sách kiểm tra của Thanh tra
• Tài liệu cụ thể trên trang web
• Ngày hết hạn của lớp phủ khi giao hàng tận nơi
• (Các) màu chính xác
• Đúng và đủ lượng từng thành phần
• Điều kiện bảo quản hợp pháp và bảo vệ
Các định nghĩa điều khoản chính


Phụ gia: Các thành phần của lớp phủ, thường được thêm vào một lượng nhỏ để thực hiện một
chức năng cụ thể.
Sự kết dính: Q trình trong đó các phân tử khác nhau bám vào nhau do lực hấp dẫn. Chất kết
dính có thể là hóa học, cơ học, phân cực hoặc kết hợp cả ba. Lớp phủ Rào cản: Lớp phủ: (1)
có khả năng chống thấm chất lỏng và / hoặc khí cao, hoặc (2) được phủ lên bề mặt đã được
phủ trước đó để tránh làm hỏng lớp phủ bên dưới trong quá trình xử lý tiếp theo.
Chất kết dính: Phần khơng bay hơi của xe của vật liệu phủ có cơng thức.
Chất màu ức chế: Một chất màu phân chia bề mặt kim loại bằng cách tạo thành một lớp màng

mỏng, kết dính chặt chẽ hoặc bằng cách gia cố và bịt kín các khuyết tật trong lớp màng được
tạo ra từ khơng khí tự nhiên.
Lớp phủ vơ cơ: Lớp phủ có chất kết dính được làm từ các vật không sống, phổ biến nhất là
silicone hoặc kẽm.
Lớp phủ hữu cơ: Lớp phủ có chất kết dính được tạo ra từ những sinh vật sống hoặc đã từng
sống.
Bột màu: Các hạt rắn mịn được thêm vào trong q trình sản xuất lớp phủ về cơ bản khơng
hịa tan trong xe, được sử dụng để tạo màu, kiểm sốt ăn mịn hoặc các đặc tính trang trí.
Lớp phủ hy sinh: Lớp phủ sử dụng kim loại là anốt cho thép và được ưu tiên ăn mòn. Về cơ
bản, các lớp phủ hy sinh cung cấp khả năng bảo vệ catốt, đặc biệt là ở vùng lân cận của các
khuyết tật phim.
Dung môi: Được thêm vào lớp phủ để hóa lỏng chất kết dính và cho phép ứng dụng một cách
hiệu quả.