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 I ĂN MÒN KIM LOẠI II ĂN MỊN HĨA HỌC III ĂN MỊN ĐIỆN HĨA .5 IV KIM LOẠI 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 Kim loại kết cấu kim loại đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân Ăn mòn kim loại bệnh nguy hiểm kim loại Nó làm kết cấu kim loại nhanh chóng trở thành đống sắt gỉ, gây tổn thất to lớn cho kinh tế quốc dân Nước ta nước nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều, có bờ biển chạy dài nên kim loại bị bệnh ăn mòn nhiều nặng Việc nghiên cứu ăn mòn biện pháp chống ăn mòn để kéo dài tuổi thọ kim loại nhiều nước quan tâm, nước ta Ăn mòn bảo vệ kim loại ngành khoa học có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác : kim loại học, hóa lí, hóa phân tích, hóa polymer, hóa mơi trường, hóa silicat… Ăn mòn tượng phổ biến kim loại Vấn đề ăn mòn xuất tất khía cạnh cơng nghệ, gây hậu nghiêm trọng làm hư hại thiết bị, giảm hiệu suất máy móc, gây nhiễm sản phẩm, thực phẩm,… Thậm chí ăn mịn cịn gây tai hoạ lớn cho lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa, thiết bị tự động Khơng có vậy, ăn mịn cịn trở ngại việc tung sản phẩm thuộc lĩnh vực công nghệ cao lĩnh vực khí chúng thường xảy cách lường trước Trong nhiều trường hợp, ăn mịn trở thành yếu tố ngăn cản thành công công nghệ nhiều hứa hẹn Có thể nói ăn mịn gây thiệt hại vô to lớn trực tiếp lẫn gián tiếp Những thiệt hại gián tiếp tính được, thường lớn nhiều so với thiệt hại trực tiếp Việc chống ăn mòn kim loại vấn đề cấp bách mặt kinh tế công nghệ Do nguyên liệu ngày khan để sử dụng cách hữu hiệu người ta sử dụng biện pháp chống gỉ phục hồi chi tiết máy bị mòn, tăng tuổi thọ chất lượng cho chi tiết máy.Công nghệ bao phủ ngành kỹ thuật đem lại hiệu cao công nghệ ứng dụng số kĩnh vực nước ta I ĂN MÒN KIM LOẠI [2, 4] Ăn mòn kim loại tượng phá huỷ vật liệu kim loại tác dụng hoá học tác dụng điện hoá kim loại với mơi trường bên ngồi Nói cách khác ăn mịn q trình chuyển biến kim loại từ dạng nguyên tố thành dạng hợp chất Sự ăn mòn thường bắt đầu xảy bề mặt kim loại, trình phát triển vào sâu kèm theo biến đổi thành phần tính chất hóa lý kim loại hợp kim Kim loại hịa tan phần hay toàn tạo sản phẩm ăn mòn dạng kết tủa bề mặt kim loại (lớp gỉ, oxit, hydrat, ) Có nhiều cách phân loại q trình ăn mịn Thơng thường có cách : - Theo chế trình ăn mịn + Ăn mịn hóa học + Ăn mịn điện hóa Nghiên cứu chi tiết chế q trình ăn mịn hóa học điện hóa cho thấy khơng có ranh giới phân biệt rõ nét chúng Trong nhiều trường hợp, biến đổi chậm từ chế hóa học sang chế điện hóa xảy ngược lại Sự ăn mòn dung dịch điện ly xảy theo chế điện hóa lẫn chế hóa học - Theo điều kiện q trình ăn mịn + Ăn mịn khí + Ăn mòn chất điện ly (axit, bazơ, muối) + Ăn mòn đất + Ăn mòn điện + Ăn mòn tác dụng điện + Ăn mòn sinh vật học ăn mòn vi sinh vật hay sản phẩm chuyển hóa chúng - Theo dạng đặc trưng ăn mòn + Ăn mòn tồn + Ăn mịn cục + Ăn mịn tinh thể + Ăn mòn xuyên tinh II ĂN MỊN HĨA HỌC Ăn mịn hóa học q trình phá hủy kim loại tác dụng hóa học với mơi trường xung quanh Ăn mịn hóa học tiến hành kim loại tác dụng với chất lỏng khơng phân ly khí khơ Me + O2  MeO Đặc điểm ăn mòn hóa học q trình ăn mịn khơng sinh dòng điện Sản phẩm ăn mòn tạo thành chỗ kim loại tiếp xúc với môi trường.[9, 4] Kim loại tiếp xúc với nhiều mơi trường khí khác nhau, điều kiện nhiệt độ, áp suất khác Cơ cấu ăn mịn hồn tồn khác III ĂN MỊN ĐIỆN HĨA Ăn mịn điện hóa q trình ăn mịn tác dụng điện hóa học kim loại với mơi trường phản ứng điện hóa, tn theo qui luật động học điện hóa Sự ăn mịn điện hóa gồm q trình : [12, 3] a) Q trình anot Là q trình điện hóa, kim loại chuyển vào dung dịch dạng cation MeZ+ giải phóng điện tử  Kim loại bị ăn mịn Me  MeZ+ + ze b) Q trình catot Là q trình khử hóa điện hóa, chất oxy hóa (Ox) nhận điện tử kim loại bị ăn mòn nhường cho : Ox + ze  Red Red – dạng khử liên hợp Ox (tức Ox.ze) Môi trường nước Ox : - Ox H+ trình catot : H+ + e  H hấp phụ H hấp phụ + H hấp phụ  H2  - Ox O2 + Trong mơi trường axit, trình catot : O2 + 4H+ + 4e  2H2O + Trong mơi trường trung tính kiềm, trình catot : O2 + 2H2O + 4e  4OHKhi dung dịch có ion kim loại (Me z’+) điện cực dương kim loại bị ăn mịn q trình catot : Mez’+ + z’e  Me Mez’+ + z”e  Mez”’+ z’, z”, z”’ – hóa trị ion : z’ = z” + z”’ Như Mez’+ đóng vai trị chất oxi hóa (Ox) bị khử catot c) Quá trình dẫn điện Các điện tử kim loại bị ăn mịn giải phóng từ anot tới catot, cón ion di chuyển dung dịch Hình Sơ đồ ăn mịn điện hóa Zn dung dịch H2SO4  Kim loại hoạt động pin gọi pin ăn mòn Như kim loại chứa tạp chất có điện điện cực khác  Nhúng vào dung dịch giải diện  tạo pin ăn mịn cục vị trí khác q trình ăn mịn bắt đầu  Các điều kiện ăn mịn điện hóa : Điều kiện cần đủ : - Các điện cực phải khác chất nhau: cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hóa học ( xêmentitFe3C) Trong kim loại có tính khử mạnh cực âm Như kim loại ngun chất khó bị ăn mịn - Các điện cực phải tiếp xúc với (hoặc trực tiếp gián tiếp qua dây dẫn) - Các điện cực tiếp xúc với dung dịch điện li  Bản chất ăn mịn điện hóa Là q trình oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực Ở cực âm xảy trình oxi hóa kim loại, cực dương xảy trình khử ion H+ (nếu dung dịch điện ly acid) IV KIM LOẠI Q trình ăn mịn kim loại trình tương tác kim loại với mơi trường Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình ăn mịn Một yếu tố cấu tạo kim loại Trong kim loại tồn nguyên tử ion Gọi chung ion nguyên tử điện tử tự Các ion nguyên tử kim loại xếp theo qui luật định dao động quanh vị trí cân Nếu nối tâm vị trí ion nguyên tử lại ta ô mạng không gian gọi mạng lưới tinh thể Tùy theo xếp không gian ion nguyên tử mà tạo nên mạng lưới tinh thể hình học khác Phần nhỏ cấu tạo hình học mạng lưới tinh thể gọi mạng sở Có loại ô mạng sở thường gặp : lập phương thể tâm, lập phương diện tâm, lục giác xếp chặt.[5, 4]  Cấu trúc lập phương thể tâm  Ô sở: khối lập phương åe = đỉnh : nguyên tử + Tâm : nguyên tử = ngtử  Số nguyên tử ô sở (Trung bình): nv = x 1/8 + = ng.tử  Kích thước nguyên tử Các nguyên tử xếp chặt theo hướng mặt chéo khối (4R)2 = 2a2 + a2 = 3a2 R  a Số phối vị : K =  Mật độ nguyên tử V = a3 v Mv   V nv πRR 3 100% 68% V  Mạng tinh thể = å ô sở  Các kim loại : Fea , Cr , Mo , W  Cấu trúc lập phương diện tâm  Ô sở: khối lập phương åe = nguyên tử + nguyên tử = 14 ngtử  Số nguyên tử ô sở: nv = x 1/8 + 6/2 = ng.tử  Số nguyên tử ô sở: nv = x 1/8 + 6/2 = ng.tử  Kích thước nguyên tử Các nguyên tử xếp sít theo phương đường chéo mặt (4R)2 = a2 + a2 = 2a2 R a  Số phối vị : K = x + = 12  Mật độ nguyên tử V = a3 v Mv   V nv πRR 3 100% 74% V  Mạng tinh thể = å ô sở  Các kim loại : Feg , Ni, Cu, Al  Cấu trúc lục phương xếp chặt  Ô sở: khối lăng trụ lục giác åe = Đỉnh : 6x + Đáy : x + Tâm : = 17 ngtử  Số nguyên tử ô sở: nv = 12 x 1/6 + 2x1/2 + = ng.tử  Kích thước nguyên tử c a Ra 1.633  Số phối vị : K = x + = 12  Mật độ nguyên tử v Mv   V nv πRR 3 100% 74% V  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 xuất đồng thời với việc sử dụng kim loại từ lâu sắt , đồng thau, đồng bảo vệ chống ăn mòn chất che phủ kim loại quý Việc bảo vệ lớp che phủ phương pháp phổ biến nhất, chất việc bảo vệ chỗ cô lập kim loại với tác dụng mơi trường xâm thực, có mặt lớp che phủ bề mặt kim loại , kìm hãm cơng pin tế vi Đó màng muối oxit khó tan kim loại, silicat, xi măng, nhựa tổng hợp, chất dẻo, sơn dầu, lớp tráng men dầu mỡ Các lớp che phủ bảo vệ tốt phải tương ứng với nhiều yêu cầu : [163, 6] - Lớp che phủ không bị ăn mòn hay bị ăn mòn với tốc độ ăn mòn yếu tốc độ ăn mòn kim loại cần bảo vệ - Lớp che phủ phải dày, bàm dính với kim loại cần bảo vệ - Phải xử lý sơ cách cẩn thận bề mặt kim loại cần bảo vệ : bề mặt hoàn toàn sạch, khơng có gỉ, cặn, muội dầu mỡ Ngồi vài lớp che phủ phải thoả mãn đòi hỏi đặc biệt : độ cứng cao, điện trở thấp… Bao phủ để chống ăn mòn cho kim loại chia làm loại :  Bao phủ catot Ngăn không cho kim loại tác dụng với môi trường Kim loại phủ có điện dương so với kim loại điều kiện môi trường cần bảo vệ Lớp che phủ bảo vệ kim loại hiệu chiều dày chúng không bị rạn nứt, ngược lại , bề mặt xuất pin ganvanic tế vi, anot 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 Lớp che phủ catot sắt đồng, niken, thiếc, chì, crom  Bao phủ anot Kim loại phủ có điện âm kim loại nền, lớp phủ bị phá hoại cục kim loại khơng bị ăn mịn 10