Tài liệu Nghiên cứu công nghệ sản xuất chất lỏng thuỷ lực chống cháy phục vụ cho các thiết bị công nghiệp

Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty HO¸ chÊt ViÖt nam C«ng ty CP Ph¸t triÓn phô gia vµ s¶n phÈm dÇu má B ÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT LỎNG THUỶ LỰC CHỐNG CHÁY PHỤC VỤ CHO CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP Hà Nội, ngày 31tháng 12 năm 2008 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Họ tên, chữ ký) THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI (Họ tên, chữ ký, đóng dấu) 7153 06/3/2009 Hµ néi – th¸ng 12 n¨m 2008 Bé c«ng th−¬ng Tæng C«ng ty HO¸ chÊt ViÖt nam C«ng ty CP Ph¸t triÓn phô gia vµ s¶n phÈm dÇu má B ÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT LỎNG THUỶ LỰC CHỐNG CHÁY PHỤC VỤ CHO CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm đề tài : ThS. PHAN TRỌNG HIẾU Cơ quan chủ quản: CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN PHỤ GIA VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ (APP) Hµ néi – 2008 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 I. TỔNG QUAN .................................................................................................................. 2 I .1. Một số khái niệm.................................................................................................... 2 I.1.1 .Chất lỏng thuỷ lực ..................................................................................................2 I.1.2 . Phân loại................................................................................................................4 I.1.3 . Tính chất................................................................................................................5 I.1.4 . Lựa chọn................................................................................................................6 I .2. Chất lỏng thuỷ lực chống cháy.................................................................................7 I.2.1 . Thành phần............................................................................................................7 I.2.2 . Ăn mòn kim loại trong chất lỏng thuỷ lực HFC ...................................................9 II. THỰC NGHIỆM........................................................................................................ 10 2.1. Thành phần chất lỏng thuỷ lực HFC....................................................................10 2.1. 1. Các phương pháp phân tích hoá lý .....................................................................10 2. 2. Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng HFC .........................................................12 2.2.1. Mẫu chất lỏng thuỷ lực và dung dịch đo .............................................................12 2.2.2. Mẫu kim loại........................................................................................................13 2.3 . Phương pháp và thiết bị.........................................................................................15 2.3.1 Phân tích thành phần kim loại..............................................................................15 2.3.2. Phương pháp và thiết bị điện hoá ........................................................................15 2. 3. 3. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét và thiết bị .....................................16 2.3.4. Các bước tiến hành ..............................................................................................17 III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................................... 18 A. NGHIÊN CỨU CHẤT LỎNG THUỶ LỰC HFC...............................................18 3.1. Thành phần chất lỏng thuỷ lực chống cháy .......................................................18 3.2. Tính chất hoá lý của chất lỏng thuỷ lực chống cháy .........................................23 3.2.1. Áp suất hơi...........................................................................................................25 3.2.2. Độ nhớt. ...............................................................................................................26 3.2.3. Độ ổn định độ nhớt..............................................................................................28 3.2.4. Ức chế ăn mòn pha hơi........................................................................................30 3.2.5. Khả năng tương thích vật liệu. ............................................................................33 3.2.6. Các phép thử tính năng........................................................................................35 3.2.7. Ăn mòn kim loại..................................................................................................35 B. CÔNG THỨC ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG THUỶ LỰC HFC............................57 C. XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT LỎNG HFC ............................58 IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 62 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Ngày nay, tính an toàn cháy nổ cho các quá trình sản xuất được đặt lên hàng đầu. Chính vì vậy, yêu cầu kỹ thuật đối với các chất lỏng bôi trơn và truyền động như chất lỏng thuỷ lực trong các hệ thống thuỷ lực làm việc trong môi trường dễ bắt cháy cũng phải được tuân thủ rất nghiêm ngặt và thay vì chất lỏng thuỷ lực gốc khoáng như truyền thống các chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng. Trên thế giới, chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng phổ biến. Tuỳ thuộc vào phạm vi ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật, các chất lỏng thuỷ lực chống cháy đặc thù được sử dụng. Về cơ bản chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng chủ yếu ở một số dạng: HFA, HFB, HFC, HFD. Ở nước ta, trong những năm gần đây chất lỏng thuỷ lực chống cháy đã được ứng dụng tuy còn hạn chế về chủng loại. Loại chất lỏng thuỷ lực chống cháy được áp dụng với số lượng lớn là HFAE hay còn gọi là nhũ tương dầu trong nước sử dụng cho cột chống lò trong khai thác mỏ. HFC là loại chất lỏng thủy lực chống cháy gốc nướcglycol được dùng chủ yếu cho các ứng dụng công nghiệp như đúc áp lực, gia công ép đùn, rèn, hàn tự động, cán thép và các hệ thống lò nung…. Về tính năng, HFC thỏa mãn tất các yêu cầu kỹ thuật như dầu khoáng thủy lực. Tuy nhiên, do trong thành phần có nước dung để độ an toàn cháy nổ, các chất lỏng HFC có nguy cơ gây ăn mòn các vật liệu kim loại trong hệ thống thủy lực cao. Vì vậy, ngoài các tính năng như dầu khoáng thủy lực, các chất lỏng HFC cần phải có tính chống ăn mòn kim loại tốt để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru không bị nhiễm tạp chất do rỉ và các sản phẩm ăn mòn sinh ra trong quá trình vận hành. Mục tiêu của đề tài là: • Nghiên cứu chất lỏng thuỷ lực chống cháy HFC đạt tiêu chuẩn. • Nghiên cứu phụ gia chống ăn mòn kim loại cho các chất lỏng HFC. • Xây dựng quy trình sản xuất chất lỏng thủy lực chống cháy HFC. 1 I. TỔNG QUAN I.1. Một số khái niệm I.1.1. Chất lỏng thủy lực[1,3,5,7] Dầu thuỷ lực hay còn gọi là chất lỏng thủy lực được sử dụng trong các hệ thống thuỷ lực. Tác dụng của hệ thống này là truyền và làm điều hoà năng lượng hoặc lực thông qua việc sử dụng dầu nằm trong hệ thống kín. Dầu này hoạt động trong điều kiện động và có áp.Các thiết bị truyền động thuỷ lực được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau ở đó cần khuyếch đại lực hoặc ở đó các cơ cấu điều khiển phải được đảm bảo hoạt động chính xác và tin cậy. Các cải tiến liên quan với quá trình tự động hoá đã mở rộng đáng kể phạm vi sử dụng của các thiết bị thủy lực. Thiết bị thủy lực điển hình là một hệ thống tuần hoàn gồm: 1- Bể chứa dầu thủy lực; 2- Bơm để chuyển đổi cơ năng thành dòng chảy của chất lỏng; xét về mặt bôi trơn, bơm là bộ phận có nguy cơ bị hư hỏng nhiều nhất trong hệ thống thủy lực. Thường được sử dụng là các bơm cánh gạt, bơm bánh răng và bơm pittong; 3- Hệ thống đường ống để dẫn dầu từ bộ phận này sang bộ phận khác; 4- Các cơ cấu kiểm soát dòng chảy của chất lỏng. Chúng gồm các van điều áp suất, van điều hướng và van tiết lưu; 5- Một bộ dẫn động để chuyển đổi dòng chẩy của chất lỏng thành cơ năng để sử dụng vào mục đích mong muốn. 2 Sơ đồ đơn giản của hệ thống thủy lực được thể hiện trên hình 1.1. Đầu ra Chất lỏng thủy lực quay lại quá trình Mô tơ Đầu vào Thùng đựng Bơm Chuyển hóa thủy Cơ năng chuyển hóa thành thủy Hình 1.1. Sơ đồ đơn giản của hệ thống thủy lực Trong khi bơm chuyển đổi cơ năng thành thủy năng thì bộ dẫn động thủy lực chuyển đổi thuỷ năng thành cơ năng. Thành phần cuối cùng của hệ thống thuỷ lực là dầu thuỷ lực – đó là môi trường truyền năng lượng. Mặc dù dầu dùng cho hệ thống thuỷ lực cũng có chức năng làm giảm ma sát và chống mài mòn cho các chi tiết ma sát, đặc biệt cho các chi tiết của bơm, trong thực tế chúng vẫn thường được gọi là chất lỏng thuỷ lực chứ không phải là dầu thuỷ lực Các chất lỏng này là một trong những nhóm dầu công nghiệp quan trọng nhất đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong các máy công cụ, cơ cấu tải v.v. Chất lỏng thuỷ lực cũng được sử dụng trong các phương tiện vận tải đường bộ và đường thuỷ, máy bay cũng như các hệ thống phanh. 3 I.1.2. Phân loại[1,4,8] Do có sự khác nhau lớn giữa các hệ thống thuỷ lực , do điều kiện môi trường hoạt động khác nhau, đôi khi ở những nhiệt độ rất khắc nghiệt, nên nhóm chất lỏng thuỷ lực bao gồm một số rất lớn các sản phẩm mà tính chất của chúng khác nhau một cách đáng kể. Tình trạng này cũng giống như trường hợp các dầu bánh răng và dầu động cơ, đòi hỏi phải phân loại các chất lỏng thuỷ lực. Phân loại ISO 67434 (bảng 1.1 ) phân chia chất lỏng thuỷ lực theo loại.theo cách phân loại này thành phần hoá học của các dầu được thể hiện một cách rõ ràng từ các dầu khoáng chưng cất trực tiếp đến các sản phẩm có phụ gia (gồm tất cả các phụ gia quan trọng nhất), từ các chất tạo nhũ tương đến dầu tổng hợp. Phân loại trên cũng chú ý đến cả một số tính chất quan trọng của các sản phẩm này. Bảng 1.1. Phân loại các chất lỏng thủy lực theo tiêu chuẩn ISO 6743/4 Ký hiệu của chất lỏng Đặc tính của chất lỏng HH Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế HL Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế gỉ và chống oxy hoá HM Kiểu HL có tính chất chống mài mòn được cải thiện hơn HR Kiểu HL có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn HV Kiểu HMcó chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn HG Kiểu HM có tính chất chống mài mòn, đảm bảo chuyển động không trượt- nhảy HS HFAE Chất lỏng tổng hợp không có tính chất chống cháy đặc biệt Nhũ tương chống cháy của dầu trong nước có chứa tối đa 20% trọng lượng các chất có thể cháy được HFAS Dung dịch chống cháy của hoá chất pha trong nước chứa tối thiểu 80% nước HFB Nhũ tương chống cháy của nước trong dầu chứa tối thiểu 35% khối lượng nước Dung dịch chống cháy của polyme trong nước chứa tối thiểu 35% khối lượng nước 4 HFC Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở este của axit photphoric HFDR Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở các clohydrocacbon HFDS Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở hỗn hợp của HFDR và HFDS HFDT Do tính đa dạng trong việc sử dụng các hệ thống thuỷ lực và do số chức năng mà chất lỏng thuỷ lực phải đảm nhiệm, trên thị trường hiện có rất nhiều sản phẩm khác nhau. Thông thường chất lỏng thuỷ lực được chia thành bốn loại chính: 1- Các sản phẩm gốc dầu khoáng 2- Các dầu tổng hợp 3- Các sản phẩm tạo nhũ tương 4- Các chất lỏng gốc nước I.1.3. Tính chất[1,2,3,4,5] Bảng 1.2 liệt kê các phương pháp thử nghiệm được sử dụng phổ biến nhất để đánh giá các đặc điểm của các chất lỏng thuỷ lực. Bên cạnh những tính chất điển hình đối với các chất bôi trơn lỏng như độ nhớt, chỉ số độ nhớt, các tính chất tribo và chống ăn mòn cũng như tính chống oxy hoá, các tính chất đặc trưng của các chất lỏng thuỷ lực là: • Khả năng chịu nén - để truyền lực có kết quả chất lỏng thuỷ lực phải thật sự không bị nén; • Tương thích với các vật liệu làm kín; • Khả năng tách khí và chống tạo bọt – các đặc điểm này có liên quan tới khả năng chống ảnh hưởng mòn xói và tránh làm tăng độ nén của chất lỏng; 5 Bảng 1.2. Các phương pháp thử nghiệm ASTM chủ yếu đối với chất lỏng thủy lực Tính chất Phương pháp thử nghiệm Trị số axit ASTM D-974 Đặc tính tạo nhũ ASTM D-1401 Nhiệt độ chớp cháy ASTM D-92 Đặc tính tạo bọt ASTM D- 892 Độ bền thuỷ phân ASTM D- 2619 Khả năng bôi trơn - Đánh giá mài mòn trên bơm thuỷ lực ASTM D – 2882 - Đánh giá mài mòn trên máy bốn bi ASTM D – 2266 Chống oxy hoá ASTM D- 943 Nhiệt độ đông đặc ASTM D- 97 Tính chất chống gỉ- chống ăn mòn ASTM D-665 Tỷ trọng ASTM D-1298 Độ nhớt ASTM D-445 Chỉ số độ nhớt ASTM D-2270 Hàm lượng nước ASTM D-1744 • Khả năng qua lọc – tính chất này liên quan tới một đòi hỏi cực kỳ quan trọng đối với các chất lỏng thuỷ lực, đó là độ sạch của chúng; các chất lỏng thuỷ lực chất lượng cao phải tuyệt đối loại được các chất bẩn, đặc biệt khi chúng có chứa cả các sản phẩm của quá trình mài mòn; • Độ ổn định trượt trong trường hợp của chất lỏng không Newton. I.1.4. Lựa chọn[1,6,9] Việc lựa chọn dầu thuỷ lực và một số tính chất được đòi hỏi một cách đặc biệt căn cứ trên điều kiện hoạt động của hệ thống thuỷ lực.Tuy nhiên người ta đã chỉ ra rằng phải sử dụng các chất lỏng thuỷ lực không có độc tính và có khả năng chống biến chất sinh học tốt cho các hệ thống thuỷ lực bị rò chẩy để tránh gây ô nhiễm môi trường. Chất lỏng được chọn cần hội tụ đủ các đặc tính thích hợp như tiêu chuẩn kĩ thuật quy định. Ngoài ra, chất lỏng cũng phải đáp ứng tất cả các yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị. 6 Trước khi nạp vào bất cứ bộ phận nào của thiết bị cần nghiên cứu và hiểu thấu các tiêu chuẩn kỹ thuật và mọi hướng dẫn sử dụng có liên quan. Chất lỏng và thiết bị cần được chuẩn bị và lau chùi kĩ trước khi nạp chất lỏng. Khi nạp phải tuân thủ đúng hướng dẫn đêr giữ cho thiết bị sạch sẽ. Cần sử dụng loại phim lọc thích hợp để hạn chế tối đa lượng tạp bẩn. Sau mỗi lần nạp cân thực hiện đầy đủ các yêu cầu về bảo dưỡng và kiểm tra trong suốt thời gian sử dụng chất lỏng và thiết bị. I.2. Chất lỏng thủy lực chống cháy[4,5,6,8,9] Chất lỏng thuỷ lực HFC thuộc loại chất lỏng thuỷ lực gốc nước hay chính xác hơn là hỗn hợp của Glycol và nước. Trong thành phần của HFC, ngoài hỗn hợp Glycol-nước, còn có các chất làm đặc (thường là các polyme PE-PO tan trong nước) và các phụ gia tính năng như chất ức chế gỉ, chống ăn mòn, chống oxy hoá, chống mài mòn và chống tạo bọt. Để đảm bảo chức năng chống cháy, hàm lượng nước trong sản phẩm tối thiểu là 35% khối lượng. Các chất làm đặc PE-PO thường có trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 20.000 đến 40.000 được sử dụng cho chất lỏng HFC. I.2.1. Thành phần[4,6,8,10] Hiện tại, các chất lỏng thuỷ lực HFC đang được sử dụng phổ biến có cấp độ nhớt 46 (theo phân loại ISO: 41,4-50,6 cSt ở 400C), nhưng cũng có thể được lập công thức riêng để thoả mãn bất kỳ phân loại độ nhớt nào. Nhiệt độ làm việc của chất lỏng HFC thường được quy định trong khoảng -20 đến 600C. Thành phần nguyên liệu và tính năng cơ bản của chất lỏng thuỷ lực HFC được cho trong bảng 1.3. TT Bảng 1.3. Chức năng cơ bản của các thành phần trong chất lỏng HFC Thành phần Chức năng Tỷ lệ (% kh.l) 1 Chất làm đặc Bền trượt cắt và bôi trơn 15-20 2 Glycol: Dung môi và hạ điểm đông 35-40 - MEG DEG PG 3 Phụ gia chống mài mòn, Cải thiện tính bôi trơn và chống ăn mòn ngăn ngừa ăn mòn kim loại 4 Phụ gia chống tạo bọt Thoát khí, ngừa bọt 5 Nước cất Chống cháy, nổ 7 5-10 Dưới 0,5 35-50 Chất làm đặc: Đặc tính yêu cầu đối với các chất làm đặc cho chất lỏng thuỷ lực HFC được quy định bao gồm: • Ổn định trượt cắt cao; • Bôi trơn thuỷ động tốt; • Độc tính thấp; • Chống cháy tốt; • Tương thích với vật liệu làm kín; • Hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao; • Độ dẫn nhiệt tốt; • Tính chất nhiệt nhớt tốt; Với các yêu cầu kỹ thuật đối với chất làm đặc cho chất lỏng thuỷ lực HFC đã nêu, chất làm được lựa chọn sử dụng là các hợp chất polyoxyalkylen có các tính chất đặc trưng được cho trong bảng 1.4. Bảng 1.4. Tính chất đặc trưng của các chất làm đặc cho HFC Tính chất đặc trưng Chất làm đặc HV20 Chất làm đặc HV40 19.500 45.000 2.400 6.500 1,0908 1,0905 240 240 Tan hoàn toàn Tan hoàn toàn 78 76 Độ nhớt động học, cSt 0 ở 400C 0 ở 100 C 3 Tỷ trọng ở 20 C, g/cm 0 Nhiệt độ chớp cháy (COC), C 0 Độ tan trong nước ở 20 C Điểm sương (dung dịch nước 1%), 0C Dung môi: 8 Dung môi hay chính xác hơn là chất nền cho chất lỏng HFC thường được sử dụng là các hợp chất Glycol như Mono Etylen Glycol (MEG),, Di Etylen Glycol (DEG), Propylen Glycol (PG), … Các hợp chất này có tác dụng hạ điểm đông, hạn chế sự bay hơi nước nhằm ổn định độ nhớt cho chất lỏng HFC trong quá trình làm việc. Phụ gia tính năng: Để cải thiện tính bôi trơn và chống ăn mòn kim loại trong hệ thống thuỷ lực cũng như phòng chống xâm thực bơm thuỷ lực do bọt khí trong chất lỏng thuỷ lực gây ra, các phụ gia tính năng được bổ sung như phụ gia chống mài mòn, phụ gia chống ăn mòn kim loại, phụ gia chống oxy hoá, phụ gia chống tạo bọt … Trên thực tế tổ hợp các phụ gia tính năng với tỷ lệ các thành phần tối ưu đã được nghiên cứu và thử nghiệm được cung cấp dưới dạng phụ gia đóng gói và được chỉ định dùng cho các chất nền cụ thể. Nước cất: Nước cất là thành phần cơ bản làm nhiệm vụ chống cháy cho chất lỏng thuỷ lực HFC. Để đảm bảo tính năng chống cháy của HFC, hàm lượng nước không được nhỏ hơn 35%, đồng thời cũng không nên quá cao vì sẽ gây mất mát do bay hơi trong quá trình sử dụng và làm cho độ nhớt của chất lỏng làm việc thay đổi nhiều. I.2.2. Ăn mòn kim loại trong chất lỏng thủy lực HFC[3,4,5,6] Các chất lỏng thủy lực HFC có chứa nước, một tác nhân gây ăn mòn đối với các vật liệu kim loại và hợp kim có mặt trong hệ thống. Các sản phẩm ăn mòn tạo ra trong hệ thống thủy lực gây phá hủy hệ thống, khiến hệ thống làm việc kém hiệu quả hoặc thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành. Vì vậy, trong thành phần chất lỏng thủy lực phải có chất ức chế ăn mòn kim loại. Ngoài các tính năng chung đối với một chất lỏng thủy lực thường phải có, chất lỏng thủy lực chống cháy HFC tốt phải có khả năng chống rỉ, chống ăn mòn kim loại tốt trong suốt quá trình làm việc. Khả năng bảo vệ kim loại trong hệ thống thủy lực của HFC phải hiệu quả cả trong pha lỏng lẫn pha hơi (mặt thoáng). Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cho các chất lỏng thủy lực chống cháy HFC là một trong những nội dung quan trọng để có thể thu được sản phẩm chất lượng. 9 II. THỰC NGHIỆM 2.1. Thành phần chất lỏng thủy lực HFC Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy được xác định dựa vào các phép thử tính năng cũng như các phương pháp phân tích hóa lý. Thành phần của chất lỏng thủy lực nghiên cứu được xác định nhờ việc xác lập mối tương quan giữa các tính chất hóa lý như trị số axit, tính mài mòn trên bơm thuỷ lực, mài mòn trên máy bốn bi, chống oxy hoá, nhiệt độ đông đặc, tính chất chống gỉchống ăn mòn, độ nhớt, chỉ số độ nhớt của chất lỏng thủy lực thử nghiệm với các yếu tố ban đầu: nhiệt độ, áp suất, hàm lượng glycol, nước, chất làm đặc, các phụ gia tính năng …. 2.1.1. Các phương pháp phân tích hóa lý[4-12] 2.1.1.1. Xác lập các tính chất hoá lý, các tính năng của sản phẩm Bên cạnh những tính chất điển hình đối với các chất lỏng bôi trơn như độ nhớt, chỉ số độ nhớt, các tính chất tribo và chống ăn mòn cũng như tính chống oxy hoá, các tính chất đặc trưng của chất lỏng HFC là: • Khả năng chịu nén; • Tính tương thích với các vật liệu làm kín; • Khả năng tách khí và chống tạo bọt; • Khả năng qua lọc; • Độ ổn định trượt; 2.1.1.2. Xác định các tiêu chuẩn, phương pháp phân tích kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm Tính chất hóa lý của chất lỏng thủy lực chống cháy được xác định bởi các phương pháp phân tích hóa lý cho trong bảng 1.5. 10 Bảng 1.5. Các phương pháp phân tích hóa lý chất lỏng thủy lực HFC TT Tính chất 1 Độ nhớt ASTM D445 2 Chỉ số độ nhớt ASTM D2270 3 Tỷ trọng ASTM D1401 4 Nhiệt độ đông đặc ASTM D97 5 Chống oxy hoá ASTM D943 6 Hàm lượng nước ASTM D1744 7 Khả năng bôi trơn: 8 Phương pháp thử nghiệm - Đánh giá mài mòn trên bơm thuỷ lực ASTM D2282 - Đánh giá mài mòn trên máy 4 bi ASTM D2266 Tính chống gỉ, chống ăn mòn ASTM D665 Các tính chất đặc trưng của chất lỏng thuỷ lực chống cháy HFC được xác định bởi các phương pháp và giá trị giới hạn cho phép trong bảng 1.6. Bảng 1.6. Các tiêu chuẩn phân tích đối với chất lỏng thủy lực HFC Tính chất Giá trị cho phép Nhiệt độ tự kích nổ, 0C > 500 Khả năng phân huỷ sinh học Trung bình Đặc tính bôi trơn Tốt Nhiệt độ làm việc -20 – +65 Chống ăn mòn Đạt Yêu cầu vật liệu làm kín đặc biệt - Tương thích với vật liệu làm kín Đạt Tấn công kim loại Không 11 Truyền nhiệt Tốt pH 7,5 – 11,5 Hàm lượng nước, % Min.35 Đặc tính kiểm tra 2.2. pH, Độ nhớt, Kiềm dư Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng HFC Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng thủy lực chống cháy HFC được khảo sát nhờ các phương pháp khối lượng ASTM D665 và các phương pháp điện hóa. 2.2.1. Mẫu chất lỏng thủy lực và dung dịch đo 2.2.1.1. Mẫu chất lỏng thủy lực Các mẫu chất lỏng thủy lực được lựa chọn nghiên cứu cho trong bảng 2.1.1. Bảng 2.1.1. Các loại mẫu chất lỏng thủy lực để nghiên cứu STT Mẫu Tên gọi Ghi chú 1 M1.0 Chất lỏng HFC không phụ gia chống ăn mòn Đối chứng 2 Chất lỏng thủy lực chống Chất lỏng HFC với phu gia chống M1.1 cháy HFC ăn mòn A(1) Mẫu thử nghiệm Chất lỏng HFC với phụ gia chống ăn mòn B(2) Mẫu thử nghiệm 3 M1.2 Ghi chú: (1) - Phụ gia chống ăn mòn kim loại A là muối Ammoni của axit carboxylic có nồng độ trong chất lỏng HFC là 5% khối lượng. (2) - Phụ gia chống ăn mòn kim loại B là muối Ammoni của axit carboxylic có nồng độ trong chất lỏng HFC là 7% khối lượng. 2.2.1.2. Chuẩn bị dung dịch đo Dung dịch sử dụng trong các phép đo điện hoá được chuẩn bị như sau: Mẫu chất lỏng thủy lực được chuẩn bị kỹ lưỡng theo quy trình pha chế chất lỏng thủy lực chống cháy HFC. Các mẫu dung dịch đo được kiểm tra kỹ tính thấy 12 đồng nhất và trong suốt. Sau đó, các mẫu được để ổn định trong vòng 30phút được sử dụng làm dung dịch đo điện hoá, ngâm mẫu. 2.2.2. Mẫu kim loại 2.2.2.1. Thành phần các mẫu kim loại Thép CT3, hàm lượng cacbon thấp, có thành phần: 99.2351%Fe, 0.0675%C, 0.1172%Si, 0.4193%Mn. Gang là vật liệu dùng chế tạo thân máy, sơmi xilanh. Hợp kim đồng thau (brass), thành phần: 61.4348%Cu, 38.4139%Zn, 0.0426%Pb, 0.0192%Sn. 2.2.2.2. Chế tạo điện cực Điện cực làm việc được chế tạo từ ba kim loại thông dụng thép CT3, gang đúc và đồng thau. Sau khi cắt tạo hình, mài thô điều chỉnh kích thước và ba via, các mẫu được gắn tiếp xúc điện, kiểm tra độ tiếp xúc, sau đó được cố định trong nhựa epoxy và định hình diện tích bề mặt. Điện cực được mài thô, sau đó mài tinh bằng các loại giấy nhám 400, 800, 1200 và 1500, rồi rửa sạch và bảo quản trong môi trường an toàn không bị xâm thực Bề mặt điện cực được kiểm tra và chụp ảnh bằng hiển vi điện tử quét (SEM) trước khi đo. 2.2.2.3. Ảnh SEM bề mặt Kết quả chụp ảnh SEM hình thái bề mặt điện cực sau mài bóng được giới thiệu trong hình 2.2.1 cho thấy: Bề mặt các điện cực đồng đều, độ mịn cao, không có vết xước, nứt, ăn mòn… 13 Mẫu thép độ phóng đại x200 Mẫu thép độ phóng đại x2000 Mẫu gang độ phóng đại x200 Mẫu gang độ phóng đại x2000 Mẫu đồng độ phóng đại x200 Mẫu đồng độ phóng đại x2000 Hình 2.2.1. Ảnh SEM bề mặt điện cực trước khi thử nghiệm 14 2.3. Phương pháp và thiết bị 2.3.1. Phân tích thành phần kim loại[2,3,4] Mẫu kim loại được phân tích thành phần bằng phương pháp quang phổ phát xạ trên máy Metal-Lab 75-80J của Italy. 2.3.2. Phương pháp và thiết bị điện hoá[4,6,8,12] 2.3.2.1. Thiết bị Các phép đo điện hoá được thực hiện trên hệ Autolab PGSTAT 30 sử dụng phần mềm GPES 4.9 và FRA 4.9, nhiệt độ phòng có điều hoà không khí, duy trì ở 250C. Điện cực so sánh dùng Calomem bão hoà, điện cực so sánh được nối với bình đo bằng cầu thuỷ tinh chứa chất lỏng thủy lực HFC. Điện cực đối dùng lưới platin có diện tích lớn gấp nhiều lần so với điện cực làm việc. 2.3.2.2. Đo thế mạch hở E0 Như đã giới thiệu trong phần tổng quan, điện thế mạch hở có ý nghĩa quan trọng về mặt nhiệt động học. Nếu biết được điện thế mạch hở, có thể xác định được chiều hướng xảy ra phản ứng điện cực, khả năng điện cực bị ăn mòn. Để đo điện thế mạch hở của điện cực, bắt buộc phải có điện cực so sánh. Hệ đo có thể là 2 hoặc hệ 3 điện cực tuỳ theo loại thiết bị có kết cấu mặc định từ trước. Theo sơ đồ đo của máy Autolab, hệ đo được thiết kế chung cho các phép đo điện hoá thông dụng, gồm 3 điện cực. Máy tự động đọc điện thế của mẫu 2 lần /giây và ghi lại trong đĩa cứng. Sau 1800 giây có 3601 số liệu (kể cả số liệu tại thời điểm ban đầu 0 giây. Đồ thị được vẽ theo chương trình origin, đường liền + ký hiệu. Do số điểm nhiều nên các ký hiệu bị trùng lên nhau, do đó trên đồ thị chỉ thể hiện một số điểm có ký hiệu, cứ 200 điểm ẩn lại có 1 điểm được ký hiệu nhìn thấy được. 2.3.2.3. Đo dòng ăn mòn icorr- phương pháp đo phân cực tuyến tính 15 Theo định luật Tafel, có thể xác định đuợc dòng ăn mòn bằng phân cực tuyến tính trong khoảng điện thế gần với điện thế ăn mòn (phần 1), với ∆E <20mV. Dòng ăn mòn được xác định bằng phương pháp điện trở phân cực với khoảng điện thế ∆E = ⎜E-Ecor⎥ = 10mV và tốc độ quét v = 0,5mV/s, thực hiện theo thời gian 1, 3, 5, 10 ngày ngâm mẫu. 2.3.2.4. Phương pháp tổng trở điện hoá Hệ phản ứng điện hoá được coi như tương đương với một mạch điện thông thường gồm điện trở, điện dung, và trong một số trường hợp có cả cuộn cảm ứng. Khi đó có thể xác định được trở kháng tổng thể của hệ điện hoá, tượng tự như đối với mạch điện thông thường, bằng cách áp lên hệ điện thế xoay chiều tần số f biên độ ∆V và đo dòng phản hồi ∆I (∆V và ∆I là những véc tơ có chiều và độ lớn xác định). Tổng trở điện hoá sẽ là Z = Zr + j.Zi = ∆V/ ∆I. Các phép đo tổng trở điện hoá được thực hiện tại điện thế ăn mòn Eo với biên độ ∆E=5mV, khoảng tần số 1M-10mHz. 2.3.2.5. Phương pháp phân cực anôt Các phương pháp điện hoá nêu trên (điện thế mạch hở, điện trở phân cực và tổng trở điện hoá) có ưu điểm là không phá huỷ mẫu, có thể theo dõi liên tục theo thời gian. Tuy nhiên, không thể sử dụng khi nghiên cứu ăn mòn điểm. Trong các nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp phân cực anôt để nghiên cứu quá trình hoà tan và thụ động anôt. Các mẫu được mài bóng, đo phân cực cv anôt, 2 chu kì, tốc độ quét 10mV/s, trong khoảng thế phân cực từ E0 đến 1V sau đó được quan sát bằng hiển vi điện tử quét (SEM). 2.3.3. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét và thiết bị[3-7] 16