Bé C¤NG TH¦¥NG
TẬP ðOÀN HÓA CHẤT VIỆT NAM
C«ng ty CP Ph¸t triÓn Phô gia vµ S¶n phÈm DÇu má
********************
***
********************
B¸O C¸O TæNG KÕT §Ò TµI KHCN CÊP Bé
Nghiªn cøu s¶n xuÊt chÊt chèng gØ
cho ngµnh gia c«ng kim lo¹i
Chñ nhiÖm ®Ò tµi:
KS NguyÔn Anh TuÊn
C¬ quan chñ tr× ®Ò tµi:
C«ng ty CP Ph¸t triÓn Phô gia
vµ S¶n phÈm DÇu má
Hµ néi - 2011
Bé C¤NG TH¦¥NG
TẬP ðOÀN HÓA CHẤT VIỆT NAM
C«ng ty CP Ph¸t triÓn Phô gia vµ S¶n phÈm DÇu má
********************
***
********************
B¸O C¸O TæNG KÕT §Ò TµI KHCN CÊP Bé
Nghiªn cøu s¶n xuÊt chÊt chèng gØ
cho ngµnh gia c«ng kim lo¹i
Thực hiện hợp ñồng số 95.11.RD/Hð-KHCN, ngày 21-3-2011
Ký giữa bộ Công Thương và Công ty CP Phát triển Phụ gia và Sản phẩm Dầu mỏ
Chñ nhiÖm ®Ò tµi:
KS. NguyÔn Anh TuÊn
C¸n bé tham gia:
1. KS. Trương Ngọc ðức
2. KS. Hà Minh Huyền
3. KS. Lương Văn Tri
4. KS. Nguyễn Cảnh Tuyên
5. Nguyễn Ngọc Khương
6. Nguyễn Văn Hải
7. Phan ðình Khoa
Hµ Néi, ngµy 19 th¸ng 11 n¨m 2011
Tæng gi¸m ®èc phª duyÖt
Hµ néi 11-2011
DANH SÁCH CÁN BỘ THỰC HIỆN ðỀ TÀI
Họ và tên
Học vị, học hàm
Cơ quan
Nguyễn Anh Tuấn
Kỹ sư Hóa học
Công ty APP
Trương Ngọc ðức
Kỹ sư Hóa học
Công ty APP
Hà Minh Huyền
Kỹ sư Hóa học
Công ty APP
Lương Văn Tri
Kỹ sư Hóa học
Công ty APP
Nguyễn Cảnh Tuyên
Kỹ sư Hóa học
Công ty APP
Nguyễn Ngọc Khương
Kỹ sư Cơ khí
Công ty TNHH một thành
viên Diesel Sông Công
Nguyễn Văn Hải
Cử nhân Kinh tế
Công ty TNHH một thành
viên Diesel Sông Công
Phan ðình Khoa
Kỹ sư Cơ khí
Công ty TNHH một thành
viên Diesel Sông Công
MỞ ðẦU
Trong thời kỳ ñổi mới trên ñất nước ta có hàng trăm công ty, doanh
nghiệp, liên doanh cơ khí gia công kim loại phục vụ tiêu dùng trong nước và
xuất khẩu như Tập ñoàn Vinashin, Công ty cơ khí Trần Hưng ðạo, Công ty
TNHH Nhà Nước một thành viên Diesel Sông Công, Nhà máy Z153 Bộ Quốc
Phòng, Công ty Honda Việt Nam..., hàng năm lượng chất chống gỉ ñược sử
dụng là rất lớn.
Chất chống gỉ là sản phẩm rất quan trọng, không thể thiếu trong ngành cơ
khí gia công kim loại. Sau khi gia công, các chi tiết sản phẩm cần ñược phủ
một màng bảo vệ ñể ngăn cách với môi trường xung quanh từ ñó giúp cho sản
phẩm khỏi bị han gỉ gây hỏng hóc sản phẩm.
Tại các nước phát triển chất chống gỉ ñã ñược nghiên cứu, sản xuất từ rất
lâu và không ngừng ñược cải tiến, các hãng này luôn giữ bí mật công nghệ và
thành phần của chúng không ñược công bố cụ thể.
Tại Việt Nam, các sản phẩm chất chống gỉ phục vụ cho ngành cơ khí gia
công kim loại chủ yếu ñược cung cấp bởi các hãng nước ngoài với giá thành
cao, thời gian cung ứng chậm.
Công ty APP là một doanh nghiệp ñi lên từ viện nghiên cứu, có bề dày
kinh nghiệm trong nghiên cứu, sản xuất và triển khai thương mại hóa các sản
phẩm dầu mỡ bôi trơn. Việc nghiên cứu sản xuất chất chống gỉ sử dụng cho
ngành gia công kim loại thay thế cho sản phẩm của các hãng nước ngoài sẽ
ñáp ứng nhu cầu trong nước, chủ ñộng cung ứng sản phẩm là nhu cầu cấp
thiết. Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết ñó, Công ty APP phối hợp cùng Công ty
TNHH một thành viên Diesel Sông Công ñề xuất và ñược Bộ Công Thương
phê duyệt thực hiện ñề tài " Nghiên cứu sản xuất chất chống gỉ cho ngành
gia công kim loại” ñể tạo ra sản phẩm mới ñáp ứng ñược yêu cầu ñạt ra.
Mục tiêu của ñề tài là:
- Sản xuất ñược chất chống gỉ cho ngành gia công kim loại thay thế cho
sản phẩm của các hãng nước ngoài, cụ thể là thay thế ñược dầu Rust Proof
Oil của hãng Caltex (Mỹ).
-
Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm
-
Hạ giá thành sản phẩm
-
Thương mại hóa sản phẩm
MỤC LỤC
Trang
DANH SÁCH CÁN BỘ THỰC HIỆN ðỀ TÀI
MỞ ðẦU
MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương I.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ……………..……………..………..
1
I.1.
ĂN MÒN VÀ HÓA CHẤT CHỐNG ĂN MÒN.........................
2
I.1.1.
Khái niệm chung về ăn mòn.................................................
2
I.1.2.
Các dạng ăn mòn ………………………………………….
3
I.1.3.
Ăn mòn vật liệu kim loại và phương pháp bảo vệ ……….
4
I.1.3.1.
Kim loại ñen…………………………..………..…………
4
I.1.3.2.
Kim loại màu ………….…………………..……………...
7
I.1.3.3.
Xử lí môi trường ñể bảo vệ kim loại ……………...………
9
I.1.3.4.
Sử dụng chất ức chế bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn…….
10
I.2.
CHẤT CHỐNG GỈ CHO NGÀNH GIA CÔNG KIM LOẠI ...
11
I.2.1.
Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước ….…..
11
I.2.2.
Các hóa chất sử dụng ...........................................................
13
I.2.3.
Công nghệ sản xuất chất chống gỉ .......................................
23
I.2.3.1.
Quy trình công nghệ sản xuất chất chống gỉ .......................
23
I.2.3.2.
Thành phần của chất chống gỉ .............................................
25
I.3.
KẾT LUẬN TRÊN CƠ SỞ TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..............
29
Chương II.
THỰC NGHIỆM ........................................................................
30
II.1.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................
30
II.2.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................
30
II.3.
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ THỬ NGHIỆM
SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ........................................
31
II.3.1.
Các phương pháp phân tích .................................................
31
II.3.2.
Phương pháp thử nghiệm hiện trường .................................
32
II.4.
NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT SỬ DỤNG
TRONG NGHIÊN CỨU..............................................................
33
II.4.1.
Dung môi .............................................................................
33
II.4.2.
Dầu gốc ……………….………………………………….
33
II.4.3.
Phụ gia …………………………..….……………………..
35
Chương III
KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN ....................................................
39
III.1.
ðiều tra tình trạng sử dụng chất chống gỉ tại Việt Nam ......
39
III.2.
Phân tích, ñánh giá dầu chống gỉ
Rust Proof Oil của Caltex ..................................................
40
III.3.
ðiều chỉnh thông số kỹ thuật của dầu cần nghiên cứu ……
41
III.4.
Nghiên cứu, lựa chọn dung môi, dầu gốc dùng làm
nguyên liệu ñể pha chế chất chống gỉ APP RP-01 ……….
42
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ñể pha chế
chất chống gỉ APP RP-01 ....................................................
43
III.5.1.
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxy hóa..............................
43
III.5.2.
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống gỉ ................................
47
III.5.3.
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia bám dính ...............................
48
III.5.4
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia khử hoạt tính kim loại……..
50
III.5.6.
Kết luận trên cơ sở các kết quả nghiên cứu
lựa chọn phụ gia …………………………………………..
52
III.6.
Nghiên cứu pha chế chất chống gỉ APP RP-01……..…….
52
III.6.1.
Xác ñịnh thành phần phụ gia …………..…………………
52
III.6.2.
Xác ñịnh thành phần hỗn hợp dung môi, dầu gốc ……..…
54
III.6.3.
Xây dựng ñơn pha chế chất chống gỉ APP RP-01................
55
III.6.4.
Quy trình công nghệ pha chế sản xuất chất chống gỉ...........
56
III.7.
Thử nghiệm hiện trường ......................................................
59
III.7.1.
Mục ñích thử nghiệm ...........................................................
59
III.7.2.
Nội dung thử nghiệm ...........................................................
60
III.7.3.
Kết quả thử nghiệm .............................................................
61
III.8.
Xây dựng tiêu chuẩn sản phẩm ...........................................
63
III.9.
Khả năng thương mại hóa ...................................................
64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................
65
III.5.
DANH MỤC PHỤ LỤC …………..……………………..……
CÁC TỪ VIẾT TẮT
ASTM
Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ (viết tắt của tiếng Anh American
Society for Testing and Materials)
IP
Tiêu chuẩn do Viện Dầu mỏ Anh ban hành (viết tắt của tiếng
Anh Institute of Petroleum)
AP
Alkyl phenol
DPA
Diphenylamin
DEA
Diethanolamin
MEA
Monoethanolamin
TEA
Triethanolamin
SAP
Trị số xà phòng
TAN
Trị số axít tổng
TETA
Tetramintriethylen
TEPA
Pentamintetraethylen
TXP
Trixylyl photphat
TCP
Tricresyl photphat
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng I.1.
Các hóa chất sử dụng cho chất chống gỉ phổ biến
và ứng dụng ……………………………………..………
14
Các phương pháp chuẩn theo ASTM sử dụng
trong ñề tài.........................................................................
31
ðặc tính kỹ thuật của các loại dung môi ñược chọn
ñể khảo sát........................................................................
34
ðặc tính kỹ thuật của các loại dầu gốc ñược chọn
ñể khảo sát………………………….……………………
35
Bảng II.4.
ðặc tính kỹ thuật của phụ gia chống oxy hóa………........
36
Bảng II.5.
ðặc tính kỹ thuật của phụ gia khử hoạt tính kim loại .......
36
Bảng II.6.
ðặc tính kỹ thuật của phụ gia bám dính............................
37
Bảng II.7.
ðặc tính kỹ thuật của phụ gia chống gỉ............................
38
Bảng III.1.
Dầu chống gỉ ñang ñược sử dụng tại các cơ sở gia công
kim loại trong nước ........................................................
39
Bảng III.2.
Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu chống gỉ Rust Proof Oil ........
40
Bảng III.3.
ðiều chỉnh thông số kỹ thuật của
chất chống gỉ APP RP-01………………………………..
41
Kết quả khảo sát mất mát do bay hơi
của phụ gia chống oxy hóa................................................
44
Bảng III.5.
Khảo sát hiệu quả của phụ gia chống oxi hóa …………..
45
Bảng III.6.
Khảo sát nồng ñộ sử dụng của các phụ gia chống gỉ.........
48
Bảng III.7.
Khảo sát mất mát trọng lượng
của các phụ gia bám dính...................................................
49
Bảng III.8.
Mất mát do bay hơi của phụ gia khử hoạt tính kim loại ...
50
Bảng III.9.
Ăn mòn tấm ñồng của phụ gia khử hoạt tính kim loại ….
51
Bảng II.1.
Bảng II.2.
Bảng II.3.
Bảng III.4.
Bảng III.10.
ðộ bền chống oxy hóa của phụ gia
khử hoạt tính kim loại……………………………………
51
Kết quả nghiên cứu lựa chọn phụ gia ñể
sản xuất chất chống gỉ APP RP-01………………..……..
52
Bảng III.12.
Thành phần phụ gia ñóng gói APP A901………….
53
Bảng III.13.
ðặc tính kỹ thuật của phụ gia ñóng gói APP A901..
54
Bảng III.14.
Kết quả khảo sát hỗn hợp dung môi,
dầu gốc ñể pha chế chất chống gỉ APP RP-01…………..
55
Bảng III.15.
ðơn pha chế chất chống gỉ APP RP-01……………..…..
55
Bảng III.16.
Kết quả phân tích chống gỉ APP RP-01…….…………..
56
Bảng III.17.
Chỉ tiêu kỹ thuật của chất (dầu) chống gỉ
ñể thử nghiệm hiện trường…….………….……………..
59
Bảng III.18.
Lựa chọn các chi tiết thử nghiệm……………..…………
60
Bảng III.19.
Kết quả các chi tiết máy thử nghiệm ñể tiếp xúc
trực tiếp với không khí và ñể trong nhà xưởng….………
61
Kết quả các chi tiết máy thử nghiệm cất trong
hòm gỗ và ñể trong nhà xưởng…………………………..
62
Kết quả các chi tiết máy thử nghiệm ñược
bao gói trong giấy tẩm…………………………………...
62
Tiêu chuẩn cơ sở chất chống gỉ APP RP-01
công bố tại Công ty APP…………………………………
63
Bảng III.11.
Bảng III.20.
Bảng III.21.
Bảng III.22.
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình I.1.
Cấu trúc của borat ..……………………………………...
20
Hình I.2.
Cấu trúc của Amine borat ..……………………………...
20
Hình I.3.
Cấu trúc ester Phosphate .....……………………………..
21
Hình I.4.
Cấu trúc vòng Nitơ phổ biến ……………………………
22
Hình III.1.
Ảnh hưởng của loại và nồng ñộ phụ gia ñến khả năng
chống oxy hóa của dầu …………………………………..
46
Hình III.2.
Mất mát trọng lượng của các phụ gia bám dính ................
49
Hình III.3.
ðộ ổn ñịnh nhiệt và mất mát do bay hơi
của phụ gia khử hoạt tính kim loại ………………………
50
Ảnh hưởng của loại và nồng ñộ
phụ gia khử hoạt tính kim loại ………………………….
51
Hình III.5.
Thành phần phụ gia ñóng gói APP A901 ……………….
53
Hình III.6.
Sơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất
chất chống gỉ APP RP-01………………………………..
58
Hình III.4.
TÓM TẮT ðỀ TÀI
Nhiệm vụ ñặt ra của ñề tài "Nghiên cứu sản xuất chất chống gỉ cho ngành
gia công kim loại" là :
-
Sản xuất ñược loại dầu chống gỉ cao cấp ñạt chất lượng ñể sử dụng cho ngành
gia công kim loại thay thế sản phẩm cùng loại của các hãng nước ngoài.
-
Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm
-
Hạ giá thành sản phẩm
-
Thương mại hóa sản phẩm
ðể ñạt ñược mục tiêu ñề ra, ñề tài ñã tiến hành khảo sát tình hình sử dụng
chất chống gỉ tại Việt Nam, khảo sát ñánh giá ñặc tính kỹ thuật của một số chất
chống gỉ hiện ñang cung cấp tại Việt Nam, từ ñó xây dựng kế hoạch nghiên cứu.
ðề tài ñã khảo sát toàn diện các dung môi, dầu gốc, phụ gia hiện có phổ biến
trên thị trường Việt Nam và thế giới, từ ñó lựa chọn ñược các loại dung môi, dầu
gốc, phụ gia phù hợp ñể sản xuất sản phẩm của ñề tài
ðề tài ñã xây dựng ñược quy trình sản xuất sản phẩm trên dây truyền sẵn có
tại Công ty APP phù hợp với ñiều kiện Việt Nam.
Sản phẩm của ñề tài ñã ñược kiểm tra, thử nghiệm tại Công ty TNHH một
thành viên Diesel Sông Công ñạt kết quả rất tốt.
ðã xây dựng Tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm dùng làm cơ sở ñể cung cấp sản
phẩm ra thị trường.
Sản phẩm của ñề tài có giá rẻ (khoảng 50.000 - 55.000 ñồng), rẻ hơn nhiều so
với các hãng nước ngoài (70.000 ñồng). Hiện nay sản phẩm của ñề tài ñã ñược ñặt
hàng và tương lai sẽ mở rộng ra nhiều sản phẩm dựa trên cơ sở của ñề tài.
Như vậy ñề tài ñã ñạt ñược các kết quả ñăng ký với Bộ Công Thương.
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Gỉ là một thuật ngữ chung ñể chỉ sự ăn mòn của sắt và hợp kim của nó do
tác dụng hoá học và ñiện hóa với môi trường xung quanh. Trong phần này
chúng tôi trình bày tổng quất hơn về hiện tượng gỉ, ñó là sự ăn mòn kim loại.
Ăn mòn là một hiện tượng rất phổ biến của kim loại. Vấn ñề ăn mòn xuất
hiện trong tất cả khía cạnh của công nghệ, nó gây ra những hậu quả nghiêm
trọng như làm hư hại các thiết bị, giảm hiệu suất của máy móc, gây ô nhiễm
các sản phẩm, thực phẩm,… Thậm chí ăn mòn còn gây ra những tai họa rất
lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa, các thiết bị tự ñộng.
Không chỉ có vậy, ăn mòn còn là trở ngại trong việc tung ra những sản phẩm
mới thuộc lĩnh vực công nghệ cao và trong các lĩnh vực cơ khí do chúng
thường xảy ra một cách không thể lường trước ñược. Trong nhiều trường hợp,
ăn mòn có thể trở thành yếu tố ngăn cản sự thành công của các công nghệ mới
nhiều hứa hẹn. Có thể nói ăn mòn gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn cả về
trực tiếp lẫn gián tiếp. Người ta ñã tính ñược rằng giá tiền chi phí cho lĩnh vực
ăn mòn chiếm khoảng 4% tổng thu nhập quốc dân ñối với những nước có nền
công nghiệp phát triển, chi phí này tính cho các khoản sau:
-
Những mất mát trực tiếp: Tiền chi phí cho việc thay thế các vật liệu ñã bị
ăn mòn và những thiết bị xuống cấp do ăn mòn gây ra.
-
Những tổn thất gián tiếp: Chi phí cho việc sửa chữa số lượng sản phẩm
giảm chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc bị mất mát do hiện tượng
ăn mòn kim loại gây ra.
-
Chi phí cho các biện pháp ñể phòng ngừa: Chi phí cho các biện pháp ñể
bảo vệ chống hiện tượng ăn mòn kim loại.
Thông thường, chi phí trực tiếp ít hơn rất nhiều so với chi phí gián tiếp.
1
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
I.1. ĂN MÒN VÀ HÓA CHẤT CHỐNG ĂN MÒN
I.1.1. Khái niệm chung về ăn mòn
Ăn mòn thường bắt ñầu xảy ra trên bề mặt rồi phát triển sâu vào bên trong
kèm theo sự biến ñổi thành phần và tính chất lý hóa của kim loại hoặc hợp
kim.
Ăn mòn kim loại là phản ứng oxi hoá khử không thuận nghịch ñược xảy
ra giữa kim loại và chất oxi hoá có trong môi trường xâm thực.
Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân
thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn ñiện hóa.
a,
Ăn mòn hóa học
Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong ñó kim loại phản ứng
trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi trường (các electron của kim loại
ñược chuyển trực tiếp ñến các chất trong môi trường) và không xuất hiện
dòng ñiện. Tuy nhiên ăn mòn hóa học có tốc ñộ ăn mòn chậm và không phải
là quá trình phá huỷ kim loại chủ yếu.
Sự ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những thiết bị của lò ñốt, các chi tiết
của ñộng cơ ñốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt ñộ cao.
Nhiệt ñộ càng cao, thì tốc ñộ ăn mòn càng nhanh.
b,
Ăn mòn ñiện hóa
Ăn mòn ñiện hóa là sự phá hủy kim loại do kim loại (không nguyên chất)
tiếp xúc với dung dịch chất ñiện li tạo nên dòng ñiện.
Do xuất hiện pin ñiện nên tốc ñộ ăn mòn ñiện hoá nhanh hơn rất nhiều so
với tốc ñộ ăn mòn hoá học. Ví dụ: Phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn
kim loại ñặt trong lòng ñất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Vì vậy, ăn
mòn ñiện hoá là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.
Các ñiều kiện (cần và ñủ) ñể phát sinh ăn mòn ñiện hoá:
-
Kim loại bị ăn mòn phải không nguyên chất.
2
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
- Các ñiện cực phải tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây
dẫn).
-
Các ñiện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch ñiện li.
Bản chất của ăn mòn ñiện hoá: Là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề
mặt các ñiện cực.
I.1.2.
Các dạng ăn mòn
Có thể nói rằng hoạt ñộng ăn mòn phá huỷ kim loại do môi trường gây ra
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
-
Thành phần hóa học, vi cấu trúc của kim loại
-
Thành phần hóa học của môi trường
-
Các thông số vật lý - nhiệt ñộ; sự ñối lưu; sự phát xạ v.v...
-
Những tác ñộng cơ học - sự va ñập; ma sát; ứng lực v.v...
ðộ bền chống ăn mòn của kim loại không hoàn toàn phụ thuộc vào tính
chất vốn có của kim loại mà chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của mặt giới hạn
kim loại - môi trường và tất nhiên là phụ thuộc vào thành phần hoá học, trạng
thái cấu trúc cũng như tính chất ñiện hoá của mặt giới hạn pha. Vậy sự ăn mòn
kim loại diễn ra rất phức tạp và ña dạng. Sau ñây là một số dạng ăn mòn ñiển
hình thường gặp ñược phân loại dựa vào trạng thái bề mặt kim loại bị phá huỷ.
a) Ăn mòn ñồng ñều (uniform corrosion): là sự mất ñi một lượng ít hoặc
nhiều vật liệu kim loại ñược phân bố một cách ñồng ñều trên mọi phần của bề
mặt kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn (ăn mòn kim loại do môi trường
axit)
b) Ăn mòn Ganvani (galvanic corrosion): (pin ăn mòn) còn ñược gọi là ăn
mòn lưỡng kim loại, nó xảy ra là do sự hình thành pin ñiện từ hai kim loại và
không ngừng làm giảm ñộ bền kim loại.
c) Ăn mòn hang hốc (crevice corrosion): là do sự hoạt ñộng của pin ñiện
gồm hai ñiện cực ñược tạo ra tại hai vị trí trên kim loại tiếp nhận oxi với mức
3
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
ñộ khác nhau. Tại các khe kim loại hoặc các chỗ kim loại bị che khuất do gấp
khúc, tiếp nhận oxi trong khí quyển với lượng thấp hơn thì nó ñóng vai trò là
anot, tại ñó kim loại bị hoà tan.
d) Ăn mòn ñiểm (pitting corrosion): Dạng ăn mòn này thường xảy ra trên bề
mặt kim loại ñược bảo vệ bằng một lớp màng mỏng (Al2O3/Al) tiếp xúc với
dung dịch chất ñiện li có mặt một số anion và chủ yếu là anion clo (Cl-).
Anion tác dụng lên màng mỏng tạo ra các lỗ nhỏ có kích thước cỡ vài chục
micromet và làm mất tính bảo vệ của màng dẫn ñến sự phá huỷ kim loại.
e) Ăn mòn ven tinh thể (intergranular corrosion): là sự phá huỷ kim loại có
tính chọn lọc tại chỗ nối các hạt tinh thể, và là một pha ñược kết tinh lại do xử
lý nhiệt tạo ra.
f) Ăn mòn chọn lọc (selective corrosion): là sự oxi hoá một thành phần của
hợp kim và thường tạo ra một cấu trúc kim loại xốp.
g) Ăn mòn mài mòn (erosion corrosion): là sự ăn mòn kim loại gây ra do tác
ñộng cơ học vào bề mặt kim loại. Ví dụ sự ăn mòn xảy ra tại chỗ kim loại có
dòng chất lỏng chảy qua rất nhanh.
h) Ăn mòn ứng lực (stress corrosion cracking): sự rạn nứt kim loại do tác
ñộng ñồng thời của sự cưỡng bức cơ học và xảy ra phản ứng ñiện hoá khi kim
loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Ví dụ sự rạn nứt của máy bay, sự rạn nứt
của các nồi phản ứng hoá học làm việc ở áp suất cao v.v...
I.1.3.
Ăn mòn vật liệu kim loại và phương pháp bảo vệ
Trong phần này sẽ lần lượt giới thiệu một số kim loại, hợp kim thông
dụng về hai phương diện: tính chất ăn mòn của vật liệu và biện pháp nâng cao
ñộ bền chống ăn mòn của nó.
I.1.3.1. Kim loại ñen
Thép cacbon thấp
Thép cacbon thấp là hợp kim của sắt chứa một lượng cacbon từ 0,05 ÷
1%. Thép cacbon thấp ñược dùng rộng rãi trong ngành xây dựng vì giá thành
4
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
thấp, dễ tạo hình. Thép này không bền, chống ăn mòn kém trong môi trường
không khí, trong ñất cũng như trong nước tự nhiên và nó thường phải ñược
bảo vệ.
Trong không khí khô thép này không bị ăn mòn vì có lớp màng mỏng
chặt sít oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt ñộ cao nó bị ăn mòn.
Trong không khí ẩm ở nhiệt ñộ thường, vì trên bề mặt thép có màng nước
nên xảy ra phản ứng ăn mòn theo cơ chế ñiện hoá.
Theo thời gian gỉ sắt phát triển thành các lớp xốp và làm giảm tốc ñộ ăn
mòn thép. Nếu trong không khí có tạp chất, ví dụ Cl– ở vùng ven biển, sự hấp
thụ Cl– của các lớp gỉ làm thay ñổi hình thái lớp gỉ, ñôi khi làm tăng tốc ñộ ăn
mòn thép.
Sự có mặt của SO2 trong khí quyển có thể bị hấp thụ bởi các lớp gỉ và dẫn
ñến sự axit hoá các lớp gỉ, làm tăng sự khử oxi và tăng ñộ dẫn ñiện của dung
dịch thúc ñẩy quá trình ăn mòn thép.
Trong môi trường nước gần trung tính (nước máy, nước biển, nước ao hồ)
tốc ñộ ăn mòn kim loại thường diễn ra rất chậm, nhưng khi tăng nhiệt ñộ tốc
ñộ ăn mòn tăng lên
Trong môi trường axit thép bị ăn mòn ñáng kể nếu không ñược bảo vệ.
ðối với môi trường axit yếu, lượng ion H+ thấp, tốc ñộ ăn mòn ñược quyết
ñịnh bởi giai ñoạn khuếch tán ion H+ ñến bề mặt kim loại.
Trong môi trường ñất nồng ñộ oxi thấp vì vậy sự ăn mòn thép ñược gây ra
là do hoạt ñộng của vi khuẩn khử ion sulfat ñể tạo ra H2S và xảy ra phản ứng:
Fe + H2S → FeS + H2
Thép hợp kim thấp
Thép hợp kim thấp gồm sắt và một lượng nhỏ khoảng dưới 2% các
nguyên tố hợp kim Cu, Ni, Cr, P hoặc tổ hợp chúng lại sẽ tạo ra vật liệu có ñộ
bền chống ăn mòn cao ñối với môi trường ăn mòn khí quyển.
Trên bề mặt của thép hợp kim thấp tạo ra lớp oxit Fe3O4 có cấu trúc chặt
5
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
sít ngăn cản sự tác ñộng của môi trường làm giảm quá trình gỉ hoá tiếp theo.
Lớp bảo vệ này bền trong môi trường khí quyển nông thôn cũng như khu công
nghiệp hoặc khi thay ñổi thời tiết nắng mưa.
Ăn mòn gang
Hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2%.
Gang xám chứa 2 ÷ 4% C và 1 ÷ 3% Si. ðộ bền chống ăn mòn của nó
trong nước cao hơn thép mềm, nếu thêm 3% Ni ñộ bền cơ học tăng lên, ñộ bền
chống ăn mòn ñược cải thiện.
Trong gang trắng lượng cacbon tồn tại ở dạng Fe3C, nó cứng và giòn, khi
bị ăn mòn Fe3C ñể lại các lỗ chứa graphit và thường gọi là ăn mòn graphit
hóa.
Thép không gỉ
Thép chứa một hàm lượng lớn các nguyên tố Cr, Ni, Si... (thép hợp kim
cao) có ñộ bền chống ăn mòn cao vì các nguyên tố trên dễ dàng tạo ra các
màng thụ ñộng. Hợp kim có thành phần Cr > 12% dễ dàng bị thụ ñộng trong
dung dịch nước do sự khử oxi.
-
Thép không gỉ ferit
Loại thép này hàm lượng cacbon thấp, có 16 ÷ 30% Cr, ñôi khi có Mo và
các nguyên tố khác. Crom là nguyên tố ổn ñịnh trạng thái ferit và giữ ñược
cấu trúc mạng lập phương tâm.
Thép không gỉ ferit là loại sắt từ. Sự kết tủa của cacbua crom làm giảm ñộ
bền chống ăn mòn ở nhiệt ñộ cao, nó có khuynh hướng phát triển hạt gây khó
khăn cho việc hàn. Thép này ñược dùng trong công nghiệp hoá chất, thực
phẩm và công nghiệp ô tô.
-
Thép không gỉ Mactensit
Thép này chứa hàm lượng Cr khoảng 13% ÷ 17% và nhiều cacbon hơn
thép ferit. Nhiều thép Mactensit có lượng Cr thấp hơn 11% (thực ra không
phải là thép không gỉ). Loại thép Mactensit 11,5 ÷ 13,5% Cr có thể bền cứng,
6
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
nó là loại sắt từ khó hàn, khả năng chống ăn mòn cao.
Thép này ñược sử dụng làm trục bơm, pittông, van của hệ thống thuỷ lực,
các chi tiết của tuốc-bin hơi.
-
Thép không gỉ Ostenit
Khi thêm Ni vào thép không gỉ Cr sẽ mở rộng vùng Ostenit và cải thiện
cơ tính của thép. Loại này có thành phần: 16 ÷ 25% Cr và 8 ÷ 20% Ni, C <
0,08%; nếu có mặt Mo thì khả năng thụ ñộng của thép tăng lên.
Loại hợp kim này ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất,
dược phẩm, thực phẩm, chế tạo các dụng cụ nhà bếp.
I.1.3.2. Kim loại màu
ðồng và hợp kim ñồng
ðồng và hợp kim ñồng là loại vật liệu dẫn nhiệt và dẫn ñiện tốt, có ñộ bền
cơ học và bền chống ăn mòn cao
Trong môi trường axit không chứa oxi, ñồng không bị ăn mòn ñể giải
phóng hiñro. Sự ăn mòn ñồng chỉ xảy ra trong môi trường có chứa oxi hay là
chứa các cặp oxi hóa khử có ñiện thế E0Red > E0Cu2+/Cu = 0,34V. Nếu có mặt
các ion hoặc hợp chất Cl–, NH3, CN–, khi ñó thế cân bằng của ñồng E0Cu2+/Cu
chuyển về phía âm hơn, cho nên nó bị ăn mòn tạo thành các hợp chất phức.
Trong nước thiên nhiên, nước biển là trung tính hoặc hơi kiềm tốc ñộ ăn
mòn ñồng xảy ra rất chậm, một lượng nhỏ ion ñồng ñủ giết chết các vi sinh,
hầu hà, tảo bám trên nền kim loại ñồng.
Sự kìm hãm quá trình ăn mòn ñồng trong các môi trường trên là vì kim
loại ñồng bị che phủ bởi oxit Cu2O. Tốc ñộ ăn mòn ñồng khoảng 25 ÷ 50
µm/năm trong môi trường nước biển tĩnh. Khi có dòng chảy vì màng Cu2O bị
phá vỡ tại các mép nên tốc ñộ ăn mòn tăng lên.
ðồng bền trong không khí. Các mái nhà bằng ñồng có ñộ bền chống ăn
mòn cao, tuổi thọ hàng thế kỉ.
7
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
-
Các hợp kim của ñồng
Khi thêm các nguyên tố hợp kim như Sn, Zn, Al, Ni, Be vào ñồng thì tính
chất cơ học của ñồng tăng lên một cách ñáng kể.
Cu-Zn và Cu-Sn thuộc loại hợp kim có ñộ bền cơ học và ñộ bền chống ăn
mòn rất cao (nhà kiến trúc bằng kim loại cổ nhất xấp xỉ 4000 năm).
ðồng thau Cu-Zn (30% Zn) ñược sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo các
thiết bị trao ñổi nhiệt và ngưng tụ cho các thiết bị nhỏ: ô tô, tủ lạnh… Nếu
thêm vào hợp kim một lượng nhỏ As (0,02 ÷ 0,06% As) sẽ nâng cao ñộ bền
chống ăn mòn vật liệu và loại trừ ñược hiện tượng ăn mòn chọn lọc kẽm. Có
thể dùng vật liệu Cu-Zn 30% hoặc Cu-Zn29Sn1 (có thể có As) làm thiết bị
ngưng tụ hoặc thiết bị lạnh công nghiệp với nước có mặt ion Cl–.
Niken và hợp kim niken
Trong môi trường axit không có tính oxi hoá: dung dịch HCl loãng, dung
dịch H2SO4 loãng… niken bị hoà tan chậm hơn sắt. Màng thụ ñộng của Ni
kém bền so với màng oxit Crom.
Trong nước biển tĩnh niken dễ bị ăn mòn ñiểm. Niken rất bền trong môi
trường kiềm ñặc, trong NaOH nóng chảy.
- Hợp kim Ni-Cu: (70%Ni - hợp kim Monel) bền trong nước biển. Hợp kim
này không dùng trong môi trường oxi hoá mạnh.
- Hợp kim Ni-Cr: 80% Ni, 20%Cr - Nimonic; Ni76Cr16Fe7 - Inconel là
những hợp kim dễ dàng bị thụ ñộng và ñược dùng thay thế thép không gỉ
trong ñiều kiện không ñáp ứng yêu cầu chống ăn mòn.
- Hợp kim Ni-Mo: Hợp kim Ni60Mo20Fe20 (Hastelloy A) và
Ni65Mo30Fe5 (Hastelloy B) bền trong môi trường HCl, H2SO4 60% ở mọi
nhiệt ñộ. Hợp kim Ni59Mo17Cr14Fe6W5 (Hastelloy C) bền trong môi trường
oxi hóa.
8
Báo cáo tổng kết ñề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ – Công ty APP
Nhôm và hợp kim nhôm
-
Nhôm nguyên chất
Ở 250C thế ñiện cực tiêu chuẩn của nhôm E0Al3+/Al = -1,66V rất âm nên
không bền nhiệt ñộng học. Trong không khí nhôm ñược bảo vệ nhờ màng oxit
Al2O3 có ñộ dày khoảng 5 ÷ 20nm, vì thế nhôm bền trong không khí ngay cả
khi có SO2, cũng như trong nước.
Trong dung dịch có pH > 4, ion Al3+ kết hợp với OH– tạo ra Al(OH)3 khó
tan và sau ñó chuyển thành Al2O3.nH2O. Khi tăng pH của môi trường Al có
thể bị ăn mòn vì oxit nhôm và hiñroxit nhôm là lưỡng tính. Sự ăn mòn nhôm
trong môi trường kiềm kèm theo sự giải phóng hydro.
-
Hợp kim nhôm
ða số hợp kim nhôm có tính bền cơ học cao và ñược sử dụng rất rộng rãi
trong kiến trúc, xây dựng và các ngành công nghệ cao sản xuất ô tô, máy bay,
các dụng cụ nhà bếp.
Trừ các nguyên tố Zn, Be, Mg, khi nhôm tiếp xúc với các nguyên tố ñều
tạo thành pin Ganvanic, khi ñó Al bị hoà tan. ðộ bền chống ăn mòn của hợp
kim nhôm thay ñổi trong một phạm vi rộng tuỳ thuộc vào thành phần hợp kim.
Hợp kim Al-Cu ñiển hình là Dura có thành phần: Cu4Mg0,6Mn0,6SiFe0,7.
I.1.3.3. Xử lí môi trường ñể bảo vệ kim loại
- Trong môi trường khí quyển, làm giảm ñộ ẩm là một biện pháp hạn chế
sự ăn mòn có hiệu quả. Nếu ñộ ẩm dưới 50% thì tốc ñộ ăn mòn rất nhỏ. Có thể
sử dụng các chất hút ẩm silicagel ñể làm khô không khí. Trong không gian
bao kín (bao gói) các cấu kiện có thể dùng các chất ức chế bay hơi ñể hạn chế
tốc ñộ ăn mòn kim loại.
- Làm nóng không khí trong không gian chứa các cấu kiện cũng là một
biện pháp giảm ñộ ẩm.
- Trong dung dịch chất ñiện li, sự ñiều chỉnh pH về môi trường trung tính,
loại trừ oxy… ñể hạn chế sự ăn mòn kim loại
9
- Xem thêm -