3.3.BẢO VỆ KIM LOẠI CHỐNG ĂN MÒN 3.3.1.Bảo vệ kim loại chống ăn mòn hóa học : 1-Sử dụng các hợp kim chịu nóng Dùng các nguyên tố hợp kim thích hợp (thường là các nguyên tố có màng ôxyt sít chặt, nhiệt độ nóngchảy cao...) với thành phần xác định pha thêm vào kim loại nền để nâng cao khả năng chống ăn mòn khí.a)Ănmòn cục bộ do chảy rối của chất lỏng trong ống ngưng b)Ănmòn mài mòn do sự sủi bọt ở nước làm lạnh trong xylanh 2-Sử dụng các lớp phủ bảo vệ : Sử dụng các lớp phủ bảo vệ bằng kim loại (Al, Si, Cr...), các lớp phủ phi kim loại (các lớp men chịu nhiệt). 3-Xử lýmôi trường : Bằng cách tạo ra xung quanh chi tiết môi trường có tính chất bảo vệ trên nguyên tắc : tạo ra môi trường có khả năng loại trừ các hiện tượng ăn mòn, có nghĩa là thế đẳng nhiệt, đẳng áp của kim loại trong môi trường này là dương. 3.3.2.Bảo vệ kim loại chống ăn mòn điện hoá : 1-Xử lý môi trường : Tìm mọi biện pháp để loại bỏ cấu tử ăn mòn ra khỏi môi trường làm việc của chi tiết. Hầu hết các kim loại đều bền trong môi trường trung tính đã loạüi bỏ ôxy. a-Chống ăn mòn trong nước : Ôxy hoà tan trong nước gây ăn mòn đáng kể cho kim loại. Do vậy phải tìm mọi cách khử ôxy trong các dung dịch. Độ hoà tan của ôxy phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất riêng phần của ôxy và nồng độ muối của dung dịch. Loại trừ ôxy bằng cách : - Sử dụng các phản ứng hoá học : O 2 + Na2SO3 → 2Na2SO4 O2 + N2H4 →2H2O + N2 Ơ Í nhiệt độ cao dùng hyđrazin để loại trừ nguy cơ tạo thành muối trong dung dịch, theo phản ứng sau : 3N 2H4 → N2 + 4NH3 - Sử dụng các phương pháp vậtlý : -Đun nóng dung dịch hoặc nước để ôxy thoát ra. -Xử lý chân không, dung dịch hoặc nước, có thể giảm nồng độ ôxy đến rất thấp. b-Chống ăn mòn trong khí quyển : Trong không gian kín nếu độ ẩm tương đối nhỏ hơn 50% sẽ chống được ăn mòn. Ta sử dụng các chất hút ẩm (silicagen), dùng chất ức chế bay hơi, tạo màng trên bề mặt kim loại sẽ chống được ăn mòn tốt. 2-Bảo vệ kim loại bằng các chất làm chậm ăn mòn (chất ức chế) Chất ức chế ăn mòn là các hợp chất khi được pha thêm vào môi trường ăn mòn với lượng rất nhỏ nhưng tác dụng làm chậm rõ rệt tốc độ ăn mòn. Tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn của chất ức chế có thể là : - Tạo thành các hợp chất không tan kết tủa trên bề mặt kim loại : 2CrO 2 4 + 10H+ + 6e → Cr2O3 + 5H2O - Do hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bềmặt kim loại. Có hai loại chất ức chế ăn mòn : - Ức chế thụ động : làm cho kim loại trở về trạng thái thụ động hoá và không bị ăn mòn. - Ức chế không thụ động : hấp phụ lên bề mặt mặt kim loại làm chậm tốc độ ăn mòn. Để đánh giá hiệu quả của chất làm chậm ăn mòn ta dùng khái niệm "hệ số tác dụng bảo vệ Z" : Pp Z=OLC . 100% (3.5) PO P O và PLC là tổn thất trọng lượng kim loại trong dung dịch không có và có chất làm chậm ăn mòn. 3.3.3.Bảo vệ điện hoá Để bảo vệ điện hoá ta phải thay đổi điện thế điện cực của kim loại đến khu vực bền ăn mòn hoặc khu vực thụ động của đồ thị Pourbaix. Phương pháp này thường dùng trong môi trường dẫn điện, ion như : trong đất, nước ...Nếu làm thay đổi điện thế điện cực kim loại chuyển về phía dương hơn so với điện thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào vùng thụ động gọi là bảo vệ anôt. Nếu điện thế điện cực chuyển về phía âm hơn sovới điện thế ăn mòn thì phản ứng anốt hoà tan kim loại bị chậm lại hay ngừng hẳn gọi là bảo vệ catôt. 1-Bảo vệ catôt : a-Bảo vệ catốt bằng protectơ : (anôt hy sinh) Kim loại cần bảo vệ được nối với một kim loại khác có điện thế điện cực âm hơn. Kim loại này gọi là protectơ hay anôt hy sinh. Phương pháp này chủ yếu dùng để bảo vệ các công trình bằng thép. Số lượng protectơ phụ thuộc vào mật độ dòng bảo vệ cần thiết, diện tích và thời gian bảo vệ. Vật liệu làm protectơ thường dùng là các kim loại và hợp kim Mg, Al, Zn...Các yêu cầu của vật liệu làm protectơ : -Có điện thế điện cực âm hơn so với kim loại cần bảo vệ. -Có dung lượng cao và ổn định. Dung lượng Q (A.h/kg) là điện lượng do một đơn vị khối lượng protectơ sản sinh ra, nó đặc trưng cho khả năng làm việc lâu dài theo thời gian của protectơ. -Có độ phân cực anôt nhỏ để đảm bảo xác suất bảo vệ cao. Nhôm, kẽm và hợp kim của chúng chủ yếu dùng trong nước biển. Magiê và hợp kim dùng bảo vệ trong đất. Trong nước ngọt dùng Mg, Zn và hợp kimcủa chúng. b-Bảo vệ catôt bằng dòng điện ngoài : Xét mạch chỉnh lưu và điện cực phụ để bảo vệ đường ống dưới đất. Khi chưa có dòng điện ngoài thì điện thế điện cực kin loại bị ăn mòn sẽ làEam với tốc độ ăn mòn tương ứng là iam . Khi có dòng điện ngoài ta dịch chuyển được điện thế điện cực tới giá trị E1 thì tốc độ ăn òn i/ < iam và kim loại được bảo vệ một phần. Nếu chuyển điện thế am điện cực đến bằng điện thế cân bằng của quá trình ôxy hóa kim loại E// thì tốc độ ăn òn cb iam = 0 và kim loại được bảo vệ hoàn toàn. Dòng điện ngoài là dòng một chiều được chỉnh lưu từ điện lưới.2)Lớp phủ bê tông 3)ProtectorZn Điện cực phụ thông dụng là anôt không tan: gang, graphit, hợp kim chì có 1%Ag, 6%Sb, các hợp kim Ti-Pb, Ta-Pt, Nb-Pt. Các yêu cầu của điện cực phụ : - Tốc độ tiêu hao khi phân cực nhỏ hay không đáng kể. - Có khả năng làm việc với mật độ dòng bảo vệ lớn, đến hàng nghìn A/m2. - Có độ dẫn điện đủ cao, độ bền cơ học bảo đảm và dễ chế tạo.c-Một số lưu ý : - Với các công trình nhỏ nên dùng bảo vệ bằng protectơ vì giá thành thấp hơn. - Bảo vệ bằng dòng điện ngoài thường dùng cho các diện tích rất lớn. - Thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng đúng định kỳ. - Các phương pháp bảo vệ catôt thường dùng kết hợp các lớp bảo vệ cách điện : sơn, bọc nhựa đường, chất dẻo... 2-Bảo vệ anôt : Trong bảo vệanôt điện thế ăn mòn được tăng lên sao cho nó nằm trong khu vực thụ động của đồ thị Pourbaix. Phương pháp này chỉ dùng để bảo vệ các kim loại có thể bị thụ động hoá. Sơ đồ bảo vệ của nó theo hình. Khi bảo vệ anôt, phải nâng điện thế ăn mòn đến điện thế lớn hơn điện thế khởi đầu thụ động Etđ và tốc độ ăn mòn lúc này bằng itđ tức là mật độ dòng ăn mòn thụ động. Phương pháp này dùng để bảo vệ các bồn lớn chứa axit bằng thép không rỉ. Bảo vệ anôt ít tiêu hao năng lượng. Tuy nhiên cần chú ý kiểm tra các ion trong môi trường, đặc biệt là Cl để ngăn ngừa quá trình hoạt hoá. 3-Chống ăn mòn bằng các lớp sơn, phủ : a-Phủ nhúng nóng : Nhúng kim loại đã xử lý bề mặt vào kim loại bảo vệ đang nóng chảy. Các kim loại dùng để ph í nhúng nóng là : Sn (232OC), Al(657OC), Pb(327oC), Zn(419OC). b-Mạ : Lớp phủ kim loại được mạ trong chất điện ly nóng chảy chứa các ion cần thiết hay trong dung dịch điện ly. Thông dụng nhất là dùng bình điện phân gồm chi tiết cần mạ (catôt) điện cực phụ (anôt) và dung dịch điện ly. c-Phun kimloại :Phun kim loại được nung nóng chảy (bằng ngọn lửa, hay plasma) lên bề mặt chi tiết cần phủ và tạo ra lớp bảo vệ d-Lớp phủ khuếch tán : (thấm kim loại) Thường dùng để khuếch tán kẽm vào bề mặt thép. Chi tiết thép đặt trong hộp chứa bột kẽm và ôxyt kẽm (chống vón cục). Sau đó nung trong môi trường khí trơ ở 440OC, kẽm sẽ khuếch tán phủ lên bề mặt thép. e-Lớp phủ phôt phát (phốt phát hoá) Nhúng chi tiết kim loại vào hỗn hợp dung dịch H3PO4,, Mg3(PO4)2, Zn3(PO4)3 nóng chảy sẽ tạo ra lớp phủ phốt phát trên bề mặt. f-Lớp phủ crômat : Nhúng chi tiết kim loại đã xử lý bề mặt vào dung dịch axit chứa natri crômat tạo ra lớp phủ có tính bảo vệ và tăng vẻ đẹp bề mặt (tính hàng hoá ) của kẽm hay lớp mạ kẽm trên thép. g-Lớp phủ ôxyt : Cho kim loại cần bảo vệ phân cực anôt trong dung dịch axit để tạo ra lớp ôxyt dày khoảng 10µm. Xử lý các lỗ xốp trong màng ôxyt bằng cách ngâm trong thuốc nhuộm. h-Lớp phủ thuỷ tinh, men : - Lớp phủ thuỷ tinh : dùng thuỷ tinh và ôxyt kim loại trộn dướidạng vữa nhão, sau đó trát một lớp mỏng lên bề mặt, sấy khô và nung chảy lỏng. Chúng sẽ tạo ra lớp phủ dạng màng mỏng trên bề mặt. - Lớp phủ men : dùng men thuỷ tinh 60÷75% SiO2, 12÷20% ôxyt kim loại kiềm thổ, thêm vào một ít các ôxyt Ti,Zr, B, Al ph lên bề mặt kim loại dưới dạng nóng chảy. Chiều dày 0,8÷2mm. i-Các lớp phủ hữu cơ : - Sơn : dùng các loại sơn có ph a thêm chất ức chế ăn mòn để phủ lên bề mặt chi tiết bằng phương pháp lăn, quét, xì hay sơn tĩnh điện. -Phủ chất dẻo : dán chặt các tấm nhựa bằng PVC, polyêtylen, lên thép bằng khí nóng. Nhúng chi tiết vào PVC nóng chảy, phun bột nhựa (nylon, PVC, teflon...) lên bề mặt sau đó cho nóng chảy và bám dính vầo bề mặt kim loại.
