Đề cương bài tập môn học Ăn mòn và bảo vệ kim loại gồm danh sách những bài tập hay được chọn lọc kèm lời giải chi tiết từng bài dễ hiểu từ lí thuyết đến bài tập giúp bạn đọc ôn luyện hiệu quả và đạt được kết quả cao
Lí thuyết về ăn mòn kim loại
Ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa là hai quá trình khác nhau, trong đó ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học trực tiếp giữa kim loại và môi trường, trong khi ăn mòn điện hóa liên quan đến sự chuyển giao electron giữa các điện cực trong dung dịch Để xảy ra quá trình ăn mòn trong môi trường khí khô, điều kiện nhiệt động cần thiết là độ ẩm thấp và nhiệt độ cao, tạo điều kiện cho phản ứng hóa học diễn ra Quá trình ăn mòn hóa học tạo xốp diễn ra khi kim loại bị oxi hóa, dẫn đến sự hình thành các lỗ hổng và làm giảm độ bền của vật liệu.
Là sự phá hủy kim loại, làm giảm tính chất và chất lượng KL Đều xảy ra quá trình oxi hóa khử
- là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường
Phá hủy kim loại có thể làm thay đổi tính chất cơ lý hóa của chúng khi tiếp xúc với môi trường khí khô ở nhiệt độ cao hoặc trong các chất không phải điện li.
Quá trình oxi hóa khử diễn ra khi kim loại bị ăn mòn do tác động của dung dịch chất điện ly, dẫn đến dòng electron di chuyển từ anot sang catot.
- sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện Đặc điểm
- Môi trường không phải là chất điện li
- quá trình ăn mòn không sinh ra dòng điện
- sản phẩm của quá trình ăn mòn tạo thành trên bề mặt tiếp xúc kim loại và môi trường
- môi trường ăn mòn là môi trường chất điện li, muối hòa tan trong nước, dung dịch axit, dung dịch kiềm…
- quá trình ăn mòn luôn kèm theo sự xuất hiện của dòng điện
- sản phẩm của quá trình ăn mòn khuếch tán vào môi trường điện li xung quanh
Tốc độ ăn mòn của kim loại phụ thuộc vào thế điện cực, với các kim loại có thế điện cực âm dễ bị ăn mòn hơn Tổng tốc độ ăn mòn được xác định bởi sự hoạt động của các vi pin cục bộ.
5 Điều kiện xảy ra ăn mòn
Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi
Các điện cực cần phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim, hoặc cặp kim loại - hợp chất hóa học như Fe3C Trong đó, kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ đóng vai trò là cực âm.
- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn, các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li
Bản chất của sự ăn mòn
Là quá trình oxi hóa - khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường, ăn mòn xảy ra chậm
Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện
Mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn ăn mòn hóa học
• Điều kiện nhiệt động để xảy ra quá trình ăn mòn trong môi trường khí khô:
Biến thiên đẳng áp của phản ứng này là:
Trong đó: R là hằng số khí, R = 8,314 J/mol.k
T là nhiệt độ tuyệt đối
P O : là áp suất cân bằng của oxy
P O : là áp suất riêng phần của oxy trong môi trường
• Quá trình ăn mòn hóa học tạo xốp diễn ra
Giai đoạn 1: chuyển chất oxy hóa đến bề mặt kim loại
Giai đoạn 2: hấp phụ chất oxy hóa lên bề mặt của kim loại
𝑀𝑒 + 𝑂 2 → 𝑀𝑒 0ℎ𝑝⁄ Giai đoạn 3: phản ứng tạo thành oxit
- Màng xốp giai đoạn 3 là giai đoạn quyết định của quá trình
Tốc độ phát triển của màng không bị ảnh hưởng bởi độ dày của nó; theo thời gian, lớp sản phẩm ăn mòn sẽ dày lên một cách tuyến tính Lớp oxit được chia thành hai phần, trong đó lớp sát bề mặt có vai trò làm chậm quá trình khuếch tán.
- lớp tiếp theo dày hơn chứa nhiều lỗ xốp không gây cản trở cho quá trình khuếch tán w c c
Sơ đồ biểu diễn quy luật phát triển màng oxit xốp
Màng oxit sít chặt hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn, thường chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học của môi trường Quá trình này không tuân theo quy luật tuyến tính, mà thay vào đó, nó phản ánh sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố vật lý và hóa học Hình minh họa có thể giúp làm rõ sự phát triển của màng oxit qua từng giai đoạn, từ khi bắt đầu hình thành cho đến khi đạt được trạng thái ổn định.
Quá tình hình thành và phát triển của màng oxit sít chặt:
Giai đoạn 1: kim loại chuyển thành dạng ion và electron chuyển sang pha oxit
Giai đoạn 2: chuyển ion KL và electron qua lớp oxit
Giai đoạn 3: chuyển oxy đến bề mặt phân chia màng oxit – khí
Giai đoạn 4: hấp phụ oxy lên bề mặt màng oxit
2 ⁄𝑜 ℎ𝑝 Giai đoạn 5: ion hóa hấp phụ
𝑂 ℎ𝑝 + 2𝑒 → 0 2 − Giai đoạn 6: chuyển O 2 − qua màng oxit
Giai đoạn 7: phản ứng tạo màng oxit
Quá trình phát triển màng dày lên theo thời gian nên màng càng dày tốc độ khuếch tán càng chậm ➔không tuân theo quy luật tuyến tính
Tốc độ phát triển màng tuân theo các quy luật khác nhau Lớp oxit tạo thành tuân theo quy luật parapol, quy luật logarit, …
(sơ đồ chế tạo màng oxit sít chặt: GT trang 18)
Câu 3: Màng oxit có tính chất bảo vệ phải đảm bảo điều kiện gì?
- Màng phải sít chặt và bao phủ toàn bộ bề mặt kim loại
- Bám dính tốt và không bong tróc
- Nhiệt độ nóng chảy của oxit cao
- Màng oxit phải có áp suất hơi bao hòa thấp để không bị bay hơi
- Màng oxit và kim loại phải có hệ số giãn nở tương đương nhau
- Màng phải có tính dẻo, tính tạo hình tốt
- Màng có độ dẫn ion, electron thấp, hệ số khuếch tán của các điện tích qua màng nhỏ
Câu 4: Trình bày cơ cấu vùng lớn lên của màng sít chặt và sự khuếch tán qua màng, hình vẽ minh họa?
Ăn mòn điện hóa là một quá trình xảy ra phản ứng oxi hóa khử tại bề mặt tiếp xúc giữa kim loại và môi trường chất điện li, dẫn đến việc chuyển đổi kim loại thành ion và sự khử một thành phần trong môi trường, tạo ra dòng điện Để ăn mòn điện hóa diễn ra, cần có các điều kiện nhiệt động nhất định.
𝛥𝐺 = −𝑛𝐹𝐸 Nếu 𝛥𝐺 > 0 ➔ Ăn mòn KL không xảy ra hay E 𝜑 𝑎 𝑐𝑏
Nếu 𝛥𝐺 =0 ➔AMKL ở trạng thái CB E=0 ➔ 𝜑 𝑐 𝑐𝑏 = 𝜑 𝑎 𝑐𝑏
Trong đó: 𝜑 𝑐 𝑐𝑏 thế điện cực CB của KL ở catot
𝜑 𝑎 𝑐𝑏 thế điện cực CB của KL ở anot
9 n: số electron trao đổi, R là hằng số nhiệt (R= 8,314 J/kg.K), T là nhiệtđộ K
F: hằng số Faraday ( F= 96500), 𝑎 𝑀𝑒 𝑛+ là hoạt độ của ion KL
Sơ đồ biểu diễn cơ chế quá trình AMĐH:
Sự hòa tan điện hóa KL là 1 quá trình phức tạp gồm 3 quá trình liên tiếp nhau
• Quá trình anot: là quá trình OXH, ion KL từ mạng lưới tinh thể chuyển vào dung dịch dạng hidrat và để lại các electron trên điện cực
Quá trình chuyển điện tích diễn ra khi electron di chuyển từ vùng anot đến vùng catot, trong khi đó, trong dung dịch điện li, anion di chuyển về vùng anot và cation di chuyển đến điện cực catot.
Quá trình catot là quá trình khử, trong đó các ion và phân tử trung hòa loại bỏ electron dư thừa, được gọi là chất khử phân cực.
Quá trình ăn mòn do khử phân cực oxy xảy ra khi oxy trong dung dịch bị giảm thiểu, dẫn đến sự hình thành các ion kim loại và sự phá hủy cấu trúc kim loại Ví dụ, trong môi trường nước có chứa ion chloride, quá trình này có thể làm tăng tốc độ ăn mòn của thép Để phòng chống ăn mòn do khử phân cực oxy, có thể áp dụng các biện pháp như sử dụng lớp phủ bảo vệ, kiểm soát pH của dung dịch, và sử dụng các chất ức chế ăn mòn.
Diễn ra qua 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: chuyển oxy hòa tan đến bề mặt điện cực
Giai đoạn 2: chuyển oxy vào lớp điện tích kép (GĐ hấp phụ)
Giai đoạn 3: phản ứng khử phân cực của oxy, trong các môi trường khác nhau xảy ra phản ứng sau:
𝑂 2 + 2𝐻 2 𝑂 + 4𝑒 → 4O𝐻 − Giai đoạn 4: Giai đoạn khuếch tán các sản phẩm ra khỏi bề mặt điện cực
Quá trình ăn mòn bị ảnh hưởng bởi sự khuếch tán của các phần tử và giai đoạn phản ứng khử phân cực Khi có sự khuấy trộn mạnh, giai đoạn phản ứng sẽ trở thành yếu tố quyết định cho quá trình ăn mòn, trong khi khi khuấy trộn yếu, ảnh hưởng này sẽ giảm đi.
VD: khi nhúng kim loại Cu vào dung dịch H2SO4 loãng chứa oxi, khi đó đồng đóng vai trò là anot, xảy ra phản ứng (giả thiết
Trên catot xảy ra phản ứng:
Các biện pháp phòng chống ăn mòn do khử phân cực oxy trong dung dịch:
- loại bỏ oxi: - đậy kín các thùng chứa, bể chứa
- đẩy bỏ oxi ra bên ngoài, hút chân không…
- làm tăng sự thụ động của KL hình thành các lớp màng mỏng trên bề mặt KL giúp làm giảm đột ngột tốc độ ăn mòn KL
Ăn mòn do khử phân cực H xảy ra khi hydro trong môi trường ẩm thấm vào bề mặt kim loại, dẫn đến sự hình thành các ion hydro và làm giảm khả năng bảo vệ của lớp oxit Quá trình này thường diễn ra ở những nơi có điện cực âm, gây ra sự suy giảm cấu trúc kim loại Để phòng chống ăn mòn do khử phân cực của hydro, có thể áp dụng các biện pháp như sử dụng vật liệu chống ăn mòn, bảo vệ điện hóa, và kiểm soát độ ẩm trong môi trường.
Các phòng chống ăn mòn do của H:
- bổ sung dung dịch kiềm để trung hòa H, …
Câu 8: Hãy phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn điện hóa?
Câu 9: Tính thế điện cực của Fe trong môi trường dd gồm: NaCl 0.5M;
𝑁 𝑎 2 𝐶𝑂 3 0.005M và 𝑁 𝑎 𝐻𝐶𝑂 3 0.005M có pH = 9,2 ở 20 0 𝐶 ? cho biết
, o Fe 3 + / Fe = − 0.036 V , Fe OH ( ) 2 = 9, 5.10 − 16 , Fe OH ( ) 3 = 3,16.10 − 38 ,
Câu 10: Một mẩu bạc nhúng trong dd CuC𝑙 2 0,1M, tích số hòa tan của
Tính thế điện cực cân bằng cho các kim loại dựa trên công thức T AgCl = − , với o Cu 2 + / Cu = 0,34 V và o Ag + / Ag = 0,8 V Hệ số hoạt độ trung bình của dung dịch CuCl2 0,1M là CuCl 2 = 0,52 Bạc có khả năng bị ăn mòn do thế điện cực cao hơn, dẫn đến việc dễ dàng bị oxi hóa Các phản ứng anod và catod khi kim loại bị ăn mòn cần được xác định rõ ràng để hiểu quá trình ăn mòn diễn ra như thế nào.
Câu 11: Một mẩu kẽm nhúng trong dd CuSO 4 Xác định tỉ lệ hoạt độ của
2 ion KL đồng và kẽm khi quá trình ăn mòn dừng lại, biết o Cu 2 + / Cu = 0, 34 V ,
Câu 12: Thùng bằng thép cacbon chứa dd muối vô cơ trung tính đã đuổi hết oxy ở điều kiện nhiệt độ 20 0 𝐶 có bị ăn mòn hay không Cho biết
, sản phẩm của quá trình ăn mòn tạo thành là 𝐹 𝑒 (𝑂𝐻) 2 có T Fe OH ( ) 2 = 9, 5.10 − 16
Trong môi trường nước không có oxy với độ pH = 3, niken kim loại (Ni) sẽ bị ăn mòn Phản ứng điện cực xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa niken thành ion niken (Ni²⁺) và quá trình khử ion hydrogen (H⁺) thành khí hydro (H₂) Hoạt độ của ion niken trong điều kiện này có thể được xác định thông qua các phương trình điện hóa phù hợp, cho thấy sự tương tác giữa niken và môi trường axit.
𝑁 𝑖 2 + khi quá trình ăn mòn dừng lại, cho biết nhiệt độ môi trường là 20 0 𝐶 , 2
ĐẶC ĐIỂM ĂN MÒN MỘT SỐ VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Vật liệu gang và sắt có đặc điểm ăn mòn chủ yếu do sự tác động của môi trường, dẫn đến sự oxi hóa bề mặt Sự ăn mòn này xảy ra khi có sự khử phân cực hiđro của thép cacbon, làm giảm khả năng bảo vệ của lớp oxit Quá trình này khiến cho các ion kim loại dễ dàng thoát ra, dẫn đến sự suy giảm chất lượng và tuổi thọ của vật liệu.
Sắt ít bền với ăn mòn vì các nguyên nhân sau:
- thế điện cực tiêu chuẩn của sắt 𝜑 0 = − 0,44𝑉 không bền về phương diện nhiệt động
- quá thế thoát H trên Fe thấp nên Fe bị ăn mòn do khử phân cực của H
- bị ăn mòn mạnh do sự khử phân cực oxy nhưng ở nồng độ oxy nhất định có thể gây ra thụ động làm giảm ăn mòn
Sắt bị ăn mòn mạnh trong các axit vô cơ như HCl và H₂SO₄ loãng Đối với các axit vô cơ không có tính oxy hóa, mức độ ăn mòn của sắt tăng theo nồng độ Ngược lại, trong trường hợp các axit vô cơ có tính oxy hóa, sắt có thể bị thụ động hóa.
- Fe bị ăn mòn trong axit hữu cơ yếu hơn trong axit vô cơ cùng nồng độ
- trong môi trường kiềm loãng Fe không bị ăn mòn nhưng trong môi trường kiểm đặc sắt bị ăn mòn tạo thành dạng phức dễ tan
Gang: là hợp kim của Fe và C
- gang trắng rất cứng và giòn Trong quá trình ăn mòn để lại các lỗ chứa graphit
- gang xám có độ bền ăn mòn trong nước tốt hơn thép mềm
Sự ăn mòn do sự khử phân cực hiđro của thép cacbon :
Thép cacbon là hợp kim của Fe và C Quá thế thoát H trên Fe thấp
Thép cacbon có tính chất tương tự như Fe
➔ quá thế thoát H trên thép cacbon cũng thấp nên thép cacbon bị ăn mòn do khử phân cực của hidro
Câu 2: Đặc điểm ăn mòn của vật liệu thép không gỉ crom?
Thép không gỉ là loại thép có khả năng chống gỉ trong không khí và bền bỉ với các môi trường ăn mòn mạnh như axit, chỉ bị ăn mòn với tốc độ rất chậm Đặc điểm nổi bật của thép không gỉ là khả năng chống ăn mòn cao, giúp tăng cường độ bền và tuổi thọ của sản phẩm trong điều kiện khắc nghiệt.
• Là thép được bổ sung hàm lượng lớn Cr để nâng cao độ bền hóa học và điện hóa
• Hàm lượng Cr >12% (nhỏ hơn thì không gọi là thép không gỉ)
Thép Cr có độ bền cao nhờ vào khả năng thụ động của crom, hình thành một lớp oxit bền và kín trên bề mặt Điều này cho phép Cr tạo ra màng thụ động trong môi trường oxy hóa, giúp nâng cao khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
• Bền trong môi trường axit 𝐻𝑁𝑂 3 , axit hữu cơ, không bền trong môi trường HCl, 𝐻 2 𝑆𝑂 4 𝑙𝑜ã𝑛𝑔
Hàm lượng crom (Cr) cao trong vật liệu mang lại độ bền nhiệt vượt trội, giúp duy trì cơ tính sau quá trình xử lý nhiệt Ngoài ra, với hàm lượng Cr cao, khả năng chống ăn mòn điện hóa cũng gia tăng, làm cho vật liệu bền vững trong môi trường axit nitric (HNO3) đặc và các muối có tính oxy hóa mạnh.
• Nhược điểm: cứng, giòn, khả năng hàn ghép kém, khó gia công chế tạo các thiết bị nên sử dụng bị hạn chế
Câu 3: Đặc điểm ăn mòn của vật liệu thép không gỉ crom niken và nêu biện pháp khắc phục?
- thép được bổ sung hàm lượng lớn kim loại Cr và Ni (Cr: 17-20%; Ni: 8-11%) Đặc điểm:
Rất dẻo, có độ bền cơ học cao, có thể gia công nhiệt, cơ, có thể biến dạng ở nhiệt độ thường kéo dài, rát mỏng
Tính chịu hàn tốt, thuận lợi cho việc gia công chế tạo thiết bị
• Độ bền ăn mòn cao trong môi trường khí, trừ các môi trường chứa lưu huỳnh, bền ăn mòn điện hóa
• Độ bền với ăn mòn chủ yếu do Cr đem lại, Ni tăng độ bền trong môi trường oxy hóa hoặc oxy hóa yếu
• Bền trong môi trường: 𝑎𝑥𝑖𝑡 𝐻 3 𝑃𝑂 4 ; 𝐻𝑁𝑂 3 thấp hơn 65% ở nhiệt độ thường; muối Clorua của kim loại kiềm, kiềm thổ; axit hữu cơ; axit yếu, kiềm đặc
• Bền khi thực hiện sự phân cực anot nên được sử dụng làm điện cực trơ
• Không bền trong môi trường: 𝐻 2 𝑆𝑂4 đặ𝑐,𝑛ó𝑛𝑔 nhưng nếu bổ sung thêm 1 số nguyên tố Ti, Mo, Co thì có thể chịu được trong môi trường này
• Không bền ở nhiệt độ sôi và 𝐻𝑁𝑂 3 đậm đặc vì quá thụ động
• Bị ăn mòn trong HCl, 𝐻 2 𝑆𝑂 4 𝑙𝑜ã𝑛𝑔 , 𝐻 2 𝑆, HCOOH khi sôi, …
Một trong những nhược điểm lớn nhất của vật liệu này là trong những điều kiện nhất định, nó có xu hướng bị ăn mòn tinh giới, ăn mòn khe và nứt Đặc biệt, hiện tượng ăn mòn điểm thường xảy ra gần các mối hàn.
Biện pháp giảm sự ăn mòn, chống ăn mòn tinh giới của thép:
- Thêm các chất ổn định như: Ti, Nb, Ru có ái lực mạnh tạo cacbua với cacbon mạnh hơn
- Giảm hàm lượng cacbon xuống dưới 0,015%
- Bảo vệ điện hóa bằng dòng điện ngoài
Kim loại đồng và hợp kim đồng có những tính chất đặc trưng như độ dẫn điện tốt, khả năng chống ăn mòn cao và tính dẻo dai Khi đồng tiếp xúc với axit nitric, quá trình ăn mòn xảy ra, trong đó NO2 được hình thành như một chất khử phân cực, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc và tính chất của đồng Sự tương tác này làm nổi bật tính chất hóa học của đồng trong môi trường axit.
Tính chất đặc trưng: Đồng là kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền cơ học và độ bền ăn mòn tốt
Đồng có điện thế dương hơn điện cực của hydro và âm hơn điện cực của oxy, do đó nó bền trong môi trường chứa ion H+, nhưng không bền trong môi trường oxy hóa, dẫn đến hiện tượng ăn mòn do sự khử phân cực của oxy.
- Bền trong môi trường không khí ẩm vì bề mặt tạo thành lớp sản phẩm có tính bảo vệ: (𝐶 𝑢 𝑂𝐻) 2 𝐶𝑂 3 , (𝐶 𝑢 𝑂𝐻) 2 𝐶𝑢𝐶𝑂 3 không tan, …
- Tại một giá trị pH nhất định, Cu sẽ bị ăn mòn trong dd HCl với sự khử catot 𝐻 + thành 𝐻 2
- Tốc độ ăn mòn của Cu trong nước thiên nhiên trung tính, hơi kiềm như nước biển và kể cả kiềm đặc là rất nhỏ
- Đồng bền không bị ăn mòn trong 𝐻 3 𝑃𝑂 4 , axit hữu cơ
- Trong môi trường chứa 𝑁𝐻 3 , 𝐶𝑁 − đồng bị ăn mòn mạnh do tạo thành các phức dễ tan: Cu CN ( ) 4 − Cu NH ( 3 4 ) 2 +
- Đồng và hợp kim đồng bền trong môi trường các hợp chất hữu cơ nhưng ion đồng xuất hiện do hòa tan điện hóa có độc tính
- Hợp kim của đồng thường được sử dụng nhiều trong công nghiêp như trong thiết bị làm lạnh thâm độ, chế tạo các thiết bị bay hơi, chưng cất, …
Vì trong môi trường 𝐻𝑁𝑂 3 tạo ra O + 𝐻𝑁𝑂 2 sau đó O + Cu → CuO
CuO phản ứng với axit nitric (𝐻𝑁𝑂 3) tạo ra đồng nitrat (Cu(NO₃)₂) và nước (𝐻₂𝑂) Đồng thời, phản ứng giữa 𝐻𝑁𝑂 2 và 𝐻𝑁𝑂 3 cũng xảy ra, tạo ra khí nitro (𝑁𝑂₂) và nước Sự thoát ra của khí 𝑁𝑂₂ dẫn đến quá trình phân hủy mạnh mẽ, tạo ra oxy nguyên tử và làm tăng tốc độ ăn mòn Vì vậy, 𝑁𝑂₂ được xem là chất khử phân cực trong quá trình ăn mòn đồng trong axit 𝐻𝑁𝑂 3.
Câu 5: Thép crom niken đảm bảo quy luật n/8 nguyên tử phần, 𝑛 𝐶𝑟 =1,
Xác định thành phần phần trăm của mẫu thép trên
23 Câu 6: Hỏi mẫu thép Fe25Cr có đáp ứng được quy luật n/8 nguyên tử phần hay không? Cho biết khối lượng của Cr, Fe lần lượt là 52;56
CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KIM LOẠI
Câu 1: Lớp phủ mạ điện được tạo ra như thế nào? Trình bày quy trình nguyên lí tạo ra lớp phủ mạ điện?
Câu 2: Trình bày nguyên lí quá trình phủ phun kim loại nóng chảy dùng hỗn hợp khí tạo ra lớp phủ mạ điện?
Nguyên lý của quá trình này là sử dụng khí nén có áp suất cao để phun kim loại nóng chảy lên bề mặt chi tiết cần bảo vệ Các phần tử kim loại lỏng di chuyển với tốc độ lớn, va chạm vào bề mặt và gắn kết, tạo thành lớp phủ kim loại bền vững.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm, đặc biệt phù hợp cho việc phủ các vật liệu phi kim Nó được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chống ăn mòn và phục hồi các chi tiết máy.
• Nhược điểm: Độ xốp cao và gắn bám không tốt
Câu 3: Trình bày những hiểu biết về lớp phủ men và lớp phủ sơn?
• Khả năng bảo vệ và tính chất của lớp phủ men
Lớp phủ men có bản chất là thủy tinh, tạo ra một bề mặt kim loại bền chắc, không có lỗ xốp và ngăn chặn sự thấm nước cũng như không khí, giúp kim loại hoàn toàn cách ly với môi trường Độ bền của lớp men chính là yếu tố quyết định độ bền của kim loại.
- Lớp phủ men ổn định trong thời gian dài
- Bền trong các môi trường như dd muối trung tính, nước, khí quyển, dd axit có tính OXH mạnh
- Được tạo ra đơn giản, nguyên liệu dễ kiếm
- Không phục hồi được như ban đầu khi đã bị hư hỏng
- Không tráng phủ được những chi tiết có bề mặt phức tạp
- Không bền trong 1 số môi trường như kiềm mạnh, axit HF
- nguyên liệu chính là cát thạch anh chứa 𝑆 𝑖 𝑂 2 từ 95- 99,8%
- nung ở nhiệt độ cao cùng với các phụ gia sẽ tạo thành lớp men trên bề mặt KL
Chất phụ gia là những thành phần được bổ sung nhằm hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh, tăng cường độ bền cho lớp men và giảm thiểu tác động của sự giãn nở nhiệt.
• Quy trình tạo ra lớp men:
- chuẩn bị men: các nguyên liệu được phối trộn với nhau theo tỉ lệ nhất định được nghiền nhỏ và đồng nhất
- tráng men: - dùng phương pháp khô hoặc phương phương pháp ướt
Gạch men thường được tráng hai lớp: lớp đầu tiên là lớp men nền, giúp bám chắc vào bề mặt kim loại, ngăn không cho kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường Lớp thứ hai có chức năng trang trí và tăng cường độ bền cơ học cho sản phẩm.
Lớp phủ sơn (GT trang 74)
Câu 4: Trình bày những hiểu biết về phương pháp bảo vệ kim loại bằng lớp phủ oxit?
Câu 5: Trình bày những hiểu biết về các lớp phủ hợp chất hóa học bảo vệ kim loại?
Bao phủ bằng các hợp chất hóa học là chuyển hóa các lớp bề mặt KL thành các hợp chất hóa học có tính bảo vệ cao
1 Oxy hóa và nhuộm màu KL
• Oxy hóa: + màng oxit sít chặt, bám chắc vào KL loại nền, không cho các chất ăn mòn khuếch tán vào KL
+ màng oxit có độ cứng hơn KL để chịu ứng suất cao hơn so với
+ màng oxit có khả năng hấp thụ màu, hấp thu dầu mỡ do đó nó có khả năng nhuộm màu và bôi trơn dầu mỡ tốt
Để bảo vệ kim loại đen khỏi sự ăn mòn, người ta thường tạo ra một lớp oxit trên bề mặt kim loại thông qua các phương pháp hóa học hoặc điện hóa Lớp oxit này không chỉ giúp chống ăn mòn cho kim loại nền mà còn mang lại vẻ đẹp hơn, độ bền cơ tính tốt hơn và khả năng cách điện hiệu quả.
Phương pháp hóa học tạo ra lớp màng oxit mỏng, giúp bảo vệ các chi tiết trong môi trường ăn mòn nhẹ Để nâng cao tính bảo vệ cho lớp màng, phương pháp này thường được kết hợp với các kỹ thuật tẩm dầu hoặc sơn phủ.
+ phương pháp này được dùng phổ biến hơn phương pháp điện hóa Phương pháp này thường được tiến hành trong dd kiềm đặc có chứa các chất oxy hóa
Cơ cấu tạo màng oxit: (GT trang 78)
• OXH kim loại màu: (VD KL nhôm – GT trang 75)
Trích tài liệu tham khảo
2 photphat hóa KL (GT trang 78)
Bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hóa là một kỹ thuật nhằm ngăn chặn sự ăn mòn của kim loại thông qua việc tạo ra một lớp bảo vệ bằng điện Phương pháp bảo vệ anot có thể áp dụng cho nhiều loại kim loại, đặc biệt là nhôm và các hợp kim của nó Quá trình anot hóa kim loại nhôm bao gồm việc tạo ra một lớp oxit nhôm bền vững trên bề mặt, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và cải thiện tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Bảo vệ kim loại (KL) bằng phương pháp điện hóa là kỹ thuật điều chỉnh thế điện cực của các kim loại trong môi trường xâm thực Phương pháp này giúp chuyển dịch thế điện cực vào vùng giảm tốc độ ăn mòn hoặc vào vùng thụ động, từ đó nâng cao hiệu quả bảo vệ cho các kim loại.
Nếu thế điện chuyển dịch về phía âm, ta áp dụng phương pháp catot; ngược lại, nếu thế điện cực chuyển dịch về phía dương, chúng ta sử dụng phương pháp bảo vệ anot.
Phương pháp bảo vệ anot áp dụng với KL có khả năng thụ động trong môi trường làm việc (VD nhôm trong môi trường 𝐻 2 𝑆𝑂4 đặ𝑐,𝑛𝑔𝑢ộ𝑖)
Khi kim loại (KL) được phân cực anot bằng dòng ngoài hoặc sử dụng catot với điện thế dương lớn, thiết bị đóng vai trò anot sẽ bị phân cực mạnh, đạt điện thế trong vùng thụ động Tốc độ ăn mòn của kim loại sẽ tương đương với tốc độ tại thời điểm thụ động.
Quá trình anot hóa KL nhôm và hợp kim nhôm: