Luận án nghiên cứu đặc tính hóa lý màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm và khả năng bảo vệ chống ăn mòn
Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn, ứng dụng công nghệ bảo vệ bề mặt hiệu quả.
Luan An
luận án
Số trang
138
Thời gian đọc
21 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Thụ động hóa Cr(III): Giải pháp bền vững chống ăn mòn
- Số trang:
- 138 trang
- Tác giả:
- Luan An
Tóm tắt nội dung luận án
I. Thụ động hóa Cr III Giải pháp bền vững chống ăn mòn
Lớp mạ kẽm bảo vệ rộng rãi các chi tiết sắt thép trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, mạ kẽm dễ bị ăn mòn nhanh chóng trong môi trường ẩm. Để tăng cường khả năng chống ăn mòn, các phương pháp xử lý bề mặt được áp dụng. Phương pháp thụ động cromat hóa là phổ biến nhất. Màng thụ động cromat truyền thống mang lại nhiều ưu điểm như độ bền ăn mòn cao, đa dạng màu sắc, bám dính tốt cho lớp phủ hữu cơ, khả năng tự sửa chữa và chi phí thấp. Màng có chiều dày từ 100 đến 1500 nm. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là màng này chứa ion Cr(VI) độc hại, gây ung thư và ô nhiễm môi trường. Hàm lượng Cr(VI) trong màng dao động từ 5 đến 400 mg/m2, sẽ hòa tan dần khi sử dụng. Điều này đòi hỏi chi phí xử lý nước thải cao. Vì thế, nghiên cứu thụ động hóa Cr(III) thân thiện môi trường đang được đẩy mạnh. Nó được xem là giải pháp thay thế Cr(VI) hiệu quả, đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
1.1. Vai trò lớp mạ kẽm và thách thức ăn mòn
Lớp mạ kẽm được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các cấu kiện sắt thép. Nó ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mỗi năm, hơn 40 triệu tấn thép được mạ kẽm hoặc hợp kim kẽm toàn cầu. Hơn 2,2 triệu tấn kẽm dùng làm lớp phủ bảo vệ. Tại các nước phương Tây, khoảng 37% kẽm phục vụ mục đích mạ bảo vệ kim loại. Lớp mạ kẽm được coi là một trong những phương pháp hiệu quả. Tuy nhiên, lớp mạ kẽm có nhược điểm là bị ăn mòn khá nhanh. Sự ăn mòn xảy ra đặc biệt trong điều kiện không khí ẩm. Việc cải thiện khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp mạ kẽm là cần thiết. Nhiều phương pháp xử lý bề mặt đã được phát triển để khắc phục thách thức này.
1.2. Hạn chế thụ động cromat Cr VI độc hại
Phương pháp thụ động cromat hóa truyền thống sử dụng axit cromic hoặc muối crom. Màng thụ động hình thành bao gồm oxit, hydroxit kẽm, crom và các phức chất. Mặc dù có độ bền chống ăn mòn cao và khả năng tự sửa chữa, màng này chứa ion Cr(VI). Ion Cr(VI) có độc tính cao, tiềm ẩn nguy cơ gây ung thư. Hàm lượng Cr(VI) trong màng có thể lên đến 400 mg/m2. Trong quá trình sử dụng, Cr(VI) bị hòa tan, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Điều này dẫn đến chi phí xử lý nước thải đắt đỏ. Vì những lý do đó, nhiều quốc gia đã ban hành quy định nghiêm ngặt. Họ hạn chế hoặc cấm sử dụng Cr(VI) để thụ động cho lớp mạ kẽm. Việc tìm kiếm một giải pháp thay thế an toàn hơn là bắt buộc.
II. Quy định RoHS Thúc đẩy thay thế Cr VI độc hại
Các quy định quốc tế đã thúc đẩy mạnh mẽ việc thay thế Cr(VI) độc hại. Cộng đồng châu Âu ban hành các quyết định 2000/53/EC và 2002/95/CE. Các quy định này nhằm hạn chế sử dụng màng thụ động chứa Cr(VI). Đến năm 2006, 85% khối lượng xe hơi phải được tái chế hoặc mạ lại. Đến tháng 7/2007, việc sử dụng các màng thụ động chứa Cr(VI) trong công nghiệp sản xuất ô tô bị ngừng hoàn toàn. Các linh kiện tái chế không được chứa hợp chất nguy hại như Cr(VI). Lộ trình này buộc các nhà sản xuất ô tô toàn cầu phải thay đổi công nghệ. Họ phải ngừng sử dụng màng thụ động Cr(VI) trên các sản phẩm mạ kẽm. Các hãng lớn như FORD MOTOR (từ 31/7/2005), HONDA, HUYNDAI (từ 31/12/2005), VOLKSWAGEN (từ 11/2006) đã thực hiện. Quan trọng là các quyết định này không áp dụng cho Cr(III) và kim loại Cr. Điều này mở ra cơ hội lớn cho thụ động hóa Cr(III) thân thiện môi trường.
2.1. Lệnh cấm Cr VI và tác động ngành sản xuất
Cộng đồng châu Âu đã tiên phong trong việc ban hành lệnh cấm Cr(VI). Các quyết định 2000/53/EC và 2002/95/CE là những cột mốc quan trọng. Chúng hạn chế sử dụng màng thụ động chứa Cr(VI) trong ngành công nghiệp. Đến năm 2006, 85% xe hơi phải tái chế hoặc mạ lại. Từ tháng 7/2007, Cr(VI) bị cấm hoàn toàn trong sản xuất ô tô. Các linh kiện tái chế không được chứa chất độc hại như Cr(VI). Điều này đã tạo ra sức ép lớn cho các nhà sản xuất. Nhiều hãng ô tô lớn đã phải thay đổi công nghệ nhanh chóng. Ford, Honda, Hyundai, Volkswagen là những ví dụ điển hình. Họ đã chuyển đổi sang các phương pháp thụ động không chứa Cr(VI). Việc này đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn RoHS và các quy định môi trường.
2.2. Cr III và kim loại Cr không bị hạn chế
Các quy định nghiêm ngặt về Cr(VI) không áp dụng đối với Cr(III) và crom kim loại. Đây là điểm mấu chốt tạo động lực cho nghiên cứu và ứng dụng Cr(III). Cr(III) không được coi là chất nguy hại như Cr(VI). Vì vậy, các phương pháp thụ động hóa Cr(III) hoàn toàn phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường hiện hành. Điều này cung cấp một lựa chọn bền vững cho ngành mạ kẽm. Các nhà khoa học và kỹ sư tập trung nghiên cứu Cr(III) như một giải pháp thay thế hiệu quả. Mục tiêu là phát triển màng thụ động crom hóa trị 3 có khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc tốt hơn. Đồng thời, nó phải đảm bảo an toàn cho người sử dụng và môi trường.
III. Đánh giá khả năng chống ăn mòn màng thụ động Cr III
Nghiên cứu này tập trung vào đặc tính hóa lý của màng thụ động Cr(III). Mục tiêu là hiểu rõ hơn về hình thái, cấu trúc và độ bền ăn mòn của màng. Công trình nhằm so sánh khả năng bảo vệ của màng Cr(III) với màng Cr(VI) truyền thống. Các mục tiêu cụ thể bao gồm xác định khối lượng, chiều dày, hình thái và cấu trúc của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm. Đồng thời, đánh giá độ bền ăn mòn của cả hai loại màng trong điều kiện thử nghiệm gia tốc và tự nhiên. Các nội dung chính bao gồm chế tạo màng Cr(III) và Cr(VI), xác định khối lượng và hình thái bề mặt. Nghiên cứu cũng tập trung vào cấu trúc bề mặt của màng Cr(III). Hành vi ăn mòn được đánh giá bằng phương pháp phân cực thế động (Tafel). Thử nghiệm ăn mòn trong điều kiện phun sương muối (Salt Spray Test) và môi trường tự nhiên cũng được thực hiện.
3.1. Mục tiêu nghiên cứu Đặc tính và bảo vệ ăn mòn
Luận án nghiên cứu đặc tính hóa lý của màng thụ động Cr(III). Mục tiêu chính là xác định khối lượng, chiều dày, hình thái và cấu trúc màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm. Đồng thời, nghiên cứu cũng nhằm xác định độ bền ăn mòn. So sánh khả năng chống ăn mòn của màng Cr(III) với màng thụ động Cr(VI) là trọng tâm. Các thử nghiệm được tiến hành trong điều kiện gia tốc và môi trường tự nhiên. Việc này giúp đánh giá toàn diện hiệu quả bảo vệ. Kết quả cung cấp cái nhìn sâu sắc về tiềm năng của thụ động hóa Cr(III) như một giải pháp thay thế. Nghiên cứu góp phần vào việc phát triển công nghệ mạ kẽm bền vững hơn.
3.2. Phương pháp đánh giá độ bền ăn mòn
Để đánh giá độ bền ăn mòn, nhiều phương pháp tiên tiến đã được sử dụng. Các màng thụ động Cr(III) và Cr(VI) được chế tạo trên lớp mạ kẽm. Khối lượng và chiều dày màng được xác định chính xác. Hình thái và cấu trúc bề mặt của màng Cr(III) được phân tích chi tiết. Hành vi ăn mòn của các màng được nghiên cứu bằng phương pháp phân cực thế động. Đường cong phân cực Tafel cung cấp thông tin về tốc độ ăn mòn. Quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) cũng có thể được áp dụng để đánh giá tính chất bảo vệ của màng. Bên cạnh đó, các thử nghiệm ăn mòn gia tốc được thực hiện. Thử nghiệm phun sương muối (Salt Spray Test) là một ví dụ điển hình. Các mẫu cũng được đặt trong điều kiện thử nghiệm tự nhiên để mô phỏng môi trường thực tế.
IV. Ưu điểm màng thụ động Cr III cho lớp mạ kẽm bền
Phương pháp thụ động hóa Cr(III) đang nổi lên như một giải pháp thay thế lý tưởng cho Cr(VI) độc hại. Nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng to lớn của màng chuyển tiếp cromat Cr(III) trong việc tăng cường khả năng chống ăn mòn cho lớp mạ kẽm điện phân. Màng Cr(III) không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt mà còn cung cấp hiệu suất bảo vệ ấn tượng. Các ưu điểm chính bao gồm tính thân thiện với môi trường, loại bỏ nguy cơ độc hại từ Cr(VI), và khả năng tạo ra một lớp phủ bảo vệ bền vững. Mặc dù công nghệ thụ động Cr(VI) có nhiều ưu điểm truyền thống, sự ra đời của các tiêu chuẩn RoHS và yêu cầu bền vững đã thúc đẩy nghiên cứu và phát triển Cr(III). Các kết quả nghiên cứu liên tục cải thiện hiệu suất của màng Cr(III), biến nó thành lựa chọn ưu việt trong ngành mạ kẽm hiện đại. Việc hiểu rõ cấu trúc và cơ chế bảo vệ của màng Cr(III) giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, tạo ra các sản phẩm mạ kẽm với tuổi thọ cao hơn và an toàn hơn cho người dùng cũng như môi trường.
4.1. Giải pháp thân thiện môi trường thay thế Cr VI
Thụ động hóa Cr(III) là một bước tiến lớn trong công nghệ mạ kẽm điện phân. Nó cung cấp giải pháp thân thiện môi trường, loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng Cr(VI) độc hại. Các ion Cr(III) không bị hạn chế bởi các quy định quốc tế như RoHS. Điều này giúp các nhà sản xuất đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe. Việc chuyển đổi sang Cr(III) giảm thiểu rủi ro sức khỏe cho công nhân. Nó cũng giảm đáng kể chi phí xử lý nước thải nguy hại. Đây là một lợi thế cạnh tranh quan trọng cho các doanh nghiệp. Đặc biệt là những doanh nghiệp hoạt động trong các thị trường đòi hỏi sự bền vững cao. Các hợp đồng xuất khẩu sang châu Âu và Nhật Bản thường yêu cầu sản phẩm không chứa Cr(VI).
4.2. Khả năng chống ăn mòn vượt trội của Cr III
Mặc dù là giải pháp thân thiện môi trường, màng thụ động Cr(III) vẫn thể hiện khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ. Nghiên cứu cho thấy Cr(III) có thể tạo ra màng chuyển tiếp cromat hiệu quả. Các màng này bảo vệ lớp mạ kẽm khỏi sự oxy hóa và ăn mòn điện hóa. Các thử nghiệm phun sương muối và phân tích điện hóa (EIS, Tafel) được sử dụng để đánh giá. Chúng giúp định lượng hiệu quả bảo vệ của màng Cr(III). Mục tiêu là đạt được hoặc vượt qua hiệu suất của Cr(VI) truyền thống. Nhiều sản phẩm công nghiệp sử dụng Cr(III) đã được chấp nhận. Điều này chứng minh độ tin cậy và hiệu quả của công nghệ. Sự phát triển liên tục giúp tối ưu hóa thành phần dung dịch thụ động. Nó cải thiện đáng kể độ bền và ổn định của màng Cr(III).
V. Ứng dụng công nghiệp Thay đổi trong mạ kẽm điện phân
Đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ và bảo vệ môi trường, ngành mạ kẽm điện phân đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ. Nhiều nhà sản xuất đã thay thế thụ động Cr(VI) bằng thụ động Cr(III) thân thiện môi trường hơn. Sự thay đổi này không chỉ là xu hướng mà còn là bắt buộc đối với nhiều thị trường. Tại Việt Nam, các doanh nghiệp hàng đầu đã tiên phong trong việc áp dụng công nghệ Cr(III). Từ cuối năm 2005, HONDA Việt Nam yêu cầu các nhà sản xuất linh kiện xe máy phải sản xuất thử các linh kiện mạ kẽm không chứa Cr(VI). Đến tháng 6/2006, toàn bộ linh kiện mạ kẽm trên xe máy HONDA bắt buộc phải sử dụng thụ động Cr(III). Tiếp đó, năm 2007, VMEP và TOYOTA Việt Nam cũng đưa ra yêu cầu tương tự. Họ yêu cầu các nhà thầu phụ cung cấp linh kiện mạ kẽm thụ động không chứa ion Cr(VI). Hiện nay, YAMAHA Việt Nam cũng triển khai áp dụng màng thụ động không chứa ion Cr(VI) trên tất cả sản phẩm của mình.
5.1. Doanh nghiệp Việt Nam tiên phong áp dụng Cr III
Các công ty lớn tại Việt Nam đã nhanh chóng nắm bắt xu thế toàn cầu. Họ tích cực chuyển đổi sang công nghệ thụ động hóa Cr(III). Honda Việt Nam là một trong những đơn vị tiên phong. Từ cuối năm 2005, họ đã khởi xướng việc thử nghiệm linh kiện mạ kẽm thụ động không chứa Cr(VI). Đến giữa năm 2006, chính sách này trở thành bắt buộc cho tất cả linh kiện. Sau đó, VMEP và Toyota Việt Nam cũng áp dụng các yêu cầu tương tự vào năm 2007. Các nhà thầu phụ phải cung cấp linh kiện mạ kẽm thụ động crom hóa trị 3. Gần đây, Yamaha Việt Nam cũng đã triển khai rộng rãi việc sử dụng màng thụ động Cr(III) trên các sản phẩm của mình. Điều này thể hiện cam kết mạnh mẽ với môi trường. Nó cũng minh chứng cho sự sẵn sàng đổi mới công nghệ.
5.2. Yêu cầu xuất khẩu và xu hướng toàn cầu
Ngoài các quy định nội địa, yêu cầu từ thị trường quốc tế cũng là động lực lớn. Nhiều hợp đồng xuất khẩu sang Châu Âu và Nhật Bản yêu cầu sản phẩm mạ kẽm sạch. Điều này có nghĩa là mạ kẽm từ dung dịch không chứa xyanua và màng thụ động không chứa ion Cr(VI). Xu hướng này đang lan rộng ra toàn cầu. Các nhà sản xuất phải thích nghi để duy trì khả năng cạnh tranh. Thụ động crom hóa trị 3 trở thành tiêu chuẩn mới. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp doanh nghiệp tiếp cận các thị trường khó tính. Nó cũng củng cố hình ảnh thương hiệu về sự bền vững và trách nhiệm xã hội. Các hãng sản xuất ô tô trên thế giới đã chấp nhận các sản phẩm công nghiệp sử dụng thụ động Cr(III).
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (138 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMỞ ĐẦU Lớp mạ kẽm là một trong những lớp mạ được sử dụng rộng rãi nhất để bảo vệ cho các chi tiết, cấu kiện sắt thép trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, lớp mạ kẽm bị ăn mòn khá nhanh trong không khí ẩm. Vì vậy, để cải thiện khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp mạ kẽm, nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác nhau được sử dụng: thụ động cromat, photphat hóa và các lớp phủ hữu cơ… Trong đó, phổ biến nhất là phương pháp thụ động cromat hóa [1-4]. Màng thụ động cromat hình thành khi nhúng lớp mạ kẽm vào dung dịch có chứa axit cromic hay các muối của nó [3,4].
Màng thụ động được tạo thành bao gồm hỗn hợp các ôxit, các hyđrôxit kẽm, crom, các muối và phức chất của chúng. Phương pháp cromat hóa có rất nhiều ưu điểm: độ bền chống ăn mòn cao, có khả năng tạo nhiều màu sắc khác nhau (trắng, cầu vồng, đen, ôliu), tạo độ bám dính tốt cho các lớp phủ hữu cơ, có khả năng tự sửa chữa, công nghệ đơn giản, giá thành thấp…[3-5]. Tùy theo màu sắc, màng thụ động có chiều dày dao động từ 100 đến 1500 nm [6, 7]. Nhược điểm của phương pháp này là màng thụ động có chứa ion Cr(VI) có độc tính cao và có khả năng gây ung thư, hơn nữa phương pháp này đòi hỏi chi phí cao cho việc xử lý nước thải.
Hàm lượng Cr(VI) trong màng thụ động dao động trong khoảng 5 ÷ 400 mg/m2 [6-8], trong quá trình sử dụng sẽ dần bị hòa tan và gây ô nhiễm môi trường. Vì lý do đó, tại nhiều nước công nghiệp phát triển, người ta đã đưa ra nhiều quy định hạn chế hoặc cấm sử dụng Cr(VI) để thụ động cho lớp mạ kẽm. Năm 2000 và năm 2002, các quyết định 2000/53/EC và 2002/95/CE được Cộng đồng châu Âu ban hành nhằm hạn chế sử dụng màng thụ động Cr(VI). Theo các quy định này, đến năm 2006, 85% khối lượng xe hơi sẽ được tái chế hoặc được mạ lại và đến tháng 7/2007 ngừng sử dụng toàn bộ các màng thụ động chứa Cr(VI) trong công 1 nghiệp sản xuất ôtô [8-10].
Các linh kiện được tái chế sẽ không được chứa các hợp chất hoặc các nguyên tố nguy hại cho người và môi trường, các hợp chất Cr(VI) nằm trong danh mục bị hạn chế này. Theo lộ trình này, các hãng sản xuất ôtô trên thế giới đã tiến hành thay thế các phương pháp thụ động và ngừng sử dụng màng thụ động Cr(VI) trên các sản phẩm mạ kẽm của mình, ví dụ: FORD MOTOR từ 31/7/2005, HONDA, HUYNDAI từ 31/12/2005, VOLSKWAGEN từ 11/2006 [11]… Tuy nhiên, các quyết định này không áp dụng đối với Cr(III) và Cr kim loại [9]. Để thay thế phương pháp thụ động Cr(VI), nhiều phương pháp thụ động khác nhau đã và đang được quan tâm nghiên cứu: thụ động Cr(III) [6-9, 12-26, 29-40], molipdat [27-28], các silan [41-47]. Trong đó, phương pháp thụ động Cr(III) được nghiên cứu nhiều hơn cả [48-73] và đã có những sản phẩm công nghiệp được các hãng sản xuất ôtô trên thế giới chấp nhận.
Trong thời gian gần đây, đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ và bảo vệ môi trường, trong lĩnh vực mạ kẽm điện phân, nhiều nhà sản xuất đã thay thế thụ động Cr(VI) bằng thụ động Cr(III) thân thiện môi trường hơn. Từ cuối năm 2005, HONDA Việt Nam đã yêu cầu các nhà sản xuất linh kiện xe gắn máy tiến hành sản xuất thử các linh kiện mạ kẽm thụ động không chứa Cr(VI) và đến tháng 6/2006 toàn bộ các linh kiện mạ kẽm trên xe máy HONDA bắt buộc phải thụ động từ các dung dịch không chứa Cr(VI). Tiếp đó, năm 2007, VMEP và TOYOTA Việt Nam cũng yêu cầu các nhà thầu phụ cung cấp linh kiện mạ kẽm thụ động không chứa ion Cr(VI). Hiện nay, YAMAHA Việt Nam cũng đã triển khai áp dụng các màng thụ động không chứa ion Cr(VI) trên toàn bộ các sản phẩm của mình.
Ngoài ra các hợp đồng xuất khẩu sang Châu Âu và Nhật Bản cũng yêu cầu các sản phẩm có lớp mạ kẽm sạch: mạ kẽm từ dung dịch không chứa xyanua và màng thụ động không chứa ion Cr(VI). 2 Với mục đích hiểu rõ hơn về hình thái, cấu trúc và độ bền ăn mòn của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm nên đề tài luận án ‘’Nghiên cứu đặc tính hóa lý của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm và khả năng bảo vệ chống ăn mòn” đã được thực hiện. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: - Xác định khối lượng, chiều dày, hình thái, cấu trúc của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm. - Xác định độ bền ăn mòn của màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI) trên lớp mạ kẽm trong điều kiện thử nghiệm gia tốc và thử nghiệm tự nhiên.
Các nội dung nghiên cứu chính của luận án: 1. Chế tạo màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI) trên lớp mạ kẽm. Xác định khối lượng màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI). Xác định hình thái, cấu trúc bề mặt của màng thụ động Cr(III).
Hành vi ăn mòn của màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI) bằng phương pháp phân cực thế động. Ăn mòn của màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI) trong điều kiện thử nghiệm gia tốc. Ăn mòn của màng thụ động Cr(III) và màng thụ động Cr(VI) trong điều kiện thử nghiệm tự nhiên. Giới thiệu về mạ kẽm 1.
Giới thiệu chung Mỗi năm, hơn 40 triệu tấn thép được mạ kẽm hoặc kẽm hợp kim và hơn 2,2 triệu tấn kẽm được sử dụng để tạo lớp phủ bảo vệ trên toàn thế giới [74]. Tại các nước phương Tây, khoảng 37% kẽm được sử dụng cho mục đích mạ bảo vệ kim loại. Mạ kẽm được coi là một trong những phương pháp kinh tế nhất và hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn thép cacbon. Lớp mạ kẽm bảo vệ cho thép theo hai cơ chế [3,4 ].
Thứ nhất, kẽm là màng ngăn cách thép với môi trường xâm thực. Bản thân kẽm có độ bền ăn mòn lớn hơn nhiều lần so với thép. Ví dụ, tốc độ ăn mòn của kẽm chỉ vào khoảng 1/25 so với thép cacbon trong khí quyển biển [75]. Trong không khí, kẽm dễ dàng bị ôxi hóa để tạo thành một lớp màng ôxit.
Lớp ôxit kẽm sẽ trở thành kẽm hyđrôxit khi tiếp xúc với hơi ẩm hoặc mưa. Trong quá trình làm khô, hyđrôxit kẽm phản ứng với CO2 trong khí quyển và tạo ra màng bảo vệ mỏng xít chặt và có độ bám dính cao với bề mặt kẽm mà thành phần cơ bản là cacbonat. Thứ hai, lớp mạ kẽm bảo vệ thép theo cơ chế điện hóa. Khi lớp mạ bị khuyết tật hoặc một phần lớp mạ bị phá hủy, nền thép bị lộ ra và tiếp xúc với các tác nhân ăn mòn, do điện thế tiêu chuẩn của kẽm (- 0,76 V) âm hơn nhiều so với thép (- 0,44 V), kẽm sẽ đóng vai trò là anốt hy sinh, bị ăn mòn và bảo vệ cho nền thép (bảo vệ catôt).
Tuy nhiên, điều này không đúng trong mọi điều kiện, vì trong môi trường nóng ẩm (nhiệt độ lớn hơn 60 oC) hoặc nước nóng, có sự đảo phân cực giữa kẽm và sắt và khi đó kẽm sẽ thể hiện tính chất của lớp phủ catôt [3,4]. 4 Có thể phủ kẽm cho thép theo 6 phương pháp phổ biến như sau: nhúng nóng, mạ điện, phủ cơ học, tráng kẽm, phun phủ và các lớp phủ có chứa bột hay bông kẽm (ví dụ: sơn giàu kẽm) [76]. Mạ kẽm nhúng nóng có nhiều ưu thế, bao gồm khả năng mạ bề mặt lõm, có độ bền cơ học và độ bền ăn mòn cao trong nhiều môi trường, tính chất này do lớp hợp kim kẽm-sắt sinh ra trong quá trình nhúng nóng mang lại… Các yếu tố hạn chế của công nghệ này là phải thực hiện ở nhiệt độ cao (để làm nóng chảy kẽm và các yếu tố hợp kim) và trong quá trình mạ, một số đặc tính thép bị thay đổi một cách không mong muốn. Mạ điện có những ưu thế đặc biệt: có thể được thực hiện ở nhiệt độ thường, thời gian mạ có thể được điều chỉnh để đạt được độ dày mong muốn và chiều dày của lớp mạ kẽm khá đồng đều.
Tuy nhiên, mạ điện không thể cạnh tranh về mặt giá cả so với mạ nhúng nóng nếu độ dày lớn hơn 15 ÷ 20 µm do chi phí cao hơn của quá trình mạ điện. Có nhiều loại dung dịch dùng để mạ kẽm: ZnSO4 (pH 1,5 ÷ 5,5), ZnCl2 (pH 4,0 ÷ 5,5), Zn(BF4)2 (pH 1,5 ÷ 3,5), Zn2P2O7 (pH 7 ÷ 10), xyanua và mới đây dung dịch kiềm không xyanua với nhiều tính năng tốt như xyanua nhưng thân thiện môi trường hơn cũng đã được đưa vào sản xuất. Tính chất vật lý của kẽm Kẽm là kim loại màu trắng xanh, sáng với nhiệt độ nóng chảy 419,5 oC và nhiệt độ sôi 907 ºC. Hằng số mạng a và c tương ứng là 0,2664 và 0,4947 nm [77].
Kẽm giòn, dễ vỡ ở nhiệt độ thường và trở nên dễ dát, dễ uốn ở nhiệt độ 100 oC – 150 °C. Kẽm là chất dẫn điện trung bình có tỷ trọng 7,14 g/cm3 ở nhiệt độ thường. Kẽm nguyên chất không được sử dụng nhiều trong các ứng dụng kỹ thuật do bị hạn chế bởi tính chất vật lý của nó nhưng lại được sử dụng nhiều ở dạng hợp kim. Màng phủ chuyển hóa 1.
Giới thiệu Quá trình tạo màng chuyển hóa nói chung là cách tạo ra một màng nhân tạo, bám chắc với bề mặt kim loại nền và có thể kiểm soát quá trình ăn mòn kim loại thông qua màng này. Các xử lý bề mặt bao gồm các quá trình chuyển hóa hóa học, được thực hiện bằng cách ngâm, phun, quét hoặc lau không sử dụng dòng ngoài và anốt hóa xảy ra khi chi tiết được nối với cực dương của nguồn điện phân. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, màng phủ chuyển hóa có thể được sử dụng để: 1) Tăng độ bám dính sơn; 2) Tạo bề mặt trang trí; 3) Tăng độ bền ăn mòn; 4) Sử dụng cho mục đích hấp thụ cho dầu mỡ [3-5]. Các màng chuyển hóa hóa học truyền thống chủ yếu là cromat, photphat và ôxit hoặc kết hợp.
Trong số các phương pháp chuyển hóa hóa học thông dụng thì chuyển hóa hóa học dùng cromat còn được gọi là cromat hóa hay thụ động cromat (thụ động Cr(VI)) là phương pháp tối ưu nhất để tăng khả năng chống ăn mòn cho kim loại [3,4]. Màng cromat (màng thụ động Cr(VI)) hình thành một cách dễ dàng trên bề mặt kẽm và hợp kim kẽm vì cromat là chất ôxi hóa mạnh, phản ứng nhanh với kẽm và có sự khác biệt lớn về độ hòa tan của ion Cr(VI) và Cr(III) trong môi trường nước.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn (n.d.) [Luận án tiến sĩ]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-hoa-hoc-thuc-pham/cong-nghe-dau-khi/luan-an-nghien-cuu-dac-tinh-hoa-ly-cua-mang-thu-dong-criii-tren-lop-ma-kem-va
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn, ứng dụng công nghệ bảo vệ bề mặt hiệu quả.
Luận án "Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn" có 138 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm chống ăn mòn" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.