Tài liệu Nghiên cứu sử dụng tamin chế tạo dung dịch biến tính gỉ bảo vệ, tái bảo vệ chống ăn mòn cho sắt, thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LẠI THỊ HOAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TANIN CHẾ TẠO DUNG DỊCH BIẾN TÍNH GỈ BẢO VỆ, TÁI BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN CHO SẮT, THÉP Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62 44 01 19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LẠI THỊ HOAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TANIN CHẾ TẠO DUNG DỊCH BIẾN TÍNH GỈ BẢO VỆ, TÁI BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN CHO SẮT, THÉP Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62 44 01 19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Lê Văn Cƣờng 2. PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh HÀ NỘI - 2017 i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Văn Cường, PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh là thầy cô đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức, cũng như những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án. Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn Tập thể cán bộ nghiên cứu Phòng Ăn mòn và Bảo vệ kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã luôn động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện các nội dung của luận án. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, lãnh đạo Khoa Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới, lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải, lãnh đạo Khoa Khoa học Cơ bản, lãnh đạo Bộ môn Hóa học cùng toàn thể các giảng viên Bộ môn Hóa học đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn từ đáy lòng mình tới người thân, gia đình và bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua. Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả luận án Lại Thị Hoan ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Người hướng dẫn khoa học. Một số nghiên cứu là thành quả tập thể đã được các đồng sự cho phép sử dụng. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình luận án nào khác. Tác giả luận án Lại Thị Hoan iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ...........................................................................vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................... 1 2. Mục tiêu của luận án ......................................................................... 3 3. Các nội dun chính của luận án ....................................................... 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..........................................................................4 1.1. Thực trạn vấn đề ăn mòn kim loại ............................................... 4 1.1.1. Phân loại ăn mòn kim loại .......................................................... 5 1.1.2. Các phƣơn pháp bảo vệ chốn ăn mòn kim loại ...................... 8 1.2. Vai trò của biến tính gỉ trong bảo vệ chống ăn mòn kim loại (đặc biệt là với thép cacbon thấp) ................................................ 11 1.2.1. Cơ chế hình thành lớp ỉ trên bề mặt sắt thép ......................... 12 1.2.2. Vai trò của axit tanic tron dun dịch biến tính ỉ .................. 13 1.2.3. Vai trò của tanin tron dun dịch biến tính ỉ ......................... 14 1.3. Tình hình n hiên cứu và ứn dụn của biến tính ỉ .................. 21 1.3.1. Trên thế iới ............................................................................... 21 1.3.2. Tình hình n hiên cứu tron nƣớc .............................................37 CHƢƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........43 2.1. Vật liệu n hiên cứu và tạo mẫu thử n hiệm ............................... 43 2.1.1. Vật liệu n hiên cứu .................................................................... 43 iv 2.1.2. Tạo mẫu thử n hiệm .................................................................. 43 2.2. Hóa chất ........................................................................................ 48 2.3. Các phƣơn pháp n hiên cứu ...................................................... 49 2.3.1. Các phƣơn pháp phân tích tính chất, hình thái cấu trúc ...... 49 2.3.2. Các phƣơn pháp điện hóa........................................................ 52 2.3.3. Các phƣơn pháp đánh iá tính chất của hệ lớp phủ.............. 54 CHƢƠNG 3. ................................................................................................56 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................56 3.1. Chế tạo và đặc trƣn tính chất của màn ỉ, màn ỉ biến tính ................................................................................................ 56 3.1.1. Chế tạo màn ỉ và một số n hiên cứu về màn ỉ.................. 56 3.1.2. N hiên cứu tính chất, hình thái cấu trúc của màn ỉ biến tính ................................................................................................ 71 3.2. Đánh iá độ bền ăn mòn của màn sơn biến tính ỉ .................. 90 3.3. Đánh iá độ bền ăn mòn của hệ sơn phủ sử dụn lớp lót là màn ỉ biến tính BT3 hoặc sơn biến tính ỉ ............................................ 99 3.3.1. Xác định độ bám dính ................................................................ 99 3.3.2. Tổn trở điện hóa ..................................................................... 100 3.3.3. Thử n hiệm mù muối .............................................................. 103 KẾT LUẬN ................................................................................................111 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ..........................................112 NHỮNG CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .....113 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................114 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AIT Alternated immersion test (Nhúng ngập chu kỳ) BTG Biến t nh g SEM K nh hiển vi điện tử quét X-ray Nhiễu xạ tia X (XRD) EDX Tán xạ năng lượng tia X IR Phổ hồng ngoại TGA Phân t ch nhiệt Z Mô đun tổng trở E0 Điện thế mạch hở V/SCE Đơn vị điện thế so với điện cực calomen SCE Điện cực so sánh calomen bão hòa ASTM Tiêu chuẩn vật liệu của Mỹ - American society for Testing and Materials N-9 Nonoxynol-9/hoạt chất bề mặt có công thức 1-(4Nonyl-phenyl)-1,4,7,10,13,16,19,22,25nonaoxaheptacosan-27-ol Tri-E Triethanol amin (C6H15NO3) KHCN Khoa học công nghệ PPH Phốt phát hóa o Đơn vị đo nhiệt độ bách phân C EIS Tổng trở điện hóa BT1 Dung dịch/màng biến tính g BT1 BT2 Dung dịch/màng biến tính g BT2 BT3 Dung dịch/màng biến tính g BT3 BT4 Dung dịch/màng biến tính g BT4 BT5 Dung dịch/màng biến tính g BT5 S10 Dung dịch/màng sơn biến tính g S10 vi S20 Dung dịch/màng sơn biến tính g S20 S30 Dung dịch/màng sơn biến tính g S30 S40 Dung dịch/màng sơn biến tính g S40 S50 Dung dịch/màng sơn biến tính g S50 FP Sắt phốt phát FT Sắt (III) tanat CT3 Mác thép cacbon thấp PPH Phốt phát hóa TP Một loại dung dịch biến t nh được nghiên cứu A, B, C, D Bốn cấp độ g nhân tạo BT Biến tính vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học của mẫu thép CT3 (% theo khối lượng)43 Bảng 2.2. Các dung dịch tạo g nhân tạo và k hiệu cấp độ g .............. 44 Bảng 2.3. Thành phần hóa học dung dịch biến t nh ............................... 45 Bảng 2.4. Thành phần dung dịch sơn biến t nh ...................................... 48 Bảng 2.5. Bảng hóa chất dùng cho nghiên cứu ...................................... 49 Bảng 2.6. Điều kiện thử nghiệm mù muối ............................................. 55 Bảng 3.1. Chiều dày màng g tự nhiên và nhân tạo đo bằng hai phương pháp khác nhau: Phương pháp đo bằng máy cầm tay và Phương pháp đo mặt cắt màng g bằng chụp SEM ............ 58 Bảng 3.2. Thành phần % theo khối lượng của các nguyên tố trong màng g .................................................................................... 67 Bảng 3.3. Tỷ lệ bong tróc màng g biến t nh .......................................... 75 Bảng 3.4. Số sóng của một số nhóm chức trong màng g cấp độ C và màng g biến t nh BT3 ............................................................ 78 Bảng 3.5. % khối lượng các nguyên tố trong màng g biến t nh và màng g C ................................................................................ 81 Bảng 3.6. Kết quả phân t ch giản đồ nhiệt vi sai của 2 màng g biến tính BT2 và BT3 ..................................................................... 85 Bảng 3.7. Kết quả đo cường độ bám d nh của màng g và màng g biến t nh BT3 và 5 màng sơn biến t nh g ............................... 94 Bảng 3.8. Hàm lượng các nguyên tố trong màng sơn biến t nh g S50 trên nền thép ............................................................................ 95 Bảng 3.9. Độ bám d nh của một số hệ sơn ........................................... 100 viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hình ảnh các công trình, kết cấu bằng sắt thép bị hư hỏng trong quá trình sử dụng ................................................ 4 Hình 1.2. Cấu trúc liên phân tử của axit tanic [tannicacid.files. wordpress.com] ................................................................... 13 Hình 1.3. Cấu trúc của tanin .............................................................. 15 Hình 1.4. Sơ đồ phân loại tanin ......................................................... 16 Hình 1.5. Cơ chế hình thành phức sắt (III) tanat ............................... 17 Hình 1.6. Hình ảnh SEM về mặt cắt của màng g và màng g biến t nh ............................................................................. 24 Hình 1.7. Hình ảnh SEM bề mặt mẫu g và mẫu g biến t nh sau 50 ngày thử nghiệm theo phương pháp AIT ...................... 25 Hình 1.8. Giản đồ X-ray của g và g biến t nh trong nước cất ......... 25 Hình 1.9. Phổ IR của màng g và màng g biến t nh trong nước cất theo phương pháp AIT ................................................. 26 Hình 1.10. Hình ảnh SEM của bề mặt g (cấp độ C) và bề mặt màng g sau khi biến t nh ................................................... 27 Hình 1.11. Phổ IR của mẫu biến t nh g trong khoảng thời gian từ 0 đến 167 ngày ............................................................... 28 Hình 1.12. Phổ X-ray của các màng g biến t nh (a) và (b) .............. 29 Hình 1.13. Hình ảnh SEM và phổ EDX của một số mẫu nghiên cứu ....................................................................................... 30 Hình 1.14. Sự biến đổi tổng trở điện hóa của màng sơn mà lớp lót là màng g và màng g biến t nh trong dung dịch NaCl theo thời gian ngâm mẫu ........................................... 32 ix Hình 1.15. Chi tiết máy trước và sau khi được xử lý bằng dung dịch biến t nh g của hãng The Rust Store - Rust Prevention & Removal Specialists, LB Nga ...................... 32 Hình 1.16. Phổ tổng trở dạng Bode của g và màng g biến t nh sử dụng axit tanic và axit galic trong dung dịch Na2SO4 10-4M .................................................................................. 34 Hình 1.17. Phổ tổng trở dạng Bode của g và màng g biến t nh sử dụng axit tanic và axit phốt-pho-ric trong dung dịch Na2SO4 10-4M...................................................................... 35 Hình 2.1. Hình ảnh về tạo g : (a) 10 phút nhúng mẫu trong dung dịch tạo g ; (b) 50 phút phơi mẫu ngoài không khí ............ 44 Hình 2.2. Ảnh chụp một số màng g biến t nh ................................... 46 Hình 2.3. Thiết bị Autolab PGSTAT 300 .......................................... 54 Hình 3.1. Hình ảnh mẫu g : (a) g tự nhiên; (b) g cấp độ A; (c) g cấp độ B; (d) g cấp độ (C) và (e) g cấp độ D.................... 57 Hình 3.2. Hình ảnh chụp mặt cắt mẫu g tạo ở các điều kiện khác nhau: (a) g cấp độ A, (b) g cấp độ B, (c) g cấp độ C, (d) cấp độ g D và (e) g tự nhiên ........................................ 59 Hình 3.3. Ảnh SEM của màng g : (0) g tự nhiên; (a) g cấp độ A; (b) g cấp độ B; (c) g cấp độ C và (d) g cấp độ D ....... 61 Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của màng g : (a) g cấp độ A; (b) g cấp độ B; (c) g cấp độ C; (d) g cấp độ D và (e) g tự nhiên .................................................................................... 63 Hình 3.5. Phổ EDX của màng g tự nhiên trên bề mặt mẫu thép cacbon thấp CT3 ................................................................. 64 Hình 3.6. Phổ EDX của màng g cấp độ A trên bề mặt mẫu thép cacbon thấp CT3 ................................................................. 65 x Hình 3.7. Phổ EDX của màng g cấp độ B trên bề mặt mẫu thép cacbon CT3 ......................................................................... 65 Hình 3.8. Phổ EDX của màng g cấp độ C trên bề mặt mẫu thép cacbon thấp CT3 ................................................................. 66 Hình 3.9. Phổ EDX của màng g cấp độ D trên bề mặt mẫu thép cacbon thấp CT3 ................................................................. 66 Hình 3.10. Giản đồ X-ray của màng g tự nhiên ................................ 68 Hình 3.11. Giản đồ X-ray của màng g cấp độ A ............................... 68 Hình 3.12. Giản đồ X-ray của màng g cấp độ B ............................... 69 Hình 3.13. Giản đồ X-ray của màng g cấp độ C ............................... 69 Hình 3.14. Sự biến đổi điện thế mạch hở thép CT3 có màng g cấp độ C được biến t nh bằng 5 dung dịch biến t nh khác nhau: BT1, BT2, BT3, BT4 và BT5........................... 73 Hình 3.15. Hình ảnh thử nghiệm độ bám d nh của màng g biến tính: (a) màng BT1; (b) màng BT2; (c) màng BT3; (d) màng BT4 và (e) màng BT5 ............................................... 75 Hình 3.16. Hình ảnh SEM của: (a) màng g cấp độ C và các màng g biến t nh: (b) BT2; (c) BT3; (d) BT5 ..................... 77 Hình 3.17. Phổ IR của màng g cấp độ C (a) và màng g biến t nh BT3 (b) ................................................................................ 77 Hình 3.18. Phổ EDX màng g cấp độ C biến t nh trong dung dịch BT2 (a), BT3 (b); BT5 (c) và g cấp độ C (d)..................... 81 Hình 3.19. Giản đồ X-ray của các màng g biến t nh: (a) BT1, (b) BT2, (c) BT3, (d) BT4, (e) BT5 và (f) màng g cấp độ C .......................................................................................... 84 Hình 3.20. Giản đồ nhiệt vi sai của màng g biến t nh BT2 ............... 86 Hình 3.21. Giản đồ nhiệt vi sai của màng g biến t nh BT3 ............... 87 xi Hình 3.22. Sự biến đổi điện thế mạch hở theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% của: (a) thép CT3, (b) g cấp độ C và (c) màng g biến t nh BT3 .................................... 88 Hình 3.23. Hình ảnh màng g biến t nh BT3 theo thời gian phơi tại khu công nghiệp Hà Nội có mái che: (a) ban đầu; (b) 3 tháng, (c) 6 tháng và (d) 12 tháng .............................. 89 Hình 3.24. Hình ảnh mặt cắt 5 mẫu sơn biến t nh g : (a) S10; (b) S20; (c) S30; (d) S40; (e) S50 và (0) màng g cấp độ C. .... 91 Hình 3.25. Ảnh SEM của màng sơn biến tính g : (a) S10; (b) S20; (c) S30; (d) S40 và (e) S50 và (f) màng g cấp độ C .......................................................................................... 93 Hình 3.26. Phổ EDX màng sơn biến t nh g S50 ............................... 95 Hình 3.27. Phổ tổng trở dạng Bode trong dung dịch NaCl 3% của mẫu sơn biến t nh g : (a) S10, (b) S20, (c) S30, (d) S40 và (e) S50 ..................................................................... 98 Hình 3.28. Phổ tổng trở dạng Bode trong dung dịch NaCl 3% của 5 mẫu sơn biến t nh sau 25 ngày ngâm mẫu ................ 98 Hình 3.29. Sự biến đổi modun tổng trở tại tần số 100mHz của 5 mẫu sơn biến t nh g theo thời gian ngâm mẫu trong dung dịch NaCl 3% ............................................................. 99 Hình 3.30. Phổ tổng trở dạng Bode theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% của: (a) hệ sơn alkyt, (b) hệ sơn epoxy và (c) hệ sơn cao su clo hóa ................................... 102 Hình 3.31. Phổ tổng trở dạng Bode trong dung dịch NaCl 3% của 3 hệ sơn alkyt, epoxy và cao su clo hóa sau 91 ngày ngâm mẫu ................................................................. 102 xii Hình 3.32. Sự biến đổi modun tổng trở ở tần số 100mHz của 3 hệ sơn theo thời gian ngâm mẫu trong dung dịch NaCl 3% ..................................................................................... 103 Hình 3.33. Hình ảnh hệ sơn alkyt sau những khoảng thời gian thử nghiệm trong tủ mù muối ........................................... 105 Hình 3.34. Hệ sơn epoxy sau những khoảng thời gian thử nghiệm trong tủ mù muối.................................................. 107 Hình 3.35. Hệ sơn cao su clo hóa sau những khoảng thời gian thử nghiệm trong tủ mù muối ........................................... 109 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Kim loại, hợp kim luôn là vật liệu được sử dụng chủ yếu trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng trên phạm vi toàn cầu nhờ trữ lượng dồi dào và có những thuộc t nh quan trọng, đáp ứng tốt các yêu cầu của các công trình xây dựng, trang thiết bị máy móc... Tuy nhiên vật liệu kim loại lại dễ dàng bị phá hủy (bị ăn mòn), nhất là kim loại đen dưới tác dụng của các yếu tố xâm thực ngay cả trong giai đoạn đầu đưa vào sử dụng. Nhiều kết cấu, công trình mặc dù được phủ bằng các lớp phủ khác nhau cũng không được bảo vệ vĩnh cửu. Khi kết cấu, công trình bị g , việc thi công tái bảo vệ như tẩy g , khôi phục lớp phủ bảo vệ mới sẽ tốn nhiều công sức và kinh ph , đặc biệt là công đoạn loại bỏ g (còn gọi là sản phẩm ăn mòn). Theo những đánh giá mới nhất, tổn thất do ăn mòn kim loại, hợp kim ước t nh từ 1,8 đến 4,5% tổng giá trị sản phẩm của các nước công nghiệp [1-2]. Theo Kris De Baere và cộng sự [3], tổn thất hàng năm do ăn mòn kim loại ở Mỹ, năm 1998, là 2.757 tỷ đô la, trong đó nếu các giải pháp bảo vệ chống ăn mòn được thực thi sẽ giảm thiệt hại khoảng 820 tỷ đô la, tương đương 30% tổng thiệt hại do ăn mòn. Việt Nam là một nước đang phát triển, nằm trong vùng kh hậu nhiệt đới ẩm, đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình ăn mòn kim loại, hợp kim diễn ra. Quá trình ăn mòn không ch gây tổn thất về kinh tế, tuy chưa có số liệu điều tra ch nh thức, nhưng t nh đơn giản từ tổng giá trị sản phẩm quốc nội, con số này cũng khá lớn, mà còn ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái và sức khỏe của con người. Sự ăn mòn hay suy giảm vật liệu làm hỏng hóc, nứt gẫy chi tiết thiết bị dẫn tới ngừng trệ sản xuất để sửa chữa, thậm ch có thể gây nên sự cố, tai nạn... làm tổn hao cả về người và của [4-5]. 2 Vì những lý do trên, việc phát triển các sản phẩm, những công nghệ giúp bảo vệ, chống ăn mòn cho vật liệu, các trang thiết bị chế tác từ kim loại, hợp kim luôn được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm. Từ những năm 70 của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng dung dịch biến t nh g để chuyển hóa lớp g trên bề mặt sắt thép bị g thành lớp g biến t nh, đây là giải pháp chống ăn mòn tạm thời cho kết cấu bằng sắt thép. Biến t nh g (BTG) ngoài được dùng để bảo vệ cho sắt thép còn được sử dụng bảo vệ cho hợp kim của các kim loại như nhôm, đồng, kẽm...[6, 8-20]. Tuy đã có nhiều sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trên thế giới ở dạng thương phẩm, sản phẩm BTG ở Việt Nam vẫn ch được dùng trong giới hạn hẹp. Lý do sử dụng BTG chưa thực sự rộng rãi không ch vì hiệu quả bảo vệ chưa thuyết phục mà còn do giá thành cao, trong một số trường hợp còn gây ô nhiễm môi trường mặc dù mức độ ô nhiễm nằm trong giới hạn cho phép [21]. Trong khoảng thời gian này, cán bộ nghiên cứu của Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng triển khai những nghiên cứu thăm dò đầu tiên về BTG. Tiếp thu các thành tựu mới nhất của các nhà khoa học trên thế giới, đặc biệt là Nhật Bản (năm 2003) về BTG, Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại đã có những thành công ban đầu trong nghiên cứu chế tạo chất BTG mới không gây ăn mòn thứ cấp, giảm giá thành và thân thiện môi trường bằng cách thay các axit vô cơ bằng axit hữu cơ, dùng sản phẩm thiên nhiên gốc hoặc đã sơ chế thay thế chế phẩm tổng hợp nhập ngoại [2, 6-7]. Xuất phát từ thực tế trên, hướng nghiên cứu các giải pháp tái bảo vệ cho công trình, kết cấu sắt thép bị g bằng sử dụng dung dịch biến t nh g là mục tiêu để lựa chọn đề tài luận án N hiên cứu sử dụn tanin chế tạo 3 dun dịch biến tính ỉ bảo vệ, tái bảo vệ chốn ăn mòn cho sắt, thép tiếp tục hướng nghiên cứu của Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại trong lĩnh vực này. 2. Mục tiêu của luận án Lựa chọn các cấu tử trong dung dịch BTG có thành phần ổn định, dễ kiếm, rẻ tiền hơn và không gây ô nhiễm môi trường để chế tạo màng g biến t nh đáp ứng yêu cầu vừa là lớp bảo vệ tạm thời, vừa là lớp lót cho hệ bảo vệ sơn phủ hữu cơ. Lựa chọn hệ sơn phủ phù hợp với màng g biến t nh để hoàn thiện quy trình: biến t nh g kết hợp với sơn phủ tạo ra hệ bảo vệ tốt cho vật liệu sắt thép bị g mà không cần tẩy g . 3. Các n i dung chính của luận án Trên cơ sở các mục tiêu đã đề ra, nội dung nghiên cứu của luận án gồm các nội dung ch nh sau: + Tạo 4 cấp độ g ứng với 4 vùng miền đặc trưng của Việt Nam. Khảo sát đánh giá và lựa chọn một cấp độ g phổ biến để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo. + Lựa chọn thành phần dung dịch biến t nh để tạo màng g biến t nh có khả năng bảo vệ tạm thời cho sắt thép bị g mà không cần xử lý g . + Chế tạo dung dịch sơn biến t nh, tạo màng sơn biến t nh g mà không cần loại bỏ g , đánh giá hiệu quả bảo vệ của màng sơn biến t nh. + Đánh giá khả năng bảo vệ của một số hệ sơn phủ có lớp lót là màng g biến t nh tốt nhất trong các màng biến t nh được nghiên cứu bằng phương pháp tổng trở điện hóa, xác định độ bám d nh và thử nghiệm mù muối. 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Thực trạng vấn đề ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại là cụm từ được dùng để ch quá trình phá hủy vật liệu kim loại hợp kim do tương tác hóa – lý giữa kim loại, hợp kim với môi trường xung quanh [22-24]. Kim loại nói chung, các loại thép trần nói riêng khi tiếp xúc trực tiếp với môi trường (nhất là môi trường ẩm ướt, môi trường điện ly) bên ngoài thì ch sau vài ngày, thậm ch vài giờ có thể xuất hiện g vàng trên bề mặt, nếu để vài tháng hoặc vài năm sẽ hình thành g dạng vảy gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng thép cũng như chất lượng công trình (hình 1.1). Hình 1.1. Hình ảnh các công trình, kết cấu bằng sắt thép bị hư hỏng trong quá trình sử dụng Tổn thất do sự ăn mòn kim loại rất lớn, ảnh hưởng không nhỏ tới nền kinh tế quốc dân. Việc bảo vệ và chống ăn mòn kim loại, hợp kim nhất thiết phải được được tiến hành thường xuyên, đồng bộ cho các công trình xây mới cũng như các công trình sử dụng sắt thép nói riêng, kim loại hợp kim nói chung đã đưa vào sử dụng [25]. Có nhiều dạng ăn mòn kim loại, dưới đây là một số cách phân loại ăn mòn phổ biến và thường gặp trong điều kiện làm việc khác nhau của các loại vật dụng được làm từ kim loại và hợp kim. 5 1.1.1. Phân loại ăn mòn kim loại Có nhiều cách khác nhau để phân loại ăn mòn kim loại như: phân loại dựa vào cơ chế, điều kiện, đặc trưng phá hủy... Một số cách phân loại thông dụng [26-29] được ch ra gồm: 1.1.1.1. Phân loại theo cơ chế ăn mòn Theo cơ chế, ăn mòn kim loại có 2 dạng ch nh là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa [24]. a. Ăn mòn hóa học: Đây là dạng ăn mòn khi có phản ứng hóa học dị thể giữa bề mặt kim loại, hợp kim và môi trường xung quanh, nghĩa là phản ứng biến đổi nguyên tử kim loại thành ion kim loại. Tương tác giữa kim loại với môi trường lỏng không dẫn điện hay với các kh khô là v dụ điển hình của ăn mòn hóa học. Sự ôxi hóa kim loại bởi ôxy hay tương tác của các kim loại với các chất kh hoạt động có trong môi trường công nghiệp như SO2, H2S, CO2... ở nhiệt độ cao là dạng rất đặc trưng và cũng rất quan trọng của ăn mòn hóa học. b. Ăn mòn điện hóa: Là dạng ăn mòn phổ biến nhất, ở đó xảy ra tương tác điện hóa giữa bề mặt kim loại, hợp kim với môi trường xung quanh tuân theo quy luật động học điện hóa. Nói cách khác, là phản ứng ôxi hóa để biến nguyên tử kim loại thành ion kim loại. Khác với phản ứng ôxi hóa khử đồng thể xảy ra ở dung dịch, ăn mòn điện hóa là phản ứng ôxi hóa khử dị thể xảy ra làm nhiều giai đoạn và các electron tự do trên bề mặt kim loại, sự ăn mòn điện hóa xảy ra hai quá trình đồng thời bao gồm: - Quá trình anôt: xuất hiện ở các vùng anôt của bề mặt kim loại, là sự biến đổi trực tiếp nguyên tử kim loại thành ion hiđrat hóa trong dung dịch: M + xH2O  M(H2O)xn+ + ne (1) (trong đó M là kim loại) do quá trình (1) xảy ra làm cho trong thanh kim loại tồn tại một lượng dư electron nên mang điện t ch âm. 6 - Quá trình catôt xuất hiện ở các vùng catôt của bề mặt kim loại, làm cho các electron dư thừa của quá trình anôt bị đồng hóa do một số chất nhận electron, được gọi là các chất khử phân cực. Ở quá trình anôt xảy ra sự ôxi hóa kim loại chuyển nguyên tử kim loại thành ion kim loại, trong khi ở quá trình catôt xảy ra sự khử các chất khử phân cực. Sự có mặt của các chất dẫn điện của môi trường ngoài là điều kiện đầu tiên của quá trình ăn mòn điện hóa, hay ăn mòn điện hóa xảy ra trong dung dịch điện ly. Các nguyên nhân phân tách quá trình điện hóa thành hai quá trình đồng thời là: - Do sự tồn tại các ion tự do trong mạng lưới tinh thể. - Do sự phân tách các ion kim loại của mạng tinh thể bởi quá trình hiđrat hóa và sự tạo thành phức chất với các thành phần có trong dung dịch. Trong nhiều trường hợp, sự biến đổi chậm từ cơ chế hóa học sang cơ chế điện hóa có thể xảy ra và ngược lại. Sự ăn mòn trong các dung dịch điện ly có thể xảy ra theo cả cơ chế điện hóa lẫn cơ chế hóa học. Như vậy khi kim loại hợp kim để trong môi trường sẽ diễn ra đồng thời cả ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa tuy nhiên với cấp độ khác nhau, thường thì ăn mòn điện hóa diễn ra nhanh hơn. c. Ăn mòn vi sinh: Ăn mòn vi sinh là quá trình ăn mòn các kim loại do các vi sinh vật hay do những sản phẩm đồng hóa của chúng… có thể coi đây là trường hợp đặc biệt của dạng ăn mòn điện hóa dưới ảnh hưởng của vi sinh vật [27]. 1.1.1.2. Phân loại theo môi trường ăn mòn Phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn, người ta phân ra các dạng ăn mòn phổ biến gồm ăn mòn kh quyển, ăn mòn trong nước biển và ăn mòn đất… [4].