Tiểu luận Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt

3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt.3.6.1 Phủ kim loại lên bề mặt kim loạiSau đây là hình ảnh sắt bị ăn mòn: Để khắc phục điều này ta có phương pháp bảo vệ sau:3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.1 Phủ kim loại lên bề mặt kim loại3.6.1.1 Phủ bằng phương pháp nhúng vào kim loại nóng chảy. Lớp phủ anot: điện thế kim loại phủ âm hơn kim loại chính, do đó kim loại phủ đóng vai trò anot của pin ăn mònLớp phủ catot: điện thế kim loại phủ dương hơn kim loại chính ,do đó kim loại chính đóng vai trò anot, kim loại phủ phải đảm bảo yêu cầu:Bền trong môi trường ăn mòn.Sít chặt, không có lỗ xốp, không có vết nứt.Bám chắc vào kim loại chính.VD: nhưng kim loại được phủ nóng chảy.3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.1 Phủ kim loại lên bề mặt kim loại3.6.1.1 Phủ bằng phương pháp nhúng vào kim loại nóng chảy. Phủ kẽm lên bề mặt kim loại thép được tiến hành như sau:+ Xử lý mặt vật liệu: tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, hoạt động hóa bề mặt, trợ dung hóa bề mặt sấy ở 120-200C, nhúng vật liệu nền vào dung dịch Zn nóngCấu tạo lớp Zn chia làm 6 lớp: α, γ, δ, σ, η,εYếu tố ảnh hưởng phủ kẽm nóng chảy:+ Nhiệt độ: thông thường là 435-470C , nhiệt độ cao quá thì lớp phủ mỏng, nhiệt độ thấp quá thì lớp phủ dày nhưng ít bằng phẳng, khó thao tác.3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.1 Phủ kim loại lên bề mặt kim loại3.6.1.1 Phủ bằng phương pháp nhúng vào kim loại nóng chảy.+ Tạp chất: trong Zn có hàm lượng của Al chiếm 0.2-0.4% khi hàm lượng của Al cao làm lớp σ giảm dẫn đến chiều dày chung giảm, đến lúc nào đó lớp chung gian biến mất cản trở phản ứng Fe và Zn. Ngoài ra còn có Pb, Cd, Bi cũng ảnh hưởng đến bề dày lớp phủ.Ưu điểm của phương pháp này là: lớp phủ bảo vệ khá dày, có độ bám dính cao với kim loại nền. kỹ thuật đơn giản, năng suất cao.Nhược điểm: tiêu hao kim loai lớn, không thực hiện được với chi tiết đơn giản, chiều dày lớp phủ không ổn định , phụ thuộc nhiệt độ và thời gian tiến hành, lớp phủ không đều, kém bằng phẳng.3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.1 Phủ kim loại lên bề mặt kim loại3.6.1.2 Mạ điện Để bảo vệ kim loại (ví dụ thép) khỏi sự ăn mòn của môi trường gây ra người ta thường mạ lên thép các kim loại: Zn, Cd, Ni, Cu, Cr, Sn. Nguyên tắc mạ điện : Sự hoạt động của một bể mạ điện xảy ra là một quá trình điện phân, trong đó catot là vật liệu mạ, còn anot tan cung cấp ion kim loại được kết tủa trên cực âm để giúp cho nồng độ ion kim loại trong dung dịch chất điện li ít bị biến đổi. 3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.2 Lớp phủ phi kim loại.3.6.2.1 Tráng menKhái niệm: Men gốm sứ là một loại vật liệu bao phủ bề mặt vô cơ, có những tính chất như thủy tinh, được sử dụng tráng lên trên bề mặt kim loại với mục đích bảo vệ bề mặt kim loại và trang trí 3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.2 Lớp phủ phi kim loại.3.6.2.1 Tráng menCơ cấu bảo vệ: Lớp men bám chắc vào kim loại hoàn toàn không có lỗ xốp, không thấm nước, không thấm không khí.Ưu điểm: + Lớp men tương đối bền trong các môi trường xâm thực: khí quyển, dung dịch muối trung tính, nước, axit có tính oxy hóa yếu, kiềm yếu.+ Bền nhiệt (-50oC – 450oC) và chịu được sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Bền màu, dễ làm sạch.+ Công nghệ đơn giản, nguyên liệu dễ tìm.+ Có tính ổn định trong thời gian khá dài, có tác dụng trang trí tốt.Nhược điểm: 3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.2 Lớp phủ phi kim loại.3.6.2.1 Tráng men+ Không bóc lớp men phủ ra được+ Lớp men kém bền cơ học.+ Không thực hiện được cho các chi tiết phức tạp.+ Bị phá hủy trong môi trường kiềm mạnh và HF.	SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O	HF + SiO2 = SiF4 + 2H2OVật liệu tạo thành thủy tinh: cát thạch anhChất phụ gia:+ Hạ nhiệt độ nóng chảy+ Bền hóa men+ Trợ hệ số giãn nở+ Chất làm đục + Chất oxy hóa+ Chất tạo màu 3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.2 Lớp phủ phi kim loại3.6.2.2 SơnQuá trình gia công màng sơn:+ Xử lý bề mặt trước sơn.+ Chọn sơn phù hợp vật liệu và yêu cầu, sơn thường cos ba lớp: Sơn nền, sơn lót, sơn phủ bằng phương pháp nhúng, quét hoặc phun+ Sấy khô màng sơn.3.6 Phương pháp phủ bảo vệ bề mặt 3.6.2 Lớp phủ phi kim loại3.6.2.2 Sơn Yêu cầu thành phẩm: + Sơn bám chắc vào kim loại.+ Ổn định hóa học và cơ học.+ Không thấm nước, thấm khí.3.6.2.3 lớp phủ chất dẻoPhủ trực tiếp chất dẻo lên kim loại: PVC, teflon,Các nhựa này thường bền hóa học và bền cơ học, nhiệt độ tốt. 3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.1 Lớp photphat hóaKhái niệm: Tạo lớp muối photphat các kim loại Mn, Fe hoặc Zn lên trên nền thép của các loại chi tiết hoặc các kết cấu - vỏ ô tô, tàu hoả Đặc điểm: tính bảo vệ chống ăn mòn kém và không dùng nó làm lớp bảo vệ, song kết hợp với các lớp phủ như sơn sẽ tạo ra lớp bảo vệ có chất lượng cao.Sự hình thành lớp photphat hoá xảy ra theo các phản ứng sau: Fe → Fe2+ + 2e và 2H+ + 2e → H2Có các phản ứng thuỷ phân: Mn(HPO4)2  MnHPO4 + H3PO4 3MnHPO4  Mn3(PO4)3 + H3PO4 Ion Fe2+sẽ tác dụng với H3PO4 tạo thành các muối photphat của Mn và Fe thế cho 2H+ hoặc 3H+ của axit phôtphoric tạo ra muối kết tủa. 3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loạia. Oxi hóa kim loại màu.Oxi hóa nhôm: Bằng phương pháp phân cực anot nhôm trong môi trường axit H2SO4, axit oxalic tạo lên bề mặt nhôm và hợp kim nhôm một lớp oxit để bảo vệ chống ăn mòn kim loại. Về nguyên tắc xảy ra các phản ứng sau: Trên anot: Al → Al3+ + 3e và có ion O2– tạo ra do: H2O → 2H+ + O2–3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loại a. Oxi hóa kim loại màuVậy trên anot có hai quá trình:+ Sát bề mặt kim loại nhôm tạo ra lớp oxit nhôm chặt sít bám chắc lên nền nhôm gọi là barie trong. + Phía ngoài tiếp xúc với dung dịch chất điện li có một phần bị hoà tan, tạo ra lớp màng xốp ở phía ngoài .Nhuộm màu nhôm và hợp kim của nhôm .+ Do màng oxyt có nhiều lỗ xốp nên có khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ, vô cơ, đôi khi các chất màu này tác dụng với màng oxyt tạo thành các hợp chất hóa học, các phản ứng tạo màu có thể xảy ra trên lỗ xốp làm cho màng oxyt có màu.3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loại a. Oxi hóa kim loại màu+ Oxy hóa đồng (dùng chống ăn mòn, trang trí và trong thiết bị quang học)Theo phương pháp hóa học:- Thành phần chính của màng: CuO- Độ dày màng: ~1m- Thành phần và chế độ oxy hóa:	 NaOH	50g/l	 K2S2O8	15g/l	Nhiệt độ	60 – 65oC	 Thời gian: 5phútTheo phương pháp điện hóa:- Độ dày màng: 1 – 2 m- Tính chất màng: Bền cơ học và bền ăn mòn cao- Ưu điểm: Oxy hóa cả các loại hợp kim đồng3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loại  a. Oxi hóa kim loại màu- Thành phần và chế độ oxy hóa: 	NaOH	100 – 250g/l ia	0,5A/dm2	Điện thế: 	2 – 6V	Thời gian: 30 phút	Nhiệt độ: 80 – 90oC (Cu); 60 – 70oC (đồng thau) - Để nhuộm màu vàng cho đồng, không dùng dòng điện ngoài mà cho Cu tiếp xúc trực tiếp với Al với thành phần và chế độ oxy hóa như sau:	 CuSO4	50g/l	NaOH	35g/l	 C2H2O4	30g/l	pH	9,2 – 9,6	Nhiệt độ:	20 – 32oC	Thời gian	7 phút	Tỉ lệ bề mặt: Cu: Al = 4:1Dung dịch khác nhau và thời gian khác nhau đều cho màu khác nhau3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loại b.Oxi hóa kim loại đen theo phương pháp hóa học.Tiến hành: trong dung dịch kiềm đặc có chứa chất oxy hóa(muối nitrat, nitrit)Cơ cấu tạo màng oxyt:Tạo màng oxyt thấp: Fe → Na2FeO2Ôxy hóa muối oxyt thấp thành muối oxyt cao: Na2FeO2 →Na2Fe2O4Tạo oxyt sắt từ: Na2FeO2 + Na2Fe2O4 → Fe3O4 (màng)Thủy phân muối oxyt cao: Na2Fe2O4 + (m+1)H2O →Fe2O3.mH2O (bùn)Khử hydrat hóa một phần: Fe2O3.mH2O → Fe2O3.(m-1)H2O	 (bùn)3.6.3 Lớp phủ vô cơ3.6.3.2 Oxi hóa điện hóa kim loại b. Ôxi hóa kim loại đen theo phương pháp hóa học.Cấu tạo màng và chiều dày màng phụ thuộc tốc độ tạo trung tâm và tốc độ phát triển màng, vào bản chất chất oxy hóa:Tốc độ tạo trung tâm > Tốc độ phát triển màng (Nồng độ chất oxy hóa cao) thì màng tạo thành nhanh, chặt sít nhưng mỏng.Ngược lại(nồng độ kiềm cao) thì màng tạo thành dày nhưng xốp. Chất oxy hóa là nitrat thì cho màu đenMuối nitrit thì cho màu xanh sáng.3.6.4 Lớp phủ hữu cơ. a. Pha lỏnga. Pha lỏngpha lỏng gồm dung môi để hoà tan chất kết dính, tạo ra trênmặt một màng chất rắn liên tục sau khi dung môi bay hơi .Các phụ gia: những chất với một lượng nhỏ cho vào để cải thiện màng kết dính: chất làm cho sơn mau khô do sự tăng nhanh quá trình oxi hóa chất kết dính. Những chất này thường là muối của một số kim loại Co, Pb, Mn, Zn, Zr – Chất hoạt động bề mặt để cải thiện độ thấm ướt của sơn và bề mặt kim loại. – Chất tạo nhũ tương làm cho sơn ở dạng nhũ ổn định. – Chất phân tán có nhiệm vụ đuổi nước ra khỏi bề mặt sắc tố (pigment), làm tăng cường độ bám dính của màng sơn ngay cả khi bề mặt kim loại bị ẩm ướt. – Chất mầu (pigment), mầu hữu cơ hoặc là các oxit kim loại, muối kim loại. 3.6.4 Lớp phủ hữu cơ a. Pha lỏng– Chất chống lắng. – Chất trừ vi khuẩn, hầu hà (Cu2O). Sau đây là một số chất kết dính và pigment thông dụng: + Chất kết dính: Chất kết dính đóng rắn do bị oxi hóa trong môi trường không khí. Sơn dầu thường là các loại dầu thực vật: dầu lanh, dầu tùng, dầu đậu tương. Nhựa alkyt là este của diaxit và rượu đa chức. Vi dụ axit phtalic (HOOC–C2H4–COOH) và glyxerin. + Chất kết dính đóng rắn do bốc hơi dung môi: polymethylmethacrylat. + Chất kết dính đóng rắn do polymer hóa: nhựa opeoxi  3.6.4 Lớp phủ hữu cơb. Pha rắnb) Pha rắn: Các loại pigment và chất độn. – Sắc tố chống ăn mòn: bột kẽm, bột chì, Pb3O4, ZnCrO4. – Sắc tố giảm thấm nước: ZnO, TiO2, Fe2O3, graphit. – Chất độn: SiO2, SbSO4, bột tan, mica, CaCO3