Đề tài Ăn mòn kẽm và hợp kim của kẽm trong môi trường khí quyển

ĂN MÒN KẼM VÀ HỢP KIM CỦA KẼM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂNNhóm 2Giáo viên hướng dẫn:PGS.TS.Hoàng Thị Bích ThủySinh viên thực hiện:Doãn Thị ÁiNguyễn Xuân DũngPhạm Thị Kim AnhTrịnh Hồng DươngCao Ngọc BiểnHoàng Sỹ ĐạiPhạm Văn CườngCao Tiến ĐạtNguyễn Thị ChiPhạm Tiến ĐạtI. Lịch sử hình thành kim loại kẽm và hợp kim kẽm1. Lịch sử hình thành kim loại kẽmNhà hóa học người Đức  Andreas Marggraf  được xem là có công trongviệc phát hiện ra kẽm kim loại nguyênchất mặc dù nhà hóa học Thụy Điển là Anton von Swab đã chưng cất kẽm từ calamin 4 năm trước đó.Trong thínghiệm năm 1746 của ông, Marggrafđã nung hỗm hợp calamin và than củi trong một buồng kín không có đồng đểlấy kim loại.Quy trình này được ứng dụng ở quy môthương mại từ năm 17522. Kim loại kẽmKẽm (Zn) là nguyên tố kim loại lưỡng tính. Kẽm có số hiệu nguyên tử 30, có trạng thái oxi hóa duy nhất ở điều kiện bình thường là +2. Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng Sphalerit (ZnS) là một dạng kẽm sunfua.Kẽm có màu trắng xanh, óng ánh và nghịch từ,mặc dù hầu hết kẽm phẩm cấp thương mại có màu xám xỉn.Nó hơi nhẹ hơn sắt và có cấu trúc tinh thể sáu phươngMột số mác hợp kim kẽm thông dụng3. Hợp kim của kẽmƯu điểm của hợp kim kẽm: tính công nghệ tốt (dễ đúc chính xác) được dùng để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường khí quyển như các chi tiết máy ảnh, máy chữ, đồng hồ, trong động cơ nổ (bộ chế hòa khí, bơm xăng, đồ gia dụng khác).II. Cơ chế và động lực của quá trình ăn mòn kẽm trong khí quyển1. Giới thiệu chungKẽm và hợp kim kẽm bền ăn mòn trong môi trường khí quyển thông thường. Kẽm và hợp kim kẽm có thế điện cực nhỏ là anot so với nhiều kim loại khácĐiện thế điện cực tiêu chuẩn của kẽm là - 0,76V. Trong NaCl 3% thì điện thế ăn mòn là - 0,83V cho nên Zn có thể bị ăn mòn với phản ứng catot là khử oxy hay H+.2. Cơ chế ăn mòn kẽm trong khí quyển+) Ăn mòn hóa họcMôi trường ẩm: Zn + H2O  ZnO+H2 Môi trường oxy O2: 2Zn+ O2  2ZnOMôi trường có khí SO2 thì sản phẩm là ZnSO4 +) Ăn mòn điện hóaỞ Anot sẽ là sự oxy hóa Zn về Zn2+: Zn – 2e  Zn2+ Ở catot sẽ là quá trình khử oxi O2: H2O + 4e + O2  4OH-+) Trong môi trường axit Zn bị ăn mòn với phản ứng catot là khử ion H+ Ở catot: 2H+ + 2e → H2Ở anot: Zn – 2e → Zn2+ 3. Với hợp kim kẽmTrong môi trường trung tính (khí quyển) hợp kim kẽm rất như Zn-Cu giòn và cứng có khả năng chống ăn mòn rất cao.III. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn kẽm và hợp kim kẽm trong khí quyển1. Ảnh hưởng của nhiễm bẩn khí quyểnĐộ nhạy của các kim loại đối với tạp chất gây ăn mònTừ bảng trên ta có thể thấy Kẽm rất nhạy với môi trườngcó chất gây ăn mòn SO2/SO42-HSO2/SO42-Khí NOx, SOx : Trong thực thế, kẽm khá bền trong môitrường trung tính (pH = 6 ÷ 7,5) nhưng chúng bị ăn mònrất nhanh trong môi trường axit.Khí H2S khô là chất có hoạt tính ăn mòn thấp, nó hầunhư không phản ứng với kẽm nhưng lại có hoạt tính khámạnh đối với đồng thau (hợp kim Cu - Zn)Cu+S2-  CuSNếu trong môi trường có CO2 tuy CO2 không oxy hóatrực tiếp Zn nhưng lại có khả năng tạo thành cacbonatkẽm ZnCO3 và các sản phẩm ăn mòn khác thông qua quátrình hấp thụ H2O, CO2 và SO2Ion Cl- ăn mòn và phá hủy vật liệu trong môi trường khíquyển vùng biển: Zn-2eZn2+ và Cl- +2e Cl21. Ảnh hưởng của nhiễm bẩn khí quyển2. Các Tạp Chất KhácKẽm là nguyên tố có điện thế điện cực thấp. Các tạp chất có điện thế điện cực dương hơn như Pb (Eo = - 0,13V) làm tăng mạnh tốc độ ăn mòn kẽm3. Độ ẨmĐộ ẩm nhỏ hơn hoặc bằng 4 (g/cm3) không khí không gây ăn mòn đối với Zn vì vậy có thể phủ Zn để bảo vệ các chi tiết Pb, Cr, Sn, Cu, Ni< Mg.Tổng hợp tốc độ ăn mòn trung bình của kim loại và hợp kim màu sau 2 năm thử nghiệm tại các vùngScience & Technology Development, Vol 10, No.10 – 2007, trang 30 VI. Phương pháp bảo vệ ăn mòn kẽm trong khí quyển1. Cromat, photphat hóa kẽmCromat hóa kẽmNếu muốn bảo vệ tốt hơn người ta thụ động lớp kẽm bằng dung dich cromat 5 ÷ 7% (nhiệt độ từ 55 ÷ 65oC) để tạo lớp cromat hóa rồi sơn phủ lên.Photphat hóa kẽm2. Sơn phủ+) Ứng dụng rộng rãi nhất của kẽm là làm lớp mạ bảo vệ anot cho các vật liệu sắt thép, trong đó tôn mạ kẽm được sử dụng.+) Vì lớp kẽm là lớp anot hy sinh, do đó biện pháp phổ biến nhất là dùng lớp sơn phủ bên ngoài lớp mạ kẽm để cách ly kẽm kim loại với môi trường bên ngoài.Cấu tạo các lớp một loại tôn (Fe) mạ kẽm+) Bảo vệ lớp mạ kẽm trên tôn bằng sơn phủ3. Sử dụng hợp kim bền ăn mònHợp kim của kẽm được sử dụng rộng rãi nhất là đồng thau, bao gồm đồng và khoảng từ 3% đến 45% kẽm tùy theo loại đồng thau. Đồng thau nhìn chung giòn và cứng hơn đồng và có khả năng chống ăn mòn rất cao.Kẽm cũng được sử dụng trong các bộ phận đường ống hiện đại như là một sản phẩm thay thế các đường ống trước đây sử dụng hợp kim chì/thiếc4. Các biện pháp khácBiện pháp chung để bảo vệ các kim loại khỏi bị ăn mòn là loại trừ các cấu tử gây ăn mòn: giảm độ ẩm nếu có thể, vệ sinh bề mặt kim loại thường xuyên tránh bảm bụi bẩn. Dùng các chất ức chế ăn mòn, bôi dầu mỡ ngăn cách kim loại với không khí ẩm.