Kêt quả và biện luận về ăn mòn thép carbon trong khí quyển

Kêt quả và biện luận về ăn mòn thép carbon trong khí quyển

Luan van cao hoc

PHAN 3: KET QUA VA BIEN LUAN

3.1 PHAN TICH HINH DANG BE MAT MAU

3.1.1 Quét trén may Scanner

Bề mặt mẫu thép phơi ăn mòn ở thành phố Hồ Chí Minh, Mỹ Tho,

Vũng Tàu, Biên Hòa được theo dõi qua từng chu kì phơi mẫu Các hình 7,

§, 9, và 1O trình bày ảnh bể mặt mẫu thép phơi tại các trạm Mỹ Tho, Vũng

Tàu, Tp Hồ Chí Minh và Biên Hòa chụp quét trên máy Scanjet 5470C

Luan van cao hoc

Ở khu vực nông thôn Mỹ Tho và vùng khí hậu biển Vũng Tàu lớp gỉ có

màu nâu đỏ hơi vàng được quan sát thấy ở chu kì phơi mẫu 3 tháng mùa mưa (từ tháng 8 đến tháng 11) Khi khí hậu chuyển sang mùa nắng (từ tháng 12 đến tháng 4) màu nâu đỏ của bể mặt thép nhạt dẫn rổi chuyển

sang màu nâu đen

3 thing 8801-29001 3 thing 29941-29121 3 tháng 22/12/1 -1⁄44)2

Hình 8: Mat dưới mẫu ăn mòn thép chu kỳ 3 tháng trạm Vũng Tàu

Lớp sản phẩm ăn mòn vào mùa khô ở hai khu vực Mỹ Tho và Vũng

Tàu phát triển dày đặc che phủ toàn bộ bê mặt thép, trong khi đó vào mùa mưa lớp gỉ bể mặt trên và dưới của mẫu vẫn còn mỏng cho thấy quá trình

ăn mòn thép vào mùa nắng xảy ra mạnh hơn mùa mưa

Đối với khu vực đô thị Thành phố Hồ Chí Minh và khu công nghiệp

Biên Hòa, lớp gỉ trên bể mặt mẫu thép có màu đỏ nâu vào mùa mưa và

chuyển sang màu nâu đen vào mùa khô (Hình 9 và 10) Lớp sản phẩm ăn mòn thép hình thành dày đặc trong cả hai mùa mưa và nắng cho thấy quá trình ăn mòn diễn ra mạnh mẽ ở hai khu vực này (Phụ lục 2)

Trang 25

sun Van CaO NEC

3.1.2 Ảnh chụp bằng kính hiển vi kim tương

Để quan sát chỉ tiết hơn cấu trúc hạt của lớp gỉ thép, đã tiến hành

chụp ảnh bằng kính hiển vi kim tương Olympus BX200 với độ phóng đại

vật kính lên 25 lần Hình 11 và 12 trình bày ảnh bể mặt mẫu sau các chu

kỳ 3, 6 và12 tháng phơi mẫu

b) Mặt trên Hình 11: Bê mợt thép sau 3 tháng phơi mẫu (6/8/01-29/10/01) chụp bằng

kính hiển vì kim tương, a mặt dưới, b mặt trên

Hình dạng lớp gỉ hình thành trên bề mặt mẫu không đồng nhất Các

hạt gỉ ở mặt trên mẫu (Hình 11.b) có kích thước nhỏ hơn các hạt ở mặt

Trang 27

Lugn van cao NOC

dưới (Hình 11.a) Nguyên nhân dẫn đến lớp gỉ không đồng nhất giữa các

mặt của cùng một mẫu là do tác động khác nhau của môi trường lên các bề mặt mẫu Những tinh thể nằm ở mặt trên của mẫu thường xuyên bị chiếu nắng hoặc bị rửa trôi khi có mưa, do đó kích thước hạt sẽ nhỏ hơn so với

tỉnh thể ở bể mặt dưới của mẫu luôn được che chắn khói tác động trực tiếp

của mưa và ánh sáng mặt trời Khi thời gian phơi mẫu kéo dài sự khác biệt

này thể hiện rõ rệt hơn do thành phần lớp gỉ phức tạp hơn (Hình 12)

b) Mẫu 6 Tháng mặt dưới d) Mẫu 12 Tháng mặt dưới

Hình 12: Bề mặt mẫu sau khi phơi 6 tháng (a, b) và 12 tháng (c, đ),

tại trạm TP.HCM chụp bằng kính hiển vì kim tương

Trang 28

Luận van cao hoc

31.3 Ảnh chụp bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Cấu trúc tinh thể của lớp gỉ bề mặt mẫu thép được phân tích trên

kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại 500 lần Trên các Hình

13 -16 trình bày cấu trúc tinh thể của sản phẩm ăn mòn trên mẫu thép phơi tại các trạm Thành phố Hồ Chí Minh, Mỹ Tho, Vũng Tàu và Biên Hòa

b) Mẫu 3 tháng (29/12/01-1/4/02)

c) Mẫu 6 tháng (6/8/01 -29/1/02) d) Mẫu 8 tháng (6/8/01-1/4/02)

Hình 13: Ảnh bê mặt dưới của mẫu thép chụp bằng phương pháp SEM

phơi tại trạm Biên Hòa

Xem xét hình dang tinh thể của sản phẩm ăn mòn ở các chu kì phơi

mẫu nhau khác tại khu công nghiệp Biên Hòa nhận thấy sản phẩm ăn mòn thép hình thành vào mùa mưa (Hình 13 a) có kích thước tinh thể lớn hơn

Luận văn cao học

so với kích thước hạt của sản phẩm ăn mòn vào mùa khô (Hình13.b) Sản

phẩm ăn mòn vào mùa mưa chủ yếu là các dạng oxít sắt ngậm nước, vì thế

tinh thể được phát triển nên có kích thước lớn Trong khi đó vào mùa khô

lớp sản phẩm ăn mòn gồm các oxít sắt ít được ngậm nước, tinh thể của

chúng chủ yếu là dạng vô định hình, kích thước hạt nhỏ Đặc diểm này

cũng được tìm thấy ở tất cả các mẫu tại tất cả các trạm trong cùng thời

gian phơi mẫu (Ảnh a và b trên các Hình 14 -16) Tuy nhiên kích cỡ hạt gỉ

trên mẫu phơi tại trạm Biên Hòa là lớn nhất; ở trạm Mỹ Tho và Vũng Tàu

tinh thể có kích thước nhỏ hơn

c) Mẫu 6 tháng (6/8/01-29/1/02) d) Mau 8 thang (6/8/01-1/4/02)

Hình 14: Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt mẫu thép phơi tại trạm Mỹ Tho

Luận văn cao học

Khi thời gian phơi mẫu kéo đài 6 đến § tháng, lớp gỉ ngậm nước biến đổi dần sang trạng thái vô định hình Đặc điểm này được nhận thấy rõ

ràng nhất ở trạm Mỹ Tho (Hình 14, c và đ) và Vũng Tàu (Hình 15, c va d)

Đối với mẫu phơi tại trạm Biên Hòa (Hình 13, c va d) va Thanh phố Hồ

Chí Minh (Hình 16) dạng tinh thể vô định hình cũng được tìm thấy nhưng

với kích thước hạt lớn hơn Điều này cho thấy có sự chuyển hóa các sản

phẩm ăn mòn từ dạng hydroxít hoặc oxít ngậm nước sang dạng oxít sắt khi

thời gian phơi mẫu kéo dài

Luận văn cao học

a) Mẫu 6 tháng (6/8/01-29/1/02) b) Mẫu 12 tháng (6/8/01-1/4/02)

Hình 16: Ảnh hiển vi điện tử quét bê mặt mẫu thép phơi tại trạm Tp HCM

3.2 PHAN TÍCH SẢN PHẨM ĂN MÒN

3.2.1 Kết quả phân tích sản phẩm ăn mòn bằng phổ hồng ngoại

Sản phẩm ăn mòn thép carbon được phân tích bằng phương pháp

phổ hồng ngoại biến đổi Fourrier (FTIR) để nhận biết thành phần các chất

hiện diện trong lớp gỉ thép Các dải hấp thu chính trong phổ đồ IR của sản

phẩm ăn mòn thép được liệt kê trong Bảng 4 [8-10] Trên cơ sở phân tích

các mũi hấp thu trong phổ đổ IR của sản phẩm ăn mòn, so sánh với các dao động nối chính trong Bảng 4 cho phép ta nhận danh được một số chất

có trong lớp gỉ thép

Phổ đồ IR của sản phẩm ăn mòn thép ở 4 trạm Vũng Tàu, Thành

phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa và Mỹ Tho sau 12 tháng phơi mẫu được trình bày trong Hình 17

LUT Van C40 HOC

Bang 4: Cac dai hdp thu IR chinh cia sdn phdm ăn mòn thép [8-10]

630 Đao động nối OH cia goetit (a)

690 Đao động nối hóa OH của magnetit

730-740 | Dao động nối QH của lepidocroxit

800,900 | Dao động biến dạng Fe-OH của goetit

1020 Đao động biến dang Fe-OH ctia lepidocroxit

1110 Dao động biến dạng Fe-OH cúa feroxyhyt (8)

1150 Dao động biến dạng của hydroxit và sulfat hap thu

5630 Dao động biến dạng của nhóm OH; trong các

Kết quả phân tích phổ đô của tất cả các mẫu phơi ở 4 trạm Thành

phố Hồ Chí Minh, Mỹ Tho, Vũng Tàu và Biên Hòa đều thấy xuất hiện các

mũi hấp thu ở vị trí 1020 cm và 745 cm đặc trưng của lepidocroxi, ở vị

trí 887 cm! và 793 cm! đặc trưng của goetit [8] Ngoài ra trong vùng hấp

thu từ 370 cm! đến 500 cm" xuất hiện hai mili rộng ở khoảng 400 cm ` và

467 cmÌ của magnetit [9] Tuy nhiên 2 mũi này không đặc trưng do bị

chông chập với các dao động nối Fe-O khác

Để kháo sát sự biến đổi của lớp gi thép theo thời gian phơi mẫu đã

tiến hành đo phổ IR của sản phẩm ăn mòn theo từng chu kì phơi mẫu Trên

Luun van Cao hoc

Hình 18 trình bày phổ đổ IR của sản phẩm ăn mòn thép sau 3, 6, 8 val2 tháng phơi mẫu ở trạm thành phố Hô Chí Minh

est VTE CUO FOC

Từ Hình 18 nhận thấy ở tất cả các chu kì phơi mẫu từ 3 tháng đến 12

tháng đều xuất hiện các mũi hấp thu 1150 cm, 1020 cm', 745 cm’! va 468

cm ` đặc trưng của lepidocroxit và mũi 885 cm! 793 cm! đặc trưng của

goetit [8-10] Tuy nhiên ở chu kì phơi mẫu 3 tháng các mỗi hấp thu yếu và

rộng Khi thời gian phơi mẫu kéo đài § tháng đến 12 tháng bắt đầu xuất

hién magnetit tương ứng với mỗi hấp thu 400 cmÌ, Kết quả phân tích trên

cũng được tìm thấy ở sản phẩm ăn mon thép tai cdc trạm Mỹ Tho, Vũng

Tàu và Biên Hòa (Phụ lạc 3)

Ngoài những mỗi hấp thu chính được phân tích ở trên, phổ IR của

sản phẩm ăn mòn phơi ở trạm Biên Hòa, Thành phố Hồ Chí Minh và Mỹ Tho còn cho thấy có mỗi rộng, rõ nét ở vị trí khoảng 1120 em Ì—~1150 cm `

đặc trưng của feroxyhyt bị chồng chập với các gốc sulfat [8-9] Đối với trạm phơi mẫu Vũng Tàu mũi 1120 cm' xuất hiện không rõ rệt, chí tim

Hình 19: Phổ 1R của sẵn phẩm Gn mòn thép trạm Vũng Tàu

sau 3, 6, 8,12 tháng phơi mẫu

Teand 24

ware VUE LUU NOC

3.2.2 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X

Mẫu thép sau khi phơi ăn mòn tại 4 trạm phơi mẫu thành phố Hô Chí Minh, Mỹ Tho, Vũng Tàu, Biên Hòa được phân tích trực tiếp bằng nhiễu

xạ tia X để nhận danh cấu trúc tỉnh thể của các oxýt sắt có trong sản phẩm

ăn mòn Phổ nhiễu xạ được ghi theo góc 2 theta từ 10° đến 65° Hình 20 a,

b trình bày phổ nhiễu xạ tia X của mặt trên mẫu sau 3 tháng phơi tại thành

phố Hỗ Chí Minh, Mỹ Tho, Vũng Tàu và Biên Hòa

Lunt VI CO HỌC

Hình 20 b: Phổ nhiễu xạ tia X mặt trên mẫu phơi 3 tháng

(6/8/01-29/10/01) tai tram Vũng Tàu, Biên Hòa

Khoảng cách liên mặt d (A°) của các mũi phổ nhiễu xạ chính trong

Hình 20 a, b được thống kê trong Bảng 5 cùng với các mũi phổ chuẩn lấy

ra từ chương trình JCPDS [8, II](Phụ lục 4) Giá trị d của các mũi phổ

chuẩn được liệt kê trong Bảng 5 có độ hấp thu tương đối trên 20%,

Trang 37

satay Vat CUO MOC

Kết quả từ Hình 20 a, b và Bảng 5 cho thấy trong sản phẩm ăn mòn

thép ở tất cả các trạm sau 3 tháng phơi mẫu tổn tại hai cấu trúc pha chính

là lepidocroxit (y-FeOOH) và gocdit (œ- FeOOH) với các mũi đặc trưng

tương ứng là 6.3 A° và 3.3 A° của lepidocroxit và 4.2 A° của goetit [9, 12]

Mũi 3.33 A” còn đặc trưng của cấu trúc akaganeit (8- FeOOH) ở Vũng Tàu Ngoài ra trên phổ đồ của mẫu phơi tại Vũng Tàu còn tìm thấy mũi

2,55 cũng đặc trưng của cấu trúc akaganeit Phổ đỗ của các mẫu phơi tại

hai trạm Mỹ Tho và Vũng Tàu còn cho thấy mũi 2.03 A° của sắt nền

Phương phấp phân tích phổ nhiễu xạ như trên được áp dụng cho tất

cả các mẫu thép Các cấu hình tính thể của sản phẩm ăn mòn nhận danh cho cả hai mặt trên và dưới của mẫu thép được trình bày trong Bảng 6, 7

Bảng 6: Nhận danh sân phẩm ăn mòn thép chu kì phơi mẫu 3 tháng

3iháng la+paowg | BI Trêm LepMascvexi | Goethie

{6/8/01- Ne Duwi Lepiecrexh | Goch

28/10/01) | trợ THỌ | BI Trên 1eplecvoxh

NHI Dưới LepMiecrexH | GoetH

VONG Mai Tréu Lepkiqcvoxid | Goeth

TAU Mai Dui LepRilervoxi | Goew

BIEN hia Trén Lepiecroxit | Goeth

HOA Wig Dưới | Lepilacroxit | Goethite

3 tha ng Tp.HCM Mai Trén LepMloecvrexi | Goetifi

(/9/at- Mai Dui tLepEiacvaxi | Geert

29/12/01) | wy pH [Mai Tréu Lepitecroxit

Magi Dưới EepBlacvoxiil | Œœeetñ

VUNG igi Tréa Lepilecrexh | Geet

TAU BER Dui Lepimocrexit | Goeit

BIEN hon Trés Lepitacroxit | Goelll

HÒA Mãi Dưới |LepMocroxn | Goerw

3 tha ag Tp.HCM ili Trểu tLepkiocruxH | Geet

(29/12/01 Mặt Dưới YepliacvoxH | Goel

~Ä/4/02) MỸ THO Nụ: Trều Lephlecroxh | Goeltil Hemaih 6,93

Mai Dudi Lepitocroxtt | Goeth 0,71

VUNG Mgt Tréu ELepMlecvoxH | Goctit Ankaganeit 8,8

TAU VE Dewi Lepkiocrax tt Ankagancit 6,74 BIẾN NHặi Tréu tLepidocvoxH | GeetHi Aukaganeit 4,18

HOA Niặt Dưới Lepllacroxll | Goerlt Hernati 8,79

Trang 39

—ze+®>ttk VEEL LU FLUC

Trong Bang 6 va 7 tỉ lệ Gua„/Lu„„„ là tÍ số giữa cường độ mỗi hấp thu

cực đại 4.18 A” của goetit và 6.24 A° của lepidocroxit Kết quả này được

dùng để nhận biết sự chuyển pha giữa hai đạng cấu trúc pha (y-FeOOH) và

(a- FeOOH) [8, 12]

Bang 7: Nhdn danh sẵn phẩm dn mon thép chu ki 6, 8, 12 thing phoi mau

Chu kì Vị trí Nhá ä danh sẩn phẩm š n mô a thép Game |

6tháng | Tp.HCM Mi Trên | L€pM@rTGXH | Geeth LAI 7

{8801- Mãi Dưới | LepMerrexHl Goeth | Magnet 436 2102) | MY THO Mii Tréu | Lepilecrest | Goeth | Magnet £92

Mi Dưa: LepãlacYoxi Goeth AMkapaweil 1,72

VUNG TAU Mai Tréa | Lepidocroxit Guetit Maguelit | Aukagauei 1,2š

Mi Dưới LepldattaxiỞ Guett Awkagaueh i,38

grin HOA | MaiTyén | Lepiducrexa | Gueth %

Mỹi Đưới Lepiffecraxii Goetiie Hemaii 83

§ tháng Tp.HCM Mi Trên | Lepiiecreoxi Goeiii Maguetit | Hematit 1,06 {6/01 Mại Dưới | Lepiiacroai Gueilt Mlagnetit 8

1/402) MY THO Mãi Trên | Lepitecroxit Geek | Maguetit| Hematit 4,43

Mãi Dưới Lepidecraxit Goeli Hematit 8,53

VONG TAU | MHirTyển | Lepidecvoxit Guath Maguetii | Awlaganel 4,50

Yah Dưới Lepidocrexit Goeit Maguetit 139

BIỂN HÒA MặiTyêu | Lepidocroxit GuøIH | Magnet! anbkagauelt 3,06

Mii Dưới Lepalocroxit Goeth Maguetit £85

12tháng | Tp.HCM Mới Trêu | Lepdecrexi Gaeiii Wiagnetii 035

1/4/02) MỸ THO Mi Trên | LepHôcraxi Geet Maguetit| ankaganel 0,77

Mặt Dưới LepMecraxii Guetii Magueiit 9,

VONG TAU | MBiTrêu | LepHMerroxk | Gaeil | Maguetit | Aukaganeit 1,09

Mũi Dưới Lepitocrexii Goeffi Ankaganeii 1,20

BIEN HOA MgiTrén | Lepidocroxt | Geeil | Maguetit 4,68

Kết quá nhận danh trong Bang 6 va 7 cho thay lepidocroxit va goetit

là hai dạng cấu trúc pha chính có trong sản phẩm ăn mòn thép carbon Ti

lê G„ Vua, vào mùa nẵng (ty thang | đến tháng 4 ) cao hơn mùa mưa

(tháng 8 đến tháng 11) và tỉ lệ này tăng theo thời gian phơi mẫu Điều nầy

Trang 48

ashi VELL CAO HỌC

cho phép giả thiết rằng sự hình thành cấu trúc pha goeltit Ở mùa nắng cao

hơn ở mùa mưa Nói một cách khác, theo thời gian phơi mẫu đạng

lepidocroxit chuyển dẫn sang đạng goetiL Giả thiết này phù hợp với giản

đồ pha do Misawa và đẳng sự đưa ra [1-2]

Khi thời gian phơi mẫu kéo đài đến 6 tháng bất đầu có sự hình thành magnetit nhưng chưa nhiều, chỉ phát hiện thấy ở một vài mẫu thuộc khu

vực Mỹ Tho và Vũng Tàu Khi thời gian phơi mẫu kéo dài đến 12 tháng thì

đạng cấu trúc này xuất hiện ở tất cả các khu vực phơi mẫu Kết quả này đã được nhận thấy qua phân tích hỗng ngoại được trình bày ở phần 3.2 (trang

32) Tình thể magnetit có mầu nâu đen sậm có thể quan sát thấy trên bể

mặt mẫu sau § đến 12 tháng phơi mẫu (Hình 7 và Hình 10, trang 22 - 24)

Kết quả nhận danh bằng phổ nhiễu xạ tia X còn cho thấy có sự hiện

diện của akaganeit trong sản phẩm ăn mòn thép ở vùng biển Vũng Tàu với

mũi đặc trưng là 3.33 A” và 2.55 A” [11] Đặc biệt đối với chu kì 12 tháng

phơi mẫu mũi nhiễu xạ ở 2.55 A” có độ hấp thu rất lớn (Phụ lục 4) Ngoài

ra, một số hợp chất khác như hematit (2.7 A”) và maghemit (2,51A”) thính

thoảng xuất biện trong sản phẩm ăn mòn thép tại khu vực Mỹ Tho (Phụ

lục 4)

3.2.3 Kết quá phân tích nguyên tố bằng phổ huỳnh quang tia X (XRF)

Mẫu thép trước khi phơi và sau 6 tháng phơi ăn mòn tại các trạm Tp

Hệ Chí Minh, Mỹ Tho, Vũng Tầu và Biên Hòa được phân tích nguyên tố

trên máy huỳnh quang ta à Spectro XEPOS Kết quả phân tích được trình

bay trong Bang 8

Trang 41