BÀI GIẢNG hóa TRONG ĐÓNG tàu

Kỹ thuật xử lý bề mặt trước khi sơn là bộphận quan trọng của kỹ thuật sơn, trong quá trình công nghệ, cần phải chọn chất tẩyrửa, chất điều chỉnh, chất phốtphát hóa, chất thụ động, chất o

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ SƠN

1 Công dụng của sơn

Sơn là hợp chất hóa học bao gồm: nhựa hoặc dầu chưng luyện, có chấtmàu hoặc không có chất màu Khi sơn lên bề mặt sản phẩm ta được lớp màng mỏngbám trên bề mặt có tác dụng cách ly với môi trường khí quyển, bảo vệ và làm đẹp sảnphẩm

Sơn có nhiều loại và có những tác dụng khác nhau, trong đó chủ yếu là:

1.1 Tác dụng bảo vệ

Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường sử dụng các loại dụng cụ,thiết bị được làm bằng kim loại, gỗ và chất dẻo Vật liệu kim loại khi tiếp xúc với môitrường ăn mòn, nước và không khí sẽ bị ôxi hóa và ăn mòn, đặc biệt trong môi trườngvùng biển kim loại bị ăn mòn rất nghiêm trọng Theo con số thống kê của một sốnước, sự ăn mòn hằng năm làm tổn hại từ 2 đến 4 % tổng sản lượng kinh tế quốc dân(GDP) Kết quả là tạo nên sự lãng phí rất lớn đến tài nguyên của quốc gia và làm chomôi trường tự nhiên bị ô nhiễm nghiêm trọng

Để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn thường dùng phương pháp sơn, lớp sơn

là lớp bảo vệ có hiệu quả nhất trong nhiều lĩnh vực và đặc biệt trong công trình kiếntrúc lớn Ví dụ, thiết bị trong môi trường vùng biển, nếu không có lớp sơn, tuổi thọ chỉđược vài năm, khi được bảo vệ bằng lớp sơn chống ăn mòn lâu dài và định kỳ sơn, tuổithọ sử dụng có thể kéo dài 30 đến 50 năm, thậm chí đến 100 năm

Gỗ và chất dẻo là hai loại nguyên liệu được sử dụng rộng rãi, gỗ thường

bị mục nát trong môi trường khí ẩm và vi sinh vật, chất dẻo thường bị lão hóa do nhiệt

và ánh sáng, vì vậy gỗ và chất dẻo cũng được bảo vệ bằng lớp sơn

1.2 Tác dụng trang trí

Lớp sơn có thể tạo nên nhiều màu sắc khác nhau, đồng thời còn tạo ra bềmặt bóng, bằng phẳng, lớp sơn mỹ thuật có dạng vân búa, nhăn, rạn, có tác dụngtrang trí đẹp làm thay đổi cảnh quan, được mọi người ưa thích

1.3 Tác dụng chỉ dẫn

Sơn có rất nhiều loại màu như xanh, đỏ, tím, vàng được dùng trongquản lý giao thông, các đường ống của thiết bị hóa chất, những thiết bị cơ khí đặcbiệt có tác dụng chỉ dẫn đề phòng nguy hiểm, tai nạn

1.4 Tác dụng đặc biệt

Ngoài tác dụng trên, sơn còn nhiều các công năng đặc biệt:

a) Công năng lực: sơn chịu mài mòn, sơn trơn, giảm ma sát

b) Công năng nhiệt: sơn chỉ thị nhiệt, sơn chịu nhiệt độ, sơn chống lửa

c) Công năng từ: sơn dẫn điện, sơn tĩnh điện dẫn điện, sơn hấp thụ từ

d) Công năng quang: sơn phát sáng, sơn phản quang

e) Công năng sinh vật: sơn chống hà, sơn chống mốc

i) Công năng hóa học: sơn chịu axit, chịu kiềm, và các hóa chất khá

Những công năng đặc biệt của sơn làm tăng cường tính năng và mở rộngphạm vi sử dụng, do vậy yêu cầu về sơn và kỹ thuật sơn ngày càng cao

2 Quá trình phát triển của sơn và kỹ thuật sơn

Sơn đã có từ hàng nghìn năm về trước, từ thuở ban đầu, sơn được làm từdầu thực vật, sơn ta, cánh kiến hoặc pha chế sơn các màu từ nhựa thiên nhiên với bộtmàu thiên nhiên Do vậy nên tính năng, phạm vi sử dụng và phương pháp gia công đều

bị hạn chế Sự phát triển rất mạnh của công nghiệp dầu mỏ thể kỷ XX đã tạo nên rấtnhiều loại nhựa tổng hợp có tính năng ưu việt, sản xuất ra các sơn mới như: sơn phenolformandehit; sơn nitroxenlulo; sơn ankyd Trong 60 năm trở lại đây, những loại sơncao cấp trong công nghiệp đều dùng sơn từ nhựa tổng hợp như: nhựa gốc amin, nhựaacrylat, nhựa poliurethan, nhựa epoxi

Sơn là sản phẩm quan trọng của hóa học, có giá trị cao, lợi nhuận cao,đầu tư ít, có rất nhiều tính năng, phạm vi sử dụng rộng, vì vậy công nghiệp sơn pháttriển rất nhanh, nhưng tính cạnh tranh rất khốc liệt

Hiện nay, sơn hiện đại có độ phức tạp và tính cạnh tranh cao, đặc biệt nócòn có nhiều công năng đòi hỏi phải có đội ngũ khoa học kỹ thuật giỏi, tầm hiểu biếtrộng, tập trung nghiên cứu những sản phẩm có kỹ thuật, chất lượng cao, phục vụ chonền kinh tế quốc dân

Gia công sơn từ phương pháp thủ công như phun, nhúng, sơn dội, sơntrục lăn đã bước sang phương pháp sản xuất công nghiệp có hiệu quả cao, với kỹ thuậtgia công mới, hiện đại như: sơn tĩnh điện, sơn cao áp không có không khí, sơn bột, sơnđiện di, sơn tự di chuyển Gia công những loại sơn có hàm lượng chất rắn thấp dùngnhiều dung môi, độ bay hơi cao làm ô nhiễm môi trường

Vì vậy, hiện nay yêu cầu phải dùng sơn có hàm lượng chất rắn cao hơn 60% đểgia công Các loại sơn hiện đại, cần có kỹ thuật gia công hiện đại, tức phải có một lớpsơn tối ưu việt và thân thiện với môi trường Quá trình phát triển các loại sơn và giacông xem bảng 1.1

Bảng 1.1 Quá trình phát triển của sơn và kỹ thuật gia công thế kỷ XX

Niên đại Các loại sơn chủ yếu Phương pháp gia công Đặc điểm

Niên đại 50

thế kỷ XX Sơn nitro xenlulo, sơn ankyd, sơn bitum Phun sơn thủ công, nhúng

Hiệu suất thấp, nguy hiểm, môi trường ô nhiễm.Niên đại

60-70 thế

kỷ XX

Sơn gốc anin, sơn acrylat, sơn sấy epoxi, sơn điện di anốt, sơn bột

Sơn tĩnh điện, sơn điện

di anốt, gia công sơn bột

An toàn, hiệu suất cao, ô nhiễm thấp

Niên đại 80

thế kỷ XX

Sơn không có dung môi, sơn bề mặt chất rắn cao, sơn điện di catốt, sơn nhúng nước

Sơn điện di catốt, sơn tự động, sơn sấy quang, sơncuộn

Tốt, hiệu suất cao, an toàn, ô nhiễm thấp

Niên đại 90

thế kỷ XX

Sơn lớp trung gian, sơn lót tính nước và sơn quang tính nước, sơn bóng chất rắn cao

Sơn tĩnh điện, tĩnh nước, sơn điện di catốt dày

Chất thải ra phù hợp với tiêu chuẩn.Thí nghiệm Sơn bề mặt tính nước, sơn bóng bột. Sơn tĩnh điện màng mỏng.

Chất thải ra phù hợp với tiêu chuẩn

- Nhựa Flo – carbon là loại nhựa sơn mới dùng để pha sơn bền lâu dài.

3.2 Chất tạo màng thứ yếu

Chất tạo màng thứ yếu bao gồm: bột màu, chất phụ gia công năng Bảnthân chúng không thể hình thành màng sơn nhưng chúng tham gia với chất tạo màngchủ yếu làm cho màng sơn có màu sắc hoặc có công năng nào đó, có thể làm thay đổitính chất vật lý màng sơn

* Bột màu bao gồm: bột: màu chống gỉ, bột độn và chất nhuộm màu.

- Bột màu chống gỉ gồm:

a1: Bột màu chống gỉ hệ chì, ví dụ: Pb3O4, PbSO4

a2: Bột màu chống gỉ hệ crôm, ví dụ: ZnCrO4, SrCrO4

a3: Bột màu chống gỉ hệ muối phốt phát, ví dụ: Zn3(PO4)2, Zn3(PO3)2, Ca3(PO3)2,

Zn2Ca(PO3)2

a4: Bột màu chống gỉ hệ canxi silic

a5: Bột màu chống gỉ hệ muối molipđen

- Bột độn là chất dạng bột không màu, không có tác dụng che phủ vànhuộm màu, được dùng để giảm giá thành sơn, ví dụ BaSO4, bột tan, CaCO3… chúnggiống như bột màu chống gỉ, đều là chất vô cơ, nâng cao tính năng cơ khí, vật lý màngsơn, cải thiện tính lưu động, làm bằng phẳng, làm tăng tính thẩm thấu và độ bóngmàng sơn Tác dụng của chúng tùy theo từng loại chất, trong đó SiO2, Al2O3… dùngcho sơn chịu mài mòn, bột độn nanô có thể nâng cao tính năng cơ khí màng sơn

- Chất nhuộm màu là những chất có độ che phủ tốt, chịu ánh sáng, chịunhiệt độ, chịu dung môi, chất nhuộm màu hữu cơ có rất nhiều ưu điểm như: Màu đẹp,bóng, tính ổn định hóa học cao vì vậy chất nhuộm màu hữu cơ chiếm địa vị quan

thành thấp, độ che phủ cao, tính năng cơ khí tốt, chịu ánh sáng, chịu nhiệt tốt, tính ổnđịnh cao nên vẫn được dùng trong sơn màu; Nếu sử dụng với chất nhuộm màu hữu cơthì tính năng cũng tốt hơn Trong sơn màu trắng hoặc màu đen, chất nhuộm màu vô cơchiếm địa vị độc tôn – không có chất nhuộm màu hữu cơ nào có thể thay thế hai loạichất vô cơ bột cacbon hoặc bột TiO2 màu trắng.

3.3 Chất tạo màng phụ trợ

Chất tạo màng phụ trợ bao gồm: chất làm loãng và chất phụ trợ

* Chất làm loãng bao gồm: dung môi, phi dung môi và trợ dung môi.

Dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định, phương pháp gia công và chấtlượng màng sơn Chọn dung môi để điều chỉnh độ nhớt sơn thích hợp phải tương ứngvới phương pháp gia công, có tốc độ bay hơi nhất định, độ làm khô màng sơn thíchhợp, hình thành màng sơn lý tưởng, nâng cao tính thấm ướt của màng sơn với bề mặtsản phẩm, tăng độ bám chắc màng sơn, tránh vết nhăn, châm kim biến trắng, mấtbóng Dung môi trong sơn cần phải an toàn, không độc và kinh tế Dung môi thườngdùng như xilen butyl axetat, butylic, (CH3)2CHCH2COCH3, C4H9OCH2CH2OH chúngđều có độ hòa tan và độ bay hơi thích hợp Dung môi có điểm sôi cao như:cyclohexanome, C4H9OCH2CH2OH, C2H5OCH2CH2OH, C2H5OCH2CHOHCH3 dùng

để cải thiện tính bằng phẳng màng sơn, có loại dùng đê tránh bọt khí sinh ra khi sấytrên 2000C

Dung môi C2H5OCH2CH2OH, C4H9OCH2CH2OH… là những chất chống biếntrắng trong sơn khô nhanh

Chất trợ dung gồm có: chất xúc tác, chất ổn định, chất làm dẻo, chất làm trắng,chất chống đóng cục, chất tiêu bọt, chất nhũ hoa… Chúng được dùng chủ yếu để cảithiện tính năng nào đó trong quá trình gia công, bảo quản hoặc quá trình tạo màng.Chúng có thể là chất vô cơ hoặc chất hữu cơ Chúng đều có đặc điểm chung là lượng

sử dụng ít, tác dụng rõ rệt, nâng cao chất lượng màng sơn

4 Các loại sơn

Sơn có rất nhiều loại, mỗi loại có tính chất khác nhau, vì thế chế tạo sơn cầncăn cứ vào yêu cầu sử dụng và điều kiện kinh tế để chọn nguyên vật liệu, pha chế hợplý

Căn cứ vào yêu cầu sử dụng mà chọn loại sơn thích hợp Ví dụ, khi sơn ởngoài trời nên chọn loại sơn chịu khí hậu khắc nghiệt như sơn ôtô; khi sơn ở trong nhàchọn loại sơn rẻ và đẹp như sơn công nghiệp; khi cần trang trí đẹp dùng sơn mỹ thuậtnhư sơn nhát búa, sơn chun, sơn rạn khi thể hiện vân hoa thì dùng sơn đồ gỗ Vìvậy, căn cứ vào yêu cầu sử dụng, rồi đối chiếu với công dụng, tính chất quy cách củatừng loại mà chọn loại sơn thích hợp Phân loại các loại sơn nên lấy chất tạo màng làm

cơ sở Nếu như chất tạo màng là hỗn hợp nhựa, lấy một loại nhựa quyết định tạo thànhmàng làm cơ sở Có thể phân ra 16 loại sơn; nhược điểm của từng loại xem bảng 1.2

Bảng 1.2 Phân loại và ưu, nhược điểm của các loại sơn

ST

1 Sơn dầu Chịu khí hậu tốt, dùng trongnhà, ngoài trời Khô chậm, tính năng cơ khíthấp, không thể mài, đánh

3 formaldehitSơn phenol Màng cứng, chịu nước, chịu ănmòn hóa học và cách điện. Dễ biến màu, màng sơn giòn.

4 Sơn bitum Chịu nước, chịu axit, cách điện Màu đen, không thể chế tạocác loại sơn màu, chịu ánh

sáng yếu

5 Sơn ankyd Chịu khí hậu tốt, bóng, bền Màng sơn mềm, chịu kiềmyếu.

6 Sơn gốcamin Độ cứng cao, bóng, chịu nhiệt,chịu kiềm, bám chắc tốt. Ở nhiệt độ cao đóng rắn,màng sơn sấy giòn.

7 Sơn gốcnitro Khô nhanh, chịu dầu, chịu màimòn, chịu khí hậu tốt Dễ cháy, không chịu ánhsáng, tia tử ngoại, không chịu

nhiệt độ trên 600C

8 Sơn nitroxenlulo Chịu khí hậu tốt, chịu ánh sáng,tia tử ngoại, có loại chịu kiềm Bám chắc yếu, không thểđánh bóng, mài, không chịu

nhiệt độ trên 800C

9 clovinylSơn Chịu khí hậu tốt, chịu ăn mònhóa học, nước và chịu dầu. Chịu dung môi, chịu nhiệtkém, không chịu ánh sáng.

10 Sơn vinyl Đàn hồi tốt, màu trắng, chịumài mòn và chịu ăn mòn hóa

Bám chắc yếu

12 poliesterSơn Hàm lượng chất rắn cao, chịunhiệt, chịu mài mòn, cách điện. Chịu ánh sáng yếu, để ngoàitrời dễ tạo bột.

13 Sơn epoxi Bám chắc tốt, chịu kiềm, dai,cách điện Khi phun gặp ẩm dễ tạo bọt,màng sơn dễ tạo bột, biến

vàng

14 PoliurethanSơn Chịu mài mòn tốt, chịu nước,chịu ăn mòn hóa học, cách

điện, nhiệt

Chịu xăng kém, có loại giòn

15 Sơn silicon Chịu nhiệt, bền trong khôngkhí, không biến màu, cách

điện, chịu nước, khó lão hóa

Dễ biến màu, không chịu ánhsáng

16 Sơn cao su Chịu axit, kiềm, ăn mòn, nước

và chịu mài mòn.

5 Phân loại sản phẩm sơn công nghiệp

Căn cứ vào hoàn cảnh sử dụng, yêu cầu chất lượng mà phân loại sảnphẩm sơn công nghiệp như sau:

- Sơn phương tiện giao thông vận tải như: xe ôtô, tàu hỏa kỹ thuật sơn đòi hỏicao nhất

- Sơn tàu thuyền, giàn khoan: cần lớp sơn chống gỉ lâu dài

- Sơn máy bay: cần lớp sơn chống gỉ tốt, chịu ánh sáng tia tử ngoại, chịu sựthay đổi nhiệt độ

- Sơn sản phẩm công nghiệp nhẹ bao gồm: các máy dùng trong nhà, yêu cầu có

độ trang trí cao và thích hợp với hoàn cảnh

- Sơn máy tiện: cần lớp sơn bảo vệ trang trí, an toàn khi thao tác, thích hợp vớichi tiết đúc

- Sơn dụng cụ, thiết bị trong nhà: sơn đồ gỗ là đặc trưng

- Sơn cầu: cần lớp sơn bảo vệ chống ăn mòn lâu dài

- Sơn kiến trúc: cần lớp sơn tường nhà ở bên trong, bên ngoài và xi măng

- Sơn tấm cuộn, sơn tấp thép có màu đi theo đường thẳng

Ngoài các loại sơn công nghiệp trên còn có một số nguyên liệu đặc biệtnên cần có công nghệ sơn đặc biệt

Theo tính chất nguyên liệu có thể phân ra một số loại sau đây:

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I

CHƯƠNG II

XỬ LÝ BỀ MẶT TRƯỚC KHI SƠN

1 Xử lí bề mặt trước khi sơn

Các nguyên liệu hoặc sản phẩm trước khi sơn phải tiến hành công việc

để làm bằng phẳng, loại bỏ các loại chất bẩn hoặc phủ lên một lớp màng chuyển hóahóa học gọi là xử lý bề mặt trước khi sơn Kỹ thuật xử lý bề mặt trước khi sơn là bộphận quan trọng của kỹ thuật sơn, trong quá trình công nghệ, cần phải chọn chất tẩyrửa, chất điều chỉnh, chất phốtphát hóa, chất thụ động, chất oxy hóa… Những chất nàythành phần phức tạp, tính năng khác nhau, nếu chọn không đúng hoặc trong quá trình

sử dụng khống chế và quản lý không tốt dung dịch các bể thì sẽ gây ảnh hưởng chấtlượng lớp sơn, không tốt

2 Tác dụng và phương pháp xử lí bề mặt trước khi sơn.

2.1 Tác dụng của xử lý bề mặt trước khi sơn

a) Nâng cao độ bám chắc của lớp sơn với bề mặt của sản phẩm

Trên bề mặt sản phẩm có dầu mỡ, chất bẩn, gỉ, oxy hóa, hoặc màng sơn

cũ, làm cho màng sơn không bám chắc với nguyên liệu nền, gây bong hoặc các sự cốkhác Có khi đã làm sạch gỉ và các chất bẩn, độ bám chắc của lớp sơn cũng không tốt

Để nâng cao độ bám chắc, dùng các phương pháp

- Mài thô;

- Phủ lớp màng hóa học;

- Sơn chống ghỉ đặc biệt (sơn phốtphát hóa, sơn kẽm vàng, sơn tự điện di);

- Tạo một màng mỏng cứng

b) Nâng cao năng lực bảo vệ chống gỉ của kim loại nền

Sau khi sắt thép bị gỉ, gỉ sắt là một hợp chất sắt không ổn định sẽ thâmnhập và khuếch tán vào phía trong, dần dần phá hủy sản phẩm và mất công năng bảo

vệ Tuy vẫn có thể sơn lên trên bề mặt xử lý kém nhưng chất lượng chống gỉ khôngtốt Nếu tiến hành tẩy gỉ, làm sạch gỉ sau đó sơn sẽ nâng cao khả năng chống gỉ

c) Nâng cao độ bằng phẳng bề mặt kim loại nền

Bề mặt vật đúc, mối hàn, gỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến bề ngoài màng sơn,cần phải phun cát, mài để loại bỏ Khi bề mặt thô, lớp sơn trang sức tối, không bóng,nói chung yêu cầu độ bóng bề mặt ở cấp 4 – cấp 6, nhưng lớn hơn ở cấp 6 bề mặt quábóng, độ bám chắc không tốt, cần phải mài, làm thô Bề mặt chất dẻo phải dùng giấyráp mài để nâng cao độ bám chắc, nhưng độ cứng chất dẻo thấp không chịu mài, nếudùng giấy ráp có độ hạt dưới 400# màng sơn có vết mài rất nghiêm trọng

Xe ô tô cần có bề mặt bằng phẳng rất cao vì thế phải có công nghệ gia công vàquản lý tốt, dùng sơn điện đi catôt có độ bằng phẳng cao trên 80%

2.2 Đặc điểm và phương pháp xử lý bề mặt trước khi sơn

Xử lý bề mặt trước khi sơn bao gồm: tẩy dầu, tẩy gỉ, phốtphát hóa, thụ độnghóa… Đối với chất dẻo và phi kim cần có phương pháp xử lý bề mặt đặc biệt

a) Tẩy dầu

- Tẩy dầu bằng dung môi: chủ yếu tẩy dầu bằng hơi tricloetilen Hơi có khí độcnên phải tiến hành trong thiết bị kín, thông thường cần phối hợp với phốtphát Trongquá trình tẩy dầu hình thành màng phốt phát, tính chống gỉ của màng này tốt hơn,ngoài ra không cần rửa, tiết kiệm nước

- Tẩy dầu bằng chất tẩy rửa nước: Tẩy dầu bằng chất tẩy rửa nước giá thànhthấp, năng lực tầy dầu tốt, kinh tế, hiệu quả; ngoài ra còn dùng siêu âm để nâng caohiệu quả tẩy dầu

- Tẩy dầu bằng dung dịch nhũ: Tẩy dầu mạnh, thời gian tẩy dầu ngắn, nhưngtẩy dầu xong có lớp màng mỏng

- Tẩy dầu bằng điện phân: Đầu tư thiết bị lớn, sau khi rửa bề mặt hoạt tính cao,không thích hợp sử dụng cách này trước khi sơn

b) Tẩy gỉ

- Tẩy gỉ bằng axit: chi phí thấp, hiệu suất cao, nhưng trong xưởng có hơi axit ănmòn thiết bị, hòa tan kim loại nhanh và axit còn dư trên sản phẩm gây gỉ Tẩy gì vàhoạt hóa trên dây chuyền sản xuất thường dùng phương pháp này

- Tẩy gỉ bằng điện phân: được bề mặt bóng, bằng phẳng, sử dụng khi yêu cầu

độ chính xác cao

- Tẩy gỉ bằng kiềm: giá thành cao, hiệu suất thấp, ít được sử dụng

- Tẩy gỉ bằng thủ công: Dùng bàn chải sắt, vải ráp, máy mài tay để gia công,dùng để tẩy gỉ cục bộ, tẩy gỉ không triệt để

- Tẩy gỉ bằng cơ khí: Tiến hành phun cát, phun bi dùng trong sản xuất lớn, đốivới vật đúc gỉ nhiều cần phải tẩy gỉ tương đối triệt để

c) Tạo màng hóa học

- Xử lý phốt phát hóa: Tạo màng hóa học trước khi sơn cho sắt thép, tấm mạ kẽm,hình thành màng phốtphát, có tác dụng làm chậm ăn mòn, nâng cao độ bám chắc và bảovệ

- Xử lý oxi hóa: Phân làm hai loại: oxi hóa hóa học và ôxi hóa điện hóa Ôxihóa điện hóa tạo màng oxi hóa trên bề mặt hợp kim nhôm, ôxi hóa hóa học axit crômictạo màng ôxi hóa trên bề mặt hợp kim kẽm và hợp kim nhôm Để nâng cao độ bámchắc của sơn trên bề mặt hợp kim nhôm dùng phương pháp tạo màng hóa học

d) Xử lý bề mặt chất dẻo

- Phương pháp vật liệu: chủ yếu tạo ăn mòn bằng dung môi làm cho bềmặt thô, có nhiều lỗ xốp nhưng phải sơn ngay Ngoài ra còn có phương pháp ăn mòn

- Phương pháp hóa học: Qua tác dụng ôxi hóa của axit crômic làm cho bềmặt sinh ra nhiều nhóm có cực, nâng cao độ bám chắc màng sơn.

- Phương pháp vật lý hóa học: bao gồm phương pháp phun ngọn lửa,chiếu xạ tia tử ngoại… làm cho bề mặt thô và sinh ra nhóm có cực

2.3 Chọn phương pháp xử lý bề mặt trước khi sơn

Xử lý bề mặt trước khi sơn dùng nhiều chất, phương pháp xử lý có nhiềuloại nên công nghệ xử lý bề mặt phức tạp Chọn phương pháp xử lý bề mặt cần nghiêncứu một số điểm sau: 1 – vật liệu; 2 – trạng thái bề mặt vật liệu; 3 – yêu cầu chất lượnglớp sơn; 4- tính kinh tế, kỹ thuật xử lý bề mặt…

Trong cùng vật liệu, chủng loại dầu mỡ trên bề mặt khác nhau, mức độ gỉkhác nhau, chất hóa học dùng để xử lý cũng khác nhau Hình dàng sản phẩm khác nhau,dùng công nghệ khác nhau Nếu như bề mặt có dầu sẽ dùng phương pháp tẩy rửa kiềmmạnh, nếu như chi tiết có hình dáng phức tạp, dùng phương pháp ngâm để làm sạch toàn

bộ bề mặt

Cấp chất lượng xử lý bề mặt tương đương cấp chất lượng lớp sơn; nếunhư quy định cao quá, ảnh hưởng đến tính kinh tế, kỹ thuật của xử lý bề mặt Chọnphối hợp giữa vật liệu, các chất xử lý và phương pháp xử lý

Phốtphát hóa hệ sắt thép dùng để tạo màng phốt phát cho đồng hồ, dụng

cụ gia đình, máy nông nghiệp vì phun sơn bột Thường dùng phương pháp phun hệkẽm, canxi để xử lý bề mặt sản phẩm công nghiệp nhẹ vì kết tinh mịn, tạo màngnhanh Hệ muối kẽm thích hợp với các loại sơn nhưng màng phốt phát không quá dày(<3m), sơn điện đi dùng chất phốt phát hóa kẽm thấp và phương pháp ngâm

Xử lý tạo màng hóa học hợp kim nhôm, thường tạo màng ô xi hóa trongdung dịch CrO3, không dùng công nghệ phốt phát hóa

Chất tẩy dầu mỡ bề mặt chất dẻo không thể dùng chất tẩy dầu thân nước,chỉ sử dụng tẩy dung môi hoặc mài bằng giấy ráp

3 TẨY GỈ

3.1 Tẩy gỉ hóa học

Tẩy ghỉ hóa học tiến hành trong dung dịch axit do tác dụng hòa tan củaaxit với chất ôxi hóa gỉ sắt Chất hóa học thường dùng là HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4,axit hữu cơ… Trong gỉ sắt, FeO dễ hòa tan, Fe3O4 khó hòa tan, Fe2O3 rất khó hòa tan

a) Tẩy axit

Khi dùng HCl tẩy gỉ, do độ hòa tan của hợp chất clo lớn nên toàn bộ gỉ bịhòa tan

Tác dụng khử của ion có lợi để hòa tan thành phần khó hòa tan (Fe3O4,

Fe2O3), quá trình hòa tan tiến hành ở nhiệt độ thường

Fe2O3 + 2HCl → 2FeO + Cl2 + H2O

Fe3O4 + 2HCl → 3FeO + Cl2 + H2OFeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

- H2SO4

Độ hòa tan của H2SO4 nhỏ, khi nhiệt độ tăng cao, độ hòa tan tăng lên, vì thế ởnhiệt độ thường khả năng tẩy gỉ của H2SO4 yếu, cần phải nâng cao nhiệt độ, đến nhiệt

độ trung bình cao có tác dụng tẩy gỉ mạnh

Tẩy H2SO4 giá thành thấp, ít bay hơi nên được dùng rộng rãi trong côngnghiệp, đặc biệt khi dùng để tẩy lớp oxit gỉ nhiều

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

- HNO3

Độ hòa tan của HNO3 rất lớn, có tác dụng tẩy rất mạnh nhưng nếu nồng

độ nhỏ hơn 18% kim loại bị ăn mòn rất nhanh nên cần cho thêm chất làm chậm

- H3PO4

H3PO4 là axit yếu, tẩy gỉ yếu, giá thành cao nhưng trong quá trình tẩyhình thành màng muối phốt phát có tác dụng làm chậm Vì thế, chỉ khi nào có yêu cầuđặc biệt mới dùng H3PO4 tẩy gỉ Có khi dùng hỗn hợp H3PO4 với HCl hoặc H2SO4 tẩy

gỉ để nâng cao độ bóng bề mặt và chống gỉ lại

- Công nghệ tẩy gỉSau khi tẩy gỉ xong phải dùng nước sạch và trung hòa axit còn dư Kếtquả thí nghiệm cho thấy tính năng bảo vệ của quá trình công nghệ tẩy axit khác nhauđối với lớp sơn

Bảng 2.1 PHUN MÙ MUỐI LỚP SƠN CÓ QUÁ TRÌNH TẨY AXIT KHÁC

NHAU

STT Quá trình công nghệ tẩy axit Kết quả thí nghiệm phun muối

1 Tẩy HCl -> Rửa -> Trung Hòa -> Rửa -> Sấy -> Sơn 140 giờ cấp 2

2 Tẩy H2SO4 -> Rửa -> Trung hòa -> Rửa -> Sấy -> Sơn 140 giờ cấp 2

3 Tẩy H3PO4 -> Rửa -> Trung hòa -> Rửa-> Sấy -> Sơn 140 giờ cấp 2

4 Tẩy HCl -> Rửa -> Sấy -> Sơn 95 giờ cấp 2

5 Tẩy H2SO4 -> Rửa -> Sấy -> Sơn 95 giờ cấp 2

6 Tẩy H3PO4 -> Sấy khô -> Sơn 140 giờ cấp 2

Chú ý: Mẫu được sơn 2 lớp sơn nót: cấp 5 tốt nhất, cấp 1 kém nhất

3.2 Tẩy gỉ cơ khí

Tẩy gỉ cơ khí phân làm các loại: thủ công và phun cát, phun bi

a) Tẩy thủ công

Tẩy gỉ thủ công được tiến hành bằng công cụ thủ công như: búa nhọn,dao cạo, bàn chải sắt Tẩy gỉ thủ công cường độ lao động cao, hiệu suất thấp, tẩy gỉkhông triệt để Tẩy gỉ thủ công áp dụng để tẩy gỉ bề mặt có gỉ cục bộ hoặc số lượngsản phẩm ít Cũng có thể dùng máy mài để giảm nhẹ sức lao động, nâng cao năng suất.

b) Tẩy gỉ phun cát, phun bi

Phun cát là quá trình tẩy gỉ bằng hạt cát (hoặc bi) thoát ra từ súng phun,

có áp suất mạnh, va đập mạnh với chi tiết làm bong lớp gỉ Gẩy gỉ bằng phun cát (bi)

có hiệu suất cao, tẩy gỉ triệt để, giảm nhẹ sức lao động Sau khi phun cát, bề mặt thô,màng sơn bám chắc tốt

Hệ thống thiết bị phun cát (bi) gồm: máy nén, thiết bị thu hồi cát, bi thép

và thiết bị thông gió hút bụi Thiết bị phun cát gồm 3 loại: kiểu áp lực, kiểu hút và kiểu

tự chảy

4 TẨY DẦU

Trong quá trình bảo quản và gia công, bề mặt kim loại thường có lớpchống gỉ, dầu bôi trơn, thuốc đánh bóng bám vào Trước khi sơn phải làm sạch đểđảm bảo lớp sơn bám chắc và có tính bảo vệ tốt Dầu mỡ, chất bẩn bám trên bề mặtkim loại có thể tẩy rửa bằng dung môi, tẩy rửa bằng dung dịch nhũ và tẩy rửa bằngchất tẩy thân nước Các loại trên chủ yếu để tẩy bề mặt có dầu mỡ bám nhiều, khi dùngcông nghệ sản xuất liên tục tự động để xử lý bề mặt chủ yếu phải tẩy dầu bằng chất tẩydầu thân nước, chất phụ trợ tính kiềm và một số chất khác Chất hoạt động bề mặtđóng vai trò quan trọng trong việc tẩy dầu

4.1 Chất hoạt động bề mặt

Trên bề mặt tiếp xúc gữa chất lỏng và không khí, lực hấp dẫn giữa các phân tửlỏng lớn hơn giữa phân tử khí, vì thế tạo nên lực làm co lại trên bề mặt chất lỏng gọi làsức căng bề mặt Chất làm giảm sức căng bề mặt gọi là chất hoạt đọng bề mặt Chấthoạt động bề mặt gồm có hai phần: Phần không phân cực (thường là các góchidrocacbon kị nước) và phần phân cực (thường là các nhóm ưa nước như -OH, -COOH, -SO3H…)

Chất hoạt động bề mặt có tác dụng thấm ướt, nhũ, hóa, thẩm thấu, tạo bọt Căn

cứ vào công dụng chất hoạt động bề mặt mà phân ra các loại chất tạo bọt, chất nhũhóa, chất thấm ướt, chất tẩy rửa

Căn cứ đặc điểm cấu tạo phân tử mà chia ra: chất hoạt động bề mặt ion

âm, chất hoạt động bề mặt ion dương, chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, chất hoạtđộng bề phặt phi ion

4.2 Cơ chế tẩy dầu

Dầu mỡ trên bề mặt kim loại đa số là chất lỏng không có cực Để tẩy loạidầu này thường dùng chất tẩy rửa trung tính hoặc kiềm yếu, mà chủ yếu là chất hoạtđộng bề mặt Những chất hoạt động bề mặt này có tác dụng thấm ướt, thẩm thấu, nhũhóa, phân tán Đầu tiên, chất hoạt động bề mặt có trong chất tẩy rửa có tác dụng làmướt, thẩm thấu xuyên qua lớp dầu đến bề mặt kim loại, bị hấp thụ định hướng, đồng

thời không ngừng thâm nhập vào bề mặt tiếp xúc giữa kim loại và dầu, làm cho dầubốc khỏi bề mặt kim loại.

4.3 Công nghệ tẩy rửa

a) Chọn chất tẩy rửa

Chất tẩy rửa có nhiều loại, đặc tính của từng loại cũng khác nhau, căn cứvào lượng dầu mỡ, nguyên liệu, yêu cầu công nghệ quy định mà chọn chất tẩy rửa phùhợp Đối với nguyên liệu như hợp kim nhôm, hợp kim kẽm, trong môi trường kiềm sẽ

bị ăn mòn nghiêm trọng Ví dụ, pH ≥ 9 nhôm bị ăn mòn, khi pH = 10 kẽm bị ăn mòn.Đối với kim loại màu nên chọn dung dịch kiềm yếu gồm những chất như: Na2CO3,

Na3PO4, và Na2SiO3 có pH < 10, nếu không phải cho thêm chất làm chậm và khốngchế độ kiềm

có hình dáng phức tạp, không cho phép có nhiều bọt Vì vậy, nồng độ chất hoạt động

bề mặt trong chất tẩy rửa thaaps Để làm giảm bọt dùng chất tẩy rửa ít bọt không cóchất hoạt động bề mặt ion âm, tẩy rửa ở nhiệt độ cao vào khoảng 600C Chất tẩy rửakhông có chất hoạt động bề mặt, có thể dùng áp suất cao tẩy rửa (> 0,2 MPa)

b) Phân loại theo công dụng

Phân loại có thể biết được yêu cầu và lĩnh vực ứng dụng của màng phốtphát, chúng bao gồm: phốt phát chịu mài mòn, dùng cho bề mặt chịu ma sát giữa cáckim loại, có tác dụng hấp thụ dầu, bôi trơn, giảm sự mài mòn phốt phát hóa chống gỉ,nâng cao hiệu quả chống gỉ; phốt phát hóa dùng cho sơn để nâng cao độ bám chắc vàtính bảo vệ chống gỉ của màng sơn; phốt phát hóa dùng cho gia công dập nguội, có tácdụng bôi trơn, tăng tuổi thọ của khuôn; phốt phát hóa dùng để cách điện những tấmtôn silic

c) Phân loại theo công nghê gia công

Phương pháp công nghệ phốt phát hóa gồm có: phốt phát hóa phun, phốtphát hóa ngâm, phốt phát quét Phốt phát hóa phun tạo màng nhanh, màng phốt phátmỏng, mịn, chủ yếu dùng cho sơn, phốt phát hóa nhúng tạo màng chậm, màng phốt

phát có thể dày hoặc mỏng, tinh thể có thể mịn và thô, thỏa mãn cho các phạm vi ứngdụng, phốt phát hóa quét để tránh rửa, dùng để xử lý bề mặt có kích thước lớn

d) Thành phần và cấu tạo màng phốtphát

Thành phần màng phốt phát ở các hệ phốt phát khác nhau cũng khácnhau Xử lý phốt phát cùng một hệ nhưng dùng các phương pháp gia công khác nhaucũng khác nhau, thành phần và cấu tạo tinh thể có sự khác biệt Thành phần màng phốtphát sinh ra ở các hệ phốt phát xem bảng 4.8

BẢNG 2.2 THÀNH PHẦN VÀ CÁC LOẠI MÀNG PHỐT PHÁT

Kim

loại Loại màng phốt phát Thành phần

Trọng lượng màng và bề ngoài Công dụng

Sắt thép

Manganphốtphát (MnFe)Mn5H5H2(PO2(PO4)44)H44H2O2O Thô, dày, đen8g/m2 Tác dụng

bôi trơnKẽm phốtphát Zn3(PO4)24H2O

Zn2Fe(PO4)24H2O Tro đen 1-3g/m2

Ô tô, dụng

cụ gia đình,

đồ điệntrong nhà

Sắt phốtphát Fe3(PO4)28H2O

Fe2O3 và FePO42H2O

Vô định hình

có màu 0,1 –1g/m2

Ô tô, máynôngnghiệp, đồđiện trongnhàCanxi, kẽm

Ô tô, đồđiện trongnhàCanxi phốt

phát CaHPOCaHPO42H24O và

Màu tối, kếttinh mịn, 0,35(g/m2)

Đồ điệntrong nhàKẽm và

hợp kim

kẽm Kẽm phốt phát Zn3 (PO4)2 4H2O

Kết tinh màutro 0,5 – 3(g/m2)

Nhuộm màusắt, mạ kẽm

Nhuộm màunhôm, cơkhí hàngkhông

Trong màng phốt phát, những nhân tố ảnh hưởng đến tỷ lệ các thành phần, độ kết tinh như sau:

- Thành phần dung dịch phốt phát;

- Tính chất kim loại bị phốt phát;

- Tốc độ hòa tan xâm thực của H3PO4 khi phốt phát;

- Công nghệ gia công và khuấy ảnh hưởng đến hiệu suất khuếch tán i on;

- Nhiệt độ phốt phát

5.2 Công nghệ và thiết bị phốt phát hóa

Để đảm bảo được lớp màng phốt phát hóa tốt và hiệu quả, ngoài việcchọn hệ phốt phát và điều kiện công nghệ thích hợp, cần chú ý xử lý trước khi phốtphát, che phủ thụ động hóa sau khi phốt phát Vì thế, toàn bộ quá trình phốt phát hóanhư sau: tẩy dầu -> rửa nước -> điều chỉnh bề mặt -> phốt phát hóa -> rửa nước -> chephủ -> rửa nước sạch khử ion -> sấy khô

6 ÔXI HÓA

Tạo màng chuyển hóa hóa học kim loại màu người ta dùng phương phápôxi hóa Ôxi hóa có hai loại: ô xi hóa học và ô xi hóa điện hóa

6.1 Ôxi hóa hóa học

ôxi hóa hóa học và oxi hóa mỏng (độ dày 0,5 – 4 m), nhiều lỗ, khả năng hấpthụ tốt, mềm, không chịu mài mòn, thường làm lớp lót cho sơn

Ô xi hóa học giá thành thấp, hiệu suất cao, có thể sản xuất hàng loạt liêntục, không cần nguồn điện, công nghệ ổn định, thao tác thuận lợi, thiết bị đơn giản,phạm vi sử dụng rộng rãi

a) Ô xi hóa hóa học hợp kim nhôm

- Nguyên lý phản ứngTrong môi trường kiềm, nhôm tạo thành màng ô xi hóa theo phản ứngsau:

Al + 2OH → AlOOH + H+ + 3e

2H+ + 2e  H22AlOOH (hòa tan) Al2O3.H2O (không hòa tan)

b) Ôxi hóa học hợp kim kẽm

Tạo màng chuyển hóa hóa học hợp kim kẽm, trên dây chuyên sản xuấtthông thường sử dụng phương pháp phốt phát hóa, trên dây chuyền sản xuất 100 tốc

độ cao dùng phương pháp ô xi hóa hóa học tính kiềm Màng sơn ô xi hóa phức hợp tạothành có nhiều ưu điểm: độ bền cao hơn, dễ gia công, màng có độ bóng cao, bể ô xihóa có thể làm bằng thép, tạp chất trong dung dịch ít

Tính năng của lớp màng sơn trên bề mặt lớp mạ kẽm trên sắt sau khi ô xihóa tương đương với lớp sơn trên sắt sau khi phốt phát hóa

2 Ôxi hóa điện hóa

Thành phần của màng: Al2O3Al(OH)x(SO4)y

7 XỬ LÝ BỀ MẶT CHẤT DẺO

7.1 Đặc điểm chất dẻo

Sản phẩm chất dẻo được sử dụng rộng rãi, nhưng khi sơn vấn đề tồn tạilớn nhất là độ bám chắc kém Điều đó có quan hệ tới tính có cực của chất dẻo nhở, độkết tinh cao, bề mặt bóng và tính thấm nước kém Ví dụ như: nhựa poliflovinyl,polivinyl, poliacrylat độ kết tinh của chúng rất cao, tính có cực rất yếu, không thểsơn trực tiếp trên bề mặt Đối với nhựa ABS, nhựa polistyren, nhựa phenolformaldehit, có độ kết tinh thấp hoặc tính có cực lớn, quan xử lý bề mặt có thể nângcao độ bám chắc màng sơn và chất lượng lớp sơn Vì thế, khi sơn chất dẻo, dùng sơnchuyên dùng cho chất dẻo hoặc dùng sơn kim loại thông thường sơn lên bề mặt chấtdẻo đã qua xử lý bề mặt

7.2 Phương pháp xử lý bề mặt chất dẻo

a) Xử lý thông thường

Khi gia công tạo hình chất dẻo, chất bẩn hoặc dầu mỡ bám trên bề mặtchất dẻo Chất dẻo sau khi tạo hình do tồn tại ứng lực bên trong gặp dung môi sinh ranứt, do chất dẻo không dẫn điện, dễ hút bụi do tập trung tĩnh điện Vì vậy, trước khisơn chất dẻo cần phải tôi, xử lý tẩy dầu và bụi bẩn

Chất tẩy rửa để tẩy số lượng lớn chất dẻo, dùng chất tẩy rửa gốc nướctính kiềm yếu hoặc trung tính để tẩy Tốt nhất dùng chất tẩy rửa trung tính vì dùng chấttẩy rửa trung tính kiềm dễ lưu lại trên bề mặt, ảnh hưởng đến độ bám chắc và bề ngoàicủa màng sơn

b) Xử lý hóa học

Xử lý hóa học chất dẻo là ô xi hóa trong dung dịch CrO3, làm cho bề mặtchất dẻo sinh thành những nhóm có cực như C = 0, -COOH, - OH, -SO3H nâng caotính thấm ướt, bị ăn mòn, có cấu tạo nhiều lỗ xốp để nâng cao độ bám chắc lớp sơn.

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I

Câu 1: Tác dụng và phương pháp xử lí bề mặt trước khi sơn

Câu 2: Trình bày khái quát các phương pháp tẩy gỉ trước khi sơn.

Câu 3: Nêu các bước tẩy dầu bề mặt trước khi sơn.

Câu 4: Cho biết thành thành phần, cấu tạo màng photphat và công nghị thiết bị

photphat hóa bề mặt

Câu 5: Trình bày phương phát oxi hóa bề mặt: oxi hóa hóa học và oxi hóa điện hóa.

CHƯƠNG III THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP SƠN

1 PHUN SƠN KHÔNG KHÍ

1.1 Nguyên lý và đặc điểm phun sơn không khí

a Nguyên lý phun sơn không khí

Phun sơn không khí dựa vào dòng không khí nén làm cho tạo đầu ra của sơn cóhiện tượng giảm áp, sơn tự động chạy ra, hỗn hợp với dòng không khí nén thành dạngsương mù, mù sơn được dòng không khí đẩy kết tủa bám trên bề mặt sản phẩm

b Đặc điểm, phương pháp phun

- Hiệu quả cao mỗi giờ có thể phun được 150 - 200m2, gấp 8 - 10 lần so với quét

- Độ dày màng sơn đồng đều, độ bóng bằng phẳng, bề ngoài đẹp

- Tính thực dụng cao, có thể áp dụng cho các loại sơn, các loại vật liệu, các loạisản phẩm có hình dạng khác nhau, nơi nào có ít bụi là có thể sơn được, phun sơn làphương pháp được sử dụng rộng rãi đặc biệt khi gia công các loại sơn mau khô

Nhược điểm của phun sơn không khí như sau:

- Sử dụng nhiều dung môi, khi làm việc dung môi bay hơi mạnh, làm ô nhiễmmôi trường, gây độc hại, dễ cháy, nổ Vì vậy khi làm việc phải có thiết bị thông giótốt

- Hiệu suất sử dụng thấp, thông thường chỉ khoảng 50 – 60%, những chi tiếtnhỏ chỉ có 15 – 30% Mù sơn bay ra làm ô nhiễm môi trường, khi sản xuất lớn phảitiến hành trong buồng sơn chuyên dùng

1.2 Thiết bị phun sơn không khí

Thiết bị chủ yếu của phun sơn không khí là: máy nén khí, bình phân ly dầu khí,súng sơn, ống dẫn thông khí, bình chứa sơn

1.3 Phun sơn gia nhiệt

a Nguyên lý

Phun sơn gia nhiệt là sơn được gia nhiệt bảo đảm ở nhiệt độ cao nào đó (thôngthường vào khoảng 700C, làm cho độ nhớt sơn giảm đi, sau đó dùng dòng không khínén như phương pháp sơn thông thường) mù hóa sơn Hiệu quả mù hóa quyết định bởibảo đảm có độ nhớt thích hợp nào đó Tham số làm việc căn cứ vào đường cong giữanhiệt độ và độ nhớt của sơn

b Thiết bị

So sánh với phun sơn không khí, thiết bị gia nhiệt sơn có thêm bộ phận gianhiệt Bộ phận gia nhiệt dùng điện Giữa bộ phận gia nhiệt và súng sơn có đường ốngtuần hoàn sơn (gia nhiệt sơn tuần hoàn chỉ dùng cho sản xuất nhỏ) bảo đảm cho nhiệt

độ và độ nhớt không thay đổi

c Đặc điểm phun sơn gia nhiệt

So sánh với phun sơn không khí, phun sơn gia nhiệt có những đặc điểm sau:

- Tiết kiệm 30% dung môi, làm giảm ô nhiễm do dung môi bay ra

- Hàm lượng chất rắn cao, phun một lần dày, rút ngắn chu kỳ gia công sơn.

- Độ nhớt sơn không đổi, bảo đảm độ dày và bề ngoài đồng đều

- Cải thiện độ bằng phẳng màng sơn, nâng cao độ bóng màng sơn

2 PHUN SƠN CAO ÁP KHÔNG CÓ KHÔNG KHÍ

2.1 Nguyên lý và đặc điểm

Phun sơn cao áp là dùng bơm cao áp tăng áp suất của sơn lên 10 – 25MPa, sơn

di chuyển với tốc độ 100m/giây, phun ra từ lỗ nhỏ đầu súng sơn, va đậm mãnh liệt vớikhông khí tạo mù sơn đến bề mặt sản phẩm Tạo mù sơn không cần không khí nén nêngọi là phun sơn không có không khí

So sánh với phun sơn không khí, phun sơn cao áp có những đặc điểm sau:

- Hiệu suất sơn cao, do lượng sơn phun cao áp hòa tan, thoát ra nhiều, hạt sơnphun ra có tốc độ cao, nên hiệu suất sơn cao gấp 3 lần so với phun sơn không khí

- Hiệu quả sơn che phủ rất tốt đối với chi tiết phức tạp Bởi vì mù sơn không códòng không khí nén, tránh những bộ phận như góc cạnh, khe hở vì có sự phản hồi củakhông khí mà bị che lấp

- Có thể phun sơn có độ nhớt cao, thấp Khi phun sơn có độ nhớt cao đượcmàng sơn dày, giảm số lượng gia công

- Hiệu suất sử dụng sơn cao, ô nhiễm môi trường thấp Bởi vì không có tácdụng khuếch tán không khí nên khi phun không khí sơn bay ra ít, phun sơn hàm lượngchất rắn cao dùng ít dung môi, lượng dung môi bay ra ít, vì thế cải thiện được môitrường Nhược điểm của phun sơn cao áp là: Không thể điều chỉnh được lượng phunsơn và biên độ mù sơn, ngoài việc thay thế vòi phun, chất lượng bề ngoài màng sơnthấp hơn phun không khí Đặc biệt là không thích hợp gia công sơn trang trí mỏng

2.2 Thiết bị sơn cao áp

Thiết bị sơn cao áp gồm động lực, bơm xilanh trụ, máy móc, dây dẫn, súngphun, bộ điều chỉnh áp suất và thùng chứa sơn

3 Sơn tĩnh điện

3.1 Đặc điểm sơn tĩnh điện

Khi sơn tĩnh điện, hạt sơn không ngừng bị va đậm trong không khí ion hóamang điện tích Dưới tác dụng hút nhau của điện tích cùng dấu, hạt sơn thành dạngsương, mù sơn mang điện tích âm dưới tác dụng của điện trường sẽ đến bề mặt sảnphẩm mang cực dương Do được tạo mù sương đầy đủ màng sơn có bề ngoài đẹp,dùng để gia công trang trí sơn mặt ngoài Do tác dụng của điện trường, mù sơn mangđiện tích bám rất tốt trên bề mặt sản phẩm, hiệu quả rất cao, phủ đồng đều trên toàn bềmặt sản phẩm Sơn tĩnh điện có những đặc điểm sau:

- Hiệu suất sử dụng cao, các sản phẩm như đường ống, chi tiết nhỏ, hiệu suất sửdụng của sơn tĩnh điện trên 80%

- Bụi sơn bay ra ngoài ít cải thiện điều kiện môi trường

- Góc cạnh sản phẩm có độ dày nhất định, tính bảo vệ tốt Do hiệu ứng mũinhọn ở góc cạnh, mật độ điện tích cao, màng sơn dày, do tác dụng của sức căng bề mặtmàng khô vẫn có độ dày nhất định.

- Màng sơn có bề ngoài đẹp, năng suất cao, thích hợp sản xuất tự động hóa

- Những chi tiết có hình dáng phức tạp bị điện trường che khuất hoặc điệntrường phân bố không đều, có thể sửa lại bằng phương pháp thủ công

- Độ dẫn điện của sơn và dung môi kém, độ bay hơi của dung môi có yêu cầuđặc biệt, vì vậy khi sơn trên gỗ và chất dẻo phải dùng phương pháp đặc biệt mới có thểsơn tĩnh điện

- Cần có quy phạm nghiêm túc về an toàn lao động

3.2 Các loại phun sơn tĩnh điện

Thiết bị mấu chốt của sơn tĩnh điện là: Bộ khống chế tĩnh điện cao áp, bộ sơn

ra tĩnh điện cao áp và súng sơn, có một số bộ sinh ra tĩnh điện được thiết kế trong súngphun Căn cứ vào nguyên lý tạo mù sơn khác nhau, súng sơn tĩnh điện phân làm 3 loại:tạo mù tĩnh điện ly tâm, tạo mù tĩnh điện không khí, tạo mù tĩnh điện chất lỏng áp suấtcao

a Phun tĩnh điện kiểu ly tâm

Phun tĩnh điện kiểu ly tâm là do tác dụng lực ly tâm 2000 – 4000 v/ph, sơn lúcđầu hình thành giọt ở đầu súng phun mang điện tích âm, dưới tác dụng đẩy nhau củađiện tích tạo ra mù sơn Phương pháp ly tâm có 2 loại kiểu bàn xoay và kiểu cốc xoay

b Phun sơn tĩnh điện kiểu không khí nén

Đối với súng phun tĩnh điện cầm tay do điện áp đưa vào tương đối thấp, mùhóa sơn cần phải dựa vào không khí nén Trước đầu súng sơn đặt điện cực phóng điệndạng kim, làm cho hạt sơn mang điện tích bám trên bề mặt sản phẩm Do tác dụngkhuếch tán va đập của dòng không khí nén, hiệu suất của loại sơn tĩnh điện này thấphơn phương pháp ly tâm nhưng cao hơn so với phun không khí, dùng để sơn những chitiết có hình dáng phức tạp

c Phun sơn tĩnh điện dung dịch cao áp

Phương pháp này là kết hợp phun cao áp và phun tĩnh điện Do sơn được tăng

áp (khoảng 10MPa), tốc độ phun ra của sơn rất nhanh, số điện tích của hạt sơn kém,hiệu quả mù hóa cũng kém Vì thế, phun tĩnh điện loại này không như phun tĩnh điệnkhông khí nén nhưng thích hợp để sơn những chi tiết phức tạp, lượng sơn thoát ranhiều, màng sơn dày, năng suất cao

Nếu như phun sơn tĩnh điện cao áp kết hợp với gia nhiệt sơn thành sơn tinhđiện gia nhiệt cao áp, lúc này sơn gia nhiệt 400C, áp suất sơn 5MPa, do áp suất giảm

đi, số điện tích của màng sơn nâng cao nên hiệu quả sơn được cải thiện, màng sơn có

bề ngoài tương đối tốt

4 SƠN BỘT

4.1 Đặc điểm sơn bột

Sơn bột là sơn có độ ô nhiễm thấp và có bố trí hệ thống thu hồi.

Ưu điểm của sơn bột

- Hiệu suất sử dụng cao trên 90%, là phương pháp sơn có độ ô nhiễm thấp;

- Thích hợp với sản xuất tự động năng suất cao

- Màng sơn dày, độ dày một lần sơn 100 – 300 μm

Nhược điểm của sơn bột

- Nhiệt độ sấy cao (≥ 2000C), màng dễ biến màu

- Thiết bị chuyên dùng thay màu không thuận lợi

- Sau khi sấy màng sơn khó sửa chữa lại

- Tính trang trí màng sơn kém, độ bóng và bằng phẳng không bằng phun sơn

- Độ bám chắc kém, nhiều trường hợp phải sử dụng xử lý bằng nhiệt lượng

4.2 Phương pháp sơn bột

Phương pháp sơn bột gồm các loại: Phương pháp phun tia lửa, phương pháplưu hóa, phương pháp lưu hóa tĩnh điện, phương pháp phun tĩnh điện và phương phápđiện di

Phương pháp phun tia lửa, vì nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao nên chấtlượng kém, sử dụng rất ít Phương pháp lưu hóa là đem chi tiết gia nhiệt đến nhiệt độcao hơn nhiệt độ nóng chảy sơn 200C, sau đó nhúng vào thùng sơn lưu hóa, chi tiếttiếp xúc với sơn bột, sơn bám trên bề mặt, tạo thành lớp sơn hoàn chỉnh Phương pháplưu hóa chỉ thích hợp với chi tiết nhỏ có dung lượng nhiệt lớn, không thích hợp vớitính mỏng dung lượng nhiệt nhỏ Chi tiết gia nhiệt càng cao, lớp sơn càng dày, thôngthường vào khoảng 100 – 300 μm Phương pháp gia nhiệt lưu hóa không thể hìnhthành màng sơn mỏng, độ dày nhỏ hơn 100 μm Ngoài ra khi sơn phương pháp lưuhóa, nhựa chịu nhiệt độ cao, thời gian dài, sau khi sấy, thường phải dùng nước làmnguội cưỡng bức làm giảm tác dụng phân hủy nhiệt

Phương pháp lưu hóa tĩnh điện là chi tiết trong thùng lưu hóa được hấp thụ sơnbột thông qua tĩnh điện, vì thế không cần gia nhiệt sơn, vẫn được màng sơn mỏng hoànchỉnh, nhưng chỉ thích hợp với sơn chi tiết nhỏ

Phương pháp phun sơn tĩnh điện có thể được lớp sơn hoàn chỉnh dày 50 - 200

μm, bề ngoài màng sơn tương đối tốt, năng suất cao, là phương pháp gia công sơn bộtrộng rãi nhất Hiện nay, phun sơn tĩnh điện sơn bột có thể thiết kế một bộ phận làmsạch sơn bột tự động, vì thế khi thay màu cũng thuận lợi

Phương pháp sơn điện di sơn bột là đem bột nhựa phân tán trong sơn điện di,theo phương pháp sơn điện di, khi sấy bám trên bề mặt một lớp sơn gồm có bột nhựa

và sơn điện di Nó có ưu điểm của sơn điện di như thời gian kết tủa ngắn, năng suấtcao, độ dày màng sơn đồng đều, có thể điều chỉnh độ dày thông qua điện áp Ngoài racòn tránh được những vấn đề tồn tại khi gia công sơn bột theo phương pháp thôngthường Những nhược điểm của phương pháp này là do tác dụng của nước, khi sấy

sinh ra lỗ xốp của sơn, nhiệt độ sấy cao, lớp sơn dày hơn khi sơn điện di thông thườngvào khoảng 40 – 100 μm.

5 Sơn điện di

5.1 Nguyên lý sơn điện di

Sau khi trung hòa nhựa của sơn điện di trong axit và kiềm, có thể hòa tan phântán trong nước, chất trùng hợp này có thể hòa tan tạo thành những hạt keo mang điện.Trong điện trường một chiều các hạt keo được ion hóa đồng thời có tác dụng điện di,điện phân, điện kết tủa và điện thẩm thấu bám một lớp nhựa trên bề mặt kim loại Bốnquá trình này đều có tác dụng quan trọng trong sơn điện di

a Điện di

Trong điện trường 1 chiều, hạt keo mang điện sẽ chuyển động đến điện cực cóđiện tích ngược dấu với nó, tốc độ chuyển động phụ thuộc vào điện thế, độ nhớt củasơn quá trình như vậy gọi là điện di

b Điện phân

Dung dịch nước trong điện trường 1 chiều, nước điện phân, ở vùng anôt, cóphản ứng anôt như sau:

2OH- → 2H+ + O2 ↑ + 4eVùng canôt có phản ứng sau:

2H2O + 2e → 2OH- + H2 ↑Quá trình điện phân làm cho giá trị pH của dung dịch tiếp xúc anôt giảm

đi, giá trị pH của dung dịch tiếp xúc catôt tăng lên Ở hai mặt tiếp xúc điện cực đềusinh ra chất khí Độ dẫn điện của dung dịch điện phân ngày càng lớn, điện phân cũngmãnh liệt, giá trị pH thay đổi càng lớn, bọt khí sinh ra càng nhiều Tạo bọt khí lànguyên nhân cơ bản tạo nên màng sơn điện di có nhiều lỗ châm kim và thô

c Điện kết tủa

Sự ion hóa và ổn định phân tán trong nước của sơn điện di anốt khi pH =

8 – 9, ion hóa và ổn định phân tán trong nước của sơn điện di catốt khi pH = 5 – 6,7.Nhưng khi điện phân dung dịch chất điện phân giá trị pH của dung dịch tiếp xúc anốtgiảm còn 3~4; giá trị pH của dung dịch tiếp xúc canốt tăng lên 12, khi hạt keo đượcion hóa điện di đến bề mặt điện cực, hạt keo trung hòa mất ổn định tách ra bám trên bềmặt điện cực Phản ứng kết tủa của sơn điện di canốt như sau:

2H2O + 2e → 2OH- + H2 ↑polym – N+ NR’R’ + OH- – → polym NR’R” ↓ + H2O

Phản ứng điện kết tủa sơn điện di anốt tương đối phức tạp, có phản ứng như sau:

2OH- → O2 ↑ + 2H+ + 4epolym – CO2- + H+ → polym – CO2H ↓

Fe → Fe2+ + 2e

2polym – CO2- + Fe2+ → polym – Fe – polym ↓2polym – CO2- → polym – polym ↓ + 2CO2 ↑ + 2e.

Sự tạo thành sắt làm cho màu sắc màng sơn đậm, làm giảm độ bền ănmòn của màng sơn Tính năng bảo vệ của sơn điện di anốt kém hơn sơn điện di canốtchủ yếu còn ở chỗ tính ổn định của nhựa sơn anốt kém, điện áp làm việc thấp, khảnăng thẩm thấu kém Vật liệu anốt của sơn điện di canốt có thể dùng grafit, thép khônggỉ đề phòng ion kim loại làm bẩn dung dịch

d Điện thẩm thấu

Điện thẩm thấu là hiện tượng chất phân tán chuyển động theo hướngngược lại với hạt mang điện điện di Màng sơn vừa kết tủa là màng bán thẩm thấu cóhàm lượng nước cao, dưới tác dụng điện trường, ion mang nước trong màng sơnchuyển động về phía điện cực làm cho nước trong màng sơn tiếp tục thẩm thấu rangoài bể, hàm lượng nước của màng ướt giảm đi 5% - 15%, màng sơn có tính ghétnước nhất định Vì vậy, màng sơn ướt có cấu tạo min, bám chắc tốt, không dính tay,chịu nước rửa sau khi sấy, có thể trực tiếp tạo màng

Trong 4 quá trình trên, quá trình điện phân bảo đảm cho quá trình kếttủa, nhưng nếu hiện tượng điện phân quá mãnh liệt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chấtlượng màng, cần phải hết sức coi trọng

5.2 Đặc điểm sơn điện di

Sơn điện di là phương pháp sơn hiện đại tiên tiến, có những đặc điểm sau:

- Sản xuất trên dây chuyền tự động, thời gian sơn rất nhanh (khoảng 3phút), mức độ tự động hóa cao, năng suất lao động cao

- Độ dày màng sơn đồng đều, khi sơn điện di catốt có thể điều chỉnh điện áp

để thu được màng sơn dày trong khoảng 10 – 35 μm

- Màng sơn che phủ tốt ở cạnh bên, trong lỗ, khe hở hàn do đó nâng cao độbền chống gỉ của sản phẩm Đặc biệt tính thẩm thấu của sơn điện di catốt mạnh, tínhchống gỉ trong lỗ tốt, lớp sơn bề mặt ngoài thích hợp với yêu cầu sản phẩm cao cấp, thínghiệm phun muối có thể đạt trên 800 giờ

- Bảo vệ môi trường tốt, an toàn khi làm việc Dung dịch sơn điện di chỉ cần trợdung môi hàm lượng 3%, dùng nước làm chất phân tán, không gây cháy, không ônhiềm môi trường Thiết bị điện di có lắp hệ thống siêu lọc, sử dụng có hiệu quả các

bể, thải ra một lượng rất ít, bảo đảm môi trường trong sạch

- Hiệu suất sử dụng sơn cao trên 95%, do độ nhớt của sơn rất thấp, lượng dungdịch chi tiết mang ra ít, lại qua thu hồi siêu lọc tổn thất rất ít

- Màng sơn có bề ngoài đẹp, không có vết, khi sấy độ bằng phẳng tốt Màng sơnướt hàm lượng nước nhỏ, khi sấy không có hiện tượng chảy, không có tác dụng hòatan lại của dung môi với màng sơn, màng sơn bằng phẳng, bóng Màng sơn điện dicatốt dày, có độ bằng phẳng 83% không cần sơn lớp giữa

Nhược điểm của sơn điện di như sau:

- Nhiệt độ sấy cao (1800C), màu sắc màng sơn có một màu, độ bền khí hậu sơnlót kém.

- Đầu tư thiết bị lớn, yêu cầu quản lý chặt chẽ

- Sản phẩm có nhiều kim loại không thể sơn cùng một lúc, vì điện thế phá hủycủa chúng khác nhau

- Giá treo cần thường xuyên làm sạch và bảo đảm dẫn điện tốt

- Sane phẩm chất dẻo, gỗ là những chất không dẫn điện, không thể sơn điện ditrên bề mặt sơn lót, không thể sơn điện di

6 SƠN MÀNG VÀ SƠN TRỤC QUAY

6.1 Sơn màng

a, Đặc điểm sơn màng

Sơn màng thích hợp với sơn số lượng lớn tấm phẳng, có những đặc điểm sau:

- Hiệu suất sơn cao, tốc độ chuyển động dây dài khoảng 50 – 100m/ph

- Sơn không tổn thất, chỉ có một số ít dung môi bay hơi

- Độ dày màng sơn đồng đều, sai số độ dày màng sơn có thể khống chế trongkhoảng 1 – 2μm, có bề ngoài đẹp

- Thao tác đơn giản, vệ sinh công nghiệp tốt, chỉ cần điều chỉnh mấy tham sốtốt, quá trình sản xuất rất ổn định

- Có thể gia công sơn có hai thành phần, sơn khô nhanh, khi sơn lại sơn haithành phần cần thiết kế đằng trước, đằng sau hai hệ thống màng sơn để sơn sấy nhanh

và có thể rút ngắn độ dài thiết bị sấy

Nhược điểm của sơn màng như sau:

- Không thích hợp với sản xuất hàng loạt các loại sản phẩm nhở Bởi vì, khithay sơn cần phải có một lượng lớn dung môi để rửa hệ thống tuần hoàn sơn, gây lãngphí không kinh tế

- không sơn được bề mặt có góc 900

- Chỉ sơn được màng sơn dày, không sơn được màng sơn mỏng Bởi vì, để tạomàng liên tục, sơn cần có độ nhớt cao, thông thường độ dày màng sơn trên 30μm

- Phải kẹp chặt vải, giấy, da trên tấm cứng mới có thể sơn được

đề phòng gió làm ảnh hưởng đến màng sơn

6.2 Sơn trục quay

a, Đặc điểm sơn trục quay

Sơn trục quay để sơn tấm kim loại, sơn tấm keo, sơn giấy, đặc biệt thíchhợp để sơn cao tốc tấm kim loại cuốn Sơn trục quay có những đặc điểm sau:

- Thực hiện tự động hóa cao, năng suất cao Tốc độ dài thường trên 100m/phút

- Hiệu suất sử dụng sơn gần 100%

- Thích hợp với các loại sơn có độ nhớt khác nhau, màng sơn có thể dày hoặcmỏng, độ dày màng sơn đồng đều

- Có thể sơn hai mặt cùng một lúc

Trong quá trình sơn, dung môi bay nhanh, làm cho độ nhớt sơn thay đổi, khốngchế điều kiện kỹ thuật không tốt, màng sơn không tốt

b, Thiết bị sơn trục quy

Thiết bị sơn trục quy gồm có: Thiết bị xử lý trước khi sơn, trục quay và thiết bịsấy Quá trình công nghệ như sau:

Mở tấm cuộn → lắp vào máy → xử lý trước khi sơn → sấy → sơn trục quay →sấy → rửa → cắt → cuộn

Bộ phận sơn trục quay gồm có bộ phận sơn (trục lấy sơn, trục sơn và thùngchứa sơn) kết cấu đổi hướng và động cơ tạo thành Bộ phận trục quay gồm có hai loại,

có ứng dụng thích hợp

- Bộ phận sơn trục quay cùng hướng

Dùng để sơn màng mỏng, sơn có độ nhớt thấp, độ dày màng 10 – 20μm, tốc độdài không vượt quá 100m/ph Độ dày màng sơn có thể điều chỉnh bằng sự điều chỉnhkhe hở giữa các trục quay

- Bộ phận sơn trục quay khác hướng;

Dùng để sơn màng dày, sơn có độ nhớt cao, độ dày màng sơn 50 - 100μm, độnhớt màng sơn trên 120 giây Độ dày màng sơn có thể điều chỉnh bằng sự điều chỉnhkhe hở giữa trục lấy sơn và trục sơn

Sơn có độ nhớt cao, thường lấy sơn không đủ, dùng phương thức cung cấp sơn

ở phía trên, nhờ vào trọng lực tự chảy để đảm bảo cung cấp đầy đủ sơn

7 CHỌN PHƯƠNG PHÁP SƠN

Phương pháp sơn gồm có nhiều loại, phương pháp sơn khác nhau có những đặcđiểm khác nhau, để thích hợp với số lượng sản phẩm khác nhau, hình dáng sản phẩmkhác nhau và yêu cầu lớp sơn khác nhau Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phươngpháp sơn thường dùng xem bảng 3.1

Khi chọn phương pháp sơn cần chú ý những điểm sau đây:

- Nguyên liệu, quy cách, độ lớn và hình dáng sản phẩm;

- Điều kiện hoàn cảnh sử dụng sơn;

- Tính năng của sơn và tính năng gia công;

- Tổ chức sản xuất và quy mô sản xuất sơn;

- Môi trường sơn và lợi ích kinh tế.

Nguyên liệu sản phẩm chủ yếu là kim loại, chất dẻo và gỗ… Sơn điện di thíchhợp với kim loại, không thể sơn điện di cùng một lúc những kim loại khác nhau,không thể sơn điện di khi sản phẩm là gỗ và chất dẻo Khi sơn tĩnh điện, yêu cầu trên

bề mặt có độ dẫn điện nhất định, chất dẻo và gỗ phải xử lý đặc biệt mới có thể sử dụngphương pháp này

BẢNG 3.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP SƠN THƯỜNG DÙNG

Phương

Phạm vi ứng dụng

Cấ p bậc sơn

Chi phí thiết bị

Quét

Dùng chổi quét thủ công, tínhthực dụng cao, điều kiện làmviệc kém, hiệu quả thấp, độdày không đều, bề ngoài kém

Sơn chi tiết lớn,sản xuất nhỏ đơnchiếc, không dùng

để sơn mau khô

III nhỏ.Rất

Nhúng

Dùng thiết bị tự động nhúngsản phẩm vào trong sơn, hiệusuất cao, dung môi bay hôinhanh, màng sơn có vết, bềngoài không đẹp

Sản phẩm phứctạp, sản xuất hàngloạt có các hìnhdáng khác nhau

III–IV

Trungbình

Phun sơn bằng không khí nén,màng sơn bằng phẳng, sơntiêu hao nhiều

Sản phẩm lớn haynhỏ khi sơn diệntích lớn, hiệu suất

sử dụng sơn cao

I

Trungbình

Phun

sơn tự

động

Dùng thiết bị khống chế đểphun sơn tự động hiệu quảcao nhưng điều chỉnh khókhăn

Dùng cho sảnxuất hàng loạt,sản phẩm có hìnhdáng như nhau

khí

Dùng bơm cao áp, tăng ápsuất sơn 12 – 21,2MPa, sơnphun đến bề mặt sản phẩm,hiệu quả cao, chất lượngmàng tốt dày

Dùng để sơn diệntích lớn, phức tạp,sơn có độ nhớt

Trungbình

Phụ gia nhiệt

cao áp, không

có không khí

Do tác dụng gia nhiệt làmloãng và bơm cao áp, phunsơn độ nhớt cao, sơn 1 lầnđược màng dày, hiệu quả cao,chất lượng màng sơn tốt

Dùng để sơn sảnphẩm diện tíchlớn, phức tạp, sơn

có độ nhớt cao I

Trungbình

Phun tĩnh

điện

Dưới tác dụng của điệntrường cao áp 1 chiều, làmcho hạt sơn mù hóa mangđiện hấp thụ trên bề mặt sảnphẩm, hiệu quả cao, bám chắctốt, thích hợp sản xuất tự

Thích hợp với cácloại sơn, súngphun cố địnhdùng để sơn hàngloạt sản phẩmhình dáng giống

động, những góc của sảnphẩm phức tạp khó được sơn nhau, đơn giản vàmức độ phức tạp

trung bình, súngphun cầm tay sơncác loại sản phẩm

Sơn điện di

Dưới tác dụng điện di củađiện trường làm cho hạt keocủa sơn chuyển động và kếttủa trên bề mặt sản phẩm hiệuquả cao, bám chắc tốt, chấtlượng bề mặt tốt, có thể tựđộng hóa, nước thải thoát ranhiều

Dùng để sơn lótcác loại sản phẩm

II Lớn

Sơn bột

Dùng phương pháp hấp thụtĩnh điện hoặc phương pháplưu hóa làm cho sơn bột bámtrên sản phẩm, màng sơn dày,hiệu quả cao, chất lượngmàng tốt, hiệu quả cao, có thểsản xuất tự động

Dùng để sản xuấthàng loạt, sảnphẩm nhỏ, trung

Sơn dội

Dùng bơm tuần hoàn sơn, sơndội lên bề mặt sản phẩm, hiệuquả cao, tổn thất ít, có thể sảnxuất tự động, độ dày màngsơn không đều

Dùng để sơn lóthàng loạt, sảnphẩm đơn giản III

Trungbình

Sơn màng

Sơn chảy tạo màng phủ trên

bề mặt sản phẩm phẳng, hiệuquả cao, tổn thất ít, có thể tựđộng hóa

Sơn hàng loạt, sảnphẩm phẳng lớn I –

II Lớn

Sơn trục quay

Dùng trục quay để sơn, sửdụng sơn có độ nhớt cao,màng sơn dày, hiệu quả cao,

có thể tự động hóa

Sơn hàng loạt tấmphẳng, tấm cuộn I –

II Lớn

Chú ý cấp bậc sơn:

I – Màng sơn đẹp, bằng phẳng, không có hạt

II – Độ bằng phẳng tương đối tốt, có hạt nhỏ không rõ rệt

III – Màng sơn cho phép có hạt nhỏ tương đối rõ rệt, độ dày không đều, độbằng phẳng bình thường

IV – Có những khiếm khuyết rõ rệt, độ bằng phẳng kém, màu sắc không đều…

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG III

CHƯƠNG IV KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THÉP

so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn Tỷ lệ hòa tan tối đa của cacbon trong sắt là2,06% theo trọng lượng xảy ra ở 11470C Nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hoàtan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn.Pha trộn với cacbon cao hơn sẽ được gang Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắtrèn có rất ít hay không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%

3 Phân loại thép

3.1 Phân loại thép theo thành phần hoá học

Theo tiêu chuẩn Nga thép được phân loại thành thép cacbon và thép hợp kim

a Thép cacbon: chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng sản lượng thép (80-90%) Đối với

thép cacbon có thể phân loại thành:

- Thép chứa ít cacbon: Có hàm lượng cacbon 0,25%, đặc trưng của thép này là

dẻo, dai, nhưng độ bền, độ cứng thấp

- Thép chứa cacbon trung bình: Thành phần cacbon trong thép chiếm từ

0,25-0,6% Thép này có độ bền, độ cứng cao dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọngtĩnh và chịu va đập cao

- Thép chứa nhiều cacbon: Thành phần cacbon trong thép cao hơn 0,6%

(không vượt quá 2,14% ) Thép này dùng để chế tạo các dụng cụ cắt, khuôn dập,dụng cụ đo lường

b Thép hợp kim: có độ bền cao hơn hẳn thép cacbon, nhất là sau khi tôi và ram Đối

với thép hợp kim có thể phân loại thành:

- Thép hợp kim thấp: Thành phần các nguyên tố hợp kim trong thép không vượt

Theo mục đích thì thép được phân thành các nhóm sau:

a Thép kết cấu: Khối lượng lớn nhất, dùng để sản xuất, chế tạo các sản phẩm dùng

trong ngành xây dựng và cơ khí chế tạo máy

b Thép dụng cụ: Cứng và chống mài mòn, vì vậy dùng để sản xuất các dụng cụ cắt,

gọt, dụng cụ đo lường, chế tạo khuôn dập

c Thép theo tính chất vật lý đặc biệt: chẳng hạn như từ việc xác định tính chất từ của

thép hay là hệ số nở dài nhỏ mà ta phân thành: thép kĩ thuật điện…

d Thép theo tính chất hóa học đặc biệt: chẳng hạn như phân thành thép chịu nóng

hay thép bền nóng, thép không gỉ…

3.3 Phân loại thép theo chất lượng thép

Từ sự có mặt của các tạp chất có hại đó là: lưu huỳnh và photpho trong thành phầncủa hỗn hợp thép ta có thể chia nhỏ thành các nhóm sau:

a Thép chất lượng bình thường: Thành phần thép chứa khoảng 0,06% lưu huỳnh và

0,07% photpho trong hỗn hợp, thép được luyện từ lò L – D, năng suất thép cao và giáthành rẻ

b Thép chất lượng tốt: Thành phần thép chứa khoảng 0,035% lưu huỳnh và 0,035%

photpho trong hỗn hợp, thép được luyện từ lò Mactanh và lò điện hồ quang

c Thép chất lượng cao: Thành phần thép chứa khoảng 0,025% lưu huỳnh và 0,025%

photpho trong hỗn hợp, thép được luyện từ lò điện hồ quang dùng nguyên liệu chấtlượng cao

d Thép chất lượng cao đặc biệt: Thành phần thép chứa khoảng 0,015% lưu huỳnh và

0,025% photpho trong hỗn hợp, thép được luyện từ lò điện hồ quang, sau đó được tinhluyện tiếp tục bằng đúc chân không, bằng điện xỉ

3.4 Phân loại thép theo mức oxi hóa

Dựa vào mức oxi từ thép chúng ta phân loại ra các nhóm sau:

a Thép lặng: là thép oxi hóa hoàn toàn, thép này cứng bền, khó dập nguội, không bị

rỗ khí khi đúc, nhưng co lõm lớn, không được đẹp lắm, dùng cho các kết cấu hàn,thấm cacbon

b Thép sôi: là thép oxi hóa kém, thép này mềm, dẻo, dễ dập nguội, không dùng thép

sôi để đúc định hình vì sẽ sinh bọt khí làm giảm chất lượng, ngoài ra cũng không đượcdùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon vì bản chất hạt lớn

c Thép bán lặng: là thép chiếm vị trí trung gian của 2 loại thép trên (thép lặng và thép

sôi), dùng để thay thế cho thép sôi

CHƯƠNG V

ĂN MÒN KIM LOẠI

1 Khái niệm và phân loại ăn mòn

1.1 Khái niệm về ăn mòn

Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm vị trí quan trọng nhất trong

nền kinh tế quốc dân, do có tính hoạt động hóa học cao, chúng bị môi trường tác động làm phá hủy dần gọi là quá trình ăn mòn kim loại.

Ở các nước công nghiệp phát triển, người ta ước tính thiệt hại do ăn mònchiếm khoảng 4,2% tổng sản phẩm quốc dân Thiệt hại sẽ còn lớn hơn nếu tính

cả chi phí cho việc bảo dưỡng, thay thế vật liệu và hậu quả của ăn mòn làm ônhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái

Ở Việt Nam, do khí hậu nóng, ẩm, tỷ lệ vật liệu kim loại sử dụng còn cao

vì vậy thiệt hại do ăn mòn còn có thể lớn hơn

Bảng 3.1 Tỷ lệ thiệt hại phân bố theo các dạng ăn mòn

Các dạng ăn mòn % tỷ lệ thiệt hại

Do vai trò quan trọng của vật liệu kim loại trong quá trình phát triển kinh tế, vấn

đề ăn mòn và bảo vệ chúng luôn luôn được quan tâm ở mức độ cao

1.2 Các cách phân loại ăn mòn

a Phân loại theo cơ chế ăn mòn

Ăn mòn điện hóa

Ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại trong môi trường điện ly, trong đó sựoxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phảnứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa khử còn xảy ra trong phạm

vi rộng, phức tạp hơn Điển hình là các dạng ăn mòn galvanic

Ăn mòn hóa học (ăn mòn trong môi trường khí)

Ăn mòn hóa học là sự ăn mòn kim loại trong môi trường khí, xảy ra do phản ứnghóa học của kim loại với môi trường khí xung quanh có chứa các chất xâm thực

như O2, S2, Cl2… Ví dụ kim loại (Me) khi nung ở nhiệt độ cao trong không khí sẽ

bị oxy hóa theo phản ứng:

b Phân loại theo môi trường ăn mòn

- Ăn mòn trong khí quyển;

- Ăn mòn trong môi trường nước ngọt;

- Ăn mòn trong môi trường nước biển;

- Ăn mòn trong môi trường đất;

- Ăn mòn trong kim loại lỏng…

c Phân loại theo phạm vi ăn mòn

* Ăn mòn đều: Khi tốc độ ăn mòn như nhau trên toàn bộ bề mặt kim loại Loại ăn

mòn này ít nguy hiểm vì ta có thể dự toán trước khi thiết kế các thiết bị

* Ăn mòn cục bộ: Ăn mòn cục bộ là dạng ăn mòn chỉ xảy ra trong phạm vi hẹp.

Tùy theo vị trí và hình thể ăn mòn người ta phân ra:

2.2.1 Tốc độ ăn mòn khối lượng (Pkh.l)

Tốc độ ăn mòn khối lượng được xem là khối lượng kim loại bị mất đi do ăn mòntính trên một đơn vị diện tích bề mặt, trong một đơn vị thời gian:

Pkh.l =

m1, m2 là khối lượng mẫu kim loại trước và sau khi bị ăn mòn, gam;

S là diện tích bề mặt kim loại, cm2;

t là thời gian, ngày;

ρ là khối lượng riêng của kim loại, g/cm3; 365 là số ngày trong một năm.

Nếu tốc độ ăn mòn khối lượng được tính bằng (g/cm2.ngày) thì Ptn đượctính bằng [cm/năm]

Dựa vào tốc độ thâm nhập Ptn, người ta chia kim loại thành ba nhóm:

1 Nhóm các kim loại có Ptn<0,125 mm/năm được coi là rất bền ăn mòn

2 Nhóm các kim loại có Ptn trong phạm vi (0,125 ÷1,25) mm/năm được coi làcác kim loại bền ăn mòn trung bình

3 Nhóm các kim loại có Ptn>1,25 mm/năm được coi là không bền ăn mòn

Ngoài ra, tốc độ ăn mòn có thể được đo bằng mật độ dòng ăn mòn ia/m hoặc theothể tích khí hydro thoát ra…

Tương ứng, người ta cũng chia tốc độ ăn mòn thành các loại: chậm, trung bình vànhanh

Cách phân loại trên chỉ mang tính tương đối vì còn phụ thuộc vào quan hệ giữabản chất của vật liệu và hoạt tính của môi trường Ví dụ, một kim loại được coi làkhông bền ăn mòn trong nước ngọt, với cùng tốc độ ăn mòn ấy, trong nước biểnlại được xem là khá bền Cách phân loại thứ hai đề cập đầy đủ cả vật liệu và môitrường cụ thể

3 Ăn mòn điện hóa

3.1 Thế điện cực

Xét điện cực tại đó xảy ra quá trình oxi hóa khử sau:

Ox + ne Kh hay cặp oxi hóa khử: Ox/Kh

Ví dụ: Zn2+ + 2e Zn; Fe3+ + e Fe…

Công thức Nernst đối với cặp Ox/Kh là:

(1.1)Trong đó: R là hằng số khí, R = 8,314J/mol.K

T là nhiệt độ tuyệt đối (K)

n: số e trao đổi

F: hằng số Faraday, F = 96500 C/mol

:: thếđiện cực tiêu chuẩn của cặp oxi hóa khử Giá trị thế điện

cực chuẩn tra cứu trong bảng 3.2

Nếu đo ở 25oC (298K) thì công thức Nernst viết thành:

Nhìn vào biểu thức (1.1) và (1.2) ta thấy: Thế điện cực phụ thuộc vào bản chấtđiện cực (tức ) và nồng độ của dạng oxi hóa và dạng khử

 Điện cực kim loại: Thanh kim loại không phản ứng với H2O, nhúng vàodung dịch muối chứa ion của kim loại đó.

Phương trình tính giá trị thế điện cực ở 25oC:

 Điện cực oxi hóa khử trong môi trường nước có sự tham gia của H+ hoặc OH-: Khác với điện cực oxi hóa khử đơn giản, điện cực loại này trong thành phần dungdịch không chỉ có chứa chất oxi hóa và chất khử mà còn có mặt thành phần củaaxit H+ hoặc bazơ (OH-) đóng vai trò là môi trường phản ứng

Ví dụ: O2 + 4H+ + 4e 2H2O

Bảng 3.2 Thế điện cực chuẩn cân bằng ở 25 0 của một số phản ứng điện cực

Ăn mòn điện hóa

Thí nghiệm 1:

Nhúng thanh sắt vào dung dịch muối sắt (II) có nồng độ 1M, nhúngthanh đồng vào dung dịch đồng (II) Hai dung dịch này được ngăn cách nhau bởimàng bán ngăn

Hình 3.1 Sơ đồ ăn mòn ganvanic trong hợp kim Fe-Cu

CuSO 4

Cu Fe

FeSO 4

Dây dẫn

Bán ngăn

Khi cân bằng giữa dạng oxi hóa khử được thiết lập thì thế điện cực trên hai điệncực là:

Ta thấy, thế điện cực cân bằng trên điện cực đồng (+ 0,34 (V)) cao hơntrên điện cực sắt (-0,44 (V)) Khi nối hai điện cực này với một dây dẫn, do chênhlệch điện thế nên electron sẽ di chuyển từ điện cực Fe sang điện cực đồng làmphá vỡ cân bằng Tại điện cực Fe do mất electron cân bằng sẽ chuyển dịch vềphía tạo ra Fe2+:

Fe Fe2+ + 2e ; quá trình anốtTrên điện cực đồng xảy ra quá trình:

Cu2+ + 2e Cu ; quá trình catốtHai quá trình này diễn ra đồng thời dẫn đến sự hòa tan ra của sắt tạo ra sắt (II) trong dung dịch, hay nói các khác sắt bị ăn mòn điện hóa

Thí nghiệm 2:

Quan sát các hình vẽ dưới đây gồm các cặp kim loại tiếp xúc với nhau vàcùng tiếp xúc với dung dịch axit HCl

Hình 3.2 Các cặp kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li

Đối với trường hợp 1 cặp Zn-Fe: Do thế điện cực của Zn nhỏ hơn thế

điện cực của sắt nên khả năng nhường electron của Zn mạnh hơn so với Fe Electron trên thanh Zn chuyển sang Fe và cả hai kim loại cùng tiếp xúc với ion

H+ (dung dịch HCl) tại đây xảy ra các quá trình sau:

Zn Zn2+ + 2e; quá trình anốt2H+ + 2e H2 ; quá trình catốtCác quá trình xảy ra làm cho kim loại Zn bị ăn mòn và giải phóng khí hidro

Các cặp kim loại trong các trường hợp còn lại thì thế điện cực của sắt đều thấp hơn so với kim loại sắt tiếp xúc dẫn đến sắt bị ăn mòn

Các thí nghiệm trên là các quá trình ăn mòn điện hóa

Qua các thí nghệm trên ta rút ra các kết luận sau:

 Ăn mòn điện hóa xảy ra khi: