Giáo trình Lắp đặt và sửa chữa máy

Chương 1 Những vấn đề chung

1.1 Sự phát triển của máy móc thiết bị

1.1.1 Sự phát triển về số lượng máy ( tính bằng chiếc máy cá i )

[ 21,22]

1913

1930

1933

1940

1950

1.500

1954

7.500

1958

19.000

1961

58.000 70.000

1964

184.000

102.000

138.000

164.000

1.1.2 . Ða dạng về chủng loại thiết bị .

Máy móc trong các ngành nói chung và trong công nghiệp nói

riêng rất đa dạng : Cơ khí , điện, xây dựng, điện tử, ...

Các loại máy động lực như máy phát điện, máy nổ, ...

Các loại máy nâng chuyển, vận chuyển,...

Máy có các chức năng công nghệ khác nhau : máy tiện, phay,

bào,...

Máy tạo lực : máy búa, máy ép,...

1.1.3 Sự phát triển về độ phức tạp và hiện đại

Kích thước của các chi tiết máy có 2 xu hướng thu gọ và lớn.

Tuy nhiên xu thế thu gọn kích thước nhưng có công suất cao hơn

vẫn chiếm ưu thế hơn.

KÝch th−íc

®−îc thu gän

KÝch th−íc chi tiÕt

Về kích thước

m¸y lín

Về cấu tạo

c¸c vi m¹ch

KÕt cÊu ®¬n gi¶n

KÕt cÊu tæ hîp

Mức độ hiện đại :

M¸y tù ®éng cã sù hæ

trî cña m¸y tÝnh,

CAD/CAM, m¸y CNC

M¸y cæ

®iÓn,

truyÒn

thèng

D©y chuyÒn s¶n

xuÊt tù ®éng

C.I.M

M¸y b¸n

tù ®éng, tù

®éng

CAM : Computer Aided manufactoring

CNC- Machine with Computerised Numeric Control

CIM - Computer intergrated Manufactoring

2

Sơ đồ tóm tắt các mối liên hệ giữa các bộ phận của máy

Cơ cấu điều khiển C/C Kiểmtra

Nguồn Năng lượng

cấu chấp hành

Hệ thống biến đổi động lực

Cơ

( Cơ cấu công tác

)

- HÖ thèng c«ng nghÖ s¶n xuÊt

- An toµn L§ vµ vÖ sinh m«i

tr−êng

• VÞ trÝ mÆt b»ng SX

• NÒn mãng m¸y

1. 2 Một số khái niệm về máy và chi tiết máy

Máy móc là một hệ thống các chi tiết máy và cơ cấu để thực

hiện những chức năng nhất định. Chi tiết máy và cụm chi tiết máy

hay các cơ cấu là những phần tử lắp ráp thành máy .

1.2.1 Chi tiết máy

Chi tiết máy là một vật thể độc lập không có những liên kết

khác. Nó được chế tạo từ một vật thể với cùng loại vật liệu. Chi tiết

máy là phần tử đơn giản nhất để tạo nên các cụm chi tiết máy.

• Các chi tiết đơn giản : then, chốt, con cóc, vít, êcu, bulông,...

• Chi tiết phức tạp :

- Trục : Trục thẳng, trục khuỷu, trục bậc, trục rổng, trục đặc,

...

- Bánh răng các loại :(thẳng, côn, nghiêng, bánh răng chữ V,

...)

1.2.2 Cụm chi tiết thường có từ 2 chi tiết máy trở lên và tạo nên cơ

cấu máy hay các bộ phận của máy .

• Bulông đai ốc, vít me đai ốc, khớp nối, bộ đảo chiều, bộ phanh, ổ

bi,...

3

• Cơ cấu là tập hợp các chi tiết và các khâu có liên hệ với nhau và

thực hiện những dạng chuyển động nhất định : cơ cấu cu lít, cơ

cấu an toàn,

1.2.3 Modun là một tổ hợp các chi tiết được lắp ghép độc lập

nhau, sau đó lắp lại thành máy hoàn chỉnh. Khi cần thay thế,

sửa chữa thì phải thay luôn cả bộ modun đó. Ðó là các modun

trong TV, Máy vi tính, ...

1.3 Các loại chuyển động :

• Chuyển động đơn : chuyển động quay tròn, thẳng, tịnh tiến,

liên tục, gián đoạn ,...

• Chuyển động kết hợp : quay + tịnh tiến,...

1.4 Các truyền động trong máy :

• Truyền động đơn, theo nhóm, thuỷ lực, khí nén...

• Truyền động cứng : bánh răng, đai, trục vít,

• Truyền động qua các khớp nối,...

1.5 Các loại mối lắp :

a. Mối lắp cố định là mối lắp ghép mà vị trí tương đối giữa các chi tiết

không đổi

Mỗi lắp cố định tháo được và mối lắp cố định không tháo được

• Mối lắp cố định tháo được như mối lắp ren, chêm, chốt, then

• Mối lắp ghép cố định không tháo đuợc là các loại mối lắp cố định tán

hàn ép nóng , ép nguội và dán các loại mối lắp này thường gặp trong kỹ

thuật vỏ tầu thuỷ vỏ máy bay, cầu, phà

b. Mối lắp di động là các mối ghép mà các chi tiết có khả năng chuyển

động tương đối với nhau . Nó cũng được phân thành hai loại mối lắp di

động : mối ghép di động tháo được và không tháo được.

1.6 Phân loại thiết bị máy móc

1.6.1 Phân loại thiết bị theo chức năng

Máy phát điện: Biến nhiệt năng, cơ năng thành điện

năng.

Ðộng cơ / Biến nhiệt điện năng thành cơ năng

Máy nông cụ, dụng cụ -

Thiết bị

Máy thi hành các chức năng công nghệ: máy tiện, phay

, bào,

máy móc máy rèn, máy hàn, ...

4

M¸y vËn chuyÓn

ThiÕt bÞ n©ng h¹

- B¨ng t¶i, xe «t« ...

- CÈu , cÇn trôc, CÇu trôc,

- Xe n©ng, kÝch,

ThiÕt bÞ t¹o lùc

- M¸y Ðp, m¸y dËp, ...

. . .

Ngoµi ra ng−êi ta cßn ph©n lo¹i dùa theo chøc n¨ng c«ng nghÖ, ®é chÝnh

x¸c, møc ®é v¹n n¨ng, møc ®é c¬ khÝ ho¸, tù ®éng ho¸, theo c¸c chøc n¨ng

kh¸c nh− : thiÕt bÞ nghiªn cøu, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm,...

1.6.2 Ph©n lo¹i theo khèi l−îng : Lo¹i nhÑ , võa, nÆng, rÊt

nÆng,...

1.6.4 Ph©n lo¹i theo ®é chÝnh x¸c: ChÝnh x¸c th−êng, rÊt chÝnh

x¸c , siªu tinh x¸c,...

1.6.5. Ph©n lo¹i theo møc ®é c¬ khÝ ho¸ & tù ®éng ho¸ :

M¸y tù ®éng, m¸y b¸n tù ®éng,... M¸y ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh

Ph©n lo¹i theo c¸c c¬ cÊu ®iÓn h×nh cña m¸y : Nh− m¸y Ðp trôc khuûu, m¸y

c¸n ren, m¸y Ðp ma s¸t. Theo c¸c c¬ cÊu riªng biÖt : Phanh, ®¶o chiÒu, c¬

cÊu an toµn, b¸nh lÖch t©m, ...

1.7 Nhu cÇu vÒ l¾p ®Æt vµ söa ch÷a m¸y

• Nhu cÇu l¾p ®Æt khi chÕ t¹o c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ

• Nhu cÇu th¸o l¾p khi di chuyÓn ®Õn n¬i míi , thö m¸y vµ vËn hµnh

m¸y,...

• Nhu cÇu th¸o vµ l¾p khi söa ch÷a phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y.

• Nhu cÇu phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y bÞ h− háng hay bÞ mµi mßn sau mét

thêi gian vËn hµnh.

• Nhu cÇu kiÓm tra , b¶o d−ëng m¸y, ...

• Nhu cÇu bæ sung, trang bÞ míi, hiÖn ®¹i ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.

5

Ch−¬ng 2 c¸c tr¹ng th¸i kü thuËt cña m¸y

2.1 Kh¸i niÖm vÒ söa ch÷a vµ th¸o l¾p th¸o m¸y

2.1.1 Kh¸i niÖm vÒ chÕ t¹o vµ söa ch÷a

• Qu¸ tr×nh chÕ t¹o lµ mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bao gåm chÕ t¹o tõng chi

tiÕt sau ®ã l¾p r¸p thµnh bé phËn hay thµnh m¸y. §Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt

m¸y còng cÇn qua nhiÒu c«ng ®o¹n, nhiÒu nguyªn c«ng. Trong mçi qu¸

tr×nh ®ã còng cã thÓ cÇn ph¶i th¸ovµ l¾p r¸p chóng.

• Qu¸ tr×nh söa ch÷a còng lµ mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Söa ch÷a cã thÓ lµ

b¶o qu¶n, b¶o d−ìng, söa ch÷a c¸c h− háng, phôc håi l¹i kÝch th−íc hoÆc

n©ng cao chÊt l−îng chi tiÕt,...

2.1.2 Kh¸i niÖm vÒ th¸o l¾p m¸y

Qu¸ tr×nh th¸o vµ l¾p m¸y còng lµ mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ ph¶i tu©n

thñ theo nh÷ng quy ®Þnh vµ tr×nh tù nhÊt ®Þnh. Th¸o vµ l¾p m¸y cã mèi quan

hÖ chÆt chÏ víi qu¸ tr×nh chÕ t¹o vµ söa ch÷a phôc håi m¸y vµ c¸c chi tiÕt m¸y.

Khi th¸o rêi th× cã thÓ tiÕn hµnh th¸o theo côm, theo tõng bé phËn tõ ®ã th¸o

rêi c¸c chi tiÕt. L¾p r¸p lµ qu¸ tr×nh ng−îc l¹i cña qu¸ tr×nh th¸o m¸y, tøc lµ

xuÊt ph¸t tõ chi tiÕt råi l¾p thµnh côm hay bé phËn, sau ®ã l¾p thµnh m¸y hoµn

chØnh.

2-2 Mét sè kh¸i niÖm vÒ c¸c tr¹ng th¸i kü thuËt

cña m¸y.

2.2.1 Dù tr÷ kü thuËt : Lµ kho¶ng thêi gian b¾t ®Çu lµm viÖc ngay sau

khi söa ch÷a cho ®Õn thêi h¹n cho phÐp .

2.2.2 Thêi h¹n lµm viÖc lµ kho¶ng thêi gian cho phÐp m¸y lµm viÖc ®¶m

b¶o yªu cÇu kü thuËt, sau thêi gian ®ã ph¶i tiÕn hµnh söa ch÷a ®Þnh kú

hay phôc håi l¹i tuú theo yªu cÇu cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ.

2.2.3 Thêi gian ®· vËn hµnh - thêi gian m¸y ®· lµm viÖc theo nh÷ng

yªu cÇu kü thuËt víi c«ng suÊt thiÕt kÕ. Thêi gian ®· vËn hµnh cã thÓ

®−îc ®¸nh gi¸ b»ng khèi l−îng c«ng viÖc ®· lµm th«ng qua tæng thêi

gian tÝnh theo giê, KWh, ...

2.2.4 Tuæi thä : lµ thêi gian mµ chi tiÕt gi÷ nguyªn kh¶ n¨ng lµm viÖc,

®¶m b¶o c¸c ®Æc tr−ng kü thuËt cho ®Õn khi cÇn ph¶i ®i söa ch÷a.

2.2.5 §é tin cËy vµ tÝnh æn ®Þnh cña m¸y lµ c¸c tÝnh chÊt cña chi

tiÕt m¸y thùc hiÖn nh÷ng chøc n¨ng nhiÖm vô ®· ®Þnh trong thêi gian

lµm viÖc tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn vËn hµnh, b¶o qu¶n, söa ch÷a vµ vËn

chuyÓn.

a. §é tin cËy: Lµ tËp hîp c¸c tÝnh chÊt phô thuéc vµo chøc n¨ng cña chi

tiÕt, côm chi tiÕt hay cña m¸y nh− :

6

• §é bÒn, ®é bÒn l©u,...

• VËn tèc chuyÓn ®éng, vËn tèc lµm viÖc, ...

• Møc tiªu thô n¨ng l−îng (møc tiªu hao nhiªn liÖu trong giíi h¹n cho

phÐp),...

• ChÊt l−îng c«ng viÖc, chÊt l−îng cña s¶n phÈm ®−îc lµm ra, ...

b. TÝnh æn ®Þnh cña m¸y lµ kh¶ n¨ng lµm viÖc b×nh th−êng, kh«ng cã

sù thay ®æi so víi nh÷ng yªu cÇu ®· ®Ò ra.

2.2.6 Sù hoµn h¶o vµ kh«ng hoµn h¶o cña m¸y

+ M¸y hoµn h¶o

Lµ tr¹ng th¸i cña m¸y tho¶ m¶n víi tÊt c¶ c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ò ra vµ

cho phÐp lµm viÖc liªn tôc kh«ng x¶y ra sù cè.

+ M¸y kh«ng hoµn h¶o:

ThÓ hiÖn sù kh«ng hoµn chØnh, kh«ng tho¶ m¶n c¸c yªu cÇu kü thuËt ®·

®Ò ra. Khi ®ã m¸y cã thÓ mÊt kh¶ n¨ng lµm viÖc, cã kh¶ n¨ng sinh ra sù cè,...

a. Kh«ng hoµn h¶o cã thÓ cã :

• Kh«ng hoµn h¶o trong tõng bé phËn, tõng chi tiÕt : khuyÕt tËt trong c¸c chi

tiÕt, trong c¸c liªn kÕt; kh«ng ®¶m b¶o ®é bÒn bÒn cÇn thiÕt theo yªu cÇu,

...

• Kh«ng hoµn h¶o trong tõng côm chi tiÕt : ®é l¾p lÉn kh«ng tèt (láng, bÞ r¬

hoÆc qu¸ chÆt,... ) ; mÊt tÝnh cøng v÷ng trong mèi liªn kÕt;

b. Sai lÖch khi l¾p r¸p

• Kh«ng ®ång trôc, kh«ng vu«ng gãc, vªnh, nghiªng, kh«ng ®èi xøng, ...;

• Sai vÞ trÝ; Sai lÖch vÒ kho¶ng c¸ch;

c. Sai lÖch gi÷a hai bÒ mÆt tiÕp xóc

• Kh«ng ®¶m b¶o ®óng diÖn tÝch tiÕp xóc cÇn thiÕt trong bé ly hîp ma s¸t

• Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 b¸nh r¨ng kh«ng ®óng nh− thiÕt kÕ lµm cho b¸nh r¨ng

bÞ mßn kh«ng ®Òu lµm cho c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc bÞ sai lÖch,...

• Sù tiÕp xóc gi÷a hai b¸nh r¨ng kh«ng khíp, nghiªng, lÖch, ...

• Kh«ng kÝn, c¸c van tiÕp xóc kh«ng tèt : sup¸p, van khÝ, Piston-xylanh,...

• Hai bÒ mÆt kh«ng song song, kh«ng vu«ng gãc, ...

d. Sù sai lÖch do bÞ låi trªn c¸c bÒ mÆt

Nguyªn nh©n :

• Do bÞ va ®Ëp

• Do sù tÝch tô c¸c phÇn bÞ mµi mßn (c«n xe ®¹p bÞ bi Ðp);

• Do sù tÝch tô dÇu më, c¸c chÊt cÆn b· bÞ kh« qu¸nh l¹i (vÝ dô c¸c vßng bi

l©u ngµy kh«ng b¶o qu¶n tèt)...

• Do c¸c s¶n phÈm ch¸y tÝch tô l¹i, do bÒ m¹t bÞ gØ,...

C¸c nguyªn nh©n trªn sÏ lµm cho chÕ ®é lµm viÖc bÞ sai lÖch, lµm cho

qu¸ tr×nh truyÒn dÉn nhiÖt bÞ thay ®æi; kÕt qña lµ h×nh d¹ng, kÝch th−íc chi tiÕt

7

bÞ thay ®æi. HiÖn t−îng nµy lµm ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng l¾p r¸p, kh¶ n¨ng lµm

viÖc cña c¸c chi tiÕt m¸y vµ m¸y.

e. Sù biÕn d¹ng vµ sù ph¸ huû

Khi lµm viÖc nhiÒu chi tiÕt chÞu t¸c dông l©u dµi cña lùc (lùc ma s¸t, lùc

uèn,... ) nhiÖt ®é t¨ng cao, ... KÕt qu¶ g©y nªn sù biÕn d¹ng; lµm cho chi tiÕt bÞ

sai lÖchkhi l¾p r¸p, lµm cong trôc, vªnh, d·o (c¸nh tuèc bin) , thËm chÝ g©y ra

sù ph¸ huû chi tiÕt m¸y : gÉy, vì, r¹n, nøt chi tiÕt (vÝ dô : bi, c«n xe ®¹p, ...).

2.2.7 TÝnh söa ch÷a

Söa ch÷a lµ tËp hîp c¸c nguyªn c«ng cã kh¶ n¨ng phôc håi tuæi thä,

phôc håi tÝnh hoµn h¶o, phôc håi kh¶ n¨ng lµm viÖc cña m¸y.

• TÝnh söa ch÷a thÝch øng lµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu cho phÐp ph¸t hiÖn

vµ phßng ngõa c¸c nguyªn nh©n h− háng vµ cho phÐp b¶o d−ìng, söa ch÷a

m¸y.

• TÝnh b¶o toµn : lµ tÝnh chÊt kh«ng lµm thay ®æi kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ

kh¶ n¨ng m¸y ch¹y hoµn h¶o.

2.3 C¸c giai ®o¹n lµm viÖc cña m¸y

• Giai ®o¹n ch¹y thö kh«ng t¶i Cho m¸y ch¹y ë tr¹ng th¸i ch−a

mang t¶i.

• Giai ®o¹n ch¹y thö cã t¶i theo c¸c møc ®é kh¸c nhau : ch¹y thö

non t¶i, ch¹y thö ®Çy t¶i, ch¹y thö qu¸ t¶i an toµn, ...

• Giai ®o¹n c«ng t¸c víi tuæi thä b×nh th−êng m¸y lµm viÖc víi t¶i

träng ®· ®Þnh.

• Giai ®o¹n h− háng cÇn söa ch÷a vµ phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y ®Ó phôc

håi kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ kÐo dµi tuæi thä cña m¸y.

2.4 Sù h− háng cña c¸c chi tiÕt m¸y

Khi chÕ t¹o, l¾p r¸p, vËn hµnh söa ch÷a, cã thÓ x¶y ra c¸c h− háng tõng

phÇn hay toµn bé chi tiÕt. Th«ng th−êng h− háng x¶y ra trªn c¸c bÒ mÆt lµm

viÖc, bÒ mÆt tiÕp xóc.

2.4.1 C¸c bÒ mÆt lµm viÖc

BÒ mÆt lµ biªn giíi cña 2 pha kh¸c nhau. ë ®©y bÒ mÆt lµ ranh giíi cña vËt

thÓ víi m«i tr−êng xung quanh. Ng−êi ta ®−a ra 2 kh¸i niÖm vÒ bÒ mÆt :

• BÒ mÆt h×nh häc lµ bÒ mÆt ®−îc biÓu thÞ b»ng b¶n vÏ chi tiÕt. §©y lµ

bÒ mÆt danh nghÜa mang nhiÒu tÝnh chÊt lý t−ëng.

• BÒ mÆt thùc tÕ hay cßn gäi lµ bÒ mÆt kü thuËt. Kh¸i niÖm nµy

kh«ng chØ hµm ý vÒ h×nh häc mµ cßn liªn quan ®Õn tÝnh chÊt cña líp kim

lo¹i d−íi bÒ mÆt. ChÊt l−îng bÒ mÆt ®−îc ®Æc tr−ng bëi 3 yÕu tè : d¹ng h×nh

häc, chÊt l−îng cña bÒ mÆt biªn giíi vµ chÊt l−îng líp d−íi bÒ mÆt.

8

C¸c bÒ mÆt kü thuËt cã thÓ ph©n lo¹i nh− h×nh 2-1 [14]

BÒ mÆt kü thuËt

BÒ mÆt chÞu t¶i

BÒ mÆt kh«ng chÞu t¶i

BÒ mÆt kh«ng

ho¹t ®éng

ChÞu t¸c dông c¬

häc

ChÞu t¸c dông ho¸

lý(m«i tr−êng,...

BÒ mÆt tù do

BÒ mÆt ho¹t

®éng

ChÞu t¸c dông ho¸ häc

BÒ mÆt trang trÝ

BÒ mÆt tiÕp xóc

ChÞu t¸c dông nhiÖt

ChÞu t¸c dông ch¸y

BÒ mÆt l¾p

ghÐp

BÒ mÆt chÞu t¶i träng tÜnh

(BÒ mÆt l¾p ghÐp)

BÒ mÆt chÞu t¶i träng ®éng

• BÒ mÆt chÞu ma s¸t

• BÒ mÆt chuyÓn ®éng

BÒ mÆt chÞu t¶i träng va

®Ëp (kh«ng quy luËt)

BÒ mÆt chÞu t¶i

träng chu kú

BÒ mÆt l¨n

BÒ mÆt tr−ît

H×nh 2-1 S¬ ®å ph©n lo¹i c¸c bÒ mÆt kü thuËt

9

2.4.2 Nguyªn nh©n h− háng ®−îc ph©n ra : H− háng do chÕ t¹o, h−

háng do vËn hµnh vµ h− háng do chÊt l−îng vËt liÖu, ...

H− háng do vËn hµnh lµ nguyªn nh©n chñ yÕu g©y nªn c¸c h− háng m¸y. H−

háng do vËn hµnh ®−îc chia ra lµm 3 nhãm chÝnh :

• H− háng do mßn ( mßn ®Òu, mßn kh«ng ®Òu sinh ra « van vµ ®é c«n, c¸c

vÕt x−íc nhá vµ c¸c vÕt x©y x¸t. D¹ng h− háng nµy cã liªn quan víi ma s¸t.

• H− háng c¬ häc ( nøt, thñng, x−íc thµnh r¶nh, trãc, gÉy, biÕn d¹ng do t¸c

dông c¬ häc g©y nªn cong, vªnh, xo¾n, ...

• H− háng ho¸ nhiÖt : ¨n mßn, bÞ ræ, bÞ biÕn d¹ng do nhiÖt ®é,...

2.4.3 Ph©n lo¹i mßn

§Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh h− háng c¬ häc lµ sù mµi mßn. §Æc trung cho sù

t¸c dông ho¸ lý gäi lµ ¨n mßn (hay sù gØ). Mßn nãi chung ®−îc ph©n lo¹i thµnh 3

lo¹i :

a- Mßn c¬ häc (cßn cã tªn gäi mµi mßn) lµ d¹ng mßn do c¸c t¸c dông

c¬ häc. §©y lµ d¹ng h− háng do va ch¹m, mµi mßn do trãc dÝnh, do sù ph¸ huû

c¸c bÒ mÆt liªn quan ®Õn sù hao mßn vËt liÖu. C¸c giai ®o¹n mµi mßn ®−îc

biÓu thÞ nh− h×nh 2-2

§é mµi

mßn

II

III

I

H×nh 2-2 S¬ ®å c¸c giai ®o¹n mµi mßn c¬ häc

I - Giai ®o¹n b¾t ®Çu mµi mßn ( Giai ®o¹n khi m¸y b¾t ®Çu lµm viÖc)

II - Giai ®o¹n mµi mßn ®· b·o hoµ ( Giai ®o¹n x¶y ra mµi mßn khi m¸y

lµm viÖc b×nh th−êng.

III - Giai ®o¹n mµi mßn ph¸t triÓn nhanh ( mµi mßn do sù cè, mµi mßn

®· ph¸t triÓn ®Õn møc ph¶i lo¹i bá chi tiÕt.

b - Mßn d−íi t¸c dông cña m«i tr−êng. Mßn do dßng chÊt láng, dßng

khÝ hoÆc ho¸ chÊt. Mßn d¹ng nµy cã thÓ do c¸c chÊt trªn hoµ tan khuyÕch t¸n hay

thÈm thÊu theo thêi gian vµo chi tiÕt m¸y; còng cã thÓ do t¸c dông ho¸ häc, do c¸c

t¸c dông cña ¸p lùc cã chu kú hoÆc kh«ng chu kú tiÕp xóc víi chi tiÕt... C¸c d¹ng

mßn trªn ®−îc gäi lµ ¨n mßn kim lo¹i. Dùa theo m«i tr−êng cã chÊt ®iÖn ly hay

kh«ng mµ ng−êi ta chia ra : ¨n mßn ho¸ häc vµ ¨n mßn ®iÖn ho¸.

c - D¹ng thø 3 lµ d¹ng kÕt hîp c¶ c¬ häc vµ ¨n mßn vËt liÖu d−íi t¸c dông cña

c¸c m«i tr−êng.

D¹ng mµi mßn (mßn c¬ häc) th−êng xuÊt hiÖn trªn c¸c bÒ mÆt kh« tiÕp

xóc cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau, ®Æc biÖt c¸c bÒ mÆt l¾p ghÐp qu¸ chÆt, ma

10

s¸t lín, ... Mßn c¬ häc xuÊt hiÖn khi cã chuyÓn ®éng cña kim lo¹i trªn kim lo¹i

hay cã m«i tr−êng c¸c chÊt phi kim lo¹i chuyÓn ®éng trªn nã.

Trong thùc tÕ ng−êi ta ph©n mßn c¬ häc ra c¸c lo¹i nh− sau:

a. Sù ph¸ huû bÒ mÆt do trãc dÝnh (trãc lo¹i 1)

Do ma s¸t h×nh thµnh c¸c mèi liªn kÕt côc bé, g©y biÕn d¹ng vµ ph¸ háng

mèi liªn kÕt ®ã (qu¸ t¶i côc bé). XuÊt hiÖn chñ yÕu ë ma s¸t tr−ît, tèc ®é dÞch

chuyÓn nhá, thiÕu b«i tr¬n lµm ¸p suÊt côc bé t¨ng qu¸ giíi h¹n ch¶y.

b- Sù ph¸ huû bÒ mÆt do trãc nhiÖt (trãc lo¹i 2 hay mµi mßn

nhiÖt)

Do ma s¸t nhiÖt ®é t¨ng ®¸ng kÓ h×nh thµnh c¸c mèi liªn kÕt côc bé, g©y

biÕn d¹ng dÎo råi ph¸ háng mèi liªn kÕt Êy (qu¶ t¶i nhiÖt). D¹ng nµy xuÊt hiÖn

chñ yÕu do chuyÓn dÞch t−¬ng ®èi lín vµ ¸p lùc riªng p t¨ng, cÊu tróc kim lo¹i x¶y

ra hiÖn t−îng kÕt tinh l¹i, ram, t«i côc bé. Trãc lo¹i 2 cßn tuú thuéc vµo ®é bÒn,

tÝnh dÉn nhiÖt, ®é cøng cña vËt liÖu ...

c. Sù ph¸ huû do mâi Theo [14] ®©y lµ d¹ng mµi mßn ræ hay pitting.

Do t¸c ®éng cña øng suÊt biÕn ®æi chu kú, øng suÊt t¨ng lªn vµ lín h¬n giíi

h¹n ®µn håi. HiÖn t−îng nµy x¶y ra do mèi liªn kÕt ma s¸t kh«ng liªn tôc, nã x¶y

ra trong tõng phÇn cña cña bÒ mÆt tiÕp xóc. Ph¸ huû do mâi th−êng gÆp ë nh÷ng

bÒ mÆt cã nøt tÕ vi, vÕt lám s©u, ®é bãng thÊp hoÆc kh«ng ®ång ®Òu. D¹ng mßn

nµy th−êng x¶y ra khi cã ma s¸t l¨n, trªn bÒ mÆt cña æ l¨n vµ æ tr−ît, trªn bÒ mÆt

cña b¸nh r¨ng,...

d Ph¸ huû bÒ mÆt do xãi mßn kim lo¹i (Mßn do t¸c dông cña m«i

tr−êng c¸c dßng ch¶y). Lµ sù ph¸ huû c¸c bÒ mÆt do lùc t¸c dông va ®Ëp vµ lËp l¹i

nhiÒu lÇn hoÆc thêi gian kÐo dµi, ¸p lùc lín cña dßng chÊt láng, dßng khÝ, dßng

chuyÓn ®éng cña bét mµi, sù phãng ®iÖn hoÆc chïm tia n¨ng l−îng ... chóng lµm

cho qu¸ tr×nh mßn do ma s¸t phøc t¹p thªm.

e. Ph¸ huû bÒ mÆt do hiÖn t−îng fretting [7]

Qu¸ tr×nh fretting ®−îc ®Æc tr−ng

• Bëi sù cã mÆt cña c¸c chuyÓn vÞ nhá (b¾t ®Çu cã trÞ sè lín h¬n kho¶ng

c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö;

• Bëi sù ®Æc tÝnh ®éng cña t¶i träng;

• Bëi sù « xy ho¸ trong kh«ng khÝ lµm t¹o ra c¸c s¶n phÈm bÞ ¨n mßn;

• Mét sè nhµ khoa häc cßn cho r»ng qu¸ tr×nh fretting cßn do trãc g©y nªn

thÓ hiÖn râ nhÊt ë nh÷ng chç tiÕp xóc.

• Lµ hiÖn t−îng ph¸ huû bÒ mÆt do trãc, gØ do sù «xy ho¸ ®éng, x¶y ra do

tæng hîp cña nhiÒu yÕu tè: ma s¸t, ¸p lùc, ®é dÞch chuyÓn bÒ mÆt tiÕp

xóc nhá, nhÊt lµ ë ®iÒu kiÖn vËn tèc (v) lín, ¸p lùc cao (p), nhiÖt ®é (t⁰)

cao. Muèn gi¶m hiÖn t−îng nµy ta cÇn gi¶m vËn tèc (v), ¸p lùc (p), nhiÖt

®é (T^o).

f. Sù ph¸ huû bÒ mÆt do ¨n mßn kim lo¹i:

11

¡n mßn lµ sù ph¸ huû kim lo¹i do t−¬ng t¸c ho¸ häc, ®iÖn ho¸ hoÆc sinh

ho¸ cña kim lo¹i víi m«i tr−êng. Qu¸ tr×nh ¨n mßn kÌm theo sù « xy ho¸ bÒ mÆt

kim lo¹i ®Ó t¹o thµnh hîp chÊt ho¸ häc cña kim lo¹i (oxit, hydroxit, cacbonat,...).

g. Sù ph¸ huû bÒ mÆt do ¨n mßn ®iÖn : Sù ph¸ háng bÒ mÆt do t¸c

dông phãng ®iÖn khi cã dßng ®iÖn ®i qua : cæ gãp, chæi than, c¸c c¬ cÊu ®ãng vµ

ng¾t ®iÖn,...

2.5. ¨n mßn kim lo¹i [8, 9, 15]

2.5.1 CÊu t¹o cña kim lo¹i vµ ¶nh h−ëng cña nã ®Õn qu¸

tr×nh ¨n mßn:

CÊu t¹o cña kim lo¹i cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i. ë

®iÒu kiÖn b×nh th−êng kim lo¹i vµ hîp kim ®Òu ë tr¹ng th¸i r¾n, cã ¸nh kim, dÉn

nhiÖt, dÉn ®iÖn, tÝnh c«ng nghÖ tèt,... Kim lo¹i cã cÊu t¹o m¹ng tinh thÓ, c¸c

nguyªn tñ ®−îc s¾p xÕp theo mét thø tù nhÊt ®Þnh. Gi÷a chóng cã kho¶ng c¸ch.

C¸c ion nguyªn tö trong kim lo¹i kh«ng chuyÓn ®éng hçn lo¹n mµ nã chØ dao

®éng xung quanh mét vÞ trÝ c©n b»ng. Mèi liªn kÕt trong kim lo¹i vÒ b¶n chÊt th×

gièng mèi liªn kÕt céng ho¸ trÞ. Nh−ng cã ®iÓm kh¸c lµ c¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ trong

kim lo¹i kh«ng chØ dïng riªng cho 1 cÆp liªn kÕt ®øng gÇn nhau mµ dïng chung

cho toµn bé khèi kim lo¹i. C¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ sau khi t¸ch khái nguyªn tö kim lo¹i

th× chuyÓn ®éng hçn lo¹n, nã ®i tõ quü ®¹o cña nguyªn tö nµy sang quü ®¹o cña

nguyªn tö kh¸c t¹o thµnh líp m©y ®iÖn tö. Mèi liªn kÕt ®Æc biÖt ®ã gäi lµ liªn kÕt

kim lo¹i. Tuy nhiªn trong kim lo¹i cßn tån t¹i d¹ng liªn kÕt céng ho¸ trÞ. Hai d¹ng

nµy cã kh¶ n¨ng chuyÓn ho¸ cho nhau.

2.5.2 Sù ¨n mßn kim lo¹i

¡n mßn kim lo¹i lµ hiÖn t−îng tù ¨n mßn vµ ph¸ huû bÒ mÆt dÇn dÇn cña

c¸c vËt liÖu kim lo¹i do t¸c dông ho¸ häc hoÆc t¸c dông ®iÖn ho¸ gi÷a kim lo¹i víi

m«i tr−êng bªn ngoµi [6].

Kh¸i niÖm gØ kim lo¹i chØ dïng cho sù ¨n mßn s¾t hay hîp kim trªn c¬ së

s¾t víi sù t¹o thµnh s¶n phÈm ¨n mßn chñ yÕu gåm hydroxýt bÞ hydrat ho¸.

Kh¶ n¨ng ph¸t sinh ¨n mßn phô thuéc nhiÒu yÕu tè cña vËt liÖu kim lo¹i,

tÝnh chÊt m«i tr−êng, nhiÖt ®é, thêi gian, ¸p lùc.

Ph©n lo¹i ¨n mßn

a - Dùa theo qu¸ tr×nh ¨n mßn ¨n mßn ®−îc chia ra :

1. ¨n mßn ho¸ häc

2. ¨n mßn ®iÖn ho¸.

b/ Dùa theo m«i tr−êng Tuú theo m«i tr−êng ng−êi ta chia ra :

1. ¡n mßn trong khÝ : «xy, khÝ sunfuar¬, khÝ H₂S,...

2. ¡n mßn trong kh«ng khÝ : ¡n mßn trong kh«ng khÝ −ít, ¨n mßn trong

kh«ng khÝ Èm, ¨n mßn trong kh«ng khÝ kh«.

3. ¡n mßn trong ®Êt.

4. ¡n mßn trong chÊt láng (kiÒm, axit, muèi,...

Nh− vËy : D¹ng ¨n mßn x©m thùc lµ do sù chuyÓn ®éng tiÕp xóc gi÷a

c¸c bÒ mÆt vËt r¾n vµ dßng chuyÓn ®éng cña c¸c chÊt láng, chÊt khÝ. (¨n mßn

12

ho¸ häc); D¹ng ¨n mßn do tiÕp xóc víi c¸c m«i chÊt nh− a xit, baz¬ vµ cã t¸c

nh©n ®iÖn gäi lµ ¨n mßn ®iÖn ho¸ . Kim lo¹i ®en: nh− thÐp, gang bÞ ¨n mßn

m¹nh nhÊt. Thang ¨n mßn ®−îc xÕp theo b¶ng 2-1

b - Ph©n lo¹i møc ®é chÞu ¨n mßn cña vËt liÖu

B¶ng 2 - 1

Nhãm chÞu ¨n

mßn

ChØ sè ¨n mßn s©u

mm/n¨m

Thang

Cùc kú bÒn

RÊt bÒn

< 0,001

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,001 - 0,005

0,005 - 0,010

0,01 - 0,05

0,05 - 0,10

0,1 - 0,5

0,5 - 1,0

1,0 - 5,0

5 - 10

Lín h¬n 10

BÒn

Kh¸ bÒn

KÐm bÒn

Kh«ng bÒn

10

§a sè kim lo¹i ®Òu bÞ ¨n mßn (bÞ rØ) khi tiÕp xóc víi m«i tr−êng , mét sè rÊt

Ýt bÞ rØ h¹n chÕ hoÆc líp rØ cã kh¶ n¨ng tù b¶o vÖ lÊy nã. Kh¶ n¨ng ph¸t sinh ¨n

mßn phô thuéc nhiÒu yÕu tè: lo¹i kim lo¹i, tÝnh chÊt m«i tr−êng, nhiÖt ®é, thêi

gian, ¸p lùc.

VÝ dô:

• Mg: bÞ gØ nhanh trong kh«ng khÝ, nh−ng kh«ng rØ trong m«i tr−êng n−íc biÓn

• Al: cã kh¶ n¨ng chèng gØ ë m«i tr−êng kh«ng khÝ, nh−ng dÔ bÞ ph¸ huû ë m«i

tr−êng kiÒm.

• Cr: chèng gØ ®èi víi axÝt v« c¬ nh−ng dÔ gØ trong axit h÷u c¬ ( axit axetÝc,

H₂S...)

• ThÐp Cr - Ni: Cã kh¶ n¨ng chÞu ®−îc m«i tr−êng axit chua.

• Zn ( kÏm): Chèng gØ tèt m«i tr−êng n−íc l¹nh, nh−ng ë nhiÖt ®é lín h¬n 60 ®é

(T⁰>60⁰) th× dÔ bÞ gØ.

CÊu tróc cña gØ còng kh¸c nhau: gØ vïng, gØ bÒ mÆt, gØ ngÇm, gØ tù bong, gØ

v÷ng bÒn... [9, 14].

b

a

c

d

13

H×nh 2-3 C¸c d¹ng ¨n mßn bÒ mÆt [9]

a/ ¨n mßn ®Òu,

c/ ¨n mßn lùa chän,

b/ ¨n mßn kh«ng ®Òu,

d/ ¨n mßn gi÷a c¸c tinh thÓ.

2.5.4 ¡n mßn ho¸ häc [8, 9, 14, 15]

Do m«i tr−êng mµ kim lo¹i tiÕp xóc, cã nhiÒu yÕu tè ( n−íc Èm, 0₂, N₂,

sulfÝt...) g©y ra c¸c ph¶n øng ho¸ häc hay liªn kÕt ho¸ häc.

¨n mßn ho¸ häc

Lµ sù ¨n mßn kim lo¹i do t¸c dông ®¬n thuÇn cña ph¶n øng ho¸ häc

gi÷a vËt liÖu kim lo¹i víi m«i tr−êng xung quanh cã chøa chÊt x©m thùc (O₂,

S₂, Cl₂,...) Hay nãi c¸ch kh¸c lµ qu¸ tr×nh ¨n mßn ho¸ häc x¶y ra trong m«i

tr−êng khÝ vµ trong c¸c m«i tr−êng c¸c chÊt kh«ng ®iÖn ly d¹ng láng (chñ yÕu

lµ ¨n mßn c¸c thiÕt bÞ, èng dÉn c¸c nhiªn liÖu láng lÉn c¸c hîp chÊt sunfua,...

C¸c chÊt kh«ng ®iÖn ly : Br«m láng, l−u huúnh nãng ch¶y, dung m«i h÷u c¬

nh− benzen, nhiªn liÖu láng : dÇu ho¶, x¨ng, dÇu kho¸ng...

VÝ dô :

• Br«m láng t¸c dông víi nhiÒu kim lo¹i ë nhiÖt ®é th−êng. §Æc biÖt

nã ph¸ huû rÊt m¹nh ®èi víi thÐp c¸c bon, Ti. Víi Ni, th× yÕu víi

nh«m th× ph¸ huû chËm.

• L−u huúnh nãng ch¶y : ph¸ huû m¹nh víi Cu, Sn, Pb ; thÐp c¸c bon

vµ Ti ph¸ huû chËm.

• ¡n mßn do kh«ng khÝ chñ yÕu lµ do qu¸ tr×nh «xy ho¸ kim lo¹i ë

nhiÖt ®é cao. [9], [15]

VÝ dô:

HiÖn t−îng «xy ho¸ cña thÐp vµ gang

O₂+ Fe ⇒ FeO + O2 Æ Fe₃O₄+ O2 Æ Fe₂O₃

HiÖn t−îng mÊt c¸c bon cña thÐp vµ gang :

Fe₃C + 1/2 O₂

Fe₃C + CO₂

= 3Fe + CO

= 3 Fe + 2 CO

Fe₃C + H₂O = 3 Fe + CO + H₂

Qu¸ tr×nh mÊt c¸c bon sÏ lµm gi¶m ®é cøng, ®é chÞu mµi mßn vµ gi¶m giíi h¹n

®µn håi.

Nh«m (Al) lµ nguyªn tè hîp kim tèt nhÊt dïng ®Ó t¨ng ®é bÒn cña gang vµ

thÐp nh»m chèng l¹i sù mÊt c¸c bon. Sau ®ã lµ Cr, W, Mn cã kh¶ n¨ng yÕu h¬n.

Al vµ Cr cã líp «xyd chÆt, cã kh¶ n¨ng ng¨n c¶n qu¸ tr×nh x©m nhËp cña

m«i tr−êng khÝ, cßn c¸c nguyªn tè W, Mn chØ cã t¸c dông ng¨n c¶n qu¸ tr×nh

khuyÕch t¸n cña c¸c bon ra ngoµi bÒ mÆt.

HiÖn t−îng mÊt c¸c bon do hydro gäi lµ hiÖn t−îng dßn hydro :

Fe₃C + 2 H₂= 3Fe + CH₄

Ph¶n øng nµy lµm gi¶m l−îng c¸c bon vµ t¹o ra khÝ CH₄lµm ph¸ huû mèi liªn kÕt

trong kim lo¹i.

Fe + H₂

H¬i n−íc trong ph¶n øng nµy tho¸t ra còng lµm ph¸ huû liªn kÕt trong kim lo¹i.

=

Fe + H₂O

14

Sù ¨n mßn cña khÝ hydro ®èi víi ®ång th−êng x¶y ra ë nhiÖt ®é trªn

400 ^oC (>400^oC):

Cu + O₂

=> Cu₂O

Trong m«i tr−êng hydro th× ®ång «xyt bÞ khö :

Cu₂O + H₂= 2 Cu + H₂O

H¬i n−íc tho¸t ra qua ®−êng biªn giíi h¹t lµm ph¸ huû mèi liªn kÕt trong kim lo¹i,

lµm gi¶m ®é bÒn vµ g©y nªn nh÷ng vÕt nøt nhá.

Sù ¨n mßn cña khÝ sunfuar¬ (SO₂) ®èi víi ®ång :

6Cu + SO₂

3 Ni + SO₂

= 2 Cu₂O + Cu₂S

= NiS + 2 NiO

ë nhiÖt ®é cao :

NiS t¹o thµnh hîp chÊt Ni - Ni₂S₂cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp ( kho¶ng 625 ^oC) c¸c

häp chÊt nµy n»m ë vïng tinh giíi h¹t lµm ph¸ vë mèi liªn kÕt vµ lµm gi¶m ®é bÒn

nhiÖt.

δ

(1) MgO

(chiÒu

dµy rØ)

(2)FeO

(3) Al₂O₃, Cr₂O₃

(4) Au, Ag, Ft

t

(Thêi gian)

H×nh 2 - 4 Kh¶ n¨ng bÞ ¨n mßn ho¸ häc cña mét sè chÊt

C¸c nhãm kim lo¹i kh¸c nhau th× kh¶ n¨ng bÞ ¨n mßn ho¸ häc còng kh¸c nhau.

(1) Tèc ®é ¨n mßn ho¸ häc kh«ng ®æi; chiÒu dµy líp gØ t¨ng tuyÕn tÝnh theo thêi

gian.

(2) Qu¸ tr×nh ¨n mßn x¶y ra chËm h¬n.

(3) (4) Qu¸ tr×nh «xy ho¸ x¶y ra rÊt nhanh nh−ng t¹o nªn líp «xyt rÊt bÒn v÷ng;

tèc ®é «xy ho¸ hÇu nh− kh«ng t¨ng theo thêi gian

2.5.5. ¡n mßn ®iÖn ho¸:

Lµ qu¸ tr×nh x¶y ra khi kim lo¹i tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®iÖn ph©n tøc

lµ m«i tr−êng dÉn ®iÖn (chó ý ng−êi ta gäi : dung dÞch chÊt ®iÖn ly cßn gäi lµ

chÊt ®iÖn gi¶i).¡n mßn ®iÖn ho¸ lµ sù ¨n mßn do ph¶n øng ®iÖn ho¸ x¶y ra ë 2

vïng kh¸c nhau trªn bÒ mÆt kim lo¹i. Qu¸ tr×nh ¨n mßn ®iÖn ho¸ cã ph¸t sinh

dßng ®iÖn tö chuyÓn ®éng trong kim lo¹i vµ dßng c¸c ion chuyÓn ®éng trong

dung dÞch ®iÖn ly theo mét h−íng nhÊt ®Þnh tõ vïng ®iÖn cùc nµy ®Õn vïng

15

®iÖn cùc kh¸c cña kim lo¹i. [9] trang 8,9). Tèc ®é ¨n mßn ®iÖn ho¸ x¶y ra kh¸

m·nh liÖt so víi ¨n mßn ho¸ häc.

ChÊt ®iÖn ly m¹nh : HCl, HNO₃, H₂SO₄lo¶ng, c¸c ba z¬: NaOH,... (trõ

NH₄OH), c¸c muèi NaCl,

ChÊt ®iÖn ly yÕu : H₂SO₄®Æc, axit h÷u c¬, c¸c mu«i baz¬, n−íc nguyªn chÊt H₂O.

¡N mßn ®iÖn ho¸ lµ d¹ng ¨n mßn x¶y ra khi kim lo¹i tiÕp xóc víi m«i

tr−êng ®iÖn ph©n (¨n mßn tiÕp xóc). §©y lµ d¹ng ¨n mßn kh¸ phæ biÕn. B¶n chÊt

g©y ¨n mßn ®iÖn ho¸ lµ do c¸c vipin xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt tiÕp xóc, c−êng ®é vµ

tèc ®é ¨n mßn ®iÖn ho¸ x¶y ra m¶nh liÖt h¬n nhiÒu so víi ¨n mßn ho¸ häc. §Ó

hiÓu rá b¶n chÊt ¨n mßn ®iÖn ho¸ ta cÇn t×m hiÓu hiÖn t−îng hidratho¸.

HiÖn t−îng hydrat ho¸ :

Ta biÕt r»ng trong ph©n tö n−íc nguyªn chÊt chØ cã mét l−îng rÊt nhá c¸c

-

ph©n tö n−íc ph©n ly thµnh H⁺vµ OH . Trong ph©n tö n−íc kh«ng ph©n ly, c¸c

nguyªn tö hydro liªn kÕt víi «xy kh«ng theo ®−êng th¼ng mµ t¹o thµnh mét gèc

105 ^o.

105^«

H

H×nh 2-5 S¬ ®å cÊu t¹o ph©n tö n−íc kh«ng ph©n ly [9]

Do cã liªn kÕt nh− vËy nªn c¸c ph©n tö n−íc kh«ng ®iÖn ly cã mét trung

t©m ®iÖn tÝch ©m vµ mét trung t©m tÝch ®iÖn d−¬ng vµ ng−êi ta gäi ph©n tö n−íc lµ

ph©n tö l−ìng cùc.

C¸c ion cña chÊt ®iÖn ly trong dung dÞch n−íc ®Òu bÞ lùc hót tÜnh ®iÖn cña

c¸c ph©n tö n−íc l−ìng cùc s¾p xÕp cã h−íng trong kh«ng gian gäi lµ sù hidrat

ho¸.

Qu¸ tr×nh ¨n mßn ®iÖn ho¸ lµ do kh¶ n¨ng cña ion kim lo¹i t¸ch khái bÒ

mÆt cña nã vµ chuyÓn vµo dung dÞch. Sù di chuyÓn ®ã ®ßi hái ph¶i cã mét n¨ng

l−îng ®Ó kÐo ion kim lo¹i ra khái m¹ng l−íi cña nã ë bÒ mÆt tiÕt xóc vµ chuyÓn

vµo dung dÞch ®iÖn ly. §èi víi c¸c kim lo¹i kh¸c nhau th× kh¶ n¨ng nµy còng kh¸c

nhau.

¡n mßn ®iÖn ho¸ bao gåm 3 qu¸ tr×nh c¬ b¶n : Qu¸ tr×nh anèt, qu¸ tr×nh

catèt vµ qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn.

1. Qu¸ tr×nh an«t (x¶y ra trªn d−¬ng cùc) lµ qu¸ tr×nh oxy ho¸. Ion kim lo¹i

chuyÓn vµo dung dÞch vµ gi¶i phãng ®iÖn tö.

2. Qu¸ tr×nh catèt (qu¸ tr×nh x¶y ra trªn cùc ©m) lµ qu¸ tr×nh khö ®iÖn ho¸. C¸c

chÊt «xy ho¸ nhËn ®iÖn tö do kim lo¹i bÞ ¨n mßn.

3. Qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn : c¸c ®iÖn tö kim lo¹i bÞ ¨n mßn gi¶i phãng sÏ di chuyÓn tõ

anèt tíi ca tèt, cßn c¸c ion dÞch chuyÓn trong dung dÞch.

16

Nh− vËy trong qu¸ tr×nh ¨n mßn ®iÖn ho¸, kim lo¹i ho¹t ®éng nh− 1 pin ta gäi

lµ pin ¨n mßn côc bé (hay vi pin).

Khi ta nhóng thanh kim lo¹i vµo mét dung dÞch ®iÖn ly, trªn bÒ mÆt sÏ t¹o

nªn líp ®iÖn tÝch kÐp vµ ®ã lµ nguyªn nh©n t¹o nªn b−íc nh¶y ®iÖn thÕ gi÷a bÒ mÆt

kim lo¹i vµ dung dÞch ®iÖn ly.

VÝ dô: Nhóng mÉu Zn vµo dung dÞch lo·ng H₂SO₄:

Zn + H₂SO₄→ ZnSO₄+ H₂↑

ë ®©y kÏm bÞ hoµ tan trong dung dÞch H₂SO₄lo¶ng vµ hidro (H₂) tho¸t ra .

Tèc ®é ¨n mßn cña Zn trong H₂SO₄loang t¨ng vät lªn (kh«ng theo quy luËt ¨n

mßn ho¸ häc nh− ®· xÐt ë trªn h×nh 2-4)

Khi tiÕp xóc víi dung dÞch, c¸c ion kim lo¹i bÞ hidrat ho¸, c¸c ion kim lo¹i

bÒ mÆt giíi h¹n 2 pha sÏ xuÊt hiÖn líp ®iÖn tÝch kÐp [14]. S¬ ®å sù h×nh thµnh líp

®iÖn tÝch kÐp cña kim lo¹i nh− h×nh 2-6

Líp ®iÖn tÝch

H₂SO₄

Zn

H×nh 2 - 6 Sù h×nh thµnh ®iÖn líp ®iÖn tÝch kÐp d¹ng (- +)

NÕu n¨ng l−îng hidrat ho¸ kh«ng ®ñ lín ®Ó t¸ch c¸c ion kim lo¹i vµo dung

dÞch th× trªn bÒ mÆt kim lo¹i cã thÓ hÊp phô c¸c cation cña dung dÞch. Khi ®ã bÒ

®iÖn tÝch kÐp t−¬ng øng (h×nh 2-7).

Líp ®iÖn tÝch kÐp

Dung

dÞch

H×nh 2-7 Sù h×nh thµnh ®iÖn líp ®iÖn tÝch kÐp (+ -)

-

hoµn toµn trong pha láng (H×nh 2-8)

H×nh 2-8 Sù h×nh thµnh ®iÖn líp ®iÖn tÝch kÐp hoµn toµn trong dung

dÞch[9]

Dung

dÞch

Kim

lo¹i

17

Líp ®iÖn tÝch kÐp

Tõ bÒ mÆt kim lo¹i sang dung dÞch sÏ cã b−íc nh¶y ®iÖn thÕ t¹i bÒ mÆt tiÕt

xóc. §é chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a bÒ mÆt kim lo¹i víi dung dÞch gäi lµ ®iÖn thÕ

®iÖn cùc cña kim lo¹i. HiÖn nay ch−a cã ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ x¸c ®Þnh trÞ sè

tuyÖt ®èi nªn ng−êi ta chØ x¸c ®Þnh trÞ sè t−¬ng ®èi cña nã b»ng c¸ch chän ®iÖn

cùc chuÈn hidro vµ quy −íc ®iÖn thÕ ®iÖn cùc chuÈn cña hidro b»ng kh«ng [6].

Qu¸ tr×nh nguyªn tö bÞ mÊt ®iÖn tö vµ bÞ hydrat ho¸ gäi lµ qu¸ tr×nh «xy

ho¸. Ký hiÖu lµ I₁; I₂lµ qu¸ tr×nh mµ c¸c cation tõ dung dÞch ®Õn bÒ mÆt kim lo¹i

gäi lµ qu¸ tr×nh hoµn nguyªn hay khö kim lo¹i.

Khi ta nhóng thanh kÏm Zn vµo dung dÞch muèi cña nã (vÝ dô ZnCl₂) th×

qu¸ tr×nh oxy ho¸ vµ khö x¶y ra chØ do c¸c kation (ion d−¬ng) cña kim lo¹i ®iÖn

cùc. NghÜa lµ dßng ®iÖn trao ®æi I₁vµ I₂chØ bao gåm c¸c ®iÖn tÝch cña ion kÏm.

nghÞch nh− sau:

Zn²⁺+ m H₂O + 2 e

Zn + m H₂O

®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh cña Nernst [9, 14]:

RT

E = E₀+

log a

(v«n)

n.F

E₀- ®iÖn cùc chuÈn (khi a = 1 nªn log a = O)

R- H»ng sè khÝ lý t−ëng.

T- NhiÖt ®é ®iÖn cùc ( ⁰K )

n- Sè ®iÖn tÝch trao ®æi

Ph−¬ng tr×nh trªn cã ý nghÜa khi nhiÖt ®é lµ 20 ^oC. XÐt ph−¬ng tr×nh trªn ta thÊy

khi C = 1 th× E = Eo

(Eo - ®iÖn thÕ ®iÖn cùc chuÈn)

• §iÖn thÕ ®iÖn cùc kim lo¹i phô thuéc: kim lo¹i, nång ®é dung dÞch ®iÖn ly, nhiÖt

®é, ¸p lùc,...

• §Æc tÝnh dung dÞch, nång ®é ion...

Trong thùc tÕ ta kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña ®iÖn thÕ ®iÖn cùc

§Ó tiÖn so s¸nh, ng−êi ta ®o ®iÖn thÕ ®iÖn cùc ë ®iÒu kiÖn chuÈn:

T⁰= 25⁰C, nång ®é ion kim lo¹i trong dung dÞch: 1g ion/l vµ gäi lµ ®iÖn thÕ

chuÈn. ë ®iÒu kiÖn nµy víi hy®ro cã ®iÖn thÕ quy −íc E₀= 0 v«n.

B¶ng ®iÖn thÕ tiªu chuÈn cña kim lo¹i ë 25 ^oC (b¶ng 2-2):

18

B¶ng 2 - 2

Kim lo¹i

§iÖn cùc vµ ph¶n øng

t¹o thµnh ®iÖn thÕ

K⁺+e → K

ThÕ ®iÖn cùc chuÈn

E₀(v«n)

-2,925

Kali

Canxi

Natri

Magie

Titan

Nh«m

Mangan

KÏm

Cr«m

S¾t

Cadimi

C«ban

Niken

ThiÕc

Ch×

Hydro

ThiÕc

Atimon

Bitsmut

§ång

Thuû ng©n

b¹c

Ca²⁺

Na⁺

Mg²⁺

Ti²⁺

Al³⁺

Mn²⁺

Zn²⁺

Cr³⁺

Fe²⁺

Cd²⁺

Co²⁺

Ni²⁺

Sn²⁺

Pl²⁺

Ca

Na

Mg

Ti

Al

Mn

Zn

Cr

Fe

Cd

Co

Ni

Sn

Pb

H₂

Sn

Sb

Bi

Cu

Hg

Ag

Pb

Pt

-2,866

-2,714

-2,363

-1,750

-1,662

-1,180

-0,763

-0,744

-0,440

-0,403

-0,277

-0,250

-0,136

-0,126

± 0

+0,050

+0,250

+0,230

+0,337

+0,521

+0,798

+0,799

+0,830

+1,200

+1,700

H⁺

Sn⁴⁺

Sb³⁺

Bi³⁺

Cu²⁺

Cu⁺

Hg²⁺

Ag⁺

Pd²⁺

Pt²⁺

Paladi

Platin

Vµng

Au⁺

Au

Nh− vËy, nh÷ng kim lo¹i nµo cã thÓ ®Èy H⁺ra khái dung dÞch cña nã vµ hoµ

®Èy H⁺ra khái dung dÞch cña nã vµ hoµ tan th× cã thÕ ®iÖn cùc chuÈn d−¬ng (+).

h¬n ra khái muèi cña nã.

VÝ dô:

Fe + CuSO₄= FeSO₄+ Cu

(-0,440) (+ 0,337)

19

Ng−îc l¹i th× kh«ng ®¶y ®−îc:

Cu + FeSO₄≠ CuSO₄+ Fe Kh«ng ®−îc

Tõ ®ã ta nhËn thÊy r»ng: Kh«ng nh÷ng do nh÷ng ph¶n øng ho¸ häc x¶y ra

mµ phæ biÕn lµ do thÕ ®iÖn cùc kim lo¹i lµm xuÊt hiÖn líp ®iÖn tÝch kÐp trªn bÒ mÆt

tiÕp xóc cña kim lo¹i ®−a ®Õn sù ¨n mßn kim lo¹i v× ®iÖn ho¸. Sù ¨n mßn nµy

kh«ng chØ x¶y ra gi÷a bÒ mÆt kim lo¹i víi dung dÞch ®iÖn ly mµ xuÊt hiÖn ngay

gi÷a c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc cña nh÷ng kim lo¹i cã thÕ ®iÖn cùc chuÈn kh¸c nhau. §Ó

râ h¬n kÕt luËn nµy ta xem xÐt mét sè hiÖn t−îng nh− sau: (H 2- 9)

Fe

Fe (-0,440V)

Cu

(+0,337V)

a- Khi míi tiÕp xóc

b- Sau thêi gian bÞ ¨n mßn

H×nh 2 - 9 Sù ¨n mßn khi cã 2 kim lo¹i cã ®iÖn thÕ kh¸c nhau

L¾p ®Æt mét chèt s¾t vµo ®ång, sau mét thêi gian chèt s¾t bÞ gØ nhanh ë

vïng tiÕp xóc v× chóng cã ®iÖn thÕ chuÈn kh¸c nhau kh¸ lín, líp ®iÖn tÝch kÐp cã

hiÖu sè ®iÖn thÕ: +0,337[Cu²⁺] ─ (-0,440) , [Fe²⁺] =0,777v, do mèi ghÐp tiÕp xóc

+ XÐt tr−êng hîp tÊm thÐp (Fe) m¹ kÏm Zn (h×nh 2 - 10 ) vµ tÊm thÐp m¹

thiÕc Sn (h×nh 2 - 11) líp m¹ kh«ng tèt, kh«ng kÝn ®Ó l¹i c¸c kÎ hë hay lç trèng

®Ó m«i tr−êng kh«ng khÝ thÈm thÊu vµo th× sù rØ ®iÖn ho¸ sÏ ph¸ ho¹i mÐp tiÕp xóc

nh− h×nh vÏ (H. 2-10 vµ 2-11). Kh¶ n¨ng bÒn v÷ng cña Zn < Fe < Sn

RØ

Líp b¶o vÖ

Zn (²⁺-0,763)

Sn²⁺

- 0,136)

Fe (²⁺, -0,440)

Fe ²⁺

- 0,440

a Líp kÎm bÞ ¨n mßn

sau ®ã còng ®Õn líp Fe

b : S¾t (Fe) bÞ ¨n mßn nhiÒu

khi líp Sn bÞ thñng

20

H×nh 2 - 10 S¬ ®å c¸c líp b¶o vÖ b»ng Zn vµ Sn bÞ ¨n mßn

¨n mßn ®iÖn ho¸ lµ d¹ng ¨n mßn t−¬ng ®èi phæ biÕn vµ ®a d¹ng ®èi víi c¸c

thiÕt bÞ c«ng tr×nh vËt dông cã sö dông kim lo¹i, nã kh«ng nh÷ng xuÊt hiÖn khi

kim lo¹i tiÕp xóc víi dung dÞch ®iÖn ly, tiÕp xóc gi÷a c¸c kim lo¹i víi nhau mµ cßn

x¶y ra khi tiÕp xóc víi m«i tr−êng, khÝ quyÓn, ®Êt, n−íc, n−íc biÓn, dßng ®iÖn rß,

thËm chÝ ngay gi÷a c¸c cÊu tróc kim lo¹i kh«ng ®ång nhÊt (tinh giíi h¹t, thiªn tÝch

lÖch...) hoÆc d−íi t¸c dông c¸c øng lùc vÒ c¬ häc.

Trong kü thuËt, ¨n mßn nãi chung lµ hiÖn t−îng cã h¹i, cÇn ph¶i cã nhiÒu

trªn. Sù tæn thÊt kim lo¹i do ¨n mßn hµng ngµy, hµng giê trong kü thuËt vµ ®êi

sèng lµ v« cïng to lín. Ng−êi ta ®· −íc tÝnh r»ng: Cø 1A dßng ®iÖn 1 chiÒu bÞ rß

¨n mßn chiÕm 10 ÷30% l−îng kim lo¹i s¶n xuÊt hiÖn nay.

2.5.6 BiÖn ph¸p chèng ¨n mßn:

xö lý amèt - catèt, b¶o vÖ tr−íc m¾t... SÏ tr×nh bµy kü h¬n ë ch−¬ng b¶o vÖ kim

lo¹i.

• B«i tr¬n kh«ng ®¶m b¶o, ®iÒu kiÖn b«i tr¬n kh«ng tèt, qu¸ h¹n thay dÇu

më,

nªn.

• Do vËn hµnh trong khi m¸y ®· qu¸ t¶i;

• Kh«ng th−êng xuyªn kiÓm tra b¶o d−ìng m¸y, kh«ng ph¸t hiÖn c¸c sù cè

háng hãc m¸y, kh«ng söa ch÷a kÞp thêi.

• Do c¸c háng hãc khi vËn hµnh nh− : bÞ va ch¹m, ... trong qu¸ tr×nh lµm

viÖc.

• Qu¸ giíi h¹n thêi gian vËn hµnh cho phÐp mµ vÉn tiÕp tôc sö dông.

• §é nh¸m cña bÒ mÆt tiÕp xóc khi lµm viÖc;

• Bôi cña m«i tr−êng dÝnh b¸m vµo bÒ mÆt chi tiÕt n¬i lu«n tiÕp xóc nhau;

• H¹t mµi, c¸c phÇn tö kim lo¹i bÞ mµi mßn r¬i rít l¹i.

• Do t¶i träng khi lµm viÖc thay ®æi tÜnh.

• Do t¶i träng khi lµm viÖc thay ®æi ®éng.

• NhiÖt ®é cña m«i tr−êng bªn ngoµi vµ nhiÖt ®é lµm viÖc.

• Do nhiÖt ®é tù sinh ra, lµm biÕn ®æi c¬, lý, ho¸ tÝnh cña chi tiÕt;

21