Luận văn Xác định đặc trưng hình thái và tính chất điện hóa của lớp sơn giàu kẽm sử dụng pigment bột hợp kim Zn-Al dạng vảy

Nội dung tài liệu: Luận văn Xác định đặc trưng hình thái và tính chất điện hóa của lớp sơn giàu kẽm sử dụng pigment bột hợp kim Zn-Al dạng vảy

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hứa Thị Trung Hiếu XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA LỚP SƠN GIÀU KẼM SỬ DỤNG PIGMENT BỘT HỢP KIM Zn-Al DẠNG VẢY LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hứa Thị Trung Hiếu XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA LỚP SƠN GIÀU KẼM SỬ DỤNG PIGMENT BỘT HỢP KIM Zn-Al DẠNG VẢY Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Đức Thịnh Hà Nội – 2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Phạm Đức Thịnh, cùng sự giúp đỡ của các anh chị em trong phòng Nghiên cứu ăn mòn và Công nghệ điện hóa - Viện nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Hà Nội, ngày 7 tháng 5 năm 2021 Tác giả luận văn Hứa Thị Trung Hiếu
4. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực cùng đồng nghiệp và bạn bè. Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Phạm Trung Sản đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong những ngày đầu tiếp nhận đề tài, lập đề cƣơng định hƣớng nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Đức Thịnh đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản Luận văn này. Tôi chân thành cảm ơn đề tài mã số: VAST03.02/21-22 thuộc chƣơng trình các hƣớng Khoa học và Công nghệ ƣu tiên cấp Viện hàn lâm KHCNVN đã hỗ trợ kinh phí cho việc thực hiện Luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa học và Phòng Đào tạo đã giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn và hoàn thành mọi thủ tục cần thiết. Tôi chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt của Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang cũng nhƣ các anh chị em trong phòng Nghiên cứu ăn mòn và Công nghệ điện hóa trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 7 tháng 5 năm 2021 Tác giả luận văn Hứa Thị Trung Hiếu
5. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa TP Thành phần SP Ani Sợi sulfonated polyaniline EDTA Ethylene diamine tetracetic acid SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning electron microscope Ecorr Điện thế ăn mòn KHCN Khoa học công nghệ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CNT Ống nanocacbon TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission Electron Microscope PDP Phân cực thế động Rf Điện trở màng Cf Điện dung màng Rp Điện trở phân cực PMMA Poli (methyl methacrylate) ASTM Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Hoa Kì effective adhesion Kết dính hiệu quả superhydrophobic Kị nƣớc
6. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Giá trị tổng trở điện hóa của các mẫu sơn với tỉ lệ mol SiO2/K2O 40 Bảng 3.2. Giá trị tổng trở điện hóa của các mẫu sơn với chất tạo màng được biến tính bằng nhựa Acrylic ở các tỉ lệ khác nhau ......................................... 43 Bảng 3.3. Thống kê hồi quy tương quan ảnh hưởng giữa tổng trở điện hóa và tỉ lệ Acrylic biến tính chất tạo màng. .............................................................. 44 Bảng 3.4. Phân tích thống kê số liệu tổng trở điện hóa theo hàm lượng nhựa Acrylic. ............................................................................................................ 44 Bảng 3.5. Độ bám dính của các mẫu sơn với hàm lượng nhựa acrylic ......... 46 Bảng 3.6. Giá trị tổng trở điện hóa của các mẫu sơn với hàm lượng hợp kim Zn-Al dạng vảy khác nhau............................................................................... 51 Bảng 3.7. Giới hạn phạm vi và mức biến đổi của các yếu tố ......................... 53 Bảng 3.8. Kết quả xác định hàm mục tiêu theo phần mềm qui hoạch thực nghiệm .............................................................................................................53 Bảng 3.9. Kết quả phân tích thống kê sự phù hợp của các yếu tố ................. 54 Bảng 3.10. Các điều kiện ràng buộc của yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu 57 Bảng 3.11. Giải pháp tối ưu thuật toán đề nghị ............................................. 57 Bảng 3.12. Kiểm chứng kết quả theo mô hình và thực nghiệm ...................... 57 Bảng 3.13. Kết quả tối ưu hóa các thành phần trong hệ sơn. ........................ 58
7. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ quá trình ăn mòn thép ............................................................ 8 Hình 1.2. Phân loại sơn lót giàu kẽm ............................................................. 12 Hình 1.3. Bịt kín bề mặt kim loại không tiếp xúc với môi trường ăn mòn ..... 13 Hình 1.4. Cung cấp điện cực bảo vệ .............................................................. 13 Hình 1.5. Mô phỏng cấu trúc lớp phủ giàu kẽm; Zn là kẽm cầu, ZFP là kẽm vảy....... ............................................................................................................ 15 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của Poly (methyl methacrylate) (PMMA)........ 15 Hình 1.7. Mô hình lớp phủ SiO2 -PMMA trên bề mặt thép không gỉ [18]. .... 16 Hình 1.8. Giản đồ Nyquist của các mẫu với tỉ lệ mol SiO2/K2O khác nhau sau 120 ngày ngâm trong dung dịch nước muối 3,5 %. [23] ................................ 20 Hình 1.9. Ảnh SEM của các mẫu lớp phủ được biến tính bằng các hàm lượng nhựa acrylic khác nhau và mẫu lớp phủ với tỉ lệ mol SiO2/K2O = 5 /1 [23] . 20 Hình 1.10. Sơ đồ thiết bị đo thế điện cực theo thời gian ................................ 23 Hình 1.11. Biểu diễn hình học các phần tử phức ............................................ 24 Hình 1.12. Giản đồ Nyquist ............................................................................ 25 Hình 1.13. Dải làm việc của các loại hiển vi điện tử và quang học .............. 26 Hình 2.1. Công thức cấu tạo Poly (methyl methacrylate) (PMMA) .............. 27 Hình 2.2. Sơ đồ các bước nghiên cứu của đề tài............................................ 28 Hình 2.3. Quy trình chế tạo mẫu sơn giàu kẽm với các tỉ lệ mol của chất tạo màng khác nhau .............................................................................................. 30 Hình 2.4. Quy trình chế tạo mẫu sơn giàu kẽm với các hàm lượng phụ gia khác nhau ........................................................................................................ 31 Hình 2.5. Quy trình chế tạo mẫu sơn giàu kẽm với các tỉ lệ pigment khác nhau................ ................................................................................................ 32 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí hệ đo 3 điện cực trên máy Autolab P30. .................... 34
8. Hình 2.7. Chụp SEM bề mặt và mặt cắt ngang bằng thiết bị Jeol 6490. ....... 34 Hình 2.8. Cấu tạo thiết bị đo độ bám dính lớp phủ theo ASTM D4541 ........ 35 Hình 2.9. Mẫu sơn trong môi trường nước biển. ........................................... 36 Hình 2.10. Mẫu sơn đã rạch chữ X trong môi trường nước biển. ................. 37 Hình 3.1. Giản đồ Nyquist của các mẫu sơn với tỉ lệ mol SiO2/K2O khác nhau .........................................................................................................................40 Hình 3.2. Giản đồ Nyquist của các mẫu sơn với chất tạo màng được biến tính bằng nhựa Acrylic ở các tỉ lệ khác nhau. ........................................................ 42 Hình 3.3. Hình ảnh đo độ bám dính các mẫu sơn với với chất tạo màng được biến tính bằng nhựa acrylic ở các tỉ lệ khác nhau . ........................................ 46 Hình 3.4. Ảnh SEM bề mặt của các mẫu sơn với chất tạo màng được biến tính bằng nhựa Acrylic ở các tỉ lệ khác nhau. ................................................ 47 Hình 3.5. Bề mặt của các mẫu sơn với chất tạo màng được biến tính bằng nhựa Acrylic với các tỉ lệ khác nhau sau 2 tháng ngâm trong môi trường nước biển ( hàm lượng NaCl 3,5% )........... ............................................................. 49 Hình 3.6. Giản đồ Nyquist của các mẫu sơn với các hàm lượng hợp kim Zn-Al dạng vảy khác nhau............................................................................... 50 Hình 3.7. Giá trị từ thực nghiệm và từ mô hình dự đoán ............................... 56 Hình 3.8. Đồ thị dạng 3D bề mặt đáp ứng và đường đồng mức. ................... 56 Hình 3.9. Ảnh SEM của bột Zn hình cầu, hợp kim Zn-Al dạng vảy và a)lớp sơn chế tạo được và b)lớp sơn Jotun giàu kẽm ............................................... 58 Hình 3.10. Giản đồ Nyquist của a) mẫu sơn chế tạo được và b) mẫu sơn Jotun giàu kẽm. ............................................................................................... 60 Hình 3.11. Điện thế ăn mòn theo thời gian của (1) mẫu sơn chế tạo được và (2) mẫu sơn Jotun giàu kẽm ............................................................................ 61 Hình 3.12. Đường cong phân cực của a) Mẫu sơn Jotun giàu kẽm b) Mẫu sơn chế tạo ngâm khi trong môi trường nước biển (hàm lượng NaCl 3,5%)........ 62
9. Hình 3.13. Kết quả đo độ bám dính của: a) lớp sơn chế tạo được, b) lớp sơn Jotun giàu kẽm trên cùng loại thép nền . ........................................................ 63 Hình 3.14. Bề mặt của a) lớp sơn chế tạo được và b) lớp sơn Jotun giàu kẽm sau 2 tháng ngâm trong môi trường nước biển (hàm lượng NaCl 3,5%........64 Hình 3.15. Bề mặt của: a) lớp sơn chế tạo được và b) lớp sơn Jotun giàu kẽm đã rạch chữ X sau 14 ngày ngâm trong môi trường nước biển (hàm lượng NaCl 3,5 %) ..................................................................................................... 65
10. 1 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 7 1.1. ĂN MÕN KIM LOẠI VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI ...................................... 7 1.1.1. Ăn mòn kim loại ............................................................................. 7 1.1.2. Phân loại ăn mòn ............................................................................. 8 1.1.3. Biện pháp bảo vệ chống ăn mòn ..................................................... 9 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SƠN VÔ CƠ GIÀU KẼM ........................... 11 1.2.1. Khái quát chung ............................................................................ 11 1.2.2. Lịch sử phát triển của sơn vô cơ giàu kẽm ................................... 11 1.2.3. Phân loại ........................................................................................ 12 1.2.4. Hệ sơn lót giàu kẽm ...................................................................... 12 1.2.5. Chất tạo màng silicat ..................................................................... 14 1.2.6. Pigments ........................................................................................ 14 1.2.7. Phụ gia ........................................................................................... 15 1.2.7.1. Nhựa acrylic nguyên chất dạng nhũ tương ........................... 15 1.2.7.2. Phụ gia phá bọt ...................................................................... 16 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ................................................................................................... 18