BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

HOÀNG LÂM HỒNG

NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH LỚP BẢO VỆ VÀ

KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA THÉP BỀN THỜI TIẾT

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kim loại học

Mã số: 9.44.01.29

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội – 2019

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ

- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Lê Thị Hồng Liên

Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Phạm Thi San

Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn

Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Văn Tư

Phản biện 3: GS. TS. Mai Thanh Tùng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại

Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công

nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày….. tháng …. năm 2019.

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Le Thi Hong Lien and Hoang Lam Hong, “Characteristics of corrosion product

layer formed on weathering steel exposed to the tropical climate of Vietnam”,

Material Science and Application, Vol. 4, 7A, 2013, pp. 6-16, USA.

2. Le Thi Hong Lien and Hoang Lam Hong, “Study on atmospheric corrosion of

weathering steel in Vietnam”, Proceeding of JSCE Material and environments

2014.

3. Hoang Lam Hong, Le Thi Hong Lien and Pham Thi San, “Atmospheric

corrosion of weathering steel in marine environment of Viet Nam”, Tạp chí

Khoa học và công nghệ, tập 53-1B (2015).

4. Thy San P., Hong Lien L.T., Lam Hong H., Trung Hieu N., Thanh Nga N.T.,

“Establish mathematical models to predict corrosion of carbon steel and

weathering steel in atmosphere of Viet Nam”, Tạp chí Khoa học và công nghệ,

tập 53-1B (2015).

5. Le Thi Hong Lien and Hoang Lam Hong, “Corrosion behavior of weathering

steel in atmosphere of Vietnam”, Proceeding of JSCE Material and

environments 2015.

6. Le Thi Hong Lien, Hoang Lam Hong, Pham Thi San, “Corrosion behavior of

weathering steel in tropical atmosphere of Vietnam”, International Journal of

Engineering Research and Science (IJOER), Vol.2, Issue 11 (2016)

7. Le Thi Hong Lien, Hoang Lam Hong, Pham Thi San, Nguyen Trung Hieu and

Nguyen Thi Thanh Nga, “Atmospheric corrosion of Carbon steel and

Weathering steel – Relation of corrosion and environmental factors”,

Proceeding of JSCE Material and environments 2016.

1

MỞ ĐẦU

Thép bền thời tiết (Weathering Steel - WS) là loại thép hợp kim thấp có khả

năng tự bảo vệ khỏi ăn mòn dưới tác động của khí hậu mà không cần sử dụng

các lớp sơn như đối với các loại thép thông thường khác. Việc sử dụng loại thép

này sẽ làm giảm khối lượng thép thiết kế, đặc biệt là giảm tối thiểu các chi phí

bảo dưỡng chống ăn mòn, có hiệu quả cao khi áp dụng cho các công trình giao

thông vận tải, cầu đường, các công trình thế kỷ.

Với những tính năng rất tuyệt vời, WS đã được ứng dụng nhiều tại các khu

vực khí hậu ôn đới trên thế giới. Tuy nhiên, các loại WS chỉ mới bắt đầu được

sử dụng ở Việt Nam. Khả năng áp dụng loại thép này trong điều kiện khí hậu

nhiệt đới ẩm, mưa nhiều ở nước ta như thế nào còn chưa được nghiên cứu đầy

đủ và có hệ thống. Vì vậy, để xây dựng các luận cứ khoa học cho việc đưa WS

vào sử dụng cho các công trình xây dựng, cầu đường cao tốc, các công trình thế

kỷ... ở Việt Nam, đồng thời cung cấp những thông tin cần thiết để lựa chọn và

sử dụng hiệu quả thép bền thời tiết (Corten B) trong từng vùng khí hậu, tác giả

đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn

mòn của thép bền thời tiết trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam”.

Mục đích của luận án:

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số khí hậu và môi trường đến sự

hình thành, cấu trúc và thành phần của lớp sản phẩm ăn mòn tạo thành trên

bề mặt WS trong các vùng khí hậu khác nhau của Việt Nam.

Nghiên cứu cơ chế hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của

WS trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam.

Đối tượng nghiên cứu được lựa chọn là thép bền thời tiết Corten B.

Phương pháp nghiên cứu:

Để nghiên cứu khả năng tạo thành lớp phủ bảo vệ trên WS trong điều kiện

khí hậu thực tế của Việt Nam, việc thử nghiệm tự nhiên WS tại 3 vùng khí

hậu khác nhau đã được thực hiên: (1) Miền Bắc (Hà Nội) với khí hậu 4

mùa, nhiệt độ trong năm dao động mạnh, độ ẩm cao, thời gian lưu ẩm dài

và mùa đông lạnh;(2) Khí quyển biển ẩm, nhiệt độ thay đổi theo mùa và độ

muối lớn (Đồng Hới); (3) Khí quyển biển khô, ít mưa và nhiệt độ cao

quanh năm (Phan Rang). Ảnh hưởng của các thông số khí hậu và môi

trường đến quá trình ăn mòn WS được nghiên cứu trên các mẫu thử

nghiệm tự nhiên tại 15 vực khí hậu đặc trưng tại Việt Nam: Sơn La, Yên

Bái, Tam Đảo, Cửa Ông, Cồn Vành, Hà Nội, Đồng Hới, Quảng Ngãi,

Pleiku, Phan Rang, Biên Hòa, Tp.Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Rạch Giá và Cà

Mau.

2

Tốc độ ăn mòn được xác định bằng phương pháp tổn hao khối lượng. Các

thông số của môi trường được thu thập và xác định đồng thời trong cùng

thời gian thử nghiệm.

Các phương pháp vật lý (SEM-EDX, nhiễu xạ tia X, tán xạ Raman, hiển vi

quang học,. ..) được sử dụng để nghiên cứu hình thái học, cấu trúc, thành

phần hóa học và thành phần pha của lớp gỉ hình thành trên WS sau khi thử

nghiệm tự nhiên.

Các phương pháp điện hóa (đo đường cong phân cực, phổ tổng trở) được áp

dụng để khảo sát tính năng bảo vệ của WS.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

Việc nghiên cứu ăn mòn khí quyển WS trong điều kiện khí hậu nhiệt đới

Việt Nam lần đầu tiên được thực hiện một cách có hệ thống. Ảnh hưởng

của các điều kiện môi trường khí quyển đến động học quá trình ăn mòn và

sự hình thành lớp gỉ bảo vệ trên WS được bàn luận. Một số giá trị giới hạn

về điều kiện môi trường để sử dụng WS ở trạng thái thép trần trong khí hậu

Việt Nam bước đầu được đề cập trong luận án.

Các kết quả nghiên cứu có thể tham khảo làm luận cứ khoa học để ứng

dụng WS ở Việt Nam, đồng thời cung cấp những thông tin cần thiết để lựa

chọn và sử dụng hiệu quả các loại WS trong từng vùng khí hậu

Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp những số liệu có giá trị

khoa học vào cơ sở dữ liệu đang còn thiếu của thế giới về WS trong điều

kiện nhiệt đới ẩm, đặc biệt là khu vực châu Á.

Bố cục của luận án: luận án gồm 113 trang, 17 bảng và 94 hình được chia

thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về ăn mòn khí quyển thép bền thời tiết

Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án

Chương 3: Đặc trưng quá trình ăn mòn thép bền thời tiết trong điều kiện

khí quyển Việt Nam.

Chương 4: Sự hình thành và khả năng bảo vệ của lớp sản phẩm ăn mòn

trên thép bền thời tiết trong điều kiện khí quyển Việt Nam.

Kết luận

Danh mục các công trình đã công bố và tài liệu tham khảo sử dụng trong

luận án.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN THÉP BỀN THỜI TIẾT TRONG

KHÍ QUYỂN

Giới thiệu về lịch sử phát triển của thép bền thời tiết

3

Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền ăn mòn của WS, bao gồm: ảnh

hưởng của điều kiện môi trường khí quyển (chế độ nhiệt ẩm, mưa, tạp khí

khí quyển) và ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim hóa.

Giới thiệu về đặc điểm của lớp sản phẩm ăn mòn (SPAM) trên thép bền thời

tiết (thành phần pha và cấu trúc lớp SPAM)

Một số cơ chế hình thành và phát triển của lớp SPAM trên WS

Trình bày một số thông số giới hạn về điều kiện khí quyển để sử dụng thép

bền thời tiết ở trạng thái không sơn phủ

Trình bày đặc trưng của khí hậu Việt Nam

Trình bày tình hình nghiên cứu ăn mòn thép bền thời tiết ở Việt Nam

Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu nghiên cứu

Bảng 2.1. Thành phần hóa học của mẫu thử nghiệm, % khối lượng

C Mn Si Ni Cr Cu Mo

WS 0,111 1,06 0,236 0,1860 0,528 0,3200 0,048

CS 0,135 1,35 0,341 0,0597 0,024 0,0616 0,048

V Ti Al W Co Fe

WS <

0,005

<

0,005

0,0158 < 0,05 < 0,005 97,4

CS <

0,005

<

0,005

0,0243 < 0,05 < 0,005 97,9

Mẫu WS chứa 0,52% Cr và 0,32% Cu (tương đương Corten B), kích thước

100x75mm được thử nghiệm tại 3 địa điểm: Hà Nội (HN), Đồng Hới (ĐH) và

Phan Rang (PR). Thép các bon (CS) cũng được thử nghiệm song song cùng với

WS để so sánh.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Thử nghiệm ngoài trời trong KQ tự nhiên không mái che

Mẫu thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO 8565 [120]. SPAM được loại bỏ theo

tiêu chuẩn ISO 8407 [121]. Tốc độ ăn mòn (TĐAM) được xác định bằng

phương pháp tổn hao khối lượng theo tiêu chuẩn ISO 9226 [122]. Mẫu được thử

nghiệm theo chu kì dài (1, 3, 6, 12, 24 và 36 tháng) và chu kì ngắn ngày (1, 3, 5,

7 và 14 ngày) ở Hà Nội, Đồng Hới và Phan Rang. Mẫu cũng được thử nghiệm

lặp lại 3 lần chu kì 1 năm ở các thời điểm khác nhau trong năm tại 15 vùng khí

quyển đặc trưng của Việt Nam

Các thông số của môi trường được thu thập bao gồm: các thông số khí

tượng và tạp khí trong khí quyển (hàm lượng SO2 và độ muối)

4

2.2.2. Nghiên cứu cấu tạo và tính chất của lớp sản phẩm ăn mòn bằng

các phương pháp phân tích vật lí

Phân tích sản phẩm ăn mòn (SPAM) trên kính hiển vi điện tử quét (Scaning

Electron Microscope- SEM)

Phương pháp phân tích nhiễu xạ Rơnghen (X-ray)

Phương pháp phân tích tán xạ Raman

Phân tích cấu trúc mặt cắt ngang SPAM trên kính hiển vi quang học

2.2.3. Nghiên cứu tính chất của lớp SPAM bằng phương pháp điện hóa

Phương pháp đo phổ tổng trở

Phương pháp đo đường cong phân cực

2.2.4. Các phương pháp phân tích tạp khí khí quyển

Chương 3. ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH ĂN MÒN THÉP BỀN THỜI TIẾT

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ QUYỂN VIỆT NAM

3.1. Tổn hao ăn mòn của thép bền thời tiết

Trong các giai đoạn <6-12 tháng, THAM của WS và CS đều tương đương

nhau, WS chưa thể hiện khả năng bảo vệ do lớp SPAM chưa hoàn thiện (chưa

phủ kín bề mặt hoặc rất xốp). Sau 6 tháng (KQ biển) hoặc 1 năm (KQ thành

phố), THAM của WS dần dần thấp hơn so với CS Mức độ chênh lệch THAM

giữa WS và CS ở các trạm thử nghiệm Hà Nội và Đồng Hới – nơi có khí hậu

ẩm hơn – đều lớn hơn so với trạm có khí hậu khô ở miền Nam (Phan Rang).

Bảng 3.1: Đặc điểm của môi trường thử nghiệm (giá trị trung bình năm từ

2010-2013)

Trạm

Đặc

điểm

KQ

T, oC

Lượng

mưa,

mm

RH,

%

Thời gian ướt TOW

Cl-,

mg/(m2

.ngày)

SO2,

mg/(m2

.ngày) TOW,

h/năm

Thời

gian

khô

h/năm

Tỷ lệ

k/ư (*)

Tỷ lệ

ư , %

(**)

Hà Nội T.phố 24,2 1606 78,6 4615 4145 0,898 52,7 3,16 1,835

Đồng

Hới Biển 24,9 2445 83,1 5705 3055 0,535 65,1 17,55 0,575

Phan

Rang Biển 26,7 1130 76,8 3719 5041 1,35 42,4 8,77 0,87

*k/ư: tỷ lệ tổng thời gian khô/thời gian ướt

**ư: tỷ lệ tổng thời gian ướt/tổng thời gian quan trắc

5

Hình 3.2. THAM và TĐAM của WS tại các trạm thử nghiệm

THAM và tốc độ ăn mòn (TĐAM) của WS cho thấy quá trình ăn mòn xảy

ra mạnh nhất tại Đồng Hới, sau đó đến Hà Nội và thấp nhất tại Phan Rang.

3.2. Quy luật động học ăn mòn khí quyển của thép bền thời tiết

Sử dụng phần mềm tính toán Excel để xây dựng đồ thị THAM theo thời gian và

quy luật biến thiên THAM từ các số liệu thực nghiệm, các kết quả cho thấy:

THAM của WS theo thời gian tại tất cả các trạm đều tuân theo quy luật hàm

mũ với số mũ n < 1, chứng tỏ sự tồn tại và hoàn thiện dần một lớp SPAM

trên bề mặt WS. Số mũ n trong phương trình tại Đồng Hới > Phan Rang >

Hình 3.1. THAM của WS và

CS tại các trạm thử nghiệm

6

Hà Nội cho thấy lớp gỉ có khả năng bảo vệ trên WS ở Đồng Hới phát triển

chậm hơn hai trạm còn lại.

Biến thiên THAM của WS thử nghiệm ở giai đoạn < 6 -12 tháng tuân theo

quy luật đường thẳng vì lớp SPAM hình thành trên WS hoặc chưa đủ che

phủ hết bề mặt, hoặc chưa có cấu tạo chặt sít nên đều chưa có khả năng bảo

vệ. Trên 12 tháng thử nghiệm, lớp gỉ tạo thành đã phủ kín bề mặt thép và do

sự chuyển pha trong SPAM đã hình thành lớp gỉ nằm sát bề mặt có cấu tạo

chắc đặc nên quá trình ăn mòn bị kìm hãm và biến thiên THAM tuân theo

quy luật hàm mũ.

So với động học AMKQ của thép CS (h.3.6 và bảng 3.3), hệ số A và số mũ

n trong các phương trình THAM của WS đều thấp hơn. Như vậy, theo thời

gian thử nghiệm, chênh lệch THAM giữa 2 loại thép ngày càng gia tăng,

chứng tỏ trong điều kiện khí quyển Việt Nam WS thể hiện độ bền ăn mòn

cao hơn hẳn so với CS.

Hình 3.3. Biến thiên THAM theo thời

gian TN trong môi trường KQ thành

phố Hà Nội

Hình 3.4. Biến thiên THAM theo thời

gian TN trong môi trường KQ biển tại

Đồng Hới

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

TH

KL

, g/m

2

Thời gian, năm

HNĐHPR

Đường mô phỏng HNĐường mô phỏng ĐHĐường mô phỏng PR

Hình 3.5. Biến thiên THAM theo thời

gian TN trong môi trường KQ biển tại

Phan Rang.

Hình 3.6. THAM của thép CS tại các

trạm thử nghiệm

0

40

80

120

160

0 3 6 9 12Thời gian, tháng

7

Bảng 3.2. Phương trình mô tả THAM WS ở các trạm thử nghiệm

Địa điểm Phương trình A n R2

Hà Nội M = 182,31*t0,5363 182,31 0,5363 0,981

Đồng Hới M = 236,67*t0,6172 236,67 0,6172 0,974

Phan Rang M = 142,46*t0,5653 142,46 0,5653 0,982

Bảng 3.3. Phương trình mô tả THAM thép CS ở các trạm thử nghiệm (tính toán

từ đồ thị trong hình 3.6)

Địa điểm Phương trình A n R2

Hà Nội M = 210,02*t0,660 210,02 0,660 0,993

Đồng Hới M = 340,67*t0,711 340,67 0,711 0,960

Phan Rang M = 156,66*t0,693 156,66 0,693 0,978

Bảng 3.4. THAM WS tính từ phương trình động học trong 20 năm

Thời

gian,

năm

Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

THAM

, g/m2

THAM

, m

Tỷ lệ

tăng

THAM

, % (*)

THAM

, g/m2

THAM

, m

Tỷ lệ

tăng

THAM

, % (*)

THAM

, g/m2

THAM

, m

Tỷ lệ

tăng

THAM

, % (*)

5 432,2 54,99 12,71 639,1 81,31 14,77 353,8 45,02 13,44

6 476,6 60,63 10,27 715,2 90,99 11,91 392,3 49,91 10,86

7 517,6 65,86 8,62 786,6 100,1 9,98 428,0 54,45 9,11

8 556,1 70,75 7,42 854,1 108,7 8,59 461,5 58,72 7,84

9 592,3 75,36 6,52 918,5 116,9 7,54 493,3 62,76 6,88

…

12 691,1 87,93 4,78 1097 139,6 5,52 580,4 73,85 5,04

13 721,5 91,79 4,39 1152 146,6 5,06 607,3 77,26 4,63

14 750,7 95,51 4,05 1206 153,5 4,68 633,3 80,57 4,28

…

18 859,0 109,3 3,11 1409 179,3 3,59 729,9 92,87 3,28

19 884,1 112,5 2,94 1457 185,3 3,39 752,6 95,75 3,10

20 909,0 115,6 2,79 1504 191,3 3,22 774,7 98,57 2,94

8

THAM của WS trong thời gian 20 năm tại các môi trường khí quyển được

tính toán theo phương trình động học của từng trạm. Theo [31,110], quá trình

ăn mòn đạt đến trạng thái ổn định khi tỷ lệ tăng THAM hằng năm < 10%. Theo

đó, quá trình AMKQ WS ở Việt Nam sẽ đạt trạng thái ổn định sau 7 năm. Theo

giới hạn do Hiệp hội Sản xuất Thép Hoa Kì đã đưa ra để sử dụng WS mà không

cần sơn phủ (THAM sau 20 năm là 120 m [45]), có thể sử dụng được WS ở

trạng thái thép trần trong môi trường khí quyển Hà Nội và Phan Rang.

3.3. Vai trò và quy luật tác động của các thông số môi trường đến quá trình

ăn mòn thép bền thời tiết

Để nghiên cứu quy luật ảnh hưởng của các yếu tố môi trường quá trình ăn

mòn WS, các mẫu WS đã được thử nghiệm lặp lại 3 lần vào tháng 2, tháng 5 và

tháng 11 với chu kỳ một năm tại 15 trạm thử nghiệm: Sơn La, Yên Bái, Tam

Đảo, Cửa Ông, Cồn Vành, Hà Nội, Đồng Hới, Quảng Ngãi, Pleiku, Phan Rang,

Biên Hòa, Tp.Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Rạch Giá và Cà Mau. Ảnh hưởng của

yếu tố mùa đến AMKQ WS, được nghiên cứu trên các mẫu thử nghiệm với chu

kì 1 tháng trong thời gian 12 tháng ở cả 3 trạm Hà Nội, Đồng Hới và Phan Rang.

3.3.1. Tác động của nhiệt độ

Khi T < 200C: THAM tăng theo chiều tăng của nhiệt độ do nhiệt độ tăng

làm tăng tốc độ phản ứng điện hóa.

Khi T > 200C: THAM giảm khi nhiệt độ tăng. Ở khoảng nhiệt độ này, tăng

nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ bay hơi màng ẩm, do đó làm giảm TOW; đồng

thời, nhiệt độ tăng cũng làm giảm sự hòa tan của ôxy và các tạp khí trong

khí quyển. Vì vậy, nhiệt độ tăng sẽ làm giảm THAM.

3.3.2. Tác động của tỷ lệ thời gian khô/ướt

Tỷ lệ thời gian khô/ướt tính như sau: k/ư = (t-TOW)/TOW

Với TOW là số giờ lưu ẩm trên bề mặt thép trong thời gian nghiên cứu t.

Khi k/ư < 0,5 – môi trường thử nghiệm có thời gian ướt quá dài (ư > 67%)

nên dù thời gian khô có tăng lên chỉ làm tăng nồng độ của dung dịch điện li,

kết quả là THAM tăng khi tỷ lệ k/ư tăng.

Hình 3.7. Quy luật tác động của với

nhiệt độ không khí đến THAM.

9

Khi 0,5 < k/ư < 1: tác động của tỷ lệ thời gian khô/ướt k/ư khác nhau tùy

thuộc vào độ muối khí quyển:

Hình 3.8. Quan hệ của THAM với tỷ lệ thời gian khô/ướt

Môi trường KQ xa biển: THAM có xu hướng giảm khi tỷ lệ k/ư tăng, do

thời gian khô đã đủ dài để làm khô bề mặt mẫu.

Môi trường KQ biển: ảnh hưởng của k/ư đến THAM không thể hiện quy

luật rõ ràng

Khi k/ư > 1: THAM giảm khi tăng tỷ lệ k/ư.

3.3.3. Tác động của mưa

Trong môi trường KQ xa biển: THAM tăng khi tổng lượng mưa tăng do

tăng chiều dày màng ẩm hoặc do nước mưa được lưu giữ trong lớp gỉ xốp

phía ngoài làm tăng thời gian ẩm trên bề mặt thép.

Trong môi trường KQ biển: THAM giảm khi tổng lượng mưa tăng vì khi

mưa, tốc độ sa lắng của ion clrua xuống bề mặt thép bị giảm và các nhiễm

bẩn có sẵn trên bề mặt thép cũng bị mưa rửa trôi.

Hình 3.9. Quan hệ của THAM với tổng lượng mưa

3.3.4. Tác động của độ muối khí quyển

Khi hàm lượng ion Cl- sa lắng 5mg/m2.ngày thì THAM WS tăng theo

chiều tăng của độ muối; ở dưới giới hạn này thì độ muối không thể hiện vai trò

khống chế quá trình AMKQ của WS.

k/ư < 0,5

0,5 < k/ư < 1

k/ư > 1

10

3.3.5. Tác động của hàm lượng SO2 trong khí quyển

Do hàm lượng SO2 tại các trạm thử nghiệm thấp nên SO2 không thể hiện

vai trò khống chế AMKQ WS như các yếu tố khô – ướt chu kì và độ muối.

3.3.6. Tác động của yếu tố mùa đến AMKQ WS

3.3.6.1. Trạm thử nghiệm Hà Nội:

c) d)

Hình 3.12. Mối quan hệ THAM với: (c) – tỷ lệ thời gian ướt ư và (d) – tỷ lệ k/ư

tại Hà Nội

Khí hậu Hà Nội có 4 mùa riêng biệt: mùa hè có nhiệt độ cao, mưa nhiều và mùa

đông lạnh, ít nắng nên ảnh hưởng của các điều kiện thử nghiệm đến THAM tại

Hà Nội khác nhau ở từng thời kì trong năm. Các kết quả thực nghiệm cho thấy

thời gian ướt có ảnh hưởng khống chế đến AMKQ WS trong môi trường khí

quyển Hà Nội: THAM tăng cao vào mùa xuân khi ư lớn và giảm vào mùa hè

khi ư giảm xuống thấp nhất.

3.3.6.2. Trạm thử nghiệm Đồng Hới:

Đồng Hới chịu ảnh hưởng của 2 hướng gió chính: gió Tây Nam thổi từ lục

địa ra (cuối tháng 4 đến trung tuần tháng 9) và gió từ biển thổi vào (gió mùa

Đông Bắc). Vì vậy, khí hậu Đồng Hới thay đổi theo chu kì của các hướng gió

chính. Các kết quả thử nghiệm cho thấy các yếu tố có ảnh hưởng khống chế đến

AMKQ WS tại Đồng Hới bao gồm thời gian thấm ướt bề mặt (tỷ lệ ư và k/ư)

và độ muối khí quyển.

Hình 3.10. Quan hệ của THAM

với độ muối khí quyển

11

c) d)

Hình 3.14. Mối quan hệ THAM với: (c) – tỷ lệ thời gian ướt ư và (d) – tỷ lệ thời

gian khô/ướt k/ư tại Đồng Hới

Chương 4. SỰ HÌNH THÀNH VÀ KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA LỚP

SPAM TRÊN WS TRONG ĐIỀU KIỆN KQ VIỆT NAM

Các kết quả trình bày trong chương 3 cho thấy sau 36 tháng thử nghiệm,

THAM của thép các bon và thép bền thời tiết đều tuân theo quy luật hàm mũ

với số mũ n < 1 và TĐAM giảm dần theo thời gian. Điều này chứng tỏ lớp gỉ

tạo thành trên bề mặt thép đã có tác dụng bảo vệ nền thép, kìm hãm quá trình ăn

mòn nên WS đã thể hiện độ bền ăn mòn hơn hẳn CS. Độ bền này phụ thuộc vào

cấu trúc, tính chất cũng như quá trình hình thành nên lớp gỉ bảo vệ trên bề mặt

thép. Vì thế, trong chương 4, cơ chế hình thành và phát triển lớp sản phẩm ăn

mòn trên WS được tập trung thảo luận nhằm làm sáng tỏ khả năng bảo vệ

chống ăn mòn trong môi trường khí quyển của WS.

4.1. Sự hình thành lớp SPAM trên WS trong giai đoạn đầu của thử nghiệm

Để quan sát quá trình hình thành của SPAM trên WS, các thử nghiệm tự

nhiên trong thời gian ngắn theo chu kì 1, 3, 7 và 14 ngày tại Hà Nội, Đồng Hới

và Phan Rang đã được thực hiện.

Trong môi trường khí quyển, hơi nước và các tạp khí từ không khí hấp phụ

trên bề mặt thép tạo thành màng dung dịch điện li và thép bị ăn mòn điện hóa

theo phản ứng tổng như sau:

Hình 3.15. Mối quan hệ

THAM và độ muối khí

quyển tại Đồng Hới

12

Hình 4.2. Biến thiên tỷ lệ ư và k/ư khi thử nghiệm ngắn ngày

Fe + ½ O2 + H2O Fe(OH)2 (4.1)

4Fe(OH)2 + O2 4 -FeOOH + 2H2O (4.2)

4Fe(OH)2 + O2 2Fe2O3 + 4H2O (4.3)

4.1.1. Hình thái học bề mặt của lớp sản phẩm ăn mòn

Các điểm gỉ hình thành và phát triển trên bề mặt thép, sau 14 ngày đã gần

như phủ kín bề mặt mẫu (h.4.3).

Tại mỗi chu kì, kích thước điểm gỉ nhỏ dần theo thứ tự Hà Nội – Đồng Hới -

Phan Rang. Nhiệt độ cao và thời kì khô dài đã làm chậm lại quá trình ăn mòn

WS tại Phan Rang nên các điểm gỉ nhỏ và bề mặt lớp SPAM sít chặt (h.4.4).

Cùng trong điều kiện khí quyển ẩm nhưng nhiệt độ tại Đồng Hới cao hơn so

với Hà Nội (nhiệt độ chênh lệch cao nhất khoảng 100C), ẩm bay hơi tốt hơn

nên các vùng gỉ không bị lan rộng như ở Hà Nội.

Hình 4.1. Biến thiên nhiệt

độ và độ ẩm tại các trạm

khi TN ngắn ngày

13

Chu

kì Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

1

ngày

3

ngày

7

ngày

14

ngày

Hình 4.3. Bề mặt mẫu WS sau 14 ngày thử nghiệm

4.1.2. Sự xuất hiện các pha SPAM trong giai đoạn sớm

Các kết quả phân tích Micro Raman và X-ray trên mẫu thử nghiệm ngắn

ngày tại Hà Nội và Đồng Hới cho thấy thành phần SPAM bao gồm: Goethite,

Lepidocrocite, Maghemite …, trong đó pha goethite α-FeOOH (là pha có tính

năng bảo vệ tốt nhất) xuất hiện ngay sau ngày đầu tiên trên mẫu thử nghiệm ở

Đồng Hới và sau 3 ngày ở Hà Nội.

Khi quan sát sự thay đổi của tỷ lệ ư và k/ư (h.4.2) ở cả hai trạm, nhận thấy:

trong ngày thử nghiệm đầu tiên, độ ẩm tại Đồng Hới cao nhưng đã có sự suy

giảm tỷ lệ ư và và tăng k/ư – tức là thời kỳ khô được kéo dài, tạo điều kiện

thuận lợi cho các phản ứng xảy ra trong giai đoạn bề mặt chuyển từ ướt sang

khô. Tại Hà Nội, sau ngày thử nghiệm thứ 2 mới thấy sự thay đổi ư và k/ư

tương tự như Đồng Hới. Theo [57,63,64,67,68,99-107], quá trình chuyển pha

14

tạo thành -FeOOH từ -FeOOH như h.4.8. Như vậy, thời kỳ khô tăng đã hỗ

trợ cho pha sản phẩm bền -FeOOH được hình thành tại Đồng Hới sớm hơn so

với ở Hà Nội.

Hình 4.5. Phổ Raman của các mẫu WS TN tự nhiên tại Đồng Hới và Hà Nội,

thời gian phơi mẫu 1, 3 ngày.

G – Goethite ( FeOOH ); L – Lepidocrocite ( FeOOH );

A – Akaganeite ( FeOOH ); M – Maghemite.

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau HN3d

11-0196 (D) - Copper Oxide Sulfate - CuSO4·CuO - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

38-1479 (*) - Eskolaite, syn - Cr2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-HN3d.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/10/10 11:09:48

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

11 20 30 40 50 60 70

d=6.3

73

d=4.1

88

d=3.6

29

d=3.3

03

d=2.4

682

d=2.2

458

d=1.9

294

d=1.4

361

d=2.7

578

d=2.6

599

d=2.3

533

d=1.7

313

d=1.5

329

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau HN3d

11-0196 (D) - Copper Oxide Sulfate - CuSO4·CuO - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

38-1479 (*) - Eskolaite, syn - Cr2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-HN3d.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/10/10 11:09:48

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

11 20 30 40 50 60 70

d=6.3

73

d=4.1

88

d=3.6

29

d=3.3

03

d=2.4

682

d=2.2

458

d=1.9

294

d=1.4

361

d=2.7

578

d=2.6

599

d=2.3

533

d=1.7

313

d=1.5

329

Hình 4.6. Phổ X-ray các mẫu WS tại Hà Nội sau 3 ngày thử nghiệm

15

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau QB1d

01-0132 (N) - Iron Chloride Hydrate - 2FeCl3·7H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

33-0645 (*) - Hydromolysite, syn [NR] - FeCl3·6H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

25-0269 (I) - Atacamite - Cu2Cl(OH)3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

36-1330 (N) - Chromium Oxide - Cr3O8 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

25-1437 (I) - Guyanaite - Cr2O3·1.5H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

39-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-QB1d.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/10/10 11:13:46

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

11 20 30 40 50 60 70

d=1.4

361

d=6.2

63

d=5.7

64

d=3.2

81

d=2.5

050

d=1.9

342

d=1.8

414

d=1.7

258

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau QB1d

01-0132 (N) - Iron Chloride Hydrate - 2FeCl3·7H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

33-0645 (*) - Hydromolysite, syn [NR] - FeCl3·6H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

25-0269 (I) - Atacamite - Cu2Cl(OH)3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

36-1330 (N) - Chromium Oxide - Cr3O8 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

25-1437 (I) - Guyanaite - Cr2O3·1.5H2O - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

39-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-QB1d.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/10/10 11:13:46

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

11 20 30 40 50 60 70

d=1.4

361

d=6.2

63

d=5.7

64

d=3.2

81

d=2.5

050

d=1.9

342

d=1.8

414

d=1.7

258

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau WS - PR - 3d

04-0755 (D) - Maghemite, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-0508 (D) - Copper Chromium Oxide - CuCr2O4 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-WS-PR-3d.raw - Type: 2Th alone - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/31/12 10:42:55

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70

d=2.5

359

d=2.0

278

d=1.4

333

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau WS - PR - 3d

04-0755 (D) - Maghemite, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-0508 (D) - Copper Chromium Oxide - CuCr2O4 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-WS-PR-3d.raw - Type: 2Th alone - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/31/12 10:42:55

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70

d=2.5

359

d=2.0

278

d=1.4

333

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau WS - PR - 7d

04-0755 (D) - Maghemite, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-0508 (D) - Copper Chromium Oxide - CuCr2O4 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

34-1266 (N) - Akaganeite-M, syn - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-WS-PR-7d.raw - Type: 2Th alone - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 08/02/12 16:49:57

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70

d=2.0

281

d=3.3

17

d=2.5

498

d=2.4

643

d=1.9

343

d=1.4

320

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau WS - PR - 7d

04-0755 (D) - Maghemite, syn - Fe2O3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-0508 (D) - Copper Chromium Oxide - CuCr2O4 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

08-0098 (N) - Lepidocrocite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

34-1266 (N) - Akaganeite-M, syn - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

29-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hong-Vien KHVL-WS-PR-7d.raw - Type: 2Th alone - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 08/02/12 16:49:57

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70

d=2.0

281

d=3.3

17

d=2.5

498

d=2.4

643

d=1.9

343

d=1.4

320

Kết quả phân tích X-ray tại Phan Rang (h.4.9) đã tìm thấy -FeOOH và -

FeOOH sau 7 ngày, trên mẫu 1 ngày và 3 ngày chỉ tìm thấy Fe2O3. Điều kiện

nhiệt độ môi trường cao và khoảng thời gian ướt ư giảm liên tục trong 3 ngày

đầu tại Phan Rang đã ưu tiên phản ứng ôxi hóa (4.3) tạo thành Fe2O3. Từ ngày

Giai đoạn bề mặt ướt

Giai đoạn bề mặt

chuyển từ ướt sang khô

Lepidocrocite -FeOOH

Các hợp chất vô định hình FeOx(OH)3-2x

Goethite α-FeOOH

PR 3 ngày

PR 7 ngày

Hình 4.7. Phổ X-ray mẫu WS tại

Đồng Hới sau 1 ngày thử nghiệm

Hình 4.8. Sơ đồ chuyển pha trong

SPAM thép [56,62,63,66,67,98-106]

Hình 4.9. Phổ X-ray mẫu WS thử

nghiệm 3 và 7 ngày ở Phan Rang

16

thứ 4 đến ngày thứ 7, thời gian ướt dài hơn (tỷ lệ ư tăng từ 16% lên 58%) nên

SPAM bao gồm cả Fe2o3 và -FeOOH.

4.1.3. Sự xuất hiện của các nguyên tố hợp kim hóa trong SPAM ở giai đoạn

đầu của thử nghiệm

Nguyên tố Cu và Cr xuất hiện trong thành phần của lớp SPAM ngay sau ngày

thử nghiệm đầu tiên ở 3 trạm, riêng Cu được tìm thấy trên mẫu thử nghiệm ở

Phan Rang sau 3 ngày. Hàm lượng Cu và Cr ở HN và ĐH đều lớn hơn PR. Như

vậy, độ ẩm lớn hay chu kỳ ướt dài ở Hà Nội và Đồng Hới đã hỗ trợ Cu và Cr tan

ra. Ở các vị trí càng sát nền thép thì hàm lượng Cu và Cr càng lớn.

Hình 4.11. Thành phần hóa học của lớp gỉ nằm sát bề mặt sau 1 ngày thử

nghiệm tại Hà Nội (a), Đồng Hới (b) và Phan Rang (c)

Cu và Cr luôn được phát hiện trong lớp gỉ bên trong và góp phần kìm hãm

quá trình ăn mòn WS; nguyên tố Cr hỗ trợ tạo thành pha α-(Fe1-xCrx)OOH

kích thước nanomet. Các kết quả X-ray (mục 4.1.2) cũng đã tìm thấy các

hợp chất chứa đồng sunphat (Hà Nội), đồng clorua (Đồng Hới) và ôxit crom

trong SPAM ngay sau ngày đầu thử nghiệm ở cả 3 trạm. Do sự thiếu hụt chu

kì ướt trong các ngày đầu tiên thử nghiệm tại Phan Rang nên ngoài ôxit

đồng, các hợp chất khác của Cu chưa được tìm thấy trong SPAM.

Bảng 4.2. Thành phần hoá học của Cr và Cu trong lớp SPAM sát bề mặt WS

trong giai đoạn TN sớm tại các trạm, % khối lượng.

Trạm Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

Nguyên tố Cr Cu Cr Cu Cr Cu

1 ngày 0,54 0,16 2,12 0,89 0,33 < 0,01

3 ngày 1,87 1,34 1,73 1,10 0,60 0,32

7 ngày 3,26 2,33 4,45 3,04 0,69 0,37

14 ngày 3,33 3,61 3,35 1,82 1,28 1,14

4.2. Đặc trưng tính chất và khả năng bảo vệ của lớp SPAM trên thép bền

thời tiết khi thử nghiệm dài hạn

Ở giai đoạn thử nghiệm sớm, lớp gỉ tạo thành trên WS đã có chứa các pha

SPAM đặc trưng cho từng vùng khí quyển. Đặc biệt, pha sản phẩm bền -

Ng.tố % KL

O 29,19

Si 0,26

Cl 0,18

Cr 0,33

Fe 70,03

Cu < 0,01

a) b) c)

Ng.tố % KL

O 28,04

Si 0,73

Cl 0,57

Cr 2,12

Fe 67,65

Cu 0,89

Ng.tố %KL

O 23,59

Si 0,36

S 0,59

Cl 0,63

Cr 0,54

Fe 74,12

Cu 0,16

17

FeOOH đã được tạo thành từ rất sớm và lớp gỉ nằm sát bề mặt thép đã có chứa

các hợp chất của các nguyên tố hợp kim hóa Cu và Cr. Sự hình thành SPAM

trong giai đoạn sớm sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của lớp gỉ khi thử

nghiệm dài hạn, tức là ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp

SPAM theo thời gian. Quá trình hình thành lớp SPAM trong thử nghiệm dài

hạn được nghiên cứu, đánh giá và thảo luận trong các phần dưới đây:

4.2.1. Hình thái học bề mặt và cấu trúc mặt cắt ngang của lớp SPAM

Hình thái học của SPAM tạo thành trên WS ở tất cả các chu kì thử nghiệm

đều bao gồm các tinh thể dạng phiến tụ lại thành hình hoa/cát

(flowery/sandy – tinh thể γ-FeOOH) và dạng các quả cầu bông (cotton ball

– tinh thể α-FeOOH) [35,78,84,129-131].

SPAM tại Phan Rang gồm các tinh thể dạng hình cầu sắp xếp sít chặt và ít

vết nứt, kích thước nhỏ hơn so với các tinh thể tạo thành trong khí quyển Hà

Nội và Đồng Hới. Điều này có thể được giải thích do nhiệt độ cao và chu kì

khô tại Phan Rang quá dài đã thu nhỏ kích thước SPAM, lớp gỉ sắp xếp sít

chặt hơn.

Bề mặt lớp gỉ Tinh thể -FeOOH Tinh thể α-FeOOH

HN -

6

tháng

QB –

6

tháng

PR –

6

tháng

Hình 4.13. Hình thái học bề mặt của mẫu WS sau 6 tháng thử nghiệm

18

Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

Hình 4.14. Hình thái học bề mặt của mẫu WS sau 24 tháng thử nghiệm

Các vết nứt trên bề mặt lớp gỉ được lấp đầy bởi các SPAM mới (giống như

các vết nứt được khâu lại). Như vậy, các khe nứt là kênh dẫn đưa tác nhân

gây ăn mòn đến nền thép, phản ứng ăn mòn vì thế vẫn tiếp tục xảy ra, lớp

SPAM tiếp tục được điền đầy vào các vùng rỗng và ngày càng hoàn thiện.

Kết quả soi chụp mặt cắt ngang cho thấy:

Lớp SPAM hình thành trên WS chia làm 2 lớp: lớp bên trong sát nền thép

có cấu tạo chắc đặc, ít vết nứt và bám dính tốt với nền; lớp bên ngoài xốp,

nhiều lỗ và vết nứt, liên kết kém với lớp bên trong– h.4.16 ÷ h.4.19.

Hình 4.16. Mặt cắt ngang lớp gỉ sau 12 tháng thử nghiệm, 500x

Chiều dày của lớp gỉ bên trong tăng dần theo thời gian thử nghiệm. Lớp

trong ngày càng hoàn thiện, chắc đặc và ít lỗ xốp/nứt.

Trong điều kiện khí hậu ẩm của Hà Nội và Đồng Hới, quá trình bay hơi của

nước bị cản trở, vì vậy lớp SPAM tạo thành tại đây có nhiều lỗ xốp và vết

nứt. Ngược lại, thời gian khô dài đã hỗ trợ cho lớp gỉ trên mẫu thử nghiệm ở

Phan Rang có cấu tạo chắc đặc, ít lỗ xốp và vết nứt.

Mẫu Phan Rang

Mẫu Đồng Hới

Mẫu Hà Nội

Nền thép Nền thép

Nền thép

Lớp ngoài

Lớp trong

Lớp ngoài

Lớp trong

19

Lớp gỉ bên ngoài ở Hà Nội và Đồng Hới có nhiều vết nứt ngang làm giảm

liên kết giữa lớp trong và lớp ngoài nên sẽ dễ bị bong/tách ra khỏi lớp

SPAM trên bề mặt WS.

SPAM mới tạo thành (màu nâu tối) điền đầy các khe nứt trong lớp gỉ.

Mặt cắt ngang mẫu CS cho thấy lớp SPAM không có cấu trúc phân lớp rõ ràng,

lớp gỉ xốp và nhiều các vết nứt ngang. Điều này lí giải vì sao ngày càng có sự

khác biệt lớn về THAM giữa CS và WS tại các trạm thử nghiệm (phần 3.1).

4.2.2. Thành phần pha của lớp SPAM

Mẫu Hà Nội Mẫu Đồng Hới

Lớp trong

Lớp trong

Mẫu Hà Nội Mẫu Đồng Hới

Mẫu Phan Rang

Nền thép

Nền thép

Nền thép

Hình 4.18. Mặt cắt ngang

lớp gỉ sau 36 tháng thử

nghiệm, 500x

Mẫu Phan Rang

Hình 4.20. Mặt cắt ngang

mẫu thép các bon (CS) sau 24

tháng thử nghiệm, 500x

20

Kết quả phân tích X-ray các mẫu thử nghiệm trong thời gian dài cho thấy

SPAM bao gồm các pha: maghemite -Fe2O3, goethite α-FeOOH, lepidocrocite -

FeOOH, akaganeite -FeOOH và các pha vô định hình, đó là các pha đặc trưng

cho SPAM được tạo thành trên bề mặt WS khi thử nghiệm trong khí quyển.

Bảng 4.3. Thành phần các pha SPAM của lớp gỉ trên WS, % khối lượng

Pha

SPAM

Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

12

tháng

24

tháng

36

tháng

12

tháng

24

tháng

36

tháng

12

tháng

24

tháng

36

tháng

β-FeOOH 0 0 0,49 0 4,22 2,68 2,82 5,12 4,28

γ-FeOOH 31,84 29,74 24,32 32,84 36,95 30,87 33,61 68,68 50,44

α-FeOOH 11,99 19,85 19,38 11,26 15,42 19,15 7,37 13,52 13,88

Magnetite 1,64 1,25 1,10 0,80 7,90 0,92 0,56 1,15 1,06

Vô định

hình 54,53 49,16 54,71 55,09 35,51 46,38 55,65 11,53 30,34

Phân tích mối quan hệ giữa các hàm lượng pha trong lớp SPAM với tỉ lệ ư

và tỉ lệ k/ư thấy rằng: hàm lượng pha -FeOOH thấp tại các trạm có tỉ lệ thời

gian ướt ư cao (Hà Nội và Đồng Hới); hàm lượng pha vô định hình thấp tại

trạm có tỷ lệ k/ư lớn (Phan Rang). Theo giả thiết của Misawa [57,99-101], sự

hòa tan và kết tủa lại của -FeOOH trong chu kì ướt đã tạo thành hợp chất vô

định hình FeOx(OH)3-2x. Theo đó, thời gian lưu ẩm dài ở Hà Nội và Đồng Hới

đã xúc tác quá trình chuyển pha từ -FeOOH sang vô định hình nên ở Hà Nội

và Đồng Hới, SPAM có hàm lượng -FeOOH thấp và pha vô định hình cao hơn

so với Phan Rang.

Các kết quả phân tích cho thấy hàm lượng pha α-FeOOH trong SPAM và tỷ lệ

pha goethite/lepidocrocite (α/) tăng theo thời gian thử nghiệm, chứng tỏ sự

chuyển hóa -FeOOH thành α-FeOOH cần có thời gian, thời gian càng dài thì

lớp SPAM càng có khả năng bảo vệ tốt hơn do lượng pha α-FeOOH được tạo

thành càng nhiều và lớp SPAM bên trong càng hoàn thiện hơn. Tỷ lệ α/ càng

lớn thì khả năng bảo vệ của lớp gỉ càng cao [111] và TĐAM càng giảm. Tỷ lệ

α/ trong SPAM giảm dần theo thứ tự các trạm Hà Nội > Đồng Hới > Phan

Rang. Có thể chu kỳ ướt ở Hà nội (52,7%) và Đồng Hới (65,1%) dài hơn so với

Phan Rang (42,4%) đã gia tốc quá trình tạo thành pha -FeOOH và chuyển hóa

thành các pha vô định hình trung gian trước khi chuyển thành pha α-FeOOH.

Tuy nhiên, tỷ lệ thời gian khô/ướt (0,5) tại Đồng Hới nhỏ hơn nhiều so với Hà

Nội (0,9) nên pha α-FeOOH không được hỗ trợ tạo thành nhiều như ở Hà Nội.

Ở Hà Nội và Đồng Hới, chỉ số α/ > 0,3, TĐAM giảm khi chỉ số này tăng –

h.4.26. Tuy nhiên ở Phan Rang không thể hiện quy luật rõ ràng giữa chỉ số α/

và TĐAM. Nguyên nhân có thể do khí hậu tại Phan Rang quá khô đã làm cho

21

tốc độ chuyển pha từ lepidocrocite sang goethite rất kém, lượng goethhite tạo

thành không đủ nhiều để đóng góp vào khả năng bảo vệ của lớp gỉ.

Bảng 4.4. Thành phần pha Lepidocrocite, pha vô định hình và các tỷ lệ ư, k/ư

phụ thuộc vào thời gian TN.

Chu kì Trạm TN -FeOOH, % Vô định hình, % ư, % k/ư

12

tháng

Hà Nội 31,84 54,53 49,4 1,02

Đồng Hới 32,84 55,09 64,9 0,5

Phan Rang 33,61 55,65 42,8 1,34

24

tháng

Hà Nội 29,74 49,16 51,3 0,95

Đồng Hới 36,95 35,51 66,9 0,5

Phan Rang 68,68 11,53 42,9 1,33

36

tháng

Hà Nội 24,32 54,71 52,7 0,9

Đồng Hới 30,87 46,38 65,1 0,5

Phan Rang 50,44 30,34 41,4 1,41

4.2.3. Sự phân bố của các nguyên tố Cu và Cr trong lớp SPAM

Các kết quả phân tích ở trên cho thấy lớp gỉ bên trong chắc đặc giàu pha sản

phẩm bền α-FeOOH đã hình thành trên bề mặt WS. Trong khi đó, ở cùng điều

kiện thử nghiệm, SPAM trên CS chưa có sự hình thành lớp trong này. Như vậy,

để lớp gỉ bảo vệ sớm tạo thành phải có sự tham của các nguyên tố hợp kim hóa

Cu và Cr trong thành phần SPAM.

Các kết quả phân tích EDX (line-scan) trên mặt cắt ngang lớp gỉ thấy rằng:

Ở cả 3 trạm, Cu và Cr trong lớp gỉ đều phân bố tập trung ở khoảng cách 20 ÷

40 m (Hà Nội và Phan Rang) hoặc ở 60 m (Đồng Hới) tính từ bề mặt thép

Hình 4.25. Tỷ lệ pha α/ trong

lớp gỉ sau 3 năm TN

Hình 4.26. Mối quan hệ giữa

tỷ lệ / và TĐAM WS

22

tương ứng với chiều dày của lớp gỉ bên trong, chứng tỏ lớp trong chắc đặc

của SPAM giàu các nguyên tố Cu và Cr.

Sự tập trung Cr ở khoảng cách rất gần bề mặt thép trong SPAM của cả 3 trạm

thử nghiệm chứng tỏ khả năng tạo thành hợp chất Cr-FG nằm sát bề mặt

thép; chiều dày của lớp gỉ chứa Cr-FG tăng dần theo thời gian.

Hình 4.31. Sự phân bố của Cu và Cr trong lớp gỉ sau 3 tháng TN

Hình 4.32. Sự phân bố của Cu và Cr trong lớp gỉ sau 24 tháng TN

4.2.4. Khả năng bảo vệ của lớp SPAM tạo thành trên WS

Lớp gỉ bảo vệ với lớp trong chắc đặc giàu pha α-FeOOH, Cr-FG và các

nguyên tố hợp kim hóa Cu và Cr đã tạo thành trên bề mặt thép bền thời tiết. Sự

tạo thành lớp gỉ này đã làm tăng độ bền ăn mòn của WS, thể hiện qua quy luật

động học với hệ số mũ n < 1 ở tất cả các trạm thử nghiệm. Tính chất điện hóa

của lớp SPAM trên WS được bàn luận chi tiết trong các kết quả đo phân cực và

phổ tổng trở điện hóa dưới đây:

4.2.4.1. Kết quả đo đường cong phân cực

Kết quả đo đường cong phân cực cho thấy khi thời gian thử nghiệm tăng,

điện thế ăn mòn của các mẫu WS thử nghiệm tại các trạm đều dịch chuyển về

23

phía dương hơn với mật độ dòng anot giảm dần. Đó là kết quả của việc lớp gỉ

bên trong dày lên và hoàn thiện dần, chỉ số α/ và hàm lượng pha goethite tăng

lên theo thời gian thử nghiệm (kết quả phân tích cấu trúc, SEM-EDX và X-ray

của lớp gỉ, mục 4.2.1 – 4.2.3). Các kết quả này cũng phù hợp với các kết quả về

động học quá trình AMKQ WS ở tất cả các trạm (mục 3.1).

4.2.4.2. Kết quả đo tổng trở điện hóa (EIS)

Lớp SPAM trên WS có hai lớp với lớp trong chắc đặc, giàu Cu và Cr. Như

vậy, lớp SPAM có khả năng làm thay đổi quá trình vận chuyển kim loại cũng

như các tác nhân gây ăn mòn đến bề mặt phản ứng, mạch tương đương của bề

mặt WS khi có lớp SPAM được giả thiết như hình 4.34:

Trong đó: Rs là điện trở của dung dịch; Rcp và Qcp đặc trưng cho lớp SPAM;

Điện dung lớp kép Qdl và điện trở phản ứng Rct đặc trưng cho quá trình ăn mòn

xảy ra trên bề mặt WS; tổng trở khuếch tán Zw đặc trưng cho quá trình vận

chuyển vật chất đến bề mặt phản ứng.

Các giá trị điện trở Rcp, Rct và Zw của lớp gỉ trên các mẫu thử nghiệm chu kì 12,

24 và 36 tháng được tính toán từ đường cong phổ tổng trở thông qua phần mềm

phân tích tự động “Fit and Simulation” của thiết bị đo.

Hình 4.33. Đường cong phân cực

của các mẫu WS thử nghiệm tại các

trạm; dung dịch NaCl 0,1N; tốc độ

quét: 1mV/s; điện cực đối: Pt, điện

cực so sánh: calomen bão hòa

Hình 4.34. Mạch tương đương

của bề mặt WS khi có lớp

SPAM

Qcp

Rs

Rcp

Qdl

Rct Zw

24

Đường cong phổ phổ tổng của lớp SPAM ở các trạm cho thấy:

Sau 3 tháng thử nghiệm, đã quan sát thấy cung tổng trở thứ nhất – đặc trưng

cho lớp SPAM trên đường cong tổng trở đo trên mẫu thử nghiệm tại Hà Nội

và Đồng Hới. Chưa quan sát thấy cung này trên mẫu Phan Rang khi thử

nghiệm dưới 12 tháng.

Khi thử nghiệm dài hạn (≥ 1 năm), điện trở lớp SPAM Rcp tăng dần do lớp

SPAM được hoàn thiện dần về thành phần pha và cấu trúc pha. Mặc dù vậy,

ở chu kỳ thử nghiệm 36 tháng, điện trở chuyển điện tích Rct, điện trở khuếch

tán Zw của lớp gỉ tại cả 3 trạm và các giá trị Rcp ở Đồng Hới và Hà Nội đều

bị giảm xuống so với chu kì 24 tháng, nguyên nhân có thể do lớp gỉ bên

ngoài quá xốp và dày nên đã bị bong khỏi bề mặt, làm giảm chiều dày và

thay đổi tính chất của lớp gỉ

Từ sự biến thiên của các giá trị điện trở Rcp, Rct và Rw (bảng 4.5) và điều

kiện khí quyển ở từng trạm thử nghiệm có thể thấy rằng: Môi trường khí quyển

ẩm ở Hà Nội và Đồng Hới khiến cho THAM do ăn mòn tại đây lớn, SPAM

nhanh chóng che phủ bề mặt mẫu nên cung tổng trở thứ nhất sớm hình thành và

điện trở SPAM Rcp ở các chu kì dưới 24 tháng tại Hà Nội và Đồng Hới luôn lớn

hơn so với Phan Rang. Điều kiện khí quyển ẩm cũng khiến cho tỷ lệ chuyển

pha α/ tại Hà Nội và Đồng Hới cao và tăng theo thời gian thử nghiệm, lớp gỉ

bên trong giàu Cu, Cr và pha goethite sớm được hình thành và phát triển, dẫn

đến phản ứng hòa tan sắt bị kìm hãm bởi sự chậm chuyển vật chất đến bề mặt

phản ứng. Do đó, điện trở khuếch tán Rw và chuyển điện tích Rct của lớp SPAM

hình thành ở Hà Nội và Đồng Hới luôn lớn hơn giá trị này ở Phan Rang. Có thể

thấy điều kiện khí quyển ẩm và thời gian ướt không quá dài không phải là điều

bất lợi mà còn đóng vai trò cho việc tạo thành lớp gỉ bền tren WS. Sự khác biệt

về THAM giữa WS và CS theo thời gian tại các trạm càng khẳng định điều này

(mục 3.1).

Hình 4.36. Phổ tổng trở

của lớp SPAM tại Đồng

Hới; dung dịch đo

NaCl 0,1N; tần số quét:

100kHz – 5mHz; điện

cực đối: Pt, điện cực so

sánh: calomen bão

hòa; đường nét liền là

đường mô phỏng theo

mạch điện hóa tương

đương của lớp gỉ.

-Z”,

Ω.c

m2

3 tháng

6 tháng

Z’, Ω.cm2

-Z”,

Ω.c

m2

24 tháng

12 tháng

36 tháng

Z’, Ω.cm2

25

Bảng 4.5. Giá trị điện trở sau khi fit mạch

Điện

trở,

Hà Nội Đồng Hới Phan Rang

12m 24m 36m 12m 24m 36m 12m 24m 36m

Rcp 40 60 25,57 60 75 58 8,9 73 79

Rct 59,28 119,31 56,94 100,1 132,19 55,46 10,97 104,73 63,13

Zw 27,88 178,13 35,92 72,44 156,47 22,47 13,62 45,71 22,15

Đối với Phan Rang, điều kiện khí hậu khô làm chậm lại quá trình AMKQ và

làm cho lớp SPAM ở cả lớp trong và lớp ngoài đều có cấu tạo chắc đặc, ít bị

bong tróc. Đồng thời, sự thiếu hụt thời gian ướt khiến cho tỷ lệ pha chuyển pha

α/ ở Phan Rang thấp, pha goethite không đủ nhiều để đóng góp vào khả năng

bảo vệ của lớp gỉ. Cho đến 36 tháng, khả năng bảo vệ của lớp gỉ tại Phan Rang

chủ yếu là do sự tăng chiều dày của lớp gỉ chắc đặc tạo thành trong môi trường

khí hậu khô. Vì vậy, điện trở Rcp tại Phan Rang tăng dần theo thời gian thử nghiệm

và sau 36 tháng đã vượt giá trị Rcp của Hà Nội và Đồng Hới (bảng 4.5, h.4.38).

CS

WS

CS WS -Z

”, Ω

.cm

2

-Z”,

Ω.c

m2

Z’, Ω.cm2 Z’, Ω.cm2

PR 24 tháng PR 36 tháng

CS

WS

CS

WS

-Z”,

Ω.c

m2

-Z”,

Ω.c

m2

Z’, Ω.cm2 Z’, Ω.cm2

ĐH 24 tháng ĐH 36 tháng

WS

CS CS WS

HN 24 tháng

HN 36 tháng

Z’, Ω.cm2 Z’, Ω.cm2

-Z”,

Ω.c

m2

-Z”,

Ω.c

m2

Hà Nội Đồng Hới

Phan Rang

Z’, Ω.cm2

-Z”,

Ω.c

m2

Hình 4.38. Phổ tổng trở của WS

sau 36 tháng thử nghiệm; dung

dịch đo NaCl 0,1N; tần số quét:

100kHz – 5mHz; điện cực đối: Pt,

điện cực so sánh: calomen bão hòa.

Hình 4.39. So sánh phổ tổng trở của lớp SPAM trên CS và WS; dung dịch đo NaCl 0,1N;

tần số quét: 100kHz – 5mHz điện cực đối: Pt, điện cực so sánh: calomen bão hòa.

26

So sánh phổ tổng trở của lớp SPAM tạo thành trên WS và CS tại các trạm

thử nghiệm (h.4.39) thấy rằng điện trở Rcp của lớp gỉ trên WS luôn lớn hơn so

với CS trong cùng chu kì thử nghiệm. Kết quả này phù hợp với cấu trúc của lớp

gỉ (mục 4.2.1) và động học ăn mòn của cả 2 loại thép (mục 3.1 – hệ số n trong

phương trình THAM của CS lớn hơn của WS tại các trạm thử nghiệm).

4.3. Cơ chế hình thành và phát triển lớp gỉ bảo vệ trên thép bền thời tiết

trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam

Sự hình thành lớp gỉ:

GĐ 1- giai đoạn ướt: Khi trên bề mặt kim loại tồn tại một màng dung dịch

điện ly (độ ẩm RH > 70 – 80%): quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra ngay lập

tức. Tùy theo đặc trưng tính chất của từng môi trường mà sản phẩm của

phản ứng ăn mòn có thể là -FeOOH hoặc Fe2O3 hoặc cả hai (theo các phản

ứng 4.1, 4.2 và 4.3).

Fe + ½ O2 + H2O Fe(OH)2 (4.1)

Trong khí quyển rất ẩm (Đồng Hới, Hà Nội):

4Fe(OH)2 + O2 4 (,)-FeOOH + 2H2O (4.2)

Trong khí quyển khô:

4Fe(OH)2 + O2 2Fe2O3 + 4H2O (4.3)

Các nguyên tố Cu và Cr bị hòa tan, tập trung đến bề mặt phân chia pha

thép/dung dịch điện li và tham gia vào thành phần SPAM.

Xảy ra quá trình chuyển pha từ -FeOOH sang FeOx(OH)3-2x ở dạng vô

định hình. Quá trình này diễn ra tốt hơn ở trong môi trường khí quyển có

thời gian ẩm đủ dài (tỷ lệ thời gian khô/ướt k/ư > 50%).

Giai đoạn 2 - giai đoạn chuyển từ ướt sang khô - nước trong màng ẩm bốc

hơi, chiều dày màng dung dịch điện li giảm: thép tiếp tục bị ăn mòn theo

phản ứng 4.1, 4.2 và 4.3, đồng thời kèm theo các quá trình chuyển pha từ vô

định hình sang -FeOOH. Ở giai đoạn sớm, pha -FeOOH tạo thành ngay

khi ư giảm, tỷ lệ thời gian khô/ ướt k/ư 0,5 ÷ 1 có tác dụng gia tốc quá

trình chuyển pha này. Trong quá trình chuyển pha tạo thành -FeOOH, Cr

có thể đã thay thế một phần nguyên tử Fe để tạo thành hợp chất Cr-FG nằm

sát bề mặt thép, chiều dày của lớp này tăng dần theo thời gian thử nghiệm.

Giai đoạn 3 – bề mặt khô: quá trình ăn mòn tạm dừng, sự bay hơi của nước

trong màng ẩm và trong khối SPAM làm giảm kích thước của gỉ, lớp gỉ trở

nên đặc chắc hơn. Khi đạt một chiều dày nhất định, lớp SPAM có thể bị nứt

Sự phát triển của lớp gỉ:

Giai đoạn 4: Lặp lại các giai đoạn trên: SPAM tiếp tục điền đầy bề mặt và

các vết nứt.

Giai đoạn 5: sau khoảng 7 năm, quá trình ăn mòn đạt đến trạng thái ổn định

tương ứng với TĐAM khoảng 9,41 m/năm (Hà Nội), 14,29 m/năm (Đồng

Hới) và 7,78 m/năm (Phan Rang).

27

Giai đoạn 6: lớp gỉ bảo vệ hoàn thiện sau 13 ÷ 19 năm trong môi trường khí

quyển khô (k/ư > 1) và khí quyển ẩm xa biển (k/ư = 0,5 – 1), khi đó TĐAM

trung bình của WS dưới 6 m/năm.

Cơ chế hình thành và phát triển của lớp gỉ bảo vệ trên WS được tóm tắt trên

hình 4.40 dưới đây:

Hình 4.40. Sơ đồ hình thành lớp gỉ trên nền WS trong môi trường khí quyển

Việt Nam

Vô định hình

-FeOOH

Fe(OH)2

(,)FeOOH

, Fe2O3

-FeOOH

vô định hình

GĐ 1: Bề mặt ướt – Xảy ra ngay khi bề mặt bị ướt (cỡ

giây/phút/ngày )

SPAM: Fe(OH)2, Fe2O3, -FeOOH, -FeOOH, hợp

chất vô định hình FeOx(OH)3-2x, Cu2O, CuSO4, Cr2O3

GĐ 2: Hơi ẩm trên bề mặt thép bốc hơi (GĐ ướt

chuyển sang khô)

- Thép tiếp tục bị ăn mòn theo phản ứng (4.1), (4.2) và

(4.3)

- Chuyển pha từ hợp chất vô định hình sang -FeOOH

(sau 1 đến 7 ngày)

GĐ 3: bề mặt thép khô hoàn toàn

Quá trình ăn mòn dừng lại, các điểm gỉ thu nhỏ kích

thước; khi đạt chiều dày nhất định, lớp gỉ có thể bị nứt

GĐ 4: Phát triển lớp gỉ

Dưới 1 năm: lớp trong chưa liên tục, SPAM nhiều vết

nứt; Từ 1 năm đến 7 năm: lớp trong tạo thành lớp liên

tục; SPAM mới được tạo thành trong các vết nứt/lỗ xốp;

Xảy ra hiện tượng bong tróc lớp gỉ bên ngoài.

Vết nứt

Lepidocrocite -FeOOH Goethite α-FeOOH và vô định hình giàu Cu và

Cr

GĐ 5: Lớp gỉ ổn định (trên 7 năm)

Lớp gỉ chắc đặc và ít vết nứt, quá trình ăn mòn đạt đến

trạng thái ổn định

Nền sắt

Fe

Fe2+

Cu

Cu2+

Cr

Cr3+

Nền sắt

Fe

Fe2+

Cu

Cu2+

Cr

Cr3+

Nền sắt

Fe

Fe2

+

C

u

Cu2+

Cr

Cr3

+

Fe2

+ Cu2

+

Cr3

+

Nền sắt

Fe C

u

Cr

Nền sắt

Nền sắt

Fe

Fe2+

Cu

Cu2+

Cr

Cr3+

GĐ 6: Lớp gỉ hoàn thiện – TĐAM trung bình dưới

6m/năm

Từ 13 đến 19 năm trong KQ khô (k/ư > 1) và khí quyển

ẩm xa biển (k/ư = 0,5 ÷ 1).

28

KẾT LUẬN

1. Động học ăn mòn WS theo thời gian tuân theo với quy luật hàm mũ với số

mũ n < 1 ở cả 3 địa điểm thử nghiệm Hà Nội (n = 0,5363), Đồng Hới (n =

0,6172) và Phan Rang (n = 0,5653) thể hiện lớp gỉ bảo vệ đã hình thành và

phát triển trên WS. Sau một năm thử nghiệm, WS đã bắt đầu thể hiện tính

bền ăn mòn hơn hẳn thép CS.

2. Lớp SPAM có cấu trúc 2 lớp rõ rệt: lớp trong chắc đặc, ít vết nứt; lớp ngoài

xốp, nhiều vết nứt. Các nguyên tố hợp kim hóa đồng và crom xuất hiện sớm,

phân bố trong toàn bộ chiều dày lớp gỉ bên trong và tập trung ở khoảng cách

30 ÷ 40 m tính từ bề mặt thép. Các nguyên tố này góp phần hình thành và

phát triển lớp gỉ bên trong chứa Cr-FG có cấu tạo chắc đặc, bám dính tốt với

nền thép, chiều dày của lớp gỉ chứa Cr-FG tăng theo thời gian thử nghiệm.

3. Quá trình nghiên cứu ăn mòn thép bền thời tiết trong khí quyển Việt Nam

cho thấy rằng thời gian ẩm có vai trò gia tốc đối với sự hình thành pha bền

Geothite. Điều này chứng tỏ tính khả thi trong việc sử dụng WS trong vùng

khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam. Tuy nhiên, cần chú ý đến các giá trị tới hạn

của tỷ lệ thời gian khô/ướt – k/ư. Trong các vùng khí hậu có tỷ lệ thời gian

khô/ướt k/ư < 0,5 (thời gian ướt chiếm khoảng 67%) WS không thể hiện ưu

thế tạo lớp gỉ bảo vệ, vì vậy, không nên sử dụng WS không sơn trong các

vùng khí hậu này; trong các vùng khí hậu có thời gian khô ≥ thời gian ướt

(k/ư ≥ 1) và trong các vùng khí hậu xa biển (độ muối < 5 mgCl-/m2.ngày) có

tỷ lệ thời gian khô/ướt k/ư = 0,5 – 1,0 WS thể hiện khả năng tạo lớp gỉ bảo

vệ tốt, có thể sử dụng ở trạng thái không sơn.

4. Theo khuyến cáo của Hiệp hội Sản xuất Thép Hoa Kì, có thể sử dụng thép

bền thời tiết ở trạng thái không sơn phủ nếu tổn hao ăn mòn sau 20 năm đầu

tiên < 120 m. Như vậy, dựa trên tốc TĐAM tính từ phương trình động học,

thép bền thời tiết có triển vọng sử dụng ở trạng thái thép trần trong môi

trường khí quyển Hà Nội và Phan Rang.

5. Đã xây dựng cơ chế hình thành và phát triển lớp gỉ bảo vệ trên WS trong

điều kiện khí quyển nhiệt đới ẩm Việt Nam (chi tiết tại trang 26 ÷ 27)

Điểm mới của Luận án:

1. Lần đầu tiên quá trình AM WS trong môi trường khí quyển nhiệt đới ẩm

Việt Nam được nghiên cứu tương đối đầy đủ và có hệ thống trên nhiều vùng

khí hậu.

2. Trên cơ sở các số liệu nhận được , điều kiện môi trường tới hạn để sử dụng

WS không cần sơn bảo vệ trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam được

đề xuất: WS có thể sử dụng tốt trong các vùng khí quyển xa biển có hàm

lượng ion Cl- < 5 mg/m2.ngày và có tỷ lệ thời gian khô/ướt trong khoảng 0,5

– 1,0.

3. Cơ chế hình thành lớp gỉ bảo vệ trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt

Nam được đề xuất.