Giáo trình Lắp đặt và sửa chữa máy - Chương 2: Các trạng thái kỹ thuật của máy

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

(kation) sÏ chuyÓn vµo dung dÞch vµ trªn bÒ mÆt bÞ d− ®iÖn tö sÏ tÝch ®iÖn ©m. Trªn

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

mÆt kim lo¹i sÏ tÝch ®iÖn d−¬ng vµ dung dÞch sÏ tÝch ®iÖn ©m vµ ta còng cã líp

®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 (+ -)

Khi kim lo¹i kh«ng bÞ hidrat ho¸ mµ nã hÊp phô chän läc c¸c anion (ion ©m

-

nh− Cl ) hoÆc hÊp thô c¸c ph©n tö l−ìng cùc (vÝ dô H₂O) th× líp ®iÖn tÝch kÐp n¨m

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.

Khi c©n b»ng ta cã dßng ®iÖn trao ®æi I₁= I₂vµ ta cã ph−¬ng tr×nh thuËn

nghÞch nh− sau:

Zn²⁺+ m H₂O + 2 e

Zn + m H₂O

Trong tr−êng hîp nµy (tr−êng hîp cã c©n b»ng) thÕ ®iÖn cùc kim lo¹i E

®−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 )

F- H»ng sè Fara®©y.

n- Sè ®iÖn tÝch trao ®æi

a- Ho¹t ®é ion kim lo¹i (Meⁿ⁺)cã mÆt trong chÊt ®iÖn ph©n. ( mol/lÝt )

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

c©n b»ng (thuËn nghÞch) gi÷a kim lo¹i vµ dung dÞch.

§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

• Møc ®é c¬ khÝ ho¸, tù ®éng kiÓm tra hiÖu chØnh c¸c chÕ ®é lµm viÖc,...

2.7. VÝ dô vÒ sù mµi mßn cña mét sè bÒ mÆt ®iÓn h×nh

• MÆt ph¼ng cña b¨ng m¸y;

• H×nh trô cña trôc, piston, sÐc m¨ng,

• CÆp trôc - lç cã chuyÓn ®éng quay t−¬ng ®èi;

• B¸nh r¨ng, thanh r¨ng,...

• Trôc vÝt me - ®ai èc, c¸c mèi ghÐp ren;

2.8. DÊu hiÖu mµi mßn

vµ c¸c chi tiÕt kh¸c cña xe löa,... )

• ¢m thanh ph¸t ra khi m¸y ch¹y ( m¸y ch¹y ªm th× tèt, m¸y ch¹y cã ph¸t ra

• §é rung ®éng, dao ®éng cña m¸y, ®é r¬ cña c¸c bé phËn m¸y; khe hë t¨ng,

xuÊt hiÖn c¸c s¶n phÈm bÞ mµi mßn.

• C¸c biÓu hiÖn ra ngoµi : nøt, c«ng vªnh, ... h×nh d¹ng trôc bÞ biÕn d¹ng

• NhiÖt ®é t¨ng kh«ng b×nh th−êng,

• Tèc ®é dÞch chuyÓn cña c¬ cÊu kh«ng ®Òu,

• Rß dÇu, rß khÝ, ...

2.9 C¸c yÕu tè chÝnh cña qu¸ tr×nh mµi mßn vµ ¶nh

h−ëng cña chóng ®Õn hao mßn cña chi tiÕt [11]

Qu¸ tr×nh mµi mßn c¸c bÒ mÆt x¶y ra rÊt phøc t¹p vµ phô thuéc nhiÒu

yÕu tè theo c¸c ®iÒu kiÖn tæ hîp kh¸c nhau vµ nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ cña tõng

m¸y.

N¨m ®−îc c¸c yÕu tè chÝnh vµ quy luËt mµi mßn sÏ gióp chóng ta lùa

chän hîp lý c¸c biÖn ph¸p ng¨n ngõa hoÆc söa ch÷a vµ phôc håi ®¹t kÕt qu¶ tèt.

C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh mµi mßn cã thÓ liÖt kª nh− sau :

1. ¸p suÊt trªn bÒ mÆt ma s¸t;

2. §é cøng trªn bÒ mÆt cña chi tiÕt;

3. CÊu tróc kim lo¹i nãi chung vµ ®Æc biÖt lµ líp bÒ mÆt;

4. ChÊt l−îng bÒ mÆt chi tiÕt;

5. VËn tèc chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña bÒ mÆt nµy so víi bÒ mÆt kh¸c;

6. H×nh d¸ng vµ kÝch th−íc khe hë gi÷a c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc;

¸p suÊt : ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng hao mßn t¨ng tû lÖ thuËn víi ¸p suÊt. Khi

cã b«i tr¬n th× hao mßn t¨ng kh«ng tuyÕn tÝnh; ¸p suÊt thay ®æi sÏ lµm thay ®æi

bÞ biÕn d¹ng,...

§é cøng : Kim lo¹i cã ®é cøng cao bÞ mµi mßn chËm h¬n kim lo¹i mÒm

22

§é chèng

mßn i, (g)

§é cøng HB

H×nh 2-11 Sù phô thuéc gi÷a ®é chèng mµi mßn cña thÐp c¸c

bon khi cã ma s¸t tr−ît vµ ®é cøng HB

CÊu tróc cña vËt liÖu : ThÐp cã cÊu tróc nhá h¹t th× cã ®é chÞu mµi mßn

tèt h¬n; thÐp t«i cã kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cao; Gang x¸m cã kh¶ n¨ng chèng

2,5 lÇn so víi gang cr«m [8].

ChÊt l−îng bÒ mÆt ma s¸t: bao gåm c¸c yÕu tè ®é nhÊp nh«, ®é bãng,

tÝnh chÊt vËt lý, cÊu tróc kim loai, sù t−¬ng t¸c víi m«i tr−êng tiÕp xóc,...

VËn tèc dÞch chuyÓn cña bÒ mÆt ma s¸t : L−îng hao mßn phô thuéc tèc ®é dÞch

chuyÓn, lo¹i ma s¸t. Khi tèc ®é lín, ma s¸t kh« th× hao mßn lín nh−ng trong

®iÒu kiÖn ma s¸t −ít th× hao mßn nhá h¬n.

ChÊt l−îng b«i tr¬n : hao mßn kim lo¹i phô thuéc ®iÒu kiÖn lµm viÖc,

chÊt l−îng chÊt b«i tr¬n, ph−¬ng ph¸p b«i tr¬n.

H×nh d¸ng vµ kÝch th−íc cña khe hë gi÷a c¸c bÒ mÆt ma

s¸t :

Trôc bÞ « van

Líp dÇu b«i tr¬n

H×nh 2 - 12 S¬ ®å vÞ trÝ c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc víi líp chÊt b«i tr¬n.

2.10 Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hao mßn [8]

2.10.1 X¸c ®Þnh hao mßn b»ng ®o vi chi tiÕt

23

§Ó nghiªn cøu hao mßn chi tiÕt ng−êi ta th¸o m¸y hay côm m¸y vµ ®o chi tiÕt

nhê c¸c dông cô ®o ë vÞ trÝ cÇn x¸c ®Þnh hao mßn hay biÕn d¹ng. Sau mét thêi

gian lµm viÖc nhÊt ®Þnh ng−êi ta l¹i th¸o m¸y vµ ®o chi tiÕt ë vÞ trÝ ®· ®o. Sau

nhiÒu lÇn lÆp l¹i nh− vËy ta cã thÓ vÏ ®−îc ®−êng cong hao mßn vµ x¸c ®Þnh

®Æc tÝnh hao mßn cña chóng. Ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp x¸c ®Þnh ®Æc ®iÓm hao

mßn cña tÊt c¶ hay hµng lo¹t c¸c chi tiÕt. Tuy nhiªn ph−¬ng ph¸p nµy cã nh−îc

®iÓm lµ khã cã thÓ ®o ë cïng mét ®iÓm, kh«ng thÓ gi÷ æn ®Þnh nhiÖt ®é vµ ¸p

suÊt lªn ®Çu ®o nªn dÉn ®Õn sai sè. Mèi lÇn th¸o l¾p m¸y ®Ó ®o còng t¨ng thªm

hao mßn cho chi tiÕt m¸y.

2.10.2 X¸c ®Þnh hao mßn b»ng ®o biÕn d¹ng

Sö dông dông cô ®o biÕn d¹ng ®Ó x¸c ®Þnh t×nh tr¹ng thay ®æi cña bÒ

mÆt vµ x¸c ®Þnh hao mßn. Ph−¬ng ph¸p nµy sö dông cho c¸c chi tiÕt cã hao

mßn nhá.

viÖc. Ph−¬ng ph¸p nµy cã nh−îc ®iÓm lµ kh«ng thÓ ph¸t hiÖn c¸c vïng bÞ hao

mßn cña chi tiÕt vµ ®Æc ®iÓm hao mßn.

2.10.4 X¸c ®Þnh hao mßn theo sè l−îng kim lo¹i trong dÇu

b«i tr¬n

Ng−êi ta lÊy c¸c mÉu theo ®Þnh kú c¸c mÉu dÇu b«i tr¬n tõ hÖ thèng b«i tr¬n

cña ®éng c¬ hay hép sè,... råi x¸c ®Þnh l−îng kim lo¹i trong ®ã. Ph−¬ng ph¸p

nµy kh«ng thÓ x¸c ®Þnh mét c¸ch cô thÓ hao mßn ë chi tiÕt nµo.

2.10.5 X¸c ®Þnh hao mßn b»ng chÊt ®ång vÞ phãng x¹

Khi chÕ t¹o ng−êi ta khoan lç vµ cho chÊt phãng x¹ vµo vµ ®Õm c¸c phÇn tö cña

chÊt ®ång vÞ phãng x¹.

2.10.6 X¸c ®Þnh hao mßn b»ng vÕt

Ng−êi ta t¹o vÕt lªn bÒ mÆt chi tiÕt b»ng mòi kim c−¬ng hay dao kim c−¬ng.

§o ®Þnh kú c¸c ®−êng chÐo cña vÕt nhê kÝnh lóp ng−êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc

kÝch th−íc vµ ®Æc ®iÓm hao mßn cña chi tiÕt

2.11 §é mßn giíi h¹n vµ ®é mßn cho phÐp [6, 10, 11]

Tuú thuéc c¸c lo¹i m¸y, chi tiÕt vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt mµ cã c¸c gi¸

trÞ ®é mßn giíi h¹n theo c¸c chØ tiªu kh¸c nhau. Cã 3 nhãm chÝnh : ®é mßn

b×nh th−êng, ®é mßn cho phÐp vµ ®é mßn giíi h¹n.

1. KÝch th−íc vµ ®Æc tr−ng kü thuËt kh¸c cña chi tiÕt t−¬ng øng víi

thiÕt kÕ gäi lµ ®é mßn b×nh th−êng

2. KÝch th−íc vµ ®Æc trung kü thuËt kh¸c cña chi tiÕt cho phÐp l¾p vµo

m¸y vµ lµm viÖc b×nh th−êng trong kho¶ng gi÷a 2 lÇn söa ch÷a mµ

kh«ng cÇn söa ch÷a gäi lµ ®é mßn cho phÐp.

3. KÝch th−íc vµ ®Æc trung kü thuËt kh¸c cña chi tiÕt kh«ng thÓ sö dông

®−îc n÷a gäi lµ c¸c kÝch th−íc hay ®Æc tr−ng giíi h¹n

VÝ dô ®é mßn giíi h¹n cña mét sè chi tiÕt:

• §−êng tr−ît cña c¸c m¸y chÝnh x¸c cao : < 0,02 - 0,03 mm/1000 mm

24

• M¸y chÝnh x¸c th−êng

< 0,10 - 0,20 mm/1000mm

• Giíi h¹n mßn cña r¨ng b¸nh r¨ng trong bé truyÒn ®éng ≤ (0,1 - 0,2).m

trong ®ã m lµ modun b¸nh r¨ng, mm.

• Lãt trôc cã vÕt nøt, bong líp babit vµ khe hë b«i tr¬n kh«ng ®Òu th× ph¶i

®óc bac bÝt l¹i.

• Giíi h¹n mßn cña ren vÝt bµn xe dao, bµn m¸y, con tr−ît ngang ph¶i ≤ 10

% chiÒu dµy ban ®Çu cña ren khi hµnh tr×nh chÕ cña ®ai èc ≤ 0,25 mm .

• §é mßn cho phÐp lín nhÊt theo chiÒu dµy cña r¨ng hép tèc ®é ph¶i ≤ 15%

chiÒu dµy r¨ng ban ®Çu ; trong c¸c c¬ cÊu kh¸c cña m¸y c¾t kim lo¹i ph¶i

≤ 20.

• §é mßn giíi h¹n cña chiÒu réng r·nh trong lç then hoa trong ph¹m vi 0,1 -

0,2 mm. Khi mßn qu¸ ph¶i thay.

• §é mßn giíi h¹n cña chiÒu réng r·nh then b»ng trªn trôc ph¶i ≤ 20% kÝch

th−íc ban ®Çu cña r·nh [6].

VÝ dô khe hë l¾p r¸p :

§èi víi nhãm trôc [10] :

Khe hë l¾p r¸p :

S _trôc= 0,0005 d + 0,05 mm

Khe hë l¾p r¸p giíi h¹n:

S _{giíi h¹n}= 0,001 d + 0,1 mm

§é ellip giíi h¹n cña cæ trôc khuûu

E _gh= S _gh- S _trôc= 0,0005 d + 0,05 mm

Nhãm xy lanh - Piston

Khe hë l¾p r¸p :

S _{L¾p r¸p}= 0,001 D_xilanh

Khe hë l¾p r¸p giíi h¹n:

S _{giíi h¹n}= 3 S_xilanh= 0,003 D_xilanh

.

§Ó x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ giíi h¹n ta cã thÓ dùa vµ c¸c chØ tiªu sau [11]

1. ChØ tiªu vÒ kinh tÕ : Lµ chØ tiªu quan träng nhÊt. §Ó ®¸nh gi¸ ta

dùa vµo c¸c dÊu hiÖu : sù gi¶m n¨ng suÊt cña m¸y, t¨ng chi phÝ nguyªn

nhiªn vËt liÖu, t¨ng l−îng dÇu më b«i tr¬n,... vµ cuèi cïng lµ gi¸ thµnh

s¶n phÈm t¨ng.

2. ChØ tiªu kü thuËt : Cho phÐp gi¸ trÞ hao mßn giíi h¹n vµ ®¸nh gi¸

t×nh tr¹ng cña mçi chi tiÕt riªng rÏ trªn c¬ së x¸c ®Þnh : ®é bÒn, ®Æc

®iÓm t¶i träng, ®iÒu kiÖn ma s¸t, øng suÊt nhiÖt, tÝnh chÊt cña bÒ mÆt ma

s¸t,...

3. ChØ tiªu vÒ chÊt l−îng : ®−îc ®¸nh gi¸ dùa theo dÊu hiÖu thay

®æi chÊt l−îng lµm viÖc cña m¸y.

25