CHƯƠNG 1: LÀM SẠCH CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TNASC 1. Làm sạch trong công nghiệp 1. Khái niệm làm sạch Làm sạch là tách các vật liệu không mong muốn khỏi bề mặt nó bám dính. Vật liệu không mong muốn được gọi chung là “chất bẩn”.
Chất bẩn nhìn thấy được: • Bẩn bám: là những vật thể ngoại lai nhìn thấy bằng mắt thường, không thuộc kim loại nền, gồm rác, bụi, bột bẩn, keo, bê tông, vữa, thuốc nhuộm, thạch cao, nhựa… • Dầu mỡ: Sự lưu lại dầu, mỡ trên mặt thép sau khi chế tạo hoặc vận hành sẽ làm giảm khả năng liên kết các lớp phủ tiếp theo. Các chất này phải được làm sạch bằng một phương pháp khác trước khi áp dụng bất cứ một phương pháp chuẩn bị bề mặt nào, vì tác động của quá trình thức hiện chuẩn bị bề mặt nào sẽ làm chúng lan rộng hơn. • Vảy cán: Thép xây dụng thường được chế tạo bằng phương pháp cán nóng ở nhiệt độ 11500 – 12500. Các loại thép cán đều được bao phủ bởi một lớp mỏng ô xít sắt gọi là vảy cán.
Vẩy cán có kết cấu dát mỏng, có độ bám dính ban đầu tốt nhưng là một màng giòn, hay bị gãy. Thông qua các vị trí gãy, gỉ dễ tạo thành, “gặm” chân, khiến vảy cán dễ bị bong. Sự có mặt của vảy cán làm cho thép có độ giãn nhiệt khác nhau. Hơn nữa vảy cán đóng vai trò cực âm đối với nền thép cơ bản, là nguyên nhân gây ra sự ăn mòn thép.
• Gỉ: là sản phẩm của thép tác dụng với ôxy và nước. Phản ứng tạo gỉ thường xảy ra như sau: 4 + 2 2 + 3 2 = 2 2 3. 2 F HO H F O HO Có gốc chính là ôxít ngậm nước, nhưng gỉ còn chứa một số thành phần khác, các thành phần này phụ thuộc vào điều kiện nó được hình thành. Nhiều phân tích của [10] chỉ ra rằng gỉ hình thành trong không khí chứa 5% các hợp chất khác ngoài Fe 2O3 .Các hợp chất này hình thành một phần chuyển hóa từ sắt, một phần từ các nguyên tố khác (như đồng, silic, mangan trong sắt) và một phần từ các nhiễm 17 thể chủ yếu là Sulpate và Cloride.
Nhiễm thể khác như muối Amonium nói chung cũng hiện diện trong gỉ. Gỉ là chỉ tiêu làm sạch duy nhất được định nghĩa cụ thể và được phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8501-1 • A: Bề mặt kim loại chủ yếu bao phủ bởi lớp vảy cán bám chặt, có gỉ không đáng kể. • B: Bề mặt bắt đầu có hiện tượng ôxy hóa, xuất phát từ đó lớp vảy cám bị gặm chân trở nên bám lỏng. • C: Bề mặt kim loại, trên đó lớp vảy cán bị gỉ và từ đó có mảnh bong hoặc mảnh vỡ vụn.
Mắt thường có thể nhìn thấy rỗ ăn mòn nhẹ trên bề mặt thép. • D: Lớp vảy cán trên bề mặt kim loại bị gỉ nhiều, nhìn chung rỗ ăn mòn bề mặt có thể nhìn rõ bằng mắt thường. Như phân tích, ngoài giúp tiến trình ăn mòn nhanh hơn, gỉ còn bám lỏng và dễ tách khỏi bề mặt kim loại. Trong mọi trường hợp, gỉ là chỉ tiêu cần làm sạch của một bề mặt kim loại.
Các lớp phủ cũ(sơn): Tất cả các lớp sơn, không có ngoại lệ, đều cho phép phần nào nước và ôxy xuyên qua màng bao phủ. Lượng thẩm thấu phụ thuộc và chiều dày, đọ rỗng khí tự nhiên và tính nguyên vẹn của lớp sơn quét. Về lý thuyết, màng sơn bảo vệ bề mặt kim loại không phải vì nó ngăn chặn hoàn toàn được sự xâm nhập của nước và ô xy tới bề mặt kim loại mà vì nó tạo trở kháng đường đi cao hơn, ngăn chặn chuyển động của các ion trong cơ chế động lực ăn mòn. Như vậy, nếu nước không đến được vị trí tiếp xúc giữa màng và bề mặt thép(nếu như màng sơn bám chặt) thì sẽ không coa tác dụng ăn mòn đáng kể.
Điều này vô cùng có ý nghĩa. Do vậy độ bám cao là thông số đóng vai trò quyết định trong bảo vệ bề mặt kim loại bằng lớp sơn. Tăng cường độ bám chỉ có thể thực hiện được thông qua một bề mặt được chuẩn bị tốt. Khi lớp sơn đã cũ, cùng tác động của môi trường, va chạm, gãy hỏng, các cơ chế ăn mòn sẽ xuất hiện.
Chúng gặm chân và giảm dần độ bám, lớp màng sơn cũ tạo điều kiện thuận lợi cho ăn mòn, thậm chí còn nhanh hơn khi có nó. Vì vậy, lớp sơn 18 cũ là một chỉ tiêu làm sạch mà khi xem xét cá phương pháp chuẩn bị bề mặt cần phải tính đến. Chất bẩn không nhìn thấy được Chất bẩn hòa tan trong nước: Như muối Sulphat, sắt(FeSO 4 ), Clorire. Thành phần chính của gỉ là ô xít sắt, bản thân nó không phải vấn đề trong việc sơn phủ.Trong thực tế, ô xít sắt còn được làm chất tạo màu trong sơn.
Những hợp chất được tạo nên từ phản ứng giữa sắt và thể nhiễm bẩn như: Sulphur dioxide mà người ta còn gọi là “muối sắt” hoặc “muối gỉ” mới là các thành phần gây ra nhiều vấn đề nhất. Mặc dù SO 2 có thể hòa tan trong không khí ẩm, nhưng không tác động trực tiếp lên bề mặt thép mà tác dụng với ôxít sắt tạo ra ferous sulphate(FeSO 4 – còn có tên là “muối ăn mòn”). Muối này có khả năng gây gỉ do tham gia vào các phản ứng hóa học tạo các muối màu trắng, màu xám hoặc không màu. Chúng rất khó, nếu không nói là không thể tẩy sạch với các dụng cụ cạo hoặc chải, thậm chí kể cả phun cát.ferous sulphate còn dẫn tới những phản ứng hóa học phức tạp khác liên quan đến việc tái tạo axid sulphuric mà từ đó nó được sinh ra và đến lượt axid sulphuric lại tiếp tục gây gỉ.
Khi lượng gỉ dày lên đáng kể so với nền thép mà từ đó nó phát sinh, màng sơn quét trên bề mặt sẽ bị nổi rộp, phá gãy, nứt, hoặc bong ra. Gỉ có đặc tính hút ẩm mạnh, do đó nó trở thành “bẫy” ẩm gây gỉ lan trên bề mặt kim loại nền phía dưới màng sơn. [16] đã thí nghiệm và chỉ ra mối quan hệ tuyến tính giữa tốc độ ăn mòn và sulphur dioxide trong không khí. Loại muối này là đối tượng nghiên cứu rất có ý nghĩa vì sự hiện diện của chúng trong gỉ là nguyên nhân chính phá hỏng màng sơn bảo vệ.
Ở các vùng gần bờ biển, so với sulphate, cloride dường như gây vấn đề trầm trọng hơn. Các phản ứng sinh ra do sulphate và cloride không hẳn giống nhau. Cloride là loại hút ẩm.Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của [17] chỉ ra rằng với sulphate, gỉ có thể được tạo thành tại độ ẩm tương đối đén 70%.Còn sự có mặt 19 của cloride có thể tạo gỉ thép tại độ ẩm tương đối <40%.Vậy cloride có tác hại tức thời lớn hơn sunphate. Hiện tại chưa có tiêu chuẩn chỉ dẫn số lượng muối hòa tan cho phép lưu lại trên bề mặt kim loại.
Một báo cáo kỹ thuật JIN theo [2] cho rằng mật độ các muối hòa tan trên bề mặt kim loại: • <10µg/cm 2: Mức không có tác hại • 10÷50µg/cm2: Tùy theo từng trường hợp, quyết định mức độ hại hay không. • 50µg/cm 2, mức nguy hiểm Chất bẩn không hòa tan: Chúng có mặt trong các nghành công nghiệp, ví dụ: Trong công nghiệp dầu khí; xử lý nước thải; luyện, cán thép.đó là các loại sulphide, các hợp chất không hòa tan và tạo cathode đối với thép. Trong công nghiệp làm giấy, công nghiệp thực phẩm, chất nhiễm bẩn không hòa tan là các acid béo. Chúng tác dụng với thép tạo thành xà phòng không tan và rất khó tẩy sạch.
Khi bao phủ bề mặt kim loại, chúng gây lên sự mất bám dính, nhiễm bẩn vào lớp phủ bên ngoài bề mặt kim loại. Để làm sạch chúng dung các phương pháp như: Nung nóng, ủ, đốt, phun tia lửa cũng như phương pháp tạo xoáy, làm lạnh đột ngột [11], [12] Quá trình làm sạch trong nhóm các phương pháp hóa học là hòa tan hoặc tẩy rửa. Một phân nhóm của nó là phương pháp điện hóa. Thông qua tác động của các dòng điện có thể sẽ tách được kim loại và làm lộ ra bề mặt.
Đại diện cho phương pháp làm sạch bằng hóa học là tẩy rửa, đại diện cho phương pháp gia công anôt cũng như các kiểu không có dòng điện bên ngoài [13], [14]. Các “phương pháp cơ khí” dựa trên cơ sở tác động tương hỗ qua lại giữa bề mặt cần làm sạch với các phương tiện làm sạch cơ khí cứng hoặc lỏng.Lớp phủ bề mặt sẽ bị xé nhỏ, tách khỏi bề mặt và vận chuyển đi kiểu cơ học. Có thể kể đến cạo, quét và đánh bằng bàn chải, thổi và hút, gõ, mài, siêu âm và dùng tia. Nghiên cứu tại chỗ về đối tượng làm sạch sẽ quyết định sự lựa chọn phương pháp.Thường thì làm sạch chỉ có hiệu quả tối đa thông qua phối hợp các phương pháp khác nhau.
20 Các phương pháp làm sạch công nghiệp có thể phân loại thành các phương pháp chung và các phương pháp chuyên biệt.1: Khái quát các phương pháp sử lý và làm sạch bề mặt 21 1. Cơ chế bám dính Bóc tách lớp phủ hoặc vật liệu bẩn bám liên quan đến các tính chất bản thân vật liệu lớp phủ hoặc vật liệu bẩn bám, vật liệu nền, cũng như sự bám dính giữa lớp phủ và vật liệu nền. Lực bám dính được biểu diễn là tổng của ba thành phần tương tác giữa lớp phủ và việt liệu nền: • Lực Vandecvan hoặc lực bám dính riêng(các phản ứng phụ): Là lực gây ra bởi các hiệu ứng phân cực và bởi lực tĩnh điện giữa chất nền và vật liệu lớp phủ. Sự bám dính có thể có sức bền trung bình.
• Lực phân ly: Lực này được sinh ra do sự phát triển các điện tử tự do kích hoạt từ bề mặt nền trước phản ứng hóa học tới vật liệu lớp phủ trong quá trình phủ. Sức bền bám dính xác định là rất cao. • Bám dính cơ học: Lớp mặt được cố định cơ học trong vành, hốc, nhấp nhô bề mặt. Bề mặt hiệu dụng càng thô ráp, mức độ bám dính càng cao.
Sức bền bám dính tương đối thấp. Việc tính toán hoặc đo đạc lực bám dính rất khó khăn, do đó các thông số làm sạch thường đạt được bằng thực nghiệm. Công nghệ TNASC trong làm sạch công nghiệp: 1. Sự phát triển của công nghệ TNASC trong làm sạch công nghiệp: Lần đầu tiên tia chất lỏng được sử dụng như dụng cụ làm sạch vào năm 1936.
Trước thập kỷ 80, tia nước với áp suất đến 700 bar chủ yếu để tẩy rửa đơn thuần các chất bẩn nhìn thấy được.