TS Phạm Thị Năm và nhóm nghiên cứu Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã chế tạo thành công hệ bảo vệ đa lớp cho nền thép trên cơ sở kẽm và hợp kim kẽm để thay thế lớp mạ Cadmi (Cd) độc hại.

Vật liệu an toàn

TS Phạm Thị Năm và cộng sự vừa bảo vệ nghiệm thu xuất sắc đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ bảo vệ đa lớp cho thép trên cơ sở kẽm và hợp kim kẽm”, mở ra hướng ứng dụng mới cho ngành công nghệ vật liệu trong nỗ lực chế tạo sản phẩm chống ăn mòn kim loại.

TS Phạm Thị Năm chia sẻ, ăn mòn là hiện tượng nguy hiểm và gây tổn hại lớn đến nền kinh tế các quốc gia. Hiện tượng này có thể ảnh hưởng đến các cơ sở năng lượng, đường ống, cầu, tòa nhà, hệ thống cấp thoát nước cũng như các dự án cơ sở hạ tầng lớn khác.

Bảo vệ chống ăn mòn là vấn đề toàn cầu và được nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Một trong các biện pháp khắc phục ăn mòn hiệu quả nhất là tạo ra các lớp phủ có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao và có độ chịu mài mòn tốt.

Các kết quả nghiên cứu tại Việt Nam đã tiếp cận được vấn đề, tuy nhiên mới chỉ dừng ở mức độ khảo sát, thử nghiệm trong quy mô phòng thí nghiệm. Việc kiểm soát quy trình công nghệ mạ nhằm đạt được sản phẩm có độ bền cao như mong muốn tiến tới đưa vào triển khai ứng dụng trong thực tế đang còn gặp nhiều khó khăn.

Vì vậy, việc thực hiện hợp tác nghiên cứu nhiệm vụ góp phần thúc đẩy quá trình kiểm soát chống ăn mòn cho các vật liệu công trình kết cấu sắt thép, các chi tiết thiết bị máy trong ngành quốc phòng, công nghiệp ô tô, xe máy, hàng không…

Đồng thời góp phần phát triển, đa dạng hóa các sản phẩm mạ, dung dịch mạ thân thiện môi trường và đặc biệt có thể làm chủ được công nghệ để nhanh chóng ứng dụng sản phẩm vào thực tế, hạn chế tình trạng nhập khẩu, giá thành rất cao.

TS Phạm Thị Năm cho biết, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với GS.TS Nikolai Boshkov, Viện Vật lý Bulgaria – người có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chế tạo lớp mạ hợp kim ứng dụng trong bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại.

Việc hợp tác này tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu chế tạo mạ đa lớp bằng phương pháp điện hóa và đánh giá toàn diện về đặc trưng tính chất cũng như khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho thép carbon của lớp mạ hợp kim kẽm (Zn). Ngoài những kết quả nghiên cứu thu được, nhiệm vụ hợp tác còn góp phần nâng cao năng lực của nhóm nhờ tiếp cận với các chuyên gia đầu ngành.

Tạo lớp mạ đa lớp bằng kết tủa điện hóa

TS Phạm Thị Năm cho biết, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công lớp mạ đa lớp có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép trên cơ sở kẽm và hợp kim kẽm để thay thế lớp mạ Cadmi (Cd) độc hại, ô nhiễm môi trường. Sản phẩm của nhóm nghiên cứu là lớp mạ đa lớp ZnNi/Zn; ZnNiSi/ZnNi/Zn trên nền thép CT3 bằng phương pháp kết tủa điện hóa.

CT3 là một loại thép carbon, trong đó, CT là ký hiệu thể hiện hàm lượng C<0,25%, với các mác thép tiêu chuẩn ở Việt Nam thường có thêm chữ C ở trước như CCT34, CCT38 thể hiện chuẩn đảm bảo thành phần hóa học và tính chất cơ học.

Còn chữ số cuối cùng là giới hạn bền của mác thép. Thép CT3 được sử dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là xây dựng với rất nhiều ưu điểm vượt trội.

Theo TS Phạm Thị Năm, tính chất đặc trưng cũng như khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp mạ được đánh giá bằng phương pháp hiện đại. Đặc biệt, khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp mạ được đánh giá bằng phương pháp phun mù muối trong môi trường muối NaCl 5% theo thời gian thử nghiệm.

Kết quả đánh giá khả năng ăn mòn của lớp mạ đa lớp cho thấy bền ăn mòn với giá trị mật độ dòng ăn mòn thấp (6,753×10-6 A/cm2) và thời gian xuất hiện gỉ đỏ sau 336 giờ phun muối. Lớp mạ ZnNiSi/ZnNi/Zn chế tạo được có triển vọng ứng dụng trong thực tế để bảo vệ nền thép.

Với điều kiện môi trường khí hậu đặc thù ở Việt Nam là nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều, các vật liệu và phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại truyền thống như sử dụng lớp phủ bảo vệ bằng cách quấn nhiều lớp vải bố, sau đó quét lớp bitum chống ăn mòn lên bề mặt lớp phủ. Trên thực tế, phương pháp này chỉ có tác dụng tạm thời, chỉ có thể tăng tuổi thọ cho đường ống lên từ 2 đến 5 năm.

Về cơ bản, bề mặt của sắt, thép không phải dạng mặt phẳng kín. Chúng có rất nhiều kẽ hở tạo điều kiện dẫn đến hiện tượng oxy hoá kim loại, do tiếp xúc trực tiếp với không khí và độ ẩm gây nên tình trạng rỉ sét, nếu chỉ dùng phương pháp phủ truyền thống lên bề mặt kim loại bằng vải bố hoặc sơn không chuyên dụng.

Hiện tượng này tạo ra các bong bóng cứng dưới lớp sơn, dẫn đến bong tróc sau đó ăn mòn và phá huỷ hết các kết cấu kim loại. Kết quả là đường ống xuất hiện các điểm rỗ, hố và chủ yếu tập trung ở phía dưới. Do vậy, lớp phủ chống ăn mòn kim loại có rất nhiều tiềm năng ứng dụng để bảo vệ công trình, cầu cống…