Nghiên cứu tác động ăn mòn của khladon-114b2.vn đến vật liệu thép không gỉ inoxsus 304

Nội dung text: Nghiên cứu tác động ăn mòn của khladon-114b2.vn đến vật liệu thép không gỉ inoxsus 304

1. Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĂN MÒN CỦA KHLADON-114B2.VN ĐẾN VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ INOXSUS 304 Hoàng Anh Tuấn1*, Đinh Thế Dũng1, Nguyễn Thu Hương1, Nguyễn Viết Thắng2 Tóm tắt: Bài báo tập trung nghiên cứu, khảo sát tác động của chất dập lửa Khladon- 114B2.VN (1,2-dibromo tetrafluoroethane) đến vật liệu thép không gỉ - Vật liệu chủ yếu để chế tạo hệ thống dập lửa chữa cháy trên các máy bay quân sự. Kết quả nghiên cứu, khảo sát đã khẳng định chất Khladon-114B2.VN do nhóm nghiên cứu chế tạo được không gây tác động ăn mòn đến vật liệu của hệ thống dập lửa trên máy bay. Kết quả khảo sát cho thấy, chất Khladon-114B2.VN không gây ăn mòn đến vật liệu thép inox, tốc độ ăn mòn inox của chất Khladon-114B2.VN tính toán theo phương pháp Taflen khoảng 0,0042mm/năm. Từ khóa: Ăn mòn; chất dập lửa Khladon; Điện hóa. I. MỞ ĐẦU Chất Khladon-114B2.VN với danh pháp khoa học 1,2-dibromo tetrafluoroethane (C2Br2F4) là một dẫn xuất hợp chất fluoro, được biết đến dưới tên mã R-114B2 và Halon 2402, danh pháp của Nga là Хладон-114В2. 1,2-Dibromo tetrafluoroethane là một chất lỏng không màu, tỷ trọng 2,180 g/cm3 ở 20°C, không tan trong nước, nhiệt độ sôi 47,2 °C. R-114B2 được sử dụng trong các hệ thống chữa cháy bởi rất dễ bay hơi và khả năng dập lửa với hiệu quả cao. Chất Khladon-114B2.VN được tổng hợp giống Хладон-114В2 của Nga sản xuất, sử dụng làm chất dập lửa trên máy bay quân sự do Nga sản xuất. Chất Halon 2402 được nạp vào hệ thống dập lửa của máy bay, có chức năng bảo vệ, dập tắt đám cháy ở khoang động cơ của máy bay khi làm việc [1, 2]. Vật liệu chế tạo hệ thống chữa cháy chủ yếu là các thép không gỉ [3]. Các tài liệu không thấy nói về tính ăn mòn của R-114B2 tinh khiết. Hợp chất Khladon-114B2.VN là chất không tan trong nước. Tuy nhiên, trong thành phần Khladon-114B2.VN có thể có lượng vết các axit HBr, HF là tác nhân gây ăn mòn. Do nguyên nhân trên, quá trình nghiên cứu khảo sát đánh giá ăn mòn của vật liệu kim loại tiến hành bằng phương pháp khảo sát khả năng ăn mòn dung dịch nước chiết chất Khladon-114B2.VN [ 5-7]. Qua đó, cần đánh giá mức độ xâm thực gây ăn kim loại khi ngấm ẩm. Trong bài báo này, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu khảo sát tác động của chất Khladon- 114B2.VN (1,2-dibromo tetrafluoroethane) đến vật liệu thép không gỉ (inox) được sử dụng trong hệ thống dập lửa máy bay quân sự. II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu Dung dịch cho các nghiên cứu ăn mòn được chuẩn bị như sau: Cho 100 ml nước cất vào cốc thủy tinh 500 ml; Cho tiếp 300 ml 1,2-Dibromo- tetrafluoroethane, đậy kín. Khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút trong 4 giờ; Cho hỗn hợp vào bình chiết, tách lấy phần nước, lọc qua giấy lọc băng xanh, thu được dung dịch, gọi là dung dịch nghiên cứu, chia thành 3 phần bằng nhau sử dụng cho các nghiên cứu ăn mòn. 2.2. Điện cực nghiên cứu Điện cực làm việc sử dụng trong các phép đo ăn mòn điện hóa được chế tạo vật liệu thép không gỉ lấy trên máy bay. Mẫu kim loại được phân tích thành phần, kết quả phân tích được giới thiệu trong phần sau. Diện tích làm việc 1 cm2. Điện cực được mài nhẵn bề mặt bằng các loại giấy nhám số lần lượt từ 400, 800, 1000, 1500 và 2000. Sau đó được rửa sạch bằng nước cất. Điện cực đối Pt, điện cực so sánh là calomen bão hòa (SCE). Có cầu điện ly hạn chế không Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 89
2. Hóa học & Môi trường cho ion Cl- khuếch tán vào bình đo. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp đo điện thế ăn mòn theo thời gian: Điện cực được ngâm trong dung dịch nghiên cứu, đo biến đổi điện thế ăn mòn theo thời gian; Phương pháp tổng trở điện hóa: Tần số từ 100 kHz đến 10 mHz, tại điện thế ăn mòn, biên độ 15 mV; Phương pháp phân cực gần: Vận tốc 0,1 mV/s, khoảng quét ± 15 mV quanh điện thế ăn mòn. Các phép đo điện hóa được thực hiện trên thiết bị Máy đo điện hóa biologic đa kênh VSP300, hãng Biologic, Pháp; Phương pháp phân tích thành phần kim loại: Phân tích nhanh thành phần kim loại bằng phương pháp EDX trên hệ thiết bị đầu dò tán xạ năng lượng tia X (EDX) X-Act hãng Oxford - Mỹ, kết hợp hiển vi điện tử quét JSM-6510LV Hãng Jeol - Nhật Bản; Phương pháp chụp ảnh SEM: Ảnh bề mặt của mẫu trước và sau khi ăn mòn được quan sát bằng hiển vi điện tử quét JSM-6510LV Hãng Jeol - Nhật Bản. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phân tích mẫu thép không gỉ hệ thống dập lửa máy bay Hình 1. Phổ EDX của mẫu thép không gỉ. Mẫu vật liệu thép của hệ thống dập lửa máy bay được phân tích nhanh bằng phổ EDX. Kết quả phân tích nhanh bằng phương pháp EDX được ghi trong bảng 1. Bảng 1. Thành phần kim loại của mẫu thép không gỉ. Thành phần khối lượng Thành phần nguyên tử Nguyên tố Line Type (Wt %) (At %) Cr L series 23,44 23,90 Fe L series 66,18 65,68 Ni L series 8,96 8,09 C K series 0,071 0,357 Si K series 0,19 0,48 O K series 0,25 1,05 Al K series 0,04 0,08 Total 99,131 99,637 90 H. A. Tuấn, , N. V. Thắng, “Nghiên cứu tác động ăn mòn thép không gỉ Inoxsus 304.”
3. Nghiên cứu khoa học công nghệ Thành phần chính của mẫu hợp kim thép không gỉ là sắt, crom, niken, ngoài ra còn có mặt của một số tạp chất như Si, C, O. Giá trị trung bình thành phần các nguyên tố trong mẫu được thể hiện trong bảng 1. Kết quả phân tích nhanh mác thép hệ thống dập lửa máy bay bằng phổ EDX cho kết quả tương đương mác thép inox sus304. 3.2. Ăn mòn thép không gỉ trong dung dịch nước chiết Khladon-114B2.VN 3.2.1. Điện thế ăn mòn Biến thiên điện thế ăn mòn của mẫu thép không gỉ theo thời gian ngâm trong dung dịch nghiên cứu được thể hiện trong hình 15. Có thể nhận thấy, điện thế ăn mòn của mẫu, sau khi ổn đinh, nằm trong khoảng xấp xỉ 0,2 V/SCE. Cho thấy, vật liệu này không bị ăn mòn kể cả khi có mặt ô xy hòa tan trong dung dịch. Hình 2. Biến thiên điện thế ăn mòn của mẫu thép không gỉ theo thời gian ngâm trong dung dịch nghiên cứu. 3.2.2. Phổ tổng trở điện hóa Hình 3. Phổ tổng trở điện hóa của mẫu thép không gỉ ngâm trong dung dịch tại các thời điểm khác nhau Phổ tổng trở điện hóa của mẫu thép không gỉ treo thời gian ngâm trong dung dịch nghiên cứu được thể hiện trong hình 3. Ở thời điểm đầu tiên trên phổ tổng trở xuất hiện 1 bán cung đặc trưng cho quá trình ăn mòn, và ở vùng tần số thấp có sự đóng góp của yếu tố khuếch tán. Điện tích lớp kép có giá trị 7,71.10-5 F, Rct = 9313 Ω. Từ thời điểm 3 ngày ngâm trở đi giá trị phần thực và phần ảo của phổ tổng trở vùng tần số trung bình và tần số thấp tăng lên rất mạnh (từ 3 đến 4 lần so với thời điểm ban đầu), Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 91
4. Hóa học & Môi trường phổ tổng trở không thể hiện rõ sự ăn mòn từ thời điểm ngâm 03 ngày trở đi. 3.2.3. Nghiên cứu ăn mòn bằng phương pháp phân cực Đường cong phân cực của mẫu thép không gỉ tại thời điểm ngâm khác nhau trong dung dịch nghiên cứu được thể hiện trong hình 4. Hình 4. Đường cong phân cực của mẫu thép không gỉ theo thời gian ngâm trong dung dịch nghiên cứu. Tại thời điểm ban đầu ngâm mẫu, đường cong phân cực thể hiện rõ các vùng phân cực anot và catot, có thể xử lý thu được các thông số ăn mòn như được thể hiện trong bảng 2. Khi thời gian ngâm mẫu tăng lên đến 3 ngày, dòng điện đo được rất nhỏ, khoảng 0,02 µA, dao động xung quanh giá trị không. Đường cong thu được là dạng nhiễu điện hóa đặc trưng của màng thụ động ô xit, không thể xác định được tốc độ ăn mòn (rất nhỏ, gần như bằng 0) [4-9 ]. Không có hiện tượng ăn mòn cục bộ. Bảng 2. Các thông số ăn mòn xử lý từ đường cong phân cực. Thông số Ecor Icor (μA) βa (mV) βc (mV) Rp (Ω) Tốc độ ăn mòn (V/SCE) (mm/năm) Giá trị -0,192 0,34 87 78,2 39169 0,0042 Hình ảnh bề mặt mẫu trước và sau khi ngâm Ảnh SEM bề mặt mẫu thép không gỉ trước và sau khi ngâm 18 ngày trong dung dịch nghiên cứu được thể hiện trong hình 5. Có thể nhận thấy, bề mặt mẫu hầu như không thay đổi giữa trước và sau 18 ngày ngâm trong dung dịch nghiên cứu. Điều này cho thấy, mẫu không bị ăn mòn. Từ các kết quả khảo sát ăn mòn của dung dịch nước chiết Khladon-114B2.VN cho thấy, hầu như chỉ có hành vi ăn mòn rất yếu ở thời điểm ban đầu. Ngay sau đó, sự hình thành màng thụ động ngăn cản hoàn toàn sự ăn mòn, hiện tượng này được xác định qua phương pháp tổng trở, sau khi ngâm 18 ngày có xuất hiện điện tích lớp kép và điện trở giá trị phần thực và phần ảo của phổ tổng trở vùng tần số trung bình và tần số thấp tăng 4 lần so với ban đầu. Sau 18 ngày ngâm mẫu trong dung dịch nghiên cứu, hình thái bề mặt vật liệu hầu như không có sự biến đổi nào. Điều này cũng được thể hiện bằng phương pháp đo tổng trở và dòng phân cực Taflen. Sau 18 ngày ngâm, tốc độ ăn mòn trung bình được tính toán theo thế và dòng ăn mòn Taflen là 0,0042 mm/năm [4]. Không có hiện tượng ăn mòn cục bộ. 92 H. A. Tuấn, , N. V. Thắng, “Nghiên cứu tác động ăn mòn thép không gỉ Inoxsus 304.”
5. Nghiên cứu khoa học công nghệ (a) Trước khi ngâm (b) Sau khi ngâm 18 ngày Hình 5. Ảnh SEM bề mặt mẫu thép không gỉ trước và sau 18 ngày ngâm trong dung dịch nghiên cứu. IV. KẾT LUẬN 1. Vật liệu thép sử dụng hệ thống dập lửa máy bay là mác thép không gỉ inox sus304; 2. Chất Khladon-114B2.VN không có tác động ăn mòn đến vật liệu thép inox trên máy bay quân sự. Tốc độ ăn mòn của chất Khladon-114B2.VN đến inox 304 được tính xấp xỉ 0,0042 mm/năm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. ГОСТ 15899-93. “1,1,2,2-тетрафтордибромэтан (хладон 114В2)”. Технические условия. [2]. Nicola Rainaldi, Montecatini-Edison, Italy. “An Appraisal of Halogenated Fire Extinguishing Agents”. Pag 86 -90, Natioval Academy of Sciences Washington, D.C, 1972. [3]. The Aviation Maintenance Technician Handbook -Airframe (FAA-H-8083-31). Chap 17, Vol. 2-FAA (2012). [4]. R. Winston Revie and Herbert H. Uhlig. “Corrosion and Corrosion Control”, 4th Ed. Chapter 5, Page 53 ÷82, Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Inc. [5]. Phan Trong Hieu, Uong Van Vy, Pham Thi Phuong, Bui Tien Trinh, Vu An, Cu Viet Cuong, Le Xuan th Que, “Steel Corrosion Phenomenon of a Domestic Biodiese”, Proceesings (CD) of the 14 Asian- Pacific Corrosion Control Conference, October 21 to 24, 2006, Shanghai, China, code P-04-22. [6]. Bui Tien Trinh, Phan Trong Hieu, Cu Viet Cuong, Le Xuan Que, “Metal Corrosion in Some Fuels th Mixed with Alcohol”, Proceesings (CD) of the 14 Asian-Pacific Corrosion Control Conference, October 21 to 24, 2006, Shanghai, China, code P-04-21. [7]. Phan Trọng Hiếu, Bùi Tiến Trịnh, Lê Xuân Quế, “Nghiên cứu ăn mòn gang trong nước chiết nhiên liệu pha cồn (gasohol)”, Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ 2 ‘Ăn mòn và bảo vệ kim loại với hội nhập Kinh tế’, Đà Nẵng, 7-8 tháng 4 năm 2007, tr 36-40. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 93
6. Hóa học & Môi trường [8]. Le Xuan Que, Vu Quang Kinh, “Pitting Corrosion Study using Galvanodynamic Polarisation Mehod”, HN Pháp Việt ‘Corrosion et Protection des Materials’ CPM’92, 4-1992 Hà Nội, tr. A207-A212. [9]. J. Kraiem, Le Xuan Que, Vu Quang Kinh, “Correlation between incubation process an pitting parameters derived from current control technique” TC Corrosion Science, Vol. 33, pp. 997-999, (1992 . ABSTRACT METAL CORROSION EFFECT OF 1,2-DIBROMO-TETRAFLUOROETHANE IN AQUEOUS SOLUTION – STAINLESS STEEL INOXSUS 304 CORROSION Report on research center, surveying the impact of Khladon-114B2.VN (1,2-dibromo tetrafluoroethane) on unchanged materials - Mainly materials for manufacturing military aircraft fire suppression systems the. Research results, check quality format Khladon- 114B2.VN do Research group are not give up the amation to the system of the fire system. Survey results show that, Khladon-114B2.VN does not cause corrosion for stainless steel materials, stainless steel corrosion rate of Khladon-114B2.VN calculated by Taflen method is about 0.0042mm / year. Keyword: Corrosion; Electrochemitry. Nhận bài ngày 10 tháng 11 năm 2020 Hoàn thiện ngày 05 tháng 01 năm 2021 Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 4 năm 2021 Địa chỉ: 1Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN quân sự; 2Viện Độ bền nhiệt đới/Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga. *Email: hganhtuanvkt@gmail.com. 94 H. A. Tuấn, , N. V. Thắng, “Nghiên cứu tác động ăn mòn thép không gỉ Inoxsus 304.”