Những điều cơ bản về buồng phun muối và thử nghiệm phun muối

Giải pháp kiểm tra độ tin cậy 0 Bình luận

Nguyên lý hoạt động của buồng phun muối

Khái niệm về ăn mòn: Ăn mòn là một hiện tượng gây hỏng hoặc suy giảm của vật liệu do tác động của môi trường lên nó hoặc do thay đổi trong đặc tính của vật liệu đó. Sự ăn mòn thường xảy ra chủ yếu trong môi trường khí quyển, nơi chứa các yếu tố như oxy, độ ẩm, biến đổi nhiệt độ và các chất ô nhiễm. Điều này có thể xảy ra với nhiều loại vật liệu, bao gồm cả kim loại và phi kim loại. Các thí nghiệm trong buồng phun muối sẽ sử dụng hiện tượng ăn mòn để kiểm tra các vật liệu kim loại.
Ăn mòn do phun muối: Trong ngữ cảnh của buồng phun muối, chúng ta tập trung vào hiện tượng ăn mòn do phun muối. Đây là một trong những dạng ăn mòn phổ biến và tàn phá trong môi trường khí quyển. Thuật ngữ ‘sương mù muối’ thường ám chỉ môi trường chứa clorua, và thành phần chính gây ra hiện tượng này là muối clorua, đặc biệt là natri clorua. Muối này thường có nguồn gốc từ biển và các vùng nước mặn nội địa.

Cơ chế ăn mòn kim loại: Sự ăn mòn vật liệu kim loại do phun muối thường xảy ra qua một loạt các phản ứng điện hóa phức tạp. Các ion clorua trong môi trường tác động lên bề mặt kim loại và tạo ra các phản ứng oxi-hoá kháng cự. Đồng thời, các ion clorua này có khả năng hấp phụ vào các lỗ và rạn nứt trên bề mặt kim loại, thay thế oxy trong lớp oxit bảo vệ. Kết quả là, oxit không tan trong nước sẽ biến thành các clorua dễ tan, biến đổi bề mặt kim loại từ trạng thái bảo vệ sang trạng thái hoạt động.
Tác động của ăn mòn phun muối: Hiện tượng ăn mòn do phun muối có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng trong nhiều lĩnh vực. Đối với kim loại, nó có thể làm hỏng lớp bảo vệ, dẫn đến mất đi tính chất trang trí và giảm độ bền cơ học của vật liệu. Trong môi trường có rung động, các linh kiện điện tử và mạch điện có thể bị gián đoạn do ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường có tần số rung động cao. Sương muối nếu kết dính lên bề mặt chất cách điện có thể làm giảm điện trở bề mặt. Khi chất cách điện hấp thụ dung dịch muối, điện trở thể tích của nó có thể giảm đáng kể, gây ra rủi ro liên quan đến an toàn điện. Cuối cùng, các bộ phận cơ khí hoặc chuyển động cũng có thể trải qua sự tăng ma sát do sự hình thành các chất ăn mòn, có thể dẫn đến kẹt cứng và hỏng hóc của chúng, gây ra sự cố và mất mát đáng tiếc.

Cấu trúc chính của buồng thử phun muối

Hệ thống phun

Trong buồng thử nghiệm về hiện tượng ăn mòn do phun muối, hệ thống buồng phun muối là một phần quan trọng giúp mô phỏng và điều chỉnh quá trình này một cách hiệu quả. Hãy cùng xem xét chi tiết về cấu trúc và hoạt động của hệ thống này:

Cấu trúc hệ thống: Hệ thống phun muối bên trong buồng thử nghiệm được thiết kế với sự cân nhắc và hiệu suất cao. Nó bao gồm một bộ phân tán dạng tấm dòng chảy, được dựa trên nguyên lý Bernoulli để tạo ra dòng khí ổn định. Bên trong hệ thống này, chúng ta tìm thấy một vòi phun chất liệu thủy tinh chất lượng cao, được làm từ thủy tinh thạch anh nung, với một bề mặt chính xác và góc phun được đảm bảo chính xác.
Phân tán đều: Một trong những ưu điểm quan trọng của thiết bị này là khả năng phân tán sương muối một cách đều và tự nhiên trong phòng thí nghiệm. Điều này đặc biệt quan trọng để tái hiện chính xác quá trình ăn mòn do phun muối trong môi trường thử nghiệm.
Điều chỉnh linh hoạt: Để tạo điều kiện thử nghiệm linh hoạt, hệ thống này có khả năng điều chỉnh lượng muối được phun ra cũng như góc hướng của dòng phun. Điều này được thực hiện thông qua việc điều chỉnh bộ khuếch tán vách ngăn, cho phép người thực hiện thí nghiệm tinh chỉnh các thông số này theo yêu cầu cụ thể của nghiên cứu.

Với sự kết hợp của những yếu tố này, hệ thống buồng phun muối không chỉ giúp nghiên cứu và hiểu sâu hơn về hiện tượng ăn mòn do phun muối mà còn cung cấp sự linh hoạt cần thiết để điều chỉnh và kiểm soát các tham số thử nghiệm một cách chính xác.

Hệ thống sưởi ấm

Trong buồng thử nghiệm, hệ thống sưởi ấm là một thành phần quan trọng để duy trì điều kiện nhiệt độ ổn định và kiểm soát. Dưới đây là mô tả chi tiết về cấu trúc và hoạt động của hệ thống này:

Ống sưởi điện hiệu suất cao: Hệ thống sưởi ấm sử dụng các ống sưởi điện chất lượng cao để tạo nhiệt. Những ống này được thiết kế để đảm bảo tránh sự lắng đọng của chất lỏng bên trong và đồng thời tạo ra tính dẫn điện, đảm bảo an toàn trong quá trình sưởi ấm.
Lắp đặt kín đáo và liên tục: Ống sưởi điện được chặt chẽ lắp đặt bên trong buồng thử nghiệm và có khả năng hoạt động liên tục ở một nhiệt độ không đổi. Điều này đặc biệt quan trọng để duy trì môi trường nhiệt độ ổn định trong buồng.
Phân tán nhiệt độ đồng đều: Để đảm bảo rằng nhiệt độ bên trong buồng thử nghiệm được phân tán đều, hệ thống sử dụng một quạt được lắp đặt phía sau buồng. Quạt này hoạt động để khuấy đều không khí nóng từ ống sưởi điện, giúp nhiệt độ lan tỏa đều ra khắp buồng làm việc. Trục động cơ của quạt cũng có thể được niêm phong để đảm bảo an toàn và hiệu suất.
Kiểm soát nhiệt độ chính xác: Để đảm bảo sự ổn định của nhiệt độ và kiểm soát nó chính xác, hệ thống sử dụng điện trở bạch kim PT100 như một phụ kiện điều khiển nhiệt độ. Điều này có đặc điểm là độ nhạy cao, cho phép theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác theo yêu cầu của quy trình thử nghiệm.

Với sự tích hợp và hoạt động chính xác của hệ thống sưởi ấm này, buồng thử nghiệm có khả năng duy trì điều kiện nhiệt độ ổn định và đáng tin cậy, đáp ứng tốt nhu cầu của nghiên cứu và thử nghiệm.

Hệ thống điều khiển điện

Trong buồng thử nghiệm về hiện tượng ăn mòn do phun muối, hệ thống điều khiển điện chịu trách nhiệm quản lý và điều chỉnh nhiều khía cạnh quan trọng, bao gồm kiểm soát nhiệt độ của bể bão hòa, quá trình phun muối, hệ thống báo động, và kiểm soát nhiệt độ tổng thể. Dưới đây là mô tả chi tiết về hệ thống này:

Kiểm soát nhiệt độ bền vững: Hệ thống kiểm soát nhiệt độ bao gồm sử dụng cảm biến nhiệt PT100 để theo dõi nhiệt độ bên trong buồng thử nghiệm và bể bão hòa. Dữ liệu từ cảm biến được truyền đến thiết bị kiểm soát nhiệt độ tương ứng.
Phản hồi tương tác PID: Hệ thống này sử dụng một hệ thống điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) để điều chỉnh nhiệt độ. Các thông số điều khiển, bao gồm P (Proportional), I (Integral), và D (Derivative), được đánh giá để điều chỉnh dự đoán và phản hồi theo thời gian thực.
Thiết bị điều khiển thyristor: Để điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống sử dụng một thiết bị điều khiển mạnh mẽ, gọi là thyristor. Khi phản ứng PID xác định sự thay đổi nhiệt độ cần thiết, điện áp tại cả hai đầu của ống sưởi điện sẽ được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh góc dẫn của thyristor.
Tự động điều chỉnh công suất điện: Thyristor cũng thay đổi công suất đầu ra của ống sưởi điện, điều này có thể tăng hoặc giảm công suất của hệ thống sưởi ấm. Nhờ điều này, hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ để tiến gần đến giá trị nhiệt độ mục tiêu đã đặt.

Nhờ vào sự tích hợp của các thành phần này, hệ thống điều khiển điện không chỉ giúp duy trì nhiệt độ ổn định mà còn cải thiện hiệu suất và đáng tin cậy của quá trình thử nghiệm về hiện tượng ăn mòn do phun muối.

Làm thế nào để làm thử nghiệm phun muối?

Phân loại thử nghiệm phun muối

Phân loại thử nghiệm phun muối: Thử nghiệm phun muối là một kỹ thuật thử nghiệm ăn mòn trong phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng chống ăn mòn của các lớp phủ bề mặt và các sản phẩm kim loại. Có ba loại thử nghiệm phun muối chính được sử dụng cho các mục đích khác nhau: thử nghiệm phun muối trung tính (thử nghiệm NSS), thử nghiệm phun muối axit axetic (thử nghiệm ASS) và thử nghiệm phun muối axit axetic tăng tốc bằng đồng (thử nghiệm CASS).
Thử nghiệm phun muối trung tính (thử nghiệm NSS) là loại thử nghiệm ăn mòn tăng tốc phổ biến nhất và cổ nhất hiện nay. Nó được tiến hành bằng cách phun dung dịch muối natri clorua 5% có giá trị pH trong khoảng trung tính (6,5 ~ 7,2) lên các mẫu thử. Nhiệt độ trong buồng phun được duy trì ở 35oC và lượng dung dịch muối lắng xuống trên các mẫu thử không quá 1-2ml/80cm/h. Thử nghiệm NSS được áp dụng cho các kim loại và hợp kim, các lớp phủ kim loại, các lớp phủ chuyển hóa, các lớp phủ anot oxit và các lớp phủ hữu cơ trên vật liệu kim loại.
Thử nghiệm phun muối axit axetic (thử nghiệm ASS) là loại thử nghiệm ăn mòn tăng tốc được cải tiến từ thử nghiệm NSS. Nó bao gồm việc thêm một lượng nhỏ axit axetic vào dung dịch muối natri clorua 5%, làm cho dung dịch có tính axit với giá trị pH khoảng 3. Dung dịch muối được phun lên các mẫu thử cũng có tính axit. Tốc độ ăn mòn của thử nghiệm ASS cao hơn khoảng ba lần so với thử nghiệm NSS. Thử nghiệm ASS được sử dụng chủ yếu cho các lớp phủ trang trí đồng + niken + crom hoặc niken + crom, cũng như các lớp phủ anot và hữu cơ trên nhôm.
Thử nghiệm phun muối axit axetic tăng tốc bằng đồng (thử nghiệm CASS) là loại thử nghiệm ăn mòn tăng tốc mới nhất được phát triển ở các quốc gia công nghệ cao. Nhiệt độ trong buồng phun được tăng lên 50oC và một lượng rất nhỏ muối đồng Đồng (II) clorua được thêm vào dung dịch muối để kích hoạt quá trình ăn mòn. Tốc độ ăn mòn của thử nghiệm CASS cao hơn khoảng tám lần so với thử nghiệm NSS. Thử nghiệm CASS cũng được dùng để kiểm tra các lớp phủ trang trí đồng +niken + crom hoặc niken + crom, cũng như các lớp phủ anot và hữu cơ trên nhôm.
Thời gian thử nghiệm: Thời gian thử nghiệm phun muối phụ thuộc vào loại thử nghiệm, loại lớp phủ và tiêu chuẩn áp dụng. Thời gian thử nghiệm tối thiểu là 16 giờ, nhưng có thể kéo dài đến hàng trăm giờ tùy theo mục đích kiểm tra.
Các yếu tố ảnh hưởng đến thử nghiệm phun muối bao gồm: nhiệt độ và độ ẩm trong buồng phun, nồng độ dung dịch muối, góc đặt mẫu thử, giá trị pH của dung dịch muối, chế độ phun và lắng muối. Các yếu tố này cần được kiểm soát và theo dõi chặt chẽ để đảm bảo tính nhất quán và khách quan của thử nghiệm.

Kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm

Kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm ăn mòn phun muối tương đối là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn của các vật liệu kim loại khi tiếp xúc với dung dịch muối. Để kiểm tra khả năng chống ăn mòn của các vật liệu kim loại, có hoặc không có lớp phủ bảo vệ, trong các điều kiện môi trường nhân tạo, các thử nghiệm phun muối được thực hiện trong các buồng phun sương muối có điều khiển nhiệt độ và độ ẩm.

Độ ẩm tương đối là tỷ lệ phần trăm giữa lượng hơi nước thực tế trong không khí và lượng hơi nước tối đa có thể chứa ở cùng một nhiệt độ. Khi độ ẩm tương đối cao, dung dịch muối sẽ dễ dàng chảy ra trên bề mặt kim loại và hình thành các chất điện phân có khả năng gây ra sự truyền điện và phản ứng hóa học. Độ ẩm tương đối tới hạn để ăn mòn kim loại là khoảng 70%. Khi độ ẩm tương đối vượt quá ngưỡng này, quá trình ăn mòn sẽ được kích hoạt và gia tăng. Ngược lại, khi độ ẩm tương đối giảm, dung dịch muối sẽ bị cô đặc và cuối cùng kết tinh thành các hạt muối rắn. Điều này sẽ làm giảm diện tích tiếp xúc giữa dung dịch muối và kim loại, do đó làm chậm quá trình ăn mòn .

Nhiệt độ là yếu tố khác có ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn phun muối. Theo quy luật Arrhenius, khi nhiệt độ tăng lên, tốc độ phản ứng hóa học cũng tăng theo một hàm mũ. Ngoài ra, nhiệt độ cũng làm thay đổi tính chất vật lý của dung dịch muối, như áp suất hơi, nồng độ, độ nhớt và độ dẫn điện. Theo tiêu chuẩn ISO 9227:2017 – Thử nghiệm ăn mòn trong khí quyển nhân tạo, nhiệt độ thử nghiệm được quy định là 35oC cho thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) và axit axetic (AASS), và là 50oC cho thử nghiệm phun muối axit axetic gia tốc bằng đồng (CASS). Tuy nhiên, trong thực tế, các vật liệu kim loại có thể tiếp xúc với dung dịch muối ở các nhiệt độ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện khí quyển và khí hậu. Theo IEC60355:1971 – Đánh giá các vấn đề thử nghiệm tốc độ đối với tiêu chuẩn ăn mòn khí quyển, “khi nhiệt độ tăng 10oC, tốc độ ăn mòn tăng 2-3 lần và độ dẫn điện của chất điện phân tăng 10-20%”. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ thử nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế là rất quan trọng để đảm bảo tính đại diện và khách quan của kết quả thử nghiệm.

Nồng độ dung dịch muối

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch muối đến tốc độ ăn mòn có liên quan đến loại vật liệu và lớp phủ. Khi nồng độ dưới 5%, tốc độ ăn mòn của thép, niken và đồng thau tăng khi nồng độ tăng. Khi nồng độ lớn hơn 5%, tốc độ ăn mòn của các kim loại này giảm khi nồng độ tăng. Hiện tượng trên có thể giải thích là do hàm lượng oxy trong dung dịch muối có liên quan đến nồng độ của muối. Ở vùng nồng độ thấp, hàm lượng oxy tăng khi nồng độ muối tăng.

Tuy nhiên, khi nồng độ muối tăng lên 5% thì hàm lượng oxy đạt độ bão hòa tương đối, nếu nồng độ muối tiếp tục tăng thì hàm lượng oxy cũng giảm tương ứng. Khi hàm lượng oxy giảm thì khả năng khử cực oxy cũng giảm, tức là hiệu ứng ăn mòn yếu đi. Tuy nhiên, đối với các kim loại như kẽm, cadimi, đồng thì tốc độ ăn mòn luôn tăng khi tăng nồng độ dung dịch muối.

Góc đặt mẫu

Góc đặt mẫu có tác động đáng kể đến kết quả thử nghiệm phun muối. Hướng lắng đọng của sương muối gần với phương thẳng đứng. Khi mẫu được đặt nằm ngang, diện tích chiếu của nó là lớn nhất và bề mặt của mẫu cũng chịu nhiều sương muối nhất nên gây ra sự ăn mòn nghiêm trọng nhất.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khi tấm thép nghiêng một góc 45 độ so với đường nằm ngang thì trọng lượng tổn thất do ăn mòn trên một mét vuông là 250 g, còn khi mặt phẳng tấm thép song song với đường thẳng đứng thì trọng lượng tổn thất do ăn mòn là 140. g trên mét vuông. Tiêu chuẩn GB/T2423.17-93 quy định rằng phương pháp đặt các mẫu phẳng phải sao cho bề mặt thử nghiệm nằm ở góc 30 độ so với hướng thẳng đứng

Giá trị PH của dung dịch muối

Giá trị pH của dung dịch muối là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm phun muối. Giá trị pH càng thấp thì nồng độ ion hydro trong dung dịch càng cao, tính axit và tính ăn mòn càng mạnh. Thử nghiệm phun muối trên các bộ phận mạ điện như Fe/Zn, Fe/Cd, Fe/Cu/Ni/Cr cho thấy độ ăn mòn của thử nghiệm phun axetat (ASS) có độ pH 3,0 trong dung dịch muối là 1,5-2,0 lần. nghiêm trọng hơn so với thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) với độ pH 6,5-7,2.

Do yếu tố môi trường, giá trị pH của dung dịch muối có thể thay đổi. Vì vậy, các tiêu chuẩn thử nghiệm phun muối trong nước và quốc tế đã quy định khoảng pH của dung dịch muối và đề xuất các phương pháp ổn định giá trị pH của dung dịch muối trong quá trình thử nghiệm, nhằm nâng cao khả năng tái lập kết quả thử nghiệm phun muối.

Thời gian thử nghiệm

Thời gian thử nghiệm phun muối là thời gian mà các mẫu thử được tiếp xúc với dung dịch muối trong buồng phun. Thời gian thử nghiệm phun muối phụ thuộc vào loại thử nghiệm, loại lớp phủ và tiêu chuẩn áp dụng. Thời gian thử nghiệm tối thiểu là 16 giờ, nhưng có thể kéo dài đến hàng trăm giờ tùy theo mục đích kiểm tra. Thời gian thử nghiệm càng dài, tốc độ ăn mòn càng cao và khả năng chống ăn mòn càng thấp. Tuy nhiên, không phải cứ thời gian thử nghiệm càng dài thì kết quả càng chính xác, mà cần phải xem xét đến sự tương đương với điều kiện ăn mòn trong tự nhiên. Một số công thức đã được đề xuất để tính toán giờ phun muối tương đương với năm ăn mòn trong tự nhiên, như công thức của ASTM B117-73 hoặc công thức của ISO 9227:2017.

Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được những điều cơ bản về buồng phun muối và thử nghiệm phun muối. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.