Các bộ phận làm từ nhôm ADC12 có thể trở nên xỉn, xám hoặc thậm chí đen sau khi gia công. Dung dịch cắt mới pha có thể hoạt động tốt, nhưng chất lượng bề mặt lại trở nên kém ổn định hơn theo thời gian—ngay cả khi nồng độ dung dịch và độ pH vẫn nằm trong giới hạn quy định.
Điều gì gây ra sự thay đổi này?
Sau khi nhận được các báo cáo từ khách hàng, Viện Nghiên cứu Dung dịch Công nghiệp KERUN đã điều tra ba câu hỏi: nguyên nhân gây ra hiện tượng ngả màu do ăn mòn, hiệu quả bảo vệ khác nhau của các chất ức chế ăn mòn, và ảnh hưởng của những thay đổi trong dung dịch trong quá trình sử dụng đối với khả năng bảo vệ bề mặt.
Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc este photphat và môi trường ion trong dung dịch cắt gốc nước, đồng thời liên hệ các phát hiện trong phòng thí nghiệm với việc xử lý sự cố thực tế.
ADC12 là một hợp kim nhôm đúc áp lực được sử dụng rộng rãi, chứa các nguyên tố hợp kim như đồng, magiê và kẽm. Tình trạng bề mặt của nó có thể rất nhạy cảm với môi trường gia công.
Trong dung dịch cắt gốc nước, nhiều yếu tố có thể góp phần gây ngả màu:
Do đó, việc xử lý sự cố đòi hỏi đánh giá tổng quan hơn về hệ thống chất ức chế ăn mòn, chất lượng nước và điều kiện vận hành, bên cạnh nồng độ và độ pH.
Các este photphat thường được sử dụng để ức chế ăn mòn nhôm trong các dung dịch gia công kim loại gốc nước. Cấu trúc phân tử của chúng ảnh hưởng đến cách chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại, hình thành màng bảo vệ và chịu đựng được những thay đổi trong môi trường ion.
KERUN đã đánh giá bảy loại este photphat có cấu trúc phân tử tiêu biểu bằng thử nghiệm ăn mòn ngâm toàn phần trên mẫu nhôm ADC12.
Bảng 1. Đánh giá khả năng ăn mòn của các mẫu nhôm sau khi ngâm trong các dung dịch thử nghiệm nước tinh khiết.
Một số este phosphat alkyl mạch nhánh tạo thành các màng hấp phụ tương đối đặc và kỵ nước. Sau tám giờ ngâm trong điều kiện nước tinh khiết, các mẫu vẫn giữ được vẻ ngoài bề mặt tương đối tốt. Este phosphat octyl mạch thẳng cũng cho thấy khả năng hình thành màng ban đầu tốt trong các điều kiện này.
So sánh lại, một số este phosphat ether polyoxyethylene alkyl tạo thành các màng kém hoàn chỉnh hơn. Tính ưa nước cao hơn và sự cản trở không gian của chúng liên quan đến khả năng dễ bị ăn mòn điểm (pitting) và loang lổ tăng lên.
Các kết quả này cho thấy việc lựa chọn chất ức chế cần xem xét cấu trúc phân tử cụ thể và khả năng hình thành màng, cũng như loại và liều lượng chất phụ gia.
Các thử nghiệm trong nước tinh khiết cung cấp một cơ sở hữu ích để đánh giá khả năng bảo vệ ban đầu, nhưng không phản ánh đầy đủ chất làm mát đang được sử dụng trong thực tế.
Trong quá trình gia công, nước bổ sung có thể đưa vào các ion canxi, magiê và clorua. Các mạt nhôm phản ứng cũng có thể góp phần làm tăng dần nồng độ ion nhôm trong dung dịch. Những thay đổi này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của este photphat và độ nguyên vẹn của màng bảo vệ.
Để nghiên cứu tác động này, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm bảy loại este photphat ở các mức độ cứng canxi–magiê khác nhau và các nồng độ ion nhôm khác nhau.
Bảng 2. Đánh giá ăn mòn đối với mẫu nhôm sau khi ngâm trong các dung dịch nước cứng tiêu chuẩn chứa canxi và magiê.
Bảng 3. Đánh giá ăn mòn đối với mẫu nhôm sau khi ngâm trong các dung dịch thử chứa ion nhôm.
Khi nồng độ ion canxi, magiê và nhôm tăng lên, một số este photphat cho thấy khả năng ức chế ăn mòn suy giảm, dù mức độ suy giảm khác nhau.
Một số este phosphat alkyl có nhánh chuỗi phân nhánh tương đối kháng lại những thay đổi này hơn và duy trì khả năng bảo vệ tốt trong một số điều kiện nước cứng nhất định. Tuy nhiên, hiệu suất của chúng cũng suy giảm khi nồng độ ion tăng cao hơn nữa.
Việc sử dụng nước tinh khiết để pha trộn ban đầu không loại bỏ hoàn toàn rủi ro này. Phương pháp này làm giảm việc đưa ion canxi và magie vào nhưng không thể ngăn chặn sự tích tụ ion nhôm trong quá trình gia công.
Điều này giúp giải thích vì sao một dung dịch hoạt động tốt khi vừa mới pha lại có thể cung cấp khả năng bảo vệ bề mặt kém ổn định hơn sau thời gian sử dụng kéo dài.
Các nhà nghiên cứu tiếp tục khảo sát bề mặt nhôm bằng phổ điện hóa trở kháng (EIS), hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ tia X năng lượng phân tán (EDS).
Kết quả cho thấy tất cả các este phosphat đều thể hiện một mức độ hấp phụ nhất định lên bề mặt nhôm, nhưng tính toàn vẹn của các màng hình thành được lại khác biệt đáng kể.
Một lớp màng liên tục, dày đặc hạn chế tiếp xúc trực tiếp giữa dung dịch kiềm và bề mặt nhôm, giúp giảm ăn mòn và đổi màu. Các khe hở trong lớp màng để lộ các vùng cục bộ, nơi ăn mòn có thể phát triển thành ăn mòn điểm, mất độ bóng hoặc đổi màu đen.
Hình 1. Đồ thị Nyquist đối với nhôm được phơi nhiễm trong các dung dịch thử ester phosphate khác nhau.
Hình 2. Ảnh SEM của các bề mặt nhôm được xử lý bằng các ester phosphate khác nhau: (a) NF-3; (b) MDIT; (c) PZ; (d) ASI80; (e) PA24; (f) PE169; (g) LB400.
Do đó, việc đánh giá một chất ức chế ăn mòn nhôm đòi hỏi nhiều hơn là chỉ xác nhận khả năng tạo màng của nó. Lớp màng này cũng phải duy trì hiệu lực khi thành phần nước thay đổi và các ion kim loại tích tụ.
Nghiên cứu cung cấp một khuôn khổ thực tiễn để điều tra hiện tượng đổi màu nhôm:
Chỉ đơn thuần tăng nồng độ dung dịch hoặc bổ sung thêm chất ức chế ăn mòn có thể không giải quyết được vấn đề cốt lõi. Việc đánh giá đồng thời vật liệu, công thức, thành phần hóa học của nước và điều kiện vận hành sẽ tạo nền tảng vững chắc hơn để xác định nguyên nhân cũng như giảm thiểu các khuyết tật bề mặt và sự biến động giữa các mẻ sản xuất.
Đối với KERUN, phản hồi từ khách hàng là điểm khởi đầu cho nghiên cứu nhằm hỗ trợ lựa chọn dung dịch, phát triển công thức và đảm bảo hiệu suất ổn định trong sản xuất. Việc kết nối các quan sát thực tế tại hiện trường với thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và hỗ trợ ứng dụng giúp chuyển những phát hiện này thành các cải tiến thiết thực nhằm nâng cao độ ổn định trong gia công và chất lượng bề mặt.
EN
