Chức năng của bột silicon carbide trong lớp phủ chống ăn mòn là gì?

Chức năng của bột silicon carbide trong lớp phủ chống ăn mòn là gì?

1. Tăng cường độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn (Kéo dài tuổi thọ lớp phủ)

• Cơ chế : SiC có độ cứng Mohs cực cao là 9,5 (chỉ đứng sau kim cương) và độ cứng Vickers (HV) khoảng 2800–3200, cao hơn nhiều so với các chất độn phủ truyền thống (ví dụ: talc, canxi cacbonat) hoặc thậm chí các loại bột gốm khác (ví dụ: alumina). Khi được phân tán đều trong nền phủ (ví dụ: nhựa epoxy, polyurethane hoặc acrylic), các hạt SiC hoạt động như “lớp gia cường vi mô” – chúng chống trầy xước, mài mòn do bụi/cát hoặc tác động cơ học vốn có thể làm hỏng lớp màng phủ liên tục.
• Giá trị ứng dụng : Đối với lớp phủ chống ăn mòn được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: sàn tàu biển, đường ống dẫn dầu, máy móc công nghiệp), hao mòn và va đập là nguyên nhân chính gây bong tróc lớp phủ. Việc bổ sung bột SiC (thường chiếm 10–30% trọng lượng, tùy thuộc vào ứng dụng) sẽ tạo ra một “lớp bề mặt cứng”, kéo dài tuổi thọ của lớp phủ lên gấp 2–3 lần so với lớp phủ không được phủ. Ví dụ, các tháp tuabin gió ngoài khơi được phủ sơn chống ăn mòn biến tính SiC có thể chịu được sự xói mòn do phun muối  và  phun cát từ gió mạnh mà không bị hư hại bề mặt.

2. Tăng cường tính trơ hóa học (Tăng cường hiệu suất chống ăn mòn)

• Cơ chế :
  • SiC trơ về mặt hóa học với hầu hết các chất ăn mòn: nó không phản ứng với các axit không oxy hóa (ví dụ, axit clohydric, axit sulfuric), kiềm (ví dụ, natri hydroxit) hoặc dung dịch muối (ví dụ, nước biển) ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ trung bình (chỉ phản ứng với các chất oxy hóa mạnh như axit nitric đậm đặc ở nhiệt độ cao).
  • Khi được thêm vào lớp phủ, các hạt SiC lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ hoặc khuyết tật trong ma trận nhựa (một điểm yếu phổ biến của sự xâm nhập của môi trường ăn mòn). “Hiệu ứng rào cản” này ngăn chặn sự khuếch tán của nước, oxy và các ion (ví dụ, Cl⁻ trong nước biển) vào nền kim loại, ngăn ngừa ăn mòn điện hóa (ví dụ, gỉ thép).
• Giá trị ứng dụng : Trong các nhà máy hóa chất, nơi lớp phủ tiếp xúc với nước thải có tính axit hoặc hơi dung môi, lớp phủ biến tính SiC vượt trội hơn lớp phủ chống ăn mòn thông thường. Ví dụ, lớp phủ epoxy chứa 20% bột SiC có thể chịu được axit sulfuric 5% trong hơn 1000 giờ mà không bị phồng rộp, bong tróc hoặc ăn mòn nền – so với 300–500 giờ đối với lớp phủ epoxy không biến tính.

3. Cải thiện độ ổn định nhiệt (Cho phép chống ăn mòn ở nhiệt độ cao)

• Cơ chế : SiC có điểm nóng chảy cực cao (~2700°C) và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Khi được tích hợp vào lớp phủ chịu nhiệt độ cao (ví dụ: lớp phủ gốc silicon hoặc gốc gốm), nó:
  1. Ngăn chặn lớp phủ bị mềm, nứt hoặc phân hủy ở nhiệt độ cao (ví dụ: 300–800°C).
  2. Giảm ứng suất nhiệt giữa lớp phủ và chất nền (ví dụ: thép, nhôm), tránh bong tróc do nhiệt độ thay đổi.
• Giá trị ứng dụng : Chức năng này rất quan trọng đối với lớp phủ trên các thiết bị chịu nhiệt độ cao, chẳng hạn như ống lò hơi, ống xả và lò nung công nghiệp. Ví dụ, lớp phủ composite gốm-SiC có thể bảo vệ ống lò hơi thép khỏi quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao (một dạng ăn mòn) và xói mòn khí thải ở 600–700°C, trong khi lớp phủ hữu cơ truyền thống sẽ bị phân hủy trong vòng vài giờ ở nhiệt độ này.

4. Tối ưu hóa tính chất điện (Cho phép chống tĩnh điện, chống ăn mòn)

• Cơ chế : SiC tinh khiết là một chất bán dẫn có khoảng cách dải rộng, nhưng khi được pha tạp với các nguyên tố vi lượng (ví dụ: nitơ, nhôm) hoặc được sử dụng ở kích thước hạt mịn (ví dụ: 1–10 μm), nó thể hiện độ dẫn điện được kiểm soát. Khi được thêm vào lớp phủ nhựa cách điện, các hạt SiC tạo thành một “mạng lưới dẫn điện” bên trong lớp phủ, cho phép các điện tích tĩnh phân tán an toàn xuống đất (thay vì tích tụ trên bề mặt).
• Giá trị ứng dụng : Đối với lớp phủ chống ăn mòn trên bồn chứa dầu, đường ống dẫn xăng hoặc vỏ thiết bị điện tử, lớp phủ biến tính SiC ngăn ngừa tích tụ tĩnh điện  đồng thời  chống ăn mòn. Ví dụ, lớp phủ epoxy-SiC trên bồn chứa dầu có thể duy trì điện trở bề mặt 10⁶–10⁹ Ω (đạt tiêu chuẩn chống tĩnh điện) và chống ăn mòn do nước biển/phun muối trong hơn 5 năm.

5. Tăng cường độ bám dính của lớp phủ và khả năng chống chịu thời tiết

• Độ bám dính : Hình dạng góc cạnh, không đều của các hạt SiC (đặc biệt là ở cấp độ thô đến trung bình, ví dụ: 50–200 mesh) làm tăng “sự liên kết cơ học” giữa lớp phủ và lớp nền. Điều này có nghĩa là lớp phủ bám dính chặt hơn vào bề mặt kim loại, giảm nguy cơ bong tróc—ngay cả trong điều kiện ẩm ướt hoặc ăn mòn.
• Khả năng chống chịu thời tiết : SiC có khả năng chống tia cực tím (UV) (không giống như các chất màu hoặc chất độn hữu cơ, bị phai màu hoặc phân hủy dưới tia UV). Việc bổ sung SiC vào lớp phủ chống ăn mòn ngoài trời (ví dụ: cho cầu, mặt ngoài tòa nhà) giúp ngăn ngừa hiện tượng phấn hóa, nứt hoặc phai màu do tia UV gây ra, đảm bảo lớp phủ duy trì hiệu suất chống ăn mòn trong nhiều năm.

Những cân nhắc chính khi sử dụng

• Kích thước hạt : Bột SiC mịn (ví dụ: 1–5 μm) thích hợp cho lớp phủ mỏng hoặc lớp hoàn thiện có độ bóng cao, trong khi các loại thô hơn (ví dụ: 50–100 μm) tốt hơn cho khả năng chống mài mòn nặng.
• Phân tán : Sự phân tán đồng đều của các hạt SiC là rất quan trọng—sự kết tụ có thể tạo ra các khuyết tật vi mô trên lớp phủ, làm giảm hiệu quả chống ăn mòn của nó. Các chất phân tán (ví dụ, tác nhân liên kết silan) thường được sử dụng để cải thiện khả năng tương thích với nền nhựa.
• Lượng tải : SiC quá nhiều (ví dụ: >40% theo trọng lượng) có thể làm lớp phủ giòn; lượng tải tối ưu phụ thuộc vào loại lớp phủ và ứng dụng (thường là 5–30%).