Thử nghiệm biển

TỔNG QUAN VỀ THỬ NGHIỆM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN

Việt Nam là quốc gia biển có bờ biển dài, vùng biển rộng. Vùng ven bờ, đất liền chịu ảnh hưởng của khí quyển biển rất lớn. Khí quyển biển nhiệt đới và nước biển có tác động rất mạnh và đặc trưng lên vật liệu và thiết bị. Chính vì thế, thử nghiệm biển chiếm vị trí quan trọng trong công tác thử nghiệm nói chung. Thử nghiệm trong môi trường biển bao gồm thử nghiệm trong khí quyển biển và thử nghiệm (ngâm) trong nước biển. Mục đích của thử nghiệm biển, cũng giống như các hình thức thử nghiệm khác, nhằm đánh giá xác thực nhất sự biến đổi của vật liệu và trang bị máy móc (độ bền) khi được bảo quản hoặc khai thác sử dụng trong môi trường biển. Thử nghiệm biển hữu ích để đánh giá độ bền chống ăn mòn của các vật liệu kim loại kết cấu, độ bền lão hóa của các vật liệu phi kim, khả năng kháng bám bẩn sinh học trong môi trường nước biển. Các đối tượng này dùng để chế tạo, xây dựng các công trình biển (cả phần nổi và phần chìm trong nước biển). Các yếu tố đặc thù nhất trong môi trường khí quyển biển là độ ẩm cao, sol muối, số giờ nắng nhiều..là những yếu tố ảnh hưởng tiêu cực nhất đến độ bền vật liệu.

Thử nghiệm biển là hình thức thử nghiệm tự nhiên rất đặc thù ở Việt Nam. Thử nghiệm biển được Trung tâm nhiệt đới Việt-Nga tiến hành tại Trạm Nghiên cứu Thử nghiệm Tự nhiên Đầm Báy/ Nha Trang. Loại hình thử nghiệm này phù hợp với các loại vật liệu, chi tiết, thiết bị làm việc trong môi trường biển. Chúng tôi cung cấp dịch vụ thử nghiệm ngâm mẫu trực tiếp trong nước biển trên giá tĩnh hoặc giá quay, và thử nghiệm phơi mẫu trên mặt nước biển, hoặc phơi mẫu ven bờ biển cho nhiều chủng loại vật liệu: kim loại và hợp kim, polymer-composite, cao su kỹ thuật, chi tiết điện-điện tử, vật liệu bao gói và bảo quản… Các thông tin về trạm thử nghiệm biển tại Đầm Báy, Nha Trang:

Các thông số khí tượng :

– Nhiệt độ trung bình năm: 27,5 ^oC

– Độ ẩm trung bình năm: 82 %

– Tổng lượng mưa: 1400 mm/năm

– Tổng bức xạ: 6,4.10³ MJ/m²/năm

– Tốc độ sa lắng Cl: 30 – 60 mg/m²/ngày

Thông tin thủy hóa:

– Nhiệt độ nước trung bình năm: 27^oC

– Độ mặn: 30,8 ‰

– pH nước biển trung bình năm: 8,1

– Hàm lượng ô xi hòa tan trong nước: 5,84 ml/l

Trạm thử nghiệm biển

Giá thử nghiệm động (quay) trong nước biển.

Mẫu thử nghiệm ngâm trong nước biển

Mẫu thử nghiệm ngâm trong nước biển

Thử nghiệm các màng sơn phủ trên mặt biển

Giá thử nghiệm tĩnh trên biển

Thử nghiệm các cột thép đóng xuống đáy biển

Trong hầu hết các ứng dụng, cơ sở để lựa chọn vật liệu là các dữ liệu thử nghiệm tính chất ăn mòn của vật liệu đó. Cơ chế ăn mòn của một hệ thống phụ thuộc vào nhiều biến số, nên việc xác định tính ăn mòn là nhiệm vụ phức tạp. Các thử nghiệm thường được thiết kế để xác định cụ thể hình thức ăn mòn hoặc cho các ứng dụng cụ thể. Thông thường, kết quả từ các thử nghiệm như vậy có thể sử dụng cho mục đích phân hạng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế ăn mòn trong môi trường biển

Các điều kiện môi trường khác nhau gây ảnh hưởng rất khác nhau đến các quá trình ăn mòn. Để có được dữ liệu có giá trị, các tham số sau phải được tính đến:

1. Ôxy hòa tan: Do độ pH cao của nước biển tự nhiên, quá trình oxy hóa liên quan đến hầu hết các quá trình ăn mòn là do oxy hòa tan. Một yếu tố khác là vi khuẩn và chất hữu cơ cùng với oxy hòa tan có thể tăng tốc cho phản ứng ăn mòn. Nói chung, việc giảm oxy hòa tan là cần thiết để giảm thiểu quá trình ăn mòn. Ảnh hưởng của oxy là mạnh nhất so với ảnh hưởng của hầu hết các biến khác.
2. Hàm lượng clorua cao rất quan trọng trong việc hình thành các phức ion kim loại, ví dụ với đồng, sắt, v.v. ảnh hưởng đến phản ứng ăn mòn một cách định tính và định lượng. Theo một số tài liệu, ion clorua trực tiếp tham gia vào cơ chế oxy hóa.
3. pH. Nhìn chung, tốc độ ăn mòn các hợp kim được sử dụng trong môi trường nước biển ít thay đổi nếu độ pH dao động trong phạm vi 7,8-8,3. Tuy nhiên, khi độ pH giảm xuống 7,2 làm tăng rõ rệt mức độ và tôc độ ăn mòn cục bộ của hợp kim nhôm-magiê. Một khi quá trình đã bắt đầu thì sự lan truyền cũng tăng nhanh.
4. Nhiệt độ. Ảnh hưởng chung của nhiệt độ là tác động lên động học của tốc độ phản ứng và sự chuyển khối. Khi nhiệt độ tăng 10 ^oK tốc độ ăn mòn sẽ tăng khoảng 2 lần, trong khi chuyển khối tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng khoảng 30 ^oK. Ngoài việc ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn, nhiệt độ cũng có thể có tác dụng trong việc thay đổi tính chất của sản phẩm ăn mòn và các lớp thụ động v.v.
5. Độ dẫn điện tương đối cao của nước biển có thể ảnh hưởng đến ăn mòn đều cũng như ăn mòn cục bộ. Trong trường hợp ăn mòn đều, dòng điện ăn mòn sẽ có xu hướng tăng với độ dẫn tăng và điều này thậm chí ảnh hưởng lớn hơn với ăn mòn cục bộ do có dòng điện thực chạy qua dung dịch nước biển.
6. Hoạt tính sinh học. Hà bám có thể có một số tác động đối với sự ăn mòn,quan trọng nhất trong số này là:

– che chắn bề mặt kim loại khỏi sự cung cấp oxy, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành các tế bào khác biệt giữa khu vực được che chắn và không được che chắn

– các sản phẩm bài tiết từ hoạt động sống ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn

– hiệu ứng xúc tác

– hạn chế lưu lượng nước, có thể là lợi thế trong việc giảm bớt ảnh hưởng của dòng chảy ở bề mặt kim loại hoặc bất lợi trong tăng nhiễu loạn cục bộ:

– phân rã cũng có thể tạo ra hợp chất sunfua, làm biến đổi môi trường ở bề mặt kim loại.

Vi khuẩn cũng có thể có tác dụng rõ rệt như sau:

– có thể kiểm soát quá trình ăn mòn trực tiếp hoặc gián tiếp bằng cách cung cấp thành phần oxi hóa khử ở bề mặt kim loại

– có thể làm thay đổi quá trình oxi hóa khử xảy ra tại bề mặt kim loại, bằng cách cản trở hoặc xúc tác cho phản ứng ăn mòn.

7. Nước biển bị ô nhiễm

Tác động chính của nước biển bị ô nhiễm phát sinh từ sự kết hợp của hàm lượng oxy thấp và độ pH giảm, cùng với sự có mặt của các ion sunfua và/hoặc amoniac. Những yếu tố này có thể dẫn đến các cơ chế ăn mòn tương đối khác nhau, tạo thành lớp sản phẩm ăn mòn khác so với trong nước biển tự nhiên không ô nhiễm.

8. Nước biển tĩnh và tuần hoàn. Hiệu suất ăn mòn của các mẫu thử trong nước biển tự nhiên ở trạng thái tính và tuần hoàn thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào thời gian thử. Trong trường hợp tuần hoàn sự tích tụ dần dần của các sản phẩm ăn mòn, phát sinh từ trong hệ thống thử nghiệm, là một yếu tố có thể ảnh hưởng đến phản ứng ăn mòn. Khác nhau ở hai trạng thái độ pH, thành phần oxy, và đặc biệt là các hoạt động sinh học cũng có khả năng xảy ra. Tất cả những yếu tố này có khả năng ảnh hưởng đến cơ chế ăn mòn của hợp kim cũng như tốc độ ăn mòn của chúng.

Các tiêu chuẩn áp dụng:

• ГОСТ 9.909. Единая система защиты от коррозии и старения. металлы, сплавы, покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы испытаний на климатических испытательных станциях(Hệ thống bảo vệ chống ăn mòn và lão hóa. Kim loại, hợp kim, lớp mạ kim loại và lớp phủ vô cơ. Phương pháp thử nghiệm tại trạm thử nghiệm khí hậu).
• ISO 9223:2012 và ISO 9224:2012 Classification, determination and estimation of corrosivity of atmospheres
• ISO 9226:2012 Xác định tốc độ ăn mòn kim loại Determination of corrosion rate
• ISO 8407:2009 GOST 9.907:2007 Phương pháp loại bỏ sản phẩm ăn mòn của tấm mẫu sau thử nghiệm Removal of corrosion products from corrosion test specimens
• GOST 9.066-76 Method of ageing resistance testing under weather conditions
• ASTM D 3623 – 78a – Efficacy Evaluation of Antifouling Products
• ASTM Method – Standard Test Method for Copper Release Rates of Antifouling Coating Systems in Seawater.
• ASTM D4939 – 89(2013) – Standard Test Method for Subjecting Marine Antifouling Coating to Biofouling and Fluid Shear Forces in Natural Seawater ASTM
• ASTM D6990-05 – Standard Practice for Evaluating Biofouling Resistance and Physical Performance of Marine Coating Systems
• ASTM D5618-94 – Standard Test Method for Measurement of Barnacle Adhesion Strength in Shear
• ISO 15181–2. Paints and varnishes–Determination of release rate of biocides from antifouling paints–Part 2: Determination of copper-ion concentration in the extract and calculation of the release rate