Thuyet minh an mon vlkt

MỞ ĐẦU
Ăn mịn, ơ nhiễm mơi trường, và rỉ sét là những điều thường được sử dụng
để mô tả các quá trình gây mất hiệu suất của vật liệu kỹ thuật. Ăn mòn là một thuật
ngữ thường được sử dụng để mô tả các chất bị mất đi một cách "lãng phí", xảy ra
khi một kim loại hoặc hợp kim phản ứng với mơi trường mà nó tiếp xúc. Một
nghiên cứu về ăn mòn đòi hỏi một cách tiếp cận đa ngành, liên quan đến các lĩnh
vực hóa học, vật lý, luyện kim, cơ khí. Cơ chế này cũng giải thích lý do tại sao mặc
dù sau 200 năm nghiên cứu, chúng ta đã nhận thức về vấn đề, sự cố ăn mòn vẫn
tiếp tục xảy ra hàng ngày.
Nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ chống ăn mòn vật liệu kim loại có tầm quan
trọng và liên quan đến hầu hết các ngành kinh tế cũng như an ninh quốc phòng.
Theo những đánh giá mới nhất, tổn thất do ăn mịn kim loại, hợp kim ước tính
khoảng 4% tổng sản phẩm quốc dân (GNP) của các nước công nghiệp phát triển.
Ước tính khoảng 30% lượng thép trên thế giới sản xuât chỉ sử dụng để thay thế
thép bị ăn mòn. Ăn mòn gây nguy cơ phá hủy vật liệu, thiết bị kim loại và đó là lý
do phải nâng cao, thậm chí phải hồn thiện các phương pháp truyền thống đồng
thời xây dựng các phương pháp mới để phát hiện, theo dõi nhằm mục đích kiểm
sốt ngăn ngừa các sự cố về ăn mòn.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ăn mòn kim loại
1.1.1. Khái niệm ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là khái niệm dùng để chỉ quá trình tự diễn biến phá huỷ vật
liệu kim loại do tương tác hóa – lý với mơi trường xung quanh.
Q trình ăn mịn khơng chỉ gây tổn thất về kinh tế mà cịn gây ơ nhiễm mơi
trường do các sản phẩm ăn mịn hoặc các vật liệu bảo vệ bị phá hủy và rửa trơi
theo mưa, bị hịa tan và ngấm vào đất, nước, …gây tác hại đến môi trường sinh
thái và sức khỏe con người.

Hình 1. Tác hại của quá trình ăn mòn.
1.1.2. Phân loại ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là q trình tương tác hóa – lý phức tạp, xảy ra với nhiều
loại vật liệu kim loại khác nhau trong những môi trường xâm thực đa dạng, luôn
thay đổi và thường là khơng thể kiểm sốt được. Vì thế, để dễ nắm bắt và giải
quyết vấn đề chống ăn mòn kim loại, người ta thường phân loại các quá trình ăn
mịn kim loại dưới những góc độ khác nhau, ví dụ phân loại theo cơ chế, theo hình
dạng bề mặt bị ăn mịn, theo mơi trường xâm thực… Dưới đây là một số phân loại
ăn mịn kim loại thơng dụng nhất.
1.1.2.1 Phân loại ăn mòn kim loại theo cơ chế
a) Ăn mịn hố học
Là q trình phá huỷ vật liệu kim loại do tác dụng hóa học của mơi trường
xung quanh. Các phản ứng hoá học phá huỷ kim loại xảy ra khi kim loại nằm trong
môi trường các chất khơng điện li dạng lỏng và khí khơ. Sản phẩm ăn mòn nằm
ngay trên bề mặt tiếp xúc của kim loại và mơi trường, khơng xuất hiện dịng điện.
Ăn mịn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiế bị lò đốt hoặc
những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và oxi ở nhiệt độ cao.
Ví dụ:
3Fe = H2O → Fe3O4 + 4H2
Chỉ xảy ra các phản ứng hóa học đơn giản.
Khơng phát sinh dịng điện.
Nhiệt độ mơi trường càng cao thì tốc độ ăn mịn hóa học càng lớn.
2


b) Ăn mịn điện hố
Là q trình phá huỷ vật liệu kim loại do tương tác của chúng với môi
trường điện li xung quanh. Còn dạng ăn mòn vi sinh xảy ra dưới tác động của của
các chất thải do vi sinh vật tiết ra thường được coi là dạng đặc biệt của ăn mịn

điện hóa.
Sự khác nhau cơ bản giữa cơ chế ăn mịn hố học và ăn mịn điện hố là
trong phản ứng ăn mịn hố học, phản ứng tổng quát chỉ xảy ra ở một nơi và một
giai đoạn; trong khi đó, ở ăn mịn điện hố, phản ứng tổng quát xảy ra ở hai khu
vực khác nhau và trong nhiều giai đoạn. Ăn mịn điện hóa nhìn nhận đơn giản là ăn
mịn kim loại xảy ra kèm với sự trao đổi điện tử, cùng với nó là xuất hiện dòng
điện được gọi với tên khoa học là dịng ăn mịn.
Ăn mịn điện hóa xảy ra rất đa dạng, phụ thuộc nhiều vào các điều kiện như:
bản chất vật liệu kim loại và bản chất môi trường ăn mòn…. Giá trị tổn thất do ăn
mòn thực tế có thể thống kê từ các ngành cơng nghiệp phát triển cùng với biến đổi
môi trường và các điều kiện vận hành. Các mơi trường nhúng ngập có thể dẫn đến
nhiều dạng ăn mòn nguy hiểm khác nhau.
Kim loại và môi trường mà chúng tiếp xúc tạo thành một hệ điện hóa (pin
điện hóa). Q trình chuyển điện tích giữa kim loại và mơi trường bao gồm hai
phản ứng, đó là phản ứng oxi hóa xảy ra ở cực âm và phản ứng khử xảy ra ở cực
dương. Kết quả là một lượng kim loại bị tan vào môi trường.
M → Mn+ + ne

Hình 2. Ví dụ về ăn mịn điện hóa
a- Hệ gồm 2 VLKT khác nhau; b-Hệ trên 1 VLKT
A-anode, C-cathode, MP-dây dẫn, ionic flow-dòng ion, E-chất điện li
* Điều kiện xảy ra ăn mịn điện hóa

3


− ĐK 1: Các điện cực phải khác nhau về bản chất: hai kim loại khác nhau,
kim loại - phi kim, kim loại - hợp chất hoá học, ... trong đó kim loại có thế điện
cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm.
⇒ Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mịn điện hố học.

− ĐK 2: Các điện cực phải tiếp xúc với nhau.
− ĐK 3: Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li.
Thiếu 1 trong 3 điều kiện trên sẽ không xảy ra ăn mịn điện hố. Trong thực
tế, các q trình ăn mịn kim loại diễn ra rất phức tạp, có thể bao gồm cả sự ăn mịn
hố học và ăn mịn điện hố. Nhưng ăn mịn điện hố thường đóng vai trị chủ yếu.
1.1.2.2. Phân loại ăn mịn kim loại theo hình dạng bề mặt ăn mịn
Theo hình dạng bề mặt bị ăn mòn, ăn mòn kim loại được chia thành hai loại
chính: ăn mịn đều và ăn mịn cục bộ.
a) Ăn mịn đều [Uniform Corrosion]
Là q trình ăn mịn xảy ra trên tồn bộ bề mặt và có thể dự đốn và định
lượng bằng tốc độ ăn mòn. Trong ăn mòn đều, vật liệu kim loại bị ăn mòn như
nhau trên tồn bề mặt kim loại.
Để xảy ra ăn mịn đều, mơi trường ăn mịn phải tác động như nhau trên hầu
hết bề mặt, và bản thân kim loại cũng phải đồng nhất về cấu trúc cũng như thành
phần. Trong thực tế, yếu tố này thường khó thỏa mãn, nên người ta chấp nhận sự
không đồng đều ở một mức độ nào đó. Thí dụ ăn mịn thép trong khí quyển, thép
trong mơi trường axít, ơxy hố ở nhiệt độ cao, v.v... thường được coi là ăn mòn
đồng đều. Theo quan điểm kĩ thuật, ăn mòn đồng đều thường được chấp nhận sử
dụng cho việc tính tốn và thiết kế.

Hình 3. Ảnh bề mặt và mặt cắt ngang của kim loại bị ăn mòn đều.
b) Ăn mòn cục bộ [Localized Corrosion]
Là các kiểu ăn mòn khác nhau tập trung trên một hay một số diện tích rất
nhỏ của tồn bộ bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường gây ăn mòn. Đặc trưng ăn
mòn cục bộ là sự phát triển của chúng rất khó nhận biết.

4


Hình 4. Một số dạng ăn mịn trên vật liệu kim loại.

1.1.2.3. Phân loại ăn mịn kim loại theo mơi trường ăn mòn
Theo phân loại này, ăn mòn kim loại thường được phân thành ăn mịn trong
mơi trường tự nhiên (khí quyển, nước biển và trong đất) và mơi trường cơng
nghiệp.
a) Ăn mịn trong mơi trường tự nhiên
* Ăn mịn khí quyển
Ăn mịn trong mơi trường khí quyển là dạng ăn mịn phổ biến nhất. Có
khoảng 80% máy móc, thiết bị hoặc kết cấu kim loại làm việc trong môi trường khí
quyển, vì vậy có rất nhiều cơng trình nghiên cứu ăn mịn vật liệu kim loại trong
mơi trường khí quyển được tiến hành trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Những yếu tố quyết định cơ chế và tốc độ ăn mịn kim loại trong mơi trường
khí quyển là mức độ ẩm trên bề mặt kim loại tiếp xúc với khơng khí và hàm lượng
chất xâm thực. Có thể chia ra làm 3 loại ăn mịn trong mơi trường khí quyển:
- Ăn mịn trong khơng khí ướt: là dạng ăn mịn xảy ra khi có một lớp màng
nước mỏng bao phủ bề mặt kim loại có thể trơng thấy bằng mắt thường. Quá trình
này xảy ra khi bề mặt kim loại bị nước mưa rơi trực tiếp hay hơi nước ngưng tụ
trên bề mặt kim loại khi độ ẩm tương đối của khơng khí đến 100%. Ăn mịn dạng
này tn theo cơ chế ăn mịn điện hố.
- Ăn mịn trong khơng khí ẩm: là dạng ăn mịn xảy ra khi có màng nước
mỏng khơng trơng thấy được bằng mắt thường bao phủ bề mặt kim loại. Quá trình
này xảy ra do sự ngưng tụ hấp phụ và ngưng tụ hố học khi độ ẩm tương đối của
khơng khí nhỏ hơn 100%. Ăn mòn dạng này tuân theo cơ chế điện hố.
- Ăn mịn trong khơng khí khơ: ăn mịn dạng này tuân theo cơ chế hoá học.
Sự phân loại các dạng ăn mịn nói chung chỉ là quy ước, bởi vì trong thực tế dạng
ăn mịn này có thể chuyển thành dạng ăn mòn khác tuỳ theo điều kiện của môi
trường.
5


Đối với nghiên cứu ăn mịn khí quyển, người ta thường quan tâm đến những

yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, thời gian lưu ẩm hay thời gian thấm ướt bề
mặt (TOW – Time of wetness), lượng mưa, tần suất mưa, sương, độ nhiễm bẩn khí
quyển. Thơng thường, người ta chia mơi trường khí quyển ra thành các vùng khí
quyển cơng nghiệp, thành phố, biển, nơng thơn, biển nhiệt đới và xây dựng những
bản đồ ăn mòn của từng quốc gia, từng khu vực hay từng thành phố.
* Ăn mịn trong mơi trường nước biển, nước sơng, nước hồ
Các kết cấu thép của các cơng trình thuỷ lợi; thuỷ điện; giao thông vận tải;
xây dựng… vận hành trong mơi trường biển, sơng hồ thường bị ăn mịn dẫn đến
những thiệt hại to lớn cho nền kinh tế, an ninh quốc phịng.... Có rất nhiều cơng
trình nghiên cứu ăn mịn vật liệu kim loại trong những mơi trường này đã được tiến
hành trên thế giới cũng như ở Việt Nam từ trước đến nay. Ăn mịn trong mơi
trường này tn theo cơ chế điện hố.
Khi nghiên cứu ăn mịn trong môi trường nước, các nhà nhiên cứu quan tâm
đến các yếu tố như: thành phần các muối khống hồ tan trong nước (Cl-, SO42-,
CO32-, Br-… và các cation Na+, K+, Mg2+, Ca2+…); chu kỳ thấm ướt kim loại;
sự phân bố ơxy trong nước; tốc độ dịng chảy và nhiệt độ của nước; tác dụng của
ứng suất cơ học và hình dạng cũng như cấu trúc của kết cấu kim loại.
Trong khí quyển biển/ven biển, ion Cl- là tác nhân chủ yếu gây ăn mịn, vì
vậy nguy cơ hư hỏng các chi tiết thiết bị và cơng trình cao hơn nhiều lần so với
trong đất liền và dễ xảy ra các tai nạn rủi ro. Ion Cl- là một tác nhân nguy hiểm
đối với các vật liệu kim loại, nó gia tốc AMKL và là tác nhân gây ăn mòn lỗ. Hơn
nữa, các ion Cl- có khả năng hút ẩm tốt, góp phần hình thành dung dịch điện ly
trên bề mặt kim loại và kéo dài TOW ngay cả khi khơng khí có nhiệt độ cao. Ion
Cl- cũng làm tăng độ dẫn điện của lớp ẩm/dung dịch trên bề mặt kim loại, phá hủy
lớp màng bảo vệ , do đó làm tăng tốc độ ăn mịn. Bên cạnh đó, sự có mặt của ion
Cl- sẽ làm tăng nguy cơ và tốc độ ăn mòn ứng lực của các chi tiết, kết cấu kim loại,
đặc biệt là các kết cấu làm bằng thép không gỉ.
Sự sa lắng của ion Cl- được quyết định bởi vị trí địa lý, điều kiện địa hình và
khoảng cách từ bờ biển, cũng như tốc độ và hướng gió. Các vùng khí quyển nhiệt
đới thường có tốc độ ăn mịn ln cao hơn trong các vùng khí quyển biển ơn đới và

các vùng khí quyển thành phố/công nghiệp nhiệt đới.

6


Bảng 1. Tốc độ ăn mòn thép cacbon tại một số địa điểm Việt Nam.
+ Ăn mịn trong mơi trường đất
Các thiết bị, các kết cấu kim loại chôn ngầm trong đất như các ống dẫn
nước, dẫn dầu… bị ăn mịn rất mạnh. Nhiều cơng trình nghiên cứu ăn mịn trong
môi trường đất đã được tiến hành từ rất lâu. Q trình ăn mịn kim loại trong đất về
bản chất là một q trình ăn mịn điện hố, vì mơi trường đất là môi trường điện li.
Khi nghiên cứu ăn mịn trong mơi trường đất, người ta quan tâm đến điện trở suất,
nhiệt độ, độ ẩm của đất, độ pH và thành phần muối hòa tan trong đất.
+ Ăn mòn trong mơi trường cơng nghiệp
Ăn mịn trong mơi trường cơng nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phá huỷ
từ các sản phẩm theo thời gian vận hành cũng như thời gian nghỉ, từ ơtơ, máy móc
tới các cơng trình và thiết bị công nghiệp như đường ống dẫn dầu, dẫn khí, dẫn
nước, các dây chuyền sản xuất của nhà máy hố chất, nhà máy điện… Nó bao gồm
các dạng ăn mịn và các cơ chế ăn mịn (hố học, điện hố, ứng suất, mài mịn…)
1.1.2. Các dạng ăn mịn cục bộ kim loại
Trong đề mục này, ăn mòn cục bộ kim loại ở đây được nhìn dưới góc độ ăn
mịn điện hố và được giới thiệu một cách tổng quát.
* Ăn mòn lỗ(pitting corrosion):
Ăn mòn lỗ là dạng ăn mịn cục bộ điển hình nhất, trong khi phần lớn bề mặt
có thể khơng bị ăn mịn, các lỗ ăn mịn rất bé được hình thành. Các lỗ này có thể
xuyên rất sâu vào kim loại nền và phá hủy độ bền các thiết bị máy móc. Ngồi các
dạng ăn mịn thơng thường trên các vật liệu kim loại, ăn mịn lỗ có thể do ẩm ướt
cục bộ hoặc các vết (điểm) sai hỏng trong thép cacbon thấp hay của lớp phủ bảo
vệ. Các sản phẩm ăn mòn thường hút ẩm và các chất gây ăn mòn khác tăng cường
tấn cơng. Ăn mịn lỗ thường xuất hiện ở các kim loại có màng thụ động. Một kim

loại thụ động là quá trình hình thành tự nhiên (hay nhân tạo) một lớp bảo vệ được
gọi là màng thụ động (như thép khơng gỉ, nhơm/hợp kim nhơm, niken...). Sự có
mặt ion Cl- thường gây ăn mòn lỗ của các màng thụ động. Một lỗ được hình thành
khi màng thụ động bị phá vỡ cục bộ hay khuyết tật của màng thụ động do môi
trường xâm thực hoặc phá hủy cơ học. Dạng ăn mịn lỗ rất nguy hiểm vì lượng tổn
hao kim loại không đáng kể nhưng các lỗ ăn sâu trong lòng vật liệu sẽ dẫn đến nứt
gãy chi tiết một cách đột ngột, không lường trước được.

7


Hình 5. Phản ứng ăn mịn lỗ và các dạng mặt cắt khác nhau
* Ăn mòn khe(crevice corrosion):
Đây là dạng ăn mòn cục bộ xảy ra rất mãnh liệt trong các khe hẹp do cấu tạo
hình học của kết cấu hoặc do lắp ráp. Các vùng khác nhau trong thành phần cấu tạo
có thể dẫn đến các điện thế khác nhau trên các vị trí bề mặt kim loại: ví dụ sự khác
nhau về diện tích, khi mà ở đó sự chênh lệch nồng độ chất khử phân cực
cathode/oxy ở bề mặt kim loại bên ngoài khe (nhiều hơn) và bên trong khe (ít hơn).
Đặc biệt là các phần kim loại bị che lấp bởi những tấm lót, đệm, vịng nối, đinh
tán... là vùng nhạy cảm với ăn mòn khe. Bề mặt kim loại bên trong khe là anode so
với xung quanh.

Hình 6. Ăn mịn khe
* Ăn mịn chọn lọc( selective corrosion):
Các hợp kim là sự kết hợp của nhiều kim loại khác nhau. Trong một vài hợp
kim, các hợp phần có thể bị hịa tan rời khỏi các hợp phần khác. Ví dụ phổ biến
nhất là kẽm bị ăn mòn chọn lọc tan ra khỏi hợp kim đồng kẽm – ăn mòn khử Kẽm
(dezincification) và ăn mòn graphit (graphitization corrosion). Ăn mịn khử kẽm
thường gặp đối với đơng thau hoặc các hợp kim đồng kẽm chứa >15% kẽm, khi
xảy ra có mặt hơi ẩm và oxy. Khi đó cả đồng và kẽm đều tan vào dung dịch nhưng

đồng kết tủa lại, còn kẽm ở lại trong dung dịch, vật liệu cịn lại trở nên xốp, giàu
đồng, cơ tính giảm và chuyển từ màu vằng thau sang đỏ. Ăn mòn graphit xảy ra
với gang xám khi sắt bị tiết ra và còn lại nguyên vẹn hạt graphit. Hư hỏng do ăn
8


mịn chọn lọc rất nguy hiểm vì nó làm giảm cơ tính của vật liệu, dẫn đến nứt gãy
chi tiết, cấu kiện, cơng trình.

Hình . Ăn mịn chọn lọc hợp kim Cu-Zn (a) và sự tiết graphit từ gang xám (b)
* Ăn mòn xuyên tinh thể, ăn mòn biên hạt (intergranular corrosion)
Kim loại bao gồm rất nhiều các hợp phần các hạt kích thước nhỏ phân bố
ngẫu nhiên. Ăn mịn xun tinh thể xuất hiện khi có sự kết dính chặt chẽ giữa các
thành phần hợp phần. Tốc độ ăn mòn thường rất thấp nhưng kết quả tổn thất giữa
các thành phần hợp phần làm phân rã kim loại. Chúng thường xuất hiện ở các thép
trắng đơn giản. Đây là kiểu ăn mịn chọn lọc crơm gần biên giới hạt. Đối với hợp
kim nhơm là ăn mịn tách lớp (exforliation corrosion).
Ăn mòn giữa các tinh thể là ăn mòn cục bộ theo các biên giới hạt, nó diễn ra
giống như ăn mòn lỗ nhưng chủ yếu dọc theo các đường biên hạt do sự khác nhau
rất nhỏ trong tính chất luyện kim.
Ăn mịn biên hạt rất nguy hiểm vì rất khó phát hiện sớm do sự tổn hao vật
liệu chưa đáng kể nhưng biên hạt bị yếu dần, làm cho cơ tính của vật liệu bị suy
giảm, dẫn đến sập gãy cơng trình đột ngột.

Hình 7. Hình ảnh mặt cắt ngang của ăn mòn biên hạt

9


Hình 8. Ăn mịn tách lớp của hợp kim nhơm

* Ăn mòn tiếp xúc (galvanic corrosion)
Tốc độ ăn mòn cũng tăng lên và gây ăn mòn cục bộ khi 2 kim loại tiếp xúc
trực tiếp với nhau, khi đó kim loại âm điện hơn sẽ bị ăn mòn. Ăn mòn tiếp xúc
thường gặp trong thực tế là sự phá hủy các tấm tơn hình lượn sóng khi nền thép bị
hở, diện tích này sẽ rộng hơn khi lớp phủ kẽm bị ăn mịn do có điện thế thấp hơn
thép và nền thép bên dưới tiếp tục bị phá hủy.
* Ăn mòn ứng lực (stress corrosion cracking – SCC)
Gãy do ăn mòn ứng lực là một dạng hư hỏng nguy hiểm và tương đối phổ
biến đối với các chi tiết thiết bị cơng nghiệp, đặc biệt là trong cơng nghiệp hóa
chất, chế biến dầu khí, nhiệt điện, năng lượng hạt nhân,…Dạng hư hỏng này rất
nguy hiểm vì nó xảy ra âm ỉ bên trong và làm giảm đáng kể độ bền cơ học kim
loại, mặc dù lượng tổn hao kim loại rất ít. SCC xảy ra do tác động đồng thời của
ứng suất kéo và mơi trường ăn mịn đối với vật liệu nhạy SCC. Ứng lực tồn tại có
thể do chi tiết phải chịu tải, do ứng suất dư để lại trong quá trình chế tạo hoặc kết
hợp cả hai dạng. cơ chế ăn mòn ứng lực là nứt theo biên hạt hoặc xuyên hạt, vết
nứt lan truyền theo hình nhánh cây, vì vậy vật liệu bị yếu đi rất nhanh, dẫn đến
gãy, sập đột ngột các kết cấu. các loại thép k gỉ austenite thường bị ăn mòn ứng lực
trong khí quyển biển dưới sự tác động của ion Cl-.

Hình 9. Mặt cắt ngang của thép khơng gỉ bị ăn mịn ứng lực, vết nứt hình nhánh
cây và lan truyền theo biên hạt
* Ăn mòn mài mòn và tác động của các va chạm
Ăn mòn mài mòn xuất hiện khi vật liệu kim loại tiếp xúc với chất lỏng có
tốc độ chảy cao hoặc có chứa những vật liệu mài mòn ngăn cản việc tái tạo màng
bảo vệ. Đặc điểm của ăn mòn mài mòn là tạo thành rãnh có hướng. Các q trình
ăn mịn mài mịn thường gặp ở chân vịt tàu thủy, tua bin hay bơm ly tâm của các
nhà máy thủy điện...và chúng gây rất nhiều tổn thất. Tốc độ ăn mòn của thép trong
dòng chảy nước biển:
(mm/y) = 1.17 × 10−2 CO2 U0.9
CO2 = nồng độ oxy, ppb

U = tốc độ dòng chảy, cm / s
10

D 0,75
υ


D = hệ số khuếch tán, cm2 / s
ν = động học độ nhớt, cm2 / s

CHƯƠNG 2. CHỐNG ĂN MỊN VẬT LIỆU KỸ THUẬT
2.1. Giới thiệu chung
Ăn mịn kim loại đa dạng về cơ chế, về môi trường xâm thực cũng như về
hình dạng bề mặt bị ăn mịn (như đã đề cập ở trên), với một số kim loại bị ăn mòn
cục bộ, độ bền ăn mòn của chúng không phụ thuộc nhiều vào giá trị tốc độ ăn mịn
mà phụ thuộc vào các thơng số ăn mịn cục bộ như độ sâu, mật độ ăn mòn lỗ. Vấn
đề đang được đặt ra là làm thế nào để theo dõi và kiểm sốt ăn mịn trong các mơi
trường này đơn giản, hiệu quả và kinh tế nhất.
Vì thế, một nhu cầu cấp bách được đặt ra là xây dựng các phương pháp
nghiên cứu hiện đại để nghiên cứu cơ chế ăn mòn cục bộ kim loại, đặc biệt là các
phương pháp khơng phá hủy vật liệu và có thể tiến hành trực tiếp ngay tại hiện
trường. Cho nên, nghiên cứu ăn mòn kim loại cũng phải đa dạng từ phương pháp
luận, trang thiết bị, điều kiện…để có thể cung cấp một khái niệm đầy đủ nhất, dễ
hiểu nhất và xác thực nhất có thể về q trình tương tác hóa – lý phức tạp này. Vấn
đề đầu tiên đặt ra cho nghiên cứu ăn mòn là xác định nguyên nhân gây ăn mòn, dạng
và tốc độ ăn mòn. Giá trị tốc độ ăn mòn kim loại cho chúng ta đánh giá tổng thể về
độ bền chống ăn mòn của một loạt vật liệu kim loại, từ đó, cho phép chúng ta lựa
chọn được loại vật liệu có độ bền ăn mòn cao nhất, phù hợp nhất và nếu có thể rẻ
tiền nhất cho các mục đích và u cầu sử dụng (xây lắp, chế tạo, sửa chữa…).
2.2. Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại, về bản chất chủ yếu là một quá trình điện hóa được nghiên
cứu bằng các phương pháp điện hóa. Nhiều kĩ thuật đã được phát triển nhằm nghiên
cứu tỉ mỉ nguyên nhân và cơ chế của các quá trình ăn mịn, xác định mơi trường ăn
mịn và đánh giá khả năng chống ăn mòn của vật liệu kim loại... So sánh với các kĩ
thuật khác, các kĩ thuật điện hóa có nhiều lợi thế rất rõ ràng là: có kết quả trong thời
gian ngắn; độ chính xác cao và có khả năng định lượng ăn mòn liên tục. Ứng dụng
11


phổ biến nhất của chúng là để xác định tốc độ ăn mòn kim loại bởi tốc độ ăn mòn
kim loại là một trong các thông số quan trọng nhất để xác định khả năng phá hủy
của môi trường, trong sự lựa chọn các kĩ thuật bảo vệ chống ăn mòn và đánh giá lại
ăn mòn của các vật liệu kim loại... Các kĩ thuật điện hóa thơng thường có khả năng
đánh giá nhanh, liên tục và tự động xác định tốc độ ăn mòn. Đo tốc độ ăn mòn tương
đương thực tế để xác định động học của các q trình ăn mịn.
Các phương pháp điện hóa là các phương pháp nghiên cứu ăn mòn trực tiếp.
Các phương pháp điện hóa sử dụng nghiên cứu ăn mịn dựa trên tiền đề ăn mịn là
một q trình điện hóa và có thể xác định thơng qua các phép đo mối liên hệ giữa
thế - dòng và điện trở phân cực, các thơng số này đặc trưng cho q trình ăn mòn.
2.3 Chống ăn mòn VLKT
2.3.1. Phương pháp bảo vệ bề mặt, cách li kim loại với môi trường
Phương pháp bảo vệ bề mặt là phủ lên bề mặt kim loại một lớp chất bền với
môi trường như: sơn, dầu mỡ, chất dẻo, hợp chất polime hoặc tráng, mạ bằng một
kim loại bền như: Cr, Cu, Zn, Sn. Nếu lớp bảo vệ bị hỏng, kim loại sẽ bị ăn mòn.
2.3.2. Giảm sự tác động của môi trường
Sử dụng chất chống ăn mòn làm bề mặt kim loại trở nên thụ động đối với
mơi trường ăn mịn. Ví dụ điển hình bao gồm nitrat cyclohexylamine, natri
benzoat, và cacbonat dicyclohexylamine.
Hạ thấp nhiệt độ, giảm độ ẩm tương đối, thay đổi độ pH và loại trừ Cl-, lưu
huỳnh và các ơxít nitơ và carbon dioxide.

2.3.3. Lựa chọn vật liệu phù hợp, làm tốt quá trình thiết kế kết cấu

Tính chất vật lý; ngun vật liệu sẵn có, chi phí; bảo trì; tính chất cơ học;
chống ăn mòn; chịu lửa;yêu cầu chế tạo; phù hợp cho các biện pháp kiểm sốt ăn
mịn; kinh nghiệm về thiết kế
2.2.4. Phương pháp bảo vệ cathode, bảo vệ anode
Bảo vệ cathode là một phương pháp quan trọng để tránh ăn mòn, bản chất
của bảo vệ cathode là làm thay đổi phần tử của mạch ăn mòn, tạo nền một phần tử
của mạch ăn mòn mới và đảm bảo rằng kim loại nền trở thành phần tử cathode của
12


mạch này. Mạ kẽm nhúng nóng là phương pháp đồng thời cung cấp được hai
phương pháp bảo vệ chống ăn mịn đó là bảo vệ rào chắn và bảo vệ cathode.

Khi kẽm và thép tiếp xúc với nhau trong môi trường điện phân, sự chênh
lệch về điện thế sẽ gia tăng và tế bào điện phân sẽ được hình thành. Như đã phân
tích trong phần bản chất của sự ăn mịn, kẽm có khả năng điện hóa cao hơn thép.
Do đó, kẽm sẽ trở thành Anode để bảo vệ thép bên trong, nó sẽ ngăn sự hình thành
các vùng Anode và Cathode trên bề mặt thép. Do sự chênh lệch về điện thế bên
trong tế bào, các hạt electron mang điện tích âm (-) sẽ dịch chuyển từ kẽm (Anode)
sang thép (Cathode), và nguyên tử kẽm ở Anode sẽ chuyển thành các ion kẽm
mang điện tích dương (Zn++)

Tại bề mặt Cathode (-), các electron mang điện tích âm sẽ thu hút và tác
dụng với các ion H+ của môi trường điện phân, giải phóng khí H2. Khơng có phản
ứng hóa học giữa thép (Cathode) và chất điện phân. Hiện tượng này ngăn cản sự ăn
mịn ở Cathode, do đó sẽ được gọi là bảo vệ Cathode. Những ion kẽm Z++ tại
Anode sẽ tác dụng với các ion OH- của chất điện phân và kẽm sẽ từ từ bị tiêu thụ,
tạo thành 1 lớp bảo vệ hi sinh cho thép.

13


Phần lớn các ứng dụng bảo vệ anode liên quan đến việc sản xuất, lưu trữ và
vận chuyển các axit sulfuric. Các ứng dụng khác bao gồm việc bảo vệ thép nhẹ
trong amoniac, amoni nitrat, và phân bón khác. Điển hình cho thép tiếp xúc với
axít sulfuric 93%, tốc độ ăn mòn của một hệ thống bảo vệ anode là khoảng ít bốn
lần so với một hệ thống khơng được bảo vệ anode.

14