Bài giảng điện tử môn hóa học: ăn mòn kim loại doc

CÁC VẤN ĐỀ CẦN TÌM HIỂU

TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC NGHIÊN
CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHÂN LOẠI ĂN
MÒN KIM LOẠI

PƯƠNG PHÁP BẢO VỆ & ỨNG DỤNG
CỦA TỪNG PHƯƠNG PHÁP

TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU
TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU
VỀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
VỀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Ngày nay vật liệu kim loại chiếm vò trí quan trọng nhất
Ngày nay vật liệu kim loại chiếm vò trí quan trọng nhất
trong nền kinh tế quốc dân, do có hoạt tính cao chúng bò
trong nền kinh tế quốc dân, do có hoạt tính cao chúng bò
môi trường tác động làm phá hủy dần từ ngoài vào
môi trường tác động làm phá hủy dần từ ngoài vào
trong.
trong.

Ở các nước công nghiệp phát triển, người ta ước tính
thiệt hại do ăn mòn chiếm khoảng 3% tổng sản phẩm

quốc dân, thiệt hại sẽ lớn hơn nếu tính cả cho chi phí
bảo dưỡng, thay thế vật liệu và hậu quả của ăn mòn làm
ô nhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái.

Ở Việt Nam, do có khí hậu nóng ẩm, tỷ lệ sử dụng vật
liệu kim loại còn cao. Vì vậy thiệt hại do ăn mòn còn có
thể lớn hơn.



Nước biển có chứa muối hòa tan (nước mặn) nên dẫn
Nước biển có chứa muối hòa tan (nước mặn) nên dẫn
điện tốt, bởi vậy các công trình biển bò ăn mòn mạnh
điện tốt, bởi vậy các công trình biển bò ăn mòn mạnh
do các dòng điện hóa tăng cường, không chỉ ở bề mặt
do các dòng điện hóa tăng cường, không chỉ ở bề mặt
kim loại tiếp xúc với nước biển mà ở cả trong cột bê
kim loại tiếp xúc với nước biển mà ở cả trong cột bê
tông…
tông…
Ăn mòn biển còn đặc trưng bằng các lớp sinh vật
Ăn mòn biển còn đặc trưng bằng các lớp sinh vật
bám như: hầu, hà, rong, rêu…Vì biển ngày càng được
bám như: hầu, hà, rong, rêu…Vì biển ngày càng được
khai thác nhiều hơn, các công trình biển như: cảng,
khai thác nhiều hơn, các công trình biển như: cảng,
dàn khoan dầu, khí…Số lượng tàu thuyền…ngày càng
dàn khoan dầu, khí…Số lượng tàu thuyền…ngày càng
nhiều nên ăn mòn biển thiệt hại rất lớn.
nhiều nên ăn mòn biển thiệt hại rất lớn.

Các công nghệ để phòng, chống và giảm tác hại của
Các công nghệ để phòng, chống và giảm tác hại của
ăn mòn biển chủ yếu là tạo các lớp vật liệu bảo vệ
ăn mòn biển chủ yếu là tạo các lớp vật liệu bảo vệ
bền, các lớp bảo vệ đặc hiệu, các phương pháp diện
bền, các lớp bảo vệ đặc hiệu, các phương pháp diện
hóa với “điện cực hi sinh”.v.v.
hóa với “điện cực hi sinh”.v.v.

BIỂU ĐỒ VỀ SỰ PHÂN BỐ THIỆT HẠI

Ăn Mòn Kim Loại Là Gì?
Ăn Mòn Kim Loại Là Gì?
Ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại


là:
là:


sự phá hủy kim loại
sự phá hủy kim loại


hoặc
hoặc
hợp kim
hợp kim

do tác dụng hóa học
do tác dụng hóa học


của môi trường
của môi trường
xung quanh (theo ngh a r ng ĩ ộ
xung quanh (theo ngh a r ng ĩ ộ
là sự phá hủy vật
là sự phá hủy vật
liệu)
liệu)
,
,


trong đó nguyên tử kim loại
trong đó nguyên tử kim loại


bò oxy hóa
bò oxy hóa
thành ion dương kim loại.
thành ion dương kim loại.
M - ne
M - ne


M

M
n+
n+

Ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại
Theo
Theo
cơ chế ăn mòn
cơ chế ăn mòn
Theo
môi trường ăn mòn
Theo
phạm vi ăn mòn
Ăn
mòn
điện
hóa
Ăn
mòn
hóa
học
Ăn
mòn
không
khí
Ăn
mòn
đất
Ăn

mòn
nước
biển
…
Ăn
mòn
Cục
bộ

Ăn
mòn
toàn
bộ

BẢNG PHÂN LOẠI ĂN MÒN KIM LOẠI


nh ngha: S phỏ hy kim loi do kim loi phn
nh ngha: S phỏ hy kim loi do kim loi phn
ng húa hc vi cht khớ hoc hi nc nhit
ng húa hc vi cht khớ hoc hi nc nhit
cao.
cao.

Quỏ trỡnh n mũn l kt qu ca phn ng d th
Quỏ trỡnh n mũn l kt qu ca phn ng d th

Vớ d: Fe b n mũn bi khụng khớ
3Fe + 2CO
2

= Fe
3
O
4
+ 2C
3Fe + 4H
2
O = Fe
3
O
4
+ 4H
2

AấN MOỉN HOA HOẽC
AấN MOỉN HOA HOẽC


Đònh nghóa: Ăn mòn điện hóa là
Đònh nghóa: Ăn mòn điện hóa là


sự phá hủy
sự phá hủy
kim loại
kim loại


do kim loại tiếp xúc
do kim loại tiếp xúc

với dung dòch
với dung dòch
chất điện ly tạo nên dòng điện.
chất điện ly tạo nên dòng điện.

Cơ chế ăn mòn điện hóa

Gồm ba quá trình cơ bản là:

Quá trình Anod

Quá trình Catod

Quá trình dẫn điện
Ăn Mòn Điện Hóa
Ăn Mòn Điện Hóa

Quá Trình Anod
Quá Trình Anod

Quá trình Anod:
Quá trình Anod:


là quá trình oxy hóa điên hóa
là quá trình oxy hóa điên hóa

trong đó kim loại chuyển vào dung dòch
trong đó kim loại chuyển vào dung dòch


dưới
dưới
dạng ion và giải phóng điện tử:
dạng ion và giải phóng điện tử:
M
M


M
M
n+
n+
+ ne
+ ne

Đặc biệt khi trong dung dòch có những ion kim
loại có điện thế cực dương hơn kim loại bò ăn
mòn thì quá trình xảy ra:
M  M
n+
+ ne
M
n’’+
 M
n+
+ ne


Quá trình Catod:
Quá trình Catod:


là quá trình khử điện hóa,
là quá trình khử điện hóa,


trong đó các chất oxy hóa nhận điện tử
trong đó các chất oxy hóa nhận điện tử


do kim
do kim
loại bò ăn mòn giải phóng ra.
loại bò ăn mòn giải phóng ra.
Ox + ne  Red

Nếu “Ox” là H
+
thì quá trình catod xảy ra:
2H
+
+ 2e  H
2

Nếu “Ox” là O
2

thì quá trình catod xảy ra:
* Với môi trường acid:
O
2
+ 4H
+
+ 4e  2H
2
O

* Với môi trường trung tính hoặc bazơ:
O
2
+ 2H
2
O + 4e  2OH
-
Quá Trình Catod
Quá Trình Catod

Quá Trình Dẫn Điện
Quá Trình Dẫn Điện

Các diện tử do kim loại bò ăn mòn
Các diện tử do kim loại bò ăn mòn


giải phóng ra sẽ di chuyển từ nơi
giải phóng ra sẽ di chuyển từ nơi

có
có
phản ứng Anod tới nơi có phản ứng
phản ứng Anod tới nơi có phản ứng
Catod,
Catod,


còn các ion dòch chuyển trong
còn các ion dòch chuyển trong
dung dòch.
dung dòch.

Hai điện cực cùng chất
Hai điện cực cùng chất
 Kim loại khơng bị an mòn
Thí nghi m 1:ệ
Điều kiện ăn mòn điện hóa:

Thí nghi m 2:ệ
Thí nghi m 2:ệ
Khi không có dây
dẫn
Khi hai kim loại tiếp
xúc nhau

Khơng xảy ra
q trinh ăn mòn


xảy ra q
trinh ăn mòn

Thí Nghi m 3:ệ
Thí Nghi m 3:ệ
* Thay dung d ch đi n ly b ng dung d ch khoâng đi n lyị ệ ằ ị ệ
* Thay dung d ch đi n ly b ng dung d ch khoâng đi n lyị ệ ằ ị ệ
Dung d ch ị
khoâng di n ệ
ly.

Không xảy ra
quá trinh ăn mòn

Thí nghi m 4ệ : (mô tả)

xảy
ra quá
trinh ăn
mòn




Các điện cực phải khác nhau.
Các điện cực phải khác nhau.



Các điện cực phải tiếp xúc với nhau.

Các điện cực phải tiếp xúc với nhau.



Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một
Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một
dung dòch chất điện ly.
dung dòch chất điện ly.

Nguyên Tắc:

Làm thế nào để giảm tối đa dòng ăn mòn kim loại
khi kim loại tiếp xúc với môi trường.
Các phương pháp:
Chọn và chế tạo vật liệu chống ăn mòn cao

Tạo lớp phủ bề mặt bằng kim loại hoặc phi kim

Xử lí môi trường

Bảo vệ điện hóa

Các phương pháp chống ăn
Các phương pháp chống ăn
mòn hóa học
mòn hóa học

Sản xuất các hợp kim bền với nhiệt,
Sản xuất các hợp kim bền với nhiệt,
chống gỉ.

chống gỉ.

Phủ lớp bảo vệ chống ăn mòn như sơn,
Phủ lớp bảo vệ chống ăn mòn như sơn,
mạ Crom, mạ Nhôm, mạ Niken …
mạ Crom, mạ Nhôm, mạ Niken …

Dùng chất ức chế ăn mòn.
Dùng chất ức chế ăn mòn.

Tạo môi trường khí trơ xung quanh để
Tạo môi trường khí trơ xung quanh để
bảo vệ kim loại như N
bảo vệ kim loại như N
2
2
, Argon, Heli…
, Argon, Heli…

►
Những kim loại có tính thụ động hoặc hợp
Những kim loại có tính thụ động hoặc hợp
kim chứa Cr như: Cr, Thép chứa Ti-Al…
kim chứa Cr như: Cr, Thép chứa Ti-Al…
►
Những kim loại có khả năng tạo sản phẩm
Những kim loại có khả năng tạo sản phẩm
chống ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường
chống ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường
như: Cu, Zn, Pb, Al…

như: Cu, Zn, Pb, Al…
►
Trong quá trình SX có thể thêm phụ gia để
Trong quá trình SX có thể thêm phụ gia để
tạo san phẩm chống ăn mòn tốt như: Al-Cu,
tạo san phẩm chống ăn mòn tốt như: Al-Cu,
Cu-Zn…
Cu-Zn…


Mục đích: tăng vẻ đẹp cho vật liệu và chống ăn
Mục đích: tăng vẻ đẹp cho vật liệu và chống ăn
mòn
mòn

Lớp phủ anod (protêctơ): có tác dụng ngăn cản sự
Lớp phủ anod (protêctơ): có tác dụng ngăn cản sự
tiếp xúc của kim loại cần bảo vệ với môi trường,
tiếp xúc của kim loại cần bảo vệ với môi trường,
cơ chế là dùng kim loại có thế thấp hơp làm vật hi
cơ chế là dùng kim loại có thế thấp hơp làm vật hi
sinh.
sinh.

Lớp phủ catod: chỉ có thể chống ăn mòn kim loại
Lớp phủ catod: chỉ có thể chống ăn mòn kim loại
khi lớp phủ kín. Khi đó kim loại phủ có thế dương
khi lớp phủ kín. Khi đó kim loại phủ có thế dương
hơn
hơn


Ngoài ra còn có lớp phủ hữu cơ như: sơn, dầu,
Ngoài ra còn có lớp phủ hữu cơ như: sơn, dầu,
nhớt…
nhớt…

Cơ chế
Cơ chế
:
:

Thêm vào môi trường chất hóa học với một
Thêm vào môi trường chất hóa học với một
lượng nhỏ có thể kìm hãm các quá trình
lượng nhỏ có thể kìm hãm các quá trình
phân cực.
phân cực.
Phân loại
Phân loại
:
:

chất ức chế catot: giảm tốc độ quá trình canot.
chất ức chế catot: giảm tốc độ quá trình canot.

Chất ức chế anot, catot: giảm cả 2 quá trình.
Chất ức chế anot, catot: giảm cả 2 quá trình.

Chất ức chế anot: giảm tốc độ quá trình anot.
Chất ức chế anot: giảm tốc độ quá trình anot.

* Bảo vệ Catod:
* Bảo vệ Catod:
►
Bảo vệ Catod bằng điện cực hi sinh:kim loại bảo vệ có
Bảo vệ Catod bằng điện cực hi sinh:kim loại bảo vệ có
thế thấp hơn và bị ăn mòn, hư hại dần để bảo vệ kim
thế thấp hơn và bị ăn mòn, hư hại dần để bảo vệ kim
loại cần bảo vệ.
loại cần bảo vệ.
VD: để bảo vệ vỏ tàu bằng đồng, người ta phủ một
VD: để bảo vệ vỏ tàu bằng đồng, người ta phủ một
lớp kẽm bên ngoài.
lớp kẽm bên ngoài.
►
Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài: giảm hóa thế
Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài: giảm hóa thế
kéo theo giảm dong ăn mòn, KL cần bảo vệ được nối
kéo theo giảm dong ăn mòn, KL cần bảo vệ được nối
với cực âm, KL bảo vệ nối với cực dương.
với cực âm, KL bảo vệ nối với cực dương.
VD: bảo vệ đường ống dẫn dầu trong lòng đất. Nối
VD: bảo vệ đường ống dẫn dầu trong lòng đất. Nối
đường ống này với cực âm của nguồn 1 chiều, cực
đường ống này với cực âm của nguồn 1 chiều, cực
dương được nối với thép phế liệu.
dương được nối với thép phế liệu.