tiểu luận ăn mòn và bảo vệ vật liệu ăn mòn điện hóa

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ VẬT LIỆU

<b>---o0o---TIỂU LUẬN</b>

<b>ĂN MỊN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUĂN MỊN ĐIỆN HĨA</b>

GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Kim Tuyến

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến khoa Cơng nghệ hóa học trường Đại học Cơng Thương thành phố Hồ Chí Minh đã đưa môn học “ Bảo vệ và ăn mòn vật liệu “ vào giảng dạy. Đây là một môn học rất hay và cho em nhiều kiến thức bổ ích. Trong q tình học mơn học này, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của các thầy, cơ thuộc bộ mơn Cơng nghệ hóa học và vật liệu. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Nguyễn Ngọc Kim Tuyến - người đã trực tiếp hướng dẫn em hồn thành bài tiểu luận này.

Trong q trình làm bài, do hiểu biết của em về đề tài “Ăn mịn điện hóa” cịn nhiều hạn chế nên bài làm khó tránh khỏi những thiếu sót. Mong thầy, cơ xem và góp ý thêm cho em để bài làm ngày càng hoàn thiện. Em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<small>Nhóm sinh viên gồm:1. Trần Ngọc Quỳnh ChâuMSSV: 20452100222. Huỳnh Thái Kim NguyênMSSV: 2026210660</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

C. ĂN MỊN ĐIỆN HĨA...22

1. Dự đốn ăn mịn điện...22

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>A. NGUN LÝ ĂN MỊN</b>

1. Các khía cạnh về ăn mịn điện hóa 1.1 Các phản ứng điện hóa

Bản chất của sự ăn ṃn điện hóa có thể được minh họa bằng việc kẽm bị tấn công bởi Acid Chlohydric (HCl). Khi kẽm được nhúng vào Acid Chlohydric (HCl) loãng, phản ứng xảy ra mạnh mẽ, khí Hydro sinh ra và kẽm hịa tan dần, tạo thành dung dịch kẽm Clorua. Phản ứng như sau:

Zn + 2HCl → ZnCl<small>2</small> + H<small>2</small> <i>(2.1)</i>

Ion Clorua không thể không tham gia vào phản ứng, vậy nên, phương tŕnh này có thể được viết dưới dạng rút gọn:

Zn + 2H<small>+</small> → Zn<small>2+</small> + H<small>2</small> <i>(2.2)</i>

Do đó, kẽm phản ứng với các ion hydro của dung dịch acid tạo thành ion kẽm và khí hydro. Xét phương trình trên, có thể thấy trong q trình phản ứng, kẽm bị oxy hóa thành ion kẽm và ion hydro bị khử thành hydro. Do đó theo phương trình (2.2), để thuận tiện, ta có thể chia thành hai phản ứng, là q trình kẽm bị oxy hóa và sự khử các ion hydro:

Q trình oxy hóa (phản ứng anod) Zn → Zn<small>2+</small> + 2e (2.3) Sự khử (phản ứng catod) 2H<small>+</small> + 2e → H<small>2</small> (2.4) Phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng anode được biểu thị bằng sự gia tăng hóa trị hoặc tạo ra các electron. Sự giảm điện tích hóa trị hoặc sự tiêu thụ điện tử biểu thị sự khử hoặc phản ứng cathode. Các phương trình (2.3) và (2.4) là các phản ứng riêng phần - cả hai đều phải xảy ra đồng thời và với tốc độ như nhau trên bề mặt kim loại. Nếu điều này không đúng thì kim loại sẽ tự động tích điện, điều này rõ ràng là không thể xảy ra. phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng anode được biểu thị bằng sự tăng hóa trị hoặc tạo ra các electron. Sự giảm điện tích hóa trị hoặc sự tiêu thụ điện tử biểu thị sự khử hoặc phản ứng cathode. Các phương trình (2.3) và (2.4) là các phản ứng riêng phần - cả hai đều phải xảy ra đồng thời và với tốc độ như nhau trên bề mặt kim loại. Nếu điều này khơng đúng thì kim loại sẽ tự động tích điện, điều này rõ ràng là khơng thể xảy ra. Điều này dẫn đến một trong những nguyên tắc cơ bản quan trọng nhất của ăn mòn: trong q trình ăn mịn kim loại, tốc độ oxy hóa bằng tốc độ khử (về mặt sản xuất và tiêu thụ điện tử).

Khái niệm trên được minh họa trong hình 1.1. Ở đây một nguyên tử kẽm đã được chuyển hóa thành ion kẽm và hai electron. Những electron này cịn sót lại trong kim loại sẽ bị tiêu hao ngay lập tức trong quá trình khử các ion hydro. Hình 1.1 cho thấy hai quá trình này được phân tách rõ ràng về mặt không gian.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Việc chúng có thực sự tách biệt hay xuất hiện ở cùng một điểm trên bề mặt hay không đều khơng ảnh hưởng đến ngun tắc bảo tồn điện tích nêu trên. Trong một số phản ứng ăn mòn, phản ứng oxy hóa xảy ra đồng đều trên bề mặt, trong khi ở những trường hợp khác, phản ứng oxy hóa xảy ra cục bộ và xảy ra tại các khu vực cụ thể. Những hiệu ứng này được mô tả chi tiết trong các chương sau. Cho đến gần đây, lý thuyết ăn mòn thường dựa trên khái niệm vùng cực dương và cực âm cục bộ trên bề mặt kim loại. Tuy nhiên, việc mô tả hiện tượng ăn mòn dựa trên nguyên lý động học điện cực hiện đại (lý thuyết thế năng hỗn hợp) mang tính tổng quát hơn vì chúng áp dụng cho bất kỳ hệ thống ăn mịn nào và khơng phụ thuộc vào các giả định về ăn mịn phân bố khơng xung đột - chúng chỉ đơn thuần thể hiện hai cách tiếp cận khác nhau. Trong văn bản này, chúng tôi đã sử dụng các mô tả động học điện cực vì chúng đơn giản hơn và có tính ứng dụng tổng quát hơn.

Ăn mòn kẽm trong acid chlohydric là một q trình điện hóa. Nghĩa là, bất kỳ phản ứng nào mà có thể chia thành hai (hoặc nhiều) phản ứng riêng phần của q trình oxy hóa và khử đều được gọi là điện hóa. Việc chia ăn mịn hoặc các phản ứng điện hóa khác thành các phản ứng riêng phần làm cho chúng dễ hiểu hơn. Sắt và nhơm, giống như kẽm, cũng nhanh chóng bị acid chlohydric hấp thụ.

Mặc dù thoạt nhìn chúng có vẻ khá khác nhau, nhưng việc so sánh các quá trình oxy hóa và khử riêng phần cho thấy các phản ứng (2.1), (2.5) và (2.6) khá giống nhau. Tất cả đều liên quan đến việc khử ion hydro và chúng chỉ khác nhau ở phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng anode:

Zn → Zn<small>2+ </small>+ 2e (2.3)

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Do đó, vấn đề ăn mịn acid chlohydric được đơn giản hóa vì trong mọi trường hợp, phản ứng cathode là sự thoát ra của khí hydro theo phản ứng (2.4). Điều này cũng áp dụng cho sự ăn mòn của các acid khác như acid sunfuric, photphoric, hydrofluoric và các acid hữu cơ hòa tan trong nước như formic và acetic. Trong mỗi trường hợp, chỉ có ion hydro hoạt động, các ion khác như sunfat, photphat và axetat không tham gia phản ứng điện hóa.

Khi nhìn từ quan điểm của các q trình oxy hóa và khử riêng phần, tất cả sự ăn mịn có thể được phân loại thành một số phản ứng tổng quát. Phản ứng anode trong mọi phản ứng ăn mịn là q trình oxy hóa kim loại thành ion của nó. Điều này có thể được viết ở dạng tổng quát:

Trong mỗi trường hợp, số electron được tạo ra bằng với số hóa trị của ion.

Có một số phản ứng cathode khác nhau thường gặp trong ăn mòn kim loại. Phổ biến nhất là:

Sự tỏa khí của hydro: 2H<small>+</small> + 2e → H<small>2 </small> (2.4) Khử oxy (dung dịch acid): O<small>2</small> + 4H + 4e → 2H<small>2</small>O (2.11) Khử oxy (dung dịch trung tính hoặc dung dịch thường):

O<small>2</small> + 2H<small>2</small>O + 4e → 4<i><small>OH</small></i><small>−¿¿</small> (2.12) Khử ion kim loại: M<small>3+</small> + e → M<small>2+</small> (2.13) Kim loại đóng cặn: M<small>+</small> + e → M

Sự tỏa khí hydro là một phản ứng cathode phổ biến do môi trường acid mà ta thường xuyên gặp phải. Quá trình khử oxy rất phổ biến, vì bất kỳ dung dịch nước nào tiếp xúc với khơng khí đều có khả năng tạo ra phản ứng này. Khử ion kim loại và lắng đọng kim loại là những phản ứng ít phổ biến hơn và thường thấy nhất trong các dịng q trình hóa học. Tất cả các phản ứng trên đều khá giống nhau - chúng tiêu thụ điện tử.

Các phản ứng từng phần ở trên có thể được sử dụng để giải thích hầu như tất cả các vấn đề về ăn mịn. Hãy xem điều gì sẽ xảy ra khi ngâm sắt trong nước hoặc nước biển tiếp xúc với khí quyển (ví dụ như tấm chắn bùn ơ tơ hoặc cọc trụ thép). Ăn mịn xảy ra. Phản ứng anod là:

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Vì mơi trường tiếp xúc với khí quyển nên nó chứa oxy hòa tan. Nước và nước biển gần như trung tính nên phản ứng cathode là:

O<small>2</small> + 2H<small>2</small>O + 4e → 4<i><small>OH</small></i><small>−¿¿</small> (2.12)

Hãy nhớ rằng các ion natri và clorua không tham gia phản ứng, phản ứng tổng thể có thể thu được bằng cách thêm (2.7) và (2.12):

O<small>2</small> + 2H<small>2</small>O + O<small>2</small> → 2Fe<small>2+ </small>+ 4<i><small>OH</small></i><small>−¿¿</small> → 2Fe(OH)<small>2</small> (2.15)

Sắt hydroxit kết tủa từ dung dịch. Tuy nhiên, hợp chất này khơng ổn định trong dung dịch có oxy và bị oxy hóa thành muối sắt:

2Fe(OH)<small>2</small> + 2H<small>2</small>O + ¹₂O<small>2</small> → 2Fe(OH)<small>3</small> (2.16) Sản phẩm cuối cùng là vết rỉ sét mà chúng ta thường thấy.

Ví dụ điển hình về phản ứng thế, sự tương tác của kẽm với dung dịch đồng sunfat, minh họa sự lắng đọng kim loại:

Trong q trình ăn mịn, có thể xảy ra nhiều phản ứng oxy hóa và một phản ứng khử. Khi một hợp kim bị ăn mòn, các kim loại thành phần của nó sẽ đi vào dung dịch dưới dạng các ion tương ứng. Quan trọng là, có nhiều hơn một phản ứng khử có thể xảy ra trong q trình ăn mịn. Xét sự ăn mịn kẽm trong acid clohiđric có ga. Hai phản ứng cathode có thể xảy ra là tạo ra hydro và khử oxy. Điều này được minh họa bằng sơ đồ trong Hình 1.2 trên bề mặt kẽm có hai phản ứng tiêu thụ electron.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i>Hình 1.2. Phản ứng điện hóa xảy ra khi ăn mịn kẽm trong acid clohydric sụckhí.</i>

Vì tốc độ oxy hóa và khử phải bằng nhau nên việc tăng tổng tốc độ khử sẽ làm tăng tốc độ dung dịch kẽm. Do đó, dung dịch acid chứa oxy hịa tan sẽ có tính ăn mịn mạnh hơn acid khơng có khơng khí. Giảm oxy chỉ đơn giản là cung cấp một phương tiện mới để "xử lý điện tử". Hiệu ứng tương tự cũng được quan sát thấy nếu có bất kỳ chất oxy hóa nào có trong dung dịch acid. Tạp chất thường gặp trong acid clohydric thương mại là ion sắt, hiện diện dưới dạng clorua sắt. Kim loại bị ăn mòn nhanh hơn nhiều trong acid khơng tinh khiết như vậy vì có hai phản ứng cathode, tiến hóa hydro và khử ion sắt:

Fe<small>3+</small> + e → Fe<small>2+</small>

Vì các phản ứng anode và cathode xảy ra trong q trình ăn mịn phụ thuộc lẫn nhau nên có thể giảm sự ăn mịn bằng cách giảm tốc độ của một trong hai phản ứng. Trong trường hợp acid clohydric không tinh khiết ở trên, nó có thể ít bị ăn mịn hơn bằng cách loại bỏ các ion sắt và do đó làm giảm tổng tốc độ khử cathode. Việc khử oxy được loại bỏ bằng cách ngăn khơng khí tiếp xúc với dung dịch nước hoặc bằng cách loại bỏ khơng khí đã hịa tan. Sắt sẽ khơng bị ăn mịn trong nước khơng có khơng khí hoặc nước biển vì khơng thể xảy ra phản ứng cathode.

Nếu bề mặt kim loại được phủ một lớp sơn hoặc màng không dẫn điện khác thì tốc độ của cả phản ứng anode và cathode sẽ giảm đi đáng kể và sự ăn mòn sẽ bị chậm lại. Chất ức chế ăn mòn là chất mà khi thêm một lượng nhỏ vào chất ăn mịn sẽ làm giảm khả năng ăn mịn của nó. Các chất ức chế ăn mòn hoạt động bằng cách can thiệp vào các phản ứng anode hoặc cathode hoặc cả hai. Nhiều

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

chất ức chế này là hợp chất hữu cơ; chúng hoạt động bằng cách tạo thành một lớp màng không thấm nước trên bề mặt kim loại hoặc bằng cách can thiệp vào các phản ứng anode hoặc cathode. Các amin có trọng lượng phân tử cao làm chậm phản ứng tạo hydro và sau đó làm giảm tốc độ ăn mịn. Rõ ràng là độ dẫn điện tốt phải được duy trì ở cả kim loại và chất điện phân trong quá trình phản ứng ăn mòn. Tất nhiên, việc tăng điện trở của kim loại là khơng thực tế, vì vị trí của các phản ứng anode và cathode không được biết và cũng khơng thể dự đốn được. Tuy nhiên, có thể tăng điện trở của chất điện phân hoặc chất ăn mòn và làm giảm sự ăn mòn. Nước rất tinh khiết ít bị ăn mịn hơn nhiều so với nước không tinh khiết hoặc nước tự nhiên. Độ ăn mịn thấp của nước có độ tinh khiết cao chủ yếu là do nó có điện trở cao. Những phương pháp tăng khả năng chống ăn mịn này được mơ tả chi tiết hơn trong các chương sau.

1.2 Sự phân cực

Khái niệm về sự phân cực được thảo luận ngắn gọn ở đây vì nó rất quan trọng trong việc tìm hiểu về hành vi ăn mịn và phản ứng ăn mịn.

Tốc độ của phản ứng điện hóa bị giới hạn bởi các yếu tố vật lý và hóa học khác nhau. Do đó, một phản ứng điện hóa được cho là bị phân cực hoặc bị chậm lại bởi các yếu tố mơi trường này. Phân cực có thể được chia thành hai loại khác nhau một cách thuận tiện, phân cực kích hoạt và phân cực nồng độ.

Sự phân cực được diễn ra khi một quá trình điện hóa được điều khiển bởi chuỗi phản ứng ở bề mặt điện phân kim loại. Điều này được minh họa dễ dàng bằng cách xem xét phản ứng tiến hóa hydro trên kẽm trong q trình ăn mịn trong dung dịch acid. Hình 1.3 dưới dạng sơ đồ cho thấy một số bước có thể thực hiện được trong quá trình khử hydro trên bề mặt kẽm. Các bước này cũng có thể được áp dụng để khử bất kỳ loài nào trên bề mặt kim loại. Trước tiên, chất này phải được hấp phụ hoặc gắn vào bề mặt trước khi phản ứng có thể tiến hành theo bước 1. Sau đó, sự chuyển điện tử (bước 2) phải xảy ra, dẫn đến sự khử chất. Như thể hiện ở bước 3, hai nguyên tử hydro sau đó kết hợp với nhau tạo thành bong bóng khí hydro (bước 4). Tốc độ khử của các ion hydro sẽ được kiểm soát bằng các bước chậm nhất trong số các bước này. Đây là một bức tranh rất đơn giản về quá trình khử hydro: nhiều cơ chế đã được đề xuất, hầu hết trong số đó phức tạp hơn nhiều so với cơ chế được trình bày trong Hình 1.3.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<i>Hình 1.3. Phản ứng khử hydro dưới sự kiểm sốt kích hoạt (đã được đơn giảnhóa).</i>

Phân cực nồng độ đề cập đến các phản ứng điện hóa được kiểm sốt bởi sự khuếch tán trong chất điện phân. Điều này được minh họa trong hình 1.4. cho trường hợp tiến hóa hydro. Ở đây, số lượng ion hydro trong dung dịch khá nhỏ và tốc độ khử được kiểm soát bởi sự khuếch tán của các ion hydro lên bề mặt kim loại. Lưu ý rằng trong trường hợp này tốc độ khử được kiểm sốt bởi các q trình xảy ra bên trong dung dịch khối chứ không phải ở bề mặt kim loại. Phân cực kích hoạt thường là yếu tố kiểm sốt q trình ăn mịn trong mơi trường chứa nồng độ cao các chất hoạt động (ví dụ: acid đậm đặc). Sự phân cực nồng độ thường chiếm ưu thế khi nồng độ của các chất khử nhỏ (ví dụ: acid lỗng, dung dịch muối có ga). Trong hầu hết các trường hợp, độ phân cực nồng độ trong quá trình hịa tan kim loại thường nhỏ và có thể bỏ qua: nó chỉ quan trọng trong các phản ứng khử.

Tầm quan trọng của việc phân biệt giữa kích hoạt và phân cực nồng độ không thể được nhấn mạnh quá mức. Tùy thuộc vào loại phân cực nào đang kiểm sốt phản ứng khử, các biến đổi mơi trường sẽ tạo ra những hiệu ứng khác nhau. Ví dụ, bất kỳ thay đổi nào trong hệ thống làm tăng tốc độ khuếch tán sẽ làm giảm tác động của sự phân cực nồng độ và do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Do đó, việc tăng vận tốc hoặc khuấy trộn của mơi trường ăn mịn sẽ chỉ tăng tốc độ nếu q trình cathode được kiểm sốt.

Tầm quan trọng của việc phân biệt giữa kích hoạt và phân cực nồng độ không thể được nhấn mạnh quá mức. Tùy thuộc vào loại phân cực nào đang kiểm sốt phản ứng khử, các biến đổi mơi trường sẽ tạo ra những hiệu ứng khác nhau. Ví dụ, bất kỳ thay đổi nào trong hệ thống làm tăng tốc độ khuếch tán sẽ làm giảm tác động của sự phân cực nồng độ và do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Do đó, việc tăng vận tốc hoặc khuấy trộn của mơi trường ăn mịn sẽ chỉ tăng tốc độ nếu

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

quá trình cathode được kiểm soát bằng sự phân cực nồng độ. Nếu cả phản ứng anode và phản ứng cathode được kiểm soát bằng phân cực kích hoạt thì việc khuấy trộn sẽ khơng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mịn.

<i>Hình 1.4. Phân cực nồng độ trong quá trình khử hydro.</i>

1.3 Sự thụ động

Hiện tượng thụ động của kim loại đã mê hoặc các nhà khoa học và kỹ sư trong hơn 120 năm, kể từ thời Faraday. Bản thân hiện tượng này khá khó xác định vì tính chất phức tạp của nó và các điều kiện cụ thể mà nó xảy ra. Về cơ bản, tính thụ động đề cập đến sự mất khả năng phản ứng hóa học của một số kim loại và hợp kim trong các điều kiện môi trường cụ thể. Nghĩa là, một số kim loại và hợp kim về cơ bản trở nên trơ và hoạt động như thể chúng là kim loại quý như bạch kim và vàng. May mắn thay, từ quan điểm kỹ thuật, các kim loại dễ bị loại hành vi này nhất là các vật liệu kết cấu và kỹ thuật thông thường, bao gồm sắt, niken, silicon, crom, titan và hợp kim có chứa các kim loại này. Ngoài ra, trong những điều kiện hạn chế, các kim loại khác như kẽm, cadmium, thiếc, uranium và thorium cũng được quan sát thấy có tác dụng thụ động.

Tính thụ động, mặc dù khó xác định, nhưng có thể được mô tả một cách định lượng bằng cách mô tả đặc tính hoạt động của kim loại cho thấy hiệu ứng bất thường này. Đầu tiên, hãy xem xét hành vi của thứ có thể được gọi là kim loại bình thường, nghĩa là kim loại khơng thể hiện hiệu ứng thụ động. Trong hình 1.5 trạng thái của kim loại này được minh họa. Giả sử rằng chúng ta có một kim loại được ngâm trong dung dịch acid khơng có khơng khí có khả năng oxy hóa tương ứng với điểm A và tốc độ ăn mòn tương ứng với điểm này. Nếu khả năng oxy hóa của dung dịch này tăng lên, chẳng hạn như bằng cách thêm oxy hoặc ion sắt,

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

tốc độ ăn mòn kim loại sẽ tăng nhanh. Lưu ý rằng đối với kim loại như vậy, tốc độ ăn mịn tăng khi khả năng oxy hóa của dung dịch tăng. Sự gia tăng tỷ lệ này là theo cấp số nhân và tạo ra một đường thẳng khi được vẽ trên thang bán logarit như trong Hình 1.5.

<i>Hình 1.5. Tốc độ ăn mòn kim loại là hàm số của khả năng oxy hóa dung dịch(thế điện cực).</i>

Khả năng oxy hóa của dung dịch được kiểm sốt bởi cả khả năng oxy hóa riêng của thuốc thử và nồng độ của các thuốc thử này. Như sẽ được mô tả trong Chaps. Như trong Chương 9 ( Lý thuyết – Nguyên lý hiện đại ) và 10 ( Lý thuyết hiện đại - Ứng dụng ), khả năng oxy hóa có thể được xác định chính xác bằng thế điện cực, nhưng điều này nằm ngồi cuộc thảo luận hiện tại của chúng ta.

Hình 1.6 minh họa hành vi điển hình của kim loại thể hiện hiệu ứng thụ động. Hoạt động của kim loại hoặc hợp kim này có thể được chia thành ba vùng một cách thuận tiện: chủ động, thụ động và xuyên qua. Trong vùng hoạt động, tính chất của vật liệu này giống hệt với tính chất của kim loại thơng thường. Khả năng oxy hóa của dung dịch tăng nhẹ sẽ làm tốc độ ăn mòn tăng nhanh tương ứng. Nếu bổ sung thêm chất oxy hóa thì tốc độ ăn mòn giảm đột ngột. Điều này tương ứng với sự bắt đầu của vùng thụ động. Việc tăng thêm các tác nhân oxy hóa sẽ tạo ra rất ít sự thay đổi về tốc độ ăn mòn của vật liệu, nếu có. Cuối cùng, ở nồng độ chất oxy hóa rất cao hoặc khi có mặt chất oxy hóa rất mạnh, tốc độ ăn mịn lại tăng lên khi năng lượng chất oxy hóa tăng. Vùng này được gọi là vùng xuyên qua.

Điều quan trọng cần lưu ý là trong quá trình chuyển đổi từ vùng hoạt động sang vùng thụ động, tốc độ ăn mòn thường giảm từ 10 đến 10%. Nguyên nhân chính xác của quá trình chuyển đổi chủ động-thụ động-xuyên qua bất thường này vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Đây là trường hợp đặc biệt của phân cực kích hoạt do sự hình thành màng bề mặt hoặc hàng rào bảo vệ ổn định trong một phạm vi

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

năng lượng oxy hóa đáng kể và cuối cùng bị phá hủy trong các dung dịch oxy hóa mạnh. Bản chất chính xác của rào cản này khơng được hiểu rõ. Tuy nhiên, với mục đích ứng dụng kỹ thuật, khơng cần thiết phải hiểu hoàn toàn cơ chế của hiệu ứng bất thường này vì nó có thể được mơ tả dễ dàng bằng dữ liệu như được hiển thị trong Hình 1.6.

<i>Hình 1.6. Đặc tính ăn mịn của kim loại chủ động-thụ động là hàm số của khảnăng oxy hóa dung dịch (thế điện cực).</i>

Tóm lại, các kim loại có q trình chuyển đổi chủ động-thụ động trở nên thụ động hoặc có khả năng chống ăn mịn rất cao trong mơi trường oxy hóa vừa phải đến mạnh. Trong điều kiện oxy hóa cực mạnh, các vật liệu này mất đi đặc tính chống ăn mịn. Những đặc điểm này đã được sử dụng thành công để phát triển các phương pháp mới nhằm ngăn ngừa ăn mòn và dự đốn khả năng chống ăn mịn. Những ứng dụng này được mô tả chi tiết trong các chương tiếp theo.

1.4 Hiệu ứng liên kết Galvanic

Trong nhiều ứng dụng thực tế, việc tiếp xúc với các vật liệu khác nhau là khơng thể tránh khỏi. Trong các dịng quy trình phức tạp và bố trí đường ống các kim loại và hợp kim khác nhau thường xuyên tiếp xúc với nhau và với mơi trường ăn mịn. Tác dụng của liên kết Galvanic sẽ được xem xét chi tiết sau và chỉ được đề cập ngắn gọn ở đây. Xét một miếng kẽm được nhúng vào dung dịch acid clohydric và tiếp xúc với kim loại quý như bạch kim (Hình 1.7).

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<i>Hình 1.7. Phản ứng điện hóa xảy ra trên cặp điện cực kẽm và bạch kim</i>

Vì bạch kim trơ trong mơi trường này nên nó có xu hướng làm tăng bề mặt mà tại đó q trình tạo ra hydro có thể xảy ra. Hơn nữa, sự tiến hóa hydro. xảy ra trên bề mặt bạch kim dễ dàng hơn nhiều so với trên kẽm. Hai yếu tố này làm tăng tốc độ phản ứng cathode và do đó làm tăng tốc độ ăn mịn của kẽm. Lưu ý rằng tác dụng của liên kết điện trong trường hợp này hầu như giống với tác dụng của việc thêm chất oxy hóa vào dung dịch ăn mòn. Trong cả hai trường hợp, tốc độ tiêu thụ điện tử đều tăng lên và do đó tốc độ hòa tan kim loại đều tăng lên. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng việc ghép điện không phải lúc nào cũng làm tăng tốc độ ăn mòn của một kim loại nhất định, trong một số trường hợp, nó làm giảm tốc độ ăn mịn.

<b>B. CÁC DẠNG ĂN MÒN</b>

Sẽ thuận tiện hơn khi phân loại sự ăn mòn theo các dạng mà bề mặt kim loại biểu hiện, cơ sở cho sự phân loại này là hình thức bên ngồi của kim loại bị ăn mịn. Mỗi hình thức có thể được xác định bằng cách quan sát trực quan. Trong hầu hết các trường hợp, chỉ cần mắt thường là đủ, nhưng đôi khi độ phóng đại là hữu ích hoặc cần thiết. Thơng tin có giá trị để giải quyết vấn đề ăn mịn thường có thể thu được thơng qua việc quan sát cẩn thận các mẫu thử bị ăn mòn hoặc thiết bị bị hỏng. Kiểm tra trước khi làm sạch là đặc biệt mong muốn.

Một số trong tám dạng ăn mòn là duy nhất, nhưng tất cả chúng ít nhiều đều có liên quan với nhau. Tám hình thức là: (1) đồng loạt, hay tấn công chung. (2) ăn

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

mòn điện hoặc hai kim loại: (3) ăn mòn kẽ hở: (4) rỗ (5) ăn mòn giữa các hạt: (6) rửa trơi có chọn lọc hoặc phân tách: (7) ăn mịn xói mịn; và (8) ăn mịn do ứng suất. Danh sách này là tùy ý, nhưng thực tế bao gồm tất cả các hư hỏng và vấn đề ăn mịn. Các biểu mẫu khơng được liệt kê theo bất kỳ thứ tự quan trọng cụ thể nào.

Dưới đây, tám dạng ăn mòn sẽ được thảo luận về đặc điểm, cơ chế và biện pháp phòng ngừa. Thiệt hại do hydro mặc dù không phải là một dạng ăn mòn nhưng thường xảy ra gián tiếp do sự tấn cơng ăn mịn và do đó được đưa vào chương này.

1. Đồng loạt tấn cơng

Tấn cơng đồng loạt là hình thức ăn mịn phổ biến nhất. Nó thường được đặc trưng bởi một phản ứng hóa học hoặc điện hóa diễn ra đồng đều trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc hoặc trên một khu vực rộng lớn. Kim loại trở nên mỏng hơn và cuối cùng bị hỏng. Ví dụ, một miếng thép hoặc kẽm được ngâm trong acid sunfuric lỗng thường sẽ hịa tan với tốc độ đồng đều trên tồn bộ bề mặt của nó. Về cơ bản, mái tơn sẽ có cùng mức độ rỉ sét trên tồn bộ bề mặt bên ngồi của nó. Hình 2.1 cho thấy một thùng thép trong một nhà máy luyện vàng bị bỏ hoang. Phần hình trịn gần tâm bức ảnh dày hơn phần còn lại của bể. Phần này hiện được hỗ trợ bởi một "màn ren" bằng kim loại ở đáy bể.

Sự tấn công đồng nhất, hay sự ăn mịn tổng thể nói chung, thể hiện sự phá hủy kim loại lớn nhất tính theo trọng tải. Tuy nhiên, dạng ăn mịn này khơng phải là vấn đề quá đáng lo ngại xét về mặt kỹ thuật vì tuổi thọ của thiết bị có thể được ước tính chính xác trên cơ sở các thử nghiệm tương đối đơn giản. Chỉ cần ngâm mẫu trong chất lỏng liên quan thường là đủ. Sự tấn công đồng đều có thể được ngăn chặn hoặc giảm thiểu bằng (1) vật liệu thích hợp, bao gồm cả lớp phủ, (2) chất ức chế hoặc (3) bảo vệ ca-tốt. Những phương pháp này, có thể được sử dụng đơn lẻ hoặc kết hợp, sẽ được mô tả kỹ hơn ở Chương 6.

Hầu hết các dạng ăn mịn khác đều có bản chất ngấm ngầm và khó dự đốn hơn nhiều. Chúng cũng có tính chất cục bộ, sự tấn cơng được giới hạn ở các khu vực hoặc bộ phận cụ thể của cấu trúc. Do đó, chúng có xu hướng gây ra những hỏng hóc khơng mong muốn hoặc sớm cho nhà máy, máy móc hoặc cơng cụ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<i>Hình 2.1 Bể thép bỏ hoang bị rỉ sét</i>

<i>Hình 2.2. Mặt cắt của pin khơ</i>

2. Ăn mịn Galvanic và sự ăn mòn giữa hai kim loại

Sự chênh lệch điện thế thường tồn tại giữa hai kim loại khác nhau khi chúng được ngâm trong dung dịch ăn mòn hoặc dẫn điện. Nếu các kim loại này được

</div>