Chương 5b ăn mòn KIM LOẠI TRONG nước BIỂN

5.2.1 Cơ chế ăn mòn kim loại trong nước biển
Tàu thủy, giàn khoan dầu khí, các công trình biển bằng thép và các hàng không mẫu hạm làm
bằng các hợp kim nhẹ… thường bị ăn mòn mạnh trong khí quyển biển và trong nước biển.
Nước biển là chất điện ly trung tính (pH= 7,2-8,6),thông khí tốt (O
2
=8mg/l), có tính dẫn điện
cao ( = 2,5.10
-2
– 3.0.10
-2
Ohm
-1
.cm
-1
) vì có hàm lượng muối cao từ 1 đến 4% (chủ yếu là
các muối clorua và sunfat của natri, magie, canxi, kali); có khả năng phá hủy mạnh màng thụ
động trên bề mặt kim loại do chứa nhiều ion clorua Cl
-
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
Ăn mòn kim loại trong nước biển xảy ra theo cơ chế điện hóa học, chủ yếu là do sự khử phân cực
oxy (nghĩa là, trong nước biển oxy là chất chính gây ăn mòn kim loại), với sự khống chế catot
động học – khuếch tán: Khống chế khuếch tán trong nước biển tĩnh; khống chế động học khi nước
biển hoặc tàu thủy chuyển động nhanh. Quá trình catot của sự ăn mòn điện hóa xảy ra trên bề mặt
kim loại được phủ bởi màng oxyt có tính bảo vệ. Quá trình anot xảy ra trong các khe, lỗ hoặc các
chỗ hư hỏng khác của màng oxyt.
Quá trình anot ăn mòn thép: Fe  Fe
2+
+ 2e
-

Quá trình catot ăn mòn thép: O
2
+ 2H
2
O + 4e
-
 4OH
-
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.2.2 Đặc điểm ăn mòn kim loại trong nước biển :
-
Nước biển và khí quyển biển có tính ăn mòn mạnh;
-
Có ảnh hưởng phù trợ của các yếu tố cơ học (xói mòn, khí xâm thực);
-
Biểu lộ mãnh liệt sự ăn mòn tiếp xúc (ăn mòn galvanic)
-
Có ảnh hưởng đáng kể của các yếu tố sinh vật (thực vật và động vật biển bám đầy trên các phần
ngập nước của kết cấu kim loại);
-
Ngoài ăn mòn đều, kim loại còn bị ăn mòn sâu tạo thành vết loét: Trong nước biển, tốc độ ăn
mòn trung bình của thép là 0,08 -0,20mm/năm, vết loét có chiều sâu cực đại 0,4 -1,0 mm/năm.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
•
Khí quyển biển có hoạt tính ăn mòn thấp hơn nước biển. Trong khí quyển biển, kim loại thường
bị ăn mòn đều, không có các vết ăn mòn loét sâu.
5.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại trong nước biển
•

Độ muối nước biển (1-4%) có ảnh hưởng ít đến tốc độ ăn mòn kim loại;
•
Sự chuyển động của nước biển làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại;
•
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn kim loại được biểu thị bởi đường cong có một cực
đại;
•
Các muối carbonat, silicat không tan bám trên bề mặt kim loại có tính bảo vệ;
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
•
Lượng rất nhỏ của iot (I
2
) và brom (Br
2
) trong nước biển cũng đóng vai trò là chất khử phân
cực catot, nên gia tốc ăn mòn kim loại;
•
Hydro sunfua H
2
S axit hóa nước biển và liên kết với ion kim loại thành hợp chất sunfua khó
tan, do đó gia tốc sự ăn mòn điện hóa kim loại;
•
Kim loại ở vùng mớm nước, tức là ở vùng thấm ướt chu kỳ (từ 0,4m đến hơn 1m trên mực
nước biển) thường bị ăn mòn mạnh nhất, do oxy đến bề mặt kim loại dễ dàng, do làm xấu đi điều
kiện xuất hiện và duy trì màng bảo vệ trên kim loại (khi có thấm ướt chu kỳ và ăn mòn mãnh liệt
bởi các giọt nước biển bắn tóe); tia mặt trời đốt nóng kim loại và gia tốc ăn mòn ;
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN

-
Vẩy cán đóng vai trò catot trong pin ăn mòn “Fe| nước biển, O
2
| vẩy cán”, làm tăng tốc độ ăn
mòn thép lên hàng chục lần trong nước biển;
-

Khí oxy khó đi vào đáy các khe hở, nên đáy các khe hở trở thành vùng anot của pin ăn mòn
,do đó bị ăn mòn mạnh tạo thành các vết loét sâu;
-
Yếu tố cơ học gây ra hiện tượng ăn mòn xói mòn, ăn mòn khí xâm thực, ăn mòn mỏi mệt;
-
Động vật và thực vật bám đầy các phần kim loại ngập nước đã phá hủy lớp phủ bảo vệ kim
loại, gia tốc sự ăn mòn khe và ăn mòn do thông khí không đều.
- Nhưng trong một số trường hợp lớp sinh vật biển có thể kìm hãm quá trình ăn mòn.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
-

Nguy hiểm nhất trong nước biển là sự ăn mòn tiếp xúc (ăn mòn galvanic) giữa các kim loại
có điện thế khác nhau, đặc biệt tại các giao điểm nối kim loại có điện thế âm cao (sẽ thành điện
cực anot của pin ăn mòn) với kim loại có điện thế dương cao (sẽ thành điện cực catot của pin ăn
mòn).
Ví dụ, trong nước biển mức độ ăn mòn thép carbon sẽ tăng dần theo dãy cặp đôi sau: Thép –
Gang < Thép – Đồng thanh mangan < Thép – Chì < Thép – Đồng thau vàng < Thép – Đồng <
Thép – Hợp kim đồng niken 70:30< Thép – Đồng thanh < Thép – Niken < Thép – Thép không gỉ
< Thép – Hợp kim monen (68 Ni; 2,5 Fe; 1,5 Mn;28 Cu).
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI

TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.2.4 Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong nước biển
1) Làm sạch bề mặt thép khỏi các lớp vẩy cán bằng phương pháp cơ học (phun cát sạch, phun xỉ
đồng) hoặc bằng phương pháp tẩy hóa học (trong dung dịch axit có chất ức chế ăn mòn);
2) Dùng lớp phủ sơn
(Trước khi phủ sơn, nên phốt phát hóa thép để tạo ra lớp lót gồm các muối phốt phát của thép –
kẽm –mangan, có độ bám dính rất tốt và có độ xốp cao nên giữ chặt được các tiểu phân sơn).
Phần ngập nước của kết cấu thép cần được sơn bằng loại sơn có thêm chất chống sinh vật bám
(sơn chống hà).
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
3) Tráng kẽm lên thép một lớp dày 150-200µm
4) Phổ biến hơn cả là bảo vệ các kết cấu thép trong nước biển bằng phương pháp điện hóa (gọi là
bảo vệ catot);
5) Dùng sóng siêu âm tần số 23-27kHz để ngăn ngừa thép khỏi sự bám của sinh vật biển;
6) Thiết kế và lắp ráp hợp lý tàu thủy, kết cấu thép trên biển, sao cho có sự phân bố đồng đều điện
thế trên toàn bộ kết cấu, loại bỏ sự ăn mòn tiếp xúc…
Chú ý:Hợp kim hóa thấp không làm thay đổi đáng kể độ bền ăn mòn của thép trong điều kiện biển. Các thép hợp kim hóa cao bị
ăn mòn khe và ăn mòn loét trong nước biển.
•
Bền ăn mòn trong nước biển chỉ có đồng, hợp kim của đồng và hợp kim monen (30%Cu 70% Ni)
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
Chú ý: a) Hợp kim hóa thấp không làm thay đổi đáng kể độ bền ăn mòn của thép trong điều kiện
biển.
* Các thép hợp kim hóa cao bị ăn mòn khe và ăn mòn loét trong nước biển.
b) Bền ăn mòn trong nước biển chỉ có đồng, hợp kim của đồng và hợp kim monen (30%Cu 70%
Ni)
c) Oxyt hóa các hợp kim nhôm để ngăn ngừa sự ăn mòn các hợp kim nhôm trong nước biển (tức
là tạo ra lớp oxyt nhôm Al

2
O
3
bám chặt và che phủ kín bề mặt hợp kim nhôm).
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN