Giới thiệu chung về ăn mòn bề mặt, phương pháp chống ăn mòn

Chương 2 ăn mịn
Mục tiêu
Khi mơ-đun này hồn thành, việc đào tạo ứng viên sẽ có kiến thức và hiểu biết về:
• Ăn mịn cơ bản
• Các loại ăn mịn
• Ảnh hưởng của ăn mịn
• Kiểm sốt ăn mịn
• Chương trình kiểm sốt ăn mịn
Các điều khoản thương mại chính
• Ăn mịn
• Thụ động
• Tế bào ăn mịn
• Cực dương
• Cathode
• Đường dẫn trở lại
• Chất điện ly
• Mill scale
• Dịng Galvanic
• Ăn mịn tổng qt
• Ăn mịn cục bộ
• Ăn mịn rỗ
• Đường nứt ăn mịn
• Chất ức chế ăn mịn
• Bảo vệ catốt
2.1 Ăn mịn và Điều khiển ăn mịn
2.1.1 Ăn mịn
Ăn mịn thường được mơ tả bằng kết quả của nó. Các thuật ngữ quen thuộc bao gồm rỉ sét,
đóng cặn, đổi màu, oxy hóa, rỗ, v.v. các thuật ngữ mô tả tập trung vào các đặc điểm có thể
quan sát được của sự ăn mịn sản phẩm - kết quả của q trình ăn mịn. Q trình ăn mịn
thực tế ít đáng chú ý hơn và khơng được đặc trưng chính xác cho đến đầu thế kỷ 20. Nghiên
cứu vẫn được tiến hành để tăng cường hiểu biết và là cánh tay đắc lực tốt hơn trong trận

chiến để kiểm sốt ăn mịn. Kiến thức về q trình ăn mịn là cần thiết để xác định đúng và
đối phó với các tác động bên ngồi của nó.


Q trình ăn mịn tác động lên thiết kế vật liệu, thường là kim loại. Vật liệu kỹ thuật được sản
xuất để phục vụ như các thành phần của cơ sở hạ tầng của xã hội. Cho mục đích cuộc thảo
luận này, thép là phổ biến nhất vật liệu được sử dụng trong xây dựng. thép được cấu tạo chủ
yếu từ sắt (Fe). Thép chứa khoảng 95% sắt. Hầu hết sự ăn mòn đáng kể về mặt kinh tế trong
ngành công nghiệp là kết quả của việc sắt bị hư hỏng. Trong khi thép chứa các nguyên tố
khác ngoài sắt, một số trong đó tác động đáng kể đến sự chống ăn mòn, những điều này được
bỏ qua trong cuộc thảo luận về những điều cơ bản này.
2.1.2 Định nghĩa
Quá trình ăn mịn liên quan đến sự hư hỏng của một chất, thường là kim loại, hoặc các đặc
tính của nó do phản ứng với mơi trường của nó.
Định nghĩa này rất rộng và thừa nhận rằng các vật liệu khác ngồi thép, chẳng hạn như gỗ, bê
tơng và nhựa, cũng đều là mục tiêu của sự ăn mòn. Bởi vì các q trình cơ bản của ăn mịn
phi kim loại về cơ bản khác với ăn mòn kim loại, vì mục đích rõ ràng, chúng khơng
được giải quyết trong khóa học này.
Về bản chất, các q trình ăn mịn làm thay đổi sắt trong thép thành một chất khác khơng cịn
các đặc tính mong muốn (tức là sức mạnh, độ dẻo dai).
Sản phẩm phổ biến nhất của sự ăn mòn là một oxit của sắt (“gỉ” hoặc oxit sắt) được hình
thành bằng cách bổ sung oxy. Oxit sắt có một số đặc tính mong muốn để sử dụng làm vật liệu
chế tạo. Ơxít sắt sinh ra trong q trình ăn mòn làm tiêu hao kim loại. Các khối lượng của
kim loại (và độ dày của nó) cuối cùng bị giảm đến mức mà một thành phần cấu trúc làm bằng
thép khơng thể thực hiện chức năng mà nó được thiết kế.
Ăn mịn là q trình ngược lại của q trình sản xuất thép (Hình 2.2). Thép được tạo ra trong
nhà máy luyện thép khi một loại quặng (thường là ôxít sắt) phải chịu một lượng lớn năng
lượng để tách sắt ra khỏi quặng. Sản phẩm tạo thành tự nhiên khơng ổn định, vì vậy khi xảy
ra các điều kiện thích hợp, sắt chuyển đổi trở lại oxit sắt ổn định hơn. Xác định và kiểm sốt
q trình ăn mịn (kiểm sốt ăn mịn) dễ dàng hơn nhiều khi nó được hiểu:

• Kim loại bị ăn mịn như thế nào
• Chúng ăn mịn nhanh như thế nào
• Các yếu tố có xu hướng làm tăng hoặc giảm tốc độ ăn mịn
Hình 2.1 Núi năng lượng cho sắt
Hình 2.2 Vịng đời của sắt trong thép
Thép không phải là kim loại thiết kế duy nhất được sử dụng trong xây dựng; những kim loại
khác thường được sử dụng bao gồm:
• Đồng
• Đồng thau
• Kẽm (tức là, làm lớp phủ trên thép mạ kẽm)
• Nhơm


• Niken
• Chromium (là ngun tố chính trong thép “khơng gỉ”)
Sự ăn mòn của các kim loại này tuân theo các nguyên tắc tương tự được mô tả trong phần
tiếp theo; tuy nhiên, sự ăn mịn có thể xảy ra tại tốc độ chậm hơn. Tốc độ ăn mòn chậm hơn
của các kim loại này thường do việc tạo ra một lớp bề mặt kết dính chặt chẽ được hình thành
từ sản phẩm ăn mòn (oxit, cacbonat, clorua, sunfat hoặc hợp chất khác). Sự hình thành của
lớp bề mặt này, mặc dù tương đối mỏng, có thể tạo thành một rào cản hiệu quả chống lại sự
tấn công tiếp theo, và do đó làm chậm tốc độ của q trình ăn mòn. Hiện tượng này được gọi
là thụ động. Thật khơng may, trong mơi trường ngồi khơi, chỉ riêng sắt khơng tạo thành một
rào cản như vậy.
2.1.3 Ăn mịn như một q trình điện hóa
Tất cả sự ăn mịn sắt ở điều kiện mơi trường bình thường là một q trình điện hóa. Nói một
cách đơn giản, điều này có nghĩa là các ion và electron chuyển qua một bề mặt có nghĩa là
tạo ra một dịng điện (ăn mịn hiện tại). Cả electron (qua vật dẫn kim loại) và ion (qua chất
điện phân) đều mang dòng điện ăn mòn.
Ăn mòn được thiết lập như các mạch điện một chiều (DC). Mạch điện một chiều được xác
định bởi mối quan hệ gọi là Định luật Ơm: E = IR

• Trong đó “E” là điện áp truyền động của mạch điện
• “I” là cường độ hiện tại
• “R” là điện trở của mạch
Dòng điện chạy trong mạch ăn mòn càng lớn thì tổn thất kim loại càng lớn
2.1.4 Tế bào ăn mịn
Hình 2.3 minh họa q trình ăn mịn bằng cách so sánh nó với một pin khơ thơng thường, q
trình này phụ thuộc vào sự ăn mòn điện tạo ra năng lượng điện. Lưu ý rằng bốn yếu tố được
liệt kê dưới đây có trong pin:
• Chất điện phân (amoni clorua ẩm và clorua kẽm)
• Điện cực âm (vỏ kẽm), tương ứng với cực dương trong tế bào ăn mịn
• Điện cực dương (cacbon, tức là than chì), tương ứng với cực âm trong tế bào ăn mịn
• Dây dẫn điện, tương ứng với đường dẫn kim loại trong tế bào ăn mòn
Bốn yếu tố giống nhau được thể hiện trong Hình 2.4 trong ơ ăn mịn.
Để xảy ra ăn mịn, cần phải có một số điều kiện và yếu tố nhất định. Chúng được gọi chung là
tế bào ăn mịn và bao gồm:
• Cực dương
• Cực âm
• Đường dẫn kim loại (hoặc dây dẫn bên ngoài)


• Chất điện giải
2.1.4.1 Anot
Cực dương là phần kim loại bị ăn mòn (tức là tan trong chất điện phân). Kim loại hòa tan như
vậy ở dạng các ion mang điện tích dương. Các điện tử được tạo ra được dẫn đến cực âm. Sự
suy giảm kim loại xảy ra ở cực dương. Nó là phần tế bào nơi sắt kim loại lần đầu tiên được
chuyển đổi thành chất khác. Cực dương thể hiện vị trí trên bề mặt kim loại, nơi xảy ra q
trình oxy hóa. Kim loại được biến đổi thành các ion (cation) mang điện tích dương. Trong
q trình oxy hóa, điện tử dư thừa được tạo ra.
Q trình oxy hóa cần một phản ứng bổ sung ở cực âm
2.1.4.2 Cathode

Cực âm là vùng cao hơn trên điện cực (bề mặt kim loại, hoặc tương tự như pin, thanh
cacbon), nơi các điện tử được tiêu thụ. Phản ứng điện tiếp tục xảy ra ở cực âm cho là cực
dương, ngược lại với cực dương. Phản ứng thường ion hóa chất điện phân để tạo thành các
ion như hydro (được giải phóng dưới dạng khí) và hydroxyl. Chúng thường kết hợp với kim
loại hòa tan để tạo thành các hợp chất, chẳng hạn như hydroxit đen (trong trường hợp là sắt
hoặc thép), sau đó phản ứng xa hơn để trở thành oxit sắt hoặc gỉ.
Trong khi quá trình oxy hóa xảy ra ở cực dương, sự khử xảy ra ở cực âm. Các điện tử dư
thừa được tạo ra ở cực dương được tiêu thụ ở cực âm. Q trình oxi hóa - khử ln xảy ra
cùng nhau - khơng thể chỉ có q trình oxi hóa hoặc chỉ có sự khử. Cực dương và cực âm có
các điện thế khác nhau, tạo ra sự khác biệt về “hiệu điện thế” giữa chúng. Tiềm năng là một
hàm của các trạng thái hóa học và vật lý. Sự khác biệt tiềm tàng là động lực cho q trình ăn
mịn.
2.1.4.3 Đường trở lại (Đường dẫn kim loại)
Đường trở lại kết nối cực dương và cực âm và cho phép các electron đi qua, được tạo ra ở cực
dương, đến cực âm. Khi nào sự ăn mòn xảy ra trên bề mặt kim loại ln có một con đường
kim loại nối từ cực dương (hoặc các vùng anốt) đến cực âm (hoặc các khu vực catốt). Nếu
khơng có con đường kim loại thì phản ứng ăn mịn khơng thể diễn ra.
2.1.4.4 Chất điện phân
Chất điện phân là mơi trường dẫn dịng điện ion (chứ không phải điện tử). Phần lớn các chất
điện giải dựa trên nước và trong thực tế, chất điện phân chứa các ion, là các hạt vật chất mang
điện tích dương hoặc âm. Để cho các phản ứng oxy hóa và khử để tiến hành, một con đường
được yêu cầu để vận chuyển các ion (các loại mang điện tích âm và dương lần lượt gọi là
anion và cation) giữa anot và catot. Chất điện phân phải có mặt để "đóng vịng lặp" trong
tế bào ăn mịn. Dịng điện ăn mòn được thực hiện bởi sự vận chuyển ion qua chất điện phân.
Các anion bị hút vào cực dương và cation đến cực âm, nơi chúng có thể kết hợp với các sản
phẩm của q trình oxy hóa và khử.
Tóm lược
Tất cả bốn thành phần trên (cực dương, cực âm, đường trở lại và chất điện phân) phải có mặt
để xảy ra ăn mịn. Loại bỏ một hoặc nhiều trong số chúng ngăn cản sự ăn mòn xảy ra. Như
bạn có thể tưởng tượng, khơng phải lúc nào cũng có thể hoặc thực tế để loại bỏ những nhưng

nỗ lực loại bỏ chúng được gọi là kiểm soát ăn mòn. Trên hầu hết các cấu trúc, cực dương và
cực âm có thể ở các vị trí khác nhau, bản thân cấu trúc là đường hồi lưu và nước đóng vai trị
là chất điện phân.
2.1.5 Ăn mịn kết cấu thép
Khi một kết cấu thép bị ăn mòn, tất cả bốn yếu tố của tế bào ăn mịn đều có mặt. Thép dẫn
dòng điện và cung cấp con đường kim loại, tạo ra nhiều khu vực anốt và catốt do sự khác biệt
về điện thế (điện) và sau đó bị ăn mịn khi nó tiếp xúc với chất điện phân.
Các muối hóa học hịa tan trong chất điện phân làm tăng hiệu suất (tốc độ) của phản ứng ăn
mòn. Thép dẫn điện và do đó cung cấp con đường kim loại của riêng nó giữa các khu vực
anốt và catốt trên bề mặt của nó.
Vì thép khơng phải là kim loại hoàn toàn đồng nhất hoặc đồng nhất, một tấm thép duy nhất
có thể có nhiều vùng cực dương và cực âm nhỏ trên bề mặt của nó như hình 2.5.
Các khu vực anốt và catốt hình thành từ các khu vực trên bề mặt của tấm khác nhau (có lẽ chỉ
một chút) với nhau ở thế điện của chúng. Vì vậy, thép đã có sẵn ba trong bốn ngun tố cần
thiết để tạo ra một tế bào ăn mòn. Điều kiện giống nhau tồn tại ở hầu hết các kim loại khác.
Khi một tấm thép trần bị ướt do sương hoặc mưa, nước có thể hoạt động như một chất điện
phân. Nếu tấm thép tiếp xúc với khơng khí, các hóa chất trong khí quyển hoặc trên bề mặt
tấm có khả năng kết hợp với nước để tạo thành chất điện phân hiệu quả hơn trên bề mặt tấm.
Nước tinh khiết là chất điện ly rất kém, nhưng nếu có muối hóa học (ví dụ, natri clorua trong
mơi trường biển) thì chúng có sẵn để hịa tan trong nước, tạo ra một chất điện phân trở nên
hiệu quả hơn khi nồng độ của các hóa chất hịa tan tăng lên.
Muối (natri clorua) có trong mơi trường biển, trong nước được sản xuất trong quá trình sản
xuất và lọc dầu khí, và trong các loại muối làm đường được sử dụng trên nhiều đường cao tốc
ở Bắc bán cầu. Các muối hóa học thơng thường khác bao gồm các muối sunfat và nitrat,
thường có nguồn gốc từ các sản phẩm đốt cơng nghiệp và phân bón.
Tế bào ăn mịn
Phản ứng ăn mịn (Hình 2.6) có thể xảy ra trong một khu vực nhỏ hơn một điểm ghim. Bề
mặt thép có nhiều ơ ăn mịn có thể trơng giống như nó bị rỉ sét đồng nhất trên toàn bộ bề mặt

của nó.
Nếu các cực dương và cực âm vẫn ở cùng một vị trí trong một khoảng thời gian, sự ăn mòn
cục bộ sẽ xảy ra và xảy ra hiện tượng ăn mịn rỗ xảy ra. Khi một hố hình thành, tế bào ăn
mòn trở nên cục bộ và cố định trong hố, làm tăng tốc độ ăn mòn tại điểm cụ thể đó. Kết quả
thường là sự xâm nhập của khu vực rỗ qua kim loại
2.1.6 Mill scale
Sự ăn mòn có thể được khuyến khích trên bề mặt thép do sự hiện diện của cáu cặn. Mill scale
(Hình 2.7) có thể được nhìn thấy trên bề mặt của sắt và thép mới ở dạng các lớp ơxít sắt màu
xanh đen, một số lớp cứng hơn kim loại mẹ. Mill scale có điện tích dương so với sắt hoặc
thép, vì vậy nó là cực âm của kim loại mẹ. Một tế bào ăn mịn được thiết lập khi có hơi ẩm,
và cực âm Mill scale thúc đẩy sự ăn mòn tại các khu vực thép trần anốt. mill scale là:
• Lớp sắt / ơxít sắt màu xanh đen


• Cathode so với chất nền
• Thường được loại bỏ trước khi sơn
Đây là một trong những lý do rất quan trọng để loại bỏ mill scale khỏi bề mặt thép trước khi
sơn phủ. Khơng ai muốn khuyến khích ăn mòn trên bề mặt, hoặc để che phủ các tế bào ăn
mòn hoạt động bằng màng phủ.
2.1.7 Dòng Galvanic
Dòng galvanic (Hình 2.8) là danh sách các vật liệu theo thứ tự độ ăn mòn của chúng
kim loại, với loại dễ bị ăn mòn nhất hoạt động mạnh, ở trên cùng và dễ bị ăn mịn nhất, hoặc
ít hoạt động nhất, ở dưới cùng
Theo quy ước, người ta nói rằng các kim loại hoạt động hơn có điện thế ăn mịn âm, và
thường được gọi là anốt. kim loại hoạt động kém hơn thường được gọi là cathode hoặc đá
quý.
Các quy tắc chung của ăn mòn galvanic (kim loại khác nhau) được liệt kê dưới đây:
• Khi các kim loại khác nhau được kết nối, kim loại hoạt động nhất (hoặc anốt) ăn mòn nhanh
hơn, trong khi kim loại quý hơn (ít hoạt động nhất hoặc catốt) được bảo vệ tốt hơn và ăn mịn
ít nhanh hơn

• Khi hiệu điện thế giữa hai kim loại khác nhau này tăng lên, tốc độ ăn mịn mạ tăng lên
Nếu, ví dụ, kẽm, chất khá hoạt động, được kết nối điện với bạch kim, khá kém hoạt động,
với sự có mặt của chất điện phân thích hợp, kẽm bị tấn cơng rất nặng.
Một số kim loại, chẳng hạn như vàng hoặc bạch kim, ăn mịn rất chậm hoặc hồn tồn khơng
ăn mịn, vì vậy việc lựa chọn vật liệu chống ăn mịn có thể giúp giảm tốc độ ăn mòn. Tuy
nhiên, những thay đổi về điều kiện môi trường xung quanh hoặc nhiệt độ có thể ảnh hưởng
đến thứ tự của dịng điện.
2.1.7.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn
Tốc độ ăn mòn được xác định bởi nhiều yếu tố, một số yếu tố khá phức tạp. Tuy nhiên, năm
yếu tố đóng một vai trị cực kỳ quan trọng trong việc xác định tốc độ ăn mòn. Những yếu tố
này là:
1. Oxy: Hàm lượng oxy cũng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Hạn chế oxy là một cách thực tế
để giảm tốc độ ăn mịn. Việc bổ sung khí trơ, như nitơ, vào bể hoặc bình, để giảm mức ơxy,
sẽ làm giảm tốc độ ăn mịn trong bể hoặc bình đó. Ngồi ra, việc hạn chế oxy bằng cách khử
sục khí có thể được sử dụng với các nồi hơi để giảm tốc độ sự tấn cơng ăn mịn.
Tuy nhiên, các tế bào nồng độ oxy cũng tồn tại làm tăng tốc độ ăn mịn. Điều này xảy ra khi
có sự khác biệt về nồng độ oxy giữa hai điểm khác nhau trên cùng một kim loại. Điều này
thường thấy trong điều kiện ngâm, trong đó chất điện phân tại một điểm trên kim loại có
nồng độ oxy cao hơn chất điện phân tại một điểm khác trên kim loại. Khu vực có nồng độ
oxy cao hơn sau đó là cực âm, trong khi khu vực có nồng độ oxy thấp hơn sẽ trở thành cực
dương. Khu vực anốt sẽ bị ăn mòn nhanh hơn. Nồng độ oxy này tế bào thường được tìm thấy
trong điều kiện ngâm nước, gây ra bởi một kẽ hở, các khớp nối quá chặt hoặc có các mảnh
vụn và chất bẩn tích tụ.


2. Nhiệt độ: Phản ứng ăn mịn có bản chất điện hóa và thường được tăng tốc khi nhiệt độ
tăng; do đó, sự ăn mịn diễn ra nhanh hơn trong môi trường ấm hơn so với môi trường lạnh
hơn.
3. Muối hóa học: Muối hóa học làm tăng tốc độ ăn mòn bằng cách tăng hiệu suất (độ dẫn
điện) của chất điện phân. Muối hóa học phổ biến nhất là natri clorua, một nguyên tố chính

của nước biển. Natri clorua lắng đọng trên các bề mặt tiếp xúc với khí quyển cũng hoạt động
như một vật liệu hút ẩm (tức là nó hút ẩm từ khơng khí), sau đó làm tăng sự ăn mịn ở các
khu vực khơng ngâm nước.
4. Độ ẩm (hay Độ ẩm): Độ ẩm và thời gian ẩm ướt đóng một vai trị lớn trong việc thúc đẩy
và tăng tốc độ ăn mòn. Thời gian ẩm ướt là khoảng thời gian bề mặt tiếp xúc với khí quyển
có đủ độ ẩm để hỗ trợ q trình ăn mịn. Mơi trường càng ẩm ướt thì càng dễ xảy ra hiện
tượng ăn mịn.
Ngành cơng nghiệp hàng khơng đã tận dụng lợi thế này khi họ cất máy bay trên sa mạc mà
khơng cần đặt chúng trong các tịa nhà có điều hòa nhiệt độ. Ngay cả ở nhiệt độ cao, có rất ít
chất điện phân có sẵn để tế bào ăn mịn. Ăn mịn có thể xảy ra mà khơng nhìn thấy nước,
nhưng tỷ lệ giảm đáng kể khi độ ẩm tương đối dưới 60% (đối với sắt).
5. Chất ô nhiễm và khí axit: Mưa axit (một sản phẩm phụ hóa học từ các nhà máy sản xuất và
chế biến), và clorua (ở các vùng ven biển) thúc đẩy sự ăn mịn. Khí axit, chẳng hạn như
carbon dioxide, có thể cũng hòa tan trong một lớp màng ẩm tiếp xúc với kim loại.
Ngoài ảnh hưởng trực tiếp của sự tấn cơng hóa học, các vật liệu này làm giảm điện trở của
chất điện phân. Giảm điện trở trong tế bào ăn mòn cho phép dòng ăn mòn cao hơn, do đó tốc
độ ăn mịn tăng lên. Để nhắc lại, ăn mòn là sự xuống cấp của vật liệu được chế tạo khi tiếp
xúc với mơi trường ăn mịn. Mơi trường ăn mịn thường được xác định bởi các đặc tính của
chất điện phân. Mơi trường có thể là (1) ngâm trong chất lỏng (nước), hoặc (2) khí quyển.
Những điều này sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo.
2.1.8 các loại Mơi trường và sự ăn mịn
Tỷ lệ ăn mịn bị ảnh hưởng bởi các ảnh hưởng của môi trường. Một số thuật ngữ môi trường
thường được sử dụng được công nhận bởi sự ăn mịn các chun gia kiểm sốt. Mơi trường
bao gồm:
• Hóa chất / hàng hải
• Hóa chất có độ ẩm cao
• hàng hải có độ ẩm cao
• Hóa chất có độ ẩm thấp
• Nơng thơn với độ ẩm thấp
• Nơng thơn

2.1.8.1 Hóa chất / Mơi trường biển
Đây là một môi trường rất khắc nghiệt gây rỉ sét rất nhanh (Hình 2.9). Các muối trong khơng
khí và các chất ơ nhiễm hóa học có thể kích thích ăn mòn. Độ ẩm và nước biển cung cấp chất
điện ly, điều này cũng đẩy nhanh quá trình này.


2.1.8.2 Hóa chất có mơi trường độ ẩm cao
Mơi trường này có tính ăn mịn cao, vì khí, hóa chất và độ ẩm cao, tất cả đều có thể kích thích
ăn mịn
2.1.8.3 hàng hải với mơi trường có độ ẩm cao
Môi trường này cung cấp một chất điện phân hoạt động vì sự hiện diện của hơi ẩm và các hạt
muối. Khu vực vùng nước dao động (thường được định nghĩa là mực nước trung bình đến 12
ft trên mực nước triều cao) được biết là bị ăn mòn đặc biệt cao (Hình 2.11).
2.1.8.5 Mơi trường nơng thơn
Đây có thể là mơi trường ít ăn mịn nhất trong số năm mơi trường vì khơng khí sạch khơng
cung cấp chất gây ơ nhiễm trong khơng khí và khơng có hơi ẩm để phục vụ như một chất
điện ly (Hình 2.13).
Ví dụ về mơi trường nơng thơn có độ ẩm thấp là vùng nơng thơn Arizona, Wyoming và Tây
Texas. Các ví dụ khác bao gồm các cơ sở khai thác dầu trên sa mạc ở Kuwait, Ả Rập Xê Út
và các khu vực khơ hạn hoặc khơng cơng nghiệp hóa khác.
2.2 Các loại ăn mịn
Có hai phân loại ăn mịn rộng rãi: tổng qt và cục bộ.
2.2.1 Ăn mịn chung
Ăn mịn nói chung dẫn đến (1) vật liệu mất đi tương đối đồng đều trên tồn bộ bề mặt (Hình
2.14) và (2) làm mỏng bề mặt bị ảnh hưởng nói chung. Ăn mịn nói chung là tương đối dễ
dàng để kiểm tra và khơng gây ra các hỏng hóc nghiêm trọng.
2.2.2 Ăn mòn cục bộ
Ăn mòn cục bộ xảy ra tại các vị trí rời rạc trên bề mặt kim loại. Các khu vực liền kề với sự ăn
mịn cục bộ bình thường bị ăn mòn ở mức độ thấp hơn , nếu có. Ăn mịn cục bộ thường xảy
ra ở những nơi khó kiểm tra. Dạng ăn mịn này ít phổ biến hơn khi tiếp xúc với khí quyển

hơn là khi tiếp xúc với nước ngâm hoặc bắn nước / phun; một số yếu tố đặc biệt có liên quan,
chẳng hạn như tiếp xúc lâu với nước lỏng, chất ô nhiễm và / hoặc tế bào mạ. Tế bào Galvanic
được tạo ra khi các loại kim loại khác nhau tiếp xúc điện trong một chất điện phân chung.
Hoạt động ăn mòn tại các vị trí ăn mịn cục bộ có thể thay đổi theo những thay đổi như:
• Các khiếm khuyết trong lớp phủ
• Thay đổi chất gây ơ nhiễm hoặc chất gây ơ nhiễm
• Thay đổi chất điện giải
Các dạng ăn mịn cục bộ chủ yếu được tìm thấy trên các cơng trình ngồi khơi là ăn mịn rỗ
và đường nứt.
2.2.2.1 Ăn mịn rỗ
Ăn mịn khơng diễn ra đồng nhất trong ăn mòn rỗ, nhưng chủ yếu xảy ra ở các điểm riêng
biệt nơi tạo ra các hố sâu (Hình 2.15). Đáy của các hố là cực dương trong một tế bào ăn mòn
cục bộ, nhỏ, thường trầm trọng hơn do tỷ lệ diện tích catốt tới anode lớn. Rỗ có thể được bắt


đầu trên bề mặt hở, tiếp xúc tự do hoặc ở những chỗ khơng hồn hảo trong lớp phủ. Các hố
sâu, thậm chí xun thấu hồn tồn, có thể phát triển với chỉ một lượng kim loại thất thoát
tương đối nhỏ. Rỗ có thể bị cơ lập hoặc một nhóm lỗ có thể kết hợp lại với nhau tạo thành
một vùng thiệt hại lớn. Rỗ đặc biệt phổ biến ở các kim loại tạo thành lớp oxit bảo vệ và trong
mơi trường có nhiều clorua ơ nhiễm (nơi clorua thúc đẩy sự phân hủy của lớp oxit).
2.2.2.2 Ăn mòn đường nứt
Ăn mòn đường nứt xảy ra trên bề mặt kim loại được che chắn khơng tiếp xúc hồn tồn với
mơi trường vì ở gần của một vật liệu khác tạo thành một khe hẹp giữa chúng (Hình 2.16). Sự
khác biệt về nồng độ của các loại ăn mòn hoặc oxy giữa mơi trường bên trong và bên ngồi
khe nứt tạo ra động lực cho tế bào ăn mòn, đặc biệt là ở những khu vực hoạt động như bẫy
nước. Các đường nứt thường gặp trong các tình huống tiếp xúc giữa kim loại với kim loại,
chẳng hạn như trong dây đai đỡ hoặc ở đường ống Cánh dầm. Ngoài ra, cặn bẩn và các sản
phẩm ăn mòn (còn được gọi là ăn mòn bột) cũng tạo ra trong các đường nứt.
2.2.3 Tầm quan trọng của ăn mòn
Trong hai phân loại ăn mòn, ăn mòn cục bộ là đáng kể nhất về nhu cầu bảo dưỡng ngồi kế

hoạch. Ăn mịn cục bộ thường được che giấu (nghĩa là, trong các kẽ hở hoặc dưới nhiều lớp
sơn bảo dưỡng) để mức độ thực sự của thiệt hại được ẩn. Do nguy cơ thấm nhanh vào bề mặt
nền, ăn mịn cục bộ có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng nếu không được phát hiện và xử lý
kịp thời.
Sự ăn mòn cục bộ cũng tạo ra các đặc điểm sắc nét đặc trưng, được coi là “tác nhân gây căng
thẳng”. Những yếu tố làm tăng ứng suất này dẫn đến các điều kiện làm tăng mức độ ứng suất
ở mép hàng đầu của hố hoặc đường nứt, đóng vai trị là điểm khởi đầu cho khiếm khuyết.
2.3 Ảnh hưởng của ăn mòn
Ảnh hưởng của ăn mịn bao gồm an tồn, chi phí và hình thức.
2.3.1 Ảnh hưởng của ăn mịn - An tồn
Các cấu trúc bị ăn mịn có thể khơng an tồn theo nhiều cách khác nhau (Hình 2.17). Những
cây cầu và tòa nhà phải chịu được sức nặng của tải trọng cực lớn là những ví dụ rõ ràng.
Khơng được phép ăn mịn thực phẩm và ngành cơng nghiệp đồ uống, nơi ăn mịn kim loại
sản phẩm sẽ làm ơ nhiễm các sản phẩm. Lớp phủ và lớp lót thường được sử dụng để bảo vệ
các bình chế biến và hộp đựng thực phẩm bằng kim loại.
2.3.2 Ảnh hưởng của ăn mịn - Chi phí
Trong giai đoạn từ 1999 đến 2001, một nghiên cứu do NACE International tài trợ đã được
thực hiện trong một thỏa thuận hợp tác với Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA).
Từ nghiên cứu đó, chi phí ăn mịn ở Hoa Kỳ được ước tính là 276 tỷ đô la mỗi năm và 6,9 tỷ
đô la mỗi năm trong ngành tiện ích điện.
Theo Cục Điều tra Dân số của Bộ Thương mại Hoa Kỳ, tổng lượng vật liệu phủ hữu cơ được
bán ở Hoa Kỳ vào năm 1997 là 5,56 tỷ lít (1,47 tỷ gallon) với giá trị tương đương 16,56 tỷ
USD. Tổng doanh số có thể được chia nhỏ thành kiến trúc sơn phủ, sơn phủ của nhà sản xuất
thiết bị gốc (OEM), sơn phủ mục đích đặc biệt và các sản phẩm sơn khác.


Một phần trong số này được phân loại là lớp phủ chống ăn mịn với tổng giá trị ước tính là
6,7 tỷ USD. Điều quan trọng cần lưu ý là chi phí ngun liệu thơ chỉ là một phần trong tổng
số của bất kỳ dự án ứng dụng lớp phủ nào, dao động từ 4 đến 20 phần trăm tổng chi phí của
ứng dụng. Khi áp dụng các tỷ lệ phần trăm này vào chi phí nguyên liệu, tổng chi phí hàng

năm cho việc sơn phủ nằm trong khoảng từ 33,5 tỷ đến 167,5 tỷ USD (trung bình là 100,5 tỷ
USD). Người ta ước tính rằng có cơ hội để tiết kiệm từ 25 đến 30% chi phí đó bằng cách sử
dụng “các phương pháp kiểm sốt ăn mịn tối ưu”. Chi phí tương tự tương tự được thấy ở hầu
hết các quốc gia cơng nghiệp khác. Chi phí sơn lại và sửa chữa thép gỉ thường cao hơn nhiều
so với chi phí ban đầu bảo vệ bề mặt chống ăn mịn. Chi phí ăn mịn ở Mỹ năm 1994 ước tính
hơn 300 tỷ đơ la một năm, tức là xấp xỉ 4,5% tổng sản phẩm quốc dân (GNP). Các quốc gia
phát triển khác cũng ước tính ăn mịn như một tỷ lệ phần trăm tương tự của GNP của họ.
2.3.3 Ảnh hưởng của ăn mịn – hình thức
Bề ngồi Lớp sơn bị bong tróc và thép rỉ sét là những điểm chướng mắt trong bất kỳ môi
trường nào. Đối với nhiều kỹ sư hoặc chủ sở hữu cơ sở, ngoại hình là một lý do chính để phủ
các cấu trúc của chúng (Hình 2.18).
Vì tất cả những lý do đó, phịng chống ăn mịn là vơ cùng quan trọng
2.4 Kiểm sốt ăn mịn
Mặc dù phải đối mặt với một thách thức khó khăn, kỹ sư ăn mịn sở hữu nhiều cơng cụ để
kiểm sốt ăn mịn, bao gồm:
• Thiết kế
• Chất ức chế
• Lựa chọn vật liệu
• Bảo vệ catốt
• Các lớp bảo vệ
• Hệ thống vùng nước dao động
• Thay đổi mơi trường
2.4.1 Thiết kế
Cấu trúc được thiết kế như thế nào có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mịn của nó. Nói
chung, thiết kế kiểm sốt ăn mịn:
• Loại bỏ khả năng bám của nước, muối hóa học và các chất khác có thể thúc đẩy “điểm
nóng” ăn mịn. Điểm nóng là những khu vực đặc biệt có lợi cho sự ăn mịn nhanh chóng, và
thường được gọi là "khu vực quan trọng".
• Loại bỏ các hình dạng phức tạp (ví dụ, các góc quay ngược lại) và hướng của các phần tử có
thể dùng làm "bẫy"

• Cung cấp quyền truy cập cho các hoạt động bảo trì cho phép người vận hành triển khai các
hệ thống kiểm sốt ăn mịn


• Loại bỏ các cạnh sắc, đường nứt và các yếu tố khó bảo vệ khác Các yếu tố thiết kế được đề
cập sau trong phần khóa học.
2.4.2 Chất ức chế
Chất ức chế ăn mòn là một chất khi được thêm vào môi trường sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn.
Chất ức chế ăn mòn thường được thêm một lượng nhỏ vào chất điện phân, phổ biến nhất là
trong các hệ thống kín như đường ống. Chúng cũng có thể được sử dụng
ở dạng chất ức chế pha hơi (VPI) và chất ức chế ăn mòn di chuyển (MCI).
2.4.3 Lựa chọn vật liệu
Có những lựa chọn thay thế cho vật liệu xây dựng có thể khơng bị ăn mịn nhanh như thép.
Việc chọn vật liệu chống ăn mịn (CRM) có thể được yêu cầu trong các ứng dụng nhất định
trên kết cấu cần bảo vệ. Như đã đề cập trước đó trong chương này, chuỗi galvanize là danh
sách các vật liệu theo thứ tự tiềm năng ăn mòn của chúng. Loại dễ bị ăn mòn nhất (hoạt động
mạnh nhất) đứng đầu danh sách và loại ít dễ bị ăn mịn nhất (ít hoạt động nhất) ở dưới cùng.
2.4.4 Hệ thống bảo vệ catốt
Bảo vệ catốt (được thảo luận chi tiết hơn trong CIP Mức 2) sử dụng các cực dương hy sinh
được làm bằng các kim loại hoạt động hơn như nhôm, kẽm hoặc magiê. Khi được kết nối với
kết cấu thép ngâm được bảo vệ, các cực dương này sau đó sẽ bị ăn mịn, ưu tiên cho kết cấu
thép. Khi cực dương cạn hồn tồn thì phải thay mới. Kiểm sốt ăn mịn bằng cách bảo vệ
catốt trong ngành cơng nghiệp ngồi khơi hầu như ln ln được sử dụng mà khơng có lớp
phủ bảo vệ.
Một dạng bảo vệ catốt thay thế, dòng điện ấn tượng, cung cấp dịng điện bên ngồi để bù đắp
dịng điện của tế bào ăn mòn. Dòng điện ấn tượng sẽ được thảo luận chi tiết trong CIP Cấp độ
2.
2.4.5 Hệ thống sơn bảo vệ
Lớp phủ bảo vệ đại diện cho hệ thống chống ăn mòn phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất
cho các cơng trình ngồi khơi. Các cơ chế bảo vệ khác nhau tùy thuộc vào vật liệu cụ thể

được sử dụng. Cơ chế được chọn có thể cách ly chất nền được bảo vệ khỏi môi trường (tức là
chất điện phân). Điều này thường được gọi là bảo vệ hàng rào. Sự bảo vệ được tạo ra bởi các
lớp phủ bảo vệ có thể bị ảnh hưởng rất nhiều bởi:
• Vỡ màng phủ bảo vệ (tức là khơng liên tục)
• Loại hệ thống sơn bảo vệ
• Độ dày hệ sơn bảo vệ
• Bản chất của chất điện phân
• Sự hiện diện của mill scale và các loại gỉ khác
2.4.6 Thay đổi môi trường
Môi trường, thường là các cấu trúc trên đỉnh ngồi khơi, có thể được sửa đổi để làm cho nó ít
bị ăn mịn hơn. Điều này chủ yếu có nghĩa là hút ẩm (Hình 2.19), được khám phá trong CIP


Cấp 2. Mặc dù đây là thực tế phổ biến cho các ứng dụng nội thất hoặc trong các ngăn được
lắp đặt tạm thời, nhưng nó khơng đóng vai trị chính trong việc kiểm sốt ăn mịn đang diễn
ra.
2.5 Các chương trình kiểm sốt ăn mịn
Chủ sở hữu các tài sản cơng nghiệp đối phó với sự ăn mịn bằng cách thiết lập và duy trì các
chương trình kiểm sốt ăn mịn. Các chương trình cá nhân khác nhau về chi tiết, nhưng nói
chung giải quyết hầu hết hoặc tất cả các yếu tố trong danh sách sau:
• Chất lượng và đặc điểm kỹ thuật của vật liệu được sử dụng trong hệ thống chống ăn mịn
• Đặc điểm kỹ thuật của mức độ chuẩn bị bề mặt
• Lựa chọn hệ thống chống ăn mịn thích hợp cho một phần tử cụ thể của kết cấu
• Năng lực và lựa chọn nhà thầu ứng dụng
• Thiết lập đảm bảo và kiểm sốt chất lượng
• Trình độ và lựa chọn các cơng ty kiểm tra trong q trình
• Trình độ và lựa chọn các cơng ty giám định tại chỗ
• Lên lịch khảo sát
• Quản lý dữ liệu thu được từ các cuộc khảo sát
• Lập kế hoạch và thiết kế các hành động bảo trì

• Thực hiện các hành động bảo trì
• Đánh giá hiệu quả của chương trình kiểm sốt ăn mịn tổng thể
Các định nghĩa điều khoản chính
Cực dương: Điện cực của pin điện hóa tại đó xảy ra q trình oxi hóa. Các êlectron đi ra khỏi
cực dương ở mạch ngồi. Sự ăn mịn thường xảy ra và các ion kim loại đi vào dung dịch ở
cực dương.
Catốt: Điện cực của một tế bào điện hóa mà phản ứng khử là phản ứng chính. Dịng êlectron
hướng vào catốt ở mạch ngoài.
Bảo vệ catốt: Một kỹ thuật để giảm sự ăn mòn của bề mặt kim loại bằng cách làm cho bề mặt
đó trở thành cực âm của tế bào điện hóa.
Ăn mịn: Sự hư hỏng của một vật liệu, thường là kim loại, là kết quả của phản ứng với mơi
trường của nó.
Tế bào ăn mịn: Để xảy ra ăn mịn, cần phải có một số điều kiện và yếu tố nhất định. Đây là
sự kết hợp của một cực dương, cực âm, đường trở lại và chất điện phân.
Chất ức chế ăn mịn: Một chất hóa học hoặc sự kết hợp của các chất, khi có mặt trong môi
trường, ngăn chặn hoặc làm giảm sự ăn mòn.
Ăn mòn khe nứt: Ăn mòn cục bộ bề mặt kim loại tại, hoặc ngay cạnh khu vực được che chắn
để khơng tiếp xúc hồn tồn với mơi trường vì kim loại gần với bề mặt của vật liệu khác.


Chất điện phân: Một chất hóa học chứa các ion di chuyển trong điện trường.
Dòng Galvanic: Một danh sách các kim loại và hợp kim được sắp xếp theo khả năng ăn mịn
của chúng trong một mơi trường nhất định.
Ăn mịn tổng qt: Ăn mịn phân bố ít nhiều đều trên bề mặt vật liệu.
Ăn mòn cục bộ: Điều này xảy ra tại các vị trí rời rạc trên bề mặt kim loại.
Mill scale : Lớp oxit được hình thành trong q trình chế tạo nóng hoặc nhiệt luyện kim loại.
Sự thụ động hóa: Sự giảm tốc độ phản ứng anốt của điện cực tham gia vào quá trình ăn mòn.
Ăn mòn rỗ: Ăn mòn cục bộ bề mặt kim loại được giới hạn trong một khu vực nhỏ và có dạng
các hốc gọi là rỗ.
Đường dẫn trở lại (Metallic Pathway): Đường này kết nối giữa cực dương và cực âm, cho

phép chuyển các electron, được tạo ra ở cực dương, đến cực âm.