Tải bản đầy đủ (.docx) (75 trang)

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.48 MB, 75 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN TRỌNG DÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ
CHỐNG ĂN MỊN KIM LOẠI TRONG MƠI TRƢỜNG CHẤT ĐIỆN
LI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN TRỌNG DÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ
CHỐNG ĂN MỊN KIM LOẠI TRONG MƠI TRƢỜNG CHẤT ĐIỆN
LI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và Hóa
lý Mã số: 60 44 31

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trịnh Xuân Sén

Hà Nội - 2012


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..............................................................................................1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN..................................................................2
1.1.Khái quát về ăn mòn kim loại..............................................................................2
1.1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại........................................................................... 2
1.1.2. Phân loại các q trình ăn mịn kim loại........................................................... 2

1.2. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mòn..........................................................................5
1.2.1. Chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn (kr)................................................................... 5
1.2.2. Chỉ tiêu vết ăn mòn (kn)...................................................................................... 5
1.2.3. Chỉ tiêu chiều sâu ăn mòn (P)............................................................................ 5
1.2.4. Chỉ tiêu thay đổi khối lượng............................................................................... 5
1.2.5. Chỉ tiêu thể tích ăn mịn.....................................................................................6
1.2.6. Chỉ tiêu dịng điện ăn mịn (iăm)..........................................................................6
1.2.7. Chỉ tiêu thay đổi tính chất cơ học do ăn mòn....................................................6
1.2.8. Chỉ tiêu thay đổi điện trở....................................................................................6
1.2.9. Chỉ tiêu phản xạ do ăn mòn...............................................................................6

1.3.Các phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại..........................................................6
1.3.1. Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền vững chống ăn mòn cao.............................6
1.3.2. Cách ly kim loại với mơi trường.................................................................................7
1.3.3. Các phương pháp bảo vệ điện hố..................................................................... 8
1.3.4. Bảo vệ kim loại bằng phương pháp dùng chất ức chế....................................... 9

1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của các

chất ức chế................................................................................................................. 12
1.4.1. Phương pháp điện hoá- đo đường cong phân cực..........................................12
1.4.2. Phương pháp khối lượng.................................................................................13

3


1.5...............................Giới thiệu về các chất ức chế ăn mòn trong mơi trƣờng axit
.............................................................................................................................. 13

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM...........................................................15
2.1. Chuẩn bị thí nghiệm.......................................................................................... 15
2.1.1. Thiết bị và dụng cụ........................................................................................... 15

2.1.2.Hoá chất sử dụng
...................................................................................................................................
15
2.2.Đối tƣợng khảo sát.............................................................................................16
nó................................................................................................................................ 17

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................19
3.1.

Kết quả tổng hợp 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn

xuất của nó(DBP)...................................................................................................... 19
3.2.

Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trƣờng HCl


2M của các hợp chất DBP bằng phƣơng pháp mất khối lƣợng............................20
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất MBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường HCl 2M........................................................................................................... 20
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất HBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường HCl 2M........................................................................................................... 21
3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất ISPBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường HCl 2M........................................................................................................... 22
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất BBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường HCl 2M........................................................................................................... 22
3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất BP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường HCl 2M........................................................................................................... 23
3.2.6.Ảnh hưởng của nồng độ chất NBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường HCl 2M........................................................................................................... 23
3.3.

Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của DBP trong môi

trƣờng HCl 2M bằng phƣơng pháp đo đƣờng cong phân cực............................. 25
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất MBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi

4


trường HCl 2M.......................................................................................................................25
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất HBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi

5


trường HCl2M........................................................................................................................26

3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất ISPBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong
mơi trường HCl 2M
27 hưởng của nồng độ BBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi trường
3.3.4. Ảnh
HCl 2M...................................................................................................................................28

3.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất BP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường HCl 2M.......................................................................................................................29
3.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ chất NBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường HCl 2M.......................................................................................................................30
3.4.

Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mịn thép CT3 của DBP trong mơi

trƣờng NaCl 3,5% bằng phƣơng pháp đo đƣờng cong phân cực........................33
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất MBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường NaCl 3,5%...................................................................................................... 33
3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất HBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường NaCl 3,5%...................................................................................................... 34
3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất ISPBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường NaCl 3,5%...................................................................................................... 35
3.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất BBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi
trường NaCl 3,5%...................................................................................................... 36
3.4.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất BP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường NaCl 3,5%...................................................................................................... 37
3.4.6. Ảnh hưởng của nồng độ chất NBP đến tốc độ ăn mịn thép CT3 trong mơi
trường NaCl 3,5%......................................................................................................38
3.5.

Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mịn thép CT3 trong


mơi trƣờng HCl 2M...............................................................................................................40

KẾT LUẬN........................................................................................ 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................ 44
PHỤ LỤC...........................................................................................46


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một số dạng ăn mịn......................................................................................4
Hình 1.2: Đồ thị mơ tả phương pháp ngoại suy Tafel.................................................12
Hình 3.1: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 của các chất trong HCl 2M theo phương pháp
mất khối lượng ............................................................................................................. 24
Hình 3.2: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế
MBP ở các nồng độ khác nhau...................................................................................25
Hình 3.3: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế
HBP ở các nồng độ khác nhau...................................................................................26
Hình 3.4: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế
ISPBP ở các nồng độ khác nhau................................................................................27
Hình 3.5: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế BBP
ở các nồng độ khác nhau.............................................................................................28
Hình 3.6: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế BP
ở các nồng độ khác nhau.............................................................................................29
Hình 3.7: Đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có mặt chất ức chế
NBP ở các nồng độ khác nhau....................................................................................30
Hình 3.8: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 của các chất trong HCl 2M theo phương pháp
đo đường cong phân cực.............................................................................................32
Hình 3.9: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế
MBP ở các nồng độ khác nhau...................................................................................33

Hình 3.10: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế
HBP ở các nồng độ khác nhau...................................................................................34
Hình 3.11: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế
ISPBP ở các nồng độ khác nhau................................................................................35
Hình 3.12: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế
BBP ở các nồng độ khác nhau....................................................................................36
Hình 3.13: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế

6


BP ở các nồng độ khác nhau......................................................................................37
Hình 3.14: Đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl 3,5% có mặt chất ức chế
NBP ở các nồng độ khác nhau...................................................................................38
Hình 3.15: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 của các chất trong NaCl 3,5% theo phương
pháp đo đường cong phân cực....................................................................................39
Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnQ vào 1/T khi khơng có chất ức chế
và có các chất ức chế ở nồng độ 10-4M.......................................................................41

7


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Kết quả hiệu suất, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm..................19
Bảng 3.2: Kết quả phổ hồng ngoại và phổ khối lượng của sản phẩm.........................19
Bảng 3.3: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
trong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ MBP khác nhau.................................21
Bảng 3.4: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
trong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ HBP khác nhau..................................21

Bảng 3.5: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
trong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ ISPBP khác nhau...............................22
Bảng 3.6: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
trong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ BBP khác nhau..................................22
Bảng 3.7: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
trong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ BP khác nhau.....................................23
Bảng 3.8: Độ giảm khối lượng, hiệu quả ức chế ăn mòn và tốc độ ăn mòn thép CT3
Ntrong dung dịch HCl 2M có chứa các nồng độ NBP khác nhau...............................23
Bảng 3.9: Tóm tắt kết quả bảo vệ thép CT3 trong HCl 2M của các chất ức chế
theo phương pháp mất khối lượng..............................................................................24
Bảng 3.10: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M
có mặt chất ức chế MBP.............................................................................................26
Bảng 3.11: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có
mặt chất ức chế HBP...................................................................................................27
Bảng 3.12: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M có
mặt chất ức chế ISPBP................................................................................................28
Bảng 3.13: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M
có mặt chất ức chế BBP..............................................................................................29
Bảng 3.14: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M
có mặt chất ức chế BP.................................................................................................30
Bảng 3.15: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong HCl 2M
có mặt chất ức chế NBP..............................................................................................31

8


Bảng 3.16: Tóm tắt kết quả bảo vệ thép CT3 trong HCl 2M của các chất ức chế
theo phương pháp đo đường cong phân cực................................................................31
Bảng 3. 17: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trongNaCl
3,5% có mặt chất ức chế MBP....................................................................................33

Bảng 3.18: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl
3,5% có mặt chất ức chế HBP.....................................................................................34
Bảng 3.19: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trongNaCl
3,5% có mặt chất ức chế ISPBP..................................................................................35
Bảng 3.20: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl
3,5% có mặt chất ức chế BBP.....................................................................................36
Bảng 3.21: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl
3,5% có mặt chất ức chế BP.......................................................................................37
Bảng 3.22: Bảng số liệu khảo sát đường cong phân cực của thép CT3 trong NaCl
3,5% có mặt chất ức chế NBP.....................................................................................38
Bảng 3.23: Tóm tắt kết quả bảo vệ thép CT3 trong NaCl 3,5% của các chất ức chế
theo phương pháp đo đường cong phân cực................................................................38
Bảng 3.24: Tốc độ ăn mòn thép CT3 trong HCl 2M có và khơng có chất ức chế phụ
thuộc nhiệt độ.............................................................................................................40


MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp cũng như xây dựng dân dụng, kim loại đã được sử dụng
từ lâu và rất phổ biến. Một vấn đề đặt ra là khi kim loại tiếp xúc với mơi trường
xung quanh, sự ăn mịn xảy ra thường xuyên dẫn đến giảm tuổi thọ của các thiết bị,
cơng trình, gây tổn thất cho hệ sinh thái và thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân. Theo
đánh giá của liên hợp quốc, ăn mòn làm tổn thất đến 3% tổng sản phẩm quốc gia.
Bởi vậy, nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ kim loại đã được quan tâm từ rất lâu.
[3,12].
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn mịn và
bảo vệ kim loại là rất cần thiết. Có rất nhiều biện pháp khác nhau được sử dụng để
hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại do ăn mòn gây ra. Một trong những biện
pháp đó là việc sử dụng các chất ức chế để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mịn.
Để góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề
tài: “Nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mịn kim loại trong mơi

trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ.” Đề tài bao gồm các nội dung sau:
1. Tổng hợp các hợp chất hữu cơ 2-benzyliden-N-phenyl hydrazin cacbothioamit và
dẫn xuất của nó(DBP).
2. Tiến hành khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép CT 3 trong môi trường chất điện li
là dung dịch HCl 2M, NaCl 3,5% của các hợp chất trên bằng phương pháp khối
lượng và phương pháp điện hoá.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT 3 trong
môi trường axit HCl 2M của hợp chất trên.

11


Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13]
1.1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác động lí hố
học của mơi trường xung quanh.
Hậu quả của sự ăn mịn kim loại là nguyên tử kim loại bị oxi hoá thành ion
kim loại và mất đi những tính chất quý của kim loại:
M - ne = Mn+
1.1.2. Phân loại các quá trình ăn mịn kim loại
Căn cứ vào mơi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân làm hai
loại chính là ăn mịn hố học và ăn mịn điện hố.

1.1.2.1. Ăn mịn hố học [1, 6, 7]
Ăn mịn hố học là sự phá huỷ kim loại bởi phản ứng hoá học dị thể giữa bề
mặt kim loại và môi trường phản ứng ở nhiệt độ cao. Kim loại bị chuyển thành ion
kim loại và đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn. Môi trường phản ứng là
những chất khí có tính oxi hố cao, ví dụ khí O2, khí Cl2, khí CO… Sự phá huỷ kim
loại do các dung môi không nước cũng diễn ra theo cơ chế này.

Đặc điểm của ăn mịn hóa học là khơng phát sinh dịng điện và nhiệt độ càng
cao thì tốc độ ăn mịn càng lớn.
Ví dụ: q trình oxy hố kim loại bằng khí oxy (hoặc các khí khác như SO 2,
các khí halogen, hơi H2O…) xảy ra ở nhiệt độ cao.
1.1.2.2. Ăn mịn điện hố [9, 10, 11]
Ăn mịn điện hố là sự phá huỷ kim loại do sự tương tác hoá học giữa kim
loại và dung dịch chất điện li.
Nói một cách khác là: sự ăn mịn điện hố là phản ứng oxy hố khử dị thể
xảy ra trên bề mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch chất điện li tại hai
khu vực khác nhau: khu anot và khu catot có giá trị thế dương hơn khu anot.


* Q trình ăn mịn điện hố xảy ra tương tự sự hoạt động của một pin điện bị khép
kín mạch. Trên bề mặt kim loại tồn tại các vùng anot và catot là do sự chênh lệch
về thế trên bề mặt giới hạn pha (do sự có mặt của phụ gia hợp kim, do sự lệch mạng
các tinh thể kim loại.). Các phản ứng xảy ra như sau:
Vùng anot xảy ra q trình oxi hóa tức là kim loại bị hoà tan:
Me - ne → Men+
Ion kim loại trên bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch đồng thời có
electron dư trên kim loại. Các electron dư ở vùng anot được dịch chuyển đến vùng
catot trên bề mặt kim loại.
Vùng catot xảy ra các phản ứng:
- Nếu môi trường ăn mịn là axít thì phản ứng catốt xảy ra
nH+ + ne → n/2H2
- Nếu mơi trường là trung tính có dư khí O2 trên catốt xảy ra phản ứng
n/4O2 + n/2H2O + ne = nOH Do hai quá trình anốt và catốt diễn ra liên tục nên kim loại bị phá huỷ dần
dần. Ở quá trình anốt xảy ra sự oxy hố kim loại trong khi ở q trình catốt xảy ra
sự khử các chất khử phân cực (chất nhận e). Quá trình chuyển kim loại thành ion
gọi là q trình anốt, nó ln gắn liền với q trình catốt - sự khử ion H + hoặc O2
đồng thời sinh ra dòng điện.

* Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hố
- Các kim loại khơng ngun chất hoặc hợp kim: kim loại-phi kim (gang, thép)
hình thành các cặp điện cực khác nhau.
- Các điện cực đó tiếp xúc với dung dịch chất điện li.
- Các điện cực tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp)
* Phân loại ăn mịn điện hố, dựa theo hai qua điểm: Phụ
thuộc vào mơi trường ăn mịn:
- Ăn mịn khí quyển: nghĩa là ăn mịn các kim loại trong khí quyển hay các khí ẩm
ướt khác.
- Ăn mịn trong chất điện li: axit, bazơ, muối…


- Ăn mòn dưới đất: ăn mòn kim loại đặt dưới mặt đất.
- Ăn mòn điện: do dòng điện hay dòng lang thang.
- Ăn mòn dưới tác dụng của áp lực: tác động cơ học như sự gãy nứt do quá tải của
cầu sắt, cầu trục…
- Ăn mòn sinh vật học: gây ra do các vi sinh vật hay những sản phẩm chuyển hoá của
chúng.
Theo trạng thái bề mặt kim loại:
Theo cách này, ăn mòn được phân ra làm 3 nhóm.
Nhóm 1: sự ăn mịn đồng đều (uniform corrosion)
- Ăn mịn nứt (crevice corrosion)
- Ăn mịn điện hố (galvanic corrosion)
- Ăn mịn điểm (pitting corrosion) Nhóm
2: Ăn mịn bổ sung.
- Sự ăn mòn do mài mòn hay sự ăn mòn phong hố (erosion corrosion)
- Sự ăn mịn tạo lỗ hổng (cavitation)
- Sự ăn mòn làm mòn (gặm mòn dần-fretting corrosion)
- Sự ăn mịn giữa các tinh thể (intergranuar corrosion)
Nhóm 3: phân loại thơng qua kính hiển vi điện tử hay quang học

- Sự tróc mảng (exfoliation)
- Sự ăn mịn chọn lọc (có chọn lọc-Dealloying selective leaching)
- Sự ăn mịn bẻ gẫy (stress corrosion cracking)
- Sự ăn mòn mỏi làm giảm sự chịu đựng của kim loại (corrosion fatigue)
* Một số dạng ăn mịn

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Hình 1.1: Một số dạng ăn mịn


Chú thích
(a) : Ăn mịn đều trên bề mặt
(b) : Ăn mịn khơng đều trên bề mặt

(c): Ăn mịn hang hốc
(d) : Ăn mòn điểm
(e) : Ăn mòn giữa các tinh thể

(f): Ăn mòn xuyên tinh

1.2. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mịn [8, 11]
Có 9 chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn của kim loại (đánh giá định lượng)
1.2.1. Chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn (kr)
Là thời gian tính bằng giờ hoặc ngày xuất hiện vết ăn mịn đầu tiên trên một
diện tích nhất định của bề mặt kim loại.
1.2.2. Chỉ tiêu vết ăn mòn (kn)
Là lượng vết ăn mịn xuất hiện trên một đơn vị diện tích trong một thời gian
xác định t.
1.2.3. Chỉ tiêu chiều sâu ăn mịn (P)
Là chiều sâu phá huỷ (trung bình hoặc cực đại) trên bề mặt mẫu kim loại
trong một thời gian xác định:
Q
Q: là tốc độ ăn mòn đơn vị g/m2.giờ
P=
ở đó d: là khối lượng riêng của kim loại đơn vị g/cm3
d
Vì vậy thứ nguyên của P là mm/năm
1.2.4. Chỉ tiêu thay đổi khối lượng
Là sự thay đổi khối lượng của mẫu kim loại bị ăn mòn trên diện tích bề mặt
kim loại trong thời gian t.
Có hai chỉ tiêu thay đổi khối lượng:
- Chỉ tiêu giảm khối lượng: k − =
m

- Chỉ tiêu tăng khối lượng:
+

km =

∆m

t

∆m
t

(g / m .h)
2


Trong đó:
∆m: là trị số hao hụt khối lượng mẫu trên 1 đơn vị diện tích
t: Thời gian làm thí nghiệm

1.2.5. Chỉ tiêu thể tích ăn mịn
ktt
=

Trong đó:

V
s.
t

(cm

3

)

/ cm2.h


V: Là thể tích hấp thụ hoặc thốt ra trong q trình ăn mịn trên diện tích bề mặt
mẫu t: Trong thời gian làm thí nghiệm
s: Diện tích bề mặt

1.2.6. Chỉ tiêu dòng điện ăn mòn (iăm)
Là mật độ dòng điện tương ứng với tốc độ của q trình ăn mịn kim loại
nhất định, đơn vị tính mA/cm2 (hoặc A/cm2).
1.2.7. Chỉ tiêu thay đổi tính chất cơ học do ăn mịn
Là sự thay đổi các chỉ tiêu cơ học của vật liệu do tác dụng ăn mịn của mơi
trường trong khoảng thời gian nhất định.
1.2.8. Chỉ tiêu thay đổi điện trở
Là sự thay đổi điện trở của mẫu kim loại bị ăn mịn trong thời gian nhất định
KR =

∆R
.100%
R
O

Trong đó:
KR: Chỉ tiêu thay đổi điện trở
∆R: Trị số thay đổi điện trở
RO: Trị số điện trở của mẫu khơng bị ăn mịn
1.2.9. Chỉ tiêu phản xạ do ăn mòn
Là sự thay đổi khả năng phản xạ của bề mặt kim loại trong thời gian bị ăn mòn.

1.3. Các phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13, 19, 21,
22]
1.3.1. Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền vững chống ăn mịn cao

Việc lựa chọn vật liệu có độ bền chống ăn mịn cho từng loại mơi trường là
vấn đề rất có ý nghĩa về mặt chống ăn mịn kim loại. Một số kim loại của nhóm
platin, vàng, đồng, niken, molipđen có độ bền nhiệt động cao trong mơi trường axit


khơng có tính oxi hố.
Những kim loại dễ đi vào trạng thái thụ động: crôm, hợp kim chứa crôm,
thép chống ăn mịn chứa titan, nhơm...
Những kim loại có khả năng tạo lớp sản phẩm ăn mịn, lớp này có khả năng
bảo vệ chống sự ăn mòn tiếp theo: đồng, kẽm, thiếc...
Bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc chế tạo vật liệu mới có độ bền chống ăn
mịn cao lại càng có ý nghĩa thực tế. Để có hợp kim có độ bền chống ăn mịn cao
người ta thường sử dụng các phụ gia. Phụ gia là những nguyên tố kim loại được đưa
thêm vào kim loại nhằm tạo ra một màng sản phẩm ăn mịn có khả năng bảo vệ tốt
hoặc làm giảm hoạt tính catot hay anot trên bề mặt kim loại.
1.3.2. Cách ly kim loại với môi trường [10, 11]
1.3.2.1. Sử dụng lớp phủ phi kim
- Lớp phủ oxít: Tạo ra lớp màng oxít bền trên bề mặt kim loại nhằm ngăn cản việc
tiếp xúc của kim loại với mơi trường.
- Phơtphat hố: Cho các chi tiết bằng thép vào trong dung dịch muối phôtphat của các
kim loại như Mn, Fe, Zn. Khi đó xuất hiện một màng xốp muối phơtphat khó tan
trên bề mặt chi tiết. Lớp này ngồi việc bảo vệ kim loại cịn là nền tốt để sơn phủ
hoặc tẩm dầu.
- Sơn và vecni: Là những sản phẩm lỏng để quét hoặc phun lên vật liệu kim loại
(hoặc phi kim). Sơn phủ thường là những hợp chất polime có độ bao phủ và bám
dính tốt, vecnic cũng có ưu điểm cứng, nhẵn, bóng, có độ bám dính tốt.
1.3.2.2. Sử dụng lớp phủ kim loại
- Lớp mạ điện: Kim loại cần bảo vệ được phủ lên bề mặt các lớp mạ như Zn, Cd, Ni,
Cr, Sn… mạ điện được tiến hành với dòng điện một chiều. Vật cần mạ là catốt được
nối với cực âm của nguồn điện, cực anốt là kim loại dùng để mạ được nối với cực

dương. Khi lớp mạ catốt có điện thế dương hơn kim loại cần bảo vệ thì lớp mạ phải
đặc sít khơng có lỗ xốp. Khi lớp mạ catốt có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ
thì lớp mạ sẽ bị hồ tan cịn kim loại nền được bảo vệ.
- Lớp phủ nhiệt khuyếch tán: Là những lớp phủ tạo thành do khuyếch tán từ


pha rắn hay khí của nhơm (lớp phủ nhiệt nhơm), Crôm (lớp phủ nhiệt Cr), Si (lớp
phủ nhiệt Silic) vào kim loại chính (thép). Q trình tiến hành ở nhiệt độ cao trong
chân khơng, mơi trường trung tính, hay khử, trong khí Clo.
- Phủ nhúng nóng: Là khi nhúng kim loại cần bảo vệ vào kim loại phủ nóng chảy,
phương pháp này hay dùng nhất là khi phủ nhúng nóng kẽm.
- Lớp phủ cán ép: Lớp phủ tạo thành khi cán nóng chảy kim loại, một kim loại là lớp
phủ, kim loại kia là nền. Chiều dày lớp phủ thường bằng 10 ÷ 20% kim loại nền.
- Phun kim loại: Là phương pháp dùng luồng khí nén phun kim loại nóng chảy lên bề
mặt chi tiết cần bảo vệ. Các phân tử kim loại chuyển động với tốc độ lớn đập vào bề
mặt nền gắn kết với bề mặt tạo lớp phủ kim loại.
1.3.3. Các phương pháp bảo vệ điện hoá [10, 11]
1.3.3.1. Bảo vệ catốt
- Bảo vệ catot bằng dịng ngồi: Thiết bị cần bảo vệ được nối với cực âm của
nguồn điện 1 chiều, còn điện cực phụ (anốt) được nối với cực dương. Nhờ dòng
điện 1 chiều của dịng ngồi người ta có thể giảm thế điện cực của kim loại vào
vùng khơng bị ăn mịn hay giảm thế catốt bằng thế anốt ( Eo = cEo ) a do đó dịng ăn
mịn hướng về số O. Phương pháp này áp dụng cho các kim loại: Fe, Cu, Pb, Al và
hợp kim nhôm khi chúng bị ngâm trong dung dịch nước hay bao quanh môi trường
ẩm.
- Bảo vệ bằng anốt hy sinh: Để giảm thế điện cực đến thế bảo vệ (bằng kim
loại khơng bị ăn mịn hay đến thế thụ động hồn tồn), ta có thể cho kim loại cần
bảo vệ tiếp xúc với kim loại bị ăn mòn ở thế thấp hơn và kim loại ăn mịn có tác
dụng như một anốt hy sinh. Phương pháp này được gọi là bảo vệ bằng protectơ
catốt.

1.3.3.2. Bảo vệ anốt
Phương pháp này chỉ dùng cho kim loại có khả năng bị thụ động nhờ dòng
điện 1 chiều người ta phân cực anốt làm cho kim loại chuyển vào trạng thái thụ
động bền. Việc bảo vệ anốt dùng cho các các két nước, thùng chứa axít sunfuric


nhằm chống ăn mòn rỗ và ăn mòn rạn nứt.
1.3.4. Bảo vệ kim loại bằng phương pháp dùng chất ức chế [3, 4, 6, 8]
Chất ức chế là hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ mà khi thêm một lượng nhỏ vào
mơi trường ăn mịn có tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn kim loại.
Khi sử dụng các chất ức chế cần phải lưu ý một điều kiện sau:
- Chất ức chế không gây độc hại cho con người và ơ nhiễm mơi trường.
- Giá thành thấp.
Ngày nay có rất nhiều hợp chất có tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mịn song có
thể tạm phân chia thành các loại sau:
- Ức chế gây thụ động
- Ức chế hấp phụ
- Ức chế bay hơi
- Ức chế kết tủa
1.3.4.1. Ức chế gây thụ động
Các chất ức chế gây thụ động gây nên sự thay đổi điện thế ở anốt làm cho bề
mặt kim loại trở nên thụ động.
Có 2 loại ức chế gây thụ động:
- Các muối: Na2CrO4, NO3- , NO2- có thể gây thụ động đối với thép ngay cả khi khơng
có oxi.
- Các muối: phơtphat, silicat, borat, vonframat, molipdat… khi có mặt của oxi có thể
gây thụ động.
Những loại ức chế này thường được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong công
nghiệp: Trong hệ thống nước làm lạnh tuần hồn thì CrO 42-, NO3- ở nồng độ 300
÷ 500 ppm, Ca3 PO4: 15 ÷ 37ppm Silicat: 20 ÷ 40ppm.


Một số chất như: Nitrit, benzoat, borat, phốtphat, mercapto, benzotriazol…
được sử dụng trong chất làm lạnh ở động cơ ô tô.
Tuy nhiên nhược điểm của các chất ức chế này là khi nồng độ của nó khơng
đủ lớn thì chúng sẽ làm gia tăng tốc độ ăn mòn và gây ra hiện tượng ăn mịn điểm.
Vì vậy, khi sử dụng chất ức chế gây thụ động cần phải thường xuyên giám sát nồng


độ của chúng.
1.3.4.2. Ức chế kết tủa
Các chất ức chế kết tủa là các hợp chất tạo lớp màng bảo vệ trên bề mặt,
ngăn cản cả 2 quá trình catốt và anốt.
Nước cứng là loại nước có hàm lượng ion canxi và magiê khá cao, loại nước
này ít ăn mịn hơn là nước mềm vì: Xu hướng của muối trong nước cứng kết tủa
trên bề mặt của kim loại và tạo ra lớp màng bảo vệ. Để ngăn chặn nước làm gỉ bề
mặt thép người ta thường sử dụng natrisilicat và phơtphat trong hệ thống nước
nóng. Phương pháp này khơng được tin cậy tuyệt đối vì hiệu quả bảo vệ còn phụ
thuộc vào pH, thành phần của nước và nhiệt độ. Mặt khác, trong một giới hạn nào
đó phương pháp này khơng có lợi cho sự truyền nhiệt.
1.3.4.3. Chất ức chế bay hơi
Là những hợp chất vô cơ hay hữu cơ có áp suất hơi đủ cao, ngay cả ở nhiệt
độ thường để nhanh chóng chiếm một thể tích khép kín. Những hợp chất này hấp
phụ lên bề mặt kim loại và bảo vệ nó khỏi tác dụng của mơi trường xâm thực.
Chất ức chế bay hơi thường dùng trong bao gói bảo quản những mặt hàng
bằng kim loại. Trong các nồi hơi thường sử dụng chất trung hoà như amoniac,
xyclohexamin, benzylamin. Các amin mạch thẳng dài với nồng độ tối thiểu là 13ppm.
1.3.4.4. Chất ức chế hấp phụ
Những chất ức chế loại này thường có nguồn gốc hữu cơ, chúng hồ tan vào
dung dịch (hoặc ít tan) và kìm hãm tốc độ ăn mòn do hấp phụ che phủ bề mặt kim
loại.

Chúng có thể kìm hãm phản ứng anốt, catốt hay cả hai đồng thời làm tăng trở
kháng của bề mặt và hạn chế sự khuyếch tán.
Hiệu quả bảo vệ của những chất ức chế này phụ thuộc vào: kích thước phân
tử, diện tích tiết diện ngang, hiệu ứng khơng gian, mật độ điện tích của các trung
tâm hút bám, liên kết cho nhận giữa dị nguyên tử và kim loại, hiệu ứng Steric, hằng
số Hammett, lùc néi ph©n tö… Nhiệt độ và áp suất trong hệ thống cũng là những


yếu tố ảnh hưởng đến khả năng ức chế của các hợp chất hữu cơ.
Mật độ điện tích của các trung tâm hút bám sẽ hấp phụ lên bề mặt kim loại,
bịt các tâm phản ứng của bề mặt. Nhờ đó kim loại được bảo vệ, độ bền của liên kết
cho nhận giữa nhóm chức của chất ức chế với bề mặt kim loại là yếu tố ảnh hưởng
đến các hợp chất hữu cơ hồ tan.
Chất ức chế càng có hiệu quả khi các nguyên tử của nhóm chức có xu hướng
gia tăng sự hình thành liên kết hố học với kim loại.
Có 3 loại mơi trường thường hay sử dụng chất ức chế là:
- Nước công nghiệp (làm lạnh) ở pH gần trung tính 5÷9
- Dung dịch axít tẩy gỉ.
- Cơng nghệ dầu thơ và chưng cất dầu.
Ở đó chất ức chế hữu cơ (chức các nguyên tố O, N, S… trong cấu trúc phân
tử dạng thơm hoặc cao phân tử) thường được dùng ức chế trong dung dịch axit tẩy
gỉ. Quá trình xử lý bề mặt và tẩy gỉ thường xảy ra trong mơi trường axít, đó là mơi
trường cực kỳ thuận lợi cho q trình ăn mịn, nó khơng những làm phá huỷ kim
loại mà cịn gây tiêu hao một lượng axít lớn. Vì vậy, việc dùng các chất ức chế hữu
cơ này là vấn đề quan trọng cả về góc độ khoa học cũng như khía cạnh kinh tế.
Cơ chế ức chế của các hợp chất hữu cơ đƣợc mô tả nhƣ sau
- Cấu trúc phân tử của chất ức chế hữu cơ đều gồm 2 phần:
Phần không phân cực tương đối đồ sộ về thể tích chủ yếu cấu trúc bởi C và
H.
Phần phân cực gồm 1 hoặc nhiều nhóm như: PO42- (phơtphat); - OH

(hydroxyl); - COOH (carboxyl);- SH (mercapto): - NH2 (amin).
Chính các nhóm chức này đính trực tiếp lên bề mặt kim loại và q trình ăn
mịn bị chậm lại do phần khơng phân cực đồ sộ phủ lấp từng phần các tâm hoạt
động của bề mặt.
Hiệu quả ức chế thường được tính dựa vào công thức:


Trong đó:
io: Là dịng ăn mịn trong mơi trường axít khi khơng có chất ức chế
i: dịng ăn mịn trong mơi trường axít khi có chất ức chế
1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của các
chất ức chế. [1, 6, 7, 10, 11, 13]
1.4.1. Phương pháp điện hoá- đo đường cong phân cực
Cơ sở lý thuyết
Trạng thái thí nghiệm của hệ ăn mịn là khơng có dịng điện do các q trình
điện cực cân bằng với nhau. Xác định độ ăn mòn điện hố tức là đo dịng ăn mịn i am
và thế ăn mòn Eam của hệ, xây dựng đường cong phân cực bằng cách phân cực hệ ra
khỏi trạng thái cân bằng của nó rồi ngoại suy về trạng thái khơng có dịng điện. Ở
đây chúng tơi sử dụng phương pháp đo điện thế ổn định (điện thế dừng), xây dựng
đường cong phân cực, từ đường cong phân cực tính tốc độ ăn mòn.
E

a = aa +ba*lgi
ba=(R*T)/*n*F

E

H

i0


H2

2

Lgi
Eăm

EM i0

i am
M

bc=(R*T)/ *n*F
c = ac +bc*lgi

Hình 1.2: Đồ thị mơ tả phương pháp ngoại suy Tafel
Từ việc xác định dòng ăn mòn iam khi khơng có chất ức chế và có chất ức
chế, từ đó suy ra mức độ bảo vệ:


Z% =

i0 − i
am

am

0
am


i

.100%

i0am , iam : mật độ dòng ăn mịn khi khơng và có chất ức chế
1.4.2. Phương pháp khối
lượng
Cơ sở của phƣơng pháp
* Phương pháp này dựa trên sự hao tổn mẫu sau một thời gian ngâm mẫu trong mơi
trường ăn mịn có và khơng có chất ức chế. Đây là phương pháp đơn giản nhưng để
có độ lặp lại cao ta phải đảm bảo :
- Bề mặt kim loại cần được xử lí tốt
- Tỉ lệ diện tích bề mặt và khối lượng mẫu phải lớn.
- Các mẫu phải tiến hành trong cùng một thời gian và trong cùng điều kiện.
* Hiệu quả bảo vệ được đánh giá qua:

Z=

∆mk − ∆mc

.100%

∆mk

∆mc, ∆mk : Độ giảm khối lượng mẫu khi ngâm trong mơi trường ăn mịn có
và khơng có chất ức chế
1.5.Giới thiệu về các chất ức chế ăn mịn trong mơi trƣờng axit
Chấ t ứ c chế ăn mò n trong môi trường axit , đăc biêṭ đố i vớ i sắ t và theṕ , đa
đươ sư duṇ g rôṇ g rai trong nhưng nganh cơng nghiêp khac nhau

̉
̃
̀
́
c

(ví dụ như trong

cơng nghiệp dầu khí ). Hầu hết cać chất ứ c chế ăn mòn trong mơi trường axit là các
chất hưũ cơ, vì các chất vơ cơ có th ể bị ảnh hưởng nghiêm trọng trong môi trường
axit và tạo ra các vế t gỉ cuc bô ̣ khi cać màng thu ̣ đôṇ g Khomyakova và các cộng sự
đã
tao

ra một

chất sử duṇ g cho viêc xử lý axit các thiết bi đ̣ iên hoă cơng
c

hơp
nghiê thư phẩm c ó chứa n -brombenzal-m-nitroanilin, 2-clo-6-diethylamino-4p
c
methyl pyridin, 1,3-bis(carbamoyltio)-2-(N,N-diemethylamin) propan hydrochlorid,
và urotropin. Chấ t nà y rấ t tố t trong viêc baỏvê ̣ theṕ , Al, Ni cũng như quá trình giòn


thép [16]. Kurochkin và cộng sư ̣ cũ ng đưa ra
môt

chấ t ứ c chế là sư ̣ kế t

hơp

của

5-

nitrosalycylalsulphathiazole, 3-dodecylbenzimidazole iodid , polyethylen-polyamin;
bảo vệ thép , Ti, Al cũng như ứ c chế quá trình giòn thép [18]. Kết hơp giữa alpha -


oxynaphtalisonicotin hydrazid , 2,4,6-tris(2-isotioureido)-s-triazine hydroiodid , 2(tiazolyl- 4)-benzimidazole và urotropin đươc

Kravtsov và cać đồng nghiêp ứ ng

dụng với thép , Al, In [17]. Muố i alkarylat polyalkyl pyridin ứ c chế sư ̣ oxy hó a sắ t

hơp

kim trong môi trường HCl /H2SO4 [23]. Li và đồng nghiêp

sử duṇ g chất ứ c

chế thân thiên vơi môi trương để bao vê ṭ hep carbon co thanh phần
̉
́
̀
́
́
̀


1-amino-2-

mercapto-5-[1’-(1’,2’,4’-triazole)-methylen]- 1H-1,3,4-triazole và
/hoăc

1-phenyl 2-

(5-[1’,2’,3’,5’- tetrazole-methylen]-1,3,4-furodiazole) thioalkyl ethyl keton [20].
Tuy nhiên các chất ức chế này tổng hợp qua nhiều giai đoạn và xuất phát từ
những chất đầu có giá thành đắt nên giá thành của chúng khá cao.
Trong luận văn này chúng tôi xin đóng góp vào lĩnh vực ăn mịn dãy chất 2benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất của nó.

R= H, NO2, Br, i-C3H7, OH, OCH3
Các hợp chất hữu cơ 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn
xuất của nó là những hợp chất được tổng hợp từ nguyên liệu đầu anilin nên có gía
thành rẻ. Chúng có khả năng ức chế ăn mịn thép. Phân tử của chúng có chứa hai
vịng benzen, các trung tâm phối trí: N(NH); S(C=S), C=N, giúp phân tử có khả
năng hấp phụ lên bề mặt kim loại. Khả năng hấp phụ phụ thuộc vào kích thước phân
tử, mật độ điện tích trên các trung tâm phối trí, nhiệt độ...vì thế khi thay thế gốc R
khác nhau sẽ làm cho kích thước phân tử khác nhau, mật độ điện tích trên các trung
tâm phối trí khác nhau sẽ làm thay đổi khả năng ức chế ăn mòn của chúng


×