BÀI 3
ĂN MÒN ĐIỆN HOÁ
Mã bài: AMKL 3
Giới thiệu
Ăn mòn kim loại làm tổn thất khá lớn nền kinh tế, trong
đó quá trình phá hủy kim loại do ăn mòn điện hoá là chủ
yếu Ăn mòn điện hoá là một quá trình phá hủy kim loại bởi các phản ứng oxy hoá — khử dị thể xảy ra đồng thời trên bề
mặt kim loại theo cơ chế điện hoá Vì vậy nó được nghiên
cứu nhiều và đưa ra những phương pháp và thiết bị chống
ăn mòn điện hoá đem lại hiệu quả ngày càng lớn Mục tiêu thực hiện
Nội dung
Học xong bài này, học viên có khả năng:
Nắm được nguyên nhân gây ra ăn mòn điện hoá
kim loại
Nắm được cơ chế và động học của quá trình ăn
mòn điện hoá
Nắm được những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn
mòn điện hoá và cơ chế ăn mòn điện hoá
Nắm vững và vận dụng các biện pháp thực tế
chống lại sự ăn mòn
Nắm được ăn mòn của một số kim loại và hợp kim
thường gặp ở các môi trường khác nhau
Thực hiện thí nghiệm về ăn mòn điện hoá 1 Những Vấn đề cơ bản về ăn mòn điện hoá
Xét sự làm việc cuả 1 pin Cu-Zn trong 1 dung dịch điện
Trang 2Như vay kẽm đóng vai trò là anot trong pin Cu — Zn, con đồng đóng vai trò là cafot - Anot: Zn - 2e = Zn” - - Catot 2H” + 2e = Hạ Zn*?/Zn = - 0,76 v Cu*/ Cu = 0,34 v
Trong thực tế quá trình ăn mòn xảy ra trên cùng 1 kim
loại, nghĩa là trên đó xảy ra đồng thời quá trình anod và
catod và đưa đến sự phá huỷ kim loại 2H" Rn + e lí = I by ' Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống pin ăn mòn Cu — Zn 1.1 Định nghĩa
Ăn mòn điện hoá là quá trình phá hủy kim loại do tác
dụng điện hoá giữa kim loại và môi trường
1.2 Đặc điểm
~ Xuất hiện dòng điện cục bộ
— _ Chỉ xảy ra khi kim loại tiếp xúc trong môi trường chat điện ly
Trong ăn mòn điện hoá có 2 quá trình xảy ra đồng thời đó là quá trình oxy hoá và quá trình khử, 2 quá trình không
Trang 3tiền hành trên cùng 1 chổ Tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại là tổng tốc độ của quá trình ăn mòn của nhiều vi pin cục bộ Tốc độ của từng vi pin phụ thuộc chủ yếu vào điện thế
điện cực
1.3 Nguyên nhân
— Xuất hiện các vùng điện thế khác nhau trên bề mặt
kim loại dẫn đến sự hoạt, động của các vi pin, mà
vùng có điện thế điện cực âm hơn là anot (vi anot),
vùng có điện thế điện cực dương hơn là catot (vi catot)
- Vai tro của các vùng có thể thay đổi theo thời gian — Xuất hiện các vùng điện thế khác nhau: do bề mặt
không đồng nhất, do các điều kiện môi trường không đồng nhát
2 Điện thế điện cực
2.1 Điện thế điện cực
Quá trình ăn mòn kim loại bởi tác dụng điện hoá là do
khả năng ion kim loại tách khỏi bề mặt kim loại và chuyển vào dung dịch Sự chuyển dịch đó đòi hỏi năng lượng để
thắng lực hút của các của các điện tử trong kim loại Năng lượng đó là năng lượng hoá học của quá trình hydrat hoá
Đối với các kim loại khác nhau thì khả năng để cho các ion của chúng chuyển được vào dung dịch cũng khác nhau
Khả năng đó được đặc trưng bằng độ bền nhiệt động của
kim loại
Khi nhúng thanh kim loại vào chất điện ly thì xảy ra sự
tác dụng giữa chất điện ly và kim loại, kết quả trên giới hạn
Trang 4nhảy điện thế gọi là điện thế điện cực Nguyên nhân xuất
hiện như sau:
Chuyển cation từ bề mặt kim loại vào dung dich,
trên bề mặt kim loại dư điện tích nên tích điện âm Giữa các ion kim loại đã tan vào dung dịch mang
điện tích dương và bề mặt kim loại mang điện tích âm có lực hút tĩnh điện nên thiết lập một hiệu thé,
tạo nên lớp điện tích kép Nếu trên bề mặt kim loại
có thể hấp phụ các cation của dung dịch làm bề mặt kim loại tích điện dương và các anion dư trong dung dịch thiết lập một hiệu thế, tạo lớp điện tích
kép
Hấp phụ chọn lọc các anion có trong dung dịch
hay phân tử lưỡng cực
Do kết hợp 2 nguyên nhân trên, nghĩa là có sự hắp phụ anion, phân tử có cực hay nguyên tử trên bề
mặt kim loại trong điều kiện cation chuyển từ kim loại vào dung dịch hay dung dịch vào kim loại
2.2 Điện thế điện cực cân bằng và không cân bằng
Khi nhúng kim loại vào trong chất điện ly có khả năng
xuất hiện điện thế điện cực cân bằng và không cân bằng
2.2.1 Điện thế điện cực cân bằng
Là điện thế xác định ở trạng thái cân bằng nghĩa là chỉ cùng 1 kim loại ion trao đổi và tốc độ của quá trình anot và catot bằng nhau (Ï = Ï), tổn thất kim loại bằng không (ăn mòn kim loại không xảy ra) Điện thế điện cực cân bằng của
Trang 5RT (W khu = (Án +E Man (3.1) Trong đó: —_ (V⁄)„„: điện thế điện cực chuẩn của kim loại - —R: hằng số khi T : nhiệt độ tuyệt đối, °K - F: số Faraday, F = 96943 C
n: hoá trị của ion kim loại
Kim loại Dung dịch Me — Me*"mH,O Me <— Me**.mH,O
Hình 3.2: Sơ đồ thiết lập điện thế điện cực cân bằng
2.2.2 Điện thế điện cực không cân bằng
Là điện thế điện cực được thiết lập ở trạng thái ổn
định mà quá trình trao đổi ngoài ion kim loại, có các loại ion khác tham gia quá trình trao đổi Điện thế điện cực này không tính toán theo phương trình nhiệt động mà chỉ có thể
xác định bằng thực nghiệm
Điện thế điện cực xác định được trong điều kiện ỗn
định là tổng tốc độ của các quá trình anot bằng tổng tốc độ
của quá trình catot (Ï,+ [, = I,+ 1,) thi goi la điện thế ổn định
Trang 6của kim loại Trong trường hợp này tổn thất kim loại
Am >0: do đó kim loại bị ăn mòn (Ï,> Ï,)
Kim loại Dung dịch
Hình 3.3: Sơ đồ thiết lập điện thế điện cực không cân bằng
3 Cơ chế ăn mòn điện hoá và khả năng xảy ra ăn mòn
điện hoá
3.1 Cơ chế ăn mòn điện hoá
Xét trường hợp khi nhúng 1 thanh kim loại không đồng
nhất vào 1 dung dịch điện ly Do chênh lệch điện thế điện cực (bề mặt kim loại không đồng nhất) mà quá trình điện
cực xảy ra đồng thời trên các vùng đó cũng khác nhau, chọn
2 vùng không đồng nhất bat kỳ của thanh kim loại nằm sát
nhau ta thấy xảy ra 3 quá trình sau đây:
- _ Quá trình anot: là quá trình oxy hoá Trong trường
hợp ăn mòn, ion kim loại từ mạng lưới tinh thé chuyén ra dung dich tao thanh ion hydrat hoa, dé
lại các điện tử tương ứng Quá trình này xảy ra
trên vùng anot theo phản ứng:
Trang 7- Qua trinh catot: la quá trình khử, ở đó các ion,
nguyên tử, hoặc phân tử của chất điện ly nhận
điện tử trên bề mặt kim loại Các ion, nguyên tử hoặc phân tử gọi là chát khử cực Quá trình này xảy ra trên vùng catot theo phản ứng sau: D + ne = [D.ne] Trong đó : D là chất khử phân cực Kim loại Chat điện ly 272
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên tắc quá trình ăn mòn điện hoá
- _ Khi 2 quá trình điện cực xảy ra thì đồng thời có sự
chuyển động của điện tử từ vùng anod đến vùng
catot, trong dung dịch điện ly cũng có sự dịch
chuyển của cation và anion tương ứng
Thí dụ: quá trình ăn mòn điện hoá của các nguyên tố ganvanic Cu — Fe và Zn —- Fe theo hình vẽ sau đây:
Các điện tử dư của kim loại từ vùng anot chuyển đều vùng catot để bù vào số điện tử của vùng này bị mắt đi do
chát khử cực D phản ứng.Kim loại vùng cực dương tiếp tục
tan ra thì dòng điện tồn tại
Như vậy quá trình ăn mòn kim loại xảy ra đồng thời với sự
Trang 8loại Vùng kim loại bị hoà tan đóng vai trò cực âm (anot) còn
vùng kia đóng vai trò cực dương (catot) Hệ thống trên gọi là
nguyên tố ganvanic (pin) Quá trình ăn mòn điện hoá chính là quá trình làm việc của các nguyên tố ganvanic (nguyên tố vi pin) Dung dich điện ty RAR] Dung dich aien ly Fe cu Zn2+ Fe| ———> Fe2+ Oz + 2H,0 2e7 Fe| ———» Fe2+ 4OH- QC 2e “Ty, 9a + 2 Hạo Š 4 OH Zn?* Cu
AN MON BIEN HOA GIUA CAC KIM LOẠI
Hình 3.5: Ăn mòn điện hoá giữa các cặp nguyên tố kim loại
Cu - Fe và Zn-Fe
3.2 Khả năng xảy ra quá trình ăn mòn điện hoá
Trang 9- Er strc điện động của nguyên tố ăn mòn thuận
nghịch
Ex = (Vk)tn - (Va)tn (3.3)
+ (Vi)tn: thé điện cực thuận nghịch của điện
cực catot ở điều kiện làm việc
+_ (Vabm: thế điện cực thuận nghịch của điện cực anot ở điều kiện làm việc
Để quá trình ăn mòn xảy ra thì Er > 0 (do n > 0, F > 0)
Từ điều kiện này ta có thể tính được quá trình ăn mòn điện
hoá có hoặc không có khả năng tự xảy ra
Hình 3.6: Sơ đồ ăn mòn pin Cu - Zn
4 Hiện tượng phân cực và khử phân cực 4.1 Hiện tượng phân cực
Nhúng 2 thanh kim loại khác nhau (ví dụ gồm thanh
đồng và thanh kẽm) vào 1 dung dịch điện ly (dung dịch
NaCl) Đo điện thế điện cực của mỗi kim loại khi hở mạch ta có:
- V0: điện thế của đồng (điện cực catot)
— V2: điện thế của kẽm (điện cực anot)
Trang 10Khi nối 2 cực bằng dây dẫn thì sẽ có dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm Theo định luật ôm, cường độ dòng điện sau khi đóng mạch:
lụ = Ve — Và
R
R: điện trở của mạch
Sau khi đóng mạch, cường độ dòng điện giảm từ
ly 21 Do điện trở trong không thay đổi, dòng điện bé hơn chỉ có thể do điện thế điện cực thay đổi
Trang 11Vậy phân cực anot là sự chuyển điện thế anod về phía
dương hơn khi có dòng điện anot Phân cực catot là sự
chuyển điện thế catot về phía âm hơn khi có dòng điện
catot
4.2 Hiện tượng khử phân cực
Những quá trình làm giảm sự phân cực anot và catot,
làm cho quá trình anot và catot tiền hành dễ dàng hơn gọi là
sự khử phân cực anot hay cátot
5 Phân cực anot - phân cực catot
5.1 Phân cực anot
Là hiện tượng dịch chuyển của điện thế anot về phía
dương hơn làm cho quá trình anot xảy ra khó khăn hơn Nguyên nhân:
— Do tốc độ phản ứng ở anod chậm
Me"".ne—”"°_›Meˆ".mH,O +ne
—_ Lúc này ion kim loại bị hydrat rồi chuyển vào dung
dịch, điện tử chuyển sang vùng catot, nhưng tốc độ chuyển động điện tử sang vùng catot lớn hon
tốc độ của ion kim loại chuyển vào dùng dịch Kết
quả bề mặt điện cực anot tích điện dương, do vậy
điện thế anot có trị số dương hơn
- _ Do khuếch tán ion kim loại từ bề mặt vùng anot vào dung dịch chậm, làm giảm quá trình ion hoá
kim loại ở điện cực, kết quả làm cho điện thế anot
chuyển về phía dương hơn Nguyên nhân này còn
gọi là phân cực nồng độ, và có thể xác định theo
Trang 12RT, Agen
(AVq)ns = SIN (3.5)
Mẹ?"
Trong đó:
84 : hoạt độ của ion kim loại ở sát bề mặt
3, :a: hoạt độ của ion kim loại trong dung dịch - _ Tạo thành màng thụ động khi trong dung dịch có
chứa các chất oxi hố và khơng có anion hoạt
động (F, CT, I) ngăn cản quá trình ion hố kim
loại
§.2 Phân cực catot
Là sự chuyển thế điện cực catot về phía âm hơn khi có dòng điện catot, ngăn cản quá trình catot:
D + ne D.ne
Quá trình khử phân cực catot ăn mòn điện hoá có thể
thực hiện bởi các loại chất khử phân cực sau: Ví dụ: H”.HạO +e= H + HO = aH, + HạO S203” + 2e = S20,% = 2SO¿? O; + 2e + 2H;O = 4OH' Clạ + 2e = 2CF Fe,;0, + 2e + HO = 3FeO + 20H Nguyén nhan: - Do tốc độ phản ứng khử ở catot chậm, có nghĩa là tốc độ phản ứng của chất khử cực nhận điện tử chậm hơn tốc độ điện tử từ vùng anot chuyển
Trang 13âm làm cho điện thế điện cực chuyển về phía âm
hơn
— Do tốc độ chuyển động của chất khử cực D đến bề
mặt catot chậm hoặc do sự khuếch tán sản phẩm
phản ứng khử từ bề mặt điện cực vào sâu trong
dung dịch giảm Kết quả bề mặt điện cực catod dư
điện tích âm do đó điện thế điện cực catot chuyển
về phía âm hơn
6 Ăn mòn khử phân cực hyđro và khử phân cực oxy
6.1 Ăn mòn khử phân cực Hyđro
6.1.1 Ăn mòn khử phân cực hyđro và khả năng nhiệt động của nó
Quá trình ăn mòn kim loại có khí Hạ thoát ra do khử phân cực catot gọi là quá trình ăn mòn khử phân cực hydro
H*.H,O + e = H + H,0 = ah, + H;ạO
Quá trình này thường xảy ra trong môi trường axit
Điều kiện xảy ra: (Vwe)rụ < (Vi, bo (Vis rw = (Vi, in + nỗ (3.6) Trong đó: - (Vy, hu= 0: điện thế tiêu chuẩn của điện cực hyđro
—= 643 hoạt độ của ion H'
- Py:ap suất riêng phần của H;
Trang 14— Cac ion H* hydrat héa (H*H,0), khuéch tan dén bé
mat catot
— OQ catot cdc ion H*.H2O bj kh thành nguyên tử H có khả năng hắp phụ trên bề mặt kim loại
— Một phần nguyên tử hyđro khuếch tán vào bề mặt
kim loại vùng catot
—_ Phần lớn nguyên tử hyđro kết hợp tạo phân tử Hạ
Hịp + Hịp = Hạ
- _ Các phân tử hyđro khuếch tán vào dung dịch, sau đó khuếch tán ra không khí
Trang 156.2 Ăn mòn khử phân cực oxy
6.2.1 Ăn mòn khử phân cực oxy và khả năng nhiệt động
của nó
Quá trình ăn mòn kim loại mà phản ứng khử phân cực catot do ion hóa oxy:
O; + 4e + 2H;O —> 4OH'
Dạng quá trình ăn mòn này rất phổ biến trong thực tế,
nó thường xảy ra trong môi trường điện ly trung tính: nước
biển, nước sông, trong đất hay trong môi trường axit hoặc kiềm yếu Điều kiện để xảy ra: (Ve)ru < (Vọ, )rụ - RT, Po, (Vo, rw = Vo, +==IN (3.7) ? 4F ae Trong do:
- V6, : điện thế tiêu chuẩn của điện cực của oxy - Po, ap suất riêng phần của oxy
- ao: hoat d6 ctia ion OH’ Q¿ Không khi | L1 | 7 1 ot | Y g hét dierty 8 1 ! 3 11
& | IJ Hình 3.9: Sơ đồ quá trình 81 | catot khử phân cực oxy
Ui ⁄4
Trang 16
6.2.2 Quá trình khử phân cực oxy
Quá trình khử phân cực oxy gồm các giai đoạn sau:
Oxy trong không khí khuếch tán vào dung dịch điện ly qua bề mặt thoáng của dung dịch.Oxy hòa
tan trong dung dich được chuyển vận sâu vào trong dung dịch điện ly do khuấy, khuếch tán hay
đối lưu
Chuyển oxy qua lớp Prant (lớp chất điện giải gần
bề mặt ăn mòn, có chiều dày P)
Chuyễn oxy qua lớp khuếch tán của chất điện giải,
lớp chất lỏng này có chiều dày ư, khơng chuyển
động và nằm sát điện cực catot
lon hóa oxy
+ Trong méi trường trung tính và kiềm:
O;¿ + 4e + 2H;O = 4OH
+ Trong môi trường axit:
O, + 4e + 4H* = 2H,0
Khuếch tán ion OH' từ bề mặt catod vào dung
dịch
7 Xem xét quá trình ăn mòn bằng biểu đồ ăn mòn
Từ biểu đồ phân cực ăn mòn của hệ thống, ta có thể
xác định được tốc độ ăn mòn điện hóa, phân tích quá trình
ăn mòn điện hóa, nghiên cứu đặc tính ăn mòn và đề ra các phương pháp bảo vệ một cách có hiệu quả
7.1 Xác định tốc độ ăn mòn điện hóa theo biểu đồ ăn
mòn
Trang 17Độ tổn thất kim loại bị ăn mòn ở anod được xác định
theo định luật Farađay:
Aq Alt
“TF nF
Trong do:
- Am: khối lượng kim loại bị ăn mòn (g)
—._.A: nguyên tử gam của kim loại (g)
~ Q: điện lượng chạy từ anot sang catot (C) — _ l: cường độ dòng điện ăn mòn (A)
- 1: thời gian (Ss)
—.N: hóa trị của kim loại trong quá trình ăn mòn
- F: hang sé Faraday (F = 96500 C = 96500 A.s)
Tốc độ ăn mòn điện hoá được xác định bằng khối lượng kim loại bị ăn mòn trên một đơn vị diện tích trong một
đơn vị thời gian Am (3.8) -_ Am Alt Al A) mes) " S,.t nFrS, nFS, nF ^ TS (3.9) ¬ Voi i, =— A S, Trong đó:
— Km: tốc độ ăn mòn điện hóa (g/mÊ.s) — ja: mật độ dòng điện anot (A/m?)
—_ Sa: diện tích điện cực anod (m?)
7.2 Phân tích quá trình ăn mòn theo biểu đồ ăn mòn Trị số dòng điện ăn mòn được xác định:
==V¿ R (3.10)
Trang 18Trong đó:
- Y=Ve-AV,
-~ Vy=Ve + AV,
Khi mật độ dòng điện ¡ rất nhỏ thì trị số phân cực phụ
thuộc vào mật độ dòng điện theo quan hệ:
AV, =k,i n= Kin (n=5-) i, ==)
; ; |
AV, =k,.i K 2K (ix ¿ =—): 3,”
_ Thay vao (3.10) ta co: 0 - \70 0 — \/0 j= Ye = Va —_ Vs =—W —VA _ Va (3.11) Roki ke R+P, +P, Sạ Sx Trong do: p=‘ p= ke Sạ Sx
- _ Pa: độ phân cực riêng của anot - _ P„: độ phân cực riêng của catot
Sức điện động E hệ thống ăn mòn điện hóa bị giảm do
khắc phục 3 trở lực: điện thế rơi AV„, đại lượng phân cực anot AV,, đại lượng phân cực catot AV„ Biểu diễn mức độ
khống chế của các thành phần trở lực so với trở lực chung của hệ thống: :
_ P _ AV, _ AV,
~R+Ph+P, AV, +AV, + AV, VO - Vo"
Trang 19P, AW AW ee " ==, (3.13) R+P,+P, AV, +AV,+AV, Vy -Va = Pa _ AVp _ Ns = (3.14) R+P, +P, AV, +AV,+AYy Vo Va Trong đó: —_ Ca: mức độ khống ché của anot - C„: mức độ khống chế của catot
~ ©ạ: mức độ khống chế điện trở của mạch ngoài
Khi hệ thống ăn mòn hoàn toàn phân cực thì Ca = 0, khi đó dòng điện ăn mòn là cực đại:
_\c Và _ Vẻ Và TH PtP Ko k,,
SA Sx
Căn cứ biểu thức trên ta thấy trị số dòng điện ăn mòn trong hệ thống phân cực hoàn toàn I„z„ có thể thay đổi sức điện động của hệ thống hoặc thay đổi độ phân cực
Trang 221
1 1
L
Hình 3.10: Biểu đồ ăn mòn biểu diễn sự thay đổi dòng điện ăn mòn phụ thuộc vào các yếu tố khống chế quá trình
a: thay đổi sức điện động của hệ thống nhờ thay đổi điện cực anot b: thay đổi sức điện động của hệ thống nhờ thay đổi điện cực catot c: thay đổi sức điện động của hệ thống nhờ thay đổi độ phân cực catot d: thay đổi sức điện động của hệ thống nhờ thay đổi độ phân cực anot
e: thay đổi đồng thời độ phân cực anot và catot nhưng giữ nguyên sức điện động của hệ thống
8 Hiện tượng thụ động - khử thụ động
8.1 Hiện tượng thụ động kim loại
Khảo sát thí nghiệm: nhúng thanh sắt vào dung dịch
Trang 23độ axit và đo tốc độ ăn mòn ứng với nồng độ ấy Kết qua
biểu diễn trên giãn đồ K„Ág/m”.h)
10000
%HNO;
10 20 30 40 50 60
Hình 3.11: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn
sắt vào nông độ HNO2
Từ biểu đồ cho ta thấy khi tăng nồng độ HNO; thì tốc
độ ăn mòn tăng dần và đạt giá trị cực đại ở nồng độ 35%
HNO¿ Sau đó nếu tăng nồng độ axit thì tốc độ ăn mòn giảm xuống đến gia trị rất nhỏ Như vậy sắt đã bị thụ động hóa
Hiện tượng thụ động kim loại: là trạng thái khi bề mặt
kim loại tiếp xúc môi trường xâm thực tạo thành màng hay
lớp hấp thụ ngăn cản quá trình anot hòa tan kim loại
Chú ý: Không phải mọi qúa trình làm chậm ăn mòn đều
là quá trình thụ động hóa
Vi du: Au, Pt bén trong môi trường xâm thực là do độ bền nhiệt động của bản thân kim loại chứ không phải do thụ động hóa
Khi kim loại bị thụ động hóa có hai đặc điểm sau:
— Téc độ ăn mòn của kim loại giảm đi rất nhanh
Trang 24Điện thế điện cực của kim loại phải chuyển về trị số dương hơn Vi du: Cr: -0,2 + -0,5v > +0,5++1,0v -0,4 + -0,6v —> +0,9 v
Sự thụ động của kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau: Bản chất kim loại : những kim loại thuộc chu kỳ IV,
VI, VIII ở dãy 1 dễ thụ động
Tỉnh chất của môi trường: nồng độ của dung dịch, loại ion trong dung dịch, trạng thái hoạt động của
dung dịch, nhiệt độ của dung dịch Những chát dễ
làm cho kim loại bị thụ động là những chất oxy hoá mạnh: NaNOa, NaNO;, K;Cr„O;, KMnOa, KCIOa
8.2 Hiện tượng khử thụ động - Sự hoạt hóa:
Khi kim loại đã bị thụ động hóa, néu thay đổi các điều
kiện chẳng hạn như: thành phần dung dịch, nhiệt độ dung
dịch thì có thể làm mat trạng thái thụ động Hiện tượng đó
gọi là sự khử thụ động
Các yếu tố khử thụ động:
Tăng nhiệt độ của dung dịch điện ly làm cho oxi
hòa tan trong dung dịch giảm, từ đó làm giảm khả năng tự thụ động của kim loại
Đưa các chất khử vào để khử màng thụ động, làm mắt màng thụ động làm cho kim loại bị hòa tan
Đưa các ion hoạt động vào dung dịch: H”, CT, Br,
I để phá hủy màng thụ động
Trang 259 Các thuyết về trạng thái thụ động của kim loại
Để giải thích hiện tượng thụ động của kim loại, người ta đưa ra nhiều thuyết khác nhau, nhưng có hai thuyết chính:
thuyết màng và thuyết hắp phụ
9.1 Thuyết màng
Kim loại ăn mòn do phản ứng ở vùng anot:
Me + mH;ạO -> Me”.mH;O + ne
Khi kim loại bị thụ động thì quá trình anot trên không xảy ra do hình thành màng bảo vệ trên bè mặt của nó Màng mỏng này mỏng và không nhìn thấy được, đó là sản phẩm giữa sự tác dụng kim loại với môi trường thường ở dạng
oxyt hay hyđroxyt kim loại:
mMe + mnOH' = Mem(OH)ma + m.ne
mMe +mnOH' =Me„O„„ + = HO +mne
2
Màng hình thành này bao phủ toàn bộ bề mặt kim loại hoặc một số vùng hoạt động của kim loại phần màng phủ này lúc này đóng vai trò là catot, còn bề mặt kim loại chưa bị bao phủ đóng vai trò là anot Do diện tích anot giảm, nên
mat d6 dong anot tang (i, = = dẫn đến các nguyên tử kim
A
loại ở anot bị oxi hóa mạnh, tạo thành ion hóa trị cao Trong
điều kiện của môi trường ăn mòn sẽ tạo sản phẩm dạng oxyt
hố trị cao, khơng hòa tan và có tính chất bảo vệ 9.2 Thuyết hấp phụ
9.2.1 Quan điểm hóa học
Bề mặt kim loại hấp phụ lớp đơn phân tử oxi, lớp phân tử chất oxi hóa Lớp hắp phụ đơn phân tử này bao phủ toàn
bộ bề mặt kim loại hoặc chỉ những vùng hoạt động nhát
Trang 26-_ Các phân tử hấp phụ này bám trên bề mặt kim loại, liên kết và làm bảo hòa hóa trị hoạt động của các nguyên tử kim
loại, làm giảm khả năng hoạt động của bề mặt kim loại Lớp hấp phụ đơn phân tử này có tính chát khác với lớp hợp chất
đó ở điều kiện thông thường, thườing là độ bền hóa học cao
hơn :
Ví dụ: Sắt thụ động trong dung dịch kiềm do lớp don
phân tử oxi hấp phụ trên bè mặt nhưng màng oxyt thường
có thể hòa tan trong dung dịch đó 9.2.2 Theo quan điểm điện hóa
Lớp oxi hắp thụ trên bề mặt kim loại sẽ nhận điện tử từ
bề mặt kim loại trở thành ion lưỡng cực, khi đó đầu dương
sẽ hướng vào kim loại, đầu âm sẽ quay ra ngoài Lúc này
lớp điện tích kép thay đổi, điện thế điện cực chung của kim loại sẽ chuyển về phía dương hơn Cơng để thốt kim loại
tăng, khuynh hướng chuyển ion vào dung dịch giảm 140 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ ăn mòn điện hóa
Có 2 yếu tố chính:
— Yếu tố bên trong thuộc về kim loại
— _ Yếu tố bên ngoài thuộc về môi trường ăn mòn
10.1 Các yếu tố bên trong
10.1.1 Độ bền nhiệt động của kim loại
Để quá trình ăn mòn có khả năng tự xảy ra khi
AG; <0(AG,= -nErF) Lúc này điều kiện ăn mòn xảy ra khi
E; > 0, mà E+ phụ thuộc vào bản chát của kim loại
Ví dụ:
- Môi trường trung tính Vụ, = -0,41v Những kim loại
Trang 27mòn) trong môi tru@ng trung tinh Vz, Va Ve Vaa< Và,, những kim loại Zn, K, AI, Na bị hòa tan trong môi trường trung tính Ag, Cu, Hg không
bị hòa tan
— Môi trường axit (khử phân cực hydro), Vi, = 0,00v;
VỆ = -0,44v; V2,= -0,76v; những kim loại Fe, Zn bị hòa tan Những kim loại có điện thế dương hơn so
voi Vy, sé khéng héa tan nhw Cu, Ag 10.1.2 Vi tri cua kim loai trong bang tuadn hoàn:
Tính chất bèn ăn mòn của các kim loại phụ thuộc vào
các yếu tố bên trong và yếu tố bên ngoài nên bảng tuần
hoàn không thể phản ánh tính bền chung được mà chỉ nêu lên một số tính chất có qui luật Trong bảng tuần hoàn Mendelep tính chất hóa học các nguyên tố phụ thuộc vào
khối lượng nguyên tử, tính chất bền ăn mòn của các nguyên
tố cũng tuân theo định luật tuần hoàn và liên quan vị trí của nó trong bảng tuần hoàn
Những kim loại thuộc phân nhóm 1A, 2A độ bền kém,
ăn mòn cao, các kim loại thuộc chu kỳ 4, 5, 6 và phân nhóm
phụ IVa, Visa, Vills thì độ bền nhiệt động của kim loại tăng,
đặc biệt các kim lcại chuyễn tiếp (Os, Ir, Pt) và nhóm lạ (Cu, Ag, Au) là các kim loại chịu ăn mòn tốt hơn cả
10.1.3 Cầu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim
Các chỉ tiết máy móc thiết bị trong thực tế thường dùng bằng hợp kim, còn các kim loại nguyên chát rất ít dùng Do
đó độ bền ăn mòn điện hoá của hợp kim không những phụ
Trang 28trúc của nó Người ta thường dùng các kim loại dễ bị thụ
động hoá làm các nguyên tố hợp kim để tạo các hợp kim sử
dụng trong kỹ thuật chống ăn mòn như Cu, Ni, Si, V Hợp kim được chia thành 2 loại: hợp kim đơn pha và hợp kim
nhiều pha
Hợp kim nhiều pha: được tạo thành do các kim loại ở trạng thái rắn kết tinh thành các pha có
thành phần hoá học và tính chất vật lý khác nhau Theo quan điểm ăn mòn điện hoá, độ bền ăn mòn của hợp kim nhiều pha sẽ phụ thuộc vào sự hoạt
động của hệ thống nhiều điện cực, nói chung hợp kim này ít bền Một số trường hợp bền ăn mòn cao như đồng Silic
Hợp kim đơn pha: có thể là hợp kim ở dạng dung
dịch rắn hay hợp chất hoá học Hợp kim đơn pha
ở dạng đơn chất hoá học ít được sử dụng vì dòn và tính công nghệ kém Hợp kim là dung dịch rắn
dùng phổ biến để chế tạo các thiết bị máy móc
chống ăn mòn Dung dịch rắn này có 2 loại, loại dung dịch rắn lẫn và dung dịch rắn thế, nhưng
nhiều trường hợp do nâng cao tính đồng nhất về
cấu tạo chủ yếu là tạo thành dung dịch rắn thé
40.1.4 Đặc tính của ứng suất
Ứng suất hoặc biến dạng trong kim loại có thể xuất hiện
trong quá trình gia công chưa khử bỏ được hoặc xuất hiện trong quá trình làm việc của máy móc thiết bị Tốc độ ăn
Trang 29Trạng thái ứng suất: Khi kim loại bị ăn mòn đồng thời chịu tác dụng của ứng suát thì quá trình phá huỷ kim loại xảy
ra nhanh hơn rất nhiều Nguyên nhân do không đồng nhat
về ứng suất trong kim loại tạo nên vùng anot Kim loại ở
vùng anot bị hoà tan, màng bảo vệ hình thành trước đó cũng bị phá huỷ, tạo nên những vết nứt có thể nằm ở đường biên
tinh thể, vết nứt tiếp tục phát triển thành khe nứt Trong khe
nứt lại dễ dàng hấp phụ các chát có hoạt tính ăn mòn cao làm khe nứt phát triển nhanh hơn đến khi phá hủy kết cấu
kim loại Để tránh nguy cơ nứt nẻ do ăn mòn, người ta dùng các biện pháp sau: — _ Sử dụng các thép có hàm lượng cacbon thấp < 0,2% —_ Ủ để khử ứng suất còn dư sau gia công - Xử lý môi trường - _ Bao phủ bảo vệ — Dùng chất làm chậm ăn mòn
- _ Bảo vệ bằng điện hoá
Đặc tính biến đổi của ứng suất (tải trọng động): Khi chịu
tác dụng của tải trọng động thì kim loại bị mỏi Nếu ứng suất
vượt quá giới hạn mỏi thì trên bề mặt kim loại sẽ xuất hiện
vết nứt Dưới tác dụng của ứng suất biến đổi sẽ tạo các khe nứt nhỏ trên bề mặt kim loại làm phá huỷ kim loại một cách
nhanh chóng, chứ không phải làm tăng tốc độ ăn mòn nói chung Đó chính là dạng phá huỷ do ăn mòn các chỉ tiết máy
làm việc chịu tác dụng đồng thời của ứng suất biến đổi và
Trang 3010.1.5 Trạng thái bề mặt của kim loại
Khi bề mặt kim loại được gia công phẳng và đánh bóng
thì nâng cao độ bền ăn mòn do khả năng tạo thành màng thụ động nhanh chóng hơn, đồng nhất hơn Vì khi bề mặt
kim loại nhẫn bóng thì hơi nước khó ngưng tụ, các chất ăn
mòn khác khó bám đọng, làm giảm diện tích tiếp xúc giữa môi trường và bề mặt kim loại
10.2 Các yếu tố bên ngoài 10.2.1 Ảnh hưởng của pH
Ảnh hưởng trực tiếp: độ pH ảnh hưởng trực tiếp đến
tốc độ ăn mòn điện hoá khi ion H” hoặc ion OH' trực tiếp
tham gia vào quá trình điện cực Khi thay đổi pH thì điện thế điện cực oxy va hydro thay đối Kết quả quá trình ăn mòn khử phân cực oxy và khử phân cực hydro thay đổi
Ảnh hưởng gián tiếp: Thay đổi độ pH có thể hoà tan
sản phẩm ăn mòn hay tạo thành màng bảo vệ trên bề mặt
điện cực Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn điện hoá vào độ
pH của môi trường đối với các kim loại được chia thành 3
nhóm:
- Những kim loại quý mà màng oxyt của nó khơng hồ tan trong môi trường axit và môi trường kiềm,
nghĩa là tốc độ ăn mòn của nó không phụ thuộc
vào độ pH Thí dụ : Au, Ag,Pt
- _ Những kim loại mà oxyt của nó hoà tan trong axit
mà không hoà tan trong kiềm là do màng bảo vệ ở
dạng hydroxyt Thí dụ : Ni, Co, Cu, Cr, Mn, Fe
- _ Những kim loại mà màng oxyt của nó hoà tan cả
trong axit và trong kiềm là do màng bảo vệ ở dạng
Trang 31môi trường kiềm, màng hydroxyt của nó đều bị tác dụng tạo thành muối hoà tan
Thí dụ : màng kẽm hydroxyt Zn(OH); — _ Trong môi trường axit
Zn(OH); + 2HCI > Zn‘? + 2CT + 2H;O ~ Trong môi trường kiềm
Zn(OH); + 2NaOH -; 2+ + ZnO;” + 2H;O
10.2.2 Ảnh hưởng thành phần và nồng độ của dung dịch điện ly trung tính
Tốc độ ăn mòn điện hoá phụ thuộc vào bản chát của
dung dịch muối hoà tan và nồng độ của nó trong dung dịch
~ Muối có tính oxy hoá làm chậm tốc độ ăn mòn,
hoặc đơi khi ngăn cản hồn toàn quá trình ăn mòn
do kim loại bị thụ động khi tăng nồng độ muối đến một giá trị nhất định Thí dụ: mudi KMnO,, KCIO3,
K;CrO¿
~ Muối có tính axit hay bazơ, khi thay đổi nồng độ thì độ pH thay đổi làm ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn
kim loại
- _ Tốc độ ăn mòn kim loại còn phụ thuộc vào dạng ion, nồng độ của nó trong dung dịch
10.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến tốc độ ăn mòn Đa số
trường hợp khi nhiệt độ chát điện ly tăng thì tốc độ ăn mòn tăng Nếu quá trình ăn mòn với chất khử phân cực hydro, khi tăng nhiệt độ thì tốc độ ăn mòn tăng (do giảm thế hydro)
Nếu quá trình ăn mòn với chất khử phân cực oxi, khi tăng
nhiệt độ thì tốc độ ăn mòn tăng (giảm quá thế của ion hoá
Trang 32(do giảm độ hoà tan oxi, sản phẩm ăn mòn có tính chất bảo vệ)
10.2.4 Ảnh hưởng tốc độ chuyển động của dung dịch
Nhiều thiết bị làm việc trong môi trường chất điện ly
chuyển động như: bơm, quạt, đường ống khi tăng tốc độ 'chuyền động của chất điện ly thì tăng tốc độ ăn mòn do:
— Tăng tốc độ khuếch tán oxi vào nước dẫn đến tăng tốc độ ăn mòn khử phân cực oxi
-_ Làm giảm trị số phân cực nồng độ, làm tăng tốc độ ăn mòn
Lưu ý: Khi tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly
đến 1 giá tri nào đó thì tốc độ ăn mòn đạt mức cao nhất, sau
đó khi tăng tốc độ của dung dịch thì tốc độ ăn mòn không
tăng, đôi khi lại giảm một ít
10.2.5 Ảnh hưởng của dòng điện rò
Ăn mòn do dòng điện rò là dạng ăn mòn do dòng điện
một chiều đi vào các thiết bị, đường ống làm việc ngầm dưới đất Dòng điện rò đi qua thiết bị, đường ống và được chia thành 3 vùng khác nhau:
— _ Vùng trung hồ là vùng khơng có dòng điện đi từ
đất vào ống , vùng này không bị ăn mòn
~ Vùng catod là vùng dòng điện rò đi từ đất vào ống: vùng này không gây ảnh hưởng ăn mòn
- _ Vùng anod là vùng dòng điện từ ống đi qua đất,
vùng này sẽ bị ăn mòn
11 Ăn mòn kim loại trong các môi trường khác nhau
11.1 Ăn mòn kim loại trong khí quyển
Trang 33việc trong điều kiện khí quyển Tốc độ ăn mòn kim loại và hợp kim trong khí quyển không kém tốc độ ăn mòn trong đất
và trong nước Cho nên khoảng 50% lượng kim loại hao tốn do ăn mòn trong khí quyển Nước ta là nước có khí hậu
nhiệt đới ẩm, độ ẩm tương đối cao Mặt khác gần biển nên trong khí quyển có hơi muối do gió đưa từ biển vào Chính vì vậy kim loại bị ăn mòn khá mạnh, ngay cả những thiết bị
máy móc để ở kho
11.1.1 Phân loại
Chia thành 3 loại: /
- _ Ăn mòn trong không khí ướt: là dạng ăn mòn xảy
ra khi có lớp màng nước mỏng ngưng tụ có thể
nhìn thấy được bao phủ trên bề mặt kim loại, khi
độ ẩm có độ tương đối của không khí gần 100%
Dạng ăn mòn này thường gặp khi trời mưa hay
nước trực tiếp bắn trên bề mặt kim loại
~_ Ăn mòn trong không khí ẩm: là dạng ăn mòn phổ
biến nhát Dạng ăn mòn này xảy ra khi có 1 màng nước mỏng không nhìn thấy, bao phủ trên mặt kim
loại Lớp màng nước mỏng tạo thành là do ngưng tu mao quản, ngưng tụ hắp phụ hay ngưng tụ hoá
học
- _ Ăn mòn trong không khí khô: là dạng ăn mòn khi
hồn tồn khơng có màng ẩm trên bề mặt kim loại 11.1.2 Cơ chế ăn mòn trong khí quyển
Cơ chế ăn mòn trong khí quyển khô: là dạng ăn mòn
hóa học đơn thuần, cơ chế ăn mòn giống như cơ chế ăn
Trang 34những giây phúc đầu tiên, sau đó chậm lại đến một lúc nào đó thì chiều dày cuả màng không thay đổi
Cơ chế ăn mòn trong khí quyển ướt giống cơ chế ăn
mòn trong chát điện giải Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào môi
trường khí quyền Nếu khí quyền sạch (ít bụi và tạp chát khí) thì tốc độ ăn mòn thấp, néu khí quyển có nhiều bụi và tạp
chất khí (S0;, C0;, NHạ .) thì tốc độ ăn mòn lớn Ngoài ra
ăn mòn trong không khí ướt còn có đặc điểm riêng:
- Do lớp màng ẩm trên bề mặt kim loại rất mỏng do
đó oxi khuếch tán qua lớp màng nước mỏng này đến bề mặt kim loại dễ so với kim loại nhúng vào
dung dịch chất điện giải
- Do có quá trình bay hơi nước của lớp màng ẩm trên bề mặt kim loại nên dẫn đến sự đảo trộn của
lớp màng ẩm nhờ dòng đối lưu của nó Làm oxi từ
không khí dễ dàng xâm nhập vào bề mặt kim loại
Cơ chế ăn mòn trong khí quyển ẩm: là dạng ăn mòn thường gặp nhát
11.1.3 Đặc điểm quá trình ăn mòn kim loại trong khí
quyền
Là dạng ăn mòn điện hóa xảy ra ở lớp màng dung dịch
điện ly rất mỏng trên bề mặt kim loại, có hòa tan các chất khí
trong môi trường ( CO¿, SO;, Cl;, NH:, NO; ) hoặc do lớp
sản phẩm ăn mòn trên bề mặt kim loại được lớp nước ngưng tụ làm ẩm trở thành màng điện ly
Phản ứng điện hoá:
Trang 35Do phản ứng điện hoá xảy ra trong môi trương lỏng
điện ly, do đó cần phải có hơi nước ngưng tụ Hơi nước
trong khí quyển ngưng tụ lên bề mặt kim loại phụ thuộc vào
các yếu tố sau:
-_ Áp suất riêng phần của hơi nước trong khí quyền
-_ Độ ẩm tương đối của khí quyền
- Dạng cấu trúc bề mặt kim loại, trạng thái bề mặt
kim loại
Sự ngưng tụ thành giọt của hơi nước trong không khí
xảy ra khi độ ẩm tương đối của:nó đạt tới 100% Khi độ ẩm tương đối của không khí nhỏ ơn 100%, thì màng ẩm tao
trên bề mặt kim loại do 3 nguyên nhân sau: 11.1.3.1 Sự ngưng tụ mao quản
Áp suất hơi bảo hoà trên bề mặt chất lỏng phụ thuộc vào độ cong của bề mặt chất lỏng Áp suất hơi bảo hoa trên bề mặt lồi lớn nhát, trên bề mặt lõm bé nhát Pi < Po < P2 Trong do: - pạ: áp suất riêng phần của hơi nước bảo hoà trên mặt phẳng — p¡: áp suất riêng phần của hơi nước bảo hoà trên mặt lõm trong khí quyền
Trang 36Hình 3.12: Ảnh hưởng dạng bề mặt chất lỏng đến áp suất hơi bảo hoà a mặt lõm, b mặt phẳng, c mặt lồi
Vì số phân tử chất lỏng bao quanh một phân tử chát
lỏng trên mặt lõm ở trên mặt thoáng của nó nhiều hơn số
phân tử bao quanh một phân tử chất lỏng nằm trên mặt
thoáng của mặt phẳng hoặc lồi Do đó lực hút phân tử giữa
các phân tử xung quanh với một phân tử nằm trên mặt
thoáng lõm cũng lớn hơn mặt lồi hoặc trong mặt phẳng Lực
hút phân tử của bề mặt lõm lớn hơn trên mặt phẳng và trên
mặt lồi có nghĩa: các phân tử chát lỏng trên bề mặt thoáng bề mặt lõm khó chuyển từ pha lỏng vào pha khí Ngược lại,
các phân tử chất lỏng từ pha khí vào pha lỏng trên bề mặt
lõm dễ dàng hon so với mặt phẳng và mặt lôi
- Pi <Po< pz: ngưng tụ hơi nước ở bề mặt lõm, không ngưng tụ ỏ bề mặt lồi
—¡ < P¿ < pọ: ngưng tụ trên cả mặt lõm và mặt lồi — Po< pạ: hơi nước bay hơi trên bề mặt lồi
— P: <p;: bề mặt lõm dễ ngưng tụ hơi nước
Trang 37Khi đường kính mao quản càng nhỏ thì bán kính cong r của mặt thoáng chất lỏng trong mao quản càng nhỏ, thì áp
suất hơi nước bảo hoà trên bề mặt lõm càng nhỏ Kết quả
hơi nước có thể ngưng tụ trên bề mặt kim loại ở những
trung tâm ngưng tụ mao quản, ngay khi hơi nước trong
không khí chưa đạt đến trạng thái bảo hoà (độ ẩm tương đối
của không khí nhỏ hơn 100%) Trong thực tế bề mặt kim loại
là không đồng nhát và luôn có những mao quản là do: — Khuyét tat hay vết nứt trên bề mặt kim loại
- Cac hat byi bam trén bé mat kim loại
-— Cac san phdm ăn mòn có nhiều lỗ xốp hình thành các trung tâm ngưng tụ mao quản
11.1.3.2 Ngưng tụ hấp phụ
Sự liên kết giữa các phân tử hơi nước trong không khí
với bề mặt kim loại dưới tác dụng của lực hấp phụ Khi độ
ẩm tương đối của không khí nhỏ hơn 100 % Bề mặt kim loại có thể hap phụ một lớp hơi nước dày từ vài lớp phân tử đến
vài chục lớp phân tử hơi nước tuỳ theo độ ẩm tương đối
của không khí và trạng thái bề mặt kim loại Nhiều tác giả cho rằng khi độ ẩm tương đối tăng thì chiều dày của màng
nước càng tăng
Ví dụ: Trên bề mặt sắt, khi độ ằm tương đối là 55 % thì
chiều dày lớp hấp phụ là 15 lớp phân tử nước, khi độ ẩm tương đối gần 100 % thì chiều dày của lớp hấp phụ là 92 lớp
phân tử nước -
1.1.3.3 Ngưng tụ hoá học
Chính là lớp sản phẩm ăn mòn trên bề mặt kim loại liên
kết với các phần tử hơi nước đã hắp phụ trên bề mặt kim
loại tạo thành các hợp chát hydrat Quá trình ngưng tụ hóa
Trang 38hoc hoa tan san pham an mon, tao thanh lop dung dich dién
ly trên mặt kim loại để trong không khí gây nên ăn mòn điện
hoá của kim loại trong không khí ẩm
11.1.4 Động học quá trình ăn mòn dưới lớp ẩm hắp phụ
11.1.4.1 Quá trình anod
Là quá trình hòa tan kim loại
Me —- ne > M™
Do lớp màng nước mỏng, oxi dễ dàng khuếch tán vào màng dẫn đến dễ xảy ra phân cực nồng độ và gây thụ động Tốc độ hòa tan kim loại dưới lớp háp phụ ẩm phụ thuộc
chính vào động học sự xuất hiện hay phá huỷ phức chát thụ động Quá trình hình thành và phá huỷ phức chát thụ động
như sau: |
Me + HO — (MeOH), + e + H”
Xuất hiện phức (MeOH)n; kèm theo sự chuyển điện tử trong kim loại và tăng độ dẫn điện của mang bé mat kim loại
Khi độ am nhỏ, trên bề mặt kim loại nhiều lớp phân tử nước và khó tạo thành ion hydrat hoá Hợp chát hấp phụ này bền
ngăn cản không cho kim loại tiếp tục hoà tan Khi độ am
tăng, chiêu dày lớp màng nước hắp phụ tăng, phân tử nước một phân bị ion hoá, kết hợp với chát hắp phụ tạo thành ion
hydrat hoá, phá huỷ phức thụ động theo phản ứng: |
(MeOH)np + NOH, —^”——> Me (OH);„; + ne
Sản phẩm ăn mòn, tích lũy và hình thành màng và ngăn sản quá trình ăn mòn
11.1.4.2 Quá trình catod
Quá trình ăn mòn trong khí quyén là quá trình ăn mòn
Trang 392H* + 2e = Hot
Trong đó quá trình ăn mòn khử phân cực oxi là chủ yếu vi:
- Tinh axit cia lp mang dién ly trên bề mặt kim loại
để trong không khí rất yếu, hoạt độ ion H” trong dung dịch đó rất nhỏ
- Do màng chất lỏng mỏng nên khuếch tán oxi vào
bề mặt kim loại rất dễ nên quá trình khử ở catot xảy ra thuận lợi hơn Ngoài quá trình ăn mòn khử phân cực hydrô và oxi, còn có quá trình khử phân cực catot bỗ sung khác nữa, nếu trong không khí
có các thành phần khí hoà tan trong lớp màng ẩm
có tác dụng khử
Thí dụ: nếu trong không khí có chứa khí SO; thì khi hoà
tan vào màng ẩm sẽ tạo ra HạSO¿
SO; + HạO -› H;ạSO;
Chất này, một mặt phá hủy màng thụ động trên anot
làm cho quá trình anot xảy ra thuận lợi hơn, mặt khác nó là chất khử phân cực catot 2HSO; -+ 2H* + 2e = S,0,7 + 2H,0 11.1.5 Cac yéu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn trong khí quyền 11.1.5.1 Độ ẫm của khí quyển
Độ ẩm của không khí là yếu tố quan trọng nhát, quyết định tốc độ ăn mòn Không khí ẩm sạch ở độ ẩm tương đối
gan bang 100 % sẽ tác dụng rất yếu lên sắt và đồng Tốc độ
ăn mòn không đáng kể Ăn mòn của sắt tăng tuyến tính khi
độ ấm của không khí tăng lên Nhưng khi thêm vào không
Trang 40khí một lượng 0,01 % SO¿, tốc độ ăn mòn tăng gan 100 lần,
ở độ ẩm tương đối gần 75 %
Ở các độ ẩm tương đối nhỏ, chỉ có sự hấp phụ ẩm không thể tạo thành màng trên bề mặt kim loại, các sản
phẩm ăn mòn có cấu trúc gel, trong đó nước liên kết với cấu trúc gel mà không nằm ở trạng thái tự do Các sản phẩm ăn
mòn và nước ở trong các mao quản đều nằm ở trạng thái nén tương hó Bán kính cong của bề mặt nước có giá trị nhỏ
nhất Ở giá trị có độ ẩm tương đối cao, các mao quản bắt đầu được lấp đầy nước, trạng thái nén bị giảm và nước tự do lọt vào bề mặt các sản phẩm ăn mòn tới bề mặt kim loại
Để quá trình ăn mòn xảy ra với tốc độ rõ rệt, màng ẩm tạo
thành phải đạt tới chiều dày cực tiểu nào đó
11.1.5.2 Ảnh hưởng của thành phần khí quyển
Trong khí quyển bao giờ cũng chứa những khí gây tác
hại đến kim loại Đặc biệt là khí quyển ở các khu vực công
nghiệp, thành phần của nó có chứa những khí có hoạt tính
ăn mòn cao như: CO;, SO;, Sa, H;S, NHạ, HCI, hơi NaCI
các khí này hoà tan trong lớp màng ẩm nằm trên bề mặt kim
loại, làm tăng độ dẫn điện của màng, tăng tính hút ẩm của
sản phẩm ăn mòn, có thể đóng vai trò là chất khử phân cực
catod, chát khử thụ động Trong đó khí SO;, NaCI (hơi) là