ĐỒ án NHẬP môn tìm HIỂU CHUNG về ăn mòn KIM LOẠI các yếu tố ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH ăn mòn KIM LOẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN NHẬP MƠN TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĂN MỊN KIM LOẠI TRỊNH VŨ QUỐC HUY Huy.TVQ201545@sis.hust.edu.vn HỒNG DIỆU HH@ NHỮ BÍCH NGỌC DD@ Ngành Kỹ thuật Hóa học Giảng viên hướng dẫn: ThS Đặng Việt Anh Dũng Chữ ký GVHD Bộ mơn: Viện: Nhập mơn Kỹ thuật Hóa Học Viện Kỹ thuật Hóa Học HÀ NỘI, 2/2020 download by : skknchat@gmail.com BẢNG ĐÁNH GIÁ TỪNG THÀNH VIÊN NHÓM HỌ TÊN HOẠT ĐỘNG THÁI ĐỘ ĐÓNG GÓP CHẤM ĐIỂM download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1 Định Nghĩa 1.2 Phân loại ăn mòn kim loại 1.2 Tầm quan trọng mặt kinh tế vấn đề ăn mòn kim loại CHƯƠNG 2.ĂN MỊN HĨA HỌC 19 2.1 Khái niệm 19 2.2 Điều kiện xảy 19 2.3 Một số ví dụ thực tế 20 CHƯƠNG ĂN MÒN ĐIỆN HÓA 23 3.1 Một số khái niệm 23 3.2 Cơ chế ăn mịn điện hóa 23 3.3 Động học q trình ăn mịn 23 3.4 Tốc độ ăn mòn 23 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng q trình ăn mịn 23 CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI 23 4.1 Ăn mịn mơi trường khí 23 4.2 Ăn mịn khí vùng thành phố khu cơng nghiệp 23 4.3 Ăn mịn khí biển 23 4.4 Ăn mịn mơi trường đất 23 4.5 Ăn mịn bêtơng cốt thép 23 4.6 Ăn mòn vi sinh 23 Chương 5: Sự ăn mòn vật liệu kim loại biện pháp bảo vệ kim loại TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 PHỤ LỤC 25 download by : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Trong sống ngày, kim loại sử dụng phổ biến Từ vật dụng dơn giản như: nồi, chảo, ấm đun nước, đến vật dụng phức tạp như: linh kiện điện tử, cấu kiện, máy móc, thiết bị máy móc Chắc hẳn khơng người thắc mắc kim loại lại có ứng dụng rộng rãi Vâng, thưa bạn, hàng loạt ưu điểm trội như: khả dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độ bền học cao, độ co ít, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao Nhưng vấn đề quan trọng mơi trường khác nhau, kim loại ln bị ăn mịn dần cách tự nhiên Sự ăn mịn làm suy giảm tính chất đặc trưng kim loại dẫn đến nhiều hậu nặng nề kinh tế Do nghiên cứu ăn mòn kim loại chống ăn mòn kim loại vấn đề có ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn mối quan tâm lớn Chính vậy, nên nhóm chúng em lựa chọn chủ đề thảo luận là: Tìm hiểu chung ăn mịn kim loại Bài thảo luận có chương: tổng quan ăn mòn kim loại; ăn mòn hóa học; ăn mịn điện hóa; CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Q TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI, Sự ăn mịn vật liệu kim loại biện pháp bảo vệ kim loại download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1: Định nghĩa Cụm từ “ăn mịn” dịch từ chữ “corrosion”, xuất phát từ từ ngữ latin “corrodère” có nghĩa “gặm nhấm” “phá huỷ” Về nghĩa rộng ăn mòn dùng phá huỷ vật liệu bao gồm kim loại vật liệu phi kim loại có tương tác hố học vật lý chúng với mơi trường ăn mịn gây Có thể đơn cử số tượng ăn mịn sau: –Sự chuyển hố thép thành gỉ thép thép tiếp xúc với khơng khí ẩm – Sự rạn nứt đồng thau, kim loại đồng tiếp xúc với mơi trường amoniac – Sự lão hố vật liệu polyme tác dụng tia cực tím, tác dụng dung mơi, nhiệt độ v.v –Sự ăn mịn thuỷ tinh mơi trường kiềm gây v.v Ở quan tâm đến vấn đề ăn mịn kim loại, kim loại vật liệu sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp, có số ưu điểm hẳn vật liệu khác: –độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao; –độ bền học cao, độ co giảm, độ kháng kéo cao; –độ bền nhiệt cao đặc biệt từ dễ dàng chế tạo thiết bị, máy móc v.v Do tính ưu việt vốn có kim loại kim loại xâm nhập vào hầu hết ngành công nghiệp dùng để chế tạo thiết bị, cấu kiện, máy móc ngành sau đây: khí chế tạo máy; cơng nghiệp lượng - nhà máy nhiệt điện; nhà máy điện nguyên tử; công nghiệp quốc phịng - chế tạo vũ khí; cơng nghiệp hàng không - chế tạo máy bay; giao thông vận tải - chế tạo phương tiện giao thông: tầu biển, ô tô, xe hoả, cầu cống v.v ; công nghiệp xây dựng: xây dựng nhà, đặc biệt nhà cao tầng khu ven biển, cầu cảng; cơng nghiệp dầu khí - thiết bị khai thác chế biến dầu khí v.v Sự ăn mịn ngầm hiểu ăn mòn kim loại tác động hố học vật lý mơi trường xâm thực làm suy giảm tính chất vật liệu làm giảm chất lượng, giảm thời gian khai thác máy móc, thiết bị cấu kiện, đương nhiên gây tổn thất lớn kinh tế quốc gia, đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển Vậy việc nghiên cứu ăn mòn bảo vệ kim loại vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn Về định nghĩa ăn mòn kim loại phát biểu nhiều dạng khác Xin đơn cử số cách phát biểu sau đây: Trên quan điểm nhìn nhận vấn đề ăn mịn kim loại phá huỷ kim loại gây thiệt hại thì: ăn mịn kim loại q trình làm giảm chất lượng download by : skknchat@gmail.com tính chất kim loại tương tác chúng với môi trường xâm thực gây Song cần phải lưu ý mục đích hồn thiện sản phẩm đơi tượng ăn mịn lại có tác dụng tích cực Ví dụ oxi hố nhơm để tạo bề mặt nhơm có lớp oxit nhơm bền vững chống lại ăn mịn nhơm mơi trường gây ra, mặt khác cịn làm tăng vẻ đẹp, trang trí cho sản phẩm Việc xử lý bề mặt kim loại phương pháp hoá học điện hố để làm tăng độ bóng sản phẩm, gắn liền với hồ tan bề mặt kim loại (đánh bóng sản phẩm thép khơng gỉ, đánh bóng vật mạ trước mạ điện v.v ) Trong điều kiện dùng định nghĩa sau ăn mòn kim loại: Ăn mịn kim loại phản ứng khơng thuận nghịch xảy bề mặt giới hạn vật liệu kim loại môi trường xâm thực gắn liền với mát tạo bề mặt kim loại thành phần mơi trường cung cấp Nếu xem tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hố ăn mịn kim loại định nghĩa sau: Ăn mịn kim loại q trình xảy phản ứng oxi hoá khử mặt giới hạn tiếp xúc kim loại môi trường chất điện li, gắn liền với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử thành phần mơi trường sinh dịng điện 1.2 :Phân loại ăn mòn kim loại Phân loại q trình ăn mịn kim loại, người ta phân loại ăn mịn theo nhiều cách khác Có người phân loại ăn mòn nhiệt độ cao nhiệt độ thấp, có người phân loại ăn mịn khơ ăn mịn ướt Trong tiểu luận này, chúng tơi phân loại ăn mịn theo chế phản ứng ăn mòn kim loại chia làm hai loại : a, Ăn mịn hóa học Ăn mịn hóa học phá hủy kim loại kim loại phản ứng hóa học với chất khí nước nhiệt độ cao Đặc điểm ăn mịn hóa học khơng phát sinh dịng điện ( khơng có điện cực ) nhiệt độ cao tốc độ ăn mịn nhanh Sự ăn mịn hóa học thường xảy thiết bị lò đốt, chi tiết động đốt thiết bị tiếp xúc với nước nhiệt độ cao Kim loại nung nhiệt độ cao môi trường chứa chất xâm thực : S2, O2, Cl2 ,….v.v Me + ½ O2 → MeO Trong Me kim loại B, Ăn mịn điện hóa download by : skknchat@gmail.com Ăn mịn điện hóa phá hủy kim loại hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dịng điện Ví dụ: phần vỏ tàu biển chìm nước, ống dẫn đặt lòng đất, kim loại tiếp xúc với khơng khí ẩm Do vậy, ăn mịn điện hóa loại ăn mịn kim loại phổ biến nghiêm trọng 1.3: Tầm quan trọng mặt kinh tế vấn đề ăn mòn kim loại Vấn đề ăn mịn kim loại có liên quan đến hầu hết ngành kinh tế Người ta tính giá tiền chi phí cho lĩnh vực ăn mịn chiếm khoảng 4% tổng thu nhập quốc dân nước có cơng nghiệp phát triển Chi phí tính cho khoản sau: Những mát trực tiếp: Tiền chi phí cho việc thay vật liệu bị ăn mòn thiết bị xuống cấp ăn mòn gây Những tổn thất gián tiếp: Chi phí cho việc sửa chữa số lượng sản phẩm giảm chất lượng trình sản xuất bị mát tượng ăn mòn kim loại gây Chi phí cho biện pháp để phịng ngừa, biện pháp để bảo vệ chống tượng ăn mịn kim loại Thơng thường, chi phí trực tiếp nhiều so với chi phí gián tiếp Vì vậy, việc nghiên cứu bảo dưỡng bảo vệ chống ăn mòn, kéo dài thời gian sử dụng thiết bị, máy móc, cấu kiện, cầu cảng, tầu biển, cơng trình ven biển thường xun vấn đề có ý nghĩa mặt khoa học kỹ thuật mặt kinh tế Chương 2: ĂN MỊN HĨA HỌC 2.1: Khái niệm Ăn mịn hóa học kim loại phản ứng với nước chất khí nhiệt độ cao Hoặc ta nói khó hiểu sau: Sự ăn mịn hóa học q trình oxi hóa khử electron kim loại chuyển trực tiếp đến chất môi trường 2.2: Điều kiên xảy Ăn mịn hóa học chất q trình oxi hóa khử, electron kim loại chuyển trực tiếp đến chất môi trường Ăn mịn hóa học thực tế thường xảy chi tiết kim loại máy móc thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hóa chất, khí oxi, nước nhiệt độ cao Theo định nghĩa, nhiệt độ cao kim loại ăn mòn nhanh download by : skknchat@gmail.com Để nhận biết ăn mịn hóa học, ta thấy ăn mịn kim loại mà khơng thấy xuất cặp kim loại hay cặp KL-C ăn mịn kim loại 2.3: Ví dụ thực tế +Ví dụ: Thanh sắt nói riêng ngâm nước lại bị gỉ sét Đến giải thích sau: Khi sắt tiếp xúc với oxy độ ẩm khoảng thời gian dài, tạo thành hợp chất gọi oxít sắt hay cịn gọi rỉ sắt Chất xúc tác cho q trình rỉ nước Cấu trúc sắt chắn, phân tử nước xâm nhập vào lỗ nhỏ vết nứt kim loại kể sắt, kết hợp nguyên tử hidro có nước với nguyên tố khác để hình thành axít, ăn mịn sắt, làm cho sắt bị phơi nhiều Nếu môi trường nước biển, ăn mịn xảy nhanh Trong nguyên tử oxy kết hợp với ngun tử sắt để hình thành oxít sắt hay rỉ sắt, chúng làm yếu sắt làm cho cấu trúc sắt trở nên giòn xốp CHƯƠNG 3: ĂN MỊN HĨA HỌC 3.1: Định nghĩa - Ăn mịn điện hóa học q trình oxi hóa - khử, kim loại bị ăn mịn tác dụng dung dich chất điện li tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương - Ăn mịn điện hóa thường xảy cặp kim loại (hoặc hợp kim) để ngồi khơng khí ẩm, nhúng dung dịch axit, dung dịch muối, nước khơng ngun chất… Ví dụ: Phần vỏ tàu biển chìm nước, ống dẫn đặt lòng đất, kim loại tiếp xúc với khơng khí ẩm Do vậy, ăn mịn điện hóa loại ăn mịn kim loại phổ biến nghiêm trọng 3.2: Cơ chế ăn mịn điện hóa - Gang thép hợp kim Fe-C, cực âm tinh thể Fe, cực dương tinh thể C Các điện cực tiếp xúc trực tiếp với với dung dịch điện li phủ Như vậy, vật bị ăn mịn theo kiểu điện hóa: download by : skknchat@gmail.com + Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành Các ion tan vào dung dịch điện li có lượng khơng khí oxi, chúng bị oxi hóa tiếp thành + Ở cực dương: Các ion hiđro dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, chúng bị khử thành hiđro tự do, sau khỏi dung dịch điện li Các tinh thể Fe bị oxi hóa từ ngồi vào Sau thời gian, vật gang (thép) bị ăn mòn hết 3.3: Điều kiện để xảy ăn mòn điện hóa học - Các điện cực phải khác chất, cặp kim loại khác cặp kim loại với phi kim, - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với qua dây dẫn - Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li Thiếu ba điều kiện không xảy ăn mịn điện hóa học Trong tự nhiên, ăn mòn kim loại xảy phức tạp, xảy đồng thời q trình ăn mịn điện hóa học ăn mịn hóa học 3.4: Ví dụ thực tế Để bảo vệ vỏ tàu biển thép, người ta gắn Zn vào phía ngồi vỏ tàu phần chìm nước biển (nước biển dung dịch chất điện li) Kẽm bị ăn mòn, vỏ tàu bảo vệ CHƯƠNG 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Q TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI 4.1: Ăn mịn mơi trường khí Hiện tượng ăn mịn kim loại điều kiện khí ẩm ăn mịn điện hố Do ngưng tụ ngưng đọng nước bề mặt kim loại có màng mỏng nước, hồ tan khí CO2 SO2 tạo dung dịch có pH thấp kim loại bị ăn mòn cách dễ dàng Hơn nữa, hồ tan oxi khơng khí vào màng mỏng chất điện li yếu tố quan trọng q trình ăn mịn điện hố hồ tan kim loại Ăn mịn khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau đây: a) Độ ẩm Tuỳ theo độ ẩm bề mặt mà người ta phân loại ăn mịn khí quyển: Ăn mịn khí khơ - kim loại tác dụng trực tiếp với oxi tạo màng oxit cực mỏng, xem phản ứng hố học, khơng gây tượng ăn mịn kim loại đáng kể, có tạp chất ăn mịn tốc độ ăn mịn tăng lên Ăn mịn khí ẩm - điều kiện ẩm với độ ẩm tương đối H < 100%, thường lớn 70%, bề mặt kim loại có lớp màng mỏng nước có tạp download by : skknchat@gmail.com ... là: Tìm hiểu chung ăn mịn kim loại Bài thảo luận có chương: tổng quan ăn mòn kim loại; ăn mòn hóa học; ăn mịn điện hóa; CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Q TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI, Sự ăn mịn vật liệu kim loại. .. yếu tố ảnh hưởng q trình ăn mịn 23 CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI 23 4.1 Ăn mịn mơi trường khí 23 4.2 Ăn mịn khí vùng thành phố khu cơng nghiệp 23 4.3 Ăn mịn... với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử thành phần mơi trường sinh dịng điện 1.2 :Phân loại ăn mòn kim loại Phân loại q trình ăn mịn kim loại, người ta phân loại ăn mịn theo