Chương 5a ăn mòn KIM LOẠI TRONG KHÍ QUYỂN

ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN V.1ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG KHÍ QUYỂN 5.1.1 Phân loại Yếu tố cơ bản quyết định cơ chế và tốc độ ăn mòn kim loại trong khí quyển là mức độ làm ẩm ướ

Trang 1

Chương V ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG MÔI

TRƯỜNG TỰ NHIÊN

V.1ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG KHÍ QUYỂN

5.1.1 Phân loại

Yếu tố cơ bản quyết định cơ chế và tốc độ ăn mòn kim loại trong

khí quyển là mức độ làm ẩm ướt bề mặt kim loại

Phân loại: a) Ăn mòn khí quyển khô: Khi hoàn toàn vắng mặt

màng ẩm trên bề mặt kim loại;

b) Ăn mòn khí quyển ẩm: Khi có màng ẩm rất mỏng, không nhìn

thấy được trên bề mặt kim loại; màng ẩm tạo thành do có sự ngưng tụ (mao quản, hấp phụ hoặc hóa học) khi độ ẩm tương đối của không khí RH<100%

Trang 3

- Ăn mòn khí quyển ướt: Khi có trên bề mặt kim loại màng nước

thấy được; màng nước tạo thành khi RH=100%, khi ngưng

tụ giọt sương, khi có sương mù hoặc mưa rơi

Trang 5

5.1.2 Cơ chế ăn mòn kim loại trong khí quyển

Ăn mòn kim loại trong khí quyển khô theo cơ chế hóa học:

Lúc đầu xảy ra nhanh, nhưng bị kìm hãm mạnh sau khoảng vài chục phút, rồi giữ không đổi ở giá trị tốc độ ăn mòn rất thấp

xM + (y/2)O2  MxOy

Ăn mòn kim loại trong khí quyển ẩm ướt theo cơ chế điện

hóa học Chất gây ăn mòn chủ yếu là khí oxy hòa tan trong nước:

Phản ứng anot: M  Mn+ + ne- (Ăn mòn thép: Fe  Fe2+ + 2e- )

Phản ứng catot (khi pH≥ 7):O2 + 2H2O + 4e-  4OH

-Phản ứng catot (khi pH< 7): O2 + 4H+ + 4e-  2H2O

Trang 6

- Tốc độ ăn mòn kim loại (VKL) trong khí quyển ẩm ướt bị

khống chế hỗn hợp bởi các quá trình anot- catot - điện trở; nghĩa là, (VKL) phụ thuộc vào chiều dày, thành phần, độ dẫn điện của màng chất điện ly và bản chất của kim loại (Khống chế quá trình catot trong khí quyển ướt; Khống chế quá trình anot trong khí quyển ẩm; Khống chế điện trở khi kim loại bị

ăn mòn trong màng mỏng nước rất sạch)

Trang 7

-Chương V ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG MÔI

5.1.4 Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại

trong khí quyển là: a) Độ ẩm tương đối của không khí (RH)

hay:Thời gian thấm ướt bề mặt kim loại;

b) Độ ô nhiễm không khí bởi các khí axit (SO2, NO, NO2), bởi các

hạt muốivà bụi

[Độ ẩm tuyệt đối là lượng nước chứa trong 1m3 không khí Độ

ẩm tương đối là tỉ lệ giữa lượng nước chứa trong 1m3 không khí

ở điều kiện khảo sát và lượng nước bão hòa trong 1m3 không khí

ở cùng áp suất và nhiệt độ (Độ ẩm tương đối được tính theo tỉ lệ giữa áp suất hơi nước riêng phần và áp suất hơi nước bão hòa ở

cùng áp suất và nhiệt độ]

Trang 8

• Độ ẩm không khí RH là một trong những yếu tố chủ yếu góp

phần tạo thành màng ẩm trên bề mặt kim loại, dẫn đến sự ăn mòn điện hóa kim loại Tốc độ ăn mòn kim loại tăng với sự tăng RH (hình 1) Nói chung, ăn mòn điện hóa học kim loại xảy ra khi RH≥ 60% Giá trị RH =60% gọi là độ ẩm tương đối tới hạn (RHth) RHth bị thay đổi đáng kể phụ thuộc vào

trãng thái bề mặt kim loại và thành phần khí quyển Ví dụ:Kim loại Trạng thái bề mặt&Thành phần khí quyển RHth,%Sắt (Fe) Fe sạch trong không khí sạch Gần 100

Fe sạch trong không khí 0,01% SO42- 70

Đồng (Cu) Cu sạch trong không khí có SO2 80

Trang 9

Vì vậy, tiêu chuẩn quốc tế trong ISO 9223 quy định:

Thời gian thấm ướt bề mặt kim loại (TOW) là tổng thời gian có

RH≥80%

• Hoạt tính ăn mòn khí quyển ghi trong bảng dưới đây.

• Tốc độ ăn mòn kim loại tăng dần theo điều kiện khí hậu:

Vùng ôn đới < Vùng cận (gần) nhiệt đới < Vùng nhiệt đới

Trang 13

• Độ ô nhiễm không khí có ảnh hưởng rất mạnh đến tốc độ ăn

mòn kim loại trong khí quyển:

a) Các khí (SO2, SO3, H2S, NH3, Cl2,HCl) rơi vào màng ẩm trên bề

mặt kim loại, làm tăng độ dẫn điện của màng ẩm, tăng tính hút ẩm (ví dụ SO3,HCl), có tác dụng như chất khử thụ động (ví dụ SO2,HCl), hoặc như chất tạo phức (ví dụ NH3),hoặc chất khử phân cực catot = chất nhận điện tử ở catot (ví dụ

SO2,Cl2):

S + O2  SO2 (1); SO2 + H2O H+ + HSO3

-HSO3- + 2H+ + 2e-  S2O42- + 2H2O;

Cl2 + 2e-  2Cl

Trang 14

b) Các hạt rắn rơi từ không khí đến bề mặt kim loại có thể là các

hạt muối, tác dụng như chất khử thụ động (NaCl, Na2SO4), hoặc như chất tạo phức [(NH4) 2SO4], chúng đều làm tăng độ dẫn điện của màng chất điện ly và tính hút ẩm của sản phẩm

ăn mòn Các hạt rắn có thể là các chất hấp phụ (như hạt

than), hoặc hạt trơ ( như cát), chúng đều làm tăng sự ngưng

tụ ẩm mao quản…

Trang 15

• Đặc tính khí quyển và yếu tố địa lý có ảnh hưởng lớn đến tốc

độ ăn mòn kim loại trong khí quyển

Ví dụ, ở Việt Nam có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm thì mức độ ăn

mòn thép carbon hiện nay tăng dần theo dãy sau:

Khí hậu miền núi< Khí hậu nông thôn< Khí hậu thành phố <

Khí hậu công nghiệp < Khí hậu biển.

c) Ảnh hưởng của nhiệt độ Một mặt, nhiệt độ tăng, làm tăng

tốc độ các phản ứng điện cực anot và catot Mặt khác, nhiệt

độ tăng làm nước bốc hơi nhanh, rút ngắn thời gian thấm

ướt.Kết quả là, ở miền Bắc nước ta, tốc độ ăn mòn kim

loại trong mùa đông cao hơn trong mùa hạ

Trang 17

- Lớp phủ biến tính: biến tính lớp bề mặt kim loại thành hợp

chất hóa học có tính chất bảo vệ (oxyt hóa, phốt phát hóa)a) Lớp phủ sơn được sử dụng phổ biến nhất Lớp phủ sơn bảo vệ

thép về phương diện vật lý Thường phủ trên thép carbon 3 lớp :Thép - Lớp sơn lót- Lớp giữa – Lớp trang trí ngoài cùng

Trang 18

• Lớp men, thường chỉ để bảo vệ các vật dụng bằng thép kích

thước nhỏ (nồi, đĩa,bát tráng men ở nhiệt độ cao, khoảng

1.000oC) Lớp men giòn, dễ vỡ, chỉ bảo vệ thép về phương diện vật lý, nên khi lớp men bị nứt vỡ, thép bị ăn mòn mạnh

b) Lớp phủ kim loại gồm lớp phủ anot và lớp phủ catot

• Lớp phủ anot là lớp phủ đóng vai trò điện cực anot trong pin

ăn mòn Lớp phủ anot phải có điện thế âm hơn sắt (như

nhôm, kẽm), bảo vệ thép về phương diện vật lý và điện hóa.

VD: Mạ kẽm lên thép, ta có pin ăn mòn : (-) Zn| H2O, O2| Fe (+)Phản ứng trên điện cực anot kẽm: Zn  Zn2+ + 2e-

Phản ứng trên điện cực catot thép: O2 + 2H2O + 4e-  4OH

Trang 19

• Các phản ứng thứ cấp: Zn2+ + 2OH-  Zn(OH)2

Zn(OH)2 + CO2  ZnCO3 + H2O

* Lớp phủ catot là lớp phủ đóng vai trò điện cực catot trong pin

ăn mòn Lớp phủ catot có điện thế dương hơn sắt (như

Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Pt, Au), chỉ bảo vệ thép về phương diện

vật lý

Ví dụ: Mạ niken lên thép Khi lớp mạ niken bị xước, trong không

khí ẩm sẽ xuất hiện pin ăn mòn : (-) Fe| H2O, O2| Ni(+)

Phản ứng trên điện cực anot thép: Fe  Fe2+ + 2e-

Phản ứng trên điện cực catot niken: O2 + 2H2O + 4e-  4OH

Trang 20

• Các phản ứng thứ cấp: Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 2Fe(OH)3  Fe2O3.H2O + 2H2O

(gỉ thép màu nâu sẫm)

c) Lớp biến tính: * Oxyt hóa nòng súng bằng thép trong dung

dịch: NaOH (700g/l) + NaNO3 (200g/l)+ NaNO2 (50g/l) ở nhiệt độ 140oC trong 60 phút:

9Fe + 8NaNO2 + 4H2O = 8 NaOH + 4N2+ 3Fe3O4 (màu đen)

* Phốt phát hóa thép trong dung dịch Zn(H2PO4)2 (50g/l)+

Zn(NO3)2 (50g/l)+ H3PO4 (10g/l), ở 90oC trong 20 phút, được màng muối phốt phát xốp, gắn chặt lên bề mặt thép

Trang 21

5.1.5.2 Hợp kim hóa thép

Kìm hãm quá trình anot của sự ăn mòn điện hóa thép bằng cách hợp kim hóa thép bởi các kim loại dễ thụ động như Cr, Al, Ti,Ni hoặc bởi chất phụ gia catot (Cu) làm cho thép dễ được thụ động trong các điều kiện khí quyển, hoặc thêm chất màu có tính oxy hóa mạnh vào vật liệu sơn, vào dầu mỡ (như ZnCrO4)

5.1.5.3 Làm giảm độ ẩm không khí đến RH< 60% bằng cách

thông gió, sấy khô nhà kho hoặc dùng chất hút ẩm

5.1.5.4 Dùng chất ức chế ăn mòn kim loại dễ bay hơi (như

NaNO2, các muối carbonat và benzoat của dicyclohecilamin

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	1,76 MB