Chương 7 ảnh hưởng của các yếu tố cơ học đến ăn mòn điện hóa kim loại

Ảnh hưởng của các yếu tố cơ học đến ăn mòn điện hóa kim loại Phân loại Các chi tiết của dụng cụ công nghiệp hóa học, các cấu trúc của máy bay, các cột và các ống dẫn trong công nghiệp d

Trang 1

Chương VII Ảnh hưởng của các yếu tố cơ học

đến ăn mòn điện hóa kim loại

Phân loại

Các chi tiết của dụng cụ công nghiệp hóa học, các cấu trúc của máy bay, các cột và các ống dẫn trong công nghiệp dầu khí, các đường ray xe lửa, các thiết bị làm việc ở áp suất cao… đều

bị tác dụng của ăn mòn điện hóa - cơ học

Năm 1967, cầu treo trên sông Ohio (Mỹ) bị gãy; năm 1988 cầu treo trên sông Alger (vùng Địa trung hải) bị sập đổ, đều do tác động đồng thời của khí xâm thực và tác dụng cơ học

Phân loại: Có 5 trường hợp ăn mòn nứt rạn dưới tác dụng của sức căng cơ học: * Ăn mòn chịu ứng lực; * Ăn mòn rạn nứt;* Ăn mòn mệt mỏi;Ăn mòn do khí xâm thực; * Ăn mòn do xói mòn

Trang 2

CÁC DẠNG ĂN MÒN CÓ LIÊN QUAN ĐẾN PHÁ HỦY

CƠ HỌC

Trang 3

6.1 Ăn mòn kim loại chịu ứng lực.Ứng suất cơ học làm giảm độ

bền nhiệt động học của kim loại, làm biến dạng kim loại, làm rạn nứt màng bảo vệ trên kim loại Ví dụ,khu vực bị kéo căng nhất của vỏ tàu thủy bị nước biển ăn mòn mạnh nhất.

Cơ chế: a) Nơi nào kim loại bị tác động cơ học kết hợp với ăn mòn

sẽ bị biến dạng về cấu trúc;

b) Sư nứt xuyên qua tinh thể do ứng lực đàn hồi gây ra làm tăng tốc

độ ăn mòn;

c) Các cấu tử môi trường hấp phụ lên chỗ mà ứng suất đạt đến giới hạn, làm giảm độ bền liên kết trong mạng lưới kim loại;

d) Hydro lọt sâu vào kim loại, hấp phụ nhiều ở đầu vết nứt, làm ứng suất cục bộ tăng, thúc đẩy vết nứt phát triển mạnh.

Trang 6

6.2 Ăn mòn rạn nứt

6.2.1 Thuyết ăn mòn rạn nứt

Dưới tác dụng của ứng suất,sự rạn nứt phát triển theo hướng vuông góc với ứng suất chính Trong dung dịch axit (pH<7) xuất hiện pin ăn

mòn, trong đó vùng kim loại bình thường trở thành điện cực catot,

giải phóng khí hydro: còn vùng kim loại biến dạng trở thành điện cực anot và bị ăn mòn mạnh, làm cho vết nứt phát triển nhanh hơn, làm tăng sự hấp thụ khí hydro, gây ra tính giòn hydro và tạo ra áp suất bên trong rất cao,dẫn đến sự rạn nứt nhanh hơn bên trong kim loại

* Ngay trong dung dịch trung tính hoặc kiềm (pH≥7) , kim loại cũng bị

ăn mòn ở đáy vết nứt, cũng dẫn đến sự axit hóa dung dịch ở đáy vết nứt theo các phản ứng sau:

Trang 7

Tại anot (đáy vết nứt):Fe Fe2+ +2e

-Tại catot (đỉnh vết nứt): O2 +2H2O  4OHOH

Các phản ứng thứ cấp:

* Ở đỉnh vết nứt: Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2

4OHFe(OH)2 + O2 + 2H2O  4OHFe(OH)3

2Fe(OH)3  Fe2O3 H2O + 2H2O

* Ở đáy vết nứt, dung dịch bị axit hóa.Tại anot:

3Fe2+ + 4OHH2O  FeO Fe2O3 + 8H+ +2e- (Fe3O4OH + 8H+ +2e-)

Tại catot: 2H+ +2e- H2

Phản ứng tổng: 3Fe2+ + 4OHH2O  Fe3O4OH + 6H+ + H2

Trang 8

VD: Khi thép bị ăn mòn trong dung dịch trung tính NaCl

3,5%,hoặc trong dung dịch hỗn hợp (NaOH + NaCl 3,5% ) có

pH =10), độ axit đo được trong vết rạn nứt giảm đến pH = 3,8

6.2.2 Ảnh hưởng của thành phần thép và môi trường đến ăn mòn rạn nứt:* Các nguyên tố nâng cao độ bền chống ăn mòn

rạn nứt của thép là: Niken, carbon

• Các nguyên tố làm giảm độ bền chống ăn mòn rạn nứt của

thép là: Mangan, molipđen, nitơ

• Các ion clorua Cl- làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn nứt rạn của thép , đặc biệt khi nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch tăng lên

Trang 9

6.2.3 Bảo vệ thép chống ăn mòn rạn nứt

Ăn mòn rạn nứt do sự kết hợp của ăn mòn điện hóa + tác động cơ học bên ngoài ( hoặc + ứng suất cơ học bên trong kim loại).

a) Giảm ứng suất (sức căng) bên trong:

• bằng nhiệt luyện;

• thay đổi trạng thái lớp bề mặt ( như ni tơ hóa thép, mạ crôm

khuếch tán, mạ điện niken; phủ nhôm lên thép ở nhiệt độ 510 o C);

• hợp kim hóa thép với hàm lượng Ni 4OH5% được thép có độ bền ăn mòn rạn nứt cao nhất;

• xử lý thép trong chân không để giảm hàm lượng ni tơ đến 0,008%

và carbon đến 0,01% cho khả năng chống ăn mòn rạn nứt rất cao.

Trang 10

b)Bảo vệ điện hóa Trong dung dịch nước trung tính, trên thép

hình thành pin ăn mòn: (-) Đáy vết nứt| H2O,O2| Mặt ngoài (+)

Do đó,thép bị mòn rạn nứt ở đáy vết nứt (pH=3, E = -0,5)

Muốn bảo vệ thép khỏi ăn mòn điện hóa nói chung và ăn mòn rạn nứt nói riêng, ta phải dịch điện thế của thép về phía giá trị âm hơn điện thế cân bằng của phản ứng Fe ↔ Fe2+ + 2e- ,bằng cách nối thép với cực âm của nguồn điện 1 chiều bên ngoài, hoặc nối thép với một kim loại có điện thế âm hơn thép (như Al,Zn) Phương pháp nêu trên gọi là phương pháp bảo vệ

catot

Trang 11

6.3 Ăn mòn mệt mỏi

* *Sư phá hủy kim loại dưới tác dụng đồng thời của sức căng chu

kỳ và của môi trường xâm thực được gọi là sự ăn mòn mệt

mỏi Ăn mòn mệt mỏi của thép và các hợp kim thường xuất hiện trong nước (cái chong chóng của tàu thủy), trong không khí ẩm (lò so ô tô), trong các phần ngưng tụ của sản phẩm chất đốt hoặc trong môi trường chế biến dầu khí…Ăn mòn mệt mỏi xảy ra do tác dụng của ứng suất trong môi trường xâm thực

làm xuất hiện các vết nứt xuyên qua tinh thể kim loại Nếu

trong quá trình ăn mòn , có sự sinh ra khí hydro, thì khí hydro

có thể khuếnh tán vào kim loại, làm cho kim loại bị giòn

Trang 13

Chương VI Ảnh hưởng của các yếu tố cơ học

* Bảo vệ kim loại chống ăn mòn mệt mỏi bằng phương pháp bảo vệ catot (dùng protector kẽm), dùng chất ức chế ăn mòn (natri bicromat), dùng lớp phủ anot (kẽm, cadmi Cd) hoặc lớp phủ catot sit chặt (Sn, Pb, Cu…)

6.4OH Ăn mòn khí xâm thực

Khi di chuyển với tốc độ lớn, chất lỏng có tính xâm thực (như

nước biển) hình thành các vùng áp suất thấp dưới dạng bọt

khí Bề mặt kim loại bị phá hủy do các va chạm thủy động học xung động trong quá trình lấp đầy các bọt khí bằng chất lỏng (nước) Sự ăn mòn khí xâm thực có thể phá hủy cục bộ mạnh, tạo thành các hang hốc sâu trong miền khí xâm thực

Trang 14

*Sự ăn mòn khí xâm thực thường xảy ra đối với chong chóng tàu thủy, vỏ làm lạnh của máy phát điện diezen,các bơm ly tâm,các tuabin thủy động Ăn mòn khí xâm thực có thể xem như ăn mòn mệt mỏi vi mô, vì dưới tác dụng của va chạm xung động

và ăn mòn bởi chất điện phân, bề mặt kim loại có thể bị rạn nứt , xé rách

• Phương pháp nâng cao độ bền chống ăn mòn khí xâm thực:

- Tăng độ cứng lớp bề mặt bằng cách hợp kim hóa thép bởi crom (đến 90% Cr);

- Bảo vệ catot thép để ngăn chặn sự ăn mòn khí xâm thực;

- Che phủ bề mặt thép bằng nhựa tổng hợp (polyme)

Trang 15

6.5 Ăn mòn xói mòn là sự phá hủy bề mặt kim loại do tác dụng

đồng thời của sự mài mòn bởi vật rắn và sự ăn mòn điện hóa bởi môi trường Ăn mòn xói mòn không chỉ phá hủy cơ học màng

bảo vệ kim loại (màng hấp phụ chất ức chế ăn mòn, màng oxyt),

mà còn thúc đẩy sự ăn mòn điện hóa kim loại Một trong những dạng ăn mòn xói mòn mạnh là sự ăn mòn do va đập của nước biển chứa cát hoặc các hạt rắn khác với bề mặt kim loại

• Bảo vệ kim loại chống ăn mòn xói mòn bằng các cách sau:

- Dùng lớp phủ (phot phat hóa, cromat hóa) để giảm hệ số ma sát;

- Sử dụng lớp phủ bằng chất dẻo bền hóa học (như chất dẻo clo hóa);

- Thấm ni tơ bề mặt thép.

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	3,44 MB