Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn CHƯƠNG 4: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ ĂN MÒN 4.1 Những yếu tố bên trong: 4.1.1 Tính bền nhiệt động kim loại: Điện điện cực tiêu chuẩn đánh giá gần tính bền nhiệt động kim loại Tốc độ ăn mòn tính theo công thức sau: I= E ccb − E acb R I phụ thuộc vào Eccb E acb , tức phụ thuộc vào chất kim loại cb Ví dụ: - Trong môi trường trung tính E H = -0,41 (V) kim loại có điện điện cực âm bị hòa tan: Na, K, Zn, Al, Fe, Những kim loại có điện dương hòa tan: Cu, Ag, Au, Hg, cb - Trong môi trường axit E H ≈ kim loại có điện điện cực âm bị hòa tan: Zn, Al, Fe, Pb, Những kim loại có điện dương hòa tan: Cu, Ag, Au, Hg, dung dịch có oxy hòa tan Cu, Hg, Ag lại bị ăn mòn khử phân cực oxy 2 4.1.2 Vị trí kim loại bảng tuần hoàn: Không phản ánh rõ nét tính bền chung kim loại khả chống ăn mòn kim loại phụ thuộc vào tính chất bên bên Nó phản ánh số tính chất có tính quy luật mà Ví dụ: - Độ bền nhiệt động kim loại tăng từ xuống nhóm IB, IIB, VIIIB - Những kim loại dễ bị thụ động kim loại thuộc nhóm IVB, VIB, VIIIB (thường kim loại chuyển tiếp) 4.2 Những yếu tố bên ngoài: 4.2.1 Ảnh hưởng độ pH: a Ảnh hưởng trực tiếp: Đó ảnh hưởng phản ứng khử phân cực hydro oxy Khi thay đổi pH giá trị đơn vị điện thay đổi 0,059 V b Ảnh hưởng gián tiếp: Thay đổi pH hòa tan sản phẩm ăn mòn hay tạo thành màng bảo vệ bề mặt điện cực Người ta chia thành nhóm (hình 4.1) - 32 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn Hình 4.1: Ảnh hưởng pH – Những kim loại mà màng oxit hòa tan axit kiềm: Al, Zn, Sn, Pb Trong môi trường axit tạo thành ion kim loại Al 3− , Zn − , Sn − , Sn − , Trong môi trường kiềm tạo thành phức chất ZnO22− , AlO2− , (dạng 1) – Những kim loại mà màng oxit hòa tan axit mà không bị hòa tan kiềm (do tạo thành oxit khó tan): Ni, Co, Cu, Cr, Mn, Fe (dạng 2) – Những kim loại mà màng oxit không hòa tan oxit kiềm Tốc độ ăn mòn không phụ thuộc vào pH: Pt, Au, Ti, (dạng 3) Đối với kim loại độ pH khác có tốc độ ăn mòn khác nhau: Kim loại Độ pH để có tốc độ ăn mòn cực tiểu Al 6,6 Pb Sn 8,5 Zn 11,5 Fe 14 4.2.2 Ảnh hưởng thành phần nồng độ dung dịch muối: Tốc độ ăn mòn điện hóa phụ thuộc vào chất dung dịch muối hòa tan nồng độ dung dịch – Muối có tính oxy hóa làm chậm tốc độ ăn mòn, có ngăn cản hoàn toàn tình ăn mòn kim loại bị thụ động: KClO 3, K2CrO4, KNO2, Ngược lại muối có tính oxy hóa chất khử phân cực làm tăng tốc độ ăn mòn: S O32− , – Những muối có tính axit hay bazơ: tăng nồng độ pH tăng nên có ảnh hưởng pH: Na2CO3, AlCl3, Tuy nhiên, có loại muối axit tác dụng với kim loại tạo thành muối không tan anod hay cathod dễ làm giảm tốc độ ăn mòn: MeH2PO4, Me(HPO4)2, Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào chất, nồng độ cation anion muối hòa tan Nếu anion muối có khả hấp phụ bề mặt kim loại làm thay đổi cấu lớp điện tích kép, làm giảm điện điện cực kim loại làm cho tốc độ ăn mòn giảm Nhưng anion có hoạt tính lớn phá vỡ màng thụ động nên tốc độ ăn mòn tăng - 33 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn Hình 4.2: Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào dạng anion có dung dịch muối Hình 4.3: Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào dạng cation có dung dịch muối 4.2.3 Ảnh hưởng nồng độ oxy: Ăn mòn kim loại đa số trường hợp khử phân cực oxy, tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào tốc độ hòa tan oxy Hình 4.4: Sự phụ thuộc tốc độ ăn mòn vào tốc độ hòa tan oxy 4.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn Trong dung dịch điện ly, tốc độ ăn mòn tăng tăng nhiệt độ T Hình 4.5: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn - 34 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn 4.2.5 Ảnh hưởng tốc độ chuyển động dung dịch: Trong công nghiệp hóa chất có nhiều thiết bị làm việc môi trường chất điện giải chuyển động bơm, van, đường ống, tháp hấp phụ, cánh khuấy, môi trường tốc độ ăn mòn tăng hay giảm − − − − – Nếu chất lỏng không chứa anion hoạt động: F , Cl , Br , I , ban đầu, tăng tốc độ chuyển động chất lỏng tốc độ ăn mòn tăng, sau giảm Nếu tăng mạnh tốc độ chuyển động dòng chất lỏng tốc độ ăn mòn tăng – Nếu chất điện giải có chứa anion hoạt động tạo màng thụ động Do đó, tốc độ ăn mòn tiếp tục tăng Hình 4.6: Ảnh hưởng tốc độ chuyển động dung dịch 4.2.6 Ảnh hưởng dòng điện trở: Rất nhiều thiết bị đường ống làm việc ngầm đất bị ăn mòn tác động dòng điện rò (chủ yếu dòng chiều, dòng xoay chiều không ảnh hưởng) Hình 4.7: Ảnh hưởng dòng điện trở 4.2.7 Ảnh hưởng yếu tố khác: Do vài khâu chi tiết không quy cách, gây nên ăn mòn Nguy hiểm chỗ nối, chỗ hàn, mối hàn - 35 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn Hình 4.8: Ăn mòn mối hàn, mối nối 4.3 Chất làm chậm ăn mòn (CLC): 4.3.1 Khái niệm: Chất làm chậm ăn mòn chất thêm vào môi trường lượng nhỏ tốc độ ăn mòn điện hóa kim loại hợp kim giảm lớn Cơ cấu tác dụng chất làm chậm ngăn cản trình anod cathod hay tạo màng Theo Balezin chất làm chậm chia làm loại sau: – Kiểu A: Chất làm chậm tạo bền mặt hợp kim lớp màng mỏng – Kiểu B: Chất làm chậm làm giảm xâm thực môi trường – Kiểu AB: Kết hợp hai loại Ngoài theo số tác giả khác chất làm chậm gồm có loại sau: – Dựa vào thành phần: CLC vô cơ, CLC hữu – Dựa vào tính chất sử dụng: CLC dung dịch, CLC bay – Dựa vào tính chất môi trường: CLC axit, CLC kiềm, CLC trung tính Để đánh giá CLC dựa vào hai số sau: – Hệ số tác dụng bảo vệ Z: Z= K O − K1 (%) KO Ko: Tốc độ ăn mòn kim loại dung dịch chưa có CLC (g/m 2.h) K1: Tốc độ ăn mòn kim loại dung dịch có CLC (g/m 2.h) – Hiệu bảo vệ ( θ ) θ= K1 (%) Ko 4.3.2 Chất làm chậm Anod: Thường chất oxy hóa, chất chất ngăn cản trình anod, làm thụ động hóa bề mặt anod làm giảm trình anod Những CLC anod thường sử dụng: Na2CrO4, NaNO2, hỗn hợp (NaNO2 – Na2CO3), Ví dụ: Cromat hóa bề mặt sắt, thép - 36 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn 4.3.3 Chất làm chậm Cathod: Thường chất hấp thụ oxy, làm giảm tốc độ ăn mòn khử phân cực oxy Ngoài chất làm giảm hiệu ứng Cathod hay giảm bề mặt Cathod Những CLC Cathod thường sử dụng: Na 2SO3, Ca(HCO3)2, NH2 – NH2, ZnSO4, Ngoài ra, có số ion kim loại As 3− , Bi 3− môi trường axit chúng phóng điện cathod để tạo thành As hay Bi Quá hydro kim loại cao hydro thép 4.3.4 Chất làm chậm hữu cơ: Ngày nay, người ta tìm 3000 CLC, đa số CLC hữu Tác dụng CLC hữu hấp phụ lên bề mặt kim loại làm giảm tốc độ ăn mòn Ảnh hưởng chất hấp phụ đến tốc độ ăn mòn hai yếu tố chính: – Mức độ bao phủ bề mặt ion hay phân tử CLC hữu – Thay đổi điện bị hấp phụ Một số CLC hữu thường sử dụng môi trường axit H 2SO4 22% sau: Bảng 4.1: Một số CLC hữu thường sử dụng môi trường axit H2SO4 22% Tên chất Urotropin Thioure Pyridin Kali Iodua Benzidin Công thức (CH2)6N4 (NH2)2CS C5H5N KI NH2C5H6 Nồng độ ÷ 1,2% 0,005 ÷ 0,01% 1,5 ÷ 2% 0,1 ÷ 1% g/l Z (%) 96,7 ÷ 98 96 40 65 87,7 θ (%) 31 ÷ 47 24 ÷ 25 1,7 98,5 96,5 4.3.5 Chất làm chậm bay hơi: Chất làm chậm bay dùng để bảo vệ kim loại kim loại tiếp xúc với khói hơi, nên gọi CLC bay CLC bay có áp suất bão hòa cao, nhanh chóng chiếm đầy thể tích không gian kín, sau hấp thụ lên bề mặt kim loại bảo vệ kim loại thời gian dài Những đặc trưng quan trọng CLC bay là: – Phbh = 10-2 ÷ 10-4 mmHg 20 ÷ 25oC – Có tác dụng bảo vệ kim loại làm việc không gian kín Tác dụng CLC bay hơi: – Chất làm chậm bay tác dụng với chất khử phân cực, làm giảm độ ẩm môi trường, làm cho bề mặt kim loại ghét nước, hay tạo màng thụ động - 37 Chương 4: Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn Phương pháp sử dụng CLC bay hơi: – Cho CLC bay không gian kín: phòng, hòm kín – Quét CLC bay giấy bao gói Một số CLC bay thường sử dụng: – CLC photphat, loại thường dùng để bảo vệ thép, gang, crom, niken, thiếc Phối liệu sau: 77%NaNO2 + 5,5%(NH4)2HPO4 + 1%Na2CO3 (trọng lượng) Hỗn hợp dạng bột, cho vào bao bì 1m3 không gian cần 1,5kg bột – CLC bay sở natrinitrit benzoat: 32,5%Benzoat + 16,5%NaNO2 + 1%(NH4)2CO3 (trọng lượng) 4.3.6 Chất làm chậm hòa tan dầu mỡ: Chất làm chậm hòa tan dầu mỡ hợp chất hữu mà phân tử có cấu tạo từ hai phần: – Gốc hydrocacbon có trọng lượng phân tử cao (thẳng hay vòng) – Nhóm hoạt động để bảo vệ kim loại Công thức chung: CnH2n-1A Nhóm A: -OH, -COOH, -COOMe, -SO3, -SO2Me, -NO2, -NH2 Cơ cấu tác dụng CLC hòa tan dầu mỡ: – Ngăn cản khuếch tán nước khí ăn mòn qua dầu mỡ – Tạo bề mặt điện cực màng hấp thụ ghét nước, không cho nước qua, không bị nước phân hủy Một số chất CLC hòa tan dầu mỡ sử dụng: Nitro hóa mở khoáng (có gắn gốc –NO 2), hợp chất hydrocacbon mạch cao có gắn gốc –SO3, -NO2, -NH2, hỗn hợp số mỡ có nhiều gốc hoạt động hiệu bảo vệ cao so với đơn chất - 38