Đề cương ăn mòn và bảo vệ vật liệu

Đề cương của khoa Hóa lý Học viện kỹ thuật quân sự. Nhóm High level của lớp CNHH12. Lưu hành nội bộ được upload và chia sẻ trên 123do. Mong mọi người download nhiều để tham khảo................................................................................................................

HIGH LEVEL 201 Mục lục Chương 1+2: Mở đầu Nhiệt động học động học phản ứng ăn mòn .3 Câu 1: Ý nghĩa giản đồ Pourbaix Vẽ giản đồ nước Fe-H 2O?.3 Câu 2: Sự khác pin ăn mòn nguồn điện hóa học? Câu 3: Vẽ hệ pin Daniel – Jacobi phương trình xảy ra? Câu 4: Quy ước Stockhom 1968? Ý nghĩa giá trị điện cực chuẩn kim loại? Nêu phương trình Nersnt ý nhĩa? .5 Câu 5: Phân biệt ăn mòn hóa học (ĂMHH) ăn mòn điện hóa (ĂMĐH) ĂMĐH có tạo dòng điện khơng? Câu 6: Vẽ đường cong phân cực mô tả tượng thụ động hóa xảy anot? Câu 7: Đặc trưng mật độ dòng điện trao đổi? Chương 3: Cơ chế ăn mòn Câu 1: Yếu tố nhiệt động học định đến ăn mòn chênh lệch oxy? Những kim loại, hợp kim nhạy cảm với ăn mòn khe? .8 Câu 2: Giải thích yếu tố nhiệt động học định đến ăn mòn khu vực đường mớn nước? Câu 3: Định nghĩa ăn mòn điểm? Những kim loại, hợp kim mơi trường thường xuyên xảy ăn mòn điểm? Câu 4: Định nghĩa ăn mòn ứng suất, nêu chế ăn mòn ứng suất? Những kim loại, hợp kim thường xảy ăn mòn ứng suất? Câu 5: Định nghĩa mật độ dòng trao đổi? Mật độ dòng trao đổi kim loại đặc trưng cho yếu tố nào, giải thích? 10 Chương 4: Ăn mòn ứng suất 11 Câu Mục đích phép thử với ăn mòn? 11 Câu 2: Ý nghĩa hệ số KI ? .11 Câu 3: Tại ứng suất kéo gây ăn mòn ứng suất nén khơng? 11 Câu 4: Trong kiểu nứt ứng suất kiểu phổ biến nhất? 11 Câu 5: Ảnh hưởng điện ăn mòn ứng suất? 12 Câu 6: Mối quan hệ ăn mòn lỗ ăn mòn ứng suất? 13 Câu 7: Tái thụ động gì? 13 HIGH LEVEL 201 Câu 8: Sự khác ăn mòn ứng suất, ăn mòn mỏi giòn hidro? 13 Chương 5: Ăn mòn mơi trường khí biển 14 Câu 1: Tại ăn mòn khí biển mạnh ăn mòn đất liền .14 Câu 2: Làm rõ ảnh hưởng mơi trường khí biển đến bê tơng .14 Câu Ảnh hưởng nồng độ Cl- đến mức dộ ăn mòn? 15 Chương 6: Ăn mòn mối trường nước .17 Câu 1: Ảnh hưởng pH hệ kín hệ hở? .17 Câu 2: So sánh ăn mòn yếm khí ăn mòn háo khí 17 Câu 3: Độ dẫn điện ảnh hưởng đến ăn mòn? 17 Câu 4: Muối NaCl ảnh hưởng đến độ ăn mòn? .17 Câu : Cl- nước nước biển khác nào? Cl- nước có phải nguyên nhân gây ăn mòn lỗ khơng? Ăn mòn mơi trường nghiêm trọng hơn, nước biển hay nước ngọt? 18 Câu 6: Ăn mòn nước biển khí biển khác nào? 18 Câu 7: Quá gì? Ảnh hưởng q khí hydro với kim loại khác trog q trình ăn mòn? 19 Câu 8: Ảnh hưởng kim loại đến q trình ăn mòn? 19 Chương 7: Phương pháp bảo vệ catot 22 Câu 1: Tại thường áp dụng phương pháp bảo vệ catot cho thép môi trường nhẹ nước, đất , môi trường biển? .22 Câu 2: Giải thích chế bảo vệ catot sử dụng dòng điện ngồi? 22 Câu 3: Giải thích đường cong phân cực bảo vệ catot môi trường? 23 Câu 4: Dung lượng anot hy sinh gì? 24 Câu 5: Tại bảo vệ catot với điện khống chế lại áp dụng mơi trường dòng thay đổi? 24 Câu 6: Trong trường hợp mơi trường có tính ăn mòn mạnh, có hướng đề bảo vệ catot khỏi ăn mòn? 24 Câu 7: So sánh phương pháp sử dụng ăn mòn điện khống chế dòng điện ngồi .24 HIGH LEVEL 201 Câu 8: Tại môi trường axit, việc sử dụng phương pháp dòng điện ngồi lại khơng kinh tế? .25 Câu 9: Sự phân cực catot ảnh hưởng đến vận tốc ăn mòn nào? .25 Câu 10: Nguyên lý phương pháp bảo vệ catot : 25 Câu 11: So sánh phương pháp bảo vệ catot bảo vệ anot .26 Câu 12: Mơ tả q trình bảo vệ catot dòng điện ngồi đường cong phân cực? 27 Câu 13: Mơ tả q trình bảo vệ catot anot hy sinh đường cong phân cực? 29 Câu 14: Tại người ta không sử dụng phương pháp bảo vệ catot nói chung mơi trường có tính ăn mòn mạnh? 29 Chương 8: Chất ức chế ăn mòn .30 Câu 1: Ảnh hưởng ion Cl- đến trình sử dụng chất ức chế ăn mòn? 30 Câu 2: Ức chế anot ức chế catot, ức chế hiệu hơn? 30 Câu 3: Thiếu nồng độ chất ức chế ăn mòn gây ăn mòn gì? 30 Câu 4: Sự khác chất ức chế ăn mòn oxy hóa chất ức chế ăn mòn khơng oxy hóa phần ức chế anot? 30 Câu 5: Giải thích thay đổi độ dốc phân cực catốt đường cong phân cực thêm chất ức chế catốt? 31 Câu 6: Tại cơng nghiệp dầu khí thường sử dụng hợp chất hữu chứa nitơ làm chất ức chế ăn mòn 32 Câu 7: Trong ức chế hỗn hợp, ảnh hưởng hiệu ứng hút e đẩy e nào? 32 Câu 8: Tại khả ức chế ăn mòn dẫn xuất thioure lại phụ thuộc vào khối lượng phân tử chúng? .32 Câu 9: Tại sử dụng oxy hòa tan chất ức chế ăn mòn khơng oxy hóa? 33 Câu 10: Tại sử dụng hidrazin làm chất loại trừ tác nhân an mòn oxy hòa tan phản ứng sinh H +? 33 Câu 11: Có thể sử dụng chất oxy hóa khác ngồi Cromat, nitri, nitrat làm chất ức chế ăn mòn anot không? .33 Câu 12: Biện pháp ngăn ngừa phồng rộp khí hydro q trình ức chế catot? .33 HIGH LEVEL 201 Câu 13: Ảnh hưởng nồng độ chất ức chế đến trình ức chế ăn mòn? Biện pháp xác định nồng độ chất ức chế cho lượng chất ức chế phù hợp? 34 Câu 14: Trong ức chế catot, thường sử dụng kết tủa canxicacbonat magiehydroxit? .34 Câu 15: Có thể kết hợp phương pháp loại trừ tác nhân ăn mòn phương pháp sử dụng chất oxy hóa ức chế anốt khơng?Vì sao? .34 Câu 16: So sánh phương pháp bảo vệ anot , catot với phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn 34 Câu 17: Điều kiện áp suất sử dụng chất ức chế pha hơi34 Câu 18: Ảnh hưởng cấu trúc chất ức chế hỗn hợp đến trinh ức chế ăn mòn? 35 Câu 19: Ảnh hưởng pH đến tạo kết tủa phần ức chế catot cách chỉnh pH hiệu quả? 35 Câu 20: Tại sử dụng hợp chất hữu có chứa nguyên tử O, N, S… làm chất ức chế ăn mòn? 35 Đề cương Ăn mòn bảo vệ vật liệu Chương 1+2: ứng ăn mòn Mở đầu Nhiệt động học động học phản Câu 1: Ý nghĩa giản đồ Pourbaix Vẽ giản đồ nước FeH2O? * Ý nghĩa giản đồ Pourbaix: - Trình bày phụ thuộc giá trị điện cực vào giá trị pH môi trường phản ứng - Xây dựng sở số liệu nhiệt động học cho phép giải thích trạng thái tồn tại, tính chất đơn chất hợp chất nhưu khả chuyển hóa chất có hệ khảo sát - Sự ĂM KL theo chế ĐH môi trường nước ln gắn liền với q trình: + Sự OXH KL anot + Sự Khử catot Khử ion H3O+ khử Oxi hòa tan dd khử nước HIGH LEVEL 201 - Sự ĂM KL theo chế ĐH phụ thuộc vào giá trị điện cực anot catot * Giản đồ E-pH nước * Giản đồ E-pH Fe-H2O 1: pư oxh-k thúy, không phụ thuộc pH: Fe2+ + 2e → Fe(s) 2: pư oxh-k thúy, không phụ thuộc pH: Fe3+ + 3e → Fe(s) 3: pư axit – bazo: 2Fe3+ + 3H2O → Fe2O3(s) + 6H+ 4: gồm loại pư trên: 2Fe2+ + 3H2O → Fe2O3(s) + 6H+ + 2e 5: gồm loại pư trên: 2Fe3O4(s) + H2O → 3Fe2O3(s) + + 2H + 2e Câu 2: Sự khác pin ăn mòn nguồn điện hóa học? Pin điện hóa - Gồm trình: + Anot + Catot + Dẫn điện → khơng sinh dòng điện - Sự oxh khử xảy Nguồn điện hóa học - Gồm trình: + Anot + Catot + Chuyển e → sinh dòng điện - Sự oxh khử xảy nơi HIGH LEVEL 201 bề mặt vật liệu khác dòng chuyển dịch e cho chạy qua dây dẫn Câu 3: Vẽ hệ pin Daniel – Jacobi phương trình xảy ra? - Nguyên tố Daniell - Jacobi gồm đồng kẽm dùng làm điện cực nhúng vào dung dịch CuSO4 ZnSO4 tương ứng có nồng độ xác định, dung dịch ngăn cách vách ngăn xốp để tránh pha trộn chúng - Sơ đồ nguyên tố điện hóa Daniell - Jacobi kí hiệu : Zn / ZnSO4 ( 0,1 M ) // CuSO4 ( 0,01 M ) / Cu Ta xác định biến đổi hóa học xảy pin có Faraday qua theo hướng để có oxi hóa bên điện cực bên trái khử bên điện cực bên phải Anion di chuyển điện cực bên trái (anod) cation di chuyển điện cực bên phải (catod) Ở anod : Zn - 2e Zn2+ Phản ứng oxi hóa Ở catod : Cu 2+ + 2e Cu Phản ứng khử Phản ứng xảy pin tổng cộng phản ứng điện cực : Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Gọi E sức điện động pin : E > phản ứng xảy theo chiều viết E < Phản ứng xảy theo chiều ngược lại HIGH LEVEL 201 Điện tích hệ cân nhờ chuyển sịch dòng ion 2+ “mạch trong” theo sơ Zn đồ: SO4 2Cầu muối NH4NO3 dd ZnSO4 NO3 dd CuSO4 NH4 + + Câu 4: Quy ước Stockhom 1968? Ý nghĩa giá trị điện cực chuẩn kim loại? Nêu phương trình Nersnt ý nhĩa? * Quy ước Stockhom 1968: hệ điện hóa quy ước sau: Điện cực | dd điện cực nhung vào || dd điện cực nhúng vào | điện cực VD: Zn|ZnSO4 || CuSO4|Cu ; Pt(H2)|H+ || Ag+|Ag * Ý nghĩa giá trị điện cực chuẩn kim loại: - Là khả cho nhận e cặp chất oxh - khử điều kiện xác định - Thế điện cực chuẩn cặp oxh-k có số trị suất điện động pin tạo điện cực hidro chuẩn điện cực kim loại với dấu dương âm dấu cảu điện cực kim loại - Theo qui ước: Epin = Eđc phải – Eđc trái * Phương trình Nersnt ý nghĩa: - Phương trình Nersnt: - Ý nghĩa: cặp oxh-k có hoạt độ khác Vì phương trình Nersnt cho ta thấy điện cực cặp oxh-k phụ thuộc vào nồng độ, môi trường, nhiệt độ Câu 5: Phân biệt ăn mòn hóa học (ĂMHH) ăn mòn điện hóa (ĂMĐH) ĂMĐH có tạo dòng điện khơng? Ăn mòn hóa học Ăn mòn điện hóa Cùng trình oxh – khử - Các e KL chuyển trực - Các e chuyển dời từ cực âm tiếp đến chất môi trường đến cực dương HIGH LEVEL 201 - Thường xảy phận thiết bị lò đốt thiết bị thường xuyên tiếp xúc với nước, oxi, clo - Khơng phát sinh dòng điện - Khơng nghiêm trọng ĂMĐH - Xảy có đủ điều kiện: + điện cực phải khác + Được nối với dây dẫn + Tiếp xúc dd - Phát sinh dòng điện - Gây ảnh hưởng lớn tới kinh tế Câu 6: Vẽ đường cong phân cực mô tả tượng thụ động hóa xảy anot? Phương pháp phân cực động - Đo đặc tính phân cực mẫu môi trường làm việc cách vẽ đường đáp ứng dòng hàm áp vào Dòng đo biến thiên nhiều lần, thường người ta vẽ đường bán logarit dòng với Đường gọi đường phân cực động - Đường phân cực anôt cung cấp thông tin quan trọng như: + Khả vật liệu bị thụ động môi trường + Vùng mà vật liệu nằm trạng thái thụ động + Tốc độ ăn mòn vùng thụ động HIGH LEVEL 201 Đường phân cực anốt thép không gỉ 430 dung dịch H2SO4 0,05N Câu 7: Đặc trưng mật độ dòng điện trao đổi? - Đặc trưng cho trao đổi không ngừng ion kim loại ranh giới bề mặt kim loại dung dịch với tốc độ không đổi - Khi ia = ik =io trạng thái cân thiết lập cực HIGH LEVEL 201 Chương 3: Cơ chế ăn mòn Câu 1: Yếu tố nhiệt động học định đến ăn mòn chênh lệch oxy? Những kim loại, hợp kim nhạy cảm với ăn mòn khe? * Yếu tố nhiệt động học ảnh hưởng đển ăn mòn chênh lệch oxy: - Do chênh lệch điện nơi oxy khó thâm nhập dẫn đến biến thiên pH (dung dịch) khe hình thành cặp pin ăn mòn dạng: khe – bề mặt hở * Nhữn kim loại, hợp kim nhạy cảm với ăn mòn khe: - Những kim loại hợp kim, mà trạng thái thụ động liên quan tới oxy hòa tan chất gây thụ động dung dịch, nhạy cảm với ăn mòn khe Sự khó thâm nhập chất vào khe làm cho nồng độ chúng nhỏ nồng độ tới hạn gây thụ động Do đó, kim loại hợp kim chuyển từ trạng thái thụ động sang hoạt động xảy ăn mòn khe - VD: Fe, Zn, hợp kim AL Câu 2: Giải thích yếu tố nhiệt động học định đến ăn mòn khu vực đường mớn nước? - Do biến thiên nồng độ pin thơng khí khơng giải thích có tăng cường ăn mòn khu vực gần đường mớn nước - Khu vực đường mớn nước có nồng độ oxy nghèo khu vực đường mớn nước - Khu vực trở thành anot kim loại bị hòa tan: Fe → Fe2+ + 2e - Khu vực đường mớn nước trở thành catot thực trình khử O2: O2 + 2H2O + 4e → OH- Ta thấy rằng, khu vực đường mớn bị thụ động tạo kiềm mạnh khu vực đường mớn vùng kim loại hoạt động nên bị ăn mòn HIGH LEVEL 201 Câu 4: Dung lượng anot hy sinh gì? Là dung lượng điện tích thực tế mà anot hy sinh sinh Câu 5: Tại bảo vệ catot với điện khống chế lại áp dụng mơi trường dòng thay đổi? - Vì áp điện khống chế vào làm thay đổi mật độ dòng phân cực anot catot làm thay đổi tốc độ ăn mòn Đối với phương pháp bảo vệ catot tốc độ ăn mòn anot giảm (do mật độ dòng ia giảm) tốc độ ăn mòn catot tăng (do mật độ dòng i c tăng) Câu 6: Trong trường hợp môi trường có tính ăn mòn mạnh, có hướng đề bảo vệ catot khỏi ăn mòn? - Để bảo vệ catot khỏi ăn mòn ta áp dụng phương pháp: + Chất ức chế ăn mòn catot: loại đầu độc catot; loại kết tủa catot + Phương pháp bảo vệ catot: sử dụng dòng điện ngồi; anot hy sinh + Lớp phủ kim loại Câu 7: So sánh phương pháp sử dụng ăn mòn điện khống chế dòng điện ngồi PP điện khống chế - Áp điện định ban đầu vào vật cần bảo vệ để điện trở vật bị thay đổi mật độ dòng thay đổi theo Do khơng làm tăng đến tốc độ ăn mòn - Được sử dụng rộng rãi sử dụng nguồn xoay chiều PP dòng điện ngồi … - Sử dụng tốn chi phí sử dụng dòng cao sử dụng nguồn chiều Câu 8: Tại mơi trường axit, việc sử dụng phương pháp dòng điện ngồi lại khơng kinh tế? - Xét đường cong phân cực thép môi trường axit HIGH LEVEL 201 - Tốc độ ăn mòn chưa phân cực anốt có mật độ dòng i corr = 103 A/cm2 Phân cực catốt khoảng 120 mV làm giảm mật độ ăn mòn xuống ia = 10-6 A/cm2 Trong trường hợp đòi hỏi áp dặt mật độ dòng iapp = 1,5.10-2 A/cm2 nghĩa m2 cần dùng cường độ dòng 150 A Điều không kinh tế, nên phương pháp bảo vệ catốt dòng ngồi khơng thực tế áp dụng cho mơi trường có tính axít xâm thực với tốc độ ăn mòn cao - Ngồi ra, phản ứng khử catốt sinh nhiều hydrơ gây nguy hiểm, đồng thời lớp phủ rẻ tiền để giảm dòng điện ngồi thường khơng chịu mơi trường axít Câu 9: Sự phân cực catot ảnh hưởng đến vận tốc ăn mòn nào? Khi áp dòng áp đặt vào làm tăng phân cực catot làm tăng tốc độ phản ứng catot (do tăng mật độ dòng) hydro nhiều đồng thời làm giảm trình phản ứng anot (do giảm mật độ dòng)làm tốc độ ăn mòn kim loại giảm Câu 10: Nguyên lý phương pháp bảo vệ catot : + Bảo vệ catot phân cực catot bề mặt kim loại bị ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn + Có hai phương pháp bảo vệ catot : dùng điện anot hy sinh + Bảo vệ catot dòng ngồi dịch chuyển ăn mòn phía âm kéo theo giảm dòng ăn mòn đến cực tiểu HIGH LEVEL 201 + Bảo vệ catot anot hy sinh, nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác có điện âm kim loại cần bảo vệ dịch chuyển phía âm kéo theo giảm tốc độ ăn mòn + Phương pháp bảo vệ catot áp dụng cho kim loại thường áp dụng cho cấu trúc thép cacbon mơi trường ăn mòn dẫn điện đất , nước nước biển + Phương pháp khơng dùng mơi trường có tốc độ ăn mòn cao ( mơi trường axit ) hiệu kinh tế không cao phản ứng khử catot sinh nhiều H gây nguy hiểm đồng thời lớp phủ rẻ tiền để giảm dòng điện ngồi thường khơng chịu mơi trường axit Câu 11: So sánh phương pháp bảo vệ catot bảo vệ anot - Giống nhau: sử dụng phân cực điện hóa để giảm vận tốc ăn mòn - Khác chế hoạt động , phương pháp thiết bị sử dụng Bảo vệ anot Bảo vệ catot Cơ chế hoạt Bảo vệ anốt sử dụng Bảo vệ catốt sử dụng động dòng anốt để phân cực dòng catốt để phân cực bề mặt ăn mòn bề mặt vùng điện vùng điện dương âm làm giảm (vùng thụ động) tốc độ hòa tan anốt Kim loại áp Chỉ có kim loại hợp Mọi kim loại hợp dụng kim tạo lớp màng kim thụ động Tính ăn mòn dung dịch So sánh chi phí Lắp đặt Bảo dưỡng Vận hành Khả phân bố Biến thế- chỉnh lưu Dòng áp đặt Trung bình đến mạnh - Cao Cao Rất thấp Rất cao Khống chế điến Rất thấp Yếu đến trung bình - Thấp Thấp Cao Thấp Dòng khơng đổi khống chế điện Cao HIGH LEVEL 201 Thường biện pháp trực tiếp để đo tốc độ ăn mòn trình bảo vệ Điều kiện hành Phụ thuộc vào dòng khử catốt Khơng phải biện pháp đo xác tốc độ ăn mòn tăng theo tốc độ ăn mòn vận Có thể xác định Thường xác định xác phép đo điện theo phép thử thực hóa nghiệm theo kinh nghiệm Câu 12: Mơ tả q trình bảo vệ catot dòng điện đường cong phân cực? a Bảo vệ catốt cho thép mơi trường axít Đường cong phân cực thép dung dịch axít có dạng sau: - Tốc độ ăn mòn chưa phân cực anốt 10 -3 A/cm2 Phân cực catốt khoảng 120 mV (tương ứng với dòng áp đặt iapp) làm giảm tốc độ ăn mòn xuống 10-6 A/cm2 Độ giảm phụ thuộc vào độ dốc đường cong phân cực anốt (hệ số Tafel anốt βa ) Trong trường hợp βa = 40 mV, nên ứng với độ giảm 40 mV làm giảm tốc độ ăn mòn 10 lần - Đường cong phân cực catốt cho biết mật độ dòng điện ngồi áp đặt, iapp, ứng với mức phân cực catốt Trong ví dụ trên, HIGH LEVEL 201 iapp vào khoảng 1,5 x 10-2 A/cm2 nghĩa m2 bề mặt ống cần dùng cường độ dòng 150 A Điều không kinh tế, nên phương pháp bảo vệ catốt không thực tế áp dụng cho môi trường có tính axít xâm thực với tốc độ ăn mòn cao b) Bảo vệ catốt cho thép nước trung tính thơng khí nước biển - Ăn mòn bị khống chế khuếch tán oxy hòa tan đến bề mặt ăn mòn iL = icor = 100 μA/cm2 Giả sử βa = 40 mV trường hợp trên, độ phân cực catốt khoảng 120 mV làm giảm tốc độ ăn mòn xuống 0,1 μA/cm2 Do tốc độ ăn mòn mật độ dòng áp đặt bị giới hạn iL, nên iapp tối đa 100 μA/cm2 Giá trị cường độ dòng áp đặt lớn (1 m2 bề mặt cần A), giảm cách dùng lớp phủ (thường bền ăn mòn mơi trường trung tính) Nếu phân cực catốt dư (điện catốt chuyển phía âm nữa), phản ứng phóng điện nước xảy 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Hydrơ (dù mơi trường trung tính hay kiềm) phá hủy lớp phủ gây giòn hydrơ cho cấu trúc Ngồi phản ứng khử làm tiêu tốn thêm cường độ dòng áp đặt HIGH LEVEL 201 Câu 13: Mơ tả q trình bảo vệ catot anot hy sinh đường cong phân cực? - Kim loại cần bảo vệ có điện dương bảo vệ catot kim loại có điện âm bị ăn mòn - Điện tử di chuyển từ anot hy sinh (KL có điện âm hơn) đến catot (kim loại có điện dương – kim loại cần bảo vệ) - Phản ứng M – ne � M+n kim loại cần bảo vệ giảm điện tử dư đến từ anot hi sinh Nhưng phản ứng khử oxi hòa tan O + 2H2O + 4e � 4OH-) phản ứng khí hydro : (2H 2O + 2e � H2 + 2OH – ) tăng lên - Hai kim loại phân cực điện “ngắn mạch” ESC với dòng điện IG(SC) chạy mạch Tại ESC, tốc độ ăn mòn kim loại giản từ Icor Icor(SC) Khi có điện trở dung dịch R Ω , anot hy sinh catot I R điện hai điện cực chênh lệch giá trị G(R)Ω Khi dòng ăn mòn giảm đến I cor(R ) dòng điện mạch đạt IG(R) , lượng tiêu hao anot giảm Câu 14: Tại người ta không sử dụng phương pháp bảo vệ catot nói chung mơi trường có tính ăn mòn mạnh? - Với PP bảo vệ catot mơi trường ăn mòn mạnh ta cần áp vào bề mặt kim loại gây tiêu tốn thêm lượng lớn dòng áp đặt dùng lớp anot hy sinh lớn Điều không kinh tế HIGH LEVEL 201 PP bảo vệ catot khơng áp dụng cho mơi trường có tính axit xâm thực với tốc độ ăn mòn cao HIGH LEVEL 201 Chương 8: Chất ức chế ăn mòn Câu 1: Ảnh hưởng ion Cl- đến trình sử dụng chất ức chế ăn mòn? - Ion Cl- có tác dụng làm giảm làm phá vỡ vùng thụ động bề mặt mà chất ức chế ăn mòn tạo để bảo bề mặt - Ion Cl- tăng khả dẫn điện môi trường làm gián tiếp tăng khả trao đổi điện tích làm tăng tốc độ ăn mòn Câu 2: Ức chế anot ức chế catot, ức chế hiệu hơn? Ức chế anot - Sử dụng dd trung tính - Cơ chế: tạo màng thụ động -Nhược điệm: dùng nồng độ không đủ, hay nồng độ giảm xuống mức giới hạn thì: + Điện ăn mòn nằm vùng hoạt động làm tăng tốc độ ăn mòn + Điện ăn mòn nằm vùng chuyển tiếp hoạt động – thụ động gây ăn mòn lỗ Ức chế catot - Sử dụng dd axit kiềm - Cơ chế: + đầu độc catot + kết tủa catot - Nhược điểm: + Với chế đầu độc (môi trường dd axit): gây tượng giòn phồng rộp kim loại hydro hấp phụ vào bên vật liệu + Với chế kết tủa (môi trường dd bazo): nồng độ kiềm dư lớp kết tủa hình thành dạng nhớt, xốp khơng bảo vệ vật liệu Nếu hình thành lớp kết tủa mà pH bị dịch chuyển phía axit màng bảo vệ bị hòa tan KL: Sự thiếu hụt nồng độ chất ức chế catot không gây ăn mòn cục chất ức chế anot, nhiên chất ức chế anot lại hiệu HIGH LEVEL 201 Câu 3: Thiếu nồng độ chất ức chế ăn mòn gây ăn mòn gì? - Câu phần ức chế anot nêu Câu 4: Sự khác chất ức chế ăn mòn oxy hóa chất ức chế ăn mòn khơng oxy hóa phần ức chế anot? Chất ức chế ăn mòn oxy hóa - Sử dụng chất có tính oxi hóa cromat (CrO4-), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) để thụ động lên bề mặt thép khơng có mặt oxi - Cơ chế: + có mặt chất oxi hóa xảy q trình hấp phụ tạo màng oxit bề mặt thép + Sự hấp phụ làm anốt bị phân cực điện đủ để tạo thành lớp Fe2O3.H2O mỏng có tính bảo vệ + Ngoài phản ứng khử cromát tạo Cr2O3, lớp oxit bề mặt thép hổn hợp oxit sắt oxit crôm 2CrO42- +10H+ + 6e→Cr2O3 + 5H2O Chất ức chế ăn mòn khơng oxy hóa - Sử dụng chất khơng có tính oxi hóa natri benzoat, polyphotphat, natri cinamat, tungstenat, molybdat, cần phải có mặt oxy để thụ động thép - Cơ chế: + Khi có mặt oxy hòa tan dung dịch chất thụ động khơng oxy hóa gây thụ động + Các chất thúc đẩy hấp phụ oxy anốt dẫn đến phân cực vùng thụ động + Các chất thụ động khơng oxy hóa nguy hiểm hàm lượng chúng bị thiếu hụt (vì oxy yêu cầu cho thụ động tác nhân ăn mòn.) Câu 5: Giải thích thay đổi độ dốc phân cực catốt đường cong phân cực thêm chất ức chế catốt? - Các chất đầu độc catot sunfua, selenua hấp phụ nên bề mặt kim loạitrong hợp chất Asen, Bitmut Sb bị khử catot tạo thành lớp kim loại làm cho phản ứng phóng HIGH LEVEL 201 điện hydro khó khăn hay làm giảm tốc độ phản ứng khử catot, làm đường cong phân cực catot dốc xuống - Trong dung dịch axit phản ứng khử catot 2H + +2e → H2 xảy giai đoạn: + ion hydro bị khử thành nguyên tử hydro hấp thụ bề mặt kim loại: 2H+ +2e → H0 + Hai nguyên tử hydro kết hợp tạo phân tử hydro bay khỏi bề mặt kim loại 2H0 → H2 - Chất ức chế catot khống chế phản ứng ăn mòn cách giảm tốc độ phản ứng khử catot (đầu độc catot) kết tửa trọn lọc khu vực catot Chất ức chế làm độ dốc đường cong phân cực anot không đổi làm thay đổi độ dốc đường cong phân cực catot - Các chất đầu độc catot sunfua, selenua hấp phụ nên bề mặt kim loạitrong hợp chất Asen, Bitmut Sb bị khử catot tạo thành lớp kim loại làm cho phản ứng phóng điện hydro khó khăn hay làm giảm tốc độ phản ứng khử catot, làm đường cong phân cực catot dốc xuống Câu 6: Tại cơng nghiệp dầu khí thường sử dụng hợp chất hữu chứa nitơ làm chất ức chế ăn mòn - Trong cơng nghiệp dầu khí thường dùng hợp chất hữu mạch dài có chứa nitơ ( amine amide) làm chất ức chế ăn mòn HIGH LEVEL 201 chúng hòa tan vào dung dịch (hoặc tan ) kìm hãm tốc độ ăn mòn hấp phụ che phủ bề mặt kim loại Chúng tạo lớp màng gắn kết vào kim loại thơng qua nhóm phân cực Các hydrocacbon (dầu) hấp phụ vật lý vào phần đuôi không phân cực chất ức chế làm tăng bề dày màng tăng hiệu ức chế ăn mòn Câu 7: Trong ức chế hỗn hợp, ảnh hưởng hiệu ứng hút e đẩy e nào? - Khoảng 80% chất ức chế, hợp chất hữu cơ, xếp vào loại ức chế anốt hay catốt gọi chung chất ức chế hỗn hợp Tính hiệu chất ức chế hỗn hợp có liên quan đến mức độ hấp phụ bao phủ bề mặt kim loại chúng - Hấp phụ kết tương tác tĩnh điện điện tích bề mặt kim loại ion mang điện phân tử chất ức chế - Khi bề mặt kim loại tích điện dương hấp phụ chất ức chế tích điện âm (anion) thuận lợi sau cation hữu hấp phụ tiếp lên ion (do ảnh hưởng hiệu ứng hút e đẩy e) tạo lớp màng polymer khống chế ăn mòn Khả bảo vệ tăng lên đáng kể bề dày lớp màng tăng Câu 8: Tại khả ức chế ăn mòn dẫn xuất thioure lại phụ thuộc vào khối lượng phân tử chúng? - Hiệu ức chế dẫn xuất thiourea phụ thuộc vào khối lượng phân tử Khối lượng phân tử lớn thì hiệu ức chế cao - Do tính hiệu chất ức chế hữu có liên quan đến mức độ hấp phụ bao phủ bề mặt kim loại chúng Mức độ hấp phụ lại phụ thuộc vào cấu trúc chất ức chế, điện tích bề mặt kim loại loại dung dịch ăn mòn Nồng độ dẫn xuất thiourea để đạt hiệu ức chế 90% Nồng Khối Chất ức chế Cấu trúc hóa học độ lượng (mol/l) phân tử Thiourea H2N-CS-NH2 0,1 76,13 Allyl thiourea H2N-CS-NH-CH2CH=CH2 0,1 116,19 HIGH LEVEL 201 N,N-Diethyl thiourea N,N-Diisopropyl thiourea Phenyl thiourea Thiocarbamide Symdiotolythio urea C2H5HN-CS-NHC2H5 0,003 132,23 C3H7HN-CS-NHC3H7 0,001 160,28 H2N-CS-NH-C6H5 C6H5HN-CS-NHC6H5 CH3C6H4HN-CSNHC6H4CH3 0,001 0,0006 152,21 228,38 0,0004 256,35 Câu 9: Tại sử dụng oxy hòa tan chất ức chế ăn mòn khơng oxy hóa? Các chất thụ động khơng oxy hóa gây thụ động có mặt oxy hòa tan dung dịch để xảy thụ động Các chất thúc đẩy hấp phụ oxy anot dẫn đến phân cực vùng thụ động Các chất thụ động khơng oxy hóa nguy hiểm hàm lượng chúng bị thiếu hụt oxy yêu cầu cho thụ động hóa tác nhân ăn mòn Câu 10: Tại sử dụng hidrazin làm chất loại trừ tác nhân an mòn oxy hòa tan phản ứng sinh H +? Quá trình loại trừ oxy: Quá trình làm giảm nồng độ oxi tăng nồng độ H + Tuy nhiên hình thành H+ kèm theo đo hình thành NO2- làm thụ động anot q trình ăn mòn xảy đồng thời trình làm tác nhân oxy hóa q trình thụ động anot Câu 11: Có thể sử dụng chất oxy hóa khác ngồi Cromat, nitri, nitrat làm chất ức chế ăn mòn anot khơng? - Khơng thể sử dụng chất oxy hóa khác để làm chất ức chế ăn mòn thay dùng cromat, nitri, nitrat chất ức chế thường gây ô nhiễm môi trường mà hiệu tạo thành lớp màng thụ động không bền vững dẫn đến hiệu bảo vệ không cao Câu 12: Biện pháp ngăn ngừa phồng rộp khí hydro q trình ức chế catot? - Chọn vật liệu không nhạy cảm với giòn hydro, đặc biệt nơi tiếp xúc với hydro HIGH LEVEL 201 - Ảnh hưởng cấu trúc tế vi hợp kim Sau tôi, hợp kim bị giòn hydro - Sử dụng chất ức chế: O2; H2O; SO2 trung hòa ảnh hưởng có hại H2S (một chất thúc đẩy q trình mòn hydro) Câu 13: Ảnh hưởng nồng độ chất ức chế đến q trình ức chế ăn mòn? Biện pháp xác định nồng độ chất ức chế cho lượng chất ức chế phù hợp? - Ảnh hưởng nồng độ chất ức chế đến q trình ức chế ăn mòn (phần I.2) Câu 14: Trong ức chế catot, thường sử dụng kết tủa canxicacbonat magiehydroxit? Thường sử dụng kết tủa canxicacbonat magiehydroxit ức chế anot - Các chất kết tủa catốt làm tăng độ kiềm phía catốt kết tủa hợp chất không tan lên bề mặt kim loại - CaCO3 Mg(OH)2 chất kết tủa bền, có bề mặt cứng nhẵn vỏ trứng nồng độ kiềm vừa đủ Do làm tăng khả bảo vệ ăn mòn Câu 15: Có thể kết hợp phương pháp loại trừ tác nhân ăn mòn phương pháp sử dụng chất oxy hóa ức chế anốt khơng?Vì sao? Có thể kết hợp phương pháp vì: - Chất loại trừ tác nhân ăn mòn làm tiêu trừ tác nhâm ăn mòn Oxy - Sau loại bỏ khí oxy q trình thụ động hóa của PP sử dụng chất oxy hóa ức chế ăn mòn anot xảy Câu 16: So sánh phương pháp bảo phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn Bảo vệ catot – bảo vệ anot Cơ chế bảo vệ Sử dụng phân cực điện hóa để giảm tốc độ ăn mòn vệ anot , catot với PP dùng chất ức chế ăn mòn Giảm tốc độ ăn mòn cách tạo màng ngân cách loại HIGH LEVEL 201 Kim loại áp dụng trừ tác nhân gây ăn mòn - Đối với catot: kim Có tính chọn lọc cao loại hợp kim - Đối với anot: KL hợp kim tạo lớp màng thụ động Câu 17: Điều kiện áp suất sử dụng chất ức chế pha Các chất ức chế pha cần phải tạo hiệu ức chế nhanh chóng có ảnh hưởng kéo dài Do chúng phải có độ bay cao để bão hòa tất không gian nhanh tốt, nhiên độ bay cao chúng dễ bị tổn thất nhanh chóng qua kẽ hở thiết bị Áp suất tối ưu chất áp suất vừa đủ để trì nồng độ chất ức chế tất bề mặt kim loại - Tính chất số chất ức chế pha : Hợp chất Dicyclohexylaminnitrit Cyclohexylamincacbonat Áp suất mmHg 25 0.0002 0.4 Ghi Bảo vệ thép, Al, vật mạ thiếc Tăng tốc độ ăn mòn Zn, Mg Cd, Pb Cu Làm màu chất dẻo Bảo vệ thép , Al , kim loại hàn, Sn Zn Khơng ảnh hưởng đến Cd Tăng tốc độ ăn mòn Cu, đồng thau Mg Câu 18: Ảnh hưởng cấu trúc chất ức chế hỗn hợp đến trinh ức chế ăn mòn? - Tính hiệu chất ức chế hữu có liên quan đến mức độ hấp phụ bao phủ bề mặt kim loại chúng Mức độ hấp phụ lại phụ thuộc vào cấu trúc chất ức chế, điện tích bề mặt kim loại loại dung dịch ăn mòn HIGH LEVEL 201 - Hấp phụ kết tương tác tĩnh điện điện tích bề mặt kim loại ion mang điện phân tử chất ức chế - Điện tích chất ức chế phụ thuộc vào có mặt điện tử liên kết lỏng lẻo, cặp điện tử tự do, đám mây điện tử π, hệ vòng thơm nhóm chức chứa nguyên tố nhóm V VI bảng phân loại tuần hoàn - Hầu hết chất ức chế hữu có chứa nhóm chức xem trung tâm phản ứng nhóm liên kết Lực hấp phụ phụ thuộc vào điện tích nhóm liên kết vào điện tích nguyên tố khác (N, S) có mặt nhóm chức Cấu trúc phần lại phân tử ảnh hưởng đến mật độ điện tích nhóm liên kết Câu 19: Ảnh hưởng pH đến tạo kết tủa phần ức chế catot cách chỉnh pH hiệu quả? - Phần I.2 - Điều chỉnh: Để kiểm tra xem pH có điểm cân hay khơng phải chuẩn độ pH trước sau lắc dung dịch có chứa chất ức chế Nếu kết pH điểm cân Câu 20: Tại sử dụng hợp chất hữu có chứa nguyên tử O, N, S… làm chất ức chế ăn mòn? Vì hợp chất hữu dễ dàng phân hủy phản ứng sinh gốc SO42-, NO3- tạo lớp màng thu động bề mặt kim loại ... Chương 5: Ăn mòn mơi trường khí biển Câu 1: Tại ăn mòn khí biển mạnh ăn mòn đất liền - Ăn mòn khí dạng ăn mòn xảy mơi trường khơng khí tự nhiên có chưa nước vùng mớm nước - Ăn mòn khí ăn mòn điện... pháp bảo vệ catot tốc độ ăn mòn anot giảm (do mật độ dòng ia giảm) tốc độ ăn mòn catot tăng (do mật độ dòng i c tăng) Câu 6: Trong trường hợp mơi trường có tính ăn mòn mạnh, có hướng đề bảo vệ catot... chế bảo vệ catot sử dụng dòng điện ngồi? Cơ chế: Bảo vệ catot dòng ngồi dịch chuyển ăn mòn phía âm kéo theo giảm dòng ăn mòn đến cực tiểu HIGH LEVEL 201 Tại điểm O, ứng với ăn mòn E ăm có dòng ăn