BÀI TẬP XỬ LÝ VÀ HÓA BỀN 2

MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Bài tập 2: Với môi trường cho trước phải chọn vật liệu nào? Chọn mơi trường khí để phân tích ăn mòn mơi trường chọn vật liệu phù hợp với môi trường Ăn mòn mơi trường khí - Hiện tượng ăn mòn kim loại điều kiện khí ẩm ăn mòn 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 mòn điện hố hồ tan kim loại - Ăn mòn khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau đây: a Độ ẩm - Độ ẩm điều kiện cần phải có để xảy tượng ăn mòn điện hố, chưa phải điều kiện đủ Để xảy tượng ăn mòn điện hố bề mặt phải tồn lớp màng mỏng chất điện li gồm màng mỏng nước chất điện li hoà tan, ví dụ Cl –, , … Tuỳ theo độ ẩm bề mặt mà người ta phân loại ăn mòn khí quyển: + Ăn mòn khí khơ - kim loại tác dụng trực tiếp với oxi tạo màng oxit cực mỏng, xem phản ứng hố học, khơng gây tượng ăn mòn kim loại đáng kể, có tạp chất ăn mòn tốc độ ăn mòn tăng lên + Ăn mòn 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 chất xảy ăn mòn theo chế điện hố Ví dụ Cu, Ni, Zn bị ăn mòn khí độ ẩm tương đối lớn 60% - Đương nhiên tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ ẩm tương đối khơng khí, độ ẩm khí tính hút ẩm sản phẩm ăn mòn - Cần nhắc lại độ ẩm tương đối H tính cơng thức sau: đó: H - độ ẩm tương đối; P - áp suất riêng phần nước khí nhiệt độ khảo sát; Po - áp suất bão hoà nước nhiệt độ khảo sát Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN – Ăn mòn khí ướt - q trình ăn mòn kim loại xảy độ ẩm tương đối gần 100%, có giọt nước ngưng tụ bề mặt kim loại, có giọt mưa, tạo lớp chất điện li bề mặt kim loại Hiện tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hóa b Ảnh hưởng chất nhiễm bẩn - Các chất ô nhiễm làm gia tăng ăn mòn khí tính chất dung dịch điện ly tăng độ ổn định lớp màng nước ngưng tụ từ khí - Các màng ẩm nước tạo bề mặt kim loại, ví dụ độ ẩm cao, sương mù thường chứa tạp chất: khí oxi khí CO2 hồ tan (ở miền nơng thơn, miền núi), khí CO2, SO2, oxit nitơ (NxOy), khí H2S (vùng cơng nghiệp), ion Cl– (vùng biển, ven biển) Các tạp chất góp phần làm tăng tốc độ phá huỷ kim loại Hình: Tổn thất trọng lượng (g/m2) thép cacbon theo thời gian (ngày) - SO2 chất ô nhiễm thường gặp hấp thụ lớp nước bề mặt tạo H 2SO4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn thép cacbon khí Khơng có SO lớp sản phẩm ăn mòn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mòn thấp Khi có mặt SO lớp màng có tính bảo vệ nên tổn thất khối lượng tăng đáng kể Ngồi khí SO 2, khí CO2, NO2, Cl–…khi hòa tan vào lớp nước bề mặt tạo nên môi trường axit gây ăn mòn Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN c Nhiệt độ - Nhiệt độ có ăn mòn khác tới ăn mòn khí Nhiệt khơng khí bình thường giữ tốc độ ăn mòn tương đối thấp làm tăng ngưng tụ nàng nước bề mặt dẫn đến ăn mòn Việc phơi ánh sáng mặt trời làm tăng nhiệt độ sấy khô bề mặt dẫn đến giảm ăn mòn Do bề mặt che phủ thường ăn mòn nhanh bề mặt phơi nắng trực tiếp - Sự kết hợp độ ẩm cao, nhiệt đô trung bình cao có mặt chất gây ô nhiễm công nghiệp muối biển mang theo không khí làm tăng tốc độ ăn mòn khí Do tốc độ ăn mòn cao vùng biển nhiệt đới bán nhiệt đới Thiếu yếu tố tốc độ ăn mòn thấp d Cơ chế ăn mòn điện hố mơi trường khí - Ăn mòn mơi trường khí ăn mòn điện hố với q trình catot, nhiều trường hợp khử oxi - Anot: Me – ze → Mez+ - Catot - Động học q trình hồ tan kim loại phụ thuộc vào chiều dày lớp màng ẩm bề mặt kim loại Với mơi trường khơng khí khơ, độ ẩm thấp, độ dày màng ẩm khoảng 10 nm chế ăn mòn xảy chủ yếu theo chế hoá học Với độ dày lớp màng ẩm cỡ 10 nm ữ1 àm, trờn b mt cú lp cht in li, ăn mòn kim loại bị khống chế trình anot, màng mỏng khuếch tán diễn nhanh, nghĩa trình catot diễn nhanh Nếu có sản phẩm ăn mòn dạng oxit bao phủ lên bề mặt trình anot diễn phức tạp Nếu bề mặt lớp màng mỏng ẩm có độ dày từ µm đến mm, oxi khơng khí xâm nhập vào bề mặt kim loại khó khăn Vì q trình ăn mòn kim loại bị khống chế phản ứng catot Khi lớp màng ẩm có độ dày lớn mm ăn mòn kim loại xảy tương tự trường hợp kim loại hoà tan dung dịch chất điện li (Cột sắt Đêli Ấn Độ tồn 2500 năm, thành phần tạp chất cột thép: Si – 0,05%, S – 0,006%, P – 0,114%, C – 0,08%, Mn – vết Cột thép có độ bền chống ăn mòn cao thép bề mặt kim loại ln ln khơ ráo) Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Ăn mòn khí vùng thành phố khu cơng nghiệp - Ở thành phố khu cơng nghiệp có số khí thải chủ yếu SO2 từ lò đốt than, đốt dầu Khi khí thải hồ tan vào nước axit hố mơi trường nước làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại - Tốc độ ăn mòn khí tính theo cơng thức: P = atb(g /m2 ) Trong đó: P tốc độ ăn mòn; a, b hệ số; t thời gian năm Ăn mòn khí biển - Trong khí biển ln ln có ion Cl –, tốc độ ăn mòn kim loại tăng đáng kể so với miền nông thôn Đối với ăn mòn khí quyển, ngồi tạp chất gây ăn mòn thời gian lưu ẩm (TOW) tức khoảng thời gian khơng khí có độ ẩm tương đối H > 80% nhiệt độ lớn oC đóng vai trò quan trọng quýyết định tốc độ ăn mòn kim loại Những màng mỏng nước mưa sương bề mặt kim loại thường có độ ẩm gần 100% Ở vùng nơng thơn khí tạp chất có hại tốc độ ăn mòn kim loại nhỏ Việc nghiên cứu biện pháp chống ăn mòn khí có ý nghĩa thực tế Có thể nêu lên số biện pháp sau: + Tạo lớp bao phủ, sơn hữu cơ, có lớp phủ vơ cơ, xi mạ ngăn cách kim loại với mơi trường gây ăn mòn Ví dụ sơn phủ bảo vệ cầu sắt, tàu thuyền, cấu kiện khác: ô tô, tàu hoả, mạ phụ tùng ô tô, xe máy … + Chọn kim loại có độ bền chống ăn mòn cao: thép không gỉ, loại hợp kim + Đối với cấu kiện nhỏ lưu giữ kho có mặt loại chất ức chế bay bảo quản khơng khí khơ Chọn vật liêu tiêu chí chọn vật liệu: Trong mơi trường khí ta chọn thép hợp kim thấp có độ bền cao Nguyên nhân (tiêu chí) chọn: - Thép hợp kim thấp có độ bền cao có chứa vài % Cu, Cr, Ni, Si P khơng có độ bền cao mà cải thiện độ bền ăn mòn khí Cu đóng vai trò việc nâng cao độ bền ăn mòn, nguyên tố khác tăng cường tác dụng có lợi Cu moi trường Các nguyên tố làm cho màng sản phẩm ăn mòn bề mặt xít chặt dẫm đến bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN che kín khơng cho chất ăn mòn xâm nhập sâu Sự cải thiện độ bền ăn mòn khí thép chứa Cu thép HSLA biểu diển hình sau: - Trên bề mặt thép hợp kim thấp tạo lớp oxit Fe 3O4 có cấu trúc chặt sít ngăn cản tác động mơi trường làm giảm q trình gỉ hoá Lớp bảo vệ bền mơi trường khí nơng thơn khu cơng nghiệp thay đổi thời tiết nắng mưa Thép gọi “thép thời tiết” dùng rộng rãi cơng nghiệp xây dựng Khi có mặt ion Cl– vùng khí hậu biển ven biển nhúng vào nước, lớp oxit không bền vững Trong điều kiện khí hậu biển thường sử dụng thép hợp kim hố có chứa ngun tố Al, Cr Mo - Thép hợp kim thấp nhạy cảm với tượng ăn mòn nứt tiếp xúc với môi trường chứa ion , OH− NH3 lỏng Trang ... thất khối lượng tăng đáng kể Ngoài khí SO 2, khí CO2, NO2, Cl–…khi hòa tan vào lớp nước bề mặt tạo nên môi trường axit gây ăn mòn Trang MAI CHÍ TÂM – 121 0 421 3 GVHD: TRẦN THẾ SAN c Nhiệt độ - Nhiệt... thấp có độ bền cao Ngun nhân (tiêu chí) chọn: - Thép hợp kim thấp có độ bền cao có chứa vài % Cu, Cr, Ni, Si P độ bền cao mà cải thiện độ bền ăn mòn khí Cu đóng vai trò việc nâng cao độ bền ăn mòn,... dụ độ ẩm cao, sương mù thường chứa tạp chất: khí oxi khí CO2 hồ tan (ở miền nơng thơn, miền núi), khí CO2, SO2, oxit nitơ (NxOy), khí H2S (vùng cơng nghiệp), ion Cl– (vùng biển, ven biển) Các tạp