SỰ ĂN MÒN ĐIỆN HÓA VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI_NHÓM 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM  MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA ĐỀ TÀI ĂN MÒN ĐIỆN HÓA VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI GVHD: T.S Nguyễn Trường Sơn SVTH MSSV Nguyễn Thế Hiển 17128017 Lê Quang Huy 17128024 Đào Thị Thảo Ngọc 17128045 Nguyễn Yến Nhi 17128047 Bùi Hà Anh Quốc 17128057 Trương Thị Khánh Vân 17128085 Lớp thứ – Tiết 012 192TECH323203 ĐIỂM SỚ TIÊU CHÍ NỢI DUNG BỚ CỤC TRÌNH BÀY TỞNG ĐIỂM NHẬN XÉT Ký tên T.S Nguyễn Trường Sơn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI Định nghĩa Phân loại ăn mòn kim loại 1.2.1 Phân loại theo bản chất quá trình 1.2.2 Phân loại theo đặc trưng phá hủy bề mặt 1.2.3 Phân loại theo môi trường ăn mòn CHƯƠNG 2: ĂN MÒN KIM LOẠI 2.1 Một số khái niệm 2.1.1 Ăn mòn điện hóa 2.2.1 Quá trình Anode 2.3 Động học các quá trình ăn mòn 10 2.4 Các phương pháp xác định tốc độ ăn mòn kim loại .10 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình ăn mòn kim loại 12 2.5.1 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ Oxy 12 2.5.2 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ nhiệt độ .13 2.5.3 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ muối hóa học 13 2.5.4 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ độ ẩm 13 2.5.5 Yếu tố ăn mòn kim loại từ các chất ô nhiễm 14 CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 15 3.1 Phương pháp hợp kim hóa 15 3.2 Phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn 15 3.2.1 Bản chất hóa học của chất ức chế kim loại hữu hoặc vô 15 3.2.2 Dựa vào chế hoạt động hấp thụ .16 3.2.3 Chất ức chế ăn mòn kim loại từ kết tủa bay .16 3.2.4 Ứng dụng chất ức chế ăn mòn công nghiệp 16 3.3 Phương pháp bao phủ bảo vệ 17 3.3.1 Bao phủ kim loại 17 3.3.2 Bao phủ hợp chất hóa học 18 3.3.3 Bao phủ vật liệu phi kim 18 3.4 Bảo vệ kim loại phương pháp điện hóa 18 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 LỜI MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại vấn đề nghiêm trọng gây nên tổn thất lớn cho nền kinh tế Trên giới, hàng năm có khoảng một phần ba trọng lượng kim loại bị ăn mòn phá hủy Tác hại ăn mòn kim loại gây hậu quả rất lớn, gây tác hại trực tiếp gián tiếp lên nền khoa học kỹ thuật kinh tế Vì thế, bảo vệ chớng ăn mòn kim loại một vấn đề một vấn đề rất cần thiết để làm giảm thiệt hại Cụm từ “ăn mòn” dịch từ “corrosion”, xuất phát từ từ ngữ latin “corrodère” có nghĩa “gặm nhấm” hoặc “phá huỷ” Về nghĩa rộng ăn mòn dùng phá huỷ vật liệu đó bao gồm kim loại vật liệu phi kim loại có tương tác hoá học hoặc vật lý chúng với môi trường ăn mòn gây Có thể đơn cử mợt sớ hiện tượng ăn mòn sau: - Sự chuyển hoá thép thành gỉ thép thép tiếp xúc với khơng khí ẩm - Sự rạn nứt của đồng thau, kim loại đồng tiếp xúc với môi trường amoniac Ở quan tâm đến vấn đề ăn mòn kim loại, kim loại vật liệu sử dụng phổ biến nhất ngành cơng nghiệp, có mợt sớ ưu điểm hẳn vật liệu khác: Độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao, bền học cao, độ co giảm, độ kháng kéo đặc biệt từ dễ dàng chế tạo thiết bị, máy móc Do tính ưu việt vớn có của kim loại kim loại xâm nhập vào hầu hết ngành công nghiệp dùng để chế tạo thiết bị, cấu kiện, máy móc các ngành sau đây: khí chế tạo máy; công nghiệp lượng - nhà máy nhiệt điện; nhà máy điện ngun tử; cơng nghiệp q́c phịng - chế tạo vũ khí; cơng nghiệp hàng khơng - chế tạo máy bay; giao thông vận tải Sự ăn mòn ngầm hiểu ăn mòn kim loại tác đợng hố học hoặc vật lý của mơi trường xâm thực làm suy giảm tính chất của vật liệu làm giảm chất lượng, giảm thời gian khai thác của máy móc, thiết bị cấu kiện đương nhiên gây tổn thất lớn đối với nền kinh tế của một quốc gia, đặc biệt đối với các nước có nền cơng nghiệp phát triển Vậy việc nghiên cứu về đề tài “Ăn mòn điện hố bảo vệ kim loại” mợt vấn đề rất có ý nghĩa về khoa học thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI Định nghĩa Về định nghĩa ăn mòn kim loại phát biểu nhiều dạng khác Trên quan điểm nhìn nhận vấn đề ăn mòn kim loại: Đó q trình làm giảm chất lượng tính chất kim loại tương tác chúng với môi trường xâm thực gây Song cần phải lưu ý mục đích hồn thiện sản phẩm thì đơi hiện tượng ăn mòn lại có tác dụng tích cực Ví dụ oxi hoá nhơm để tạo bề mặt nhơm có lớp oxit nhơm bền vững chống lại ăn mòn của nhôm môi trường gây ra, mặt khác còn làm tăng vẻ đẹp, trang trí cho sản phẩm Việc xử lý bề mặt kim loại phương pháp hoá học hoặc điện hoá để làm tăng đợ bóng của sản phẩm, gắn liền với hồ tan bề mặt kim loại (đánh bóng các sản phẩm thép không gỉ, đánh bóng các vật mạ trước mạ điện v.v ) Ngồi ra, cịn dùng định nghĩa sau về ăn mòn kim loại: Ăn mòn kim loại phản ứng không thuận nghịch xảy bề mặt giới hạn vật liệu kim loại môi trường xâm thực gắn liền với mát tạo bề mặt kim loại thành phần mơi trường cung cấp Nếu xem hiện tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hố ăn mòn kim loại định nghĩa sau: Ăn mịn kim loại q trình xảy phản ứng oxi hố khử mặt giới hạn tiếp xúc kim loại mơi trường chất điện li, gắn liền với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử thành phần môi trường sinh dòng điện Phân loại ăn mòn kim loại Có nhiều cách phân loại ăn mòn kim loại: 1.2.1 Phân loại theo bản chất quá trình Theo bản chất quá trình, ăn mòn thường chia hai loại: ăn mòn hóa học ăn mòn điện hóa Ăn mòn hóa học: phá hủy kim loại hoặc hợp kim kim kim loại phản ứng với các chất khí (O2, Cl2…) nước nhiệt độ cao Là quá trình oxy hóa khử, đó các kim loại chuyển trực tiếp đến các chất oxy hóa môi trường Ăn mòn điện hóa: quá trình phá hủy kim loại tự diễn biến kim loại tiếp xúc với dung dịch điện li làm phát sinh dòng điện vùng anode vùng cathode Bản chất của ăn mòn điện hóa quá trình oxy hóa khử xảy bề mặt giới hạn hai pha kim loại/dung dịch điện li Khi đó kim loại hòa tan vùng anode kèm theo phản ứng giải phóng khí H2 hoặc tiêu thụ O2 vùng cathode, đồng thời sinh dòng điện tạo thành một pin điện kép 1.2.2 Phân loại theo đặc trưng phá hủy bề mặt 1.2.2.1 Ăn mòn Trong ăn mòn đều, tác nhân ăn mòn tấn công với tốc độ tồn bề mặt kim loại, đợ dày kim loại giảm thống nhất Sự ăn mòn đều có thể bị thay đổi bề mặt kim loại chuyển từ thụ động sang hoạt dộng ảnh hưởng học, thay đổi tốc độ dòng chảy hay một thay đổi hóa học mơi trường 1.2.2.2 Ăn mịn cục Ăn mòn cục bộ bao gồm các dạng ăn mòn không đều ăn mòn điểm, ăn mòn lỗ, ăn mòn vết, ăn mòn ven tinh thể, ăn mòn lớp phủ,… Ăn mòn cục bộ xảy vật liệu bảo vệ lớp phủ mà lớp phủ có một vài khuyết điểm, các khuyết điếm sẽ nơi xảy ăn mòn cục bộ 1.2.3 Phân loại theo mơi trường ăn mòn Ăn mịn môi trường khí xảy theo hai chế: ăn mòn hóa học ăn mòn điện hóa Các yếu tố ảnh hưởng: độ ẩm, các chất ô nhiễm nhiệt đợ Ăn mịn mơi trường đất: Đặc điểm: bản chất hóa lí của mơi trường đất phụ tḥc vào đợ xít chặt của đất, đợ ẩm, các loại muối khoáng lượng oxi hòa tan Bản chất: chế ăn mòn đát có thể mô tả các phản ứng (viết cho Fe) Phản ứng tại anode: Fe  Fe2+ + 2e Phản ứng tại cathode: 2H2O + O2 + 4e  4OH- (1) 2H2O + 2e  H2 + 2OH- (2) 2CO2 + 2H2O + 2e  H2 + 2HCO3- (3) H2S + 2e  H2 + S2- (4) Tốc độ ăn mòn phản ứng cathode định Trong các phản ứng tại cathode thì phản ứng (1) quan trọng nhất Phản ứng (2) rất chậm nhiệt độ thường rất đáng kể tăng nhiệt độ Quá trình ăn mòn Fe đất đó có thể mô tả hệ thống các phương trình chủ yếu sau: Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + 12 O2 + H2O  2Fe(OH)3 Fe2+ + S2-  FeS Các phản ứng xảy vùng sát bề mặt đất vì lớp sát bề mặt có oxi các chất giúp cho quá trình ăn mòn nên cần các phương pháp bảo vệ bề mặt, sâu mặt đất thì không cần Ngăn ngừa: cách bao phủ bảo vệ cathode Ăn mịn mơi trường nước: phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố hàm lượng oxi hòa tan, hàm lượng muối khoáng, độ pH, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ của nước… CHƯƠNG ĂN MÒN KIM LOẠI 2.1 Một số khái niệm 2.1.1 Ăn mòn điện hóa Ăn mòn điện hóa õi hóa khử bề mặt giới hạn tiếp xúc kim loại môi trường chất điện li, nó gắn liền với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử một thành phần của môi trường sinh một dòng điện 2.1.2 Quá trình dẫn điện Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí: quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực Nó tồn tại tạo hạt tải điện khới khí hai bản cực biến mất ta ngừng việc tạo hạt tải điện) Quá trình dẫn điện tự lực của chất khí: quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự trì, không cần ta chủ động tạo hạt tải điện 2.1.3 Giản đồ thế điện cực – pH Giản đồ điện cực – pH trình bày phụ thuộc của giá trị điện cực vào giá trị pH của môi trường phản ứng Giản đồ xây dựng sở các sớ liệu nhiệt đợng học cho phép giải thích trạng thái tồn tại, tính chất của đơn chất hợp chất khả chuyển hóa các chất có hệ khảo sát Sự ăn mòn kim loại theo chế điện hóa xảy môi trường nước gắn liền với hai quá trình: oxi hóa kim loại tại anode chuyển kim loại thành ion kim loại gắn liền với phản ứng khử xảy cathode – khử ion H3O+ có dung dịch hoặc khử oxi hòa tan dung dịch hoặc khử nước Mặc khác, ăn mòn kim loại theo chế điện hóa phụ thuộc vào giá trị điện cực của anode cathode Trong môi trường nước các giá trị điện cực có phụ thuộc vào pH Vì việc xây dựng giản đồ điện cực cân – pH cần thiết gọi tắt giản đồ điện cực – pH (E – pH) M Pourbaix người đưa giản đồ (1945) gọi giản đồ M Pourbaix 2.2 Cơ chế ăn mòn điện hóa Gồm quá trình bản: 2.2.1 Quá trình Anode Là quá trình oxy hóa điện hóa, đó kim loại bị oxy hóa thành ion kim loại giải phóng điện tử (quá trình ion hóa kim loại) M → Mn+ + n.e Tại anode xảy q trình oxy hóa tức kim loại bị hịa tan, ion kim loại bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch, đồng thời có electron dư kim loại 2.2.1.1 Anode trơ (điện cực làm than chì) a Gốc axit khơng chứa oxi: halogenua X-, sunfua S2- thì gốc axit tham gia điện phân Thứ tự anion bị oxi hóa: S2– > I– > Br– > Cl– > RCOO– > OH– > H2O b Gốc axit có chứa oxi: NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–… thì nước tham gia điện phân 2H2O → O2 + 4H+ + 4e 2.2.1.2 Anode tan - Anode tham gia điện phân ứng dụng để mạ điện * Lưu ý: - Trong điện phân dung dịch nước giữ một vai trò quan trọng: + Là môi trường để các cation anion di chuyển về cực + Có thể tham gia vào quá trình điện phân: Tại cathode (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH– Tại anode (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e - Về bản chất nước nguyên chất không bị điện phân điện quá lớn (I=0) Do muốn điện phân nước cần hồ thêm các chất điện li mạnh như: ḿi tan, axit mạnh, bazơ mạnh 2.2.2 Quá trình Cathode Là trình khử điện hóa, đó chất oxy hoa nhận điện tử kim loại giải phóng Mn+ + n.e → M 2.2.2.1 Điện phân chất điện li nóng chảy Điều chế hầu hết các kim loại Tuy nhiên, phương pháp dùng điều chế các kim loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al Vì phương pháp tốn so với phương pháp điện phân dung dịch 2.2.2.2 Điện phân dung dịch chất điện li nước Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al) Mn+ + ne → M * Lưu ý: Các electron dư vùng anode dịch chuyển đến vùng cathode bề mặt kim loại tại đây, xảy phản ứng kèm theo: Nếu môi trường có ion H+ (mơi trường axit) xảy phản ứng giải phóng hidro: 𝑛 n H + + n e → H2 Khi đó, ăn mòn kim loại kèm theo q trình giải phóng hidro Nếu môi trường ăn mòn có mặt ion H+ oxy xảy phản ứng tiêu thụ oxy: 𝑛 𝑛 O2 + n.e + n.H+ → H2O Vậy ăn mòn kèm theo tiêu thụ oxy có mặt dung dịch Nếu dung dịch có nhiều cation cation có tính oxi hóa mạnh sẽ bị khử trước Ví dụ: Điện phân dung dịch mà cathode có chứa các ion Na+, Fe2+,Cu2+, Ag+ Zn2+ thì thứ tự điện phân sẽ là: Ag+ + 1e → Ag Cu2+ + 2e → Cu Fe2+ + 2e → Fe Zn2+ + 2e → Zn 2H2O + 2e → H2 + 2OH– Các ion H+ của axit dễ bị khử các ion H+ của nước Điều kiện xảy ăn mòn điện hóa học: - Các điện cực phải khác về bản chất Có thể hai cặp kim loại khác nhau, kim loại- phi kim hay kim loại- hợp chất Kim loại có điện cực chuẩn nhỏ cực âm - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với qua dây dẫn - Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li 2.3 Đợng học các quá trình ăn mòn 2.3.1 Hiện tượng phân cực Phân cực: nhúng hai kim loại khác vào một dung dịch điện ly, chúng tạo thành hai điện cực khác Khi nối hai điện cực với một dây dẫn sẽ có dòng điện chạy mạch Điện cực lúc lệch khỏi vị trí cân Điện anode lệch về phía dương, điện cathode lệch về phía âm Sự dịch chuyển điện khỏi vị trí cân gọi phân cực 2.3.2 Đường cong phân cực Để nghiên cứu quá trình điện cực, người ta thiết lập quan hệ phụ thuộc hiệu điện điện cực (E, V) với mật độ dòng điện (I, mA/cm2) Biểu đồ thiết lập phụ thuộc đó ta gọi đường cong phân cực 2.4 Các phương pháp xác định tốc độ ăn mòn kim loại Tốc độ ăn mòn kim loại có thể đánh giá theo các đại lượng sau: 2.4.1 Phương pháp trọng lượng Tính theo tổn thất khối lượng ăn mòn ρ= m0 −m1 S.t = Δm S.t Trong đó: ρ: tốc độ ăn mòn; mo: trọng lượng mẫu kim loại trước thí nghiệm (g) hoặc (mg); m1: trọng lượng mẫu kim loại sau thí nghiệm (g) hoặc (mg); S: diện tích bề mặt kim loại; t: thời gian (giờ) hoặc (ngày, đêm) hoặc năm 10 Nếu Δm (mg), S (dm2) t (ngày đêm) ta có: Đơn vị đo: [ρ] = mg/dm2.ngày đêm Tính tổn thất theo đợ sau ăn mòn P= 𝜌 𝑑 Trong đó: P: chiều dày bị ăn mòn (mm, cm); d: khối lượng riêng của kim loại (g/cm3); ρ: tốc độ ăn mòn (mg/dm2 ngày đêm) Đơn vị đo: [P] = 𝑙 𝑡 Trong đó: l - chiều dài (mm, cm); t - thời gian, thường tính theo năm Nếu chọn [P] = mm/năm, [ρ] = mg/dm2.ngày đêm [d] = g/cm3 quan hệ chúng tính theo công thức: P= ρ.0,0365 𝑑 mm/năm Nếu chọn [P] = mm/năm, [ρ] = g/m2.h, [d] = g/cm3 quan hệ chúng bằng: 𝜌 P = 8,76 mm/năm 𝑑 2.4.2 Phương pháp thể tích Sự ăn mòn điện hoá luôn có hai phản ứng gắn liền với nhau, đó hoà tan kim loại (tại anode) kèm theo phản ứng giải phóng hiđro hoặc tiêu thụ oxi cathode của pin ăn mòn 11 Vì vậy, ngồi việc dùng phương pháp trọng lượng đánh giá tớc độ ăn mòn hao tổn trọng lượng còn có thể đánh giá tốc độ ăn mòn thông qua thể tích của hiđro giải phóng hoặc thể tích oxi bị tiêu thụ 2.4.3 Các phương pháp phân tích Để xác định tớc đợ ăn mòn kim loại người ta xác định nồng độ ion kim loại bị hồ tan vào mơi trường xâm thực, từ đó suy tốc độ ăn mòn Có thể dùng các phương pháp phân tích định lượng, ví dụ phương pháp quang phổ, phương pháp hấp phụ nguyên tử, phương pháp cực phổ, … 2.4.4 Phương pháp điện hóa Một ưu điểm quan trọng của phương pháp điện hoá cho phép xác định tốc độ ăn mòn kim loại mợt thời gian ngắn xác với điều kiện thí nghiệm tiến hành mợt cách thận trọng quy cách Có thể dùng phương pháp đo điện hoá để xác định tốc độ ăn mòn kim loại điều kiện gia tốc để so sánh với thí nghiệm điều kiện tự nhiên Phương pháp sẽ đem lại kết quả khá phù hợp với điều kiện tự nhiên chọn dung dịch điều kiện mô phản ảnh yếu tố gần sát thực tế hiện trường Trong trường hợp ngược lại, điều kiện đo điện hoá không phù hợp với điều kiện thực sẽ gây sai sót trầm trọng Trong quá trình ăn mòn kim loại xảy gắn với khử ion H+ dung dịch hoặc tiêu thụ oxi dung dịch, thì việc đo điện hoá sẽ đem lại các kết quả khá phù hợp với điều kiện thực tế 2.5 Các yếu tớ ảnh hưởng quá trình ăn mòn kim loại 2.5.1 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ Oxy Giống nước, oxy làm tăng tốc độ ăn mòn Ở khu vực phổ biến oxy, ăn mòn xảy với tốc độ nhanh Ăn mòn có thể diễn môi trường thiếu oxy, tốc độ phản ứng ăn mòn (phá hủy kim loại) thường chậm nhiều 12 Trong điều kiện ngâm, chất điện phân tiếp xúc với một khu vực kim loại chứa nhiều oxy thì khu vực có nồng độ oxy cao so với bề mặt còn lại Từ đó, một tế bào nồng độ oxy sẽ gây ăn mòn kim loại nhanh chóng Các khu vực dòng chảy cao (chẳng hạn xung quanh miệng chuông) hoặc các khu vực bao phủ một lớp màng ẩm mỏng, dẫn điện sẽ ăn mòn nhanh các khu vực ngâm 2.5.2 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ nhiệt độ Phản ứng ăn mòn lúc ăn mòn điện hóa tự nhiên có xu hướng tăng tốc nhiệt độ tăng Do đó, ăn mòn tiến hành nhanh môi trường ấm so với môi trường lạnh Chẳng hạn, thép các kim loại khác ăn mòn tốc độ nhanh gặp nhiệt đợ cao yếu tố gây ăn mòn kim loại các khu vực boong các khu vực liền kề với phòng máy, hoặc các thùng chứa hàng sưởi ấm 2.5.3 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ muối hóa học Ḿi hóa học làm tăng tớc đợ ăn mòn cách tăng hiệu suất (độ dẫn điện) của chất điện phân Muối hóa học phổ biến nhất natri clorua, mợt thành phần của nước biển Natri clorua lắng đọng bề mặt tiếp xúc với khí hoạt động một vật liệu hút ẩm (nghĩa nó hút đợ ẩm từ khơng khí), sau đó làm tăng ăn mòn khu vực không ngâm nước Muối hóa học yếu tố gây ăn mòn kim loại nghiêm trọng Ví dụ: Tốc độ ăn mòn của thép đạt tối đa có mặt của nhiều ion dung dịch nước biển độ dẫn điện tăng Nước ăn mòn thép mức độ thấp nước lợ hoặc cửa sông 2.5.4 Yếu tố gây ăn mòn kim loại từ độ ẩm Độ ẩm thời gian ẩm ướt đóng một vai trò lớn việc thúc đẩy tăng tốc độ ăn mòn kim loại Thời gian ẩm ướt thời gian mợt chất nền tiếp xúc với khí có đủ độ ẩm để hỗ trợ quá trình ăn mòn Môi trường ẩm ướt yếu tố cần thiết gây ăn mòn kim loại 13 Lý cho x́t hiện của ăn mòn rỡ bảo trì không cách Lớp phủ bị lỗi của bề mặt kim loại dẫn đến hiện tượng ăn mòn Độ ẩm có lớp phủ bảo vệ của bề mặt kim loại cho phép các tác nhân ăn mòn xâm nhập 2.5.5 Yếu tố ăn mòn kim loại từ chất ô nhiễm Mưa axit (một sản phẩm phụ hóa học từ các nhà máy sản xuất chế biến) clorua (ở vùng ven biển) thúc đẩy ăn mòn Các khí axit, chẳng hạn carbon dioxide, có thể hòa tan một màng ẩm tiếp xúc với kim loại Ăn mòn Crevice xảy các chất nhiễm từ khơng khí, lắng đọng các khoảng trống hoặc tách bóc bề mặt kim loại Ăn mòn vi sinh vật xảy bất kỳ bề mặt kim loại hoặc hợp kim tiếp xúc trực tiếp với đất ẩm hoặc đất sũng nước Nếu đất bị úng, bề mặt kim loại ẩm thời gian dài Trong một mơi trường có oxy hơn, vi khuẩn làm giảm sulfate nhiều lắng đọng của chất nhờn yếu tố ăn mòn kim loại bỏ qua Thông thường, kim loại nguyên chất không ăn mòn Tuy nhiên kim loại có chứa các tạp chất khác nhau, chẳng hạn kim loại có sử dụng kỹ thuật, hiện diện của các tạp chất ủng hộ ăn mòn 14 CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 3.1 Phương pháp hợp kim hóa Đưa vào hợp kim cấu tử có khả tạo màng sản phẩm Ví dụ hợp kim Cu-Al, hợp kim Cu-Zn… Đưa vào hợp kim các cấu tử kim loại làm giảm hoạt tính cathode của hợp kim Ví dụ làm tăng quá của hydro acid hợp kim Mg-Mn Đưa vào hợp kim các cấu tử làm giảm hoạt tính anode Ví dụ hợp kim CuAu ; Ni-Cu Tránh tạo liên kết hạt có tính anode San bẳng giá trị điện của hạt liên hạt 3.2 Phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn Chất ức chế ăn mòn kim loại một chất mà thêm vào một môi trường hoặc một chất lỏng hoặc khí nồng đợ nhỏ, có hiệu quả làm giảm tốc độ ăn mòn của kim loại tiếp xúc với môi trường Hiệu quả của chất ức chế ăn mòn phụ thuộc vào thành phần chất lỏng, lượng nước chế độ dòng chảy của nó Các chất ức chế ăn mòn kim loại rất quan trọng các ngành công nghiệp khai thác chế biến dầu Trong các ngành công nghiệp chúng coi bước các phương pháp chống ăn mòn kim loại Các chất ức chế ăn mòn kim loại thường hoạt động cách hấp phụ vào bề mặt, bảo vệ bề mặt kim loại phân loại bởi: 3.2.1 Bản chất hóa học của chất ức chế kim loại hữu hoặc vô Chất ức chế kim loại vơ thơng thường các ḿi tính thể Natri cromat, photphat hoặc molybdate 15 Chất ức chế kim loại hữu cơ: các chất thường định tạo màng, bảo vệ kim loại cách tạo màng kỵ nước bề mặt kim loại Hiệu quả của chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học, cấu trúc phân tử áp lực của chúng đối với bề mặt kim loại 3.2.2 Dựa vào chế hoạt động hấp thụ Chất ức chế anode: tạo thành một màng oxit bảo vệ bề mặt kim loại Nó gây dịch chuyển anode đáng kể, buộc bề mặt kim loại vào vùng bị động, làm giảm khả ăn mòn của vật liệu Chất ức chế cathode: làm chậm phản ứng cathode để ngăn chặn khuếch tán của các loài khử đến bề mặt kim loại Chất độc Cathodic chất tẩy oxy ví dụ về loại chất ức chế Chất ức chế hỗn hợp: hợp chất tạo màng làm giảm cả phản ứng cathode anode Các chất ức chế hỗn hợp sử dụng thường xuyên nhất silicat photphat Chúng sử dụng các chất làm mềm nước sinh hoạt để ngăn chặn hình thành của nước gây rỉ sét 3.2.3 Chất ức chế ăn mòn kim loại từ kết tủa bay Chất ức chế kết tủa các hợp chất tạo màng có tác động chung lên bề măt kim loại, chặn cả anode cathode Gây hình thành kết tủa bề mặt kim loại đó cung cấp một lớp màng bảo vệ Chất ức chế ăn mòn dễ bay hơi: các hợp chất vận chuyển mơi trường kín đến địa điểm ăn mòn bay từ một nguồn Trong nồi hơi, trường hợp dễ bay các hợp chất, chẳng hạn morpholine hoặc hydrazine vận chuyển với nước để chống ăn mòn ống ngưng tụ 3.2.4 Ứng dụng chất ức chế ăn mòn công nghiệp Ngành công nghiệp dầu mỏ: natri cacbonat hoặc phức hợp amin hữu sử dụng để làm giảm tác dụng ăn mòn của CO2, H2S acid hữu Các chất ức chế ăn mòn kim loại cho phép sử dụng các vật liệu rẻ chống ăn mòn giếng khai thác dầu thô 16 Hệ thống truyền tải phân phối nước sử dụng chất ức chế ăn mòn kim loại kết hợp với bộ điều chỉnh pH kiểm soát độ kiềm theo hướng bảo vệ hiệu quả Phổ biến nhất photphat, chất bay amin Bê tông: để cải thiện độ bền của các kết cấu bê tông cốt thép bị suy yếu độ kiềm cao, người ta dùng các chất ức chế ăn mòn kim loại trộn với xi măng hoặc gán bê tông Nồi hơi: sử dụng nhiệt điện, các chất ức chế thêm vào hydrochloric acid để sử dụng cho việc hòa tan vôi nhằm ngăn chặn tấn công vào đường ống Phương pháp bao phủ bảo vệ 3.3 Đây phương pháp bao phủ bề mặt kim loại một lớp vật liệu kim loại, phi kim hoặc các hợp chất hóa học Các lớp bao phủ phải thỏa mãn các u cầu bản kín khít, khơng thấm, bền với môi trường, không mòn, phân bố đều liên kết chặt chẽ với bề mặt kim loại gốc 3.3.1 Bao phủ kim loại Bao phủ để chống ăn mòn cho kim loại theo chế chia thành dạng: Bao phủ cathode: sử dụng kim loại phủ có điện dương kim loại nền điều kiện môi trường cần bảo vệ Bao phủ anode: sử dụng kim loại phủ có điện âm kim loại nền điều kiện môi trường cần bảo vệ Bao phủ kim loại để tạo lớp phủ ta sử dụng các phương pháp: - Nhúng kim loại nóng chảy - Khuếch tán nhiệt - Phương pháp nhiệt 17 - Phương pháp mạ điện - Phương pháp hóa học - Phương pháp tiếp xúc - Phương pháp phun kim loại 3.3.2 Bao phủ hợp chất hóa học Là phương pháp tạo lớp bề mặt kim loại thành hợp chất hóa học có tính bảo vệ cao nhờ dòng điện hoặc chất phản ứng - Oxy hóa: tạo lớp màng oxit có khả bảo vệ hóa chất hoặc điện phân - Photphat hóa: tạo màng photphat - Sulfua hóa: tạo lớp màng sulfua nhiệt đợ cao - Nitrit hóa: tạo lớp phủ có chứa ion NO2- có tác dụng chấ làm chậm ăn mòn - Nito hóa: thấm nito nhiệt đợ 650 – 750 oC bể chứa NH3, ion N3+ chiếm chỗ dư thừa mạng lưới tinh thể có tính chất bảo vệ 3.3.3 Bao phủ vật liệu phi kim Bao phủ hợp chất hữu cơ: sơn, màng polymer, Bao phủ hợp chất vô cơ: bê tông chịu acid, vữa, men,… 3.4 Bảo vệ kim loại phương pháp điện hóa Phương pháp bảo vệ điện hóa dùng mợt kim loại có tính khử mạnh làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại Vật hi sinh kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, đó vật hi sinh đóng vai trò cực âm bị ăn mòn 18 Thí dụ: để bảo vệ vỏ tàu biển thép, người ta gắn Zn vào phía ngồi vỏ tàu phần chìm nước biển (nước biển dung dịch chất điện li) Phần vỏ tàu thép cực dương, các lá Zn cực âm - Ở anode (cực âm): Zn bị oxi hóa Zn → - Ở cathode (cực dương): O2 bị khử 2H2O + O2 + 4e Zn2+ + 2e → 4OH− Kết quả vỏ tàu bảo vệ, Zn vật hi sinh, bị ăn mòn Nhưng tớc đợ ăn mòn điện hóa của kẽm điều kiện tương đới nhỏ vỏ tàu bảo vệ thời gian dài Sau một thời gian nhất định, người ta thay Zn bị ăn mòn Zn khác 19 KẾT LUẬN Công nghệ điện hóa lĩnh vực chuyển đổi qua lại hai dạng lượng điện hóa học nên có sở lí thuyết về nhiệt động động học của hóa học điện với các đại lượng điện cực mật độ dòng để tạo dựng các quan hệ quy luật về cấu tạo dung dịch điện li, cấu tạo lớp điện kép đến động học các phản ứng điện cực Công nghệ điện hóa ứng dụng rộng rãi sản xuất đời sống tạo nên vật liệu công nghệ đa dạng góp phần cho phát triển phong phú của nhiều ngành kinh tế xã hội Công nghệ điện hoá tạo nền tảng sở để nghiên cứu ăn mòn bảo vệ kim loại công nghệ vật liệu hiện đại góp phần tăng chất lượng các sản phẩm xã hội Các hoạt động nghiên cứu khoa học triển khai ứng dụng công nghệ điện hóa bảo vệ kim loại vào thực tiễn góp phần truyền bá phát triển kiến thức chuyên môn tạo ngày nhiều sản phẩm xã hội tạo nên đóng góp có ý nghĩa cho phát triển của nền kinh tế đất nước 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Xuân Sén, Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006 Lê Thị Loan, Chất ức chế ăn mịn kim loại gì? Phân loại ứng dụng, NANO PROTECT VIỆT NAM, https://nanoprotech.vn/chat-uc-che-an-monkim-loai-la-gi-phan-loai-va-ung-dung.html, 28/04/2020 Lê Thị Loan, Các yếu tố gây ăn mòn kim loại, NANO PROTECT VIỆT NAM, https://nanoprotech.vn/cac-yeu-to-gay-an-mon-kim-loai.html, 26/04/2020 Khuyết danh, TaiLieu.vn, https://tailieu.vn/docview/tailieu/2011/20111110/meogiay/pages_from_an_mon _kl_8_1063.pdf?rand=672367, 26/04/2020 Khuyết danh, ăn mòn kim loại, ăn mịn hóa học, ăn mịn điện hóa cách bảo vệ kim loại khơng bị ăn mịn – hóa 12, 20, Hayhochoi.vn, https://hayhochoi.vn/su-an-mon-kim-loai-an-mon-hoa-hoc-an-mon-dien-hoava-cach-bao-ve-kim-loai-khong-bi-an-mon-hoa-12-bai-20.html, 29/04/2020 Khuyết danh, đề tài Ăn mòn bảo vệ kim loại, LuậnVăn.net.vn, http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-an-mon-va-chong-an-mon-kim-loai76003/?fbclid=IwAR0865njM5DM2KpNbDkjuvqcoJlKt8E_mlkqKUK7FKutm lMm4RQyujRA0c0, 27/04/2020 21 ... thay đổi hóa học mơi trường 1 .2. 2 .2 Ăn mịn cục Ăn mòn cục bộ bao gồm các dạng ăn mòn không đều ăn mòn điểm, ăn mòn lỗ, ăn mòn vết, ăn mòn ven tinh thể, ăn mòn lớp phủ,… Ăn mòn cục... ăn mòn đát có thể mô tả các phản ứng (viết cho Fe) Phản ứng tại anode: Fe  Fe2+ + 2e Phản ứng tại cathode: 2H2O + O2 + 4e  4OH- (1) 2H2O + 2e  H2 + 2OH- (2) 2CO2 + 2H2O + 2e  H2... ĂN MÒN KIM LOẠI 2. 1 Một số khái niệm 2. 1.1 Ăn mòn điện hóa Ăn mòn điện hóa õi hóa khử bề mặt giới hạn tiếp xúc kim loại môi trường chất điện li, nó gắn liền với chuyển kim