Bài giảng Vật liệu - Chương 9: Độ bền hóa của vật liệu

Ăn mòn điện hóa Galvanic Corrosion hay ăn mòn tiếp xúc xuất hiện khi thỏa mãn các điều kiện sau: ü 2 kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau ü Môi trường chất điện [r]

LOGO Ø Vật liệu làm việc lâu ngày môi trường bị ăn mòn (corrosion), bào mòn (erosion) hay suy thoái (degradation) ü Sự ăn mòn là tác dụng hóa học – điện hóa vật liệu với môi trường Sự bào mòn là tác dụng học là chủ yếu ü Chi phí cho việc thay các vật liệu đã bị ăn mòn và thiết bị xuống cấp ăn mòn gây ü Chi phí cho việc sửa chữa số lượng sản phẩm giảm chất lượng quá trình sản xuất bị mát tượng ăn mòn kim loại gây ü Chi phí cho các biện pháp để phòng ngừa, các biện pháp để bảo vệ chống tượng ăn mòn Ø Tiêu tốn khoảng – 5% tổng thu nhập quốc gia Ø Tốc độ ăn mòn (corrosion penetration rate) tính: ü CPR (mm/năm): tốc độ ăn mòn ü W (mg): khối lượng sau thời gian ăn mòn t (h) ü ρ (g/cm3): khối lượng riêng vật liệu bị ăn mòn ü A (cm2): diện tích bị ăn mòn ü K = 87,6 CPR có đơn vị là (mm/năm) Tốc độ ăn mòn điện hóa r trên đơn vị diện tích bề mặt là: r: tốc độ ăn mòn điện hóa (mol/m2.s) i: mật độ dòng (A/m2) n: số electron trao đổi F: số Faraday (96.500 C/mol) Cho hầu hết trường hợp CPR < 0,50 mm/năm là chấp nhận Ăn mòn kim loại là tượng kim loại bị oxy hóa môi trường Theo chế, có loại ăn mòn: ü Ăn mòn hóa học: Quá trình ăn mòn tuân theo qui luật động học phản ứng dị thể, không kèm theo xuất dòng điện Ví dụ: ăn mòn các khí khô: O2, H2S, SO2, …; các chất lỏng không điện ly: xăng, nhựa, ; các khí nhiệt độ cao ü Ăn mòn điện hóa: Quá trình ăn mòn tuân theo qui luật động học điện hóa và kèm theo hình thành các pin tế vi Ví dụ: ăn mòn có mặt chất điện ly không khí ẩm, nước biển, mặt đất,… Nghiên cứu quá trình oxy hóa kim loại không khí ü Quy luật parabol: lớp oxit tạo có cấu trúc không mao quản và phủ kín bề mặt ü Quy luật đường thẳng: lớp oxit có cấu trúc mao quản ü Hàm logarit: lớp oxit tạo thành mỏng (< 100 nm) và nhiệt độ thấp Ø Lớp oxit mỏng tạo là chất dẫn electron kém và dẫn ion chậm, hạn chế tốc độ ăn mòn vật liệu à thụ động (passivity) Ví dụ: nhôm bị thụ động môi trường, hợp kim chống gỉ Fe-Cr (> 12% Cr) 10 Cơ chế quá trình ăn mòn điện hóa: Ở anod (cực - pin): M – ne → Mn+ Ở catod (cực + pin): 1/2 O2 + H2O + 2e → 2OHNếu môi trường acid: 2H+ + 2e → H2 Ví dụ: Sự ăn mòn thép (-) Fe êO2 êH2O, Fe3C (+) Quá trình anod: Fe – 2e → Fe2+ Quá trình catod: 1/2O2 + H2O + 2e → 2OH- 11 12 Ø Ăn mòn Ø Một số dạng ăn mòn khác: Ø Ăn mòn cục ü Ăn mòn chọn lọc ü Ăn mòn tiếp xúc ü Ăn mòn ranh giới ü Ăn mòn khe ü Ăn mòn nứt ứng suất ü Ăn mòn vùng mớn nước ü Ăn mòn mỏi ü Ăn mòn lắng đọng ü Ăn mòn mài mòn ü Ăn mòn lỗ (ăn mòn điểm) ü Ăn mòn ma sát 13 Ø Ăn mòn (uniform corrosion): phổ biến, tốc độ ăn mòn chỗ trên bề mặt gần Ví dụ: đặt thép môi trường acid, gỉ sét Ngăn ngừa: v Sơn v Mạ v Anode hy sinh 14 Ăn mòn điện hóa (Galvanic Corrosion) hay ăn mòn tiếp xúc xuất thỏa mãn các điều kiện sau: ü kim loại khác tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với ü Môi trường chất điện giải ü Có xuất dòng điện Ngăn ngừa: ü Chọn kim loại có oxi hóa – khử gần ü Có tỉ lệ anode/cathode lớn ü Cách ly hay kim loại khác ü Sử dụng cathode bảo vệ 15 Ø Ăn mòn lỗ (pitting corrosion) hay ăn mòn điểm là dạng ăn mòn cục tạo các lỗ có kích thước nhỏ, độ sâu lỗ có thể lớn đường kính nó ü Dạng ăn mòn này xảy trên các kim loại, hợp kim có màng thụ động (Al, Ni, Ti, Zn, thép không gỉ) có các lớp phủ bảo vệ bị xuyên thủng 5th Century sword Thép không gỉ môi trường acid HCl 16 Ăn mòn khe (crevice corrosion): khe hẹp các mặt bích có lớp đệm các chỗ nối hai ống kim loại, các vật đệm đã tán ốc có ốc xiết có thể sinh ăn mòn cục vì các khe đó nồng độ oxi không khí nghèo phía ngoài 17 Ăn mòn mài mòn (erosion-corrosion) là kết hợp tác động hóa học và học Ví dụ: đường ống dẫn nước, cánh quạt bơm 18 Dùng lớp phủ bảo vệ: - Phủ chất hữu cơ: sơn - Phủ kim loại hợp kim bền vững: sắt tráng kẽm (tôn), sắt mạ kền, mạ crom,… - Phủ màng oxyt bền, cách ly kim loại với môi trường: ví dụ dùng màng Al2O3 Xử lý môi trường: - Giảm chất khử cực, O2: đun nóng, thổi khí,… - Thêm vào các chất ức chế để làm giảm quá trình ăn mòn Dùng dòng điện ngoài: - Phương pháp bảo vệ catod - Phương pháp bảo vệ anod 19 20 21 ü Thường thì vật liệu gốm sứ bị thụ động tất môi trường nhiệt độ phòng ü Ăn mòn vật liệu gốm thường liên quan tới ăn mòn hóa học, không liên quan đến ăn mòn điện hóa ü Vật liệu gốm sứ thường sử dụng vì khả chống ăn mòn 22 Sự thoái hóa (degradation) làm cho polymer bị biến dạng và phân hủy bị cắt đứt liên kết các tác nhân như: xạ, phản ứng hóa học, nhiệt (nóng quá lạnh quá), thời tiết,… 23 ü Do tác động vật lý và học làm suy thoái gỗ ü Do tiếp xúc với nước thấm ướt ü Do sinh vật nấm, vi khuẩn côn trùng 24