Ăn mòn điện hóa: Các dạng và cách bảo vệ vật liệu

CÁC DẠNG ĂN MềN

EMF VÀ GALVANIC

Tóm lại, điện thế giữa các kim loại tiếp xúc với dung dịch chứa xấp xỉ một gam trọng lượng nguyên tử của các ion tương ứng của chúng (đơn vị hoạt độ) được đo chính xác ở nhiệt độ không đổi. Không thể thiết lập thế thuận nghịch đối với các hợp kim chứa hai hoặc nhiều thành phần phản ứng, do đó chỉ có kim loại nguyên chất được liệt kê trong Bảng 2.1. Lý tưởng nhất là cần có loạt thử nghiệm tương tự dành cho kim loại và hợp kim trong mọi môi trường ở các nhiệt độ khác nhau, nhưng điều này đòi hỏi số lượng thử nghiệm gần như vô hạn.

Giá đỡ chỉ ra rằng trong hầu hết các ứng dụng thực tế, có rất ít nguy cơ ăn mòn điện nếu các kim loại trong giá đỡ nhất định được ghép nối hoặc tiếp xúc với nhau. Trong trường hợp không có các thử nghiệm thực tế trong một môi trường nhất định, chuỗi điện húa cho chỳng ta dấu hiệu rừ ràng về cỏc hiệu ứng điện húa cú thể xảy ra. Những ví dụ này nhấn mạnh thực tế là các kỹ sư thiết kế cần đặc biệt nhận thức được khả năng ăn mòn điện vì họ chỉ định cụ thể các vật liệu được sử dụng trong thiết bị.

Đôi khi sẽ tiết kiệm hơn khi sử dụng các vật liệu khác nhau khi tiếp xúc - ví dụ như máy nước nóng có ống đồng và tấm ống gang hoặc thép. Nếu ăn mòn điện xảy ra, nó sẽ tăng tốc độ tấn công lên tấm ống nặng (thay vì các ống đồng mỏng) và đạt được tuổi thọ cao nhờ độ dày của tấm ống. Vì mức độ phân cực cathode và hiệu quả của nó thay đổi tùy theo các kim loại và hợp kim khác nhau nên cần phải biết điều gì đó về đặc tính phân cực của chúng trước khi dự đoán mức độ hoặc mức độ ăn mòn điện đối với một cặp nhất định.

Ví dụ, titan rất quý (có khả năng kháng tuyệt vời) trong nước biển, tuy nhiên sự ăn mòn điện trên các kim loại kém bền hơn khi kết hợp với titan thường không được tăng tốc nhiều hoặc ít hơn nhiều so với dự đoán. Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ đối với dãy mạ điện, như sẽ được thảo luận sau, vì vậy các thử nghiệm ăn mòn nên được thực hiện bất cứ khi nào có thể. Haney chứng minh rằng kẽm trở nên kém hoạt động hơn và thế năng có thể đảo ngược khi có mặt các ion ức chế như nitrat, bicarbonat và/hoặc cacbonat trong nước.

Các thử nghiệm tiếp xúc với khí quyển ở các vùng khác nhau của đất nước đã cho thấy kẽm có tính chất anode đối với thép trong mọi trường hợp, nhôm có nhiều loại khác nhau, còn thiếc và niken luôn ở trạng thái cathode. Sự ăn mòn tăng tốc do hiệu ứng điện thường lớn nhất ở gần điểm nối, với mức độ tấn công giảm dần khi khoảng cách ngày càng tăng từ điểm đó. Nhà máy đã "chứng minh" rằng ăn mòn điện không phải là yếu tố quan trọng bằng cách tiến hành thử nghiệm ăn mòn trên các mẫu có diện tích bằng nhau trong dung dịch sôi.

Các dung dịch được đun sôi để đẩy nhanh quá trình thử nghiệm, nhưng việc đun sôi sẽ loại bỏ các khí hòa tan và thực sự làm giảm tính hung hăng của môi trường. Tại nhà máy này, các thử nghiệm so sánh đã được thực hiện trên hai bể lớn cạnh nhau trong hoạt động thực tế, với biến số duy nhất được biết bao gồm cửa bằng đồng - một được phủ và một khụng được phủ.

ĂN MềN ĐIỆN HểA

Một miếng kẽm có kích thước 1 cm2 bị ăn mòn trong dung dịch acid với tốc độ i, bị ăn mòn với tốc độ in cao hơn khi ghép với một miếng bạch kim có kích thước 1 cm2. Giao điểm của đường cong phân cực cathode với đường cong phân cực anode trong trường hợp này tạo ra dòng điện ăn mòn ic, là ico đối với mảnh anode 1 cm² ic=ic còn ico =icorr. Khi cả hai kim loại đều bị ăn mòn ở một điều kiện cụ thể chất điện phân, ảnh hưởng của sự ghép đôi đến hành vi ăn mòn của chúng được mô tả trong hình 3.3.

M ăn mòn đơn lẻ trong môi trường ăn mòn thể hiện tốc độ ăn mòn tương ứng với icorr(M) ,trong khi tốc độ ăn mòn của kim loại N là icorr(N). Khi M và N được ghép với nhau, cặp E chuyển sang hướng cao hơn về khả năng ăn mòn của kim loại N và khả năng ăn mòn tỷ lệ tăng lên icorr(M-N). Sự liên kết điện có thể không phải lúc nào cũng làm tăng tốc độ ăn mòn của anode, Khi M và N được ghép với nhau, cặp E chuyển sang hướng cao hơn so với khả năng ăn mòn của kim loại N và tốc độ ăn mòn tăng lên icorr(M-N).

Việc kết hợp titan hoặc crom với bạch kim hoặc palladium làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn của các kim loại hoạt động thông qua quá trình chuyển đổi chủ động-thụ động. Ví dụ, titan cho thấy khả năng chống chịu tuyệt vời trong nước biển, tuy nhiên sự ăn mòn điện của kim loại kém bền hơn kết hợp với titan không tăng đáng kể vì titan dễ dàng phân cực cathode trong nước biển. Chuỗi emf liệt kê điện thế nửa tế bào của kim loại được đo trong điều kiện tiêu chuẩn của chất điện phân, tức là các dung dịch chứa hoạt độ đơn vị của các ion của kim loại tương ứng và ở nhiệt độ không đổi.

Hơn nữa, dãy emf chỉ liệt kê các kim loại nguyên chất vì không thể thiết lập thế thuận nghịch đối với các hợp kim có chứa hai hoặc nhiều thành phần phản ứng. Trong thực tế, hợp kim được sử dụng rộng rãi và việc dự đoán ăn mòn điện từ dãy emf trở nên khó khăn trong các cặp liên quan đến hợp kim hoặc khi cả hai thành phần đều là hợp kim. Vì dãy số này nhằm mục đích thu thập thông tin định tính về xu hướng ăn mòn điện nên điện thế đo được không phải lúc nào cũng được chỉ ra.

Những thay đổi trong thành phần chất điện phân và nhiệt độ có thể làm thay đổi đáng kể thế điện cực (xem phương trình Nernst) và do đó gây ra sự thay đổi vị trí trong dãy điện. Thực tế là thành phần cathode trong cặp điện vẫn không bị ăn mòn được sử dụng để bảo vệ cấu trúc hoặc bộ phận bằng cách biến nó thành cực âm. Việc phủ thép bằng một kim loại quý hơn, chẳng hạn như thiếc, sẽ tạo ra tình huống ngược lại với cực dương nhỏ (thép) – cực âm lớn (thiếc) ở các điểm gián đoạn, tạo ra sự tấn công nhanh chóng vào thép (Hình 2.8).

Dây nhôm dùng thay thế dây đồng để nối cực dương phụ (gang có hàm lượng silicon cao) trong hệ thống bảo vệ cathode dòng điện cưỡng bức bị hỏng nhanh chóng. Sự tiếp xúc ngẫu nhiên của đường dẫn nhiên liệu vernier làm bằng hợp kim nhôm với đường điều áp helium làm bằng thép không gỉ 301 trong tên lửa chạy bằng nhiên liệu lỏng đã dẫn đến sự hình thành rò rỉ trong ống nhôm khi tiếp xúc với môi trường biển 16 tháng.