CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM III.1 CHẾ TẠO VẬT LIỆU THỬ NGHIỆM
3.3.2.1 Đường cong phân cực anôt trong dung dịch 5% H2SO
Nhìn chung, các mẫu thép không gỉ 205 đều có đƣờng cong phân cực anôt đặc trƣng của thép bền ăn mòn, đó là trên đƣờng cong phân cực anôt tồn tại cả ba vùng: vùng hoạt hóa, vùng thụ động và vùng quá thụ động trong dung dịch thử nghiệm5% H2SO4. Vùng hoạt hóa của các mẫu thép tƣơng đối rộng, gần giống với đƣờng cong phân cực anôt của mẫu sắt sạch trình bày trong hình 2.8.
Hình 3.8 trình bày đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép không có NTĐH (m10) và có NTĐH (m11) ở trạng thái đúc trong dung dịch 5% H2SO4. Dễ dàng nhận thấy rằng mật độ dòng điện của mẫu thép không có NTĐH (m10) ở vùng hoạt hóa xấp xỉ mật độ dòng điện của mẫu thép có NTĐH (m11) nên sự ăn mòn của hai loại thép này trong vùng hoạt hóa là tƣơng đƣơng. Nhƣng tại vùng thụ động mật độ dòng điện của mẫu thép không có NTĐH (m10) đều nhỏ hơn mật độ dòng điện của mẫu thép có NTĐH (m11) nên mẫu thép có NTĐH bị ăn mòn nhanh hơn. Vì thế mẫu thép không có NTĐH (m10) bền ăn mòn hơn mẫu thép có NTĐH (m11) trong dung dịch 5% H2SO4 ở toàn bộ quá trình thử nghiệm. Trong thử nghiệm tổn hao
45
khối lƣợng, mẫu thép không có NTĐH (m10) cũng bền ăn mòn hơn mẫu thép có NTĐH (m11) trong dung dịch 5% H2SO4 và đa số các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.
Hình 3.8 Đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc trong dung dịch 5% H2SO4.
Hình 3.9 trình bày đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép ở trạng thái sau rèn m10r, m11r và m13r. Qua hình 3.9 thể hiện rõ mẫu thép có ~0,3% NTĐH (m13r) có độ bền ăn mòn tốt nhất, trong khi mẫu thép có ~0,1% NTĐH (m11r) lại có độ bền ăn mòn kém nhất và kém hơn cả thép không có NTĐH trong dung dịch 5% H2SO4 vì trên đƣờng cong phân cực anôt của thép có ~0,1% NTĐH luôn luôn đạt mật độ dòng điện lớn nhất khi thử nghiệm ở 5% H2SO4. Kết hợp với thử nghiệm tổn hao khối lƣợng cho thấy mẫu thép có ~0,3% NTĐH (m13r) có tốc độ ăn mòn thấp hơn so với mẫu thép có ~0,1% NTĐH (m11r) trong dung dịch 5% H2SO4. Có thể nhận xét rằng khi tăng hàm lƣợng NTĐH lên đã làm thay đổi thành phần hóa học cũng nhƣ phân bố tạp chất, cấu trúc của thép 205.
So sánh đƣờng cong phân cực anôt của các cặp mẫu thép đúc và thép rèn trong dung dịch 5% H2SO4 (hình 3.10) cho thấy trên tất cả các đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép rèn đều có mật độ dòng điện lớn hơn rất nhiều so với đƣờng
46
cong phân cực anôt của mẫu thép đúc tƣơng ứng ở mức chênh lệch khoảng 10 lần cả trong vùng hoạt hóa và vùng thụ động. Khi thử nghiệm tổn hao khối lƣợng trong dung dịch 5% H2SO4 mức chênh lệch cũng rất lớn, khoảng 8 lần.
Hình 3.9 Đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái rèn trong dung dịch 5% H2SO4.
Hình 3.10 So sánh đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc và ở trạng thái rèn trong dung dịch 5% H2SO4.
Hình 3.11 trình bày đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép mẻ 2 ở trạng thái đúc trong dung dịch 5% H2SO4. Trong vùng anôt, mẫu thép có NTĐH ~0,1% (m21) có mật độ dòng điện thấp nhất, mẫu thép không có NTĐH (m20) có
47
mật độ dòng điện cao nhất, còn mẫu thép có NTĐH ~0,3% (m23) có mật độ dòng điện nằm trung gian. Nhƣ vậy các mẫu thép có NTĐH bền ăn mòn hơn so với mẫu thép không có NTĐH. Kết quả này cũng khá phù hợp với kết quả thu đƣợc khi thử nghiệm tổn hao khối lƣợng trong các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.
Hình 3.11 Đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 2 ở trạng thái đúc trong dung dịch 5% H2SO4.
Đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép mẻ 2 ở trạng thái rèn cũng có dạng tƣơng tự ở trạng thái đúc (hình 3.12). Mẫu thép có NTĐH ~0,1% (m21r) tuy có mật độ dòng điện cao hơn mẫu thép có NTĐH ~0,3% (m23r) trong vùng hoạt hóa và chuyển tiếp sang thụ động, nhƣng trong vùng thụ động hoàn toàn thì mật độ dòng điện vẫn thấp hơn. Điện thế ăn mòn của các mẫu thép có NTĐH (m21r và m23r) dƣơng hơn hẳn so với mẫu thép không có NTĐH (m20r). Các kết quả này hoàn toàn chứng tỏ ảnh hƣởng có lợi của NTĐH làm tăng độ bền ăn mòn của mẫu thép 205.
Khi so sánh đƣờng cong phân cực anôt của các cặp mẫu thép đúc và thép rèn của mẻ 2 (hình 3.13) thấy rằng các đƣờng cong phân cực anôt của các mẫu thép rèn đều có mật độ dòng điện lớn hơn nhiều so với mẫu thép đúc, tƣơng tự nhƣ của mẻ 1. Kết quả này hoàn toàn thích hợp tạo ra một quy luật chung là độ bền ăn mòn của
48
mẫu thép rèn luôn kém hơn so với mẫu thép đúc do tạp chất trong mẫu thép rèn tập trung nhiều tại biên giới hạt, ít phân bố đều trong nền hạt thép nền.
Hình 3.12 Đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 2 ở trạng thái rèn trong dung dịch 5% H2SO4.
Hình 3.13 So sánh đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 2 ở trạng thái đúc và ở trạng thái rèn trong dung
49
Các kết quả thử nghiệm tổn hao trọng lƣợng thép 205 có NTĐH cũng nhƣ không có NTĐH hoàn toàn phù hợp với đƣờng cong phân cực anôt các thép này trong H2SO4 tại các nồng độ khác nhau (hình 3.14 và 3.15). Khi thử nghiệm thép có ~0,3% NTĐH trong khoảng dung dịch H2SO4 từ 20 đến 40% tốc độ ăn mòn hầu nhƣ không thay đổi vì quá trình ăn mòn thép phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khuếch tán sản phẩm ăn mòn rời khỏi vùng phản ứng, trên bề mặt mẫu thép có sự bám dính lớp sản phẩm ăn mòn. Trong khi đó, thử nghiệm trong khoảng dung dịch H2SO4 từ 5 đến 20% tốc độ ăn mòn thép có ~0,3% NTĐH tăng dần lên và hầu nhƣ có sự bám dính lớp sản phẩm ăn mòn không đều trên bề mặt. Khi thử nghiệm thép có ~0,1% NTĐH trong khoảng dung dịch H2SO4 từ 5 đến 40% tốc độ ăn mòn thép này tăng dần lên và có sự bám dính lớp sản phẩm ăn mòn không đều trên bề mặt.
Hình 3.14 Tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc và ở trạng thái rèn trong các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.
Điện trở phân cực của các mẫu thép 205 đƣợc xác định tại điện thế ăn mòn của chúng trong dung dịch 5% H2SO4 đƣợc trình bày trong bảng 3.5. Các kết quả đã xác định thép có NTĐH luôn luôn có điện trở phân cực cao hơn thép không có NTĐH. Khi điện trở phân cực của mẫu thép càng cao thì độ bền của màng thụ động trên bề mặt mẫu thép càng lớn cả ở trạng thái đúc lẫn trạng thái rèn. Điển hình là điện trở của mẫu thép có ~0,1% NTĐH (m21) cao nhất trong tất cả các mẫu thép
50
tƣơng ứng với tổng lƣợng NTĐH của nó cũng cao nhất. Điện trở của các mẫu thép rèn đều thấp hơn so với điện trở của các mẫu thép đúc. Vì thế khi cho thêm NTĐH vào thép 205 thì độ bền ăn mòn thép sẽ tăng lên.
Hình 3.15 Đường cong phân cực anôt của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc và trạng thái rèn trong dung dịch 20% H2SO4.
Bảng 3.5 Điện thế ăn mòn và điện trở phân cực của
các mẫu thép không gỉ 205 thử nghiệm trong dung dịch 5% H2SO4.
Ký hiệu mẫu Điện thế ăn mòn Ecorr, VSCE Điện trở phân cực Rp, Ω
m10 -0,426 17,17 m11 -0,419 25,43 m10r -0,460 7,16 m11r -0,442 8,43 m13r -0,424 9,93 m20 -0,427 26,96 m21 -0,418 34,50 m23 -0,420 28,73 m20r -0,485 3,30 m21r -0,428 4,08 m23r -0,424 5,10
51