Gỉ trong môi trường khí quyển là loại thường gặp: khoảng 80% thiết bị bằng kim loại làm việc trong điều kiện khí quyển, tốc độ ăn mòn trong khí quyển không kém tốc độ ăn mòn trongđất và trong nước.Cho nên khoảng 50% lượng kim loại hao tổn do ăn mòn trong khí quyển. Vì vậy vấn đề gỉ trong môi trường khí quyển có ý nghĩa kinh tế rất lớn .
Đặc trưng cơ bản của kim loại gỉ này là trên bề mặt kim loại có một lớp nước mỏng (gọi là màng nước) màng nước này rất dễ tạo nên trên bề mặt kim loại do sự hấp thụ hơi nước từ trong môi trường khí quyển.
Trên những bề mặt sạch và nhẵn lý tưởng, lớp nước này cũng có thể tạo ra , khi độ ẩm tương đối của không khí đạt tới 100%,nghĩa làở nhiệt độ điểm sương.
Những bề mặt thực tế là những b ề mặt không phẳng và không nhẵn, chúng có lượn sóng và có độ nhấp nhô tế vi, bởi vậy trên bề mặt này dễ dàng tạo ra màng nước. Chỉ cần
trong một độ ẩm tương (gọi là độ ẩm tương đối với giới hạn chuẩn, giá trị này thường khoảng 60%) thì lớp màng nước đã hình thành vàở độ ẩm tương đối giới hạn này tốc độ gỉ xảy ra rất mạnh.
Độ ẩm tương đối giới hạn đối với các kim loại có giá trị khác nhau. Trong khí quyển có chứa nhiều chất bẩn thìđộ ẩm tương đối cũng thấp đi.
Ví dụ, do sự có mặt của hơi HCl mà độ ẩm tương đối gi ới hạn đối với thép hoặc kẽm sẽ nhỏ hơn 10%.
Trong các màng nước mỏng đó đều có các khí hoà tan như CO, SO2… sẽ làm cho tốc độ gỉ tăng nhanh, các chất bụi bẩn cũng gây ra sự phá hủy do gỉ, vì các bụi này bám trên bề mặt và tạo ra sự nhấp nhô, như vậy dễ dàng tạo ra các màng nước. Nếu các bụi bẩn là các phần tử than (ở môi trường khí quyển công nghiệp) chúng sẽ đẩy mạnh tốc độ gỉ.
Gỉ trong khí quyển có thể chia làm 3 loại chính như sau: a. Gỉ trong không khí ướt
Loại gỉ này xảy ra khi ngưng tụ không khí ẩm thành màng nước mỏng trên bề mặt kim loại, có thể trông thấy được khi độ ẩm cao(độ ẩm không khí gần 100%). Dạng gỉ này thường gặp khi trời mưa hay nướctrực tiếp bắn lên trên kim loại.
b. Gỉ trong không khí ẩm
Gỉ trong không khí ẩm xảy ra khi nhiệt độ ẩm tương đối bé (nhỏ hơn 100%). Sự gỉ này xuất hiện dưới lớp nước mỏng do hấp thụ mao quản hay ngưng tụ, lớp nước này quá mỏng, mắt ta không trông thấy được.
c. Gỉ trong không khí khô
Loại gỉ này hoàn toàn không có lớp ẩm trên bề mặt kim loại.
Trong thực tế dạng ăn mòn này có thể chuyển hoá thành dạng ăn mòn khác rất khó phân biệt. Khi xét về cơ cấu của ba loại trên người ta thấy chúng có những đặc điểm rất khác nhau.
Cơ cấu gỉ trong không khí ướt có thể nói gi ống như gỉ trong chất điện giải. Đó là sự làm việc của những vi pin.
Ngượclại loại gỉ trong không khí khô, lại là dạng gỉ hoá học đơn thuần . Cơ cấu gỉ của chúng giống như cơ cấu gỉ hoá học nhưng vì nhiệt độ thấp nên tốc độ gỉ không đáng kể. Ví dụ:Ở sắt chiều dày màng gỉ thông thường khoảng 30 40m
Đối với gỉ trong không khíẩm là dạng gỉ phổ biến nhất, đặc điểm gỉ là trên bề mặt của kim loại có màng nước mỏng mà mắt ta không nhìn thấy được. Màng mỏng này hình thành là do các nguyên nhân sau:
- Do hiện tượng ngưng tụ mao quản. Khả năng ngưng tụ mao quản trên bề mặt phụ thuộc vào dạng bề mặt (lồi lõm ) và áp suất hơi bão hoà trên các bề mặt.
P1=P0l-25V/RTr (2.11)
P1 và P0 –áp suất hơi bão hòa trên bề mặt lõm có bán kính r và áp suất hơi bão hoà trên bề mặt phẳng có sức căng bề mặt ở nhiệt độ T.
V- thể tích phân tử của chất lỏng. R- hằng số khí
- Do hiện tượng ngưng tụ hấp thụ . Do tác dụng liên kết giữa phân tử nước và bề mặt rắng, lực này gọi là lực hấp thụ. Ngưng tụ hấp thụ sẽ tạo ra lớp nước mỏng.
- Do ngưng tụ hoá học. Đây là sự liên tục phát triển của ngưng tụ hấp thụ ở dạng liên kết hoá học với vật liệu đó là sự tạo thành hợp chất hydrô trên bề mặt kim loại, sản phẩm gỉ là tinh thể hydrat hoá.
2.2.4 Gỉ trong đất
Có rất nhiều cấu trúc làm việc dưới đấ t như các ống nước, các ống dẫn, dây cáp, các công trình ngầm, v.v… cho nên kim loại cũng bị gỉ và việc chống gỉ dưới đất cũng là một vấn đề quan trọng.
Quá trình gỉ dưới đất cũng giống như gỉ trong chất điện giải và thuộc loại gỉ điện hoá nhưng gỉ điện hoá trong đất có rất nhiều đặc điểm liên quan đến cấu tạo và tính chất của lớp đất.
2.2.5 Gỉ trong nước biển
Nước biển là chất điện giải, vì trong nước biển có nhiều chất hoà tan, những thành phần của muối. Những thành phần cùa muối ở trong nước biển rất khác nhau ở mỗi khu vực. Trong nước biển các muối nói chung hoà tan và phân ly thành các ion như Cl-, SO4-, HCO3-, Br-, Na+,Mg+, K+, ngoài ra còn có các phần từ khác như ôzôn , iốt, brôm tự do. Nói chung các chất này có độ dẫn điện khá cao. Tất cả các hợp kim, kim loại (trừ magiê và hợp kim của nó) làm việc trong nước biển đều bị gỉ.
Quá trình gỉ trong nước biển là quá trình gỉ điện hoá cho nên có thể vận dụn g các định luật của gỉ điện hoá.