- Ăn mũn kim loại ?
11.6. Một số khỏi niệm cơ bản trong kỹ thuật ăn mũn và bảo vệ kim loại:
- Điện thế điện cực kim loại: Nhỳng một thanh kim loại đồng nhất vào một dung dịch muối của nú, thỡ giữa kim loại và dung dịch xuất hiện cõn bằng sau:
Me Men+ + ne , thỡ xuất hiện điện thế điện cực cõn bằng E theo hệ thức Nernst: E = E0 + RT/NF ln a. .
Trong đú R là hằng số khớ R = 8,31441 J/mol.K T là nhiệt độ tuyệt đối. K
F là hằng số Faraday F= 96.500 C/mol
a là hoạt độ của ion Men+ trong chất điện giải
E0 là điện thế điện cực của kim loại với dung dịch cú hoạt độ a=1.
Trong thực tế ta khụng thể đo trực tiếp giỏ trị tuyệt đối của điện cực cõn bằng (điện thế thuận nghịch) mà thường đo điện thế điện cực bằng pin điện húa gồm hai nửa pin- một nửa pin là điện cực kim loại nghiờn cứu, cũn nửa kia là điện cực so sỏnh. Dựng một điện cực so sỏnh chuẩn ta đo được một giỏ trị điện thế của thanh kim loại- ta gọi đú là điện thế điện cực kim loại.
- Điện thế điện cực của kim loại trong dung dịch chuẩn, ở điều kiện nhiệt độ, ỏp suất chuẩn gọi là điện thế điện cực tiờu chuẩn.
- Điện thế điện cực kim loại trong dung dịch ở trạng thỏi cõn bằng thỡ gọi là điện thế cõn bằng- điện thế dừng, điện thế nghỉ (tại đú dũng anốt và dũng catốt bằng nhau).
- Phõn cực: Khi nhỳng một thanh kim loại vào trong chất điện ly thỡ xuất hiện một
điện thế- gọi là điện thế cõn bằng, điện thế dừng. Khi cú một tỏc động lờn điện cực một thỡ điện thế ổn định sẽ dịch chuyển khỏi giỏ trị ổn định. Nếu điện thế dịch chuyển về phớa dương hơn điện thế ổn định thỡ ta gọi là phõn cực anụt. Nếu điện thế dịch chuyển về phớa õm hơn điện thế ổn định thỡ gọi là phõn cực catụt.
- Thụ động kim loại:
Một kim loại hay hợp kim trong những điều kiện đặc biệt của mụi trường như tỏc dụng của chất oxy húa hoặc phõn cực anốt, đột niờn mất khả năng hoạt động húa học và trở nờn trơ, ta núi rằng kim lọai đú đĩ bị thụ động. cỏc kim loại Cr, Ni, Fe rất dễ bị thụ động. Như vậy một kim loại cú thể hoạt động hoặc cú thể thụ động phụ thuộc vào mụi trường và điều kiện quanh kim loại.
- Điện thế điện cực: Mỗi vật liệu kim loại trong một điều kiện mụi trường chất điện ly nhất định cú một giỏ trị điện thế điện cực. (Tham khảo bảng điện thế điện cực tiờu chuẩn)
Sau đõy là khoảng giỏ trị điện thế của một số kim loại trong mụi trường khỏc nhau:
Vật liệu Điện thế (-mV)
Mg. -2,1 -2,4 Al: -1,6 -1,7
Zn -0,76 -0,8
Điện thế của vật liệu phụ thuộc vào thành phần cấu trỳc vật liệu, mụi trường và nhiều yếu tố khỏc. Khi tớnh toỏn thiết kế thỡ cỏc số liệu phải được lấy từ bảng cac bảng tài liệu tiờu chuẩn ( Vớ dụ của NACE)
- Điện thế ăn mũn : Điện thế ăn mũn là điện thế mà tại đú tốc độ phản ứng hồ
tan kim loại bằng phản ứng kết tủa, ở trạng thỏi cõn bằng ( ia = ik).
- Điện thế bảo vệ: là điện thế mà tại giỏ trị đú thỡ kim loại hồn tồn khụng bị ăn
mũn.
- Phõn cực: Khi điện thế cụng trỡnh kim loại dịch chuyển khỏi điện thế cấn bằng
thỡ goi là phõn cực. Nếu điện thế dịch chuyển về phớa õm hơn điện thế ăn mũn thỡ gọi là phõn cực catốt. Khi điện thế cụng trỡnh kim loại dịch chuyển về phớa dương hơn điện thế ổn định thỡ gọi là phõn cực anốt.
- Dũng điện ăn mũn, mật độ dũng điện ăn mũn: Khi kim loại bị ăn mũn điện hoỏ
thỡ tạo ra dũng điện ăn mũn. Giỏ trị dũng điện trờn một đơn vị diện tớch bề mặt gọi là mật độ dũng điện. Cú thể xỏc định được dũng điện ăn mũn bằng cỏch tớnh toỏn hoặc đo đạc nhờ thiết bị chuyờn dụng. Mật độ dũng điện cú thể tớnh trờn catốt (mật độ dũng catốt), tớnh trờn điện cực anốt ( mật độ dũng anốt), tớnh theo thể tớch (mật độ dũng thể tớch).
- Điện trở chuyển tiếp, điện thế bề mặt, điện trở điện cực, điện trở đất, điện trở chất bọc, điện trở màng sơn..... là những khỏi niệm thường gặp trong cỏc tớnh toỏn chống ăn mũn.
- Dung lượng: Dung lượng là điện lượng do một đơn vị khối lượng protector sản ra, nú cho biết khả năng làm việc lõu dài của protector (Dung lượng lý thuyết, dung lượng thực tế). Đơn vị tớnh A.h/kg. Dung lượng thực tế thường nhỏ hơn dung lượng lý thuyết.
- Dung lượng điện xỏc định theo cụng thức: η ∆ = . m t. I C ( Ah/kg ) Trong đú
η là hiệu suất sản dũng (%), nú phụ thuộc vào bản chất kim loại, hợp kim.
∆m là thay đổi khối lượng a nốt trước và sau khi làm việc (kg);
I là dũng điện sản ra qua anụt ( A); t là thời gian dũng điện qua điện cực anốt (h). Hiệu suất sản dũng cũng cú thể tớnh theo biểu thức:
η= ∆ + + + n n n X Z A ..... X Z A X Z A m , t. I 2 2 2 1 1 1 8 26 %
Trong đĩ: η là hiệu suất sản dịng(%)
A1, A2, An : nguyên tử lợng của các cấu tử cĩ trong hợp kim. Z1, Z2, Zn : Hố trị của các cấu tử trong hợp kim
- Hiệu suất sản dũng là tỷ số giữa dung lượng thực tế và dung lượng lý thuyết. Hiệu suất núi lờn mức độ hữu ớch của Protector. Mỗi loại Protector cú thành phần khỏc nhau thỡ sẽ cú dung lượng, hiệu suất khỏc nhau. Hiệu suất dung lượng của protector cũn phụ thuộc vào mụi trường sử dụng.
Bảng đặc tớnh của protector
Vật liệu Protector Điện thế hở mạch (-mV) Dung lượng (A.h/Kg) Hiệu suất (%) Hợp kim Magiờ 1600 1250 50 Hợp kim Kẽm 1000 800 95 Hợp kim Nhụm 1050 2500 85
- Mỗi loại vật liệu kim loại, hợp kim cú điện thế trong mụi trường chất điện ly (bảng 2). Vỡ vậy khi thiết kế dựng cho cụng trỡnh thỡ phải dựa vào cỏc tiờu chuẩn và tài liệu được phộp sử dụng.
Chương 12. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ ĂN MềN
Cỏc phương phỏp thử nghiệm thường dựng như phơi mẫu, ngõm mẫu, Gia tốc ăn mũn bằng thấm ướt chu kỳ; Gia tốc bằng tủ giả khớ hậu phun mự muối; Xỏc định tốc độ ăn mũn bằng phương phỏp trọng lượng; phương phỏp thể tớch; Xỏc định tốc độ ăn mũn bằng phương phỏp điện hoỏ.