CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĂN MÒN THÉP KHÔNG GỈ
2.1.3 Sự thụ động của thép không gỉ
Trạng thái mà thép không gỉ có biểu hiện tốc độ ăn mòn rất thấp đƣợc biết đến là trạng thái thụ động. Để hiểu rõ sự thụ động của thép không gỉ là khảo sát giản đồ điện thế–mật độ dòng điện, hay là đƣờng cong phân cực anôt.
Khi tăng điện thế áp vào theo hƣớng dƣơng từ điện thế ăn mòn và ghi lại dòng điện đo đƣợc, sẽ nhận đƣợc sự biến thiên điện thế–mật độ dòng điện nhƣ trình bày trong hình 2.1. Từ điện thế ăn mòn mật độ dòng điện tăng khi điện thế tăng. Sau đó mật độ dòng điện ngừng tăng và giảm xuống theo điện thế áp vào, và tại điện thế mật độ dòng điện ngừng tăng đƣợc gọi là điện thế bắt đầu thụ động. Sự bắt đầu suy giảm này chính là chuyển biến hoạt hóa–thụ động. Ở điện thế dƣơng hơn, mật độ dòng điện tiếp tục giảm xuống đến một giá trị rất thấp còn gọi là mật độ dòng điện thụ động, và giữ ở giá trị thấp đó trên một khoảng điện thế rộng. Khoảng điện thế có mật độ dòng điện duy trì ở giá trị thấp đƣợc gọi là khoảng điện thế thụ động, và đây là khoảng mà xác định sự thụ động cho một hệ tổ hợp thép không gỉ–môi trƣờng cho trƣớc. Tốc độ ăn mòn trong khoảng thụ động này thƣờng thì rất thấp.
Tiếp tục tăng điện thế áp vào theo hƣớng dƣơng thì mật độ dòng điện đo đƣợc sẽ bắt đầu tăng trở lại. Điện thế có xảy ra hiện tƣợng tăng dòng điện thì phụ
26
thuộc chủ yếu vào môi trƣờng ăn mòn. Ở điện thế này thƣờng tƣơng ứng với sự bắt đầu sinh khí ôxy do điện phân nƣớc, và là điện thế quá thụ động. Tuy nhiên, trong các dung dịch chứa ion clo, mật độ dòng điện tăng lên tại điện thế sớm hơn (âm hơn) nào đó, nhƣ đƣợc trình bày trong hình 2.1. Tại điểm này thƣờng kèm theo hình thành các lỗ ăn mòn trên bề mặt mẫu thử nghiệm và thƣờng gọi là điện thế ăn mòn lỗ. Do ăn mòn lỗ có thể xuyên thủng và phá hủy thiết bị công nghiệp nên điện thế ăn mòn lỗ là điện thế tới hạn mà không nên vƣợt quá. Vì nhiều môi trƣờng công nghiệp có chứa các ion clo nên khoảng điện thế thụ động có thể đƣợc xác định một cách thực tế là khoảng giữa điện thế bắt đầu thụ động và điện thế ăn mòn lỗ.
Hình 2.1 Đường phân cực anôt giản lược của thép không gỉ trong H2SO4 [4].
Trong các dung dịch khác nhau, đƣờng cong phân cực anôt của thép không gỉ có thể biểu hiện đầy đủ các trạng thái hoạt hóa, thụ động và quá thụ động nhƣ trong hình 2.1 hoặc có thể chỉ biểu hiện các trạng thái nào đó nhƣ trong hình 2.2.
Về cơ bản thép không gỉ có đƣợc đặc tính thụ động nhờ hợp kim hóa với crôm. Chính crôm sạch biểu hiện một khoảng điện thế thụ động rộng trong các dung dịch H2SO4 không chứa ion clo. Hợp kim hóa sắt bằng crôm làm dịch chuyển điện thế bắt đầu thụ động theo hƣớng âm, mở rộng khoảng điện thế thụ động, và làm giảm mật độ dòng điện thụ động. Trong các dung dịch chứa ion clo, việc tăng hàm
27
lƣợng crôm của các hợp kim sắt–crôm làm tăng điện thế ăn mòn lỗ, mà do đó làm mở rộng khoảng điện thế thụ động. Ảnh hƣởng của crôm và các nguyên tố hợp kim khác đến đƣờng cong phân cực anôt của thép không gỉ trong dung dịch axit chứa ion clo đƣợc tóm tắt dƣới dạng giản đồ trong hình 2.3.
Hình 2.2 Đường phân cực anôt giản lược của thép không gỉ trong dung dịch HCl và dung dịch muối clorit [4].
Hình 2.3 Tóm tắt sơ lược ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong thép không gỉ đến đường cong phân cực anôt [4].
28