CHƯƠNG 6 ĂN MỊN TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ
6.1.2. Cơ chế điện hĩa
Khi phơi ngồi khơng khí khơ hoặc ẩm, thép hoặc sắt sẽ tạo thành một màng oxýt rất mỏng bao gồm lớp bên trong là oxýt sắt từ, Fe3O4 (FeO.Fe2O3), bên ngồi là lớp gỉ FeOOH. Fe trong oxýt sắt từ cĩ thể ở dạng Fe2+ (FeO) hoặc Fe3+ (Fe2O3). Các vết nứt trên lớp gỉ FeOOH cho phép oxy từ khí quyển dễ dàng xâm nhập và oxy hĩa hồn tồn oxýt sắt từ thành dạng hydrat Fe2O3.H2O hoặc FeOOH (Fe2O3.H2O = 2FeOOH). Các lỗ xốp trong oxýt sắt từ được làm đầy bằng nước ngưng tụ và sản phẩm ăn mịn khơng tan. Do đĩ lớp oxýt sắt từ sẽ cĩ tính bảo vệ trong mơi trường hơi nước khơng ơ nhiễm.
Khơng khí xung quanh thường chứa một lượng SO2, chất này phản ứng với nước và oxy hịa tan để tạo H2SO4 trong các lỗ xốp, dẫn đến phản ứng hịa tan một phần màng oxýt tạo thành FeSO4. Muối này bị thủy phân sẽ cung cấp thêm mơi trường axít, làm cho màng oxýt dễ hịa tan hơn, mở rộng lỗ xốp trong oxýt sắt từ và cho phép dung dịch điện ly thâm nhập dễ dàng vào bề mặt kim loại nền. Ngồi ra FeSO4 cịn là chất hút ẩm, sẽ hấp thu nước từ khí quyển và làm tăng tốc độăn mịn khi độẩm lớn hơn độẩm tới hạn.
Cơ chế điện hĩa của quá trình được minh họa trong hình sau
Phản ứng anốt hịa tan sắt xảy ra dưới lớp oxýt sắt từ Fe3O4 Fe → Fe2+ + 2e
Ion Fe2+ trong dung dịch bảo hịa (hoặc gần như bảo hịa) nằm trong các lỗ
xốp của Fe3O4 sẽ phản ứng với oxy ở phía ngồi lớp Fe3O4để tạo thêm Fe3O4 3 Fe2+ + 2 OH- + ½ O2→ Fe3O4 + H2O
Phản ứng khử catốt là
8 FeOOH + Fe2+ + 2e → 3 Fe3O4 + 4 H2O
trong đĩ Fe3+ trong gỉ FeOOH bị khử thành Fe2+ trong Fe3O4 ở bề mặt tiếp xúc hai pha. Oxy khí quyển xâm nhập ngang qua các vết nứt trong lớp gỉ cĩ thể
oxy hĩa Fe3O4 trở lại thành gỉ.
Một lượng sunphát khơng tan sẽ kết tủa trong lớp oxýt.
6.1.3. Ngăn ngừa
Ăn mịn trong khí quyển cĩ thể được khống chế bằng cách dùng các lớp phủ hoặc hợp kim hĩa. Thơng thường, các phân tích kinh tế chỉ ra rằng một hệ
lớp phủ trên nền thép cacbon rẻ tiền thì tốt hơn là hợp kim chịu ăn mịn, khơng phủ, mắc tiền hơn. Tuy nhiên, nếu vẻ ngồi trang trí và chi phí bảo dưỡng là quan trọng thì thép khơng gỉ và hợp kim niken là những vật liệu thích hợp chống
ăn mịn khí quyển tốt. Nếu bề mặt bị che khuất hoặc khơng cần chú ý tới vẻ
ngồi, thì việc gia tăng bề dày để bù trừ cho sự ăn mịn cĩ thể là biện pháp ít tốn kém nhất.
6.2.Oxyhĩa và ăn mịn ở nhiệt độ cao 6.2.1. Phản ứng oxy hĩa