Có 2 cơ chế ăn mòn thường gặp nhất là: cơ chế điện hoá, chủ yếu đối với kim loại v à cơ
chế ăn mòn hoá học, đối với tất cả các loại, vật liệu.
2.4.2.1. Cơ chế điện hóa của quá trìnhăn mòn kim loại
* Điện thế điện cực và khả năng xảy ra ăn mòn:
Điện thế điện cực kim loại: định luật Nernst: KL CMe nF RT E E 0 ln Eocủ a một số kim loại: Kim loại : Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Eo, vol: -2,37 -1,67 -0,76 -0,74 -0,44 -0,25 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,80
Điện thế điện cực môi tr ường:
Môi trường axit không hoà tan oxy
EMT= - 0,059 pH - 0,030 lgPH2, EMT= - 0,059 pH khi áp suất riêng phần của hydro PH2= 1 at.
Môi trường axit, kiềm và môi trường nước (ngọt và nước biển) có hoà tan oxy
EMT= 1,23 - 0,059 pH + 0,015 lgPO
2, EMT= 1,23 - 0,059 pH khi PO2= 1 at
Khả năng xảy ra ăn mòn: Kim loại chỉ bị ăn mòn khi EKL< EMT,
Trong môi trường axit không hoà tan oxy (EoH =0) do đó các kim loại có Eo< 0 sẽ bị ăn mòn là : Mg, Al, …Pb, các kim lo ại không bị ăn mòn là Cu và Ag
Khi axit có hoà tan oxy thì EoH(O)=1,23V do đó tất cả các kim loại trên đều bị ăn mòn.
Trong môi trường nước Eokhoảng 0,4V trừ Ag còn hầu hếtcác kim loại đều bị ăn mòn.
Khi kim loại bị ăn mòn thì xảy ra phản ứng: Me Men++ ne
Axit không có oxy: 2H+ + 2e H2 ,
Axit có oxy: O2 + 4H++ 4e 2H2O Nước có oxy: O2 + 2H2O + 4e 4OH
Xem sơ đồ hình 2.23. Các electron di chuyển từ anôt sang catôt, H+ và O2 chuyển đến
catôt:
R U
Ia/m trong đó U là hiệu điện thế giữa catôt và anôt, R tổng điện trở.
Ăn mòn galvànic: latông 2 pha: giầu Cu và giầu Zn khi ngâm trong n ước pha sẽ bị ăn mòn thành các lỗ, ta gọi đó là ăn mòn thoát Zn.
2.4.2.2. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
Ăn mòn hoá học kim loại Me được mô tả bằng phản ứng sau:
xMe + y/2G2 = MexGy
trong đó G2 là chất khí gây ăn mòn: O2, Cl2,…
Năng lượng tự do của phản ứng ăn mònở cân bằng biểu thị bằng:
0 1 ln /2 0 y G P RT G G do đó: yRT G PG 0 2 ln
biểu diễn trên đồ thị: (hình 5.16):
- Khi P<PG ăn mòn không xảy ra (vùng ổn định (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
của Me)
- ở T=T1: nếu P>P1, Me1 bị ăn mòn (vùng ổn định
MexGy)
-ở T=TC: nếu P>PCcả 2 kim loại bị ăn mòn (PC>P1) - Hai kim loại Me1 và Me2:
T>TC(trái điểm TC), Me1 bền ăn mòn hơn Me 2
T<TC (phải điểm TC), Me 2 bền ăn mòn hơn
Sản phẩm ăn mòn MexGy có thể ở thể rắn: bám hoặc tách khỏi bề mặt vật liệu; Oxit của các
kim loại Cr, Si, Al,.. và cả Fe (ở mức độ thấp hơn) có tác dụng kìm chế (thụ động) ăn mòn.
2.4.3.Tốc độ ăn mòn
Thường được biểu thị dưới 3 dạng:
- Mật độ dòngăn mòn: ia/m=Ia/m/S, có thứ nguyên là : [A/cm2], [A/dm2],
- Tốc độ ăn mòn khối lượng: P =Dm/St, thứ nguyên: [g/cm2.ngày].
- Tốc độ thâm nhập: Ptn =Pkl/r, thứ nguyê n: [mm/năm], (r- khối lượng riêng của kim loại).
Dựa vào tốc độ thâm nhập của môi tr ường, người ta chia kim loại thành ba nhóm: + Ptn< 0,125 mm/năm được coi là rất bền ăn mòn,
+ (0,125 < Ptn< 1,25) mm/năm là trungbình.
+ Ptn> 1,25 mm/năm được coi là không bền ăn mòn. Tương ứng, người ta cũng chia tốc độ ăn mòn thành các loại: chậm, trungbình và nhanh.
Theo ASTM, độ bền ăn mòn của vật liệu gồm 5 cấp A,B,C,D,E theo thứ tự giảm dần.
2.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn 2.4.4.1.Ảnh hưởng của bản chất kim loại
- Điện thế ăn mòn: Mỗi kim loại trong môi tr ường cụ thể có một giá trị điện thế ăn mòn
xác định. Giá trị này càng nhỏ thì khả năng xảy ra ăn mòn càng lớn.
- Sự thụ động ăn mòn: Các kim loại Fe, Cr, Ni có khả năng thụ động ăn mòn tức là tốc độ ăn mòn giảm nhanh theo thời gian, tuy nhiênở mức độ khác nhau: Cr thụ động nhanh nh ất
thép không gỉ có >12%Cr. Fe (thé p cacbon) có thụ động nh ưng chậm, ttđlớn.
2.4.4.2.Ảnh hưởng của môi trường
-Điện trở của môi trường: chỉ có môi trường dẫn điện mới có ăn mònđ iện hoá , điện trở
càng lớn thì tốc độ ăn mòn càng nhỏ.
-Ảnh hưởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi tr ường:Giảm độ pH (môi trường axit), tăng nồng độ oxy thì tốc độ ăn mòn tăng.
-Ảnh hưởng của nhiệt độ : khi tăng nhiệt độ tốc độ ăn mòn tăng.
2.4.4.3.Ảnh hưởng của cấu trúc và tính chất của hợp kim
- Những hợp kim đa kém bền ăn mòn hơn hợp kim một pha,
- Hợp kim hoá với các nguyên tố có Eo cao sẽ làm tăng EKLgiảm nhạy cảm với ăn mònhơn. - Hợp kim hoá với các nguyên tố có khả năng thụ động ăn mòn thì cũng tăng khả năng thụ động ăn mòn của hợp kim. Tốc độ ăn mòn thường liên quan đến bản chất của màng oxit hình thành trên bề mặt : axit (Cr, Si), baz ơ (Fe,Ni,Cu), lưỡng tính (Al) hoặc trơ (Pt). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.4.4.Ảnh hưởng của các công nghệ vật liệu
- Tôi để nhận được tổ chức một pha đồng nhất sẽ bền ăn mòn hơn.
- Thép cacbon trung bình sau khi tôi thì ít nhạy cảm với ăn mòn hơn nhưng sau khi ram lại
trở nên nhạy cảm với ăn mòn. Tốc độ ăn mòn lớn nhất khi ram ở 400-500oC. - Khi hàn hoặc nhiệt luyện có sự tiết pha: ăn mòn galvànic.