Chất ức chế là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ mà khi thêm một lượng rất nhỏ vào môi trường ăn mòn có tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn kim loại.
Khi sử dụng chất ức chế cần phải lưu ý một điều kiện sau:
– Chất ức chế không gây độc hại cho con người và ô nhiễm môi trường; – Giá thành thấp.
Ngày nay có rất nhiều hợp chất có tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn song có thể tạm phân chia thành hai loại:
– Chất ức chế gây thụ động; – Chất ức chế hấp phụ.
a) Chất ức chế gây thụđộng
Chất ức chế gây thụ động làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại do môi trường ăn mòn gây ra và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1) Khi có mặt chất ức chế trong môi trường ăn mòn, giá trị thế oxi hoá khử Eredox của hệ chất ức chế phải dương hơn thế thụ động EP (xem hình 7.1):
Eredox > EP (7.2)
2) Giá trị mật độ dòng catot của hệ ức chế redox iC(redox) tại thế tới hạn ECr phải lớn hơn mật độ dòng tới hạn iCr (đường 1 trên hình 7.1).
iC(redox) > iCr và iăm << iCr < iC(redox) (7.3)
Nếu chất ức chế có nồng độ chưa đủ để kìm hãm tốc độ ăn mòn kim loại (đường 2 trên hình 7.1) thì kim loại vẫn bị ăn mòn.
2 lgi (A/cm ) E(V) + ERedox EP ECr lgi¨m lgiCr lgic(Redox) ic 1 2 Hình 7.1
Đường phân cực anot xuất hiện thụđộng 1. Chất ức chế có nồng độ gây thụđộng; 2. Chất ức chế có nồng độ chưa đủ gây thụđộng
Ví dụ chất ức chế Na2Cr2O4 được dùng để chống ăn mòn cho thép trong các hệ thống nước làm lạnh.
Ở trạng thái thụ động, trên mặt kim loại thép tồn tại oxit Cr2O3 do phản ứng: 2
4
CrO − + 10H+ + 6e → Cr2O3 + 5H2O
Lớp oxit này ngăn cách bề mặt kim loại với môi trường ăn mòn. Song nếu trong dung dịch có mặt các chất khử Cl– hoặc H2S sẽ làm giảm quá trình tạo màng oxit và khả năng thụ động sẽ bị giảm, tốc độ ăn mòn kim loại tăng lên.
Nếu nồng độ chất ức chế bị giảm và lớp oxit không có tác dụng bảo vệ thì kim loại dễ bị ăn mòn dạng lỗ (đường 2 hình 7.1).
Đối với một số chất ức chế thụ động 2 4
CrO −, NO2− thì nồng độ tới hạn nằm trong khoảng 10–3÷ 10–4mol/l. Tron nước của các hệ thống làm mát khi nồng độ ion Cl–tăng, nhiệt độ tăng thì nồng độ chất ức chế phải tăng. Hệ thống làm lạnh tuần hoàn bằng nước ngọt có pH = 8 cho các động cơ điezen với nồng độ chất ức chế Na2Cr2O4 bằng 5.10–3 mol/l sẽ không bị ăn mòn.
Ngoài ra có một số chất có tác dụng như là chất ức chế thụ động: NaOH, Na2CO3, các muối photphat, silicat, borat… đối với thép trong môi trường gần trung tính có mặt oxi hoà tan.
Các chất dạng nitrit, benzoat, photphat, mercapto, benzotriazol… thường được dùng trong các hệ làm lạnh của động cơ ô tô.
Trong các hệ thống làm mát, sự kết tủa của các muối CaCO3, MgCO3 lên các thành ống dẫn nước cũng có tác dụng ngăn cản quá trình ăn mòn kim loại, song trong một giới hạn nào đó lại không có lợi cho sự truyền nhiệt.
b) Chất ức chế hấp phụ không gây thụđộng
Đa số các hợp chất hữu cơ có chứa N và S đều có tác dụng ức chế nâng cao độ bền chống ăn mòn kim loại trong môi trường ăn mòn.
Cấu trúc phân tử của các chất ức chế hữu cơ thường gồm hai phần:
– Mẫu không phân cực có kích thước lớn do liên kết của các nguyên tử C và H kị nước. – Phần phân cực gồm các nhóm chức: SH– (mercapto), –NH2 (amin), OH– (hiđroxyl), – COOH (cacboxyl)… ưa nước.
Các nhóm phân cực này đính lên bề mặt kim loại ở dạng hấp phụ vật lí (đôi khi là hấp phụ hoá học) còn phần không phân cực nằm trên bề mặt che phủ các tâm hoạt động của kim loại. Vì vậy có tác dụng làm ức chế quá trình ăn mòn kim loại. Các chất ức chế càng có hiệu quả nếu khả năng hấp phụ của chúng lên bề mặt càng lớn và càng bền chặt.
Sự hấp phụ của các hợp chất này có thể kìm hãm quá trình catot - gọi là chất ức chế catot hoặc ức chế quá trình anot - gọi là chất ức chế anot. Có trường hợp chất ức chế kìm hãm cả hai quá trình catot và anot. Sự ức chế các quá trình điện hoá này đều làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại.
Các chất ức chế hấp phụ thường dùng trong môi trường axit. Ưu điểm của loại ức chế này là lượng chất ức chế nhỏ song việc sử dụng chất ức chế có thể dẫn đến sự phá vỡ độ bền cơ học của vật liệu. Ví dụ sự hiđro hoá vật liệu làm tăng độ giòn của vật liệu.
Sau đây là một số chất ức chế sử dụng cho các môi trường khác nhau:
– Hợp chất amoni nitrit điazopropyl ức chế bay hơi đối với các kim loại mầu - bảo vệ Cr, Sn, Monel.
– Hợp chất đixiclohexyl amoni nitrit - ức chế bay hơi bảo vệ thép. – Hợp chất 2
4
CrO − (300 ÷ 500 ppm), canxipolyphotphat (15 ÷ 37 ppm), silicat (20 ÷ 40 ppm), ức chế chống ăn mòn kim loại của hệ thống nước làm lạnh tuần hoàn.
– Hợp chất nitrit, benzoat, photphat, natrimercaptobenzotiazol, benzotriazol ức chế chống ăn mòn kim loại cho hệ thống làm lạnh ô tô.
– Hợp chất phenylthioure, thioure, mercaptan… ức chế chống ăn mòn trong quá trình tẩy gỉ.