ăn mòn kim loại là sự phá hủy chúng do tác dụng điện hóa (có dòng điện) hay (thuần) hóa học (không có dòng điện) của môi trường xung quanh.
ăn mòn hóa học còn gọi là ăn mòn khô, do phản ứng hóa học của kim loại với môi trường xung quanh chứa chất xâm thực như ôxy, clo, lưu huỳnh mà trường hợp điển hình nhất là sự ôxy hóa của kim loại khi nung ở nhiệt độ cao sẽ được
khảo sát ở mục 5.5.3a.
ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn phổ biến nhất, gây tác hại nhất và được nghiên cứu nhiều nhất, là sự ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện giải (điện phân, điện ly) trong đó sự ôxy hóa (hòa tan, phá hủy) của nguyên tử kim loại, sự khử của chất ôxy hóa không phải xảy ra chỉ trong một phản ứng trực tiếp, là quá trình diễn biến phức tạp, song có thể coi rằng trong quá trình này kim loại hoạt động như một pin hay vi pin (ta gọi là pin ăn mòn cục bộ). Nói chung bản thân các kim loại và các tạp chất, tổ chức chứa trong chúng có điện thế điện cực khác nhau, cho nên khi nhúng vào trong dung dịch điện giải chúng tạo nên các vi pin, tùy thuộc hiệu số điện thế giữa các cực và số lượng vi pin mà tốc độ ăn mòn có thể
nhanh hay chậm.
Khi tiếp súc với dung dịch điện giải, các ion kim loại có xu hướng chuyển vào dung dịch và do đó để lại những điện tử thừa trong kim loại. Trên lớp bề mặt kim loại xuất hiện lớp điện tích kép và có điện thế nhất định gọi là điện thế điện
cực. Điện thế điện cực (tiêu chuẩn) của một số kim loại như sau (theo V):
Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag
-2,37 -1,67 -0,76 -0,74 -0,44 -0,25 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,80
Pt O2 Au
+1,19 +1,23 +1,50
trong đó kim loại có điện thế âm hơn sẽ trở thành anod (bị hòa tan, phân hủy) trong các cặp vi pin.
ăn mòn điện hóa của kim loại gồm ba quá trình cơ bản anod, catod và dẫn điện.
- Quá trình anod là quá trình ôxy hóa điện hóa, trong đó kim loại có điện thế âm hơn chuyển vào dung dịch dưới dạng ion và giải phóng điện tử, kim loại bị
ăn mòn theo phản ứng:
Me → Men+ + ne
- Quá trình catod là quá trình khử điện hóa, trong đó các chất ôxy hóa (Ox) nhận điện tử do kim loại bị ăn mòn giải phóng
Ox + ne → Red (Red là chất khử Ox.ne) Ox là dạng chất ôxy hóa có thể là H+
, O2 hay kim loại có điện thế điện cực dương
hơn.
+ Nếu Ox là H+
(như axit HCl) có: H+
+ e → Hhp rồi Hhp + Hhp → H2 (Hhp là hyđrô hấp phụ) ta gọi là ăn mòn với chất khử phân cực hyđrô.
+ Nếu Ox là O2:
khi môi trường là axit (như H2SO4) có O2 + 4H+
+ 4e → 2H2O (E=1,23V) khi môi trường trung tính hoặc badơ có O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
(E =0,40V) + Khi trong dung dịch có những ion kim loại có điện thế điện cực dương hơn kim loại bị ăn mòn có Men+
+ ne → Me hay Men’+
+ n’’e → Men’’’+
với n’ =
n’’ + n’’’.
- Quá trình dẫn điện: các điện tử tự do do kim loại bị ăn mòn giải phóng sẽ di chuyển từ anod tới catod, còn các ion dịch chuyển trong dung dịch.
Nhờ vậy có thể đoán trước rằng tất cả các kim loại với điện thế điện cực thấp hơn của điện cực hyđrô từ Mg đến Pb sẽ bị ăn mòn trong axit không chứa ôxy, đồng thời có sự thoát khí hyđrô
2Me → 2Me+ + 2ne và 2ne + 2nH+→ nH2.
Ngược lại với các kim loại có điện thế điện cực cao hơn của hyđrô (như
Cu, Ag) không thể bị axit không chứa ôxy hòa tan ăn mòn.
Nếu trong axit có chứa ôxy hòa tan thì phản ứng catod O2 + 4H+
+ 4e
→ 2H2O, phản ứng này có E = +1,23V lớn hơn E tiêu chuẩn +0,34V của phản ứng Cu → Cu2+ + 2e và +0,80V của phản ứng Ag → Ag+ + e, nên Cu và Ag đều bị ăn mòn.
Nếu nói quá trình ăn mòn phụ thuộc vào chênh lệch các điện thế điện cực ở anod và catod thì cũng phải nói thêm rằng các giá trị này còn phụ thuộc vào nồng độ (hoạt độ), nhiệt độ của dung dịch điện giải, vào sự thụ động hóa (một số kim loại Cr, Ni, Fe, Al và hợp kim của chúng trong những điều kiện đặc biệt của môi trường - ôxy hóa, phân cực anod - đột nhiên mất khả năng hoạt động hóa học và trở nên trơ, đó là hiện tượng thụ động hóa. Lúc này bề mặt có lớp màng ôxyt như Cr2O3, Al2O3 bảo vệ kim loại khỏi bị hòa tan, điện thế điện cực của anod dịch chuyển về phía dương, dòng điện ăn mòn nhỏ đi), và chúng thay đổi trong quá
trình ăn mòn (tức là khi có dòng điện - dịch chuyển điện tử, gọi là hiện tượng quá thế). Chính vì vậy sự ăn mòn kim loại còn phụ thuộc vào các thông số trên.