(γ-Fe2O3). Polyanilin cú thế oxi húa cao. Vỡ vậy, nú dễ dàng bị khử bởi sự oxi húa thộp.
Trong trường hợp tồn tại vết xước trờn bề mặt lớp thỡ xảy ra sự oxi húa polyanilin trong mụi trường ăn mũn thay vỡ oxi húa thộp. Do đú, thộp bị phõn cực catụt, sự ăn mòn thép giảm.
b. Kết quả thực nghiệm:
Qua hỡnh chụp bằng kớnh hiển vi cho thấy ảnh hưởng của polyanilin đến tỏc nhõn ức chế. Thộp hỡnh thành lớp gỉ trong mụi trường ăn mũn trung tớnh, vỡ thế chỳng ta cú thể biết được mức độ ăn mũn.
NềnNền Nền Nền
Nền Phủ polyaniPhủ polyaniPhủ polyaniPhủ polyanilinlinlinlin Hỡnh Hỡnh
Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9999....6666.... Ảnh chụp mẫu phủ polyanilin ngõm trong dung dịch NaCl 3,5% sau 6 giờ.
9.6 9.69.6
9.6. . . . Các ph−ơng pháp điện hờa bảo vệ kim loạiCác ph−ơng pháp điện hờa bảo vệ kim loại Các ph−ơng pháp điện hờa bảo vệ kim loạiCác ph−ơng pháp điện hờa bảo vệ kim loại 9.6.1. Phương phỏp bảo vệ catụt
9.6.1.1. Nguyờn 9.6.1.1. Nguyờn 9.6.1.1. Nguyờn
9.6.1.1. Nguyờn tắctắctắctắc chung chung chung chung
Trong thuật ngữ chung, bảo vệ catụt là sự làm giảm thế của một kim loại hoặc hợp kim tới một giỏ trị làm cho sự ăn mũn bằng 0 hoặc khụng đỏng kể. Sự giảm thế điện cực này được gõy ra bởi cỏch ỏp đƯt dòng điện bên ngoài hoƯc bằng anôt hy sinh. Bảo vệ catụt tỡm thấy hữu ớch lớn nhất của nú cho lớp thộp phủ cacbon, nú kộo dài tuổithọ của cỏc đường ống dẫn chụn trong đất hàng ngàn dặm, bỡnh chứa dầu và khớ
đốt, cỏc cụng trỡnh khoan dầu ngoài khơi, vỏ tàu thủy và một số thiết bị dụng cụ húa học.
Hóy xem xột phản ứng ăn mũn sắt trong dung dịch loóng đó được thoỏng khớ. Phản ứng anụt và catụt tương ứng xảy ra như sau:
Anot: Fe → Fe2+ + 2e
Catụt: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Trờn anụt, sắt hũa tan tạo thành Fe2+ và electron. Trờn catụt, khớ oxi phản ứng với nước và electron tạo ra ion OH-. Nếu phương phỏp bảo vệ catụt được ỏp dụng cho phản ứng này thỡ sẽ xuất hiện sự phõn cực. Sự phõn cực catụt này làm giảm tốc độ sự hũa tan của sắt với một lượng thừa electron trờn bề mặt anụt, cũng như sự tăng tốc độ khử oxi tạo ra OH-.
Nh− vỊy, bảo vệ catụt là làm giảm hoặc loại bỏ hũan toàn quỏ trỡnh ăn mũn kim loại nhờ phõn cực catụt kim loại bằng dũng điện ngoài hoặc nối chỳng với một anụt hy sinh (thường là Mg, Zn, Al).
Dũng điện ỏp đặt cho phõn cực catụt được cung cấp bởi một mỏy chỉnh lưu dũng điện xoay chiều từ nguồn điện thành dũng điện một chiều. Anụt chống ăn mũn bảo vệ kim loại bằng cỏch kết nối cụng trỡnh đú với một kim loại thứ hai gọi là “anụt hy sinh”. Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Trường hợp nguồn điện sử dụng là dũng điện cung cấp từ một nguồn điện (ắc quy, do mỏy chỉnh lưu cung cấp bằng cỏch chuyển dũng điện xoay chiều thành dũng điện một chiều...) thỡ gọi là bảo vệ catụt bằng dũng ngoài. Khi đú anụt (kể cả loại được gọi là trơ) cũng phải định kỳ thay thế vỡ bị ăn mũn. Nguồn điện được sinh ra từ kim loại cú thế điện cực õm hơn hũa tan vào mụi trường tạo ra, khi đú ta gọi là anụt hy sinh hay protector. Loại này cũng phải được thay thế bằng anụt mới khi bị hũa tan hết.
9.6 9.69.6
9.6.1.2. Cỏc phương phỏp bảo vệ catụ.1.2. Cỏc phương phỏp bảo vệ catụ.1.2. Cỏc phương phỏp bảo vệ catụ.1.2. Cỏc phương phỏp bảo vệ catụtttt
a. Dựng dũng điện ỏp đặt: Sơ đồ bảo vệ catụt bằng dũng điện ngoài được nờu ra trong hỡnh 9.8.
Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9.89.89.89.8.... Bảo vệ catụt bằng dũng ngoài
Trong hỡnh 9.8, mỏy chỉnh lưu cung cấp một dũng điện bằng cỏch chuyển húa dũng điện xoay chiều thành dũng điện một chiều và dũng điện này chuyển electron từ anụt (than chỡ trơ) đến catụt (đường ống chụn dưới đất). Vỡ vậy, sự phõn cực catụt làm giảm tốc độ ăn mũn trong đường ống dẫn.
b. Bảo vệ catụt bằng anụt hy sinh (protector)
Kim loại cần bảo vệ được nối với kim loại cú thế điện cực õm hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường ống
Đất
Điện cực C Bộ chỉnh dũng
Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9.99.99.99.9.... Bảo vệ catụt bằng anụt hy sinh.
Khi được hàn với protector, điện thế của kim loại giảm xuống và dần ổn định ở giỏ trị nhỏ hơn EKLcb, kim loại trở thành catụt và khụng bị ăn mũn, trỏi lại protector bị ăn mũn mạnh hơn. Nghĩa là, phản ứng của cặp pin galvanic giữa hai kim loại được phỏt triển, cấu trỳc kim loại bảo vệ trong cặp pin galvanic này được phõn cực ở catụt, cũn kim loại hoạt động là anụt bị hũa tan. Đú là sự hy sinh của anụt để bảo vệ catụt bằng cỏch phỏ hủy chớnh nú. Vỡ vậy, anụt hy sinh phải được thay thế định kỳ khi chỳng bị sự hũa tan hết.
Như trong hỡnh vẽ ta thấy, để kim loại được bảo vệ, một mặt protector phải được nối dẫn điện với kim loại cần bảo vệ (hàn, ghộp nối bằng bulụng, đinh tỏn,...); mặt khỏc, protector phải được đặt trong cựng mụi trường với kim loại cần bảo vệ ở nơi cú điện trở thấp nhất để luụn duy trỡ mạch điện khộp kớn.
Trong cặp pin galvanic giữa hai kim loại khụng giống nhau dũng galvanic bảo vệ catụt đối với kim loại quý hơn và ưu tiờn hũa tan kim loại hoạt động hơn. Vỡ vậy, dũng electron truyền từ anụt chống ăn mũn hoạt động đến cụng trỡnh catụt. Vớ dụ, phản ứng anụt tại catụt (Fe → Fe2+ + 2e) bị giảm đi bởi sự thừa electron do anụt hy sinh cung cấp. Trong khi đú, sự khử oxi hũa tan và thoỏt khớ hyđro (2H2O + 2e → H2 + 2OH-) là
Dõy dẫn điện Đường ống cần bảo vệ Protector trong vỏ bọc hoạt húa Mối hàn Đất
tăng nhanh hơn. Theo nguyờn tắc, khi bất cứ hai kim loại hay hợp kim là cặp pin galvanic, kim loại hay hợp kim hoạt động hơn trở thành anụt hy sinh và kim loại hay hợp kim cũn lại là catụt được bảo vệ.
Vớ dụ: Trong mụi trường dẫn điện tốt như biển thỡ protector được gắn trực tiếp vào bề mặt kim loại. Cỏch này thường được dựng cho tàu thủy (hỡnh 9.10) và cho cỏc ống dẫn trong nước biển (hỡnh 9.11).
Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9.109.109.10.... Bảo vệ tàu thủy bằng protector Zn 9.10
Hỡnh Hỡnh Hỡnh Hỡnh 9.119.119.119.11.... Bảo vệ ống dẫn bằng protector Zn 1. Ống dẫn bằng thộp; 2. Lớp phủ bờ tụng; 3. Protector Zn 9.6.2. Bảo vệ anụt
Nguyờn lý bảo vệ anụt khỏc hẳn bảo vệ catụt. Trong bảo vệ anụt, điện thế ăn mũn được tăng sao cho nú nằm trong khu vực thụ động của giản đồ Pourbaix. Do đú, phương phỏp bảo vệ anụt chỉ ỏp dụng cho những kim loại cú thể bị thụ động. Hỡnh 9.12 cho thấy sơ đồ điện và hỡnh 9.13 cho thấy đường cong phõn cực khi bảo vệ anụt.
Trong quỏ trỡnh bảo vệ anụt, ta phải tăng điện thế ăn mũn đến điện thế lớn hơn điện thế khởi đầu thụ động EMetđ, tốc độ ăn mũn bõy giờ bằng itđ, tức mật độ dũng ăn mũn ở trạng thỏi thụ động.
Chỳ ý: Muốn dũng ăn mũn ổn định ở trạng thỏi thụ động itđ thỡ trong thời gian bắt đầu bảo vệ anụt, dũng điện phải vượt qua dũng tới hạn ith.
Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9.129.129.129.12. Sơ đồ điện khi bảo vệ anụt.
Hỡnh Hỡnh Hỡnh
Hỡnh 9.139.139.139.13.... Đường cong phõn cực khi bảo vệ anụt.
(1): Nguồn
(2): Đối tượng bảo vệ (3): Điện cực so sỏnh
(1): Đường cong phõn cực catụt (2): Đường cong phõn cực anụt khi cú thụ động
Ecb
Me: điện thế cõn bằng của quỏ trỡnh anụt. Vớ dụ: Để bảo vệ một bỡnh bằng thộp cacbon thấp chứa H2SO4 núng, khởi đầu quỏ trỡnh bảo vệ anụt ta phải đặt vào một dũng điện lớn hơn mật độ dũng tới hạn khoảng 3A/m2. Sau khi đạt trạng thỏi thụ động, ta chỉ cần duy trỡ mật độ dũng bảo vệ khoảng 0,2 A/m2.
Bảo vệ anụt đũi hỏi cú nguồn điện phải bảo quản khụng bị hỏng, bị mất trong quỏ trỡnh làm việc. Tốt nhất chỉ sử dụng trong cỏc mụi trường ăn mũn mạnh (thường gặp trong cụng nghiệp húa học) và chỉ ỏp dụng đối với cỏc kim loại cú thụ động trong
quỏ trỡnh ăn mũn. Vỡ khụng gõy ụ nhiễm mụi trường, bảo vệ anụt sẽ rất cú hiệu quả nếu tận dụng được cỏc nguồn năng lượng tự nhiờn như thủy triều, sức giú...
9.7 9.79.7
9.7. . . . Tư hợp các ph−ơng pháp bảo vệ kim loạiTư hợp các ph−ơng pháp bảo vệ kim loạiTư hợp các ph−ơng pháp bảo vệ kim loạiTư hợp các ph−ơng pháp bảo vệ kim loại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong thực tế, người ta khụng sử dụng riờng một phương phỏp bảo vệ mà thường kết hợp cỏc phương phỏp sao cho hợp lý và kinh tế nhất.
Vớ dụ:
- Để bảo vệ cỏc kết cấu kim loại làm việc trong nước biển, người ta thường kết hợp giữa phương phỏp sơn phủ bảo vệ với phương phỏp bảo vệ bằng protector hoặc bằng dũng điện ngoài.
- Phương phỏp oxi húa và photphat húa bề mặt thường được sử dụng làm lớp nền cho sơn phủ.
- Bảo vệ cỏc ống dẫn đặt ngầm thỡ người ta kết hợp sử dụng cỏc lớp bao phủ ngăn cỏch (bitum, ximăng...) với bảo vệ catụt bằng dũng điện ngoài hay protector.
- Trong cỏc kết cấu xõy lút bảo vệ thiết bị bằng cỏc vật liệu dạng viờn (gạch chịu axit) thỡ lớp ngoài cựng là gạch chịu axit cú độ bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt nhưng tớnh chống thấm kộm. Do vậy, lớp trong người ta hay lút bằng cỏc vật liệu dạng cuộn cú tớnh chống thấm tốt nhưng khả năng chịu nhiệt kộm hơn. Lớp chống thấm nằm sỏt bề mặt phải cú tớnh đàn hồi, nú đúng vai trũ bự dón nở nhiệt. Đõy là điều đặc biệt quan trọng đối với thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao và kớch thước lớn.
Việc lựa chọn chiều dày của cỏc lớp trong kết cấu bảo vệ phải căn cứ vào phương trỡnh truyền nhiệt để đảm bảo độ bền của lớp chống thấm.
Câu hõi và bài tỊp Câu hõi và bài tỊp Câu hõi và bài tỊp Câu hõi và bài tỊp 1.
1. 1.
1. a- Cho biết những đƯc tr−ng của ăn mòn điện hoá.
b- Cho biết điều kiện để kim loại bị ăn mòn điện hờa với chÍt khử cực H+ và O2. 2.
2. 2.
2. a- Cho biết sự giỉng và khác nhau của ăn mòn hờa hục và ăn mòn điện hờa kim loại.
b- Trình bày cơ sị của ph−ơng pháp anôt hy sinh để bảo vệ kim loại. 3.
3. 3.
3. Trình bày ph−ơng pháp catôt bảo vệ kim loại chỉng ăn mòn điện hờa 4.
4. 4.
4. Hãy cho biết vai trò của các loại chÍt ức chế trong chỉng ăn mòn kim loại. 5
55
5. . . . Để bảo vệ kim loại nền bằng thép, ng−ới ta mạ lên đờ mĩt lớp mạ bằng Zn hoƯc Ni. Giải thích hiện t−ợng xảy ra khi cho hai mĨu thép đã mạ Zn hoƯc Ni đờ tiếp xúc với dung dịch chÍt điện li, nếu nh− lớp mạ bị bong ra mĩt phèn và cho biết tên của ph−ơng pháp bảo vệ đờ.
Cho biết ϕO(Fe2+/Fe) = -0,44V; ϕO(Zn2+/Zn) = -0,76V; ϕO(Ni2+/Ni) = -0,25V.
6666. Tính đĩ lớn của dòng ăn mòn trên mĩt tÍm kẽm 0,25cm2 tiếp xúc với mĩt tÍm sắt cùng diện tích trong môi tr−ớng n−ớc ị 25oC. Dòng trao đưi của kẽm và sắt bằng nhau và bằng 10-6A/cm2, [Fe2+] = [Zn2+] = 10-6 mol/l.
7777. Trong các kim loại sau đây, kim loại nào cờ xu h−ớng bị ăn mòn trong không khí Ỉm ị pH = 7: Fe, Cu, Pb, Al, Ag, Cr, Co? ChÍp nhỊn nơng đĩ ion tỉi thiểu để ăn mòn xảy ra là 10-6M.
8888. Viết các ph−ơng trình phản ứng anôt, catôt của điện cực Fe và điện cực Cu nhúng trong dung dịch kiềm bão hòa oxi ị điều kiện pH = 14, PO2 = 1atm. Xác định xem các kim loại Fe, Cu cờ bị ăn mòn không? Giả sử nơng đĩ của chúng trong dung dịch đều bằng 10-6M.
9999. Hai đèu của đ−ớng ỉng thép đ−ợc nhúng vào hai dung dịch khác nhau:mĩt đèu trong dung dịch chứa 0,02M Fe2+, đèu kia trong dung dịch chứa 10-6M Fe2+. Xác định xem đèu nào của đ−ớng ỉng bị ăn mòn. Xác định hiệu thế giữa hai đèu ỉng khi chúng vừa đ−ợc đƯt vào trong các môi tr−ớng trên.
10101010. Mĩt bể chứa hình trụ cờ đ−ớng kính 50cm, chiều cao 1m bằng thép cacbon trung bình, chiều dày thành là 5 mm, l−ợng n−ớc chứa trong bể bằng 60% thể tích. Sau 6 tuèn bể bị ăn mòn mÍt 304g.
a) a) a) a) Xác định dòng ăn mòn và mỊt đĩ dòng ăn mòn của bể. Giả sử bể bị ăn mòn đều và coi tỉc đĩ ăn mòn thép nh− là Fe ị cùng điều kiện.
b) b) b) b) Xác định tuưi thụ của bể, biết rằng bể chỉ làm việc an toàn với chiều dày thành tỉi thiểu là 2mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảoTài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo
1. Trèn Hiệp Hải-Trèn Kim Thanh, Giáo trình Hoá-Lí T3, Nhà xuÍt bản Giáo dục 1983.
2. Nguyễn Văn Tuế, Hoá lý T4, Nhà xuÍt bản Giáo dục - Hà nĩi 1999.
3. Phan L−ơng Cèm, Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Tr−ớng đại hục Bách khoa Hà nĩi- Tr−ớng đại hục Kỹ thuỊt Delft Hà Lan, Hà nĩi 1985.
4. Nguyễn Văn Duệ - Trèn Hiệp Hải, Bài tỊp hoá lí, Nhà xuÍt bản Giáo dục - Hà nĩi 1987.
5. Trèn Hiệp Hải, Phản ứng điện hoá và ứng dụng, Nhà xuÍt bản Giáo dục - Hà nĩi 2002.
6. Nguyễn Hữu Phú, Hoá lý và Hoá keo, Nhà xuÍt bản KH&KT - Hà Nĩi 2003. 7. Nguyễn Kh−ơng, Điện hờa hục, Nhà xuÍt bản KH&KT - Hà Nĩi 1999.
8. Tr−ơng Ngục Liên, Điện hờa lý thuyết, Nhà xuÍt bản KH&KT - Hà Nĩi 2000. 9. Lân Ngục Thiềm, Trèn Hiệp Hải, Nguyễn Thị Thu, Bài tỊp Hoá lý cơ sị, Nhà xuÍt
bản KH&KT - Hà Nĩi 2003.
10.Nguyễn Văn T−, ăn mòn và bảo vệ vỊt liệu, Nhà xuÍt bản KH&KT - Hà Nĩi 2002. 11.Trịnh Xuân Sén, Điện hoá lý thuyết, Nhà xuÍt bản KH&KT - Hà Nĩi 2005.
12.L.I. Antropov, Theoretical Electrochemistry, Mis Publishers, Moscow 1977. 13.R.Gaboriaud, Physico-Chimie des Solutions, Masson, Paris 1996.
14.J. Volke- F. Liska, Electrochemistry in Organic Synthesis, Springer- Verlag 1994. 15.C.A.C. Sequeira, Environmental Oriented Electrochemistry, Elsevier, amsterdam-
London-New york-Tokyo, 1994
16. Denny A. Jones, Principle and prevention of corrosion, Prentice Hall - USA - 1996. 17. Carl H. Hamann, Electrochemistry, New York - Weinheim - Toronto - 1998.
18. Demetrios Kyriacou, Modern Electroorgani chemistry, Springer- Verlag, Berlin NewYork - London - 1994.