Các kết cấu kim loại làm việc trong môi trường ăn mòn , dưới tác dụng của lực kéo sẽ gây ra nứt, rạn và gãy. Dạng ăn mòn này gây tổn thất kim loại rất nhỏ, nhưng khó có thểnhìn thấy nên rất nguy hiểm.
g. Ăn mòn mỏi Là hiện tượng ăn mòn thay đổi có chu kỳ. Do tác xuất hiện hơn. h.Ăn mòn lựa chọn Dạng ăn mòn này xả dung dịch rắn, trong đó kim loại nền. Hình 7.11. k. Ănmòn mài mòn Sựmài mòn của kim bảo vệvà hiện tượng này Hình 7.10.Ăn mòn do ứng lực
ăn mòn xảy ra trong các kết cấu kim loại làm tác dụng ăn mòn tạo điều kiện cho các vết
ọn (sựphân rã hợp kim)
y xảy ra trong các điều kiện nhất định đối rong đó kim loại hòa tan cóđiện thế ăn mòn âm hơ
Hình 7.11.Ăn mòn lựa chọn (sựphân rã của hợp kim mài mòn
kim loại thụ động trong môi trường ăn mòn ày gọi là ăn mòn mài mòn.
làm việc dưới tải trọng ết nứt mỏi đầu tiên dễ
nh đối với các hợp kim là hơn nhiều so với kim
p kim)
a) b) Hình 7.12.Ăn mòn mài mòn a. Ăn mòn cục bộdo chảy rối của chất lỏng trongống ngưng b. Ăn mòn mài mòn do sựsủi bọtở nước làm lạnh trong xylanh
7.3. Bảo vệchống ăn mòn
Đểbảo vệkim loại chống ăn mòn, có ba phương pháp cơ bản:
Sơn phủ bề mặt để cách ly chi tiết với môi trường ăn mòn phương pháp này rẻ nhưng chỉbảo vệ được lớp mặt.
Hợp kim hóa giảm ăn mòn (ví dụ bằng Cr) các nguyên tố hợp kim sẽ làm tăng điện thế ăn mòn của các pha, làm giảm khả năng bị ăn mòn. Phương pháp này không kinh tếvì phải hợp kim hóa toàn khối.
Bảo vệ điện hóa để cho quá trình ăn mòn xảy ra nhưng điều khiển quá trình ăn mòn theo hướng có lợi, hoặc tác động vào môi trường để ngăn cản quá trìnhăn mòn.
7.3.1. Sơn phủ
Cách ly môi trường với kim loại bằng một lớp màng. Màng phải liên tục, bán chắc lên bề mặt chi tiết và trơ với môi trường. Cần chuẩn bị bề mặt thật sạch, không còn có các vết oxyt, dầu mỡ...
a. Phủphi kim
-Sơn phủ dùng bitum là phương pháp cổ điển, dùng choống chôn sâu.
-Sơn polyme là phương pháp phổbiếnthường dùng hai lớp sơn, lớp trong là lớp lót có tác dụng ngăn cách chi tiết với môi trường, đồng thời cũng đảm bảo cho sơn bám chắc vào chi tiết, ngoài là lớp sơn đảm bảo thẩm mỹ. Sơn gồm có bột oxyt, bột Zn, Al, kim loại anôt hoặc chất đóng vai trò ức chế như cromat kẽm và chất đóng vai trò dính kết như polyme, dầu khô nhanh như dầu sơn, dầu trấu...
- Chất liệu sơn cũng có nhiều phong phú trước đây dùng sơn dầu có chứa PbO, ngày nay có cả sơn acrylic cơ sở nước thuận tiện sửdụng.
-Phương pháp sơn có nhiều tiến bộtừ nhúng, quét, lăn, phun cao áp, ngày nay có sơn tĩnh điện, phun hạt tích điện.
- Tráng men dùng hạt thủy tinh borosilicat-frit cho bao ngoài kim loại rồi nung để thiêu kết và bám dính, sau khi nung lớp men có độcứng cao nhưng dòn.
b. Phủmạkim loại
Tạo một lớp kim loại ở bề mặt chi tiết bằng các cách nhúng trong kim loại nóng chảy (mạnóng), mạbằng điện, mạhóa, phun kim loại (kim loại hóa), hàn, cán.
Mạ điện kim loại dùng đểmạlà Zn, Ni, Cr, Cu. Chi tiết đóng vai trò catôt và anôt là kim loại cần mạ.
Mạ nóng nung chảy kim loại mạ đến nhiệt độ cần thiết rồi nhúng chi tiết cần mạ vào bểkim loại lỏng.
c. Phủbằng phương pháp hóa học
Nhuộm đen, nung thép đến nhiệt độ 350-4500 rồi nhúng vào dầu khoáng vật, bề mặt chi tiết được phủ một lớp oxyt mảng có màu đen ở bề mặt thép. Phương pháp thông dụng là nhuộm đen thép trong hỗn hợp muối nóng chảy có tỉ lệ1:1 của KNO2+ KNO3 hoặc NaNO2+NaNO3 + NaOH2 ở nhiệt độ 310-3500C sau đó rửa sạch bằng nước lạnh, tiếp theo là nước nóng có 2% xà phòng cuối cùng là rửa bằng nước lạnh.
Nhúng chi tiết thép vào bểchứa dung dịch Mn(H2PO4)2 và Fe(H2PO4)2 với nước nóng đểtạo ra lớp photphat sắt màu xám đen khá xít chặtởbềmặt.
7.3.2. Bảo vệ điện hóa
a. Bảo vệcatôt
Chi tiết cần bảo vệ đóng vai trò là một catôt.
Nguyên lý dùng một kim loại MÊ có điện thế ăn mòn âm hơn chi tiết M để làm anôt. Trong quá trìnhăn mòn, anôt MÊ s ẽ bị ăn mòn và vật thật sẽ được bảo vệ. Ví dụ: để bảo vệthép dùng kim loại có điện thế âm hơn như Zn, Al, Mg để làm anôt hy sinh gọi là protector.
Hình 7.13. Bảo vệcatốt bằng protector1. Thiết bịcần bảo vệ 1. Thiết bịcần bảo vệ
2. Chất bọc protector 3. Proctector Zn
4. Dụng cụkiểm tra
Hình 7.14. Sơ đồbảo vệ ống dẫn dưới đất bằng dòngđiện ngoài
Với những công trình nhỏnên dùng bảo vệbằng protectơ vì giá thành thấp hơn. - Bảo vệbằng dòngđiện ngoài thường dùng cho các diện tích rất lớn.
-Thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng đúng định kỳ.
- Các phương pháp bảo vệ catôt thường dùng kết hợp các lớp bảo vệ cách điện: sơn, bọc nhựa đường, chất dẻo...
b. Dùng anôt trơ graphit
Nguyên lý là dùng anôt trơ để tạo ra dòng điện ngược chiều trong mạch điện ăn mòn dođó sẽgiảm được dòngăn mòn tuy nhiên khóđi ều chỉnh dòng.
Hình 7.15. Nguyên lý dùng anôt trơc. Bảo vệanôt c. Bảo vệanôt
Phương pháp này chỉ dùng cho kim loại có khả năng thụ động hóa. Cần trang thiết bịphức tạp, chỉ dùng trong ăn mòn cực cao, trong công nghiệp hóa học.
7.3.3. Ăn mòn hóa học
7.3.3.1. Khái niệm và phân loại
không điện ly và khí khô.
Ăn mòn trong dung dịch không điện ly, đa số các chất hữu cơ không là chất điện ly, do vậy chúng không dẫn điện nên không xảy ra ăn mònđiện hóa.
Ăn mòn khí, là quá trìnhăn mòn hóa học xảy ra trong khí khôởnhiệt độcao. Ví dụ, sựoxy hóa các chi tiết trong lò nung,động cơ đốt trong, động cơ phản lực...
Ăn mòn khô chủyếu do phảnứng oxy hóa: + Tạo thành oxyt do tác dụng với oxy trong không khí + Tọa sulfua do SO2
+ Tác động của Cl, Be, CO, CO2, H2O.
Đánh giá sự oxy hóa bằng ái lực (∆H0 kJ/mol O2) của kim loại đối với oxy hoặc đối với lưu huỳnh.
Bảng 7.2. Ái lực của một sốkim loại đối với oxy và lưu huỳnh
Nguyên tố Oxyt ∆H0 Hợp chất ∆H0 Ag Ag2O -60 Ag2S -185 Cu Cu2O -335 Cu2S -270 Ni NiO -490 Ni2S -330 Fe FeO -520 FeS -310 Cr Cr2O3 -750 CrS -200 Al Al2O3 -1080
Quá trìnhăn mòn khí xảy ra do tác động đồng thời của nhiệt độcao và các khí ăn mòn xâm thực vào kim loại. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào tính chất kim loại và hợp kim, tính chất của môi trường khi ở nhiệt độ cao và tính chất của các sản phẩm ăn mòn.
7.3.3.2. Bảo vệchống ăn mòn hóa học
Dùng hợp kim chịu nóng thường dùng các loại hợp kim của Fe có Cr là nguyên tốhợp kim. Trong hợp kim tạo lớp oxyt đặc chắc, bám dính và có khả năng bảo vệtốt, hợp kim giữ được độbềnởnhiệt độcao.
Muốn vật liệu chịu nhiệt độ cao hơn nữa thì dùng gốm ceramic
Phủmạphủlớp Cr, Ni lên thép rồi ủkhuếch tán, phun phủgốm lên bềmặt chi tiết bằng năng lượng plasma. Các phương pháp phủ mạ bốc hơi là phủ mạ bốc hơi vật lý (PVD) và phủmạbốc hơi hóa học (CVD). Các quá trình phủ mạ đều gồm ba bước: tạo chất phủmạ, vận chuyển chất phủtừnguồn tới vật liệu phủ, phát triển màng chất phủ.
7.4. Ăn mòn khô và cách chống ăn mòn khô
Ăn mòn khô của các kim loại là phản ứng giữa kim loại và khí bao quanh chúng. Phản ứng này là sự oxy hóa xảy ra trên bề mặt kim loại và tạo thành với nó một số hợp chất nào đó. Do đó kim loại lại bị phá hủy. Loại ăn mòn này chủ yếu xảy ra ở nhiệt độ cao. Trong đa số trường hợp, oxy của khí quyển tác dụng với kim loại tạo thành các oxyt.
Giống như quá trìnhăn mòn trong dung dịch, sự tạo thành oxyt cũng xảy ra theo cơ chế điện hóa. Trong quá trình ăn mòn khô, một màng (lớp) rắn của sản phẩm ăn mòn tạo thành trên bề mặt kim loại.
Điều kiện để kim loại bị oxy hóa là áp suất riêng phần của oxy trong môi trường phải lớn hơn áp suất phân hủy của oxyt.[9]
Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Thế nào là ăn mòn, phân loại ăn mòn. Câu 2. Nêu cơ chế ăn mònđiện hóa
Câu 3. Các dạng ăn mòn do chênh lệch nồng độ oxy thường gặp và biện pháp khắc phục.
Câu 4. Nêu hiện tượng ăn mòn tinh giới, nguyên nhân gây ăn mòn tinh giới thép không gỉ austenit.
Câu 6. Giải thích tại sao thép không gỉ chỉ nhạy cảm với ăn mòn tinh giới khi nung hoặc làm nguội chậm trong khoảng nhiệt độtừ 400 đến 8000C.
Câu 7. Nêu khái quát các phương pháp bảo vệkim loại khỏi bị ăn mòn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Công Dưỡng (chủbiên)/1984/Kim loại học/NXB Khoa học và kỹthuật/Hà Nội [2] Lê Công Dưỡng (chủbiên)/1997/Vật liệu học/NXB Khoa học và kỹthuật/Hà Nội [3] Hoàng Tùng, Phạm Minh Phương, Nguyễn Ngọc Thành/2011/Vật liệu học trong Cơ khí/NXB Giáo dục Việt Nam/Hà Nội
[4] Nghiêm Hùng/1999/Vật liệu học/NXB ĐHBKHà Nội/ Hà Nội [5] Nguyễn Văn Tư/1999/Xửlý bềmặt/ NXB ĐHBKHà Nội/ Hà Nội
[6] Nghiêm Hùng/2008/Vật liệu học cơ sở/ NXB Khoa học và kỹthuật/ Hà Nội [7] Phạm Minh Phương, Tạ Văn Thất/2000/Công nghệnhiệt luyện/NXB Giáo dục/ Hà Nội. [8] B.N.ARZAMAXOV/ 2000/Vật liệu học/NXB Giáo dục/ Hà Nội.
[9] Alain Galerie, Nguyễn Văn Tư/2008/ Ăn mòn và bảo vệ vật liệu/ NXB Khoa học và kỹthuật/ Hà Nội.
[10] ĐỗMinh Nghiệp/1973/Lý thuyết độbền/ ĐHBK Hà Nội/ Hà Nội.
[11] Nghiêm Hùng, Hoàng Trọng Bá/1997/Công nghệ thấm cacbon/ Nhà Xuất Bản Khoa học kỹthuật/ Hà Nội
[12] Trần Quốc Thắng, Nguyễn Khắc Cường, ĐỗMinh Nghiệp, Nguyễn Văn Sứ/1990/
Các phương pháp nghiên cứu kim loại và hợp kim/ĐHBK Hà Nội/ Hà Nội
[13] Nghiêm Hùng/1997/Sách tra cứu thép, gang thông dụng/ĐHBKHà Nội/ Hà Nội. [14] Nguyễn Khắc Xương/2003/Vật liệu kim loại màu/ NXB Khoa học và kỹthuật/ Hà Nội.
[15] Nguyễn Chung Cảng/2006/Sổtay nhiệt luyện/ NXB Khoa học và kỹthuật/ Hà Nội. [16] Bộ môn hoá lý/1963/Sổ tay tóm tắt các đại lượng hóa lý/ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản/ Hà Nội
[17] Trần Quý Minh - Trần Văn Nam/2007/Nghiên cứuảnh hưởng của thành phần và lưu lượng khí thấm tới tổchức lớp thấm cacbon sửdụng khí gas Việt Nam/ Hà Nội [18]Th.s Lê Văn Cương/2006/Tập bài giảng Vật liệu kỹthuật/ Hải Phòng.