CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2 Tổng quan về lớp thụ động bảo vệ chống ăn mòn kim loại
1.2.1 Ăn mòn kim loại
Ăn mịn kim loại là phản ứng oxi hóa khử bất thuận nghịch xảy ra giữa kim loại và một chất oxi hóa có trong mội trường xâm thực. Sự oxi hóa kim loại gắn liền với sự khử chất oxi hóa.
Có thể cơng thức hóa sự ăn mịn kim loại như sau:
Kim loại + chất oxy hóa → kim loại bị oxy hóa + chất khử
Trong mơi trường axít, tác nhân H+ oxy hóa kim loại tạo thành khí H2 theo phương trình:
Me + nH+ → Men+ + n/2 H2 (1.1)
Trong mơi trường trung tính hoặc kiềm, ăn mịn kim loại thường là do phản ứng giữa kim loại và oxy hòa tan trong mơi trường. Khi có ẩm, Me bị ăn mịn và tạo thành MeOOH theo phương trình hóa học:
4Me + 3O2 + 2H2O → 4MeOOH (1.2)
Trong mơi trường axit, oxy cũng có thể tham gia vào q trình ăn mịn kim loại. Tuy nhiên, nồng độ của nó rất nhỏ so với proton nên thường được bỏ qua.
Trong môi trường khô, oxy là tác nhân ăn mòn chỉ khi ở nhiệt độ cao (hàng trăm oC). Vì vậy, cần phân biệt hai loại ăn mịn: ăn mịn trong khí ẩm ở nhiệt độ thường (cịn gọi là ăn mịn điện hóa) và ăn mịn trong khơng khí khơ ở nhiệt độ cao (cịn gọi là ăn mịn hóa học).
Q trình ăn mịn kim loại xảy ra trong dung dịch điện li, phản ứng oxy hóa khử ln bao gồm hai phản ứng riêng biệt gọi là phản ứng riêng phần: phản ứng oxy hóa gọi là phản ứng anot và phản ứng khử gọi là phản ứng catot.
Me → Men+ + ne- Phản ứng anot (1.3) nH+ + ne- → n/2H2 Phản ứng catot (1.4) Me + nH+ → Men+ + n/2H2 Phản ứng chung (1.5)
Ăn mòn kim loại xảy ra khi kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li là sự phá hủy kim loại xảy ra trên bề mặt giới hạn hai pha kim loại và dung dịch chất điện li, khi đó kim loại bị hịa tan xảy ra trên vùng anot và kèm theo phản ứng giải phóng hiđrơ hoặc tiêu thụ oxy xảy ra trên vùng catot đồng thời sinh ra dịng điện. Q trình ăn mịn kim loại được mơ tả ở Hình 1.11.
Hình 1.11. Q trình ăn mịn kim loại trong dung dịch điện li [95]
Trên bề mặt kim loại có vùng anot và vùng catot. Giá trị thế điện cực tại vùng anot âm hơn so với thể điện cực vùng catot.
+ Vùng anot xảy ra q trình oxy hóa tức là kim loại bị hòa tan: Me – ne- → Mene- (1.6)
+ Vùng catot, các eletron ở vùng anot được dịch chuyển đến vùng catot trên bề mặt kim loại và tại đó xảy ra các phản ứng kèm theo. Đối với mơi trường có ion H+ thì xảy ra phản ứng giải phóng hidro.
nH+ + ne- → n/2H2 (1.7)
Nếu trong mơi trường ăn mịn có mặt ion H+ và oxy thì xảy ra phản ứng tiêu thụ oxy. Vậy sự ăn mòn kèm theo sự tiêu thụ oxy có mặt trong dung dịch.
n/4O2 + ne- + nH+ → n/2H2O (1.8)
Q trình ăn mịn hịa tan kim loại cũng như quá trình xảy ra trên ca tốt là giải phóng hiđrơ hoặc tiêu thụ oxy thường bao gồm các giai đoạn sau đây:
Vùng anot
a) Giai đoạn hòa tan kim loại để lại electron trên điện cực;
b) Giai đoạn chuyển sản phẩm của sự oxy hóa (chuyển các ion từ bề mặt kim loại vào thể tích dung dịch).
Vùng catot
a) Chuyển các phần tử tích điện H3O+ từ trong thể tích dung dịch đến lớp dung dịch phần sát bề mặt bằng nhiều cách: sự khuếch tán do chênh lệch nồng độ, hoặc bằng sự điện di, hoặc bằng chuyển động đối lưu;
c) Giai đoạn phóng điện của ion H+: 2H+ + 2e- → H2;
d) Giai đoạn hấp phụ của sản phẩm Hhp trên bề mặt điện cực; e) Chuyển sản phẩm vào dung dịch.
Vậy phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt giới hạn pha của q trình ăn mịn kim loại tại vùng catot cũng như anot bao gồm nhiều giai đoạn, song giai đoạn nào chậm nhất sẽ khống chế động học của toàn bộ quá trình.