1.3. LỚP PHỦ POLYME NANOCOMPOZIT BẢO VỆ CHỐNG ĂN MỊN
1.3.3.1. Lớp gỉ sắ t vai trị trong ăn mịn và bảo vệ chống ăn mịn
Faraday là người đầu tiên đề xuất rằng sự thụ động là do lớp màng oxit bảo vệ được tạo ra khi oxi hĩa sắt. Ở trạng thái thụ động, sắt bị oxi hĩa ngay lập tức trong các mơi trường oxi hĩa mạnh tạo ra các oxit cĩ chứa Fe(III) với khả năng hịa tan rất thấp và các oxit này được tạo ra trực tiếp cĩ cấu trúc gần giống tinh thể của kim loại [4]. Các oxit ít tan này ngăn cách bề mặt kim loại với mơi trường và ngăn cản sự ăn mịn tiếp diễn. Khi lớp oxit sắt ở trong mơi trường oxi hĩa cĩ khuyết tật hoặc bị phá hủy, kim loại sắt bên trong sẽ tiếp xúc với dung dịch qua khuyết tật, ngay lập tức tạo thành oxit sắt (III) ít tan tại hốc khuyết tật và sửa chữa
lại lớp màng oxit [97]. Kết quả là màng oxit thụ động khơng chỉ đơn thuần che chắn về mặt vật lý và được tạo ra một lần ở giai đoạn nào đĩ trong quá trình thụ động, mà nĩ cịn là màng che chắn cĩ khả năng tự sửa chữa và làm mới.
Kích thước, thành phần hĩa học và cấu trúc tinh thể của màng oxit thụ động đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Nagayama và Cohen [98] đưa ra giả thuyết rằng sắt thụ động được bao bọc với một lớp màng mỏng chứa γ- Fe2O3/Fe3O4 dạng lập phương với chiều dày từ 1 - 3 nm.
Sự tạo thành gỉ sắt và tính chất
Trong mơi trường khơng khí, thép đã cĩ thể bị ăn mịn tạo thành gỉ. Các loại gỉ này thường là chất nền thơ, xốp, dạng vảy và khơng cĩ những tính chất cần thiết để che chắn thép khỏi mơi trường cũng như khơng cĩ khả năng bảo vệ và tự sửa chữa như lớp màng oxit thụ động. Khi nghiên cứu đặc điểm và tính chất lớp gỉ tạo thành trên bề mặt của các tấm thép cĩ khả năng chịu thời tiết, các nghiên cứu đã chỉ ra sự tạo thành của các dạng gỉ đặc biệt. Theo đĩ, trong lớp gỉ trên bề mặt thép gồm cĩ các thành phần: α-FeOOH, β-FeOOH, γ-FeOOH, γ-Fe2O3, Fe3O4 và các oxi hydroxit vơ định hình [2, 3, 8, 97-100]. Giả thiết đưa ra rằng, các hạt gỉ nhỏ tập hợp lại một cách dày đặc tạo thành màng bám dính rất khít, cĩ khả năng che chắn bảo vệ thép, trong đĩ α-FeOOH và oxihydroxit vơ định hình của Fe(III) cĩ kích thước nano là chất bảo vệ. Tuy nhiên, một số các thành phần gỉ cĩ thể bị hịa tan vào mơi trường, màng bảo vệ bị mài mịn và theo thời gian tạo thành các lỗ rỗ. Màng gỉ khơng được duy trì thường xuyên và ăn mịn sẽ bắt đầu tấn cơng trở lại qua các khuyết tật. Gỉ tạo ra lớp màng dày và bám dính tốt nhưng dường như khơng thích hợp để phát triển lớp màng bảo vệ sắt, thép dài lâu khỏi tác động của ăn mịn của mơi trường.
Ăn mịn khí quyển đối với sắt/ thép bao gồm một số các phản ứng: Phản ứng tạo thành ion hydroxit ở catot, phản ứng hịa tan sắt (II) và các ion trong thành phần hợp kim hĩa (II) tại anot, phản ứng oxi hĩa ngồi khơng khí từ Fe(II) → Fe(III), phản ứng tạo thành phức hydroxo Fe(III), kết tủa và hịa tan Fe(OH)3,
Fe3O4, các oxit sắt khác [101]. Kết quả là mơi trường khơng khí gây ăn mịn sắt thép cĩ thể được coi là tạo ra một hệ ăn mịn. Việc đánh giá quá trình phản ứng trong hệ một cách định lượng rất quan trọng nhằm làm sáng tỏ các đặc điểm và tính chất của gỉ hình thành lớp màng bảo vệ dài lâu. Sự hình thành một màng gỉ dày, bám dính tốt được giải thích do sự q trình oxi hĩa Fe(II) trong khơng khí xảy ra trong suốt q trình ăn mịn. Tiếp đến, sự kết tủa Fe(OH)3 tạo thành trong màng trước khi ion Fe(II) cĩ thể tách ra khỏi màng do bị hịa tan, kết quả là sẽ bịt kín các khuyết tật trên màng và cĩ khả năng tự sửa chữa, bảo vệ ngăn cản sự ăn mịn tiếp diễn.