2.2. KHẢO SÁT SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI
2.2.1. Khảo sát sự ăn mòn kim loại bằng phương pháp trọng lượng
Khảo sát sự ăn mòn kim loại trong môi trường H2SO4 với các nồng độ khác nhau, thông qua số liệu khảo sát, tính được tốc độ ăn mòn tương ứng với từng nồng độ của H2SO4. Theo phương pháp trọng lượng, tốc độ ăn mòn kim loại được tính bằng công thức:K = m m - m1 2 = Δm
S×t S×t
Trong đó: Km: Tốc độ ăn mòn kim loại (g/m2.giờ) m1: Khối lượng mẫu trước khi khảo sát (g) m2: Khối lƣợng mẫu sau khi khảo sát (g)
S: Diện tích tiếp xúc của mẫu với môi trường khảo sát (m2) t: Thời gian tiến hành khảo sát (giờ)
Pha H2SO4 đặc có nồng độ chính xác là 97,5% thành các dung dịch H2SO4 với các nồng độ là 5% 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%.
Cho H2SO4 vừa pha ở trên vào 7 cốc 100 ml có đánh số lần lƣợt là 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 tương ứng với các nồng độ là 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%.Nhúng mẫu thép vào các cốc trên. Sau một thời gian khảo sát thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Bảng 2.1: Kết quả khảo sát tốc độ ăn mòn kim loại theo nồng độ H2SO4 Thời
gian (giờ)
Nồng độ axit H2SO4
(%)
5 10 20 30 40 50 60
1
m1 (g) 13,3986 13,5426 13,6944 14,3094 13,5131 15,4691 13,8182 m2 (g) 13,3748 13,3865 13,4207 13,5147 12,6241 15,4581 13,8144 Δ (g)m 0,0238 0,1561 0,2737 0,7947 0,8890 0,0110 0,0038 S mẫu (cm2) 0,00136 0,00140 0,00140 0,00140 0,00140 0,00144 0,00140
Km 17,5 111,5 195,5 567,64 635 7,6389 2,7143
2
m1 (g) 13,2728 14,5687 14,6254 14,3368 14,4785 15,4016 13,7875 m2 (g) 13,2296 14,2531 14,0662 12,7374 12,6918 15,3795 13,7799 Δ (g)m 0,0492 0,3156 0,5592 1,5994 1,7867 0,0221 0,0076 S mẫu (cm2) 0,00136 0,00140 0,00140 0,00140 0,00140 0,00144 0,00140
Km 18,0882 112,71 199,71 571,21 638,1 7,6736 2,7143
3
m1 (g) 13,2728 14,5687 14,6254 14,3368 14,4785 15,4016 13,7875 m2 (g) 13,1994 14,0983 13,8064 11,9512 11,8199 15,3679 13,7761 Δ (g)m 0,0734 0,4704 0,8190 2,3856 2,6586 0,0337 0,0114 S mẫu (cm2) 0,00136 0,00140 0,00140 0,00140 0,00140 0,00144 0,00140
Km 17,9902 112 195 568 633 7,8009 2,7143
4
m1 (g) 13,1598 14,3687 14,2568 14,3587 14,4552 15,3496 13,7656 m2 (g) 13,0619 13,7471 13,1592 11,1723 10,9216 15,3037 13,7504 Δ (g)m 0,0979 0,6216 1,0976 3,1864 3,5336 0,0459 0,0152 S mẫu (cm2) 0,00136 0,00140 0,00140 0,00140 0,00140 0,00144 0,00140
Km 17,9963 111 196 569 631 7,9688 2,7143
SVTH: Trương Minh Nhật Trang 31 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn theo nồng
độ axit sunfuric
0 100 200 300 400 500 600 700
0 10 20 30 40 50 60 70
C(%)
Tốc độ ăn mòn
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn theo nồng độ axit H2SO4 sau 2 giờ khảo sát
Nhận xét: Kết quả khảo sát ở bảng 2.1 và hình 2.1 cho thấy tuy thời gian ngâm mẫu là khác nhau nhƣng qui luật chung cho thấy trong khoảng nồng độ H2SO4 từ 5% đến 40%, tốc độ ăn mòn kim loại tăng tuyến tính theo nồng độ. Bắt đầu từ nồng độ 50% trở về sau, sự ăn mòn kim loại hầu nhƣ không xảy ra do hiện tƣợng thụ động hóa của kim loại. Kết quả này phù hợp với tài liệu [1] đã đƣa ra. Với mục đích thiết kế bài thí nghiệm, để hiện tƣợng ăn mòn kim loại thể hiện rõ, đồng thời đảm bảo sự an toàn trong khi thí nghiệm, chúng tôi chọn nồng độ H2SO4 là 10% cho các khảo sát tiếp theo. Trong khuôn khổ một buổi thí nghiệm, chỉ cần chọn thời gian ngâm mẫu 2 giờ là phù hợp.
2.2.1.2. Sự ăn mòn kim loại trong môi trường trung tính NaCl Pha NaCl với các nồng độ tương ứng là 2%, 3%, 4%, 5%
Tiến hành thí nghiệm: Đổ dung dịch NaCl đã pha ở trên vào 4 cốc 50ml có đánh số 1,2,3,4 tương ứng với nồng độ NaCl là 2%, 3%, 4%, 5%. Nhúng mẫu thép và miếng đồng vào cốc. Mẫu thép và miếng đồng nối với nhau bằng dây dẫn
Sau một thời gian thí nghiệm. Ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Bảng 2.2: Kết quả khảo sát tốc độ ăn mòn kim loại trong môi trường NaCl theo thời gian Thời
gian (giờ)
Nồng độ NaCl
(%)
m1 (g) m2 (g) Δm (g) S (m2)
Km (g/m2.giờ)
1
2 19,2050 19,2045 0,0005 0,001055 0,4739
3 19,3364 19,3352 0,0012 0,001055 1,1374
4 19,4414 19,4396 0,0018 0,001055 1,7061
5 19,2056 19,2035 0,0021 0,001055 1,9904
2
2 19,1396 19,1385 0,0011 0,001055 0,5213
3 19,2370 19,2350 0,0020 0,001055 1,1032
4 19,3319 19,3288 0,0031 0,001055 1,4691
5 19,1228 19,1190 0,0038 0,001055 1,8009
3
2 19,0053 19,0038 0,0015 0,001055 0,4739
3 19,1187 19,1154 0,0033 0,001055 1,0426
4 19,2291 19,2245 0,0046 0,001055 1,4533
5 19,0304 19,0255 0,0049 0,001055 1,5481
4
2 18,2254 18,2236 0,0018 0,001055 0,4265
3 18,9506 18,9471 0,0035 0,001055 0,8294
4 18,7758 18,7699 0,0059 0,001055 1,3981
5 18,7665 18,7604 0,0061 0,001055 1,4454
8
2 18,1135 18,1113 0,0022 0,001055 0,2607
3 18,8745 18,8698 0,0047 0,001055 0,5569
4 18,6224 18,6156 0,0068 0,001055 0,8507
5 18,6350 18,6278 0,0072 0,001055 0,8530
SVTH: Trương Minh Nhật Trang 33 Đồ thị biểu diễn tốc độ ăn mòn kim loại theo nồng độ NaCl và
theo thời gian ngâm mẫu
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0 2 4 6 8 10 Thời gian
(giờ)
Tốc độ ăn mòn
Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ ăn mòn theo nồng độ NaCl theo thời gian Chú thích:
Nồng độ NaCl 2% Nồng độ NaCl 3%
Nồng độ NaCl 4% Nồng độ NaCl 5%
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn kim loại theo nồng độ NaCl sau 2 giờ
0 0.5 1 1.5 2
1 2 3 4 5 6 C(%)
Tốc độ ăn mòn
Hình 2.3. Đồ thị biểu diễn tốc độ ăn mòn theo nồng độ NaCl sau 2 giờ
Nhận xét: Kết quả khảo sát ở bảng 2.2 và hình 2.2; 2.3 cho thấy tốc độ ăn mòn tăng tuyến tính theo nồng độ NaCl. Tuy nhiên, khi nồng độ NaCl là 2% thì tốc độ ăn mòn nhỏ, khi nồng độ NaCl từ 4% đến 5 % thì tốc độ ăn mòn lớn đồng thời có hiện tƣợng ăn mòn cục bộ. Về mặt thời gian ta thấy tuy thời gian ngâm mẫu là khác nhau nhƣng trong cùng một nồng độ thì tốc độ ăn mòn không khác nhau nhiều lắm. Để thấy rỏ hiện tƣợng ăn mòn, chúng tôi chọn nồng độ NaCl là 3%. Trong khuôn khổ một buổi thí nghiệm, chỉ cần chọn thời gian ngâm mẫu 2 giờ là phù hợp.
2.2.1.3. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn kim loại trong môi trường trung tính NaCl 3%
Thời gian khảo sát là 2 giờ. Lƣợng H2SO4 0,1M thêm vào cốc sao cho pH của dung dịch lần lƣợt là 2, 4, 6. Lƣợng NaOH 0,1M thêm vào cốc sao cho pH của dung dịch lần lƣợt là 8, 10, 12, 14. Nhúng mẫu thép và miếng đồng vào cốc. Mẫu thép và miếng đồng nối với nhau bằng dây dẫn
Hình 2.4: Máy đo pH
SVTH: Trương Minh Nhật Trang 35 Khảo sát 3 lần ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Bảng 2.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn kim loại
Lần
pH của dung
dịch
m1 (g) m2 (g) Δm (g) S (m2)
Km (g/m2.giờ)
1
2 14,5641 14,5454 0,0187 0,001488 6,2836
4 14,5439 14,5297 0,0142 0,001488 4,7715
6 14,6410 14,6371 0,0039 0,001488 1,3105
8 14,6137 14,6115 0,0022 0,001488 0,7392
10 14,7139 14,7118 0,0021 0,001488 0,7056
12 14,5970 14,5951 0,0019 0,001488 0,6384
14 14,4546 14,4534 0,0012 0,001488 0,4032
2
2 14,4687 14,4508 0,0179 0,001488 6,0148
4 14,5468 14,5321 0,0147 0,001488 4,9395
6 14,3972 14,3931 0,0041 0,001488 1,3777
8 14,4878 14,4855 0,0023 0,001488 0,7728
10 14,5091 14,5069 0,0022 0,001488 0,7392
12 14,6209 14,6191 0,0018 0,001488 0,6048
14 14,3973 14,3959 0,0014 0,001488 0,4704
3
2 14,5089 14,4904 0,0185 0,001488 6,2164
4 14,6412 14,6264 0,0148 0,001488 4,9731
6 14,5898 14,5856 0,0042 0,001488 1,4113
8 14,6079 14,6055 0,0024 0,001488 0,8065
10 14,3897 14,3877 0,0020 0,001488 0,6720
12 15,0179 15,0162 0,0017 0,001488 0,5712
14 15,0308 15,0293 0,0015 0,001488 0,5040
Nhận xét: Kết quả khảo sát ở bảng 2.3 cho thấy tốc độ ăn mòn kim loại giảm dần theo chiều tăng của pH
Lấy kết quả trung bình, ta thu đƣợc bảng số liệu sau:
Bảng 2.4: Ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn kim loại
pH 2 4 6 8 10 12 14
Tốc độ ăn mòn trung
bình (g/m2.giờ) 6,1716 4,8947 1,3665 0,7728 0,7056 0,6048 0,4592
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn kim loại
0 1 2 3 4 5 6 7
0 2 4 6 8 10 12 14 16
pH
Tốc độ ăn mòn kim loại
Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn kim loại Nhận xét: Qua ba lần khảo sát với các số liệu ở các bảng 2.3; 2.4; và hình 2.3 chúng tôi nhận thấy rằng tốc độ ăn mòn giảm dần khi tăng pH và pH cực tiểu để thép ít bị ăn mòn là 14. Kết quả này phù hợp với tài liệu [5], [6] đã đƣa ra