1.2. TỔNG QUAN VỀ CÂY BƯỞI
1.3.4. Các phương pháp bảo vệ kim loại
a. Bảo vệ bằng tạo lớp bao phủ
Bảo vệ bằng các lớp che phủ là một trong những phương pháp phổ biến nhất.
Bản chất của phương pháp này là cô lập kim loại với tác động của môi trường xâm thực. Lớp phủ có thể là một lớp sơn không thấm nước. Lớp phủ sẽ mất tác dụng bảo vệ một khi những khuyết tật của lớp phủ tạo điều kiện cho không khí ẩm có thể tới đƣợc kim loại, khi đó oxi hòa tan sẽ cung cấp electron, để rồi các electron này sẽ đƣợc tiêu thụ tại những điểm trên bờ của khuyết tật là nơi nghèo oxi hơn. Nhƣ vậy ăn mòn sẽ xảy ra ở dưới lớp sơn phủ và lan truyền làm tăng bề mặt ăn mòn [5], [10],[17].
* Lớp phủ là kim loại: Xét về cơ cấu tác dụng bảo vệ người ta chia ra:
- Lớp phủ anot: Điện thế của kim loại phủ âm hơn so với điện thế của kim loại chính do đó kim loại phủ đóng vai trò là anot của pin ăn mòn do đó kim loại chính đƣợc bảo vệ.
- Lớp phủ catot: Điện thế của kim loại phủ dương hơn so với kim loại chính nên kim loại chính đóng vai trò là anot.
* Lớp phủ phi kim loại: Các lớp phủ phi kim loại gồm các chất vô cơ và hữu
cơ. Các lớp phủ hữu cơ là các màng polime. Ngày nay người ta thường dùng phương pháp tráng men và sơn phủ. Các chất sơn phủ phụ thuộc vào tính xâm thực của khí quyển, phụ thuộc vào lƣợng khí quyển kết tủa, vào tia bức xạ của mặt trời.
Các lớp sơn phủ thườn bảo vệ ăn mòn khí quyển và ăn mòn biển. Các men ureidoalkit, alkidomelanin, peclovinuylic… là các vật liệu bằng sơn và sơn lắc phổ biến. Để bảo vệ chi tiết máy móc người ta dùng các men nitroxenlulo dễ khô, dùng nhựa silic làm men bền nhiệt
b. Xử lý môi trường
Môi trường có vai trò rất lớn đối với quá trình ăn mòn. Các biện pháp chống ăn mòn kim loại bằng cách xử lý môi trường tập trung vào một số điểm cụ thể:
- Hạ thấp nhiệt độ môi trường thì tốc độ ăn mòn giảm, nói chung khi nhiệt độ giảm thì tốc độ các phản ứng giảm. Tuy nhiên có một số trường hợp khi hạ nhiệt độ tốc độ ăn mòn tăng như trong nước biển sôi tốc độ ăn mòn chậm hơn nước biển nguội.
- Giảm tốc độ chuyển động tương đối giữa môi trường và bề mặt vật liệu thì tốc độ ăn mòn giảm vì xói mòn giảm do dòng chảy giảm đi.
- Khử oxi hòa tan trong môi trường có thể làm giảm ăn mòn vì oxi là chất oxi hóa quan trọng nhất trong các cấu tử gây sự ăn mòn. Tuy nhiên oxi cũng giúp các kim loại thụ động ăn mòn, trong trường hợp này thì khử oxi lại không có lợi.
- Khử cácion thúc đẩy quá trình ăn mòn. Trong dung dịch các ion Cl- làm cho màng thụ động khó tạo thành trên bề mặt thép không gỉ, khi khử đi màng thụ động dễ hình thành làm giảm tốc độ ăn mòn thép.
- Dùng các chất ức chế ăn mòn: Chiều hướng sử dụng chất ức chế chống ăn mòn ngày càng tăng do hiệu quả kinh tế kĩ thuật cao, thuận tiện và phù hợp. Chất ức chế là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ mà khi thêm một lƣợng rất nhỏ, ngay cả khi nồng độ rất nhỏ (10-3–10-6) vào môi trường ăn mòn có tác dụng kìm hãm quá trình ăn mòn kim loại. Ưu điểm của ức chế chống ăn mòn so với các phương pháp khác là đơn giản dễ sử dụng, cho phép sử dụng thép rẻ tiền nhƣ thép cacbon thông thường thay cho thép- hợp kim đặc biệt, đắt tiền (thép không gỉ).
Chất ức chế đƣợc sử dụng trong tẩy gỉ kim loại, tẩy rửa cặn bám các hệ trao đổi nhiệt (ống dẫn, nồi hơi, hệ làm mát…). Các chất ức chế đƣợc dùng rộng rãi trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ và làm phụ gia ức chế ăn mòn trong dầu bảo quản. Các chất ức chế còn đƣợc đƣa vào vữa bê tông chống ăn mòn cốt thép. Các chất ức chế đƣợc dùng bảo quản chống ăn mòn khí quyển.
Để đánh giá hiệu quả của ức chế ăn mòn người ta dùng khái niệm “hiệu quả bảo vệ Z”:
Z = x 100 ( 1.8) Trong đó:
io corr : mật độ dòng ăn mòn không có chất ức chế.
icorr : mật độ dòng ăn mòn khi có chất ức chế.
* Các chất ức chế có thể đƣợc phân loại theo nhiều cách:
- Theo cơ chế điện hóa: Chất ức chế catot, chất ức chế anot, chất ức chế hỗn hợp cả anot và catot.
- Theo bản chất hóa học: Chất ức chế vô cơ, chất ức chế hữu cơ.
- Theo môi trường ăn mòn: Chất ức chế trong môi trường axit, bazơ và trung tính.
- Theo đối tƣợng bảo vệ: Chất ức chế cho kim loại đen, màu hoặc cả hai…
Phương pháp phân loại thường được sửdụng ngày nay chất ức chế thành các nhóm:
+ Chất ức chế điện hóa (anot: nitrit, catot: muối hay ion arsenic) + Chất tạo màng nhƣ các amine.
+ Chất ức chế nguồn gốc thực vật (các hợp chất tự nhiên) c. Các phương pháp bảo vệ điện hóa
* Phương pháp bảo vệ catot:
Phương pháp bảo vệ catot là sự phân cực thế kim loại về phía catot (phía âm hơn) so với giá trị bằng dòng catot bên ngoài.
- Phân cực anot là chuyển điện thế anot về phía dương hơn. Muốn thực hiện được điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn điện hay với một
io corr – i corr io c orr
kim loại có điện thế dương hơn. Trong cả hai trường hợp kim loại cần bảo vệ đều đóng vai trò là anot. Cho nên tốc độ ăn mòn chỉ giảm khi trong môi trường đó kim loại bị thụ động.
- Phân cực catot: chuyển điện thế catot về phía âm hơn. Muốn thực hiện đƣợc điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn điện một chiều hay với một kim loại có điện thế âm hơn.
Trong phương pháp bảo vệ catot thay cho nguồn điện bên ngoài người ta dùng điện cực hi sinh có thế cân bằng âm hơn thế cân bằng của kim loại cần bảo vệ, khi đó điện cực hi sinh đóng vai trò là anot và nó sẽ bị ăn mòn. Phương pháp bảo vệ này gọi là phương pháp bảo vệ protector.
* Bảo vệ bằng protector
Bảo vệ bằng protector có giá trị khai thác cao, áp dụng cho các thiết bị có kich thước tương đối nhỏ khi môi trường có điện trở yếu (≤ 4000 Ωcm2). Các protector thường được chế tạo Zn, Mg, Al và các hợp kim của chúng. Hợp kim Mg có điện thế làm việc rất âm, do đó có hiệu điện thế tác dụng lớn còn hợp kim Al có dung lƣợng gần gấp đôi của Zn, Mg. Nhƣ vậy, nếu trong hệ thống bảo vệ catot cần có dòng điện lớn trong thời gian ngắn thì nên dùng hợp kim Mg, nếu cần cung cấp dòng trong một thời gian dài thì nên dùng hợp kim Al.
Nguyên lí bảo vệ của protector: Khi đƣợc hàn gắn với protector, điện thế của kim loại giảm xuống và dần ổn định ở thế nhỏ hơn EMcb, kim loại trở thành catot và không bị ăn mòn, còn protector sẽ bị ăn mòn mạnh. Protector phải đƣợc nối với kim loại cần bảo vệ và được đặt trong cùng môi trường với kim loại cần bảo vệ trong môi trường điện trở thấp nhất để duy trì mạch điện kín.
* Các yêu cầu đối với vật liệu protector:
- Phải có hiệu điện thế tác dụng lớn. Điều này bao gồm cả việc anot hi sinh phải có điện thế âm hơn của thiết bị cần bảo vệ.
- Vật liệu anot phải có điện thếlàm việc ít thay đổi trong một phạm vi mật độ dòng. Hay nói cách khác anot phải có phân cực nhỏ khi dòng điện chạy qua và đặc điểm của phân cực có thể dự đoán đƣợc.
- Vật liệu anot phải có dung lƣợng cao, ổn định, không bị thụ động trong môi trường làm việc.
* Bảo vệ catot bằng dòng ngoài:
Đây là một trong những phương pháp quan trọng nhất để bảo vệ chống ăn mòn kim loại. Thiết bị cần bảo vệ đƣợc nối với cực âm của dòng một chiều, còn điện cực phụ (anot) nối với cực dương của nguồn được đặt trong cùng một môi trường xâm thực. Điện áp nguồn được đặt sao cho thế của kim loại cần bảo vệ phải ứng với vùng điện thế bảo vệ.
Để phân cực catot kim loại người ta lắp thêm một anot ngoài nằm trong môi trường ăn mòn. Trên bề mặt anot ngoài này sẽ xảy ra các phản ứng anot và hiện tƣợng ăn mòn do đó vật liệu anot phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Tốc độ hao mòn khi phân cực nhỏ.
- Có khả năng làm việc với mật độ dòng bảo vệ lớn.
- Có độ dẫn điện đủ cao, độ bền cơ học đảm bảo, dễ chế tạo.
Việc bảo vệ catot chủ yếu áp dụng cho Fe, Cu, Pb, Al và hợp kim Al (đồng thau) trong trường hợp các kim loại này được ngâm trong dung dịch nước hay trong môi trường ẩm. Phương pháp này không áp dụng cho bền mặt không bị ngâm hay bị bọc bảo vệ. Các vật liệu anot là các kim loại bị ăn mòn.
* Phương pháp bảo vệ anot:
Ngày nay việc bảo vệ anot dùng để bảo vệ kim loại và những hợp kim thụ động trong các môi trường xâm thực nhờ phân cực anot bằng nguồn điện một chiều, làm cho kim loại chuyển vào trạng thái thụ động bền. Trong bảo vệ anot điện thế ăn mòn đƣợc tăng lên sao cho kim loại nằm trong khu vực thụ động của giản đồ Pourbaix. Bảo vệ kim loại bằng phương pháp này không hiệu quả và rất nguy hiểm nếu trong dung dịch có ion clorua. Mặt khác vì vùng thụ động sắt nằm trong một vùng rộng chung với vùng bền của nước, trạng thái bảo vệ bằng thụ động có thể duy trì không tiêu thụ năng lƣợng của chất phản ứng. Việc bảo vệ anot dùng cho các két nước, các thùng chứa axit sunfuric và bazơ. Việc bảo vệ anot dùng để chống ăn mòn rạn nứt.
Bảo vệ anot đƣợc áp dụng cho các thép không rỉ trong axit sunfuric chứa HCl ở 25oC. Các bể điện phân nước được chống ăn mòn rạn nứt bằng cách phân cực anot đến -0,4V để chuyển các thép về trạng thái thụ động. Khi có mặt vài chất ức chế trong dung dịch, hiệu quả áp dụng bảo vệ anot tăng cao. Các thép không gỉ trong các dung dịch chuẩn của NaCl chứa Na2CO3 không bị ăn mòn ở các thế dương sau vùng hình thành các vết rỗ do hấp phụ cạnh tranh các anion Cl- và NO3-. Việc bảo vệ anot rất phổ biến trong công nghiệp hóa học để sản xuất phân phức hợp chứa NaCl và HNO3 [5], [7], [8], [9].
CHƯƠNG 2