1.2. TỔNG QUAN VỀ CÂY BƯỞI
1.3.2. Phân loại quá trình ăn mòn
Dựa vào cơ chế phá hủy kim loại, người ta chia ăn mòn làm hai dạng chính.
a. Ăn mòn hóa học
Ăn mòn hóa học là sự phá hủy của kim loại trong môi trường khí khô ở nhiệt độ cao hoặc trong chất không phải điện giải.
Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng.
Nhiệt động học của sự ăn mòn kim loại ở nhiệt độ cao
Khi ở nhiệt độ cao kim loại bị oxi hóa theo phương trình sau:
Với R: là hằng số khí.
T: là nhiệt độ tuyệt đối.
P O2: áp suất riêng phần của khí oxi ứng với trạng thái ban đầu (P O2) cb: áp suất riêng phần của khí oxi ứng với trạng thái cân bằng m: số nguyên tử kim loại trong phân tử oxit.
n: hóa trị kim loại Kp: hằng số cân bằng.
Từ đó ta có thể suy ra:
Theo điều kiện nhiệt động học ta có:
GT < 0: quá trình oxi hóa sẽ xảy ra hay nói cách khác (P O2) cb < P O2 GT > 0: quá trình oxi hóa không xảy ra.
Khả năng bảo vệ của màng oxit đƣợc xác định bởi tỉ số thể tích kim loại và thể tích oxit khi kim loại đó bị oxi hóa V ox
VMe V ox
VMe V ox VMe
> 1 : màng có khả năng bảo vệ
< 1 : màng không có khả năng bảo vệ
(1.3)
Chú ý: Tỉ lệ này mới là điều kiện cần chứ chƣa phải là điều kiện đủ để xác định tính bảo vệ của màng [8].
b. Ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do tác dụng điện hóa với môi trường chất điện giải. Quá trình oxi hóa và quá trình khử không cùng xảy ra một nơi.
Bản chất của ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa- khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Lúc này trên bề mặt kim loại tạo thành những cặp pin và sinh ra những dòng điện cục bộ. Cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion của dung dịch điện li.
Phản ứng anot (kim loại hòa tan):
M M n+ + ne- Phản ứng catot:
- Trong môi trường axit: 2H3O + + 2e-
H2 + H2O - Trong môi trường trung tính: O2 + 2H2O + 4e-
4OH- Dựa vào điều kiện của quá trình ăn mòn, ta chia thành các dạng:
+ Ăn mòn khí quyển: quá trình này xảy ra ở trong khí quyển hay các khí ẩm ƣớt khác.
+ Ăn mòn trong môi trường nước ngọt.
+ Ăn mòn trong môi trường nước biển.
+ Ăn mòn trong môi trường đất + Ăn mòn kim loại nóng chảy.
Dựa vào dạng ăn mòn, vào đặc trƣng của sự phá hủy kim loại do bị ăn mòn người ta phân thành hai dạng sau:
+ Ăn mòn đều: xảy ra trên toàn bộ bề mặt kim loại. Loại ăn mòn này ít nguy hiểm vì ta có thể dự đoán trước khi thiết kế thiết bị.
+ Ăn mòn cục bộ: Dạng ăn mòn này tập trung ở các vùng riêng biệt của bề mặt, tùy theo vị trí và hình thể ăn mòn mà phân ra các dạng ăn mòn cục bộ sau:
Ăn mòn điểm
Ăn mòn hốc
Ăn mòn lỗ (ăn mòn pitting): thường xuất hiện đối với théo không gỉ và hợp kim nhôm.
Ăn mòn giữa các tinh thể
Ăn mòn khe: xuất hiện trong khe giữa các chi tiết thiết bị [5], [7], [8].
Hình 1.15. Các kiểu ăn mòn kim loại
* Các giai đoạn của quá trình ăn mòn điện hóa
Do tính không đồng nhất của bè mặt kim loại, do sự sai lệch về ô mạng tinh thể… mà trên bề mặt kim loại có thể tồn tại catot và anot gây ra do sự chênh lệch về thế trên bề mặt giới hạn pha.
Trên khu anot, kim loại biến thành các ion hydrat hóa trong dung dịch và các electron còn lại trên khu vực này:
Me Men+ + ne-
Trên các khu catot các chất khử phân cực sẽ nhận đƣợc các electron dƣ chuyển tới từ anot:
2H+ + 2e- H2
Trong đa số trường hợp quá trình anot và catot xảy ra tại 2 khu vực khác nhau.
Khi ngâm kim loại trong dung dịch muối của nó ta có giá trị thế cân bằng khi mà tốc độ hòa tan kim loại cân bằng với tốc độ phản ứng kết tinh kim loại.
Me Me n+ + ne-
Trong đó i1 là tốc độ của phản ứng thuận; i’1 là tốc độ của phản ứng nghịch.
i1
i’1
Khi ngâm kim loại vào dung dịch axit thì ngoài cân bằng của kim loại với các ion của chúng còn xuất hiện một cân bằng khác giữa các ion H+ và các phân tử hidro:
H2 2H+ + 2e-
Trong đó i2 là tốc độ của phản ứng thuận; i’2 là tốc độ của phản ứng nghịch.
Tốc độ ion hóa kim loại hay hòa tan kim loại:
i1 = k1exp ( )
Tốc độ phóng điện của các ion kim loại:
i'1 = k2[Men+]exp( )
Nếu kim loại bị hòa tan, tốc độ ion hóa kim loại phải cao hơn tốc độ phóng điện các ion kim loại : i1 > i'1
Dòng ăn mòn lúc đó sẽ được tính theo phương: i1= i1 - i'1 Tốc độ ion hóa hiđro: i2 = k3P exp(
Tốc độ phóng điện các ion hidro:
Khi kim loại bị ăn mòn trong dung dịch axit hidro đƣợc giải phóng ra, nghĩa là i’2 > i2
Tốc độ phản ứng tổng quát của hidro i2 = i’2 - i2 Khi hòa tan kim loại i1 = i2 nghĩa là: i1 - i'1 = i’2 - i2 Hay i1+ i2 = i'1 + i’2
Vế phải của phương trình này biểu thị tốc dộ tổng quát của quá trình anot, vế phải biểu thị tốc độ tổng quát của quá trình catot. ở trạng thái cân bằng của quá trình anot và catot người ta nhận được giá trị thế ổn định ES. Thay các giá trị i1, i2, i'1, i’2 vào (1.1) ta có:
i2
i’2
𝛼1 nFE RT
𝛽1 nFE RT
H2 𝛼2 nFE RT
)
Ở thế ổn định chỉ có các phản ứng:
Me Men+ + ne- H2 2H+ + 2e- Đối với phản ứng kim loại- ion ta có i1 > i'1 Phương trình (1.4) được viết lại thành:
Sau khi thực hiện một số biến đổi ta có:
Theo phương trình (1.7) ta thấy dòng ăn mòn chỉ phụ thuộc vào pH của môi trường.