Hiện tượng ăn mòn kim loại trong điều kiện khí quyển ẩm là ăn mòn điện hoá. Do sự ngưng tụ hoặc ngưng đọng của nước trên bề mặt kim loại có một màng mỏng nước, sự hoà tan của các khí CO2 hoặc SO2 tạo ra dung dịch có pH thấp và kim loại bị ăn mòn một cách dễ dàng. Hơn nữa, sự hoà tan của oxi trong không khí vào màng mỏng chất điện li cũng là một yếu tố quan trọng đối với quá trình ăn mòn điện hoá hoà tan kim loại.
Ăn mòn khí quyển phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau đây:
a) Độẩm
Độ ẩm là điều kiện cần phải có để xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá, nhưng chưa phải là điều kiện đủ. Để có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá trên bề mặt phải tồn tại một lớp
màng mỏng chất điện li gồm màng mỏng nước và các chất điện li hoà tan, ví dụ Cl–, CO32–, SO32–… Tuỳ theo độ ẩm trên bề mặt mà người ta phân loại ăn mòn khí quyển:
– Ăn mòn khí quyển khô - kim loại tác dụng trực tiếp với oxi tạo ra màng oxit cực mỏng, có thể xem là các phản ứng hoá học, và không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại đáng kể, nhưng khi có tạp chất ăn mòn thì tốc độ ăn mòn có thể tăng lên.
– Ăn mòn khí quyển ẩm - trong điều kiện ẩm với độ ẩm tương đối H < 100%, thường lớn hơn 70%, trên bề mặt kim loại có lớp màng mỏng nước và có tạp chất thì xảy ra ăn mòn theo cơ chế điện hoá. Ví dụ Cu, Ni, Zn bị ăn mòn trong khí quyển khi độ ẩm tương đối lớn hơn 60%.
Đương nhiên tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí, độ ẩm của khí quyển và tính hút ẩm của sản phẩm ăn mòn.
Cần nhắc lại rằng độ ẩm tương đối H được tính bằng công thức sau:
o P
H .100%
P
= (6.12)
trong đó: H - độ ẩm tương đối;
P - áp suất riêng phần của hơi nước trong khí quyển tại nhiệt độ khảo sát; Po - áp suất bão hoà của hơi nước tại nhiệt độ khảo sát.
– Ăn mòn khí quyển ướt - quá trình ăn mòn kim loại xảy ra khi độ ẩm tương đối gần 100%, có giọt nước ngưng tụ trên bề mặt kim loại, hoặc có giọt mưa, tạo ra lớp chất điện li trên bề mặt kim loại. Hiện tượng ăn mòn kim loại này xảy ra theo cơ chế điện hóa.
b) Ảnh hưởng của chất nhiễm bẩn
Các màng ẩm nước tạo ra trên bề mặt kim loại, ví dụ khi độ ẩm cao, sương mù thường chứa tạp chất: khí oxi hoặc khí CO2 hoà tan (ở miền nông thôn, miền núi), các khí CO2, SO2, các oxit nitơ (NxOy), khí H2S (vùng công nghiệp), ion Cl– (vùng biển, ven biển). Các tạp chất này góp phần làm tăng tốc độ phá huỷ kim loại (xem hình 6.11).
Hình 6.11
1 - Ăn mòn khí quyển có khí SO2; 2 - Ăn mòn khí quyển không có khí SO2
Đối với không khí sạch, sự ăn mòn xảy ra với tốc độ rất nhỏ (đường 2 hình 6.11). Sau khi có mặt khí SO2 trong không khí ẩm tốc độ ăn mòn tăng đáng kể. Ngoài khí SO2, các khí CO2, NO2, Cl–… đều là tác nhân gây ra ăn mòn khí quyển.
c) Cơ chếăn mòn điện hoá trong môi trường khí quyển
Ăn mòn trong môi trường khí quyển là ăn mòn điện hoá với quá trình catot, trong nhiều trường hợp là sự khử oxi.
Anot: Me – ze → Mez+
Catot: z
2O2 + ze + zH2O → 2zOH–
Động học của quá trình hoà tan kim loại phụ thuộc vào chiều dày lớp màng ẩm trên bề mặt kim loại.
Với môi trường không khí khô, độ ẩm thấp, độ dày màng ẩm khoảng 10 nm thì cơ chế ăn mòn xảy ra chủ yếu theo cơ chế hoá học.
Với độ dày lớp màng ẩm cỡ 10 nm ÷ 1 μm, trên bề mặt có lớp chất điện li, sự ăn mòn kim loại bị khống chế bởi quá trình anot, vì ở màng mỏng sự khuếch tán diễn ra nhanh, nghĩa là quá trình catot diễn ra nhanh. Nếu có sản phẩm ăn mòn dạng oxit bao phủ lên bề mặt thì quá trình anot diễn ra phức tạp hơn.
Nếu bề mặt lớp màng mỏng ẩm có độ dày từ 1 μm đến 1 mm, oxi của không khí xâm nhập vào bề mặt kim loại khó khăn. Vì thế quá trình ăn mòn kim loại bị khống chế bởi phản ứng catot.
Khi lớp màng ẩm có độ dày lớn hơn 1 mm thì sự ăn mòn kim loại xảy ra tương tự trường hợp kim loại hoà tan trong dung dịch chất điện li (Cột sắt ở Đêli Ấn Độ tồn tại 2500 năm, thành phần tạp chất của cột thép: Si – 0,05%, S – 0,006%, P – 0,114%, C – 0,08%, Mn – vết. Cột thép này có độ bền chống ăn mòn rất cao vì thép sạch và trên bề mặt kim loại luôn luôn khô ráo).