[block id=”bo-sung-1″]

MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hằng ngày, kim loại được sử dụng rất phổ biến. Từ những vật dụng dơn giản như: nồi, chảo, ấm đun nước, đến những vật dụng phức tạp như: linh kiện điện tử, các cấu kiện, máy móc, thiết bị máy móc. Chắc hẳn không ít người thắc mắc tại sao kim loại lại có ứng dụng rộng rãi như vậy. Vâng, thưa các bạn, đó là do hàng loạt các ưu điểm nổi trội như: khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độ bền cơ học cao, độ co ít, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao. Nhưng một vấn đề quan trọng đó là trong các môi trường khác nhau, kim loại luôn bị ăn mòn dần một cách tự nhiên. Sự ăn mòn làm suy giảm các tính chất đặc trưng của kim loại và có thể dẫn đến nhiều hậu quả nặng nề về kinh tế. Do đó nghiên cứu về ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại là một vấn đề có ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và là mối quan tâm lớn hiện nay. Chính vì vậy, nên nhóm chúng em lựa chọn chủ đề thảo luận là: Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại. Bài thảo luận có 4 chương: tổng quan về ăn mòn kim loại; ăn mòn hóa học; ăn mòn điện hóa; các biện pháp bảo vệ và chống ăn mòn kim loại.

de_tai_an_mon_va_chong_an_mon_kim_loai

docx30 trang | Chia sẻ: thanhlinh222 | Ngày: 07/03/2018 | Lượt xem: 5752 | Lượt tải: 4download

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
***************
THẢO LUẬN HÓA VÔ CƠ
Chủ đề: Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI
1.1.Định nghĩa.
1.2.Phân loại ăn mòn kim loại.
CHƯƠNG 2: ĂN MÒN HÓA HỌC
2.1. Một số khái niệm..
2.2. Ăn mòn hóa học trong môi trường không phải là các chất điện ly dạng lỏng.
2.3. Ăn mòn hóa học trong môi trường không khí..
2.4. Một số ví dụ thực tế..
CHƯƠNG 3: ĂN MÒN ĐIỆN HÓA
3.1. Một số khái niệm..18
3.2. Cơ chế ăn mòn điện hóa…
3.3. Động học các quá trình ăn mòn…………….
3.4. Tốc độ ăn mòn.
3.5. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình ăn mòn.
CHƯƠNG 4: CÁC BIỆN PHÁO BẢO VỆ VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
4.1. Phương pháp hợp kim hóa
4.2. Phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn
4.3. Phương pháp bao phủ bảo vệ
4.4. Bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hóa
4.5. Bảo vệ bằng cách cấu tạo thiết bị hợp lý
4.6. Phối hợp các phương pháp bảo vệ
MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hằng ngày, kim loại được sử dụng rất phổ biến. Từ những vật dụng dơn giản như: nồi, chảo, ấm đun nước, đến những vật dụng phức tạp như: linh kiện điện tử, các cấu kiện, máy móc, thiết bị máy móc. Chắc hẳn không ít người thắc mắc tại sao kim loại lại có ứng dụng rộng rãi như vậy. Vâng, thưa các bạn, đó là do hàng loạt các ưu điểm nổi trội như: khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độ bền cơ học cao, độ co ít, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao. Nhưng một vấn đề quan trọng đó là trong các môi trường khác nhau, kim loại luôn bị ăn mòn dần một cách tự nhiên. Sự ăn mòn làm suy giảm các tính chất đặc trưng của kim loại và có thể dẫn đến nhiều hậu quả nặng nề về kinh tế. Do đó nghiên cứu về ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại là một vấn đề có ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và là mối quan tâm lớn hiện nay. Chính vì vậy, nên nhóm chúng em lựa chọn chủ đề thảo luận là: Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại. Bài thảo luận có 4 chương: tổng quan về ăn mòn kim loại; ăn mòn hóa học; ăn mòn điện hóa; các biện pháp bảo vệ và chống ăn mòn kim loại.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI
Định nghĩa
Có nhiều cách định nghĩa ăn mòn kim loại :
Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tính chất của kim loại do sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực gây ra.
Phân loại ăn mòn kim loại
Có nhiều cách phân loại ăn mòn kim loại :
Phân loại theo bản chất quá trình
Theo bản chất quá trình, ăn mòn thường chia hai loại: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
Ăn mòn hóa học: Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do kim loại phản ứng với các chất khí (O2; Cl2) và hơi nước ở nhiệt độ cao. là quá trình ôxy hoá khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất ôxy hóa trong môi trường.
Ăn mòn điện hóa: Ăn mòn điện hoá là quá trình phá huỷ kim loại tự diễn biến khi kim loại tiếp xúc với dung dịch điện li làm phát sinh dòng điện giữa vùng anot và vùng catot. Bản chất của ăn mòn điện hoá là một quá trình ôxy hoá khử xảy ra trên bề mặt giới hạn hai pha kim loại/dung dịch điện li. Khi đó kim loại bị hoà tan ở vùng anot kèm theo phản ứng giải phóng H2 hoặc tiêu thụ O2 ở vùng catot, đồng thời sinh ra dòng điện tạo thành một pin điện khép kín.
Phân loại theo đặc trưng phá hủy bề mặt
Ăn mòn đều
Trong ăn mòn đều, tác nhân ăn mòn tấn công với tốc độ như nhau trên toàn bề mặt kim loại, độ dày kim loại giảm thống nhất. Điều kiện cần đạt được ăn mòn đều là:
– Kim loại và dung dịch trong cùng một môi trường.
– Phản ứng giữa kim loại và tác nhân ăn mòn tạo sản phẩm tan vào dung dịch.
Sự ăn mòn đều có thể bị thay đổi khi bề mặt kim loại chuyển từ thụ động sang hoạt động do một ảnh hưởng cơ học, thay đổi tốc độ dòng chảy hay một thay đổi hóa học trong môi trường.
Ăn mòn cục bộ
Ăn mòn cục bộ bao gồm các dạng ăn mòn không đều như ăn mòn điểm, ăn mòn lỗ, ăn mòn vết, ăn mòn hố, ăn mòn ven tinh thể, ăn mòn dưới lớp phủ,. Ăn mòn cục bộ cũng xảy ra khi vật liệu được bảo vệ bằng lớp phủ mà lớp phủ có một vài khiếm khuyết, các khiếm khuyết sẽ là nơi xảy ra ăn mòn cục bộ
Một số yếu tố quan trọng gây ăn mòn cục bộ:
– Sục khí khác nhau
– Thành phần, cấu trúc màng ôxit.
– Tăng tỉ lệ diện tích khu vực catôt/anôt
– Tính chất và ảnh hưởng của sản phẩm ăn mòn
– Dạng hình học của vật liệu.
– Thế áp dụng.
– Nhiệt độ.
– Thành phần khối dung dịch.
– Thành phần và vi cấu trúc của hợp kim.
– Giá trị pH trên các vùng khác nhau.
– Tạp chất ô nhiễm trong dung dịch.
Phân loại theo môi trường ăn mòn
Ăn mòn trong môi trường khí quyển
Ăn mòn trong khí quyển xảy ra theo cả hai cơ chế: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
– Ăn mòn hóa học: là phản ứng giữa kim loại với các khí có tính oxi hóa trong môi trường xung quanh ở nhiệt độ cao.
Cơ chế: là phản ứng oxi hóa khử diễn ra tại bề mặt kim loại – là nơi tiếp xúc trực tiếp của hai tác chất, biến kim loại thành oxit, làm thay đổi tính chất hóa lý của kim loại hay hợp kim
– Ăn mòn điện hóa: là dạng ăn mòn xảy ra trong môi trường không khí
tự nhiên có chứa nước mưa hoặc những nơi đọng nước.
Cơ chế ăn mòn điện hóa: lấy cơ chế ăn mòn điện hóa của sắt trong khí quyển làm minh họa ( do sắt là vật liệu kim loại được dùng nhiều làm thiết bị, máy móc, công trình, nhà xưởng)
Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn khí quyển
+ Độ ẩm
+ Các chất ô nhiễm
+ Nhiệt độ
Ăn mòn trong môi trường đất
Đặc điểm của môi trường đất
Bản chất hóa lý của môi trường đất phụ thuộc vào độ xít chặt của đất, độ ẩm, các loại muối khoáng và lượng oxi hòa tan.
Ăn mòn trong môi trường đất
Đất có độ ẩm cao, nồng độ muối hòa tan cao và tính axit cao là môi trường ăn mòn mạnh nhất, tuy nhiên thành phần đất lại ít ảnh hưởng đến tính ăn mòn của nó. Nươc thấm vào trong đất hoặc độ ẩm thì hầu như không có tính ăn mòn, nhưng thời gian lưu của nước hoặc độ ẩm trên bề mặt kim loại sẽ khống chế mức độ ăn mòn trong đất. Tốc độ ăn mòn trong những vùng đầm lầy hoặc ngập nước là tương đối cao, tuy nhiên thời gian lưu của nước trong đất rất khó hoặc không thể xác định, nên tốc độ ăn mòn ở đây chỉ có tính chất so sánh.
Khả năng thoát nước của đất sẽ thay đổi theo sự phân bố kích thước các hạt trong đất. Đất thoát nước kém có kích thước hạt nhỏ, có khe hở giữa các hạt nên giữ nước dễ dàng. Đất có thể được phân loại theo sự phân bố kích thước các hạt trong đất.
Loại Kích thước
Sỏi và đá > 2 mm
Sỏi mịn 1 – 2 mm
Cát 0,05 – 1 mm
Bùn 0,002 – 0,005mm
Đất sét < 0,002 mm
Sự chuyển từ cát đến bùn rối đất sét sẽ làm giảm khả năng thoát nước của đất, giữ nước trên bề mặt kim loại dễ dàng hơn nên làm tăng tính ăn mòn của đất.
Tuy nhiên, tính ăn mòn của đất không chỉ quyết định bởi khả năng thoát nước. Hàm lượng oxi và các muối khoáng trong đất cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng ăn mòn, đặc biệt là hàm lượng oxi.
Bản chất quá trình
Cơ chế ăn mòn trong đất có thể mô tả bằng các phản ứng (viết cho Fe):
Phản ứng atot: Fe Fe 2+ + 2e
Phản ứng catot:
2H2O + O2 + 4e 4OH- (1)
2H2O + 2e H2 + 2OH- (2)
2CO2 + 2H2O + 2e H2 + 2HCO3- (3)
H2S + 2e H2 + S2- (4)
Tốc độ ăn mòn do phản ứng catot quyết định. Trong các phản ứng catot trên thì phản ứng (1) là quan trọng nhất. Ở nhiệt độ thường phản ứng (2) rất chậm, có thể bỏ qua, tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ, tốc độ của phản ứng này cũng trở nên đáng kể. Quá trình ăn mòn Fe trong đất do đó có thể mô tả bằng hệ thống các phương trình chủ yếu sau:
Fe 2+ + 2OH- Fe (OH)2
2Fe(OH)2 + 12 O2 + H2O2 Fe(OH)3
Fe2+ + S2- FeS.
Các phản ứng này chỉ xảy ra ở vùng sát bề mặt đất vì ở lớp sát bề mặt mới có oxy và các chất giúp cho quá trình ăn mòn nên cần có các phương pháp bảo vệ ở bề mặt, dưới sâu mặt đất thì không cần.
Ngăn ngừa
Việc khống chế ăn mòn trong đất trên vật liệu hoặc môi trường thường bị hạn chế. Thép cacbon thường được chọn cho các thiết bị lớn như đường ống, bồn chứa. Các loại vật liệu làm tăng mức độ tiếp xúc giữa đất và ống thường mắc tiền (do ống dài) và không hiệu quả trong đất ướt và đầm lầy. Phương pháp bảo vệ thông thường là bao phủ và bảo vệ catot. Các đường ống cấp nước và thoát nước trong gia đình và dịch vụ công cộng thường được chế tạo từ vật liệu polymer như PVC.
Ăn mòn trong môi trường nước
Quá trình ăn mòn trong nước phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hàm lượng oxi hòa tan, hàm lượng muối khoáng, độ pH, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ của nước
Ảnh hưởng của pH
Ảnh hưởng của pH đến tốc độ ăn mòn các kim loại khác cũng tương tự như đối với sắt: tốc độ ăn mòn sẽ cao ở pH thấp, tốc độ ăn mòn thấp trong một khoảng pH do tạo oxit bền và sẽ tăng trở lại khi pH rất kiềm do tạo ion hòa tan.
Ảnh hưởng của khí hòa tan trong nước
Oxy
Màng oxit sắt từ Fe3O4 chỉ bền khi không có oxy hòa tan. Do đó bất kỳ yếu tố nào ảnh hưởng đến độ hòa tan oxy cũng làm ảnh hưởng tương ứng đến tốc độ ăn mòn thép.
+ Khuấy trộn dung dịch làm tăng độ vận chuyển oxy hòa tan và làm tăng tốc độ ăn mòn.
+ Các chất hòa tan cũng làm giảm độ hòa tan của oxy và giảm tốc độ ăn mòn.
+ Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn nhưng sau đó sẽ giảm xuống vì độ hòa tan oxy giảm.
Clo
Clo có thể hòa tan trong nước một cách có chủ đích như trong nước diệt khuẩn. Clo ít có ảnh hưởng đến ăn mòn thép khi pH > 7 do ngăn chặn sự tạo thành sản phẩm HClO
Cl2 + H2O HClO + HCl
Tuy nhiên, Clo sẽ tấn công hợp kim đồng, ngay cả ở pH cao, do phản ứng với lớp màng Cu2O trên bề mặt.
– Amoniac
Amoniac sẽ tạo thành khi dùng NH4OH như một chất trung hòa axit.Amoniac ít ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn sắt thép nhưng ảnh hưởng mạnh đến tốc độ ăn mòn hợp kim đồng do tạo phức với đồng.
– CO2
CO2 từ không khí có ảnh hưởng đáng kể đến pH và tạo các vảy không tan trên bề mặt. H2CO3 tạo thành từ sự hòa tan CO2 là một chất ăn mòn trung bình nhưng sản phẩm ăn mòn FeCO3 thường là chất bảo vệ bề mặt. Các axit có thể hòa tan CaCO3 trong các giếng dầu, chất này sau đó có thể kết tủa trở lại trên thành ống dẫn. CO2 hòa tan ở nhiệt độ cao cũng phải được khống chế để tránh ăn mòn trong các nồi hơi.
Ảnh hưởng của nước cứng
Nước cứng có chứa Ca2+ và Mg2+ ít ăn mòn vì tạo lớp màng cacbonat bảo vệ trên bề mặt.
Các muối hòa tan khác
Các muối tạo thành từ axit mạnh và baz yếu như AlCl3, NiSO4, MnCl2, FeCl3khi hòa tan vào nước sẽ bị thủy phân và tạo axit mạnh, có độ phân ly cao. Do đó sự ăn mòn hầu hết kim loại đều tăng tương ứng với axit tạo thành.
Một số muối khác như FeCl3, CuCl2, và HgCl2, ngoài việc tạo axit còn tạo thành cặp oxi hóa khử (ví dụ Fe3+ + e Fe2+) làm tăng tốc độ ăn mòn hơn nữa do cung cấp thêm khả năng oxi hóa.
Muối amoni (như NH4Cl) cũng tạo môi trường axit nhưng tốc độ ăn mòn thép và hợp kim đồng lại cao hơn nhiều. Đó là do NH4+ tạo phức amoni với Fe và Cu, làm giảm đáng kể hoạt độ của sản phẩm ăn mòn Fe2+ và Cu2+, dẫn đến giảm phân cực atot và tăng tốc độ hòa tan atot.
Dung dịch chứa hợp chất lưu huỳnh
Lưu huỳnh tồn tại ở các dạng oxi hóa từ -2 đến +6 trong dung dịch điện ly và phân bố rộng rãi trong các vật liệu vô cơ, hữu cơ và sinh học. Do đó các dạng hóa học của lưu huỳnh rất quan trọng trong ăn mòn vì khả năng phản ứng đa dạng của chúng. Hơn nữa, lưu huỳnh còn là sản phẩm thường gặp trong quá trình phân rã sinh học, trong các giếng nước và trong các nhà máy lọc hóa dầu
CHƯƠNG 2: ĂN MÒN HÓA HỌC
2.1: Một số khái niệm.
2.1.1: Ăn mòn hóa học.
– Ăn mòn hóa học: Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi trường (các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường) và không có xuất hiện dòng điện.
2.2.2: Điều kiện xảy ra ăn mòn hóa học.
Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và khí oxiVí dụ:
3 Fe + 4 H2O à Fe3O4 + 4 H2
2 Fe + 3 Cl2 à 2 FeCl3
3 Fe + 2 O2 à Fe3O4
2.1.3: Cơ chế của sự ăn mòn.
Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước, khí oxi thường xảy ra phản ứng:
3 Fe + 4 H2O à  Fe3O4 + 4 H2↑
3 Fe + 2 O2 à Fe3O4
2.1.4:  Bản chất của sự ăn mòn.
Là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường, ăn mòn xảy ra chậm
2.2:  Ăn mòn trong môi trường không phải là các chất điện ly dạng lỏng.
Ăn mòn trong môi trường không phải là các chất điện ly dạng lỏng: Các chất không phải là chất điện ly là các chất không phân ly thành các ion tự do trong dung dịch hoặc trong trạng thái nóng chảy.
Ví dụ : Brom lỏng, lưu huỳnh nóng chảy, nhiều dung môi hữu cơ (Benzen, tetraclorua cacbon, clorofom …) và các nhiên liệu lỏng (dầu hỏa, xăng, dầu khoáng …) là các chất không điện ly. Các chất lỏng hữu cơ phần lớn không ăn mòn sắt, hợp kim của sắt.
Nhưng có một số loại ăn mòn kim loại màu. Ví dụ : Hợp chất hydrocacbua dẫn xuất halogen, hợp chất mecaptan và các hợp chất chứa lưu huỳnh.
Các sản phẩm dầu mỏ (xăng, dầu lửa, dầu khoáng ..) là sản phẩm hữu cơ không điện ly, nó gây ăn mòn do lẫn tạp chất, hoặc trong thành phần có chứa hợp chất hydrocacbua không no, có khả năng bị oxy hóa, các sản phẩm đó sẽ ăn mòn kim loại. Ví dụ : Xăng crăcking trong thành phần có các andehyt axit, nhựa và các sản phẩm khác rất dễ bị oxy hóa bởi oxy trong không khí. Chính sản phẩm này gây ăn mòn kim loại.
2.3:  Ăn mòn trong môi trường khí.
2.3.1: Khái niệm.
Quá trình ăn mòn kim loại do tác dụng hóa học của các chất khí với kim loại gọi là sự ăn mòn trong môi trường khí.
Quá trình ăn mòn khí phổ biến nhất là sự ôxi hóa kim loại trong môi trường không khí ở nhiệt độ cao. Tốc độ ăn mòn khí phụ thuộc vào tính chất của kim loại và hợp kim, tính chất của môi trường, khí, nhiệt độ, tính chất của sản phẩm ăn mòn.
2.3.2: Khả năng oxy hóa của kim loại.
Khả năng oxy hóa kim loại : Muốn biết quá trình phản ứng có xảy ra hay không, ta phải nghiên cứu sự biến thiên thế nhiệt động của nó.
Xét một quá trình ăn mòn theo phản ứng oxy hóa kim loại : m Me(p) + 4 nm . O2 (k) = Mem Om . n/2 (r) Muốn xét quá trình ăn mòn kim loại có xảy ra hay không ta phải xét biến thiên thế đẳng nhiệt đẳng áp DG khi tiến hành phản ứng trên. Khi áp suất P và nhiệt độ T không đổi phương trình đẳng nhiệt được viết dưới dạng :
DGT = RT 2,303 lg 4 nm 2OP 1 .)( – 2,303 RT lg 4 nm 2OP 1 .)
Trong đó : R – hằng số khí lý tưởng 8,31451 J/mol.k.
T – Nhiệt độ tuyệt đối 2OP – Áp suất riêng phần của Oxy ứng với trạng thái ban đầu cbO2P )( – Áp suất riêng phần của oxy ứng với trạng thái cân bằng.
m – số nguyên tử kim loại trong phân tử oxyt n – hóa trị kim loại
Từ phương trình trên ta rút ra :
DGT = 2,303RT lg 4 nm 2 4 nm 2 O cbO P P ( *)
Từ phương trình (*) ta thấy : Quá trình oxy hóa xảy ra nếu DGT 0 cbO2P )( > 2OP Trong thực tế để đơn giản ta phải so sánh áp suất phân hủy của oxyt và áp suất riêng phần của oxy trong không khí. Như vậy nếu chiết áp suất phân hủy mà oxyt, có thể biết quá trình oxy hóa có thể xảy ra hay không. Áp suất riêng phần của oxy trong không khí : 2OP = 0,21 at.
2.3.3: Cơ cấu lớn lên của màng.
Qui luật phát triển màng phù hợp với qui luật khuyến tán động học của phản ứng hóa học.
2.3.3.1: Màng xốp :
Chuyển chất oxy hóa (oxy) đến bề mặt phân chia kim loại khí.
Chất phụ chất oxy hóa lên bề mặt kim loại.
Phản ứng tạo thành oxyt. Me(r) + 2 mn O2 = m Me+n + 2 mn O–2 = Mem Omn/2 (n)
Vì màng xốp không có tính bảo vệ nên oxy đi qua bề dày. Nên giai đoạn phản ứng là giai đoạn chậm của quá trình. Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào chiều dày của lớp màng.
Vì màng xốp oxy dễ dàng lọt qua lớp màng vào bề mặt kim loại và được biểu thị bằng phương trình :
Y = kC Ì t (2-7)
Trong đó : y – chiều dày màng
t – thời gian oxi hóa
kC – hằng số tốc độ phản ứng.
C – nồng độ chất oxy hóa trên bề mặt
Tuy nhiên trong thực tế sự phát triển của màng không phải đơn thuốc là đường thẳng : Theo đồ thị phát triển màng xốp giai đoạn đầu sự phát triển màng phụ thuộc vào hằng số tốc độ phản ứng. Sau đó trên bề mặt tạo thành lớp oxit mỏng tiếp tục mạng lưới tinh thể của kim loại. Nhưng đạt tới giá trị tới hạn nào đó màng sinh ra ứng suất nội và gây ra màng xốp. Như vậy màng oket chia làm hai lớp : lớp sát bề mặt mỏng và làm chậm sự khuếch tán. Lớp tiếp theo dày hơn chứa nước lỗ xốp. Không gây trở ngại cho sự khuếch tán.
2.3.3.2: Màng sít.
Đối với kim loại khi bị oxi hóa tạo thành lớp màng sít có tính chất bảo vệ kim loại tốc độ phát triển màng chậm dần theo thời gian, màng cày dày tốc độ khuếch tán chất oxy hóa qua màng đến bề mặt kim loại sẽ càng khó khăn.
2.4: Một số ví dụ thực tế.
2.4.1: Sự khử cacbon của thép.
Sự đốt cháy bề mặt của thép, một thời gian sẽ gây ra sự khử cacbon của thép. Nguyên nhân trên giới hạn phân chia giữa oxi và kim loại sẽ gây ra phản ứng oxi hóa, cacbon tạo thành dạng khí. Cacbon sẽ khuếch tán ra vùng phản ứng và làm nghèo cacbon trong thép, gang làm thay đổi cơ tính của thép, gang.
Phản ứng khử cacbon của thép :
Fe3C + ½ O2 = 3Fe + CO
Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO
Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2
Fe3C + H2 = Fe + CH4
2.4.2: Sự giòn của hydro của thép.
Hydro trong khí quyển khi ở nhiệt độ 250 – 300 oC và áp suất cao làm giảm độ bền của thép không thấy xảy ra hiện tượng ăn mòn bên ngoài ta gọi đó là ăn mòn hydro hay sự giòn hydro cuả thép. Nguyên nhân là do :
Hydro hòa tan trong thép tạo thành dung dịch rắn giòn hơn và kém bền hơn.
Sự thoát hydro phân tử tạo thành từ hydro nguyên tử theo giới hạn hạt của thép tạo thành khuyết tật bên trong.
Làm nghèo cacbon trong thép theo phản ứng:
Fe3C + H2 = 3Fe + CH4
Quá trình khử oxi theo giới hạn hạt và tạo thành hơi nước phá hủy mạng tinh thể của kim loại:
FeO + H2 = Fe + H2O
Chương 3: ĂN MÒN ĐIỆN HÓA
3.1 Một số khái niệm
3.1.1. Ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là sự oxi hóa khử trên bề mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và môi trường chất điện li, nó gắn liền với sự chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo sự khử một thành phần của môi trường và sinh ra một dòng điện. .
Thí dụ: phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất
3.1.2. Quá trình dẫn điện
Quá trình đãn điện không tự lực của chất khí: Là quá trình dẫn điện ( phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi tạo ra hạt tải điện trong khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện)
Quá trình dẫn điện tự lực của chất khí: Quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện
3.1.3. Giản đồ thế điện cực – pH
Giản đồ thế điện cực – pH trình bày sự phụ thuộc của giá trị thế điện cực vào giá trị pH của môi trường phản ứng. Giản đồ này được xây dựng trên cơ sở các số liệu nhiệt động học và cho phép giải thích trạng thái tồn tại, tính chất của đơn chất và hợp chất cũng như khả năng chuyển hoá giữa các chất có trong hệ khảo sát. Sự ăn mòn kim loại theo cơ chế điện hoá xảy ra trong môi trường nước luôn gắn liền với hai quá trình: sự oxi hoá kim loại tại anot chuyển kim loại thành ion kim loại và luôn gắn liền với phản ứng khử xảy ra trên catot – sự khử ion 3HO+ có trong dung dịch hoặc khử oxi hoà tan trong dung dịch hoặc khử nước. Mặt khác, sự ăn mòn kim loại theo cơ chế điện hoá phụ thuộc vào giá trị thế điện cực của anot và catot. Trong môi trường nước các giá trị thế điện cực có phụ thuộc vào pH. Vì vậy việc xây dựng giản đồ thế điện cực cân bằng – pH là cần thiết và gọi tắt là giản đồ thế điện cực – pH (E – pH). M. Pourbaix là người đầu tiên đưa ra giản đồ này (1945) và còn gọi là giản đồ M.Pourbaix.
3.2. Cơ chế ăn mòn điện hóa:
Gồm 2 quá trình cơ bản
Quá trình anot: Xảy ra ở khu vực mà kim loại bị ion hóa và chuyển vào dung dịch
Me – ze → Me(z+)
Quá trình catot : Xảy ra ở khu vực mà các ion, nguyên tử hặc phân tử của chất điện li nhận điện từ trên bề mặt kim loại
D + ne → [ D.ne]
3.3. Động học các quá trình ăn mòn
3.3.1. Hiện tượng phân cực
Phân cực: khi nhúng hai thanh kim loại khác nhau vào một dung dịch điện ly, chúng tạo thành hai điện cực khác nhau. Khi nối hai điện cực với nhau bằng một dây dẫn sẽ có một dòng điện chạy trong mạch. Điện thế cực lúc này lệch khỏi vị trí cân bằng
Điện thế anot lệch vê phía dương, điện thế catot lệch về

[block id=”bo-sung”]

Từ khóa: Đề tài Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *