Ăn mòn và bảo vệ kim loại ( Trịnh Xuân Sén ) - Chương 7

Sự ăn mòn vật liệu kim loại và các biện pháp bảo vệ kim loại chống ăn mòn điện hóaNghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn kim loại nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ các cấu kiện, các công trình có ý nghĩa khoa học và đặc biệt đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Căn cứ vào cơ chế ăn mòn điện hoá cũng như điều kiện hoạt động của các pin ăn mòn có thể đưa ra các biện pháp sau đây nhằm mục đích giảm tốc độ ăn mòn kim loại đến...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại ( Trịnh Xuân Sén ) - Chương 7 125Chương 7Sự ăn mòn vật liệu kim loại và các biện pháp bảo vệkim loại chống ăn mòn điện hóa Nghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn kim loại nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ cáccấu kiện, các công trình có ý nghĩa khoa học và đặc biệt đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Căn cứ vào cơ chế ăn mòn điện hoá cũng như điều kiện hoạt động của các pin ăn mòn cóthể đưa ra các biện pháp sau đây nhằm mục đích giảm tốc độ ăn mòn kim loại đến mức thấpnhất. Đó cũng chính là mục tiêu hướng tới của các phương pháp bảo vệ.7.1 Lựa chọn vật liệu kim loại thích hợp Trong phần này sẽ lần lượt giới thiệu một số kim loại, hợp kim thông dụng về hai phươngdiện: tính chất ăn mòn của vật liệu và biện pháp nâng cao độ bền chống ăn mòn của nó.7.1.1 Kim loại đen Thép cacbon thấp Thép cacbon thấp là hợp kim của sắt chứa một lượng cacbon từ 0,05 ÷ 1%. Thép cacbon thấp được dùng rất rộng rãi trong ngành xây dựng vì giá thành thấp, dễ tạohình. Kim loại này không bền, chống ăn mòn kém trong môi trường không khí, trong đất cũngnhư trong nước tự nhiên và nó thường phải được bảo vệ. Trong không khí khô thép này không bị ăn mòn vì có lớp màng mỏng chặt sít oxit bảo vệ,nhưng ở nhiệt độ cao bị ăn mòn. Trong không khí ẩm ở nhiệt độ thường, trên bề mặt thép có màng nước xảy ra, phản ứngăn mòn theo cơ chế điện hoá: Phản ứng anot: Fe + HOH → FeOH+ + H+ + 2e FeOH+ + HOH → FeOOH + 2H+ + e Phản ứng này khống chế sự ăn mòn thép trong khí quyển. Phản ứng catot: 3FeOOH + e → Fe3O4 + H2O + OH– Tiếp theo sản phẩm Fe3O4 tác dụng với oxi và nước: 1 3 H2O → 3FeOOH Fe3O4 + O2 + 4 2 126 Có ý kiến cho rằng, trong không khí sản phẩm ăn mòn thép là FeOH+ và OH– sẽ tác dụngvới oxi và nước để tạo thành hyđroxit, oxit sắt (II) và oxit sắt (III) và chúng tạo thành lớp gỉsắt. Theo thời gian gỉ sắt phát triển thành các lớp xốp và làm giảm tốc độ ăn mòn thép. Nếutrong không khí có tạp chất, ví dụ Cl– ở vùng ven biển, sự hấp thụ Cl– của các lớp gỉ làm thayđổi hình thái lớp gỉ, đôi khi làm tăng tốc độ ăn mòn thép. Sự có mặt của SO2 trong khí quyển có thể bị hấp thụ bởi các lớp gỉ và dẫn đến sự axit hoácác lớp gỉ, làm tăng sự khử oxi và tăng độ dẫn điện của dung dịch thúc đẩy quá trình ăn mònthép. SO2 + O2 + 2e → SO2− 4 Trong môi trường nước gần trung tính (nước máy, nước biển, nước ao hồ) tốc độ ăn mònkim loại chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ phản ứng catot khử oxi. 2H2O + O2 + 4e → 4OH– 2H2O + 2e → H2 + 2OH– hoặc Thường phản ứng diễn ra rất chậm, nhưng khi tăng nhiệt độ tốc độ ăn mòn tăng lên. Đốivới phản ứng khử oxi, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ oxi hoà tan trong nước. Nếuhàm lượng muối cao thì tốc độ hoà tan oxi giảm. Trong nước biển tĩnh tốc độ ăn mòn được tín theo công thức: CO2 =K (7.1) P( mm δ ) n¨m trong đó: P - tổn thất chiều dày mm/năm; CO2 - nồng độ oxi hoà tan tính theo mg/l nước; δ - chiều dày lớp khuếch tán (mm); K - chấp nhận bằng 14,3. Công thức trên chỉ áp dụng cho ăn mòn đều, nếu có sự ăn mòn cục bộ thì việc sử dụng nóbị hạn chế. Trong môi trường axit, tốc độ ăn mòn thép phụ thuộc vào tốc độ phản ứng catot và thépbị ăn mòn đáng kể nếu không được bảo vệ. 2H+ + 2e → H2 hoặc khi có mặt oxi: 1 2H+ + O2 + 2e → H2O 2 Đối với môi trường axit yếu, lượng ion H+ thấp, tốc độ ăn mòn được quyết định bởi giaiđoạn khuếch tán ion H+ đến bề mặt kim loại. Sự có mặt của CO2 với hàm lượng cao có tácdụng thúc đẩy phản ứng catot: − 2CO2 + 2H2O + 2e → H2 + 2HCO3 vì thế mà tốc độ ăn mòn sẽ tăng lên. 127 Trong môi trường đất nồng độ oxi thấp vì vậy sự ăn mòn thép được gây ra là do hoạtđộng của vi khuẩn khử ion sulfat để tạo ra H2S và xảy ra phản ứng: Fe + H2S → FeS↓ + H2 Thép hợp kim thấp Thép hợp kim thấp gồm sắt và một lư ...