Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 9: Độ bền hóa của vật liệu

Vật liệu làm việc lâu ngày trong môi trường sẽ bị ăn mòn, bào mòn hay suy thoái. Sự ăn mòn là do tác dụng hóa học - điện hóa của vật liệu với môi trường. Sự bào mòn là do tác dụng của cơ học là chủ yếu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 9: Độ bền hóa của vật liệuLOGO 1 2Ø Vật liệu làm việc lâu ngày trong môi trường sẽ bị ăn mòn (corrosion), bào mòn (erosion) hay suy thoái (degradation).ü Sự ăn mòn là do tác dụng hóa học – điện hóa của vật liệu với môi trường. Sự bào mòn là do tác dụng cơ học là chủ yếu. 3ü Chi phí cho việc thay thế các vật liệu đã bị ăn mòn và những thiết bị xuống cấp do ăn mòn gây ra.ü Chi phí cho việc sửa chữa số lượng sản phẩm giảm chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc bị mất mát do hiện tượng ăn mòn kim loại gây ra.ü Chi phí cho các biện pháp để phòng ngừa, các biện pháp để bảo vệ chống hiện tượng ăn mòn.Ø Tiêu tốn khoảng 4 – 5% tổng thu nhập quốc gia. 4Ø Tốc độ ăn mòn (corrosion penetration rate) được tính:ü CPR (mm/năm): tốc độ ăn mònü W (mg): khối lượng mất sau thời gian ăn mòn t (h)ü ρ (g/cm3): khối lượng riêng của vật liệu bị ăn mònü A (cm2): diện tích bị ăn mònü K = 87,6 khi CPR có đơn vị là (mm/năm) 5Tốc độ ăn mòn điện hóa r trên mỗi đơn vị diện tích bề mặt là: r: tốc độ ăn mòn điện hóa (mol/m2.s) i: mật độ dòng (A/m2) n: số electron trao đổi F: hằng số Faraday (96.500 C/mol) Cho hầu hết trường hợp CPR < 0,50 mm/năm là chấp nhận được. 6Ăn mòn kim loại là hiện tượng kim loại bị oxy hóa bởi môi trường.Theo cơ chế, có 2 loại ăn mòn:ü Ăn mòn hóa học: Quá trình ăn mòn tuân theo qui luật động học của phảnứng dị thể, không kèm theo sự xuất hiện của dòng điện.Ví dụ: ăn mòn do các khí khô: O2, H2S, SO2, …; hoặc các chất lỏng khôngđiện ly: xăng, nhựa,..; các khí ở nhiệt độ cao.ü Ăn mòn điện hóa: Quá trình ăn mòn tuân theo qui luật động học điện hóavà kèm theo sự hình thành các pin tế vi.Ví dụ: ăn mòn khi có mặt chất điện ly như trong không khí ẩm, nước biển,dưới mặt đất,… 7Nghiên cứu quá trình oxy hóa kim loại trong không khí 8ü Quy luật parabol: khi lớp oxit tạo ra có cấu trúc không mao quản và phủ kín bề mặt.ü Quy luật đường thẳng: lớp oxit có cấu trúc mao quản.ü Hàm logarit: lớp oxit tạo thành rất mỏng (< 100 nm) và ở nhiệt độ thấp. 9Ø Lớp oxit mỏng tạo ra là chất dẫn electron kém và dẫn ion rất chậm, hạn chế tốc độ ăn mòn vật liệu à sự thụ động (passivity)Ví dụ: nhôm bị thụ động trong môi trường, hợp kim chống gỉ Fe-Cr (>12% Cr). 10Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa:Ở anod (cực - của pin):M – ne → Mn+Ở catod (cực + của pin):1/2 O2 + H2O + 2e → 2OH-Nếu môi trường acid:2H+ + 2e → H2Ví dụ: Sự ăn mòn của thép(-) Fe êO2 êH2O, Fe3C (+)Quá trình anod: Fe – 2e → Fe2+Quá trình catod: 1/2O2 + H2O + 2e → 2OH-11 12Ø Ăn mòn đều Ø Một số dạng ăn mòn khác:Ø Ăn mòn cục bộ ü Ăn mòn chọn lọcü Ăn mòn tiếp xúc ü Ăn mòn ranh giớiü Ăn mòn khe ü Ăn mòn nứt do ứng suấtü Ăn mòn tại vùng mớn nước ü Ăn mòn mỏiü Ăn mòn do lắng đọng ü Ăn mòn mài mònü Ăn mòn lỗ (ăn mòn điểm) ü Ăn mòn do ma sát 13Ø Ăn mòn đều (uniform corrosion): rất phổ biến, tốc độ ăn mòn ở mọi chỗ trên bề mặt gần bằng nhau. Ví dụ: đặt thép trong môi trường acid, sự gỉ sét Ngăn ngừa: v Sơn v Mạ v Anode hy sinh 14Ăn mòn điện hóa (Galvanic Corrosion) hay ăn mòn tiếp xúc xuấthiện khi thỏa mãn các điều kiện sau:ü 2 kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhauü Môi trường chất điện giảiü Có xuất hiện dòng điệnNgăn ngừa:ü Chọn 2 kim loại có thế oxi hóa – khử gần nhauü Có tỉ lệ anode/cathode lớnü Cách ly hay kim loại khác nhauü Sử dụng cathode bảo vệ 15Ø Ăn mòn lỗ (pitting corrosion) hay ăn mòn điểm là một dạng ăn mòn cục bộ tạo ra các lỗ có kích thước nhỏ, độ sâu của lỗ có thể lớn hơn đường kính của nó.ü Dạng ăn mòn này xảy ra trên các kim loại, hợp kim có màng thụ động (Al, Ni, Ti, Zn, thép không gỉ) hoặc có các lớp phủ bảo vệ bị xuyên thủng. Thép không gỉ trong môi trường 5th Century sw ...