học phần CH5307 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN

Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi AMĐH • Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn 3.1.. • Xem xét lựa chọn vật liệu: • Tuổi thọ của thiết bị, kết cấu • Đánh giá tuổi thọ của vật liệu • Độ tin cậy

PGS TS Hoàng Thị Bích Thủy

Bộ môn CN Điện hóa và BVKL, Viện Kỹ thuật Hóa học

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ĐT: 024-38680122, 0912573910

DECP-HUST

HỌC PHẦN CH5307

AMĐH là quá trình tự phá hủy kim loại (hợp kim) có

kèm theo sự thay đổi tính chất hóa lý của kim loại

(hợp kim) khi kim loại (hợp kim) tác dụng với môi

trường điện ly xung quanh.

• Ví dụ: sự gỉ vỏ tàu thủy, gỉ kim loại trong khí

quyển,…

• Ăn mòn điện hóa luôn kèm theo sự xuất hiện dòng

điện do sự không đồng đều về điện thế trên các

* Điện thế điện cực:

• Nhúng 1 thanh kim loại vào dung dịch điện ly → Hình

thành lớp điện tích kép, xuất hiện bước nhảy điện thế

giữa bề mặt kim loại và dung dịch

• Nguyên nhân xuất hiện bước nhảy điện thế:

- Sự chuyển cấu tử tích điện từ kim loại vào dung

dịch hoặc ngược lại

- Sự hấp phụ có lựa chọn trên bề mặt kim loại (hấp

phụ Cl-, H2O,…)

•Giá trị điện thế điện cực được tính so với 1 điện cực so

sánh chuẩn (NHE, SCE,…)

DECP-HUST

3

Ăn mòn điện hóa xảy ra khi có sự chênh lệch điện thế

giữa các vị trí trên bề mặt kim loại:

- Anốt (-)

- Catốt (+)

 Pin Ăn mòn

5

- Nối điện anốt – catốt

Phải có đủ 4 thành phầnđể tạo thành pin ăn mòn

Pin ăn mòn điện hóa

DECP-HUST

7

3 Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi AMĐH

• Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn

3.1 Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn

• Yêu cầu đối với vật liệu:

• Độ sẵn có dữ liệu cho thiết kế

• Kinh nghiệm đã có với vật liệu tương tự

11

• Xem xét lựa chọn vật liệu:

• Tuổi thọ của thiết bị, kết cấu

• Đánh giá tuổi thọ của vật liệu

• Độ tin cậy (tính an toàn, thiệt hại kinh tế nếu xảy

• Chi phí bảo trì, kiểm tra

• Phân tích đầu tư, thời gian hoàn vốn

DECP-HUST

Thông tin cần thiết để đánh giá khả năng

ăn mòn của vật liệu

Cơ chế ăn mòn

Loại tải trọng

Chức năng của vật liệu

Kinh nghiệm thực tiễn

Tính chất

ăn mòn của môi

trường và

vật liệu

13

15

3.3 Phương pháp thay đổi môi trường

• Nguyên tắc: làm giảm hoạt tính ăn mòn của môi

trường bằng cách làm giảm tác nhân gây ăn mòn hoặc

cho thêm các chất ức chế vào môi trường

• Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng được trong môi trường

hữu hạn

* Đối với môi trường khí quyển

• Giảm độ ẩm

• Dùng ức chế pha hơi(Dicyclohexylamin nitrit, cyclohexylamin cacbonat)

* Đối với môi trường nước

• Giảm độ dẫn

• Loại bỏ cấu tử gây ăn mòn: Đuổi ôxy (gia nhiệt, hút chân

không, sục khí trơ, dùng hóa chất); Giảm H+ (trung hòa bằng CaO, NaOH)

Chất bảo vệ k/loại (chất ức chế)

Chất ức chế anốt

(O2, NO2- , CrO42- ,…)

Chất ức chế catốt (Na2SO3, Ca(HCO3)2, As 3+ ,…)

Chất bảo vệ hỗn hợp (R-X)

Chất kích thích ăn mòn

17

3.4 Phương pháp sơn phủ

• Nguyên tắc: ngăn cách kim loại với môi trường ăn

mòn bằng cách phủ lên bề mặt kim loại

• Chất lượng lớp phủ và hiệu quả bảo vệ phụ thuộc

nhiều vào quá trình xử lý bề mặt kim loại trước khi

Tuổi thọ bảo vệ phụ thuộc

vào chiều dày lớp phủ

19

23 DECP-HUST

23

Hình ảnh công đoạn anốt hóa nhôm

DECP-HUST

25

Lớp phủ ôxyt (titan, nhôm)

Lớp phủ phốt phát

DECP-HUST

27

* Lớp phủ hữu cơ

• Sơn

Sơn nền (chống gỉ) – Sơn lót – Sơn phủ ngoài (chống vi sinh)

• Bọc chất dẻo, nhựa đường

Top Coat: Trang trí, chịu tia UV, chống bám bẩn của VSV

Mid Coat: Tăng chiều dày sơn, bám dính

Hệ lớp sơn chống ăn mòn

29

Ví dụ hệ lớp sơn thương mại

or weatherable PUR

Epoxy aluminium primer 300µ

ví dụ để bảo vệ công trình ngoài khơi

Moderately Corrosive Environment

Severely Corrosive Environment Water-Based Acrylic Primer/Topcoat na 16.5 12 9

Epoxy Primer/High-Build Epoxy Topcoat 6 18 12 9

High-Build Epoxy Primer/High-Build Epoxy

3.5 Phương pháp bảo vệ điện hóa

• Cơ sở lý thuyết: giản đồE-pH

• Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng được trong môi trường

điện ly liên tục như môi trường nước, môi trường

đất,…

DECP-HUST

Cơ sở lý thuyết của bảo vệ điện hóa

33

* Phương pháp bảo vệ catốt

• Nguyên tắc: dịch chuyển điện thế kim loại về phía âm

(tăng phân cực catốt cho kim loại) cho đến khi phản

ứng anốt hòa tan kim loại trở nên không đáng kể

• Phạm vi ứng dụng: bảo vệ kết cấu trong môi trường

trung tính, môi trường kiềm – khi quá trình ăn mòn xảy

ra với sự khử phân cực ôxy

• Thường dùng để bảo vệ kết cấu thép trong nước biển,

nước sông, trong đất, cốt thép trong bê tông

DECP-HUST

Sơ đồ bảo vệ catốt bằng anốt

35

DECP-HUST 39

Anốt hy sinh nhôm bảo vệ cho công

trình ngoài khơi

Hệ bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh cho chân đế giàn khoan

(535m) ở Viosca Knoll (southeast of New Orleans)

39

DECP-HUST 41

Anốt hy sinh bảo vệ cho công trình ngầm trong đất

Anốt hy sinh bảo vệ cho

máy đun nước nóng

Anốt hy sinh bảo vệ cho cốt thép

trong bê tông

41

45 DECP-HUST

Anốt graphit

Anốt gang silic

Anốt titan phủ hỗn hợp ôxit kim loại (MMO)

MMO Coating

45

Anốt ICCP bảo vệ cho công trình

ngầm trong đất

47 DECP-HUST

* Phương pháp bảo vệ anốt

• Nguyên tắc: dịch chuyển điện thế kim loại về phía

dương (tăng phân cực anốt cho kim loại) cho đến khi

điện thế kim loại rơi vào vùng thụ động

• Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng để bảo vệ kim loại thụ

động trong môi trường ôxy hóa

• Thường dùng trong môi trường ăn mòn rất mạnh như

tank chứa, đường ống dẫn axit mạnh (axit sunphuric,

photphoric, nitric)

47