Đặc trưng của môi trường biển: - Với diện tích của nước biển chiếm hơn 70% diện tích trái đất, sự khác nhau của các vùng khí hậu, đặc điểm địa lý,… do vậy thành phần và những tính chất
Trang 1Ăn mòn kim loại là hiện tượng tự ăn mòn và phá huỷ bề mặt dần dần của các
vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi trường bên ngoài
Do khi nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường muối tới kim loại thì chúng ta thường bắt gặp các chi tiết,kết cấu làm việc trong môi trường nước biển và những ảnh hương xấu của nước biển tới chúng và môi trường biển cũng là một đặc trưng của môi trường muối vì thế nhóm chúng tôi đã tập trung tìm hiểu sâu
về các dạng hỏng trong môi trường nước biển.Cụ thể:
1) Đặc trưng của môi trường biển:
- Với diện tích của nước biển chiếm hơn 70% diện tích trái đất, sự khác nhau của các vùng khí hậu, đặc điểm địa lý,… do vậy thành phần và những tính chất hóa lý của nước biển cũng thay đổi rất nhiều
- Nước biển chứa khoảng 30-40g muối tan và khoảng vài chục mg các chất ở dạng huyền phù Khối lượng muối trong nước biển thay đổi theo vị trí địa lý của các vùng này, vùng khác, theo mùa
- Độ muối lớn của nước biển đóng vai trò quan trọng cho tính chất dẫn điện của nước biển, điện trở của nước biển khoảng 20Ω.cm, giá trị này nhỏ hơn một nghìn lần so với nước ngọt
- Nhiệt độ của nước biển liên quan đến sự trao đổi với môi trường không khí Sự thay đổi nhiệt độ là một tham số ảnh hưởng hầu như toàn bộ các tham số như độ hòa tan của các khí, hoạt động của các vi sinh vật hoặc sự cân bằng hóa học Như vậy thông thường rất khó khăn đánh giá được hiệu ứng của nó đến quá trình phá hủy vật liệu
- Áp suất thủy tĩnh là một trong những tham số quan trọng đối với công trình nằm sâu trong nước biển Sự thay đổi áp suất theo độ sâu là 1atm/10m Sự thay đổi này ảnh hưởng rất nhiều đến nhiệt độ và sự hòa tan của oxy
Trang 2- Hoạt động của các vi sinh vật ảnh hưởng đến pH, nồng độ CO2, O2 hòa tan thông qua quá trình quang hợp, hô hấp (oxy hóa sinh học) Quá trình hô hấp tiêu thụ các vật liệu hữu cơ, oxy và sinh ra CO2, điều này có khuynh hướng làm giảm
pH Sự thay đổi pH, nồng độ oxy hòa tan theo chiều sâu thông thường được liên quan với nhau Sự nhúng chìm một vật liệu không toxit vào nước biển, đứng trên phương diện sinh vật học, trong một thời gian sẽ tạo thành một lớp mỏng sinh vật chứa những vi khuẩn, tảo Lớp vi sinh vật, “rác bẩn của biển” bao bọc công trình
và gây ra quá trình ăn mòn của vật liệu
- Dòng chảy của biển, sự tạo cặn trên bề mặt và những tham số khác làm tăng cường cho quá trình ăn mòn, nhất là những vùng nước bị khuấy động
2).Nguyên nhân và cơ chế tạo nên các dạng hỏng.
Nước biển, đại dương có chứa muối hoà tan (nước mặn) nên dẫn điện tốt, bởi vậy các công trình biển bị ăn mòn mạnh do các dòng điện hoá tăng cường, không chỉ
ở bề mặt kim loại tiếp xúc với nước biển mà cả ở trong cột bê tông Ăn mòn biển còn đặc trưng bằng các lớp sinh vật bám như hầu, hà, rong, rêu Vì biển, đại dương ngày càng được khai thác nhiều hơn, các công trình biển như cảng, dàn khoan dầu, khí , số lượng tàu, thuyền ngày càng nhiều nên ăn mòn biển gây thiệt hại rất lớn Là quá trình xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường điện phân tức là môi trường dẫn điện (chú ý người ta gọi : dung dịch chất điện ly còn gọi là chất điện giải).Ăn mòn điện hoá là sự ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở 2 vùng khác nhau trên bề mặt kim loại Quá trình ăn mòn điện hoá có phát sinh dòng điện tử chuyển động trong kim loại và dòng các ion chuyển động trong dung dịch điện ly theo một hướng nhất định từ vùng điện cực này đến vùng điện cực khác của kim loại) Tốc độ ăn mòn điện hoá xảy ra khá mãnh liệt so với ăn mòn hoá học
Chất điện ly mạnh : các muối NaCl,và các muối clorua
Ăn mòn điện hoá là dạng ăn mòn xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường điện phân (ăn mòn tiếp xúc) Đây là dạng ăn mòn khá phổ biến Bản chất gây ăn mòn điện hoá là do các vipin xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc, cường độ và tốc độ
Trang 3ăn mòn điện hoá xảy ra mảnh liệt hơn nhiều so với ăn mòn hoá học Để hiểu rỏ bản chất ăn mòn điện hoá ta cần tìm hiểu hiện tượng hidrathoá
Trong môi trường biển, những kiểu ăn mòn chính, chủ yếu xảy ra như sau:
- Vùng chìm trong nước biển: Đây là vùng tiếp xúc thường xuyên với nước biển,
sự ăn mòn mạnh xảy ra ngay tại vùng ranh giới tạo mức nước thấp nhất vì một pin
ăn mòn tạo thành với phần trên của công trình Pin này được mang tên là pin thông gió, phần trên nằm trong vùng thủy triều tiếp xúc với môi trường nhiều không khí, tạo nên cathode nơi xảy ra quá trình khử của O2 Phần nằm ngay phía dưới (vùng ngập trong nước biển) tạo thành anode, nơi xảy ra quá trình oxy hóa kim loại
- Vùng trầm tích (cặn): Vùng này rất phức tạp, tương ứng với phần công trình bị chôn vùi trong biển Vùng này không đơn giản là quá trình tích tụ những vật liệu rắn từ trong nước, mà trong vùng này còn xảy ra rất nhiều quá trình chuyển hóa liên quan đến hoạt động của các vi sinh vật và những dòng trao đổi vật liệu giữa vùng trầm tích và nước biển
3) Các dạng ăn mòn trong môi trường nước biển:
- Ăn mòn galvanique và ăn mòn chọn lựa( Ăn mòn pin galvanique: Do sự dẫn điện tốt của môi trường biển.) Sự ăn mòn kim loại pin galvanique là sự ăn mòn do tạo thành pin giữa các kim loại mà những đặc tính điện hóa khác nhau trong một môi trường
- Ăn mòn vết, ăn mòn lỗ: Ăn mòn vết và ăn mòn lỗ: Do hàm lượng Cl- trong nước biển Hai kiểu ăn mòn này xảy ra rất phổ biến trong môi trường biển do hàm lượng Cl- trong biển rất lớn Kiểu ăn mòn vết xảy ra thông thường đối với kim loại thụ động bởi màng oxyt mỏng trên bề mặt, sự ăn mòn này gây ra bởi những ion đặc trưng, đặc biệt là ion Cl- và tạo thành những vết rất nhỏ vài chục micromet
Ăn mòn lỗ là những trường hợp sự tấn công chọn lựa vào những vị trí khe, vết nứt của kim loại, dung dịch không thể trao đổi với môi trường, oxy trong vùng này nhanh chóng bị tiêu thụ, sự hòa tan anode của kim loại sẽ dẫn đến sự tích tụ các
Trang 4ion kim loại và chúng sẽ phải được cân bằng điện với sự dịch chuyển của ion đến
từ bên ngoài lỗ
- Phá hủy sinh vật(Hay còn gọi là: Ăn mòn sinh học- Do hoạt động của các vi sinh vật): Là sự thay đổi toàn bộ tính chất lý hóa, cơ học của kim loại dưới tác dụng của các vi sinh vật như các vi khuẩn, nấm, mốc, tảo
- Ăn mòn - Xói mòn: Ăn mòn xói mòn được phân biệt thành hai loại, ăn mòn mài mòn là sự phá hủy cơ học do sự có mặt của những hạt dạng huyền phù Ăn mòn xâm thực là kết quả của sự xâm thực những bọt khí trên bề mặt Cuối cùng là sự
ăn mòn xảy ra theo các kiểu khác nhau tùy thuộc vào kim loại nhúng chìm trong nước biển, do hiện tượng thủy triều mà chúng thường xuyên hay không thường xuyên với những kỳ sấy khô khi tiếp xúc với không khí
Ngoài ra những vùng ăn mòn của công trình trong môi trường biển còn có: Sự ăn mòn vật liệu có thể thay đổi tùy theo vị trí và điều kiện tiếp xúc của vật liệu, người
ta phân biệt các vùng khác nhau:
- Vùng tiếp xúc với không khí: Vùng này có thể xảy ra quá trình ăn mòn do phản ứng kim loại với oxy của không khí Khi độ ẩm và nồng độ của một vài chất ô nhiễm trong không khí cho phép tạo thành một chất điện phân trên bề mặt, cơ chế giống với cơ chế của sự ăn mòn trong môi trường nước
- Vùng nước bắn: Vùng này nằm ngay trên vùng tiếp giáp với mực nước biển Đối với những kim loại không thụ động, như thép carbon, thép hợp kim yếu, thì sự ăn mòn trong vùng này rất mạnh
- Vùng nước thủy triều: Là vùng nằm giữa mức cao và mức thấp thủy triều Kim loại nằm trong vùng tiếp xúc khi thủy triều lên và không tiếp xúc khi thủy triều xuống
4) Ăn mòn trong khí quyển biển
Trong khí quyển biển luôn luôn có ion Cl–, vì thế tốc độ ăn mòn kim loại tăng đáng
kể so với miền nông thôn Tuy nhiên ở vùng nông thôn khí quyển ít tạp chất có hại cho nên tốc độ ăn mòn kim loại nhỏ
Trang 5Đối với ăn mòn khí quyển, ngoài các tạp chất gây ăn mòn thì thời gian lưu ẩm (TOW) tức là khoảng thời gian không khí có độ ẩm tương đối H > 80% và nhiệt độ lớn hơn 25độ C đóng một vai trò rất quan trọng quyết định đến tốc độ ăn mòn kim loại
Những màng mỏng do nước mưa hoặc do sương trên bề mặt kim loại thường có
độ ẩmgần bằng 100%
4).Phòng ngừa
Các công nghệ để phòng, chống và giảm tác hại của ăn mòn biển chủ yếu là:
- Tạo các lớp vật liệu bảo vệ bền (hiện đã có các loại sơn cho tàu biển chịu được
ăn mòn biển trên 3, 4 năm), các lớp bảo vệ đặc hiệu ở vùng "té nước".Tạo ra các lớp bao phủ, sơn hữu cơ, có lớp phủ vô cơ, hoặc xi mạ ngăn cách kim loại vớimôi trường gây ra ăn mòn Ví dụ sơn phủ bảo vệ cầu sắt, tàu thuyền, các cấu kiện khác: ô tô,
tàu hoả, mạ các phụ tùng ô tô, xe máy …
-Các phương pháp điện hoá với "điện cực hi sinh", vv
-Chọn các kim loại có độ bền chống ăn mòn cao: thép không gỉ, các loại hợp kim -Đối với các cấu kiện nhỏ và lưu giữ trong kho có mặt các loại chất ức chế bay hơi bảo
quản trong không khí
5) Kết luận: Quá trình ăn mòn phá hủy vật liệu, công trình trong môi trường muối
(đặc trưng là môi trường biển)là quá trình phức tạp Việc nghiên cứu khảo sát nguyên nhân, tình trạng ăn mòn phá hủy của các công trình trong biển, ven biển
để tìm ra được biện pháp phòng chống là vấn đề cần thiết nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình