Báo cáo khoa học: "Khảo sát sự ăn mòn và khả năng ức chế ăn mòn của ion CrO42- và HPO42- đối với thép cacbon, trong môi tr-ờng NaCl bằng ph-ơng pháp điện hóa" docx

Khảo sát sự ăn mòn và khả năng ức chế ăn mòn của ion CrO42- và HPO42- đối với thép cacbon, Lại thị hoan Bùi quang tuấn phạm Tiến lâm nguyễn thị mai Bộ môn Hóa Khoa Khoa học Cơ bản Trườn

Khảo sát sự ăn mòn và khả năng ức chế ăn mòn

của ion CrO42- và HPO42- đối với thép cacbon,

Lại thị hoan Bùi quang tuấn phạm Tiến lâm nguyễn thị mai

Bộ môn Hóa Khoa Khoa học Cơ bản Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Sự ăn mòn của thép CT3 trong môi trường ăn mòn chứa ion Clo được nghiên

cứu bằng phương pháp đo đường cong phân cực điện hóa Kết quả chỉ ra rằng ion Clo tác động

lớn tới sự ăn mòn của thép CT3 Nó kích thích cả phản ứng anod vμ phản ứng catod, nhưng sự

tác động tới phản ứng anod mạnh hơn so với phản ứng catod Các ion HPO 4 2- vμ CrO 4 2- có tác

động ức chế ăn mòn cho thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M

Summary: The corrosion of steel CT3 in chloride corrosive environment has been

investigated by electrochemical polarization curves method The result shows that chloride ion

affects significantly corrosion of steel CT3 It excites both cathodic and anodic reactions, but its

effect on anodic reaction is more obvious than on anodic reaction HPO 4 2- and CrO 4 2- ions

improve the anti-corrosion of steel CT3 in solution of NaCl 0.1M

CT 2

I đặt vấn đề

Do có tính cơ lí tốt, dễ gia công, giá thành rẻ nên đã từ lâu thép nói chung và các loại thép

cacbon nói riêng được coi là xương sống cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp,

giao thông vận tải… Tuy nhiên, các loại thép cacbon được sử dụng trong các công trình nói trên

rất dễ bị ăn mòn dưới tác động của môi trường xâm thực đặc biệt là dưới tác động của ion

clorua Theo một số công trình đã được công bố [2], với khí hậu nhiệt đới biển như ở nước ta có

sự lắng đọng clo rất lớn nên ảnh hưởng của ion clo đến tốc độ ăn mòn kim loại là rất đáng kể Vì

vậy, mặc dù đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này [2,3] nhưng việc nghiên cứu ảnh

hưởng của ion clorua đến sự ăn mòn thép cacbon nói riêng và kim loại nói chung cũng luôn

được sự quan tâm, chú ý nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước

Nhằm đóng góp vào lĩnh vực này, để lựa chọn sử dụng thép cacbon trong các điều kiện môi

trường cụ thể, trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của ion clorua đến sự ăn mòn thép CT3 bằng phương pháp phân cực tuyến tính Trên cơ sở đó chúng tôi đánh giá khả năng

ức chế chống ăn mòn đối với thép CT3 trong môi trường NaCl 0,1M của ion CrO42- và ion HPO42-

II Thực nghiệm

Các phép thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa Trường Đại học Giao thông Vận tải

Trong quá trình thực nghiệm chúng tôi sử dụng các hóa chất: NaCl (PA), Na2HPO4.12H2O (PA), K2CrO4 (PA), nước cất

Trong các thí nghiệm chúng tôi sử dụng bình đo điện hóa ba điện cực: điện cực làm việc thép CT3 có diện tích bề mặt 0,79cm2, xung quanh bọc epoxy, được mài bóng, khử mỡ và tẩy

gỉ, điện cực đối lưới platin, điện cực so sánh Ag/AgCl, KCl

Vật liệu làm điện cực thép CT3 có thành phần: Fe (99,406%), C (0,150%) S (0,037%), Mn (0,420%) và Si ở dạng vết

Các phép đo điện hóa được thực hiện trên máy đo điện hóa đa năng ghép nối máy tính PGS Autolab30 của Hà Lan Các phép đo phân cực được thực hiện trong khoảng thế -1,2V đến 0,2V, tốc độ quét thế 5mV.s-1

Tốc độ ăn mòn được tính theo tiêu chuẩn ASTM G 3 - 89 và ASTM G 102 - 89

III Kết quả vμ thảo luận

1 ảnh hưởng của ion clorua đến tốc độ ăn mòn thép CT3

CT 2

Đo phân cực tuyến tính điện cực thép CT3 trong dung dịch chứa ion clorua với nồng độ khác nhau chúng tôi thu được các đường cong phân cực (hình 1) từ đó xác định được tốc độ

ăn mòn và thế ăn mòn (bảng 1)

0.0005M

E:\tuan an mon1\Cl\16_8a1.icw

0.01M 0.5M

-1.15 -0.90 -0.65 -0.40 -0.15 0.10

-9

1x10

-8

1x10

-7

1x10

-6

1x10

-5

1x10

-4

1x10

-3

1x10

-2

1x10

-1

1x10

0

1x10

E-V

Hình 1 Đường cong phân cực của thép CT3 trong

dung dịch chứa ion clorua ở các nồng độ khác

nhau.

-1000 -900 -800 -700 -600

log(1/C)

0.E+00 2.E-05 4.E-05 6.E-05 8.E-05 1.E-04 1.E-04

Potential Current

Hình 2 Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn

vμ thế ăn mòn vμo nồng độ ion clorua

Hình 2, bảng 1 cho thấy thấy ion clorua ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ ăn mòn thép CT3

Đường phân cực hình 1 cho thấy ion clorua có tác dụng kích thích cả quá trình catôt và quá trình anôt, tuy nhiên ảnh hưởng của ion clorua đến quá trình anôt mạnh hơn, điều này cũng lí giải cho

sự tăng của thế ăn mòn về giá trị dương hơn khi giảm nồng độ ion clorua (hình 2)

Bảng 1 Tốc độ ăn mòn, thế ăn mòn của thép CT3 trong dung dịch NaCl

Mật độ dòng ăn mòn

Tốc độ ăn mòn

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của ion clorua đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong điều kiện tự

nhiên chúng tôi xác định tốc độ ăn mòn của thép CT3 trong môi trường nước biển Đà Nẵng ở

các độ pha loãng khác nhau (mô phỏng cho sự xâm thực của nước biển) Qua các phép thử

nghiệm, chúng tôi cũng thu được kết quả tương tự như khi giảm nồng độ ion clorua (xem hình 3,

4; bảng 2)

Hình 3 Đường phân cực thép CT3 trong nước

biển ở các độ pha loãng khác nhau

-1000 -900 -800 -700 -600

log(1/C)

0.E+00 2.E-05 4.E-05 6.E-05 8.E-05 1.E-04 1.E-04 1.E-04 2.E-04

potential current

Hình 4 Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn vμ thế ăn

mòn vμo độ pha loãng

(1) (5) (9)

-1.21 -0.96 -0.71 -0.46 -0.21

-9

1x10

-8

1x10

-7

1x10

-6

1x10

-5

1x10

-4

1x10

-3

1x10

-2

1x10

-1

1x10

E-V

CT 2

Bảng 2 Mật độ dòng ăn mòn, thế ăn mòn, tốc độ ăn mòn của thép CT3 trong nước biển Đμ Nẵng

Độ pha loãng

Mật độ dòng ăn

Tốc độ ăn mòn

Các kết quả thực nghiệm trên cho thấy ion clorua có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ ăn mòn

thép CT3 Theo [4] thép CT3 không bền ăn mòn trong môi trường NaCl nồng độ lớn hơn 10-4M

(tốc độ ăn mòn >0,15mm/năm)

2 Khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0.1M của ion HPO 4

2-Trên cơ sở đo phân cực điện cực thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M có mặt Na2HPO4 với

những nồng độ khác nhau, cho phép chúng tôi đánh giá ảnh hưởng của ion HPO42- đến sự ăn

mòn thép Các kết quả thu được trình bày trong bảng 3

NaCl 0.1M NaCl + HPO4 1E-3

-8

1.0x10

-7

1.0x10

-6

1.0x10

-5

1.0x10

-4

1.0x10

-3

1.0x10

-2

1.0x10

-1

1.0x10

0

1.0x10

E / V

Hình 5 Đường phân cực thép CT3 trong dung dịch

NaCl 0,1M có vμ không có ion HPO 4 2-

0 20 40 60 80 100

log(1/C)

-1200 -1100 -1000 -900 -800 -700

Z(%) Corrosion potential

Hình 6 ảnh hưởng của nồng độ ion HPO 4 2- đến

hiệu quả bảo vệ, thế ăn mòn.

Hiệu quả bảo vệ (Z) được tính theo công thức (*)

% i

i i Z o

trong đó: i là mật độ dòng ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M có mặt chất ức chế

io là mật độ dòng ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M

Bảng 3 Tốc độ ăn mòn, thế ăn mòn vμ hiệu quả bảo vệ của ion HPO 4 2-

đối với sự ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M

Mật độ dòng ăn

Tốc độ ăn mòn

CT 2

Bảng 3 và hình 6 cho thấy, ion HPO42- có tác dụng ức chế sự ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M Đường phân cực hình 5 cho thấy ion HPO42- có tác dụng ức chế phản ứng catôt

mạnh hơn phản ứng atôt Kết quả này giải thích cho sự giảm thế ăn mòn thép CT3 khi có mặt

ion HPO42- trong dung dịch NaCl 0,1M so với khi không có mặt nó

3 Khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 tron dung dịch NaCl 0,1M của ion CrO 4

2-Để khảo sát ảnh hưởng của ion CrO42- chúng tôi đo phân cực điện cực thép CT3 trong dung

dịch NaCl 0,1M có mặt ion CrO42- ở những nồng độ khác nhau Các kết quả được trình bày trong

bảng 4

NaCl 0.1M + CrO4 E-3M NaCl 0.1M

-8

1x10

-7

1x10

-6

1x10

-5

1x10

-4

1x10

-3

1x10

-2

1x10

-1

1x10

0

1x10

E-V

Hình 7 Đường phân cực điện cực thép CT3 trong

dungdịch NaCl 0,1M có vμ không có mặt ion CrO 4 2-

-1200 -1100 -1000 -900 -800 -700

log(1/C)

0 20 40 60 80 100

Potential

Z (%)

Hình 6 ảnh hưởng của nồng độ ion CrO 4 2- đến hiệu

quả bảo vệ vμ thế ăn mòn

Bảng 4 và hình 6 cho thấy ion CrO42- có tác dụng ức chế đối với sự ăn mòn thép CT3 trong

dung dịch NaCl 0,1M Đường phân cực hình 7 cho thấy ion CrO42- có tác dụng ức chế phản ứng

catôt mạnh hơn phản ứng anôt, điều này cũng thấy được thông qua sự giảm thế ăn mòn của

thép CT3 trong NaCl 0,1M khi có mặt ion CrO42- (xem bảng 4)

Bảng 4 Tốc độ ăn mòn, thế ăn mòn vμ hiệu quả bảo vệ của ion CrO 4 2-

đối với sự ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M

Mật độ dòng ăn

Tốc độ ăn mòn

CT 2

Theo các kết quả đã công bố [7] các ion CrO42- và ion HPO42- có hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn đối với thép trong dung dịch Na2SO4.Tuy vậy, từ các kết quả trên chúng tôi nhận thấy trong dung dịch NaCl 0,1M, và môi trường xâm thực có ion Ci

như nước biển, việc sử dụng các ion CrO42- và HPO42- làm chất ức chế chống ăn mòn thép CT3 không mang lại hiệu quả mong muốn

IV Kết luận

1 Ion clorua có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ ăn mòn thép CT3: Trong dung dịch NaCl có nồng nồng độ lớn hơn 10-4M thép CT3 không bền ăn mòn

2 Ion HPO42- và ion CrO42- có tác dụng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M và trong nước biển Tác dụng chủ yếu của các ion trên là ức chế phản ứng catôt

3 Hiệu quả bảo vệ ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M và trong nước biển của ion CrO42-(42%) và ion HPO42-(30%) không cao

Bài báo được hoàn thành dưới sự tài trợ của đề tài cấp Trường mã số: T2007-CB-55,56

Tài liệu tham khảo

[1] Đμo Quang Liêm, Nguyễn Văn Tam, Trịnh Xuân Sén, Phạm Bá Đức (2006), “Nghiên cứu khả năng

chống ăn mòn của các hợp chất ancolamin và kali iodua đối với thép CT3 trong môi trường axit HCl”, Tạp chí hóa học, T.44(4), tr 475-479

CT 2

[2] Lê Quang Tuấn, Phạm Thị Thu, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Đức Hùng, “ảnh hưởng của khí quyển

nông thôn, biển, đô thị Việt Nam đến ăn mòn thép CT3”, Tuyển tập các công trình khoa học hội nghị toàn quốc điện hóa và ứng dụng, Hà Nội, 2006

[3] Nguyễn Thị Phương Thoa, Nguyễn Thái Hoμng, “áp dụng phương pháp tổng trở nghiên cứu ảnh hưởng

của ion sulfate lên tính chất ăn mòn thép trong nước biển”, Tuyển tập báo cáo toàn văn Hội nghị điện hóa

và ứng dụng, Hà Nội, 2001

[4] Alanin Galerie, Nguyễn Văn Tư, “ăn mòn và bảo vệ vật liệu”, NXB KHKT, 2002

[5] Ismaeel Andijani, “AC impedance study on the corrosion behavior of carbon steel in deaerated chloride

solution”, 6th Saudi Engineering Conference, KFUPM, Dhahran, Saudi Arabia on 14-17 Dec, 2002

[6] V.I.Pokhmurs’kyi, I.M.Zin’, S.B.Lyon, M.C.simmonds (2004), “Inhibiton of steel and galvanised steel

corrosion by zinc and calcium ions in presence of phosphate”, Corrosion engineering, science and technology, Vol.39 No.2,p167-173

[7] И.Л.PoЗeнфельд (1977), “Ингибиторы ҝоррозий”, Москва издателъство “химия”.Ă