chương 1 cơ sở điện hóa của quá trình ăn mòn bảo về kl

- Ăn mòn điện hóa: xảy ra trong môi trường điện ly, sự oxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà còn nhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa[r]

Chương 1 Cơ sở điện hóa của quá trình ăn mòn & bảo về KL

Một số hình ảnh về phá hủy vật liệu do ăn mòn

Sập cầutrên sôngMississippi1/8/2007

Một số chi tiết bị ăn mòn

Các quá trình cơ bản trong ăn mòn kim loại

+ Môi trường axit:

+ Môi trường trung tình hoặc kiềm:

* Ox là H+

Các quá trình cơ bản trong ăn mòn kim loại (tiếp)

3 Quá trình dẫn điện:

Các điện tử chuyển động từ vùng có phản ứng anot  vùng có phản ứng catotCác ion chuyển động trong dung dịch

Ăn mòn bề mặt chi tiết bằng thép

Mô hình ăn mòn kim loại các hợp kim của đồng

Nhận xét:

Các vùng anot và catot luôn luân chuyển đều trên bề mặt chi tiết  ăn mòn đều Các vùng anot và catot chỉ ưu tiên cho một số khu vực nhất định  ăn mòn cục bộ

Điện thế điện cực của kim loại

Mô hình xác định điện thế điện cực của

kim loại (Me)

Điện thế tiêu chuẩn cân bằng ở 250C của một số phản ứng điện cực

1 Chiều hướng pin điện hóa ở đktc (hoạt độ =1)

2 Chiều hướng pin điện hóa ở điều kiện cân bằng (hoạt độ # 1)

Điện thế điện cực cân bằng của kim loại

Ví dụ trong dung dịch axit không có oxy:

Điện thế điện cực cân bằng của môi trường

2 Chiều hướng pin điện hóa ở điều kiện cân bằng (hoạt độ # 1) (tiếp)

Sự phân cực

Phân cực nồng độ

1 Tốc độ ăn mòn khối lượng (Ptl)

Sau thời gian ăn mòn t

 Khối lượng kim loại bị mất đi do ăn mòn

sau thời gian (t) tính trên một đơn vị diện tích

3 Xác định tốc độ ăn mòn bằng đường cong phân cực

Khi phân cực catot và phân

cực anot đều là phân cực

hoạt hóa (ăn mòn Zn trong

dung dịch axit)

Khi phân cực anot (Zn) là phân cực họat hóa, phân cực catot là phân cực hỗn hợp (ăn mòn Zn trong dung dịch axit)

iam < igh

4 Biểu diễn tốc độ ăn mòn

Mối quan hệ giữa tốc độ ăn mòn khối lượng (Ptl) và mật độ dòng ăn mòn (iam):

Sự thụ động kim loại (tiếp)

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn kim loại

1 Các yếu tố bên trong (nội tại)

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn kim loại

1 Các yếu tố bên trong (nội tại)

Ảnh hưởng của cấu trúc và tính chất hợp kim

* Hợp kim càng nhiều pha càng có xu hướng bị ăn mòn (do hình thành các cặppin ăn mòn galvanic)

* Trong các pha hợp kim thì pha dưới dạng dung dịch rắn bền ăn mòn hơn

* Hợp kim sử dụng các nguyên tố có E cao hoặc dễ bị thụ động ăn mòn thìcàng bền ăn mòn

Quy luật tamman:

Tỷ lệ nguyên tử của các nguyên tố bền ăn mòn (Cr, Ni….) = n/8 với n = 1, 2, 3,

4, 5, 6 và 7 thì độ bền ăn mòn của HK tăng lên đột ngột

Nhận xét:

* Vùng hoạt động của Fe rộng  Etd khá lớn  ith cao

 Fe vẫn bị ăn mòn khá nhanh ngay cả khi thụ động

* Vùng thụ động của Cr xảy

ra sớm, với vùng thụ động rõ nét  Cr là nguyên tố thụ động rất tốt

* Vùng thụ động của Ni cũng xảy ra khá sớm và vùng thụ động không rõ nét  thụ

động thấp hơn Cr

Nhận xét:

* Hàm lương Cr tăng  Etdcàng nhỏ  vùng thụ động càng rõ nét  vật liệu càng bền ăn mòn

* Vật liệu chế tạo với hàm lượng Cr tăng  tăng khả năng chống ăn mòn

Một số nhận xét:

Sản phẩm ăn mòn hình thành trên bề mặt vật liệu bị ăn mòn liên quan đến sựthụ động kim loại  dựa vào sự hình thành lớp oxit trên bề mặt có thể chiathành các nhóm:

2 Các yếu tố bên ngoài

* Fe và Zn đều bị ăn mòn trong axit

2 Các yếu tố bên ngoài (tiếp)

Ảnh hưởng của thành phần dung dịch

Ảnh hưởng của nồng độ oxy

2 Các yếu tố bên ngoài (tiếp) Ảnh hưởng của nhiệt độ

2 Các yếu tố bên ngoài (tiếp)

Ảnh hưởng của các công nghệ vật liệu

làm thay đổi tổ chức vật liệu thay đổi tốc độ ăn

mòn vật liệu

Các dạng ăn mòn

1.Các cách phân loại ăn mòn

* Theo cơ chế ăn mòn:

- Ăn mòn điện hóa: xảy ra trong môi trường điện ly, sự oxy hóa kim loại và sựkhử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà cònnhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa khử xảy ra trên diện rộng, phức tạp (ăn

mòn galvanic).

- Ăn mòn hóa học (ăn mòn trong môi trường khí): là sự ăn mòn kim loại trongmôi trường khí do xảy ra các phản ứng hóa học của kim loại với khí xâm thựcnhư oxy, clorua…

- Ăn mòn liên quan đến các tác động cơ học: ăn mòn mỏi, ăn mòn ứng suất,

ăn mòn mài mòn……

* Theo môi trường ăn mòn

- Ăn mòn trong môi trường khí quyển

- Ăn mòn trong môi trường nước biển

- Ăn mòn trong môi trường đất

- Ăn mòn trong môi trường nước ngọt

- Ăn mòn trong môi trường kim loại nóng chảy……

1.Các cách phân loại ăn mòn (tiếp)

* Theo phạm vi ăn mòn:

- Ăn mòn đều (ít nguy hiểm hơn)

- Ăn mòn cục bộ: ăn mòn tinh giới, ăn mòn lỗ……(nguy hiểm)

Ăn mòn lỗ

Ăn mòn biên hạt

Ăn mòn galvanic

Định nghĩa: là một dạng ăn mòn xảy ra khi có sự chênh lệch điện thế

Nơi thường xảy ra:

- Giữa các kim loại có điện thế điện cực khác nhau được lắp trên cùng một kết cấu: vỏ tàu thủy (vỏ thép + protector Zn)

- Giữa các pha trong một hợp kim đa pha: Cu-Zn, Al-Cu-Mg…

- Giữa các vùng trong một hợp kim:

Cơ chế ăn mòn galvanic:

Khi không độc lập (nối 2 điệncực bằng một dây dẫn điện trởrất nhỏ)

Sắt bị ăn mòn nhanh hơn,

Ni bị ăn mòn chậm hơn do có thếđiện cực dương hơn nên tham giamột phần vào phản ứng catot

ăn mòn nhỏ, hiệu quả nối ngắn mạchthấp KL có điện thế điện cực âmhơn bị ăn mòn tại vùng tiếp xúc

- Tỷ lệ diện tích bề mặt 2 điện cựctăng lên thì:

 Khả năng ăn mòn kim loại phụ thuộc vào điện thế điện cực ổn định củachúng trong môi trường làm việc Dưới tác động của các yếu tố khác như môitrường làm việc, màng thụ động……  được đặc trưng bởi điện thế ổn địnhcủa kim loại trong dung dịch

hoặc giữa hạt tinh thể và tạp chấp

Ăn mòn biên hạt của hợp kim

Al-4%Mg

Ăn mòn biên hạt của Nikel

Ăn mòn biên hạt của thép

không gỉ 304

Nhận xét: hợp kim đa pha gồm nhiều vùng có điện thế khác nhau  dễ hìnhthành ăn mòn galvanic  HK một pha bền ăn mòn hơn HK đa pha

Sử dụng các miếng đệm cách điện

chống ăn mòn gavalnic

Nồng độ ion/oxy trong dung dịch điện ly khác nhau  ăn mòn vật liệu

(1) Phân cực nồng độ của môi

* Tạo mạch kín giữa 2 môi trường

 môi trường với nồng độ oxy

cao hơn sẽ bị ăn mòn chậm hơn

C1 > C2

Ăn mòn khe: xảy ra tại các khe hẹp dưới mặt bích, đinh tán, vòng đệm….

Ăn mòn đường mím nước: do chêch lệch nồng độ oxy hòa tan trong nước vàoxy trong không khí tại khu vực tiếp xúc với nước  ăn mòn

Ăn mòn chân chim dưới lớp sơn: do có sự chênh lệch nồng độ oxy giữa cácvùng bên dưới lớp sơn

Ăn mòn tại vùng lắng đọng: có sự chênh lệch nồng độ oxy tại các vùng xungquanh và bên dưới lớp lắng đọng  ăn mòn

Bụi bẩn

Sản phẩm

ăn mòn

thép

Ăn mòn lỗ: thường gặp với các kim loại có tính thụ động cao (Cr, Ni, Al….) vàthép không gỉ….trong môi trường có các khí halogen.

Nguyên nhận: khi có mặt halogen  vùng thụ động bị thu hẹp Các ion khíhalogen phá hủy từng vùng lớp thụ động  chênh lệch nồng độ oxy  ăn mònvật liệu

Các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn do chênh lệch

nồng độ oxy

Là dạng ăn mòn xảy ra tại biên hạt hay vùng lân cận biên hạt

Nguyên nhân: với một số thép không gỉ có hàm lượng nguyên tố HK lớn (Cr,Ni)  trong một số trường hợp (nguội đẳng nhiệt tại khoảng 400-8000C) sẽtiết ra cacbit làm nhạy cảm với ăn mòn biên hạt

 Sử dụng thêm các nguyên tố tạo cacbit mạnh hơn Cr (Ti, Nb, Mo….) đểchống ăn mòn biên hạt

Ăn mòn tinh giới khi hàn

Ăn mòn tinh giới HK nhôm