Ảnh hưởng của một số chất vô cơ, hữu cơ dạng đơn và tổng hợp đến quá trình ăn mòn thép ct3 trong môi trường axit

Đặc biệt là h-ớng nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi tr-ờng axit của một số hợp chất hữu cơ và vô cơ, dạng đơn và tổng hợp để từ đó có thể lựa chọn những chất ức chế hoặc h

Tr-ờng Đại học Vinh khoa hoá học

-  -

NGuyễn hoàng hào

khoá luận tốt nghiệp đại học

ảnh h-ởng của một số chất vô cơ, hữu cơ dạng

đơn và tổng hợp đến quá trình ăn mòn thép CT3

trong môi tr-ờng axit

Chuyên ngành: hoá lý

vinh, 2006 - -

Mở đầu

Trong tiến trình phát triển của Khoa học và công nghệ, bên cạnh sự ra

đời của những vật liệu mới, chúng ta vẫn không thể phủ nhận vai trò vô cùng quan trọng của kim loại trong hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống Nh-ng ngay từ khi bắt đầu sử dụng kim loại con ng-ời đã phải đối mặt với vấn đề: Kim loại sau một thời gian làm việc đã bị han gỉ, mòn vẹt, tính năng sử dụng

bị biến đổi Khoa học gọi hiện t-ợng này là ăn mòn kim loại Các kết cấu kim loại để trong không khí, trong đất, trong dung dịch điện li sau một thời gian làm việc bị han gỉ, h- hỏng Theo tỷ lệ [1] tổng kết: Khối l-ợng kim loại bị loại bỏ chiếm gần1/3 tổng sản l-ợng kim loại sản xuất đ-ợc dùng hàng năm trên thế giới Trong số đó khoảng trên 2/3 số kim loại này có thể tái sử dụng đ-ợc Nh- vậy phần kim loại bị ăn mòn không thể sử dụng đ-ợc chiếm gần 1/10 tổng sản l-ợng Tổn thất do ăn mòn kim loại hàng năm chiếm 1,85% đến 4,8% tổng thu nhập Quốc dân (GDP) [7] Ngoài thiệt hại trực tiếp về vật chất, ăn mòn kim loại còn gây những thiệt hại gián tiếp khác nh-: Thiếu an toàn lao động, giảm độ bền máy móc, chất l-ợng sản phẩm, gây ô nhiễm môi tr-ờng ch-a kể đến những chi phí sửa chữa máy móc, trang thiết bị bằng kim loại

Do đó vấn đề chống ăn mòn và bảo bệ kim loại có ý nghĩa rất quan trọng Khoảng hơn 40 năm trở lại đây việc nghiên cứu và áp dụng các ph-ơng pháp bảo vệ kim loại đã đ-ợc một số trung tâm nghiên cứu quan tâm

và thực hiện trên phạm vi rộng Đặc biệt là h-ớng nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi tr-ờng axit của một số hợp chất hữu cơ và vô cơ, dạng đơn và tổng hợp để từ đó có thể lựa chọn những chất ức chế hoặc hỗn hợp chất ức chế có khả năng bảo vệ kim loại cao nhất Chính vì vậy, chúng

tôi chọn đề tài: "ảnh h-ởng của một số chất vô cơ, hữu cơ dạng đơn và

tổng hợp đến quá trình ăn mòn thép CT3 trong môi tr-ờng axit" Cụ thể,

chất hữu cơ urotropin và chất vô cơ muối đồng clorua, là những chất ức chế

mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu trong khoá luận này

Mục tiêu của đề tài

+ Xác định tốc độ ăn mòn thép CT3 trong HCl khi có urotropin và cation Cu2+, ở một số nồng độ, dạng riêng lẻ và phối hợp để từ đó xác định

đ-ợc ở nồng độ các chất đ-ợc nghiên cứu có tác dụng ức chế lớn nhất

+ Xem xét, đánh giá hiệu ứng tăng c-ờng khi phối hợp chất ức chế vô cơ và hữu cơ

Phần I: Tổng quan tài liệu

Ch-ơng I: ăn mòn kim loại I.1.1 Định nghĩa:

Ăn mòn kim loại là hiện t-ợng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi tr-ờng bên ngoài

I.1.2 Phân loại 1

Có nhiều cách phân loại quá trình ăn mòn theo quá trình ăn mòn, theo môi tr-ờng ăn mòn hoặc theo đặc tính phá huỷ Chủ yếu ng-ời ta phân loại theo quá trình ăn mòn:

- Ăn mòn hoá học: Là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng hoá học của môi tr-ờng với kim loại Ăn mòn hoá học xảy ra trong môi tr-ờng không dẫn điện nh- không khí khô và dung dịch dạng lỏng Đặc điểm của ăn mòn hoá học là không phát sinh dòng điện, sản phẩm của quá trình ăn mòn nằm ngay trên bề mặt kim loại tiếp xúc với môi tr-ờng

- Ăn mòn điện hoá: Là quá trình ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở hai vùng khác trên bề mặt kim loại Ăn mòn điện hoá xảy ra trong môi tr-ờng dẫn điện Đặc điểm của ăn mòn điện hoá gắn liền với sự phát sinh dòng điện

Phân loại theo môi tr-ờng ăn mòn gồm:

Hoặc dựa theo đặc tính phá huỷ bề mặt kim loại, ng-ời ta chia làm các dạng ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ, ăn mòn rạn nứt, ăn mòn lựa chọn

I.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn kim loại [2]

Để đánh giá mức độ ăn mòn kim loại, ng-ời ta dựa vào một số chỉ tiêu nh-:

- Khuynh h-ớng ăn mòn: Kr là thời gian xuất hiện vết ăn mòn đầu tiên trên một đơn vị diện tích bề mặt kim loại

- Vết ăn mòn: Kn số l-ợng vết ăn mòn xuất hiện trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (mm/năm)

- Thay đổi khối l-ợng:

t S

m: độ biến thiên khối l-ợng mẫu thí nghiệm (g)

S: Diện tích mẫu thí nghiệm (m2)

t: Thời gian tiến hành thí nghiệm (h)

- Thể tích ăn mòn:

t S

t: Thời gian thí nghiệm

- Thay đổi tính chất cơ học:

o B

n K

R

K 

trong thời t R: Điện trở mẫu kim loại

Tuỳ thuộc bản chất vật liệu, bản chất và thành phần của môi tr-ờng làm việc, ph-ơng pháp nghiên cứu và nhu cầu sử dụng mà lựa chọn các chỉ tiêu

đánh giá phù hợp

Ch-ơng II: Ăn mòn điện hoá

I.2.1 Định nghĩa và phân loại

I.2.1.1 Định nghĩa

Ăn mòn điện hoá là quá trình phá vỡ cấu trúc kim loại do phản ứng điện hoá xảy ra ở hai vùng khác nhau trên bề mặt kim loại Ăn mòn điện hoá chỉ xảy ra trong môi tr-ờng dẫn điện, luôn gắn liền với sự hình thành các vipin

đoản mạch: vi catôt và vi anôt nối trực tiếp với nhau Quá trình ăn mòn này làm xuất hiện dòng electron chuyển động trong kim loại và dòng ion chuyển

động trong dung dịch điện ly theo h-ớng từ vùng điện cực này sang điện cực khác, do đó phát sinh dòng điện nh- vậy, hoá năng đã biến đổi thành điện năng

- Nguyên tố ăn mòn loại III: Kim loại không đồng nhất nằm trong dung dịch điện ly không đồng nhất Loại này th-ờng gặp trong tự nhiên vì thực tế không có dung dịch lý t-ởng và không có kim loại hoàn toàn tinh khiết

I.2.2 Cơ sở động học điện hoá của quá trình ăn mòn [1]

Khi nhúng một thanh kim loại không đồng nhất vào dung dịch điện ly các quá trình xảy ra nh- sau:

I.2.2.1 Quá trình anôt:

M - ne -> Mn+

ở bề mặt kim loại tiếp xúc với dung dịch điện ly, kim loại nh-ờng electron, ion kim loại tạo thành bị hiđrat hoá chuyển vào trong dung dịch, để lại electron trên bề mặt kim loại, bề mặt kim loại d- điện tử Hệ ion kim loại tạo thành một điện cực ở trạng thái cân bằng, thế điện cực đ-ợc tính theo ph-ơng trình Nemst:

RT

ln

I.2.2.2 Qúa trình catôt

Chất khử cực D có thể là nguyên tử hoặc phân tử nhận electron trên bề mặt kim loại:

D + n.e -> [D.ne]

Trong thực tế ta th-ờng gặp tác nhân khử cực chủ yếu là ion hidroxi

H3O+ và oxi, t-ơng ứng với cơ chế ăn mòn với sự khử phân cực hiđro và ăn mòn với sự khử phân cực oxi

* Ăn mòn với sự khử phân cực hiđro

Là quá trình kim loại bị ăn mòn do sự phóng điện của ion H3O+ trên catôt để giải phóng khí H2

Qúa trình này xảy ra trong môi tr-ờng axit: ion H3O+ dến sát điện cực, nhận điện tử, tạo thành khí H2 qua hai giai đoạn:

2H+ + 2e -> 2H 2H -> H2

Đơn giản: 2H+ + 2e -> H2

Điện thế điện cực tính theo ph-ơng trình Nernst

2

2 2

2

2

2 0

2 2

ln 2

ln 2

H H H

H H

H cb

H H

P

a F RT

P

a F RT

lg 059 , 0

H

H cb

H H

+ Môi tr-ờng kiềm, trung tính:

cb H

a

P F

OH

O cb

H

a

W P

a

P

lg 059 , 0 lg

4

059 , 0 43 , 0 lg

4

059 , 0 43 , 0

2 2



+ Môi tr-ờng axit:

ln

H O cb

H

a P

a P

lg 059 , 0 lg

4

059 , 0 23 , 1

ln 4

059 , 0 23 , 1

2

2 2

-0,228 -0,414

-0,640 -0,828

PO2 0,21

1

1,218 1,230

0,865 0,815

3,391 0,400

Khi quá trình ăn mòn điện hoá xảy ra, có sự dịch chuyển các điện tử d- từ vùng anôt sang vùng catôt bù lại số điện tử đã bị các chất khử tiêu thụ Các ion trong dung dịch chuyển động theo chiều ng-ợc lại Vùng catôt và anôt lập thành một vi pin

D 

  Điều kiện để quá trình ăn mòn xảy ra là G < 0

Do n > 0, F > 0 nên E >0 hay ( cb

M cb

D 

  ) > 0 nên cb

M cb

D 

 

Nh- vậy, điều kiện nhiệt động để xảy ra quá trình ăn mòn kim loại là

điện thế cân bằng của kim loại bị ăn mòn phải âm hơn điện thế căn bằng của chất khử cực

Từ điều kiện nhiệt động trên, ta có thể dự tính đ-ợc quá trình ăn mòn

điện hoá có hoặc không có khả năng tự xảy ra trong điều kiện cho tr-ớc Bảng 1 cho thấy cb

- Các nhân tố thuộc về kim loại gọi là các nhân tố bên trong

- Các nhân tố thuộc về môi tr-ờng gọi là các nhân tố bên ngoài

I.2.3.1 Các nhân tố bên trong

a Độ bền nhiệt động của kim loại

Kim loại bị ăn mòn điện hoá khi nó đóng vai trò điện cực anôt trong cặp nguyên tố Ganvanic Một kim loại bền về nhiệt động thì không bị ăn mòn Phần lớn kim loại không bền nhiệt động trong không khí, trong các dung dịch điện ly

b Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn Mendeleep

Tính chất hoá học của các nguyên tố là một trong những ảnh h-ởng

đến tốc độ ăn mòn điện hoá Do đó tốc độ ăn mòn điện hoá của kim loại phụ thuộc vào vị trí của nó trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học

c Cấu tạo và tính chất của hợp kim

Trong kỹ thuật, công nghiệp và dân dụng ng-ời ta ít sử dụng kim loại nguyên chất mà th-ờng dùng hợp kim để chế tạo thiết bị, kết cấu máy móc

Độ bền ăn mòn điện hoá của hợp kim phụ thuộc vào thành phần hoá học và cấu trúc của nó Ng-ời ra th-ờng dùng các nguyên tố dễ bị thụ động hoá và tạo nên tính đồng nhất, tăng tính bền làm nguyên tố hợp kim nh- Cr, Ni, Si, V

d Đặc tính ứng suất

ứng suất hoặc biến dạng trong kim loại xuất hiện trong quá trình gia công ch-a khử bỏ đ-ợc hoặc xuất hiện trong quá trình làm việc của thiết bị, máy móc

Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào trạng thái ứng suất (kéo hoặc nén) đặc tính biến đổi của ứng suất (tải trọng động)

e Trạng thái bề mặt của kim loại

ảnh h-ởng của trạng thái gia công bề mặt đến tốc độ ăn mòn chủ yếu

là giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn kim loại trong môi tr-ờng xâm thực yếu

1.2.3.2 Các nhân tố bên ngoài

a Độ pH của môi tr-ờng có thể ảnh h-ởng trực tiếp hoặc gián tiếp

+ ảnh h-ởng trực tiếp: Khi ion H+ hoặc OH- trực tiếp tham gia vào quá trình điện cực, làm thay đổi thế điện cực (khử phân cực hiđro, oxi) thì độ pH

có ảnh h-ởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn

+ ảnh h-ởng gián tiếp: Độ pH có thể chỉ ảnh h-ởng gián tiếp đến tốc

độ ăn mòn khi sự thay đổi pH làm thay đổi khả năng tạo màng thụ động hoặc hoà tan sản phẩm ăn mòn làm mất khả năng bảo vệ màng

b Thành phần và nồng độ của dung dịch điện ly trung tính

Tốc độ ăn mòn điện hoá phụ thuộc vào bản chất của dung dịch muối tan và nồng độ của muối trong dung dịch

+ Nếu muối ôxi hoá có tác dụng thụ động hoá kim loại nh-: Muối clrorat, cromat, nitrit thì khi tăng nồng độ của nó trong dung dịch, tốc độ

ăn mòn giảm đi và khi tăng đến một giá trị nhất định nào đó, quá trình ăn mòn gần nh- bị ngăn cản hoàn toàn

+ Nếu muối oxi hoá có tác dụng khử phân cực catôt (các muối pesunfat ) thì khi tăng nồng độ của muối, trị số phân cực catôt giảm đi và

+ Bản chất cation và anion cũng ảnh h-ởng đến tốc độ ăn mòn Nếu các anion của muối có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại làm thay đổi cơ cấu của lớp điện tích kép thì nó làm giảm điện thế điện cực của kim loại, do đó làm giảm tốc độ ăn mòn Ng-ợc lại, nếu anion có hoạt tính lớn, có khả năng phá huỷ màng thụ động thì nó làm tăng tốc độ ăn mòn

c Nhiệt độ và áp suất môi tr-ờng

- ảnh h-ởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi làm tốc độ khuếch tán của các chất khử phân cực thay đổi, quá thế của quá trình điện cực thay đổi, khả năng thụ động hoá kim loại thay đổi, độ hoà tan sản phẩm và các chất khử phân cực thay đổi và do đó gây ảnh h-ởng khá lớn đến tốc độ ăn mòn

điện hoá

- ảnh h-ởng của áp suất:

+ Thay đổi áp suất trên bề mặt dung dịch làm thay đổi tốc độ hoà tan của khí trong dung dịch nên ảnh h-ởng đến tốc độ ăn mòn (Quá trình khử phân cực oxi, khử phân cực hiđrô)

+ Thay đổi áp suất làm thay đổi quá trình thuỷ phân, do đó ảnh h-ởng

đến độ pH của môi tr-ờng và ảnh h-ởng đến tốc độ ăn mòn Ví dụ: Thuỷ phân muối Na2CO3 tạo ra CO2bay lên Khi tăng áp suất làm ngăn cản quá trình thuỷ phân, do đó pH của môi tr-ờng thay đổi

+ Thay đổi áp suất có thể làm tăng ứng suất trong thiết bị đến mức làm tăng nguy cơ nứt nẻ do ăn mòn

d Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly

Trong công nghiệp, nhiều thiết bị máy móc làm việc trong dòng chuyển

động của dung dịch điện ly nh-: bơm, van, đ-ờng ống, bể chứa, tháp hấp phụ, cách khuấy, ảnh h-ởng của tốc độ ăn mòn rất phức tạp

e ảnh h-ởng của dòng điện tản (dòng điện rò)

Dòng điện từ các nguồn điện khác nhau đi qua đất hoặc qua các thiết bị

đặt ngầm d-ới đất gọi là dòng điện tản hay điện rò

Quá trình ăn mòn do dòng điện tản chủ yếu là do nguồn điện một chiều gây ra

f ảnh h-ởng của cấu tạo thiết bị

Cấu tạo thiết bị không hợp lý có thể gây nên những vùng ứng suất cao không cần thiết

Kết cấu hợp lý một trong những biện pháp chống ăn mòn hiệu quả

Ch-ơng 3 Bảo vệ kim loại - các biện pháp chống ăn mòn điện hoá

I.3.1 Nguyên tắc:

Để bảo vệ kim loại và chống ăn mòn ng-ời ta th-ờng tiến hành các biện pháp theo h-ớng giảm tác động của môi tr-ờng với kim loại qua xử lý môi tr-ờng, cách ly vật liệu với môi tr-ờng, kết cấu hình dạng hợp lý, cải tạo vật liệu tăng độ bền

Ng-ời ta đánh giá hiệu suất bảo vệ kim loại bằng hệ số kìm hãm  Giá trị  cho biết tốc độ ăn mòn giảm đi bao nhiều lần:

i i

R R

Z  

Trong đó: iam, i'am: Mật độ dòng ăn mòn khi không có sự bảo vệ

RP, R'P: điện trở phân cực khi không có và khi có sự bảo vệ

R'P càng lớn thì hiệu quả bảo vệ càng cao

i'am càng nhỏ thì hiệu quả bảo vệ càng cao

I.3.2 Các ph-ơng pháp chống ăn mòn điện hoá

I.3.2.1 Hợp kim hoá

Hợp kim hoá kim loại bằng các nguyên tố khác (kim loại hoặc phi kim) nhằm nâng cao độ bền ăn mòn hoặc chuyển ăn mòn cục bộ sang ăn mòn đều

I.3.2.2 Xử lý môi tr-ờng [2,4,5,7]

+ Giảm hàm l-ợng các chất khử phân cực (H+,O2 )

+ Dùng chất ức chế

Chất ức chế là một chất hoá học mà khi thêm một l-ợng nhỏ vào môi tr-ờng cũng có khả năng giảm tốc độ ăn mòn nhanh chóng Một số chất ức chế th-ờng dùng là urê, thiourê, urotropin, các anion I-, CrO2

4 , Cr2O2

7 ,

PO3

4 , các cation Cu2+, Zn2+, Al3+, Na+ Chất ức chế khi cho vào môi tr-ờng

nó phản ứng với bề mặt kim loại hay hấp phụ lên bề mặt kim loại tạo thành màng bảo vệ rất mỏng, có tác dụng:

- Giảm phân cực catôt, anôt hoặc cả hai

- Giảm quá trình khuếch tán ion tới về mặt kim loại

- Tăng điện trở bề mặt kim loại

+ ức chế hoá học: Chất ức chế hấp phụ lên bề mặt vật liệu nhờ hình thành liên kết do cặp electron d- của chất ức chế với obitan trống của kim loại trên bề mặt

- Dựa vào cơ chế phản ứng ng-ời ta chia ức chế theo cơ chế:

+ Hấp phụ (chủ yếu trong môi tr-ờng axit)

- Theo môi tr-ờng xâm thực

+ ức chế trong môi tr-ờng axit

+ ức chế trong môi tr-ờng bazơ, trung tính

Ngoài ra chất ức chế có thể chia thành: Chất ức chế thụ động và chất ức chế không thụ động, chất ức chế dạng tạo kết tủa, ức chế dạng bay hơi và ức chế dạng tạo màng hữu cơ

* ức chế trong môi tr-ờng axit:

Chất ức chế trong môi tr-ờng axit rất đa dạng: có thể là các hợp chất hữu cơ có liên kết bội nh- C=C, C=N hợp chất hữu cơ có khối l-ợng phân

tử lớn nh- protein, polysaccarit, các hợp chất vô cơ chứa ion halogenua, các cation Bản chất của tác dụng ức chế là làm giảm quá trình catôt và anôt nhờ:

- Tạo hàng rào khuếch tán: do hấp phụ những phân tử lớn bề mặt kim loại tạo màng hoạt động có tác dụng nh- hàng rào cản trở quá trình catôt và anôt

- Bịt các tâm phản ứng

- Tham gia phản ứng điện cực với vai trò là chất xúc tác

- Tạo màng của muối khó tan

- Làm ổn định các màng oxit bảo vệ do các anion axit yếu nh-: CrO2

mở rộng phạm vi để xem xét có ảnh h-ởng riêng lẻ và phối hợp của các chất

ức chế Ng-ời ta cho rằng tổ hợp của các electron  hoặc electron tự do của chất ức chế và obitan còn trống của kim loại là nguyên nhân gây ra sự kìm hãm quá trình ăn mòn [3]

- Chất hữu cơ ức chế ăn mòn do hấp phụ trên ranh giới kim loại và dung dịch Cơ chế hấp phụ này phụ thuộc:

+ Cấu trúc phân tử

+ Thành phần dung dịch

+ bản chất bề mặt kim loại

+ Thế điện hoá tại ranh giới kim loại - dung dịch

Có ba kiểu hấp phụ chính liên hệ với chất ức chế hữu cơ:

+ Hấp phụ do obitan liên kết 

+ Hấp phụ tĩnh điện

+ Hấp phụ hoá học

- Việc nghiên cứu ảnh h-ởng của cation kim loại đối với quá trình ăn mòn thép cho thấy: Hầu hết các nguyên tố chuyển tiếp nhóm VIII có tác dụng thúc đẩy quá trình ăn mòn trong khi các nguyên tố nhóm III và IV hoạt

động nh- một chất ức chế yếu [7] Một số cation kim loại có khả năng kìm hãm tốt quá trình ăn mòn khi phối hợp với chất ức chế hữu cơ (ví dụ: Zn2+phối hợp với 2-mecaptobenzimidazol) nhờ khả năng nh-ờng electron , electron d cho phân tử có obitan *

Ng-ợc lại một số cation ít có khuynh h-ớng phối hợp với chất ức chế hữu cơ nên hiệu quả ức chế khi sử dụng phối hợp giữa chúng kém hơn

Nh- đã nói trên, tác dụng kìm hãm của các chất ức chế chủ yếu là do khả năng tạo màng hấp phụ trên bề mặt kim loại, bám chắc trên bề mặt kim loại và không tan trong môi tr-ờng ăn mòn

Để chứng minh chất ức chế hoạt động theo cơ chế hấp phụ hay không, ng-ời ta tiến hành các biện pháp nghiên cứu sự ăn mòn vật liệu trong môi tr-ờng ăn mòn, phân tích xử lý các dữ liệu thực nghiệm để chọn đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ thích hợp, tính toán kiểm tra với tham số nhiệt động lực entanpi (Hhp), entropi (Shp), năng l-ợng tự do (Ghp), năng l-ợng hoạt hoá (Ea) của quá trình hấp phụ

Một số đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ:

+ Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmua

+ Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Temkin

+ Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Areinuyt

Hiệu quả kìm hãm ăn mòn của các chất ức chế phụ thuộc vào các yếu tố:

- Bản chất của chất ức chế

Ví dụ: Các chất ức chế chứa l-u huỳnh hoạt động tốt trong môi tr-ờng

H2SO4 còn chất ức chế chứa nitơ hoạt động hiệu quả trong môi tr-ờng HCl

- Nồng độ chất ức chế: Khi nồng độ tăng thì độ bền vững của màng oxit giảm và do đó hiệu quả bảo vệ giảm

- Thời gian nghiên cứu

- Bản chất axit

Và các yếu tố khác của môi tr-ờng

I.3.2.3 Bảo vệ điện hoá:

Ph-ơng pháp bảo vệ điện hoá th-ờng đ-ợc sử dụng là ph-ơng pháp bảo

vệ catôt nghĩa là ph-ơng pháp bảo vệ bằng cách cực hoá catôt bằng dòng

điện ngoài cho kết cấu kim loại hoặc dùng protectơ

- Bảo vệ bằng protectơ (anôt hy sinh)

Protectơ là kim loại, hợp kim có điện thế âm hơn điện thế của kim loại cần bảo vệ

- Bảo vệ catôt bằng dòng điện ngoài

- Nối cực âm của nguồn điện một chiều với kim loại cần bảo vệ, cực d-ơng của nguồn (đóng vai trò anôt) nối với điện cực phụ Nh- vậy khi có dòng điện chạy qua thì bề mặt kim loại đ-ợc cực hoá catôt Điện thế điện cực chuyển dịch về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn Do quá trình ăn mòn sẽ giảm đi hoặc kim loại đ-ợc hoàn toàn bảo vệ

- Bảo vệ anôt bằng dòng điện ngoài

Khi xảy ra quá trình thụ động trên anôt thì tốc độ ăn mòn sẽ giảm do

điện thế điện cực của nó chuyển dịch về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn

Do đó quá trình ăn mòn sẽ giảm đi hoặc kim loại đ-ợc hoàn toàn bảo vệ

- Bảo vệ anôt bằng dòng điện bên ngoài

Khi xảy ra quá trình thụ động trên anôt thì tốc độ ăn mòn sẽ giảm do

điện thế điện cực của nó chuyển về phía d-ơng hơn Do đó ta có thể bảo vệ kim loại, hợp kim dễ bị thụ động hoá trong môi tr-ờng axit mạnh và không

có ion hoạt động bằng cách hoá anôt kim loại đ-ợc bảo vệ: nối kết cấu kim loại với cực d-ơng của nguồn điện một chiều

I.3.2.4 Ph-ơng pháp bao phủ bảo vệ:

Đây là ph-ơng pháp khá phổ biến Kim loại cần bảo vệ đ-ợc bao phủ bằng các lớp kim loại, phi kim hoặc các chất hoá học có tính chất bảo vệ Bao phủ kim loại:

- Bao phủ catôt: Kim loại bao phủ có điện thế điện cực d-ơng hơn so với kim loại đ-ợc bảo vệ nhằm ngăn cách kim loại nền với môi tr-ờng (bảo

vệ cơ học) Khi lớp kim loại bao phủ bị x-ớc thì kim loại nền tiếp xúc với môi tr-ờng xâm thực sẽ bị ăn mòn

- Bao phủ anôt: Kim loại bao phủ có điện thế điện cực âm hơn so với kim loại nền Khi đó kim loại bao phủ đóng vai trò protectơ, bị ăn mòn tr-ớc Kim loại nền đ-ợc bảo vệ điện hoá Do đó kim loại nền vẫn bảo vệ ngay cả khi lớp bao phủ không còn phủ kín

Để bảo vệ kim loại bằng ph-ơng pháp bao phủ, ta có thể dùng ph-ơng pháp: mạ điện, phun kim loại

Ngoài ra ng-ời ta có thể bao phủ kim loại bằng một số chất hoá học sau:

- Các hợp chất hoá học: tạo màng oxit, tạo màng muối bền có tác dụng bảo vệ

- Các vật liệu hữu cơ: Sơn phủ, polime

- Các vật liệu vô cơ: men, vữa trát, bê tông

I.3.2.5 Cấu tạo hợp lý:

Khi thiết kế cần l-u ý:

- Tránh tiếp xúc giữa các kim loại cùng nằm trong môi tr-ờng điện li

- Loại bỏ trạng thái ứng suất

- Tránh đọng dung dịch ăn mòn trong thiết bị khi làm việc

- Tránh ăn mòn cục bộ do chất lỏng chảy dọc thành thiết bị

- Giảm đến mức nhỏ nhất số l-ợng các khe hẹp, các mối nối của các chi tiết nằm trong môi tr-ờng điện li

- Tránh góc chết gây nên tính không đồng nhất của dung dịch điện li

- Nâng cao công nghệ chế tạo thiết bị

I.3.2.6 Lựa chọn vật liệu:

Việc lựa chọn vật liệu có thành phần, độ bền và các thông số khác cho phù hợp với điều kiện của môi tr-ờng làm việc: độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ các chất điện ly, các khí hoà tan là cần thiết

Ngoài ra việc xử lý khí thải, n-ớc công nghiệp, sinh hoạt cũng cần phải

Phần II: Nội dung các ph-ơng pháp nghiên cứu

Bảng 2: Thành phần % về khối l-ợng các nguyên tố trong thép CT3

% 99.406 0.15 0.42 0.037 0.042 Vết Không đáng kể

Thép CT3 đ-ợc sử dụng khá phổ biến ở n-ớc ta trong công nghiệp và trong xây dựng dân dụng Việc nghiên cứu ăn mòn thép CT3 đã đ-ợc một số tác giả tiến hành trong hai axit HCl 1N và H2SO4 0,5N và nghiên cứu ảnh h-ởng ức chế của một vài hợp chất hữu cơ chứa N, S phối hợp với chất vô cơ Trong khoá luận này chúng tôi tập trung nghiên cứu ăn mòn thép CT3 trong axit HCl 0,5N với chất ức chế urotropin và một số ion Cu 2+ dạng riêng rẽ và phối hợp theo ba ph-ơng pháp: trọng l-ợng, thể tích và điện hoá

m t

S

m m V

*

* '  



Trong đó: m: Khối l-ợng mẫu tr-ớc thí nghiệm (g)

m': Khối l-ợng mẫu sau thí nghiệm (g)

S: Diện tích mẫu

t: thời gian thí nghiệm

V: tốc độ ăn mòn (g/m2.h)

Tốc độ ăn mòn theo chiều sâu phá huỷ:



V

P8.76* (6) Trong đó: : tỉ trọng kim loại (Fe = 7.84g/cm3)

Vt V

*

Trong đó:

Vt: thể tích H2 thoát ra ( ml )

S: diện tích mẫu thí nghiệm ( cm2 )

t: thời gian thí nghiệm ( h )

V: tốc độ ăn mòn ( ml/cm2.h )

Do điều kiện tiến hành mỗi thí nghiệm khác nhau nên để có thể so sánh

đ-ợc thì tốc độ ăn mòn đ-ợc quy về điều kiện tiêu chuẩn

*

0

T t S

P V

Trong đó:

Vt: Thể tích H2 thoát ra ở nhiệt độ nghiên cứu ( ml )

V: Tốc độ ăn mòn ở nhiệt độ nghiên cứu ( ml/cm2.h )

V0: tốc độ ăn mòn ở điều kiện tiêu chuẩn ( ml/cm2.h )

273: nhiệt độ điều kiện tiêu chuẩn ( Kenvin )

T: nhiệt độ làm thí nghiệm ( Kenvin ), T = 273+ t0C

t0C: nhiệt độ làm thí nghiệm ( Cêsius )

760: áp suất khí ở điều kiện huẩn ( mmHg )

Pcột n-ớc: áp suất cột n-ớc (mmHg)

Pcột n-ớc=

6 13

h

: với h là chiều cao cột n-ớc (mm)

II.3 Ph-ơng pháp điện hoá

Trạng thái tự nhiên của hệ ăn mòn là trạng thái không có dòng điện các quá trình điện cực cân bằng với nhau iM->M, = iD-> Dne = iam Tốc độ ăn mòn

đ-ợc tính theo mật độ dòng ăn mòn iam bằng cách phân cực hệ ra khỏi trạng thái cân bằng, xây dựng đ-ờng cong phân cực, sau đó ngoại suy đ-a hệ về trạng thái không có dòng điện, xác định iam, Eam

Có hai ph-ơng pháp tính tốc độ ăn mòn

II.3.1 Ph-ơng pháp ngoại suyTafel:

Phân cực catôt, anôt xây dựng đồ thị E-logi Ngoại suy trên đoạn thẳng nhất của đồ thị, trên miền điện thế đủ dài ( 50-100mV), Epc-Eam  20mV

đ-ợc hai đ-ờng thẳng c, a

Hình 2: Eam nằm trong đ-ờng Tafel của phản ứng điện cực mà từ đó

đ-ờng tafel đ-ợc ngoại suy

Giao điểm của hai đ-ờngc, a cho ta giá trị iam, Eam

II.3.2 Ph-ơng pháp điện trở phân cực

F n a

RT b

i b a

a

a a a

.

lg

i b a c

c c c

1

log

Phân cực anôt, catôt xây dựng đồ thị E-i Ngoại suy phần đồ thị tại khu vực lân cận điểm i = 0 (sao cho EPC - Eam = 5  10mV) đ-ợc đ-ờng thẳng:

Giá trị điện trở phân cực bằng hệ số góc đ-ờng thẳng b (chính là độ dốc

đ-ờng cong phân cực tại thế ổn định)

 b * i

Hình 3: Đ-ờng cong phân cực

E

i tg=RP