Giới thiệu chung về ăn mòn bề mặt, phương pháp chống ăn mòn

2.1.2 Định nghĩa Quá trình ăn mòn liên quan đến sự hư hỏng của một chất, thường là kim loại, hoặc các đặc tính của nó do phản ứng với môi trường của nó.. Xác định và kiểm soát quá trình

Chương 2 ăn mòn

Mục tiêu

Khi mô-đun này hoàn thành, việc đào tạo ứng viên sẽ có kiến thức và hiểu biết về:

• Ăn mòn cơ bản

• Các loại ăn mòn

• Ảnh hưởng của ăn mòn

• Kiểm soát ăn mòn

• Chương trình kiểm soát ăn mòn

Các điều khoản thương mại chính

• Ăn mòn

• Thụ động

• Tế bào ăn mòn

• Cực dương

• Cathode

• Đường dẫn trở lại

• Chất điện ly

• Mill scale

• Dòng Galvanic

• Ăn mòn tổng quát

• Ăn mòn cục bộ

• Ăn mòn rỗ

• Đường nứt ăn mòn

• Chất ức chế ăn mòn

• Bảo vệ catốt

2.1 Ăn mòn và Điều khiển ăn mòn

2.1.1 Ăn mòn

Ăn mòn thường được mô tả bằng kết quả của nó Các thuật ngữ quen thuộc bao gồm rỉ sét, đóng cặn, đổi màu, oxy hóa, rỗ, v.v các thuật ngữ mô tả tập trung vào các đặc điểm có thể quan sát được của sự ăn mòn sản phẩm - kết quả của quá trình ăn mòn Quá trình ăn mòn thực tế ít đáng chú ý hơn và không được đặc trưng chính xác cho đến đầu thế kỷ 20 Nghiên cứu vẫn được tiến hành để tăng cường hiểu biết và là cánh tay đắc lực tốt hơn trong trận chiến để kiểm soát ăn mòn Kiến thức về quá trình ăn mòn là cần thiết để xác định đúng và đối phó với các tác động bên ngoài của nó

Quá trình ăn mòn tác động lên thiết kế vật liệu, thường là kim loại Vật liệu kỹ thuật được sản xuất để phục vụ như các thành phần của cơ sở hạ tầng của xã hội Cho mục đích cuộc thảo luận này, thép là phổ biến nhất vật liệu được sử dụng trong xây dựng thép được cấu tạo chủ yếu từ sắt (Fe) Thép chứa khoảng 95% sắt Hầu hết sự ăn mòn đáng kể về mặt kinh tế trong ngành công nghiệp là kết quả của việc sắt bị hư hỏng Trong khi thép chứa các nguyên tố khác ngoài sắt, một số trong đó tác động đáng kể đến sự chống ăn mòn, những điều này được

bỏ qua trong cuộc thảo luận về những điều cơ bản này

2.1.2 Định nghĩa

Quá trình ăn mòn liên quan đến sự hư hỏng của một chất, thường là kim loại, hoặc các đặc tính của nó do phản ứng với môi trường của nó

Định nghĩa này rất rộng và thừa nhận rằng các vật liệu khác ngoài thép, chẳng hạn như gỗ, bê tông và nhựa, cũng đều là mục tiêu của sự ăn mòn Bởi vì các quá trình cơ bản của ăn mòn phi kim loại về cơ bản khác với ăn mòn kim loại, vì mục đích rõ ràng, chúng không

được giải quyết trong khóa học này

Về bản chất, các quá trình ăn mòn làm thay đổi sắt trong thép thành một chất khác không còn các đặc tính mong muốn (tức là sức mạnh, độ dẻo dai)

Sản phẩm phổ biến nhất của sự ăn mòn là một oxit của sắt (“gỉ” hoặc oxit sắt) được hình thành bằng cách bổ sung oxy Oxit sắt có một số đặc tính mong muốn để sử dụng làm vật liệu chế tạo Ôxít sắt sinh ra trong quá trình ăn mòn làm tiêu hao kim loại Các khối lượng của kim loại (và độ dày của nó) cuối cùng bị giảm đến mức mà một thành phần cấu trúc làm bằng thép không thể thực hiện chức năng mà nó được thiết kế

Ăn mòn là quá trình ngược lại của quá trình sản xuất thép (Hình 2.2) Thép được tạo ra trong nhà máy luyện thép khi một loại quặng (thường là ôxít sắt) phải chịu một lượng lớn năng lượng để tách sắt ra khỏi quặng Sản phẩm tạo thành tự nhiên không ổn định, vì vậy khi xảy

ra các điều kiện thích hợp, sắt chuyển đổi trở lại oxit sắt ổn định hơn Xác định và kiểm soát quá trình ăn mòn (kiểm soát ăn mòn) dễ dàng hơn nhiều khi nó được hiểu:

• Kim loại bị ăn mòn như thế nào

• Chúng ăn mòn nhanh như thế nào

• Các yếu tố có xu hướng làm tăng hoặc giảm tốc độ ăn mòn

Hình 2.1 Núi năng lượng cho sắt

Hình 2.2 Vòng đời của sắt trong thép

Thép không phải là kim loại thiết kế duy nhất được sử dụng trong xây dựng; những kim loại khác thường được sử dụng bao gồm:

• Đồng

• Đồng thau

• Kẽm (tức là, làm lớp phủ trên thép mạ kẽm)

• Nhôm

• Niken

• Chromium (là nguyên tố chính trong thép “không gỉ”)

Sự ăn mòn của các kim loại này tuân theo các nguyên tắc tương tự được mô tả trong phần tiếp theo; tuy nhiên, sự ăn mòn có thể xảy ra tại tốc độ chậm hơn Tốc độ ăn mòn chậm hơn của các kim loại này thường do việc tạo ra một lớp bề mặt kết dính chặt chẽ được hình thành

từ sản phẩm ăn mòn (oxit, cacbonat, clorua, sunfat hoặc hợp chất khác) Sự hình thành của lớp bề mặt này, mặc dù tương đối mỏng, có thể tạo thành một rào cản hiệu quả chống lại sự tấn công tiếp theo, và do đó làm chậm tốc độ của quá trình ăn mòn Hiện tượng này được gọi

là thụ động Thật không may, trong môi trường ngoài khơi, chỉ riêng sắt không tạo thành một rào cản như vậy

2.1.3 Ăn mòn như một quá trình điện hóa

Tất cả sự ăn mòn sắt ở điều kiện môi trường bình thường là một quá trình điện hóa Nói một cách đơn giản, điều này có nghĩa là các ion và electron chuyển qua một bề mặt có nghĩa là tạo ra một dòng điện (ăn mòn hiện tại) Cả electron (qua vật dẫn kim loại) và ion (qua chất điện phân) đều mang dòng điện ăn mòn

Ăn mòn được thiết lập như các mạch điện một chiều (DC) Mạch điện một chiều được xác định bởi mối quan hệ gọi là Định luật Ôm: E = IR

• Trong đó “E” là điện áp truyền động của mạch điện

• “I” là cường độ hiện tại

• “R” là điện trở của mạch

Dòng điện chạy trong mạch ăn mòn càng lớn thì tổn thất kim loại càng lớn

2.1.4 Tế bào ăn mòn

Hình 2.3 minh họa quá trình ăn mòn bằng cách so sánh nó với một pin khô thông thường, quá trình này phụ thuộc vào sự ăn mòn điện tạo ra năng lượng điện Lưu ý rằng bốn yếu tố được liệt kê dưới đây có trong pin:

• Chất điện phân (amoni clorua ẩm và clorua kẽm)

• Điện cực âm (vỏ kẽm), tương ứng với cực dương trong tế bào ăn mòn

• Điện cực dương (cacbon, tức là than chì), tương ứng với cực âm trong tế bào ăn mòn

• Dây dẫn điện, tương ứng với đường dẫn kim loại trong tế bào ăn mòn

Bốn yếu tố giống nhau được thể hiện trong Hình 2.4 trong ô ăn mòn

Để xảy ra ăn mòn, cần phải có một số điều kiện và yếu tố nhất định Chúng được gọi chung là

tế bào ăn mòn và bao gồm:

• Cực dương

• Cực âm

• Đường dẫn kim loại (hoặc dây dẫn bên ngoài)

• Chất điện giải

2.1.4.1 Anot

Cực dương là phần kim loại bị ăn mòn (tức là tan trong chất điện phân) Kim loại hòa tan như vậy ở dạng các ion mang điện tích dương Các điện tử được tạo ra được dẫn đến cực âm Sự suy giảm kim loại xảy ra ở cực dương Nó là phần tế bào nơi sắt kim loại lần đầu tiên được chuyển đổi thành chất khác Cực dương thể hiện vị trí trên bề mặt kim loại, nơi xảy ra quá trình oxy hóa Kim loại được biến đổi thành các ion (cation) mang điện tích dương Trong quá trình oxy hóa, điện tử dư thừa được tạo ra

Quá trình oxy hóa cần một phản ứng bổ sung ở cực âm

2.1.4.2 Cathode

Cực âm là vùng cao hơn trên điện cực (bề mặt kim loại, hoặc tương tự như pin, thanh

cacbon), nơi các điện tử được tiêu thụ Phản ứng điện tiếp tục xảy ra ở cực âm cho là cực dương, ngược lại với cực dương Phản ứng thường ion hóa chất điện phân để tạo thành các ion như hydro (được giải phóng dưới dạng khí) và hydroxyl Chúng thường kết hợp với kim loại hòa tan để tạo thành các hợp chất, chẳng hạn như hydroxit đen (trong trường hợp là sắt hoặc thép), sau đó phản ứng xa hơn để trở thành oxit sắt hoặc gỉ

Trong khi quá trình oxy hóa xảy ra ở cực dương, sự khử xảy ra ở cực âm Các điện tử dư thừa được tạo ra ở cực dương được tiêu thụ ở cực âm Quá trình oxi hóa - khử luôn xảy ra cùng nhau - không thể chỉ có quá trình oxi hóa hoặc chỉ có sự khử Cực dương và cực âm có các điện thế khác nhau, tạo ra sự khác biệt về “hiệu điện thế” giữa chúng Tiềm năng là một hàm của các trạng thái hóa học và vật lý Sự khác biệt tiềm tàng là động lực cho quá trình ăn mòn

2.1.4.3 Đường trở lại (Đường dẫn kim loại)

Đường trở lại kết nối cực dương và cực âm và cho phép các electron đi qua, được tạo ra ở cực dương, đến cực âm Khi nào sự ăn mòn xảy ra trên bề mặt kim loại luôn có một con đường kim loại nối từ cực dương (hoặc các vùng anốt) đến cực âm (hoặc các khu vực catốt) Nếu không có con đường kim loại thì phản ứng ăn mòn không thể diễn ra

2.1.4.4 Chất điện phân

Chất điện phân là môi trường dẫn dòng điện ion (chứ không phải điện tử) Phần lớn các chất điện giải dựa trên nước và trong thực tế, chất điện phân chứa các ion, là các hạt vật chất mang điện tích dương hoặc âm Để cho các phản ứng oxy hóa và khử để tiến hành, một con đường được yêu cầu để vận chuyển các ion (các loại mang điện tích âm và dương lần lượt gọi là anion và cation) giữa anot và catot Chất điện phân phải có mặt để "đóng vòng lặp" trong

tế bào ăn mòn Dòng điện ăn mòn được thực hiện bởi sự vận chuyển ion qua chất điện phân Các anion bị hút vào cực dương và cation đến cực âm, nơi chúng có thể kết hợp với các sản phẩm của quá trình oxy hóa và khử

Tóm lược

Tất cả bốn thành phần trên (cực dương, cực âm, đường trở lại và chất điện phân) phải có mặt

để xảy ra ăn mòn Loại bỏ một hoặc nhiều trong số chúng ngăn cản sự ăn mòn xảy ra Như bạn có thể tưởng tượng, không phải lúc nào cũng có thể hoặc thực tế để loại bỏ những nhưng

nỗ lực loại bỏ chúng được gọi là kiểm soát ăn mòn Trên hầu hết các cấu trúc, cực dương và cực âm có thể ở các vị trí khác nhau, bản thân cấu trúc là đường hồi lưu và nước đóng vai trò

là chất điện phân

2.1.5 Ăn mòn kết cấu thép

Khi một kết cấu thép bị ăn mòn, tất cả bốn yếu tố của tế bào ăn mòn đều có mặt Thép dẫn dòng điện và cung cấp con đường kim loại, tạo ra nhiều khu vực anốt và catốt do sự khác biệt

về điện thế (điện) và sau đó bị ăn mòn khi nó tiếp xúc với chất điện phân

Các muối hóa học hòa tan trong chất điện phân làm tăng hiệu suất (tốc độ) của phản ứng ăn mòn Thép dẫn điện và do đó cung cấp con đường kim loại của riêng nó giữa các khu vực anốt và catốt trên bề mặt của nó

Vì thép không phải là kim loại hoàn toàn đồng nhất hoặc đồng nhất, một tấm thép duy nhất

có thể có nhiều vùng cực dương và cực âm nhỏ trên bề mặt của nó như hình 2.5

Các khu vực anốt và catốt hình thành từ các khu vực trên bề mặt của tấm khác nhau (có lẽ chỉ một chút) với nhau ở thế điện của chúng Vì vậy, thép đã có sẵn ba trong bốn nguyên tố cần thiết để tạo ra một tế bào ăn mòn Điều kiện giống nhau tồn tại ở hầu hết các kim loại khác Khi một tấm thép trần bị ướt do sương hoặc mưa, nước có thể hoạt động như một chất điện phân Nếu tấm thép tiếp xúc với không khí, các hóa chất trong khí quyển hoặc trên bề mặt tấm có khả năng kết hợp với nước để tạo thành chất điện phân hiệu quả hơn trên bề mặt tấm Nước tinh khiết là chất điện ly rất kém, nhưng nếu có muối hóa học (ví dụ, natri clorua trong môi trường biển) thì chúng có sẵn để hòa tan trong nước, tạo ra một chất điện phân trở nên hiệu quả hơn khi nồng độ của các hóa chất hòa tan tăng lên

Muối (natri clorua) có trong môi trường biển, trong nước được sản xuất trong quá trình sản xuất và lọc dầu khí, và trong các loại muối làm đường được sử dụng trên nhiều đường cao tốc

ở Bắc bán cầu Các muối hóa học thông thường khác bao gồm các muối sunfat và nitrat, thường có nguồn gốc từ các sản phẩm đốt công nghiệp và phân bón

Tế bào ăn mòn

Phản ứng ăn mòn (Hình 2.6) có thể xảy ra trong một khu vực nhỏ hơn một điểm ghim Bề mặt thép có nhiều ô ăn mòn có thể trông giống như nó bị rỉ sét đồng nhất trên toàn bộ bề mặt của nó

Nếu các cực dương và cực âm vẫn ở cùng một vị trí trong một khoảng thời gian, sự ăn mòn cục bộ sẽ xảy ra và xảy ra hiện tượng ăn mòn rỗ xảy ra Khi một hố hình thành, tế bào ăn mòn trở nên cục bộ và cố định trong hố, làm tăng tốc độ ăn mòn tại điểm cụ thể đó Kết quả thường là sự xâm nhập của khu vực rỗ qua kim loại

2.1.6 Mill scale

Sự ăn mòn có thể được khuyến khích trên bề mặt thép do sự hiện diện của cáu cặn Mill scale (Hình 2.7) có thể được nhìn thấy trên bề mặt của sắt và thép mới ở dạng các lớp ôxít sắt màu xanh đen, một số lớp cứng hơn kim loại mẹ Mill scale có điện tích dương so với sắt hoặc thép, vì vậy nó là cực âm của kim loại mẹ Một tế bào ăn mòn được thiết lập khi có hơi ẩm,

và cực âm Mill scale thúc đẩy sự ăn mòn tại các khu vực thép trần anốt mill scale là:

• Lớp sắt / ôxít sắt màu xanh đen

• Cathode so với chất nền

• Thường được loại bỏ trước khi sơn

Đây là một trong những lý do rất quan trọng để loại bỏ mill scale khỏi bề mặt thép trước khi sơn phủ Không ai muốn khuyến khích ăn mòn trên bề mặt, hoặc để che phủ các tế bào ăn mòn hoạt động bằng màng phủ

2.1.7 Dòng Galvanic

Dòng galvanic (Hình 2.8) là danh sách các vật liệu theo thứ tự độ ăn mòn của chúng

kim loại, với loại dễ bị ăn mòn nhất hoạt động mạnh, ở trên cùng và dễ bị ăn mòn nhất, hoặc

ít hoạt động nhất, ở dưới cùng

Theo quy ước, người ta nói rằng các kim loại hoạt động hơn có điện thế ăn mòn âm, và thường được gọi là anốt kim loại hoạt động kém hơn thường được gọi là cathode hoặc đá quý

Các quy tắc chung của ăn mòn galvanic (kim loại khác nhau) được liệt kê dưới đây:

• Khi các kim loại khác nhau được kết nối, kim loại hoạt động nhất (hoặc anốt) ăn mòn nhanh hơn, trong khi kim loại quý hơn (ít hoạt động nhất hoặc catốt) được bảo vệ tốt hơn và ăn mòn

ít nhanh hơn

• Khi hiệu điện thế giữa hai kim loại khác nhau này tăng lên, tốc độ ăn mòn mạ tăng lên Nếu, ví dụ, kẽm, chất khá hoạt động, được kết nối điện với bạch kim, khá kém hoạt động, với sự có mặt của chất điện phân thích hợp, kẽm bị tấn công rất nặng

Một số kim loại, chẳng hạn như vàng hoặc bạch kim, ăn mòn rất chậm hoặc hoàn toàn không

ăn mòn, vì vậy việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn có thể giúp giảm tốc độ ăn mòn Tuy nhiên, những thay đổi về điều kiện môi trường xung quanh hoặc nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến thứ tự của dòng điện

2.1.7.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn

Tốc độ ăn mòn được xác định bởi nhiều yếu tố, một số yếu tố khá phức tạp Tuy nhiên, năm yếu tố đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong việc xác định tốc độ ăn mòn Những yếu tố này là:

1 Oxy: Hàm lượng oxy cũng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn Hạn chế oxy là một cách thực tế

để giảm tốc độ ăn mòn Việc bổ sung khí trơ, như nitơ, vào bể hoặc bình, để giảm mức ôxy,

sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn trong bể hoặc bình đó Ngoài ra, việc hạn chế oxy bằng cách khử sục khí có thể được sử dụng với các nồi hơi để giảm tốc độ sự tấn công ăn mòn

Tuy nhiên, các tế bào nồng độ oxy cũng tồn tại làm tăng tốc độ ăn mòn Điều này xảy ra khi

có sự khác biệt về nồng độ oxy giữa hai điểm khác nhau trên cùng một kim loại Điều này thường thấy trong điều kiện ngâm, trong đó chất điện phân tại một điểm trên kim loại có nồng độ oxy cao hơn chất điện phân tại một điểm khác trên kim loại Khu vực có nồng độ oxy cao hơn sau đó là cực âm, trong khi khu vực có nồng độ oxy thấp hơn sẽ trở thành cực dương Khu vực anốt sẽ bị ăn mòn nhanh hơn Nồng độ oxy này tế bào thường được tìm thấy trong điều kiện ngâm nước, gây ra bởi một kẽ hở, các khớp nối quá chặt hoặc có các mảnh vụn và chất bẩn tích tụ

2 Nhiệt độ: Phản ứng ăn mòn có bản chất điện hóa và thường được tăng tốc khi nhiệt độ tăng; do đó, sự ăn mòn diễn ra nhanh hơn trong môi trường ấm hơn so với môi trường lạnh hơn

3 Muối hóa học: Muối hóa học làm tăng tốc độ ăn mòn bằng cách tăng hiệu suất (độ dẫn điện) của chất điện phân Muối hóa học phổ biến nhất là natri clorua, một nguyên tố chính của nước biển Natri clorua lắng đọng trên các bề mặt tiếp xúc với khí quyển cũng hoạt động như một vật liệu hút ẩm (tức là nó hút ẩm từ không khí), sau đó làm tăng sự ăn mòn ở các khu vực không ngâm nước

4 Độ ẩm (hay Độ ẩm): Độ ẩm và thời gian ẩm ướt đóng một vai trò lớn trong việc thúc đẩy

và tăng tốc độ ăn mòn Thời gian ẩm ướt là khoảng thời gian bề mặt tiếp xúc với khí quyển

có đủ độ ẩm để hỗ trợ quá trình ăn mòn Môi trường càng ẩm ướt thì càng dễ xảy ra hiện tượng ăn mòn

Ngành công nghiệp hàng không đã tận dụng lợi thế này khi họ cất máy bay trên sa mạc mà không cần đặt chúng trong các tòa nhà có điều hòa nhiệt độ Ngay cả ở nhiệt độ cao, có rất ít chất điện phân có sẵn để tế bào ăn mòn Ăn mòn có thể xảy ra mà không nhìn thấy nước, nhưng tỷ lệ giảm đáng kể khi độ ẩm tương đối dưới 60% (đối với sắt)

5 Chất ô nhiễm và khí axit: Mưa axit (một sản phẩm phụ hóa học từ các nhà máy sản xuất và chế biến), và clorua (ở các vùng ven biển) thúc đẩy sự ăn mòn Khí axit, chẳng hạn như carbon dioxide, có thể cũng hòa tan trong một lớp màng ẩm tiếp xúc với kim loại

Ngoài ảnh hưởng trực tiếp của sự tấn công hóa học, các vật liệu này làm giảm điện trở của chất điện phân Giảm điện trở trong tế bào ăn mòn cho phép dòng ăn mòn cao hơn, do đó tốc

độ ăn mòn tăng lên Để nhắc lại, ăn mòn là sự xuống cấp của vật liệu được chế tạo khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn Môi trường ăn mòn thường được xác định bởi các đặc tính của chất điện phân Môi trường có thể là (1) ngâm trong chất lỏng (nước), hoặc (2) khí quyển Những điều này sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo

2.1.8 các loại Môi trường và sự ăn mòn

Tỷ lệ ăn mòn bị ảnh hưởng bởi các ảnh hưởng của môi trường Một số thuật ngữ môi trường thường được sử dụng được công nhận bởi sự ăn mòn các chuyên gia kiểm soát Môi trường bao gồm:

• Hóa chất / hàng hải

• Hóa chất có độ ẩm cao

• hàng hải có độ ẩm cao

• Hóa chất có độ ẩm thấp

• Nông thôn với độ ẩm thấp

• Nông thôn

2.1.8.1 Hóa chất / Môi trường biển

Đây là một môi trường rất khắc nghiệt gây rỉ sét rất nhanh (Hình 2.9) Các muối trong không khí và các chất ô nhiễm hóa học có thể kích thích ăn mòn Độ ẩm và nước biển cung cấp chất điện ly, điều này cũng đẩy nhanh quá trình này

2.1.8.2 Hóa chất có môi trường độ ẩm cao

Môi trường này có tính ăn mòn cao, vì khí, hóa chất và độ ẩm cao, tất cả đều có thể kích thích

ăn mòn

2.1.8.3 hàng hải với môi trường có độ ẩm cao

Môi trường này cung cấp một chất điện phân hoạt động vì sự hiện diện của hơi ẩm và các hạt muối Khu vực vùng nước dao động (thường được định nghĩa là mực nước trung bình đến 12

ft trên mực nước triều cao) được biết là bị ăn mòn đặc biệt cao (Hình 2.11)

2.1.8.5 Môi trường nông thôn

Đây có thể là môi trường ít ăn mòn nhất trong số năm môi trường vì không khí sạch không cung cấp chất gây ô nhiễm trong không khí và không có hơi ẩm để phục vụ như một chất điện ly (Hình 2.13)

Ví dụ về môi trường nông thôn có độ ẩm thấp là vùng nông thôn Arizona, Wyoming và Tây Texas Các ví dụ khác bao gồm các cơ sở khai thác dầu trên sa mạc ở Kuwait, Ả Rập Xê Út

và các khu vực khô hạn hoặc không công nghiệp hóa khác

2.2 Các loại ăn mòn

Có hai phân loại ăn mòn rộng rãi: tổng quát và cục bộ

2.2.1 Ăn mòn chung

Ăn mòn nói chung dẫn đến (1) vật liệu mất đi tương đối đồng đều trên toàn bộ bề mặt (Hình 2.14) và (2) làm mỏng bề mặt bị ảnh hưởng nói chung Ăn mòn nói chung là tương đối dễ dàng để kiểm tra và không gây ra các hỏng hóc nghiêm trọng

2.2.2 Ăn mòn cục bộ

Ăn mòn cục bộ xảy ra tại các vị trí rời rạc trên bề mặt kim loại Các khu vực liền kề với sự ăn mòn cục bộ bình thường bị ăn mòn ở mức độ thấp hơn , nếu có Ăn mòn cục bộ thường xảy

ra ở những nơi khó kiểm tra Dạng ăn mòn này ít phổ biến hơn khi tiếp xúc với khí quyển hơn là khi tiếp xúc với nước ngâm hoặc bắn nước / phun; một số yếu tố đặc biệt có liên quan, chẳng hạn như tiếp xúc lâu với nước lỏng, chất ô nhiễm và / hoặc tế bào mạ Tế bào Galvanic được tạo ra khi các loại kim loại khác nhau tiếp xúc điện trong một chất điện phân chung Hoạt động ăn mòn tại các vị trí ăn mòn cục bộ có thể thay đổi theo những thay đổi như:

• Các khiếm khuyết trong lớp phủ

• Thay đổi chất gây ô nhiễm hoặc chất gây ô nhiễm

• Thay đổi chất điện giải

Các dạng ăn mòn cục bộ chủ yếu được tìm thấy trên các công trình ngoài khơi là ăn mòn rỗ

và đường nứt

2.2.2.1 Ăn mòn rỗ

Ăn mòn không diễn ra đồng nhất trong ăn mòn rỗ, nhưng chủ yếu xảy ra ở các điểm riêng biệt nơi tạo ra các hố sâu (Hình 2.15) Đáy của các hố là cực dương trong một tế bào ăn mòn cục bộ, nhỏ, thường trầm trọng hơn do tỷ lệ diện tích catốt tới anode lớn Rỗ có thể được bắt

đầu trên bề mặt hở, tiếp xúc tự do hoặc ở những chỗ không hoàn hảo trong lớp phủ Các hố sâu, thậm chí xuyên thấu hoàn toàn, có thể phát triển với chỉ một lượng kim loại thất thoát tương đối nhỏ Rỗ có thể bị cô lập hoặc một nhóm lỗ có thể kết hợp lại với nhau tạo thành một vùng thiệt hại lớn Rỗ đặc biệt phổ biến ở các kim loại tạo thành lớp oxit bảo vệ và trong môi trường có nhiều clorua ô nhiễm (nơi clorua thúc đẩy sự phân hủy của lớp oxit)

2.2.2.2 Ăn mòn đường nứt

Ăn mòn đường nứt xảy ra trên bề mặt kim loại được che chắn không tiếp xúc hoàn toàn với môi trường vì ở gần của một vật liệu khác tạo thành một khe hẹp giữa chúng (Hình 2.16) Sự khác biệt về nồng độ của các loại ăn mòn hoặc oxy giữa môi trường bên trong và bên ngoài khe nứt tạo ra động lực cho tế bào ăn mòn, đặc biệt là ở những khu vực hoạt động như bẫy nước Các đường nứt thường gặp trong các tình huống tiếp xúc giữa kim loại với kim loại, chẳng hạn như trong dây đai đỡ hoặc ở đường ống Cánh dầm Ngoài ra, cặn bẩn và các sản phẩm ăn mòn (còn được gọi là ăn mòn bột) cũng tạo ra trong các đường nứt

2.2.3 Tầm quan trọng của ăn mòn

Trong hai phân loại ăn mòn, ăn mòn cục bộ là đáng kể nhất về nhu cầu bảo dưỡng ngoài kế hoạch Ăn mòn cục bộ thường được che giấu (nghĩa là, trong các kẽ hở hoặc dưới nhiều lớp sơn bảo dưỡng) để mức độ thực sự của thiệt hại được ẩn Do nguy cơ thấm nhanh vào bề mặt nền, ăn mòn cục bộ có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời

Sự ăn mòn cục bộ cũng tạo ra các đặc điểm sắc nét đặc trưng, được coi là “tác nhân gây căng thẳng” Những yếu tố làm tăng ứng suất này dẫn đến các điều kiện làm tăng mức độ ứng suất

ở mép hàng đầu của hố hoặc đường nứt, đóng vai trò là điểm khởi đầu cho khiếm khuyết 2.3 Ảnh hưởng của ăn mòn

Ảnh hưởng của ăn mòn bao gồm an toàn, chi phí và hình thức

2.3.1 Ảnh hưởng của ăn mòn - An toàn

Các cấu trúc bị ăn mòn có thể không an toàn theo nhiều cách khác nhau (Hình 2.17) Những cây cầu và tòa nhà phải chịu được sức nặng của tải trọng cực lớn là những ví dụ rõ ràng Không được phép ăn mòn thực phẩm và ngành công nghiệp đồ uống, nơi ăn mòn kim loại sản phẩm sẽ làm ô nhiễm các sản phẩm Lớp phủ và lớp lót thường được sử dụng để bảo vệ các bình chế biến và hộp đựng thực phẩm bằng kim loại

2.3.2 Ảnh hưởng của ăn mòn - Chi phí

Trong giai đoạn từ 1999 đến 2001, một nghiên cứu do NACE International tài trợ đã được thực hiện trong một thỏa thuận hợp tác với Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA)

Từ nghiên cứu đó, chi phí ăn mòn ở Hoa Kỳ được ước tính là 276 tỷ đô la mỗi năm và 6,9 tỷ

đô la mỗi năm trong ngành tiện ích điện

Theo Cục Điều tra Dân số của Bộ Thương mại Hoa Kỳ, tổng lượng vật liệu phủ hữu cơ được bán ở Hoa Kỳ vào năm 1997 là 5,56 tỷ lít (1,47 tỷ gallon) với giá trị tương đương 16,56 tỷ USD Tổng doanh số có thể được chia nhỏ thành kiến trúc sơn phủ, sơn phủ của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), sơn phủ mục đích đặc biệt và các sản phẩm sơn khác

Một phần trong số này được phân loại là lớp phủ chống ăn mòn với tổng giá trị ước tính là 6,7 tỷ USD Điều quan trọng cần lưu ý là chi phí nguyên liệu thô chỉ là một phần trong tổng

số của bất kỳ dự án ứng dụng lớp phủ nào, dao động từ 4 đến 20 phần trăm tổng chi phí của ứng dụng Khi áp dụng các tỷ lệ phần trăm này vào chi phí nguyên liệu, tổng chi phí hàng năm cho việc sơn phủ nằm trong khoảng từ 33,5 tỷ đến 167,5 tỷ USD (trung bình là 100,5 tỷ USD) Người ta ước tính rằng có cơ hội để tiết kiệm từ 25 đến 30% chi phí đó bằng cách sử dụng “các phương pháp kiểm soát ăn mòn tối ưu” Chi phí tương tự tương tự được thấy ở hầu hết các quốc gia công nghiệp khác Chi phí sơn lại và sửa chữa thép gỉ thường cao hơn nhiều

so với chi phí ban đầu bảo vệ bề mặt chống ăn mòn Chi phí ăn mòn ở Mỹ năm 1994 ước tính hơn 300 tỷ đô la một năm, tức là xấp xỉ 4,5% tổng sản phẩm quốc dân (GNP) Các quốc gia phát triển khác cũng ước tính ăn mòn như một tỷ lệ phần trăm tương tự của GNP của họ 2.3.3 Ảnh hưởng của ăn mòn – hình thức

Bề ngoài Lớp sơn bị bong tróc và thép rỉ sét là những điểm chướng mắt trong bất kỳ môi trường nào Đối với nhiều kỹ sư hoặc chủ sở hữu cơ sở, ngoại hình là một lý do chính để phủ các cấu trúc của chúng (Hình 2.18)

Vì tất cả những lý do đó, phòng chống ăn mòn là vô cùng quan trọng

2.4 Kiểm soát ăn mòn

Mặc dù phải đối mặt với một thách thức khó khăn, kỹ sư ăn mòn sở hữu nhiều công cụ để kiểm soát ăn mòn, bao gồm:

• Thiết kế

• Chất ức chế

• Lựa chọn vật liệu

• Bảo vệ catốt

• Các lớp bảo vệ

• Hệ thống vùng nước dao động

• Thay đổi môi trường

2.4.1 Thiết kế

Cấu trúc được thiết kế như thế nào có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của nó Nói chung, thiết kế kiểm soát ăn mòn:

• Loại bỏ khả năng bám của nước, muối hóa học và các chất khác có thể thúc đẩy “điểm nóng” ăn mòn Điểm nóng là những khu vực đặc biệt có lợi cho sự ăn mòn nhanh chóng, và thường được gọi là "khu vực quan trọng"

• Loại bỏ các hình dạng phức tạp (ví dụ, các góc quay ngược lại) và hướng của các phần tử có thể dùng làm "bẫy"

• Cung cấp quyền truy cập cho các hoạt động bảo trì cho phép người vận hành triển khai các

hệ thống kiểm soát ăn mòn