Luận văn thạc sĩ về khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Nguyễn Trọng Dân
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Xuân Sén
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN
• 1.1. Khai quát về ăn mòn kim loại
• 1.2. Khái niệm về ăn mòn kim loại
• 1.3. Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại
• 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mòn
• 1.5. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chuẩn bị thí nghiệm
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại là một hiện tượng tự nhiên, xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh, dẫn đến sự phá hủy kim loại. Hiện tượng này có thể được phân loại thành hai loại chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học giữa kim loại và môi trường, trong khi ăn mòn điện hóa liên quan đến sự tương tác giữa kim loại và dung dịch chất điện li. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và thành phần hóa học của môi trường đều ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Theo thống kê, ăn mòn gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế, ước tính lên đến 3% tổng sản phẩm quốc gia. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn là rất cần thiết.

1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại được định nghĩa là sự phá hủy kim loại do tác động của môi trường. Quá trình này dẫn đến việc các nguyên tử kim loại bị oxi hóa thành ion kim loại, làm mất đi các tính chất quý giá của kim loại. Sự ăn mòn có thể xảy ra đồng đều hoặc không đồng đều trên bề mặt kim loại, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và tính chất của kim loại.

1.2. Phân loại các quá trình ăn mòn

Ăn mòn có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Dựa vào cơ chế, có thể chia thành ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn mòn hóa học xảy ra khi kim loại phản ứng trực tiếp với các chất trong môi trường, trong khi ăn mòn điện hóa liên quan đến sự hình thành các cặp điện cực trên bề mặt kim loại. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và thành phần hóa học của môi trường đều ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn.

II. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại

Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng. Một trong những phương pháp hiệu quả là sử dụng hợp chất hữu cơ làm chất ức chế ăn mòn. Các hợp chất này có khả năng tạo ra lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa kim loại và môi trường. Việc lựa chọn và chế tạo vật liệu có độ bền chống ăn mòn cao cũng rất quan trọng. Các kim loại như crôm, niken và titan thường được sử dụng do khả năng tạo lớp bảo vệ tự nhiên. Ngoài ra, việc sử dụng lớp phủ phi kim loại như sơn và vecni cũng là một biện pháp hiệu quả.

2.1. Sử dụng hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ được sử dụng như một biện pháp chống ăn mòn hiệu quả. Chúng có khả năng tạo ra lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại, giúp ngăn cản sự tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất như 2-benzyliden-N-phenyl hydrazin cacbothioamit có khả năng ức chế ăn mòn thép CT; trong môi trường HCl 2M và NaCl 3,5%. Việc khảo sát khả năng ức chế của các hợp chất này cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm tốc độ ăn mòn.

2.2. Lựa chọn vật liệu chống ăn mòn

Việc lựa chọn vật liệu có độ bền chống ăn mòn cao là rất quan trọng. Các kim loại như crôm, niken và titan thường được sử dụng do khả năng tạo lớp bảo vệ tự nhiên. Ngoài ra, việc chế tạo hợp kim mới với các phụ gia cũng giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn. Các phụ gia này có thể tạo ra lớp màng bảo vệ hoặc làm giảm hoạt tính của bề mặt kim loại, từ đó giảm thiểu sự ăn mòn.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ là rất khả quan. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng nồng độ của chất ức chế có ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn của thép CT; trong môi trường HCl 2M. Cụ thể, khi nồng độ chất ức chế tăng lên, tốc độ ăn mòn giảm đáng kể. Điều này cho thấy rằng việc sử dụng hợp chất hữu cơ làm chất ức chế ăn mòn là một giải pháp hiệu quả trong việc bảo vệ kim loại. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ có ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn, với nhiệt độ cao hơn thường dẫn đến tốc độ ăn mòn tăng.

3.1. Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng các hợp chất hữu cơ như DBP có khả năng ức chế ăn mòn thép CT; trong môi trường HCl 2M và NaCl 3,5%. Sự giảm tốc độ ăn mòn được ghi nhận rõ rệt khi nồng độ chất ức chế tăng. Điều này chứng tỏ rằng các hợp chất này có thể tạo ra lớp màng bảo vệ hiệu quả trên bề mặt kim loại.

3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng ức chế

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến khả năng ức chế ăn mòn. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ ăn mòn thường tăng theo, tuy nhiên, sự hiện diện của chất ức chế vẫn giúp giảm thiểu tác động này. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa nhiệt độ và khả năng ức chế sẽ giúp tối ưu hóa các điều kiện thí nghiệm và ứng dụng thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ăn mòn kim loại là một vấn đề nghiêm trọng trong công nghiệp và xây dựng dân dụng, gây thiệt hại kinh tế ước tính lên đến 3% tổng sản phẩm quốc nội theo đánh giá của Liên Hợp Quốc. Ở Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hiện tượng ăn mòn càng trở nên phổ biến và ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ thiết bị, công trình. Luận văn tập trung nghiên cứu điều chế và đánh giá khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ, cụ thể là các dẫn xuất của 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit (DBP). Mục tiêu chính là tổng hợp các hợp chất DBP, khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 2M và NaCl 3,5% bằng phương pháp khối lượng và điện hóa, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả ức chế. Nghiên cứu được thực hiện tại Hà Nội trong năm 2012, với phạm vi tập trung vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đặc thù chứa các nhóm chức như N, S, C=N giúp tăng khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các chất ức chế ăn mòn hiệu quả, thân thiện môi trường, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ăn mòn gây ra trong các ngành công nghiệp và xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về ăn mòn kim loại, đặc biệt là ăn mòn điện hóa và các cơ chế ức chế ăn mòn. Ăn mòn điện hóa được mô tả là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li, gồm hai vùng anot (phản ứng oxi hóa kim loại) và catot (phản ứng khử ion H+ hoặc O2). Các chỉ tiêu đánh giá ăn mòn bao gồm: chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn, chỉ tiêu vết ăn mòn, chỉ tiêu chiều sâu ăn mòn, chỉ tiêu thay đổi khối lượng, thể tích ăn mòn, dòng điện ăn mòn, thay đổi tính chất cơ học, điện trở và phản xạ bề mặt. Các phương pháp chống ăn mòn được phân loại thành: chọn vật liệu bền vững, cách ly kim loại với môi trường (lớp phủ phi kim, lớp phủ kim loại), bảo vệ điện hóa (bảo vệ catot, anốt), và sử dụng chất ức chế ăn mòn. Chất ức chế hữu cơ được nghiên cứu có cấu trúc phân tử gồm phần không phân cực lớn và các nhóm chức như -NH, -SH, -COOH, -OH giúp hấp phụ lên bề mặt kim loại, làm giảm tốc độ ăn mòn bằng cách ức chế cả quá trình anot và catot. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được áp dụng để mô tả sự hấp phụ của các chất ức chế lên bề mặt thép.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp hợp chất DBP và đánh giá khả năng ức chế ăn mòn trên thép CT3. Cỡ mẫu gồm các mẫu thép CT3 kích thước 2x5x0,1 cm, được xử lý bề mặt chuẩn, cân chính xác và đo diện tích. Các hợp chất DBP được tổng hợp từ nguyên liệu anilin với hiệu suất từ 87% đến 94%, xác định cấu trúc bằng phổ hồng ngoại và phổ khối lượng. Phương pháp phân tích gồm:

• Phương pháp khối lượng: đo độ giảm khối lượng mẫu thép sau 24 giờ ngâm trong dung dịch HCl 2M hoặc NaCl 3,5% có và không có chất ức chế ở nhiệt độ 30°C, tính hiệu quả ức chế dựa trên tỷ lệ giảm khối lượng.
• Phương pháp điện hóa: đo đường cong phân cực bằng thiết bị AUTOLAB 30, xác định mật độ dòng ăn mòn và hiệu quả ức chế theo công thức dựa trên dòng ăn mòn có và không có chất ức chế.
• Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ: thực hiện thí nghiệm ở các nhiệt độ 303K, 313K, 323K, 333K, phân tích theo phương trình Arrhenius để xác định năng lượng hoạt hóa của quá trình ăn mòn.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2012 tại Đại học Quốc gia Hà Nội, với các bước tổng hợp, phân tích và đánh giá khả năng ức chế ăn mòn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất tổng hợp hợp chất DBP cao: Các hợp chất 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất được tổng hợp với hiệu suất từ 87% đến 94%, nhiệt độ nóng chảy dao động từ 146°C đến 226°C, đảm bảo độ tinh khiết cao cho các thí nghiệm tiếp theo.

2. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong HCl 2M: Hiệu quả bảo vệ tăng theo nồng độ chất ức chế, đạt mức tối đa khoảng 95% với MBP ở nồng độ 10⁻⁴ M. Thứ tự hiệu quả ức chế giảm dần là MBP (95%), HBP (89%), ISPBP (86%), BBP (83%), BP (81%), NBP (76%). Kết quả tương tự được xác nhận qua phương pháp đo đường cong phân cực với hiệu quả bảo vệ MBP đạt 91% ở nồng độ 10⁻⁴ M.

3. Khả năng ức chế trong môi trường NaCl 3,5%: Hiệu quả bảo vệ thấp hơn so với môi trường axit, MBP đạt 80%, HBP 75%, ISPBP 71%, BBP 68%, BP 66%, NBP 64% ở nồng độ 10⁻⁴ M. Các chất đều hoạt động như chất ức chế hỗn hợp, ức chế cả quá trình anot và catot.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Tốc độ ăn mòn tăng theo nhiệt độ, năng lượng hoạt hóa của quá trình ăn mòn được xác định qua đồ thị lnQ theo 1/T. Sự có mặt của chất ức chế làm tăng năng lượng hoạt hóa, chứng tỏ quá trình ăn mòn bị kìm hãm hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả ức chế ăn mòn của các hợp chất DBP phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, đặc biệt là các nhóm chức có khả năng phối trí với bề mặt kim loại như nhóm -OCH₃ (MBP) và -OH (HBP) giúp tăng mật độ điện tích và diện tích hấp phụ. Sự hấp phụ của các hợp chất lên bề mặt thép theo mô hình Langmuir làm giảm diện tích tiếp xúc giữa kim loại và môi trường ăn mòn, từ đó giảm tốc độ hòa tan sắt và thoát khí hydro. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về chất ức chế hữu cơ trong môi trường axit và muối. Hiệu quả giảm ở môi trường NaCl do tính chất ăn mòn khác biệt và sự cạnh tranh hấp phụ của ion Cl⁻. Nhiệt độ cao làm tăng động năng của các phân tử, thúc đẩy quá trình ăn mòn nhưng cũng làm giảm hiệu quả hấp phụ của chất ức chế, do đó cần điều chỉnh nồng độ và loại chất ức chế phù hợp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong phân cực và bảng tổng hợp hiệu quả ức chế theo nồng độ, giúp minh họa rõ ràng xu hướng và so sánh hiệu quả giữa các hợp chất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng hợp chất MBP làm chất ức chế ăn mòn trong công nghiệp: Khuyến nghị sử dụng MBP với nồng độ khoảng 10⁻⁴ M trong các hệ thống có môi trường axit HCl 2M và muối NaCl 3,5% để bảo vệ thép CT3, giảm thiểu thiệt hại do ăn mòn trong vòng 6-12 tháng.

2. Phát triển các hợp chất dẫn xuất có nhóm chức tương tự MBP: Tăng cường nghiên cứu tổng hợp các hợp chất có nhóm chức có khả năng phối trí mạnh như -OCH₃, -OH để nâng cao hiệu quả ức chế, giảm chi phí sản xuất và thân thiện môi trường.

3. Kiểm soát nhiệt độ và nồng độ chất ức chế trong quá trình sử dụng: Đề xuất thiết lập hệ thống giám sát nhiệt độ và nồng độ chất ức chế nhằm duy trì hiệu quả bảo vệ tối ưu, đặc biệt trong các môi trường có biến động nhiệt độ lớn.

4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong các môi trường ăn mòn khác: Khuyến khích khảo sát hiệu quả của các hợp chất DBP trong môi trường ăn mòn sinh học, ăn mòn dưới tác động cơ học hoặc trong các dung dịch công nghiệp phức tạp để đa dạng hóa ứng dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học và Khoa học vật liệu: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về tổng hợp và đánh giá chất ức chế ăn mòn hữu cơ, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

2. Chuyên gia kỹ thuật trong ngành công nghiệp dầu khí và hóa chất: Thông tin về khả năng ức chế ăn mòn trong môi trường axit và muối giúp lựa chọn và ứng dụng chất ức chế phù hợp, giảm thiểu chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

3. Các công ty sản xuất vật liệu và hóa chất bảo vệ kim loại: Cung cấp dữ liệu về hiệu quả và quy trình tổng hợp các hợp chất ức chế ăn mòn có tiềm năng thương mại, hỗ trợ phát triển sản phẩm mới.

4. Cơ quan quản lý môi trường và an toàn lao động: Tham khảo để đánh giá tính an toàn, thân thiện môi trường của các chất ức chế ăn mòn hữu cơ, từ đó xây dựng chính sách và quy định phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Chất ức chế ăn mòn là gì và tại sao cần sử dụng?
   Chất ức chế ăn mòn là hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ được thêm vào môi trường ăn mòn để làm giảm tốc độ phá hủy kim loại. Việc sử dụng giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm thiệt hại kinh tế và bảo vệ môi trường.

2. Tại sao các hợp chất DBP được chọn để nghiên cứu?
   Các hợp chất DBP có cấu trúc phân tử chứa nhiều nhóm chức như N, S, C=N giúp tăng khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại, hiệu quả ức chế cao và chi phí tổng hợp thấp do nguyên liệu đầu vào phổ biến.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá hiệu quả ức chế ăn mòn?
   Luận văn sử dụng phương pháp đo giảm khối lượng mẫu thép sau ngâm và phương pháp điện hóa đo đường cong phân cực để xác định mật độ dòng ăn mòn, từ đó tính hiệu quả ức chế.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả ức chế như thế nào?
   Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ ăn mòn và giảm hiệu quả hấp phụ của chất ức chế, do đó hiệu quả ức chế giảm. Việc kiểm soát nhiệt độ và điều chỉnh nồng độ chất ức chế là cần thiết để duy trì hiệu quả bảo vệ.

5. Các hợp chất DBP có thể ứng dụng trong môi trường nào ngoài HCl và NaCl?
   Ngoài môi trường axit và muối, các hợp chất DBP có tiềm năng ứng dụng trong các môi trường ăn mòn công nghiệp khác như dung dịch kiềm, môi trường sinh học hoặc trong các hệ thống làm lạnh, tuy nhiên cần nghiên cứu bổ sung để xác định hiệu quả cụ thể.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công các hợp chất 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất với hiệu suất cao (87-94%) và độ tinh khiết đảm bảo.
• Các hợp chất DBP thể hiện khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 hiệu quả trong dung dịch HCl 2M và NaCl 3,5%, với MBP là hợp chất có hiệu quả cao nhất, đạt đến 95% trong môi trường axit.
• Hiệu quả ức chế phụ thuộc vào nồng độ chất ức chế và giảm dần theo thứ tự MBP > HBP > ISPBP > BBP > BP > NBP.
• Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ ăn mòn và hiệu quả ức chế, với năng lượng hoạt hóa tăng khi có chất ức chế, chứng tỏ quá trình ăn mòn bị kìm hãm.
• Đề xuất ứng dụng các hợp chất DBP trong bảo vệ kim loại công nghiệp, đồng thời khuyến khích nghiên cứu mở rộng và kiểm soát điều kiện sử dụng để tối ưu hiệu quả.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu ứng dụng thực tế trong các hệ thống công nghiệp, đồng thời phát triển các hợp chất mới dựa trên cấu trúc DBP để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm hợp tác phát triển và ứng dụng các giải pháp ức chế ăn mòn hữu cơ thân thiện môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TONG QUAN 1. Khai quat về ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13] 1. Khái niệm về ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác động lí hoá học của môi trường xung quanh. Hậu quả của sự ăn mòn kim loại là nguyên tử kim loại bị oxi hoá thành ion kim loại và mat đi những tính chất quý của kim loại: M-ne=MTM 1.

Phân loại các quá trình ăn mon kim loại Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân làm hai loại chính là ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. Ăn mòn hoá học [1, 6, 7] Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại bởi phản ứng hoá học dị thể giữa bề mặt kim loại và môi trường phản ứng ở nhiệt độ cao. Kim loại bị chuyền thành ion kim loại va đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn. Môi trường phản ứng là những chất khí có tính oxi hoá cao, ví dụ khí O›, khí CL, khí CO.

Sự phá huỷ kim loại do các dung môi không nước cũng diễn ra theo cơ chế này. Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện và nhiệt độ càng cao thì tôc độ ăn mòn càng lớn. Vị dụ: quá trình oxy hoá kim loại bằng khí oxy (hoặc các khí khác như SO¿, các khí halogen, hơi HO.) xảy ra ở nhiệt độ cao. Ăn mòn điện hoá [9, 10, 11] Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ kim loại do sự tương tac hoá học giữa kim loại và dung dịch chất điện li.

Nói một cách khác là: sự ăn mòn điện hoá là phan ứng oxy hoá khử di thé xảy ra trên bề mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch chất điện li tại hai khu vực khác nhau: khu anot và khu catot có giá trị thế đương hơn khu anot. * Qua trình ăn mòn điện hoá xảy ra tương tự sự hoạt động cua một pin điện bị khép kín mạch. Trên bề mặt kim loại tồn tại các vùng anot và catot là do sự chênh lệch về thế trên bề mặt giới hạn pha (do sự có mặt của phụ gia hợp kim, do sự lệch mạng các tinh thé kim loại. Các phản ứng xảy ra như sau: Vùng anot xảy ra quá trình oxi hóa tức là kim loại bi hoa tan: Me - ne > MeTM lon kim loại trên bề mặt điện cực chuyển vào dung dich đồng thời có electron dư trên kim loại.

Các electron dư ở vùng anot được dịch chuyền đến vùng catot trên bề mặt kim loại. Vùng catot xảy ra các phản ứng: - Nếu môi trường ăn mòn là axít thì phản ứng catốt xảy ra nH* + ne > n/2H; - Nếu môi trường là trung tính có dư khí O; trên catốt xảy ra phan ứng n⁄4O; + n/2H;O + ne = nOH © Do hai quá trình anốt và catốt diễn ra liên tục nên kim loại bị phá huỷ dần dần. Ở quá trình anốt xảy ra sự oxy hoá kim loại trong khi ở quá trình catốt xảy ra sự khử các chất khử phân cực (chất nhận e). Quá trình chuyên kim loại thành ion gọi là quá trình anốt, nó luôn gan liền với quá trình catốt - sự khử ion H* hoặc O; đồng thời sinh ra dòng điện.

* Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hoá - Các kim loại không nguyên chất hoặc hợp kim: kim loại-phi kim (gang, thép) hình thành các cặp điện cực khác nhau. - Các điện cực đó tiếp xúc với dung dịch chất điện li. - Các điện cực tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp) * Phân loại ăn mòn điện hoá, dựa theo hai qua điểm: Phụ thuộc vào môi trường ăn mòn: - Ăn mòn khí quyên: nghĩa là ăn mòn các kim loại trong khí quyền hay các khí âm ướt khác. - An mon trong chat điện li: axit, bazo, mudi.

- Ăn mòn dưới đất: ăn mòn kim loại đặt dưới mặt đắt. - Ăn mòn điện: do dòng điện hay dòng lang thang. - Ăn mòn dưới tác dụng của áp lực: tác động cơ học như sự gãy nứt do quá tải của cầu sắt, cầu trục. - Ăn mòn sinh vật học: gây ra do các vi sinh vật hay những sản phẩm chuyển hoá của chúng.

Theo trạng thái bề mặt kim loại: Theo cách này, ăn mòn được phân ra làm 3 nhóm. Nhóm 1: sự ăn mòn đồng đều (uniform corrosion) - An mòn nứt (crevice corrosion) - Ăn mòn điện hoá (galvanic corrosion) - Ăn mòn điểm (pitting corrosion) Nhóm 2: Ăn mòn bồ sung. - Sự ăn mòn do mai mòn hay sự ăn mon phong hoá (erosion corrosion) - Sự ăn mòn tạo lỗ hồng (cavitation) - Sự ăn mòn làm mòn (gam mòn dan-fretting corrosion) - Sự ăn mòn giữa các tinh thé (intergranuar corrosion) Nhóm 3: phân loại thông qua kính hién vi điện tử hay quang hoc - Sự tróc mảng (exfoliation) - Sự ăn mòn chọn lọc (có chọn lọc-Dealloying selective leaching) - Sự ăn mòn bẻ gay (stress corrosion cracking) - Sự ăn mòn mỏi làm giảm sự chịu đựng của kim loại (corrosion fatigue) * Một sô dạng ăn mòn WE), 7722 OY (a) (b) (c) | S95 Bàn (e) (f) Hình 1.1: Một số dạng ăn mòn Chu thích (a): Ăn mòn đều trên bề mặt (b): Ăn mòn không đều trên bề mặt (c): Ăn mòn hang hốc (d): Ăn mòn điểm (e): An mòn giữa các tinh thé (0: An mòn xuyên tinh 1. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mòn [8, 11] Có 9 chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn của kim loại (đánh giá định lượng) 1.

Chỉ tiêu khuynh hướng an mòn (K,) Là thời gian tính bang giờ hoặc ngày xuất hiện vết ăn mòn đầu tiên trên một diện tích nhất định của bề mặt kim loại. Chỉ tiêu vét ăn mòn (k„) Là lượng vết ăn mòn xuất hiện trên một đơn vị diện tích trong một thời gian xác định t. Chỉ tiêu chiều sâu ăn mòn (P) Là chiều sâu phá huỷ (trung bình hoặc cực đại) trên bề mặt mẫu kim loại trong một thời gian xác định: P= Q ở đó Q: là tốc độ ăn mon đơn vị g/m”. O CO d: là khối lượng riêng của kim loại đơn vị g/cm? Vì vậy thứ nguyên của P là mm/năm 1.

Chi tiêu thay doi khối lượng Là sự thay đôi khối lượng của mẫu kim loại bị ăn mòn trên diện tích bề mặt kim loại trong thời gian t. Có hai chỉ tiêu thay đổi khối lượng: - Chỉ tiêu giảm khối lượng: k„ =" (g/m2») - Chỉ tiêu tăng khối lượng: k} =—— Trong đó: Am: là trị số hao hụt khối lượng mẫu trên 1 đơn vị diện tích t: Thời gian làm thí nghiệm 1. Chi tiêu thé tích ăn mòn Trong đó: V: Là thể tích hấp thụ hoặc thoát ra trong quá trình ăn mòn trên diện tích bề mặt mẫu t: Trong thời gian làm thí nghiệm s: Diện tích bề mặt 1. Chỉ tiêu dòng điện ăn mon (izm) Là mật độ dòng điện tương ứng với tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại nhất định, don vị tính mA/cm” (hoặc A/cm’).

Chỉ tiêu thay đổi tính chất cơ học do ăn mòn Là sự thay đổi các chỉ tiêu cơ học của vật liệu do tác dụng ăn mòn của môi trường trong khoảng thời gian nhất định. Chỉ tiêu thay đổi điện trở Là sự thay đôi điện trở của mẫu kim loại bị ăn mòn trong thời gian nhất định K, =`Ê 100% Ro Trong do: Kg: Chỉ tiêu thay đôi điện trở AR: Trị số thay đôi điện trở Ro: Trị số điện trở của mẫu không bị ăn mòn 1. Chỉ tiêu phản xạ do ăn mòn Là sự thay đổi khả năng phản xạ của bề mặt kim loại trong thời gian bị ăn mòn. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13, 19, 21, 22] 1.

Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền vững chỗng ăn mòn cao Việc lựa chọn vật liệu có độ bền chống ăn mòn cho từng loại môi trường là vấn đề rất có ý nghĩa về mặt chống ăn mòn kim loại. Một số kim loại của nhóm platin, vàng, đồng, niken, molipđen có độ bền nhiệt động cao trong môi trường axit không có tính oxI hoá. Những kim loại dễ đi vào trạng thái thụ động: crôm, hợp kim chứa crôm, thép chống ăn mòn chứa titan, nhôm. Những kim loại có khả năng tạo lớp sản phẩm ăn mòn, lớp này có khả năng bảo vệ chống sự ăn mòn tiếp theo: đồng, kẽm, thiếc.

Bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc chế tạo vật liệu mới có độ bền chống ăn mòn cao lại càng có ý nghĩa thực tế. Để có hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao người ta thường sử dụng các phụ gia. Phụ gia là những nguyên tố kim loại được đưa thêm vào kim loại nhằm tạo ra một màng sản phẩm ăn mòn có khả năng bảo vệ tốt hoặc làm giảm hoạt tính catot hay anot trên bề mặt kim loại. Cách ly kim loại với môi trường [10, 11] 1.

Sử dụng lớp phủ phi kim - Lớp phủ oxít: Tạo ra lớp màng oxít bền trên bề mặt kim loại nhằm ngăn cản việc tiếp xúc của kim loại với môi trường. - Phôtphat hoá: Cho các chi tiết bang thép vào trong dung dịch muối phôtphat của các kim loại như Mn, Fe, Zn. Khi đó xuất hiện một màng xốp muối phôtphat khó tan trên bề mặt chỉ tiết. Lớp này ngoài việc bảo vệ kim loại còn là nền tốt dé sơn phủ hoặc tâm dau.

- Sơn và vecni: Là những sản phẩm lỏng dé quét hoặc phun lên vật liệu kim loại (hoặc phi kim). Sơn phủ thường là những hợp chất polime có độ bao phủ và bám dính tốt, vecnic cũng có ưu điểm cứng, nhẫn, bóng, có độ bám dính tốt. Sử dụng lớp phu kim loại - Lớp mạ điện: Kim loại cần bảo vệ được phủ lên bề mặt các lớp mạ như Zn, Cd, Ni, Cr, Sn. mạ điện được tiến hành với dòng điện một chiều.

Vật cần mạ là catốt được nối với cực âm của nguồn điện, cực anốt là kim loại dùng dé mạ được nối với cực dương. Khi lớp mạ catốt có điện thế dương hơn kim loại cần bảo vệ thì lớp mạ phải đặc sít không có lỗ xốp. Khi lớp mạ catốt có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ thì lớp mạ sẽ bị hoà tan còn kim loại nền được bảo vệ. - Lớp phủ nhiệt khuyếch tán: Là những lớp phủ tạo thành do khuyéch tán từ pha ran hay khí của nhôm (lớp phủ nhiệt nhôm), Crôm (lớp phủ nhiệt Cr), Si (lớp phủ nhiệt Silic) vào kim loại chính (thép).

Quá trình tiến hành ở nhiệt độ cao trong chân không, môi trường trung tính, hay khử, trong khí Clo.