Ăn mòn điện hóa là gì? Các biện pháp chống ăn mòn hiệu quả

Sự ăn mòn điện hóa, ảnh hưởng của ăn mòn và các phương pháp khắc phục

Kim loại bị ăn mòn điện hóa và hóa học

1. Khái niệm ăn mòn kim loại

Ăn mòn điện hóa học hay thường gọi là ăn mòn điện hóa là hình thức ăn mòn kim loại trong đó một kim loại bị ăn mòn khi nó tiếp xúc với một kim loại khác với sự có mặt của chất điện li. Đây là một trong hai hình thức ăn mòn kim loại (phân loại theo cơ chế ăn mòn).

Trong thực tế, ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại/hợp kim để lâu ngày ngoài không khí ẩm hoặc nhúng vào trong dung dịch axit, muối hoặc nước không nguyên chất,…, ví dụ như:

– Cửa sắt tiếp xúc với không khí ẩm.

– Ống dẫn chôn dưới lòng đất.

– Phần vỏ tàu thủy ngập trong nước…

2. Ảnh hưởng của sự ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại làm giảm tuổi thọ các công trình sử dụng thép và gián tiếp ảnh hưởng đến các nhà cung ứng sản phẩm dịch vụ do chi phí chống ăn mòn và bảo trì, bảo dưỡng.

Trong cuộc sống hằng ngày, ta có thể dễ dàng nhận ra ăn mòn trên các khung cửa, lò nướng, thiết bị nội thất ngoài trời, dụng cụ bằng kim loại, tàu biển ,…

Nguy hiểm nhất khi sự ăn mòn xảy ra ở các công trình lớn như nhà máy điện, trạm viễn thông, giàn khoan, đường ống dẫn khí trong ngành dầu khí hoặc nhà máy xử lý hóa chất,.. Nhà máy có thể phải đóng cửa do sự ăn mòn kim loại, hoạt động sản xuất, dịch vụ viễn thông bị gián đoạn. Trên đây là một trong vô số hậu quả trực tiếp và gián tiếp do ăn mòn kim loại gây ra.

Sự ăn mòn kim loại gây tổn hại lớn về nhiều mặt tới nền kinh tế và đời sống con người. Tuy nhiên, nếu hiểu rõ nguồn gốc của vấn đề ăn mòn chúng ta hoàn toàn có thể ngăn chặn và đẩy lùi nó. Có 2 dạng ăn mòn phổ biến mà chúng ta cần lưu ý: Là ăn mòn hóa họcăn mòn điện hóa.

3. So sánh sự khác nhau giữa ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học

So sánh ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học

Trong cuộc sống hằng ngày chún ta gặp rất nhiều trường hợp các vật dụng bị ăn mòn hoặc hao mòn do nhiều nguyên nhân khác nhau, điển hình là các vật thể bằng sắt thường bị oxy hóa làm han rỉ. Người ta thường sử dụng lớp sơn quét để chống điều này.

3.1. Ăn mòn hóa học

Ăn mòn hóa học là do kim loại phản ứng với hơi nước hoặc chất khí ở nhiệt độ cao. Hoặc nói theo cách khó hiểu hơn như sau:

Sự ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.

Sự ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa khử trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện ly tạo lên dòng electron chuyển dời từ anot sang catot.

3.1.1. Điều kiện để xảy ra ăn mòn hóa học

– Các điện cực phải khác nhau.Ví dụ như Fe và Cu. Kim loại mạnh là cực âm và bị ăn mòn nhanh chóng

– Các điện cực phải tiếp xúc với nhau (có thể trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn) và cùng tiếp xúc với môi trường điện ly

 3.2. Ăn Mòn điện hóa

Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện.

Ví dụ: Phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất

3.2.1. Điều kiện để xảy ra hiện tượng kim loại bị ăn mòn điện hóa

– Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại – phi kim (C), cặp kim loại – hợp chất hóa học ( xêmentit ). Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn.

– Các điện cực phải tiếp xúc với nhau ( hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn )

– Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li

3.2.2. Cơ chế ăn mòn điện hóa

Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa:

– Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành . Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành .

– Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li

– Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mòn hết.

 3.3. So sánh giữa ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học

Phân loại

Ăn mòn hóa học

Ăn mòn điện hóa học

Điều kiện xảy ra ăn mòn Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi – Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại – phi kim hoặc cặp kim loại – hợp chất hóa học (như Fe3C). Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ là cực âm.
– Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn, các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li.
Cơ chế của sự ăn mòn Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước, khí oxi thường xảy ra phản ứng:
3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2↑
3Fe + 2O2  Fe3O4
– Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang (hợp kim Fe – C)(hoặc thép) trong môi trường không khí ẩm có hòa tan khí CO2, SO2, O2… sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại.
– Tinh thế Fe (cực âm), tinh thể C là cực dương.
Ở cực dương: xảy ra phản ứng khử:
2H+ + 2e → H2 ; O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Ở cực âm: xảy ra phản ứng oxi hóa:
Fe → Fe2+ + 2e
Những Fe2+ tan vào dung dịch chứa oxi → Fe3+ và cuối cùng tạo gỉ sắt có thành phần Fe2O3.nH2O
Bản chất của sự ăn mòn Là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường, ăn mòn xảy ra chậm Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện.
Mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn ăn mòn hóa học.

4. Đánh giá tốc độ ăn mòn của các kim loại, kim loại nào dễ bị ăn mòn nhất

Đánh giá tốc độ ăn mòn của kim loại

Tốc độ kim loại bị ăn mòn được tính bằng tổn thất khối lượng kim loại trên đơn vị bề mặt trong đơn vị thời gian (mg/dm2. ngày) hay độ xâm nhập tính theo chiều sâu kim loại bị ăn mòn trong một năm (mm/năm).

4.1. Độ bền hay tính chống ăn mòn của kim loại được chia thành ba cấp

– Cao, khi độ xâm nhập < 0,125mm/năm.

– Đạt yêu cầu, khi độ xâm nhập trong khoảng 0,125 – 1,25mm/năm.

– Không đạt yêu cầu, khi độ xâm nhập > 1,25mm/năm.

Tuy nhiên dạng ăn mòn cũng là yếu tố rất quan trọng trong đánh giá mức độ ăn mòn. Có các dạng chính sau:

– Ăn mòn đều: Tốc độ ăn mòn như nhau trên toàn bề mặt, ít nguy hiểm vì có thể dự đoán trước, khi thiết kế thiết bị.

– Ăn mòn lỗ: Ăn mòn cục bộ tạo thành các lỗ, dạng này khó phát hiện vì lượng kim loại mất đi không đáng kể nhưng giảm đáng kể sức bền vật liệu.

– Ăn mòn tinh giới: Xảy ra ưu tiên dọc theo biên hạt, đây là dạng ăn mòn nguy hiểm nhất do lượng kim loại bị mất đi ít nhất nhưng lại có độ xâm nhập lớn nhất.

4.2. Kim loại càng sử dụng nhiều năng lượng thì càng nhanh chóng bị ăn mòn

Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Như chúng ta có thể thấy ở phần trước, các kim loại khác nhau thì thể hiện những phản ứng khác nhau trong cùng một môi trường. Một lưu ý thú vị là một loại kim loại có thể gần như trơ trong một loại dung dịch, trong khi nó có thể bị ăn mòn rất mạnh trong môi trường khác. Ví dụ, tốc độ ăn mòn của thép carbon thì chậm trong nước sạch, trong khi nó tăng rất nhanh trong môi trường nước biển.

Dự đoán tốc độ ăn mòn của vật liệu là rất khó khăn bởi vì chúng chịu sự ảnh hưởng của số lượng lớn những thông số, biến số. Tương tự, tốc độ ăn mòn có thể tăng lên hoặc giảm xuống, tùy thuộc vào sự tích tụ các sản phẩm ăn mòn và cách mà môi trường và điều kiện tác động thay đổi theo thời gian.

4.3. Nhìn chung, sự ăn mòn trong một môi trường tăng lên, hay biến đổi với

– Temperature nhiệt độ
– Độ mặn (lượng muối trong chất điện phân)
– Humidity: Độ ẩm
– Oxygen Content: Lượng oxi
– Degree of Air Pollution: Mức độ ô nhiễm không khí
– Acidity: Độ axit
– Loại chất điện phân (như hóa chất)
– Vi sinh vật

4.4. Sự ăn mòn trên các vật liệu khác nhau 

Tất cả các vật liệu đều có điểm mạnh và điểm yếu. Trong khi có một số kháng ăn mòn rất tốt trong môi trường này, chúng lại có thể thể hiện một tính chất tệ hại trong một môi trường khác. Vật liệu khác nhau có thể dễ bị các loại ăn mòn khác nhau. Do đó, điều quan trọng khi lựa chọn một vật liệu là phải biết các tính chất khác nhau của vật liệu. Những loại ăn mòn thường xuyên xảy ra nhất cho các loại vật liệu thường sử dụng được đưa ra trong bảng dưới đây.

4.5. Thang phân loại độ bền chống ăn mòn kim loại

THANG 5 BẬC THANG 10 BẬC
NHÓM ĐỘ BỀN TỔN THẤT KHỐI LƯỢNG

(g/m2h)

BẬC NHÓM ĐỘ BỀN ĐỘ ẨM ĂN MÒN

mm/năm

BẬC
Rất bền < 0,10 1 I. Vô cùng bền <0,001 1
Bền 0,1  1,0 2 II. Rất bền 0,001  0,005

0,005  0,01

2

3

Tương đối bền 1,0  3,0 3 III. Bền 0,01  0,05

0,05  0,1

4

5

Kém bền 3,0  10,0 4 IV. Bền thấp 0,1  0,5

0,5  1,0

6

7

Không bền > 10,0 5 V. Kém bền 1,0  5,0

5,0  10,0

8

9

VI. Không bền >10 10

4.6. Các chỉ tiêu định lượng quá trình ăn mòn kim loại hay ăn mòn điện hóa bao gồm 

Chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn K: Là thời gian xuất hiện vết ăn mòn đầu tiên trên một diện tích nhất định của bề mặt mẫu kim loại.

Chỉ tiêu vết ăn mòn Kn: Là số lượng vết ăn mòn xuất hiện trên một đơn vị diện tích trong một thời gian xuất hiện T

Chỉ tiêu chiều sâu ăn mòn P : Là chiều sâu phá huỷ (Trung bình hay cực đại) trên bề mặt mẫu kim loại trong một thời gian nhất định

Chỉ tiêu thay đổi khối lượng : Là sự thay đổi khối lượng của mẫu kim loại bị ăn mòn trên một đơn vị diện tích bề mặt S trong một thời gian T ( g / m2.h ). Có hai loại chỉ tiêu thay đổi khối lượng

+ Chỉ tiêu giảm khối lượng : Km =  m/STt

+ Chỉ tiêu tăng khối lượng : Am = m/STt

Chỉ tiêu thể tích ăn mòn : Là thể tích khí hấp thụ hoặc thoát ra trong quá trình ăn mòn trên diện tích bề mặt mẫu S trong thời gian thí nghiệm

Ktt = V/S.t

Chỉ tiêu đòng điện ăn mòn i : Là mật độ dòng điện tương ứng với tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại nhất định

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 (tính bằng%).

Chỉ tiêu thay đổi điện trở: Là sự thay đổi điện trở của mẫu kim loại bị ăn mòn trong một thời gian nhất định, biểu diễn bằng %.

Kr = (R / Ro). 100% Trong thời gian T

5. Các biện pháp chống ăn mòn điện hóa phổ biến nhất hiện nay 

Ăn mòn là một trong những kẻ thù lớn nhất mà kim loại phải đối mặt. Đó là sự xuất hiện gây ra bởi phản ứng của kim loại và các yếu tố môi trường khác nhau.

Như nói ở trên, ăn mòn có thể ảnh hưởng đến vẻ ngoài của kim loại gây mất thẩm mỹ với các vật dụng dùng để trang trí. Và tệ hơn nữa là ảnh hưởng đến hiệu suất về độ bền và khả năng chịu tải với các ứng dụng trong công nghiệp, xây dựng… May mắn thay, có những phương pháp ngăn ngừa ăn mòn hiệu quả có thể kéo dài tuổi thọ của các thiết bị, công trình làm từ kim loại lên tới 250%.

Cần phải lưu ý một điều rằng, không phải tất cả các phương pháp chống ăn mòn đều như nhau. Điều quan trọng là chọn đúng phương pháp dựa trên tính chất của từng kim loại và các yếu tố về môi trường.

5.1. Kim loại chống ăn mòn điện hóa

Kim loại chống ăn mòn điện hóa

Một trong những cách hiệu quả nhất để chống ăn mòn là sử dụng các kim loại không dễ bị ăn mòn. Chúng bao gồm nhôm và thép không gỉ, Titan,..

Trong trường hợp này chúng tôi khuyên bạn nên dùng kim loại Titan. Titanium có màu trắng bạc, là một kim loại chuyển tiếp có tỉ trọng thấp và độ bền cao. Titan không bị ăn mòn trong nước biển, nước muối, nước cường toàn và clo.

Được xem là kim loại có độ bền cao. Titan có tỉ trọng thấp, khá dẻo (đặc biệt trong môi trường không có ôxy). Nhiệt độ nóng chảy của kim loại này tương đối cao, trên 1.650 °C hay 3.000 °F, nên nó thường được sử dụng làm vật liệu chịu lửa và độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối thấp nên thường làm lớp hấp thụ nhiệt trong ống chân không ở máy nước nóng, ứng dụng trong những xe bọc thép, tên lửa,…

Ngoài khả năng vật lí đặc biệt thì về mặt hóa học, kim loại này có thể tự tạo một lớp ôxit bảo vệ bên ngoài nên có khả năng chống ăn mòn trong không khí ở nhiệt độ cao. Titan cũng không bị tan trong nhiều axit, nước clo cũng như khí clo và hầu hết là những axít hữu cơ.

Vì có khả năng chịu nhiệt cao, chống ăn mòn và ít tan trong axit như vậy nên titan sẽ không biến đổi thành những chất khác gây ảnh hưởng đến sức khỏe ở điều kiện nhiệt độ cao như ở ngoài môi trường khắc nghiệt.

5.2. Lớp phủ bảo vệ

Phủ một lớp sơn bảo vệ sẽ làm tăng tính thẩm mỹ cho kim loại đồng thời ngăn ngừa sự ăn mòn. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại sơn đều có hiệu quả trong việc chống ăn mòn. Sơn cao su có vẻ là một trong những lựa chọn tốt nhất vì chúng hoạt động như một rào cản ngăn cấu trúc hóa học của kim loại phản ứng với các hợp chất môi trường như nước và oxy hóa dẫn đến ăn mòn.

Ngoài ra phủ một lớp sơn tĩnh điện cũng là một phương pháp hiệu quả khác để chống ăn mòn. Lớp bột phủ trên bề mặt kim loại được nung nóng để tạo thành một lớp màng bảo vệ mịn. Các loại bột được sử dụng phổ biến nhất là nylon, urethane, polyester, epoxy và acrylic. Đối với các tấm kim loại, lớp phủ polycoating cũng có thể giúp ngăn chặn sự ăn mòn ở một mức độ nào đó. Vì với những môi trường có độ chua, hay môi trường muối thì biện pháp phủ sơn này chưa thật sự tối ưu.

5.3. Mạ kim loại

Về mặt lý thuyết, xi mạ gần tương tự như sơn. Thay vì sơn, một lớp kim loại mỏng được phủ lên kim loại mà bạn muốn bảo vệ. Lớp kim loại ngăn chặn sự ăn mòn và tăng thêm tính thẩm mỹ.

Trong phương pháp này, một lớp phủ kim loại. Có khả năng bị oxy hóa được phủ lên bề mặt kim loại mà bạn muốn bảo vệ. Bạn có thể sử dụng phương pháp bảo vệ catốt trong quy trình được gọi là mạ điện hoặc sử dụng phương pháp bảo vệ anốt.

5.3.1. Có bốn loại mạ kim loại để chống ăn mòn điện hóa

Mạ điện – Một lớp kim loại mỏng như crom hoặc niken được lắng đọng trong kim loại nền trong dung dịch điện phân.

Mạ cơ học – Nó liên quan đến việc hàn nguội một loại bột kim loại với vật liệu nền.

Electroless – Phương pháp này sử dụng phản ứng hóa học để tạo lớp phủ kim loại như niken hoặc coban cho kim loại chính. Phương pháp này không yêu cầu một dòng điện để hoàn thành.

Nhúng nóng – Đây là một kỹ thuật phủ đơn giản đòi hỏi chất nền phải được ngâm trong bể kim loại bảo vệ nóng chảy. Tạo thành một lớp bảo vệ mỏng xung quanh kim loại nền.

5.4. Chất ức chế ăn mòn

Chất ức chế ăn mòn là hóa chất được áp dụng cho bề mặt kim loại. Phản ứng với kim loại hoặc khí xung quanh để ức chế hoặc triệt tiêu các quá trình điện hóa dẫn đến sự ăn mòn.

5.5. Các biện pháp môi trường

Môi trường đóng một vai trò quan trọng trong quá trình ăn mòn. Bằng cách kiểm soát môi trường, bạn có thể ngăn ngừa hoặc giảm tốc độ ăn mòn. Có cả phương pháp đơn giản và phức tạp mà bạn có thể thử.

Những giải pháp đơn giản bao gồm giảm tiếp xúc với độ ẩm. Trong khi các giải pháp thay thế phức tạp bao gồm kiểm soát nồng độ oxy, lưu huỳnh hoặc clo. Trong môi trường xung quanh kim loại.

6. Kết luận

Ăn mòn kim loại là điều ta không thể tránh khỏi. Tuy nhiên chúng ta có thể làm chậm quá trình ăn mòn này bằng các phương pháp trên. Hãy nhớ rằng các biện pháp chống ăn mòn kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Để chọn phương pháp hợp lý nhất hãy xem xét các vấn đề. Về ứng dụng, môi trường, ngân sách mà bạn có.

Trong trường hợp bạn cần dùng đến kim loại chống ăn mòn như Titanium. Hãy liên hệ với chúng tôi. DTP là một trong những đơn vị có tiếng trong lĩnh vực cung cấp Titan. Với đa dạng sản phẩm và đáp ứng được mọi yêu cầu của khách hàng. Những sản phẩm của DTP chúng tôi đều được sản xuất theo công nghệ hiện đại. Và được kiểm tra nghiêm ngặt trước khi đưa đến khách hàng.

Khi mua sản phẩm tại DTP, chúng tôi cam kết:

  • Sản phẩm chính hãng, nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
  • Hỗ trợ giao hàng nhanh chóng trên toàn quốc.
  • Tư vấn tận tình, cụ thể.
  • Giá cả hợp lí và bảo hành.
  • Mẫu mã, chủng loại đa dạng, có sẵn tại kho.

Khách hàng có nhu cầu vui lòng liên hệ chúng tôi. Hotline: 0938266100 hoặc Email: info@dtptech.vn để được tư vấn chi tiết và áp dụng mức giá tốt nhất, Thân ái!!

Nhân viên kinh doanh

Liên hệ:
Mobile/Zalo: 0968872457
Email: sales04@dtptech.vn

Quý khách hàng có nhu cầu mua ống titantấm titanlưới titan, thanh titan , dây titan . Hoặc các sản phẩm gia công từ titan hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và báo giá ưu đãi nhất.

Share:

Các bài viết nổi bật khác
10 Tháng Bảy, 2024
Titan
Đầu dò nhiệt Titanium
Xem chi tiết
Titanium EDC
13 Tháng Tư, 2024
Titan
Titanium EDC Là Gì?
Xem chi tiết
Thiết bị xử lý nước thải
13 Tháng Tư, 2024
Titan
Thiết Bị Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp
Xem chi tiết
Niken hay nickel là gì
13 Tháng Tư, 2024
Titan
Niken hay Nickel là gì? Ứng dụng và những sự thật thú vị về Niken
Xem chi tiết
DMCA.com Protection Status