Khái niệm ăn mòn kim loại, ảnh hưởng của ăn mòn kim loại và cách khắc phục 

Sự ăn mòn kim loại không còn là hiện tượng lạ trong đời sống của chúng ta. Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp các thiết bị hay các vật liệu kim loại bị hoen gỉ do bị ăn mòn bởi nhiều yếu tố khác nhau. Hiện tượng ăn mòn này thường gây hại cho các vật liệu kim loại. Làm ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu. Vậy sự ăn mòn này là gì? Làm cách nào để bảo vệ các đồ vật bằng kim loại khỏi sự ăn mòn?

Ăn mòn kim loại xảy ra gây ảnh hưởng lớn đến quá trình hoạt động của cả một hệ thống. Nghiêm trọng có thể gây ra nhiều thiệt hại lớn. Khắc phục ăn mòn kim loại cũng tiêu tốn rất nhiều chi phí và nhân lực. Do vậy, hiểu về các loại ăn mòn và cách phòng ngừa quá trình ăn mòn kim loại sẽ bảo đảm các hoạt động của các sản phẩm, công trình, hệ thống và hạn chế phải sửa chữa, thay thế tốn kém.

Ăn mòn kim loại là gì?

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy dần dần vật liệu kim loại hoặc hợp kim xảy ra trong môi trường có hóa chất hoặc điện hóa, thông qua phản ứng hóa học hoặc phản ứng điện hóa với môi trường.

Đây là một hiện tượng phổ biến, kim loại sau một thời gian tiếp xúc với không khí, nước hay các môi trường có tính ăn mòn cao (đối với kim loại đó) sẽ xảy ra các phản ứng oxy hóa khử, tạo ra một lớp ăn mòn bám trên vật liệu kim loại được gọi là gỉ sét.

Các dạng ăn mòn của kim loại

Có hai loại ăn mòn kim loại chính là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa:

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. Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi…

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 li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương. Điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa: phải thỏa mãn đồng thời 3 điều sau:

• Các điện cực phải khác nhau về bản chất
• Các định cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn
• Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li

Các loại hóa chất ăn mòn cần lưu ý

Chất ăn mòn là chất có khả năng phá hủy hoặc làm hỏng các chất khác mà nó tiếp xúc thông qua phản ứng hóa học. Một số loại hóa chất không chỉ gây nguy hiểm cho sức khỏe cho con người hay phá hoại môi trường tự nhiên, mà còn ăn mòn các vật dụng trong gia đình và các công trình xây dựng, gây nguy hiểm rất nhiều. 

Hóa chất ăn mòn phổ biến được phân loại thành:

1. Axit
2. base
3. Tác nhân dehydrat
4. Tác nhân oxy hóa mạnh
5. Các halogen điện di: flo nguyên tố, clo, brom, iod, và các muối điện như natri hypochlorite hoặc các hợp chất N-chloro như chloramine-T; các ion halide không bị ăn mòn, ngoại trừ fluoride.
6. Halid hữu cơ và halide hữu cơ như acetyl chloride và benzyl chloroformate
7. Anhydrid axit
8. Các tác nhân kiềm hóa như dimethyl sulfat
9. Một số vật liệu hữu cơ như phenol (“axit carbolic”)

Hóa chất ăn mòn dạng kiềm, bazơ

Loại axit và anhydrit các loại hóa chất ăn mòn kiềm hay bazơ; Các loại halogen, muối halogen, các halogen hữu cơ; Các loại hóa chất ăn mònkhác…Nhóm hóa chất ăn mòn dạng axit và anhydrit gồm có những chất sau: Axit sunphuric, axit acetic, axit phosphoric, axit clohydric, trioxit phospho, axit nitric. Nhóm hóa chất kiềm và bazơ như: Các amin hữu cơ như etanolamin, kali hydroxit, natri hydroxit…Các loại hóa chất ăn mòn halogen, muối halogen, các halogen hữu cơ. Các loại chất này có khả năng ăn mòn các vật dụng trong các vật dụng gia đình do những tính chất hóa học đặc trưng. Vì vậy cẩn thận khi sử dụng các loại hóa chất này trong gia đình nhé!

Hóa chất ăn mòn dạng axit

Đối với các loại hóa chất ăn mòn axit đều có tính ăn mòn. Khi các loại hóa chất ăn mòn thuộc dạng axit này tiếp xúc với đồ vật, nó sẽ nhanh chống tấn công các mô sống. Đặc biệt là các vật dụng kim loại và có khả năng gây cháy. Những loại hóa chất ăn mòn này đều có tính độc và rất dễ cháy vì dễ phản ứng với kim loại sinh ra hydro dẫn đến việc chát gây hỏa hoạn. Rất nguy hiểm cho sự an toàn của chúng ta.

Còn đối với các loại hóa chất ăn mòn thì tính chất cũng dễ gây cháy như axit, đặc biệt các loại axit ntric và axit clohydric có tính ăn mòn cực kỳ cao ở nhiệt độ bình thường khi ở dạng đậm đặc. Vì vậy nên chú ý trong khâu bảo quản và lưu trữ các loại hóa chất ăn mòn này. Lưu ý không nên cho những loại hóa chất ăn mòn này tiếp xúc với nước vì nó cũng có khả năng sinh ra nhiệt gây bỏng cho con người. 

5 cách bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn 

Sự ăn mòn kim loại mang đến rất nhiều thiệt hại bởi nó khiến cho các đồ vật kim loại bị hỏng hóc và hoen gỉ nặng. Để ngăn chặn điều này, chúng ta có thể đưa ra một số biện pháp để bảo vệ kim loại như sau:

Sử dụng lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại

Phương pháp này thường dùng lớp sơn phủ ngăn cách vật liệu kim loại với môi trường, mạ điện hoặc tạo lớp phủ để chống ăn mòn.

Sơn chống ăn mòn

Sơn được quét hoặc phun lên bề mặt kim loại cần chống ăn mòn. Chẳng hạn như khung máy, vỏ bọc, khung sườn… Lớp phủ vừa có chức năng bảo vệ vừa giúp tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

Sơn thường bảo vệ sản phẩm trong thời gian khá dài, có thể tới hàng năm. Độ bền của lớp sơn phụ thuộc vào chất liệu sơn và quá trình xử lý bề mặt trước khi phủ sơn. Bề mặt kim loại cần phải được làm sạch hoàn toàn khỏi quá trình oxy hóa, cáu cặn, rỉ sét, dầu mỡ, bụi bẩn… Thông thường sẽ có hai lớp sơn gồm một lớp sơn lót bên trong và sơn phủ bên ngoài. Lọi sơn được lựa chọn cũng cần phù hợp với chất liệu kim loại cần bảo vệ.

Mạ điện

Mạ điện là quá trình mạ kim loại này lên kim loại khác bằng quá trình thủy phân. Nhằm múc đích chống lại sự ăn mòn cho vật liệu kim loại được mạ. Lớp im loại được mạ cũng có nhiều loại như đồng, bạc, grom, kẽm, vàng, niken… Phương pháp mạ điện được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô, điện tử, trang sức,…

Quá trình này về cơ bản là sử dụng phương điện phân. Kim loại mang điện tích âm và nhúng vào dung dịch chứa muối kim loại (chất điện phân). Và có ion kim loại mang điện tích dương. Khi đó, do mang hai điện tích âm dương khác nhau nên tạo thành một lớp kim loại được bám chặt vào kim loại cần mạ.

Tạo lớp phủ bảo vệ

Phương pháp này chống ăn mòn bằng cách tạo ra một lớp màng mỏng phủ lên trên bộ phận cần bảo vệ khỏi ăn mòn. Tùy theo thời gian bảo vệ muốn đạt tới, tính chất của bề mặt vật liệu được yêu cầu. Và môi trường làm việc mà sẽ có những lớp phủ và cách tráng phủ khác nhau. Lớp phủ kim loại thường được tạo thành dưới áp suất cao.

Chống ăn mòn với điện cực âm 

Có thể dựa vào quá trình ăn mòn điện cực để làm phương pháp chống ăn mòn một vật liệu nhất định bằng cách đẩy sự ăn mòn qua một vật liệu khác. Trong phương pháp này, một vật liệu kim loại phải đóng vai trò là cực dương. Và được nối với bộ phận kim loại cần được bảo vệ (đóng vai trò là cực âm). Khi đó do là cực âm nên bộ phận cần được bảo vệ sẽ chống lại được sự ăn mòn. Cách làm mày có hiệu quả cao và được áp dụng khá nhiều trong những kết cấu kim loại lớn khó áp dụng phương pháp sơn phủ.

Giảm tính ăn mòn của môi trường xung quanh

Phương pháp này có thể được sử dụng khi bộ phận cần bảo vệ. Được bao quanh bởi một dung dịch nhất định nào đó. Mà không phải toàn bộ mà chỉ từng thành phần của chất bao quanh có tác động ăn mòn. Ví dụ như ion axit trong chất bôi trơn làm nguội. Bằng cách thêm vào dung dịch bao quanh chất kìm hãm (ức chế) ăn mòn. Có thể giảm tác động ăn mòn một cách đáng kể hoặc loại trừ hẳn. 

Tối ưu thiết kế để chống ăn mòn 

Việc thiết kế hợp lý các cấu kiện, chi tiết, bộ phận trong máy móc. Hay hệ thống kết cấu cũng giúp giảm nguy cơ bị ăn mòn, cụ thể:

• Loại trừ ăn mòn tiếp xúc bằng cách sử dụng các vật liệu đồng chất giống nhau. Trong nhóm cấu kiện hoặc tạo lớp cách ly giữa hai vật liệu khác nhau.
• Tránh các khe hở bằng cách thực hiện các mối hàn đúng cách. Thay vì kết nối bu-lông, sử dụng tiết diện kín chẳng hạn như ống tròn.
• Cần tạo bề mặt trơn láng nhiều nhất có thể, ví dụ mài hoặc đánh bóng bề mặt.
• Loại bỏ đỉnh ứng suất trong cấu kiện bằng cách tránh sử dụng khía sắc cạch. Hoặc cách chuyển tiếp đột ngột giữa tiết diện.

Lựa chọn vật liệu phù hợp để chống ăn mòn kim loại

Phương pháp chống ăn mòn tốt nhất và ít tốn kém nhất. Là lựa chọn vật liệu thích hợp với môi trường làm việc mà ở đó vật liệu kim loại này rất ít hoặc không bị ăn mòn. Dưới tác động của môi trường dự kiến. Điều này đòi hỏi cần phải hiểu về tá động của môi trường đối với các loại vật liệu khác nhau. Chẳng hạn trong môi trường nước biển thì không được dùng các vật liệu thép carbon và thép hợp kim thấp. Thay vào đó Titan và các hợp kim Titan sẽ phù hợp hơn.

Titan có trong lượng khá nhẹ, khá dẻo, tuy nhiên lại kim loại cứng hầu như đứng đầu so với các kim loại khác. Đặc điểm này tạo ra tính bền cho các vật liệu làm như titan.

Ở trạng thái tinh khiết, đặc biệt khi có oxi, titan có thể được kéo sợi dễ dàng. Nên rất dễ gia công tạo ra nhiều loại trang sức rất đẹp và sang trọng.

Điểm nóng chảy cao nên nó rất hữu ích trong vật liệu chịu lửa, chịu nhiệt.

Kim loại này tạo ra một lớp oxit bảo vệ bên ngoài giúp chống lại sự xỉn màu.

Nó cũng thuận từ (ít hấp dẫn bởi nam châm) và ít dẫn điện và dẫn nhiệt.