15 Ảnh Hưởng Của Môi Trường đến Quá Trình ăn Mòn Kim Loại - 123doc

1. Trang chủ >
2. Khoa học tự nhiên >
3. Hóa học >

15 Ảnh hưởng của môi trường đến quá trình ăn mòn kim loại

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.57 MB, 183 trang )

119màng mỏng chất điện li gồm màng mỏng nước và các chất điện li hoà tan, ví dụ Cl–, CO32–,SO32–… Tuỳ theo độ ẩm trên bề mặt mà người ta phân loại ăn mòn khí quyển:– Ăn mòn khí quyển khô - kim loại tác dụng trực tiếp với oxi tạo ra màng oxit cực mỏng,có thể xem là các phản ứng hoá học, và không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại đáng kể,nhưng khi có tạp chất ăn mòn thì tốc độ ăn mòn có thể tăng lên.– Ăn mòn khí quyển ẩm - trong điều kiện ẩm với độ ẩm tương đối H < 100%, thường lớnhơn 70%, trên bề mặt kim loại có lớp màng mỏng nước và có tạp chất thì xảy ra ăn mòn theocơ chế điện hoá. Ví dụ Cu, Ni, Zn bị ăn mòn trong khí quyển khi độ ẩm tương đối lớn hơn60%.Đương nhiên tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí, độ ẩm của khíquyển và tính hút ẩm của sản phẩm ăn mòn.Cần nhắc lại rằng độ ẩm tương đối H được tính bằng công thức sau:H=PPo.100%(6.12)trong đó: H - độ ẩm tương đối;P - áp suất riêng phần của hơi nước trong khí quyển tại nhiệt độ khảo sát;Po - áp suất bão hoà của hơi nước tại nhiệt độ khảo sát.– Ăn mòn khí quyển ướt - quá trình ăn mòn kim loại xảy ra khi độ ẩm tương đối gần100%, có giọt nước ngưng tụ trên bề mặt kim loại, hoặc có giọt mưa, tạo ra lớp chất điện litrên bề mặt kim loại. Hiện tượng ăn mòn kim loại này xảy ra theo cơ chế điện hóa.b) Ảnh hưởng của chất nhiễm bẩnCác màng ẩm nước tạo ra trên bề mặt kim loại, ví dụ khi độ ẩm cao, sương mù thườngchứa tạp chất: khí oxi hoặc khí CO2 hoà tan (ở miền nông thôn, miền núi), các khí CO2, SO2,các oxit nitơ (NxOy), khí H2S (vùng công nghiệp), ion Cl– (vùng biển, ven biển). Các tạp chấtnày góp phần làm tăng tốc độ phá huỷ kim loại (xem hình 6.11).Hình 6.11Tổn thất trọng lượng (g/m2) của thép cacbon theo thời gian (ngày)1201 - Ăn mòn khí quyển có khí SO2; 2 - Ăn mòn khí quyển không có khí SO2Đối với không khí sạch, sự ăn mòn xảy ra với tốc độ rất nhỏ (đường 2 hình 6.11). Sau khicó mặt khí SO2 trong không khí ẩm tốc độ ăn mòn tăng đáng kể. Ngoài khí SO2, các khí CO2,NO2, Cl–… đều là tác nhân gây ra ăn mòn khí quyển.c) Cơ chế ăn mòn điện hoá trong môi trường khí quyểnĂn mòn trong môi trường khí quyển là ăn mòn điện hoá với quá trình catot, trong nhiềutrường hợp là sự khử oxi.Anot:Catot:Me – ze → Mez+z2O2 + ze + zH2O → 2zOH–Động học của quá trình hoà tan kim loại phụ thuộc vào chiều dày lớp màng ẩm trên bềmặt kim loại.Với môi trường không khí khô, độ ẩm thấp, độ dày màng ẩm khoảng 10 nm thì cơ chế ănmòn xảy ra chủ yếu theo cơ chế hoá học.Với độ dày lớp màng ẩm cỡ 10 nm ÷ 1 μm, trên bề mặt có lớp chất điện li, sự ăn mònkim loại bị khống chế bởi quá trình anot, vì ở màng mỏng sự khuếch tán diễn ra nhanh, nghĩalà quá trình catot diễn ra nhanh. Nếu có sản phẩm ăn mòn dạng oxit bao phủ lên bề mặt thìquá trình anot diễn ra phức tạp hơn.Nếu bề mặt lớp màng mỏng ẩm có độ dày từ 1 μm đến 1 mm, oxi của không khí xâmnhập vào bề mặt kim loại khó khăn. Vì thế quá trình ăn mòn kim loại bị khống chế bởi phảnứng catot.Khi lớp màng ẩm có độ dày lớn hơn 1 mm thì sự ăn mòn kim loại xảy ra tương tự trườnghợp kim loại hoà tan trong dung dịch chất điện li (Cột sắt ở Đêli Ấn Độ tồn tại 2500 năm,thành phần tạp chất của cột thép: Si – 0,05%, S – 0,006%, P – 0,114%, C – 0,08%, Mn – vết.Cột thép này có độ bền chống ăn mòn rất cao vì thép sạch và trên bề mặt kim loại luôn luônkhô ráo).6.5.2 Ăn mòn khí quyển vùng thành phố và khu công nghiệpỞ thành phố và khu công nghiệp có một số khí thải và chủ yếu là SO2 từ các lò đốt than,đốt dầu. Khi khí thải này hoà tan vào nước sẽ axit hoá môi trường nước và làm tăng tốc độ ănmòn kim loại. Tốc độ ăn mòn khí quyển được tính theo công thức:P = at b (g / m2 )trong đó: P là tốc độ ăn mòn;a, b là các hệ số;t là thời gian năm.6.5.3 Ăn mòn trong khí quyển biểnTrong khí quyển biển luôn luôn có ion Cl–, vì thế tốc độ ăn mòn kim loại tăng đáng kể sovới miền nông thôn.121Đối với ăn mòn khí quyển, ngoài các tạp chất gây ăn mòn thì thời gian lưu ẩm (TOW) tứclà khoảng thời gian không khí có độ ẩm tương đối H > 80% và nhiệt độ lớn hơn 0oC đóng mộtvai trò rất quan trọng quýyết định tốc độ ăn mòn kim loại.Những màng mỏng do nước mưa hoặc do sương trên bề mặt kim loại thường có độ ẩmgần bằng 100%.Ở vùng nông thôn khí quyển ít tạp chất có hại cho nên tốc độ ăn mòn kim loại nhỏ.Việc nghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn khí quyển rất có ý nghĩa thực tế. Có thể nêulên một số biện pháp chính sau:Tạo ra các lớp bao phủ, sơn hữu cơ, có lớp phủ vô cơ, hoặc xi mạ ngăn cách kim loại vớimôi trường gây ra ăn mòn. Ví dụ sơn phủ bảo vệ cầu sắt, tàu thuyền, các cấu kiện khác: ô tô,tàu hoả, mạ các phụ tùng ô tô, xe máy …Chọn các kim loại có độ bền chống ăn mòn cao: thép không gỉ, các loại hợp kim.Đối với các cấu kiện nhỏ và lưu giữ trong kho có mặt các loại chất ức chế bay hơi bảoquản trong không khí khô.6.5.4 Ăn mòn trong môi trường đấtTrong lòng đất, đặc biệt ở các khu công nghiệp có rất nhiều thiết bị chôn ngầm dưới đất:hệ thống ống dẫn nước, dẫn khí ga, cáp điện, đường ống dẫn nhiên liệu lỏng, xăng dầu… cóthể bị ăn mòn làm giảm tuổi thọ của chúng và đôi khi còn làm giảm chất lượng sản phẩmnước (ô nhiễm nước, giảm chất lượng xăng dầu…).Tốc độ phá huỷ các cấu kiện do ăn mòn phụ thuộc vào địa hình. Ở những vị trí cao, khôráo, không có các mỏ muối thì tốc độ ăn mòn kim loại rất thấp.Hiện tượng ăn mòn kim loại có tốc độ đáng kể thường xảy ra ở những vùng ẩm, có tạp chấtgồm các muối vô cơ, ví dụ vùng đất ẩm ven biển.Để đánh giá khả năng ăn mòn kim loại của môi trường đất người ta dùng chỉ số pH hoặcđộ dẫn điện của đất.Với pH = 5 ÷ 8 và nền đất ẩm, môi trường axit có độ dẫn điện tốt, kim loại dễ dàng bị ănmòn. Trong cùng một điều kiện, đất cát gây ra ăn mòn cao hơn đất sét vì dễ dàng thông khíoxi. Cần lưu ý rằng trong môi trường đất, sự có mặt của vi sinh vật cũng ảnh hưởng đáng kểđến tốc độ ăn mòn.Sự ăn mòn kim loại trong môi trường đất là ăn mòn điện hoá với catot khử oxi, đôi khikhử ion H+ nếu môi trường ăn mòn là axit.Do cấu trúc của đất không đồng nhất cho nên sự thông khí không đều và thường gây ra ănmòn thông khí, khi đó nơi có nhiều oxi đóng vai trò là catot còn vùng ít oxi đóng vai trò làanot, phản ứng xảy ra phá huỷ kim loại.Dạng ăn mòn kim loại trong đất rất đa dạng, thường là ăn mòn cục bộ nên kim loại bị pháhuỷ ở dạng ăn mòn điểm, hố sâu, dạng rỗ…Để hạn chế khả năng ăn mòn do môi trường đất, các cấu kiện phải được bảo vệ (sơn phủbọc kim loại bằng vật liệu polyme, sơn bitum) hoặc các loại sơn vô cơ (sơn xi măng)…Thông thường, người ta sử dụng phương pháp điện hoá bảo vệ catot để bảo vệ các đường ốngdẫn nhiên liệu nằm trong lòng đất.6.5.5 Ăn mòn trong bêtông cốt thép122Ngày nay, việc nghiên cứu sự ăn mòn và bảo vệ các công trình bêtông cốt thép là một đềtài khá hấp dẫn, được nhiều nhà khoa học nước ngoài và trong nước quan tâm vì số lượngcông trình bêtông cốt thép rất nhiều: các công trình dân dụng nhà ở ven biển, cầu cống venbiển, cầu cảng biển, các công trình khai thác dầu khí v.v…Bêtông cốt thép gồm hai phần: phần vỏ là vật liệu đá nhân tạo gồm các thành phần có tỉlệ hợp lí: chất kết dính xi măng, nước, cốt liệu thô (sỏi cát) và các phụ gia khác, chúng đượctrộn vào nhau sau đó đúc thành khuôn và phần thứ hai là cốt lõi bằng thép.Trong quá trình đóng rắn của bêtông, các thành phần của khoáng xi măng bị thuỷ hoá vàtạo môi trường kiềm (pH = 13 ÷ 14). Trong môi trường này cốt thép bị thụ động.Phản ứng thuỷ hoá (hiđrat hoá) của các khoáng silicat như sau:2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)22(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2Đối với khoáng C3A phản ứng xảy ra:3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O2(3CaO.Al2O3) + 21H2O → 4CaO.Al2O3.13H2O + 2CaO.Al2O3.8H2OKhi có mặt thạch cao xảy ra phản ứng tạo thành ettringit:3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 6H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2OEttringit là các tinh thể hình kim được hình thành nhanh trên khoáng C3A chưa thuỷ hoátạo lớp vỏ bọc không cho nước thấm qua. Vì vậy thạch cao được dùng làm phụ gia điều chỉnhthời gian đông kết xi măng.Quá trình thuỷ hoá diễn ra suốt thời gian sử dụng bêtông.– Nếu lớp vỏ chặt xít có kết cấu tốt thì cốt thép luôn luôn ở trạng thái thụ động và khôngbị ăn mòn.– Nếu lớp vỏ bêtông quá mỏng hoặc có kết cấu xốp thì oxi sẽ xâm nhập vào cốt thép vàgây ra ăn mòn. Đương nhiên khi bêtông cốt thép ngâm trong nước, lượng oxi thấp, khó xâmnhập cốt thép và sự phá huỷ cốt thép cũng bị hạn chế.Trong nước biển chứa nhiều ion Cl–, sự xâm nhập của nó vào cấu trúc bê tông sẽ ảnhhưởng lớn đến tuổi thọ của các công trình.Ion Cl– xâm nhập vào bê tông theo cơ chế khuếch tán và thường tồn tại ở các dạng: hấpphụ vật lí trên bề mặt rắn của lỗ xốp, tham gia liên kết hoá học tạo C3A.CaCl2.10H2O hoặcC3A.3CaCl2.3H2ONếu tồn tại tự do trong các mao quản, lỗ trống ion Cl– sẽ phá huỷ và ăn mòn bêtông cốtthép.Quá trình ăn mòn cốt thép bêtông là ăn mòn điện hoá. Khi có ion Cl– xâm nhập vào lớpthụ động của bêtông, lớp thụ động bị phá vỡ và thép bị ăn mòn, pH giảm:Fe – 2e → Fe2+Fe2+ + 2H2O + Cl– → Fe(OH)2 + 2HCl123Ngưỡng tới hạn phá huỷ màng thụ động và gây ăn mòn cốt thép là [Cl–]/[OH–] = 0,6. Khilớp thụ động bị phá vỡ một phần hoặc hoàn toàn thì thế điện cực của cốt thép dịch chuyển vềphía âm hơn, tại đó đóng vai trò là anot và thép bị hoà tan (xem hình 6.13).Hình 6.12Sơ đồ ăn mòn cốt thép bêtôngTại anot:Tai catot:Fe – 2e → Fe2+12O2 + 2e + H2O → 2OH–Quá trình ăn mòn chỉ xảy ra khi vùng catot có H2O và O2. Nếu điện trở của bêtông rất lớnthì tốc độ ăn mòn nhỏ (5 ÷ 7.104 Ω/cm).Oxi là chất đóng vai trò khử catot thúc đẩy sự hoà tan kim loại, song Cl– đóng vai trò rấtquan trọng.Khi có mặt Cl–, điện trở bêtông bị giảm dễ làm cho dòng ăn mòn tăng lên và nó đóng vaitrò khơi mào cho phản ứng thông qua phản ứng phá vỡ màng thụ động với sự hình thành hợpchất phức:Fe + 3Cl– → FeCl3– + 2eFeCl3– + 2OH– → Fe(OH)2 + 3Cl–Phản ứng catot tạo ra OH–, pH tăng lên cho nên sự ăn mòn sâu trong lỗ bị giảm, để sự ănmòn tiếp tục thì nồng độ Cl– trong lỗ phải đủ lớn để thay thế OH–, nếu thiếu Cl– sẽ sinh ra táithụ động. Với nồng độ Cl– = 0,5% so với khối lượng ximăng thì xảy ra sự lan truyền khơimào ăn mòn. Mặt khác, với sự có mặt Cl–, xảy ra sự ăn mòn lỗ làm cho tỉ lệ điện tíchcatot/anot lớn, mật độ dòng sẽ tăng cao.Để nâng cao chất lượng công trình bêtông cốt thép có thể sử dụng các biện pháp sau:+ Tạo một lớp vỏ bêtông bám chắc cốt thép, chặt xít, phủ kín hạn chế sự thấm nước vàthấm các chất gây ăn mòn của môi trường.+ Bảo vệ bằng phương pháp điện hóa - bảo vệ catot.+ Sơn phủ lớp vỏ bêtông bằng các loại sơn vô cơ hoặc hữu cơ.6.5.6 Ăn mòn vi sinh124Vi sinh vật thường tồn tại trong lòng đất, đáy các bể nước ngầm, các bể chứa nước, đáycác bồn chứa xăng dầu... Sự hoạt động của các vi sinh ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn kimloại theo cơ chế điện hoá.Sự hoạt động của vi sinh hoặc sản phẩm hoạt động của nó có tác động đến các quá trìnhcatot hoặc anot của sự ăn mòn điện hoá. Có hai loại vi khuẩn ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn:vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kị khí.– Ăn mòn kim loại có vi khuẩn hiếu khí:Loại vi khuẩn hiếu khí tiêu thụ oxi, sự hoạt động của vi khuẩn này sinh ra chất thải dạngbùn và bám trên bề mặt kim loại tạo ra pin thông khí gây ra sự ăn mòn điện hoá phá huỷ kimloại. Mặt khác, loại vi khuẩn hiếu khí oxi hoá sulfua, ví dụ vi khuẩn Thiobaccillus, có khảnăng oxi hoá nguyên tố lưu huỳnh hoặc các hợp chất có lưu huỳnh trong kim loại thành axitsulfuric H2SO4 theo phản ứng sau:2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4và tạo ra môi trường axit làm tăng tốc độ hoà tan kim loại.Vi khuẩn oxi hoá sulfua hoạt động tốt trong môi trường axit với pH = 0 ÷ 6.Có loại vi khuẩn thúc đẩy quá trình oxi hoá ion Fe2+ thành Fe3+, khi đó nồng độ Fe2+ giảmvà thúc đẩy quá trình anot hoà tan sắt:Fe – 2e → Fe2+Vi khuẩn oxi hoá sắt phát triển tốt ở vùng pH = 4 ÷ 10, sản phẩm ăn mòn có mầu đỏ.Tại những nơi màng sơn bị hư hỏng, sắt bị ăn mòn và có Fe(OH)3 kết tủa tạo ra các ổ gỉcũng là nơi chú ẩn của các vi khuẩn kị khí.– Ăn mòn kim loại có vi khuẩn kị khí.Vi khuẩn kị khí chủ yếu là vi khuẩn khử sulfat (D.desulfuricals). Do hoạt động của chúngcác ion sulfat bị khử thành sulfua theo phản ứng:SO2− ⎯⎯⎯⎯⎯ S→4Vi khuÈn2–+ 4OSự có mặt sản phẩm S2– và oxi thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hoá, nghĩa là oxi sinh ra sẽphản ứng với nguyên tử H mới sinh của phản ứng catot. Mặt khác, sự có mặt S2– sẽ phản ứngvới Fe2+ tạo ra sulfua sắt:Fe2+ + S2– → FeS↓Cả hai yếu tố trên sẽ thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hoá sắt. Sản phẩm ăn mòn thườngdạng mầu đen, mầu của sulfua sắt, có dạng xốp cũng góp phần làm dễ dàng khử oxi.125Chương 7Sự ăn mòn vật liệu kim loại và các biện pháp bảo vệkim loại chống ăn mòn điện hóaNghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn kim loại nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ cáccấu kiện, các công trình có ý nghĩa khoa học và đặc biệt đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể.Căn cứ vào cơ chế ăn mòn điện hoá cũng như điều kiện hoạt động của các pin ăn mòn cóthể đưa ra các biện pháp sau đây nhằm mục đích giảm tốc độ ăn mòn kim loại đến mức thấpnhất. Đó cũng chính là mục tiêu hướng tới của các phương pháp bảo vệ.7.1 Lựa chọn vật liệu kim loại thích hợpTrong phần này sẽ lần lượt giới thiệu một số kim loại, hợp kim thông dụng về hai phươngdiện: tính chất ăn mòn của vật liệu và biện pháp nâng cao độ bền chống ăn mòn của nó.7.1.1 Kim loại đenThép cacbon thấpThép cacbon thấp là hợp kim của sắt chứa một lượng cacbon từ 0,05 ÷ 1%.Thép cacbon thấp được dùng rất rộng rãi trong ngành xây dựng vì giá thành thấp, dễ tạohình.Kim loại này không bền, chống ăn mòn kém trong môi trường không khí, trong đất cũngnhư trong nước tự nhiên và nó thường phải được bảo vệ.Trong không khí khô thép này không bị ăn mòn vì có lớp màng mỏng chặt sít oxit bảo vệ,nhưng ở nhiệt độ cao bị ăn mòn.Trong không khí ẩm ở nhiệt độ thường, trên bề mặt thép có màng nước xảy ra, phản ứngăn mòn theo cơ chế điện hoá:Phản ứng anot:Fe + HOH → FeOH+ + H+ + 2eFeOH+ + HOH → FeOOH + 2H+ + ePhản ứng này khống chế sự ăn mòn thép trong khí quyển.Phản ứng catot:3FeOOH + e → Fe3O4 + H2O + OH–Tiếp theo sản phẩm Fe3O4 tác dụng với oxi và nước:Fe3O4 +14O2 +32H2O → 3FeOOH126Có ý kiến cho rằng, trong không khí sản phẩm ăn mòn thép là FeOH+ và OH– sẽ tác dụngvới oxi và nước để tạo thành hyđroxit, oxit sắt (II) và oxit sắt (III) và chúng tạo thành lớp gỉsắt.Theo thời gian gỉ sắt phát triển thành các lớp xốp và làm giảm tốc độ ăn mòn thép. Nếutrong không khí có tạp chất, ví dụ Cl– ở vùng ven biển, sự hấp thụ Cl– của các lớp gỉ làm thayđổi hình thái lớp gỉ, đôi khi làm tăng tốc độ ăn mòn thép.Sự có mặt của SO2 trong khí quyển có thể bị hấp thụ bởi các lớp gỉ và dẫn đến sự axit hoácác lớp gỉ, làm tăng sự khử oxi và tăng độ dẫn điện của dung dịch thúc đẩy quá trình ăn mònthép.SO2 + O2 + 2e → SO2−4Trong môi trường nước gần trung tính (nước máy, nước biển, nước ao hồ) tốc độ ăn mònkim loại chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ phản ứng catot khử oxi.2H2O + O2 + 4e → 4OH–hoặc2H2O + 2e → H2 + 2OH–Thường phản ứng diễn ra rất chậm, nhưng khi tăng nhiệt độ tốc độ ăn mòn tăng lên. Đốivới phản ứng khử oxi, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ oxi hoà tan trong nước. Nếuhàm lượng muối cao thì tốc độ hoà tan oxi giảm.Trong nước biển tĩnh tốc độ ăn mòn được tín theo công thức:P( mmn¨m)=KCO2δ(7.1)trong đó: P - tổn thất chiều dày mm/năm;CO2 - nồng độ oxi hoà tan tính theo mg/l nước;δ - chiều dày lớp khuếch tán (mm);K - chấp nhận bằng 14,3.Công thức trên chỉ áp dụng cho ăn mòn đều, nếu có sự ăn mòn cục bộ thì việc sử dụng nóbị hạn chế.Trong môi trường axit, tốc độ ăn mòn thép phụ thuộc vào tốc độ phản ứng catot và thépbị ăn mòn đáng kể nếu không được bảo vệ.2H+ + 2e → H2hoặc khi có mặt oxi:2H+ +12O2 + 2e → H2OĐối với môi trường axit yếu, lượng ion H+ thấp, tốc độ ăn mòn được quyết định bởi giaiđoạn khuếch tán ion H+ đến bề mặt kim loại. Sự có mặt của CO2 với hàm lượng cao có tácdụng thúc đẩy phản ứng catot:−2CO2 + 2H2O + 2e → H2 + 2HCO3vì thế mà tốc độ ăn mòn sẽ tăng lên.127Trong môi trường đất nồng độ oxi thấp vì vậy sự ăn mòn thép được gây ra là do hoạtđộng của vi khuẩn khử ion sulfat để tạo ra H2S và xảy ra phản ứng:Fe + H2S → FeS↓ + H2Thép hợp kim thấpThép hợp kim thấp gồm sắt và một lượng nhỏ khoảng dưới 2% các nguyên tố hợp kimCu, Ni, Cr, P hoặc tổ hợp chúng lại sẽ tạo ra vật liệu có độ bền chống ăn mòn cao đối với môitrường ăn mòn khí quyển.Trên bề mặt của thép hợp kim thấp tạo ra lớp oxit Fe3O4 có cấu trúc chặt sít ngăn cản sựtác động của môi trường làm giảm quá trình gỉ hoá tiếp theo. Lớp bảo vệ này bền trong môitrường khí quyển nông thôn cũng như khu công nghiệp hoặc khi thay đổi thời tiết nắng mưa.Thép này được gọi là “thép thời tiết” và được dùng rộng rãi trong công nghiệp xây dựng.Khi có mặt ion Cl– trong các vùng khí hậu biển và ven biển hoặc khi nhúng vào nước, lớpoxit này không bền vững. Trong điều kiện khí hậu biển thường sử dụng thép hợp kim hoá cóchứa các nguyên tố Al, Cr hoặc Mo.Thép hợp kim thấp nhạy cảm với hiện tượng ăn mòn nứt khi tiếp xúc với các môi trường−chứa các ion NO3 , OH− và NH3 lỏng.7.1.2 GangHàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2%.Gang xám chứa 2 ÷ 4% C và 1 ÷ 3% Si. Độ bền chống ăn mòn của nó trong nước caohơn thép mềm, nếu thêm 3% Ni độ bền cơ học tăng lên, độ bền chống ăn mòn được cải thiện.Trong gang trắng lượng cacbon tồn tại ở dạng Fe3C, nó cứng và giòn, khi bị ăn mòn Fe3Crơi vào dung dịch để lại các lỗ chứa graphit và thường gọi là ăn mòn graphit hóa.Nếu hàm lượng Si trong gang lớn hơn 14% loại này có tên thương mại là “Duriron” thìvật liệu này có độ chống ăn mòn rất cao, thường được dùng chế tạo các thân bơm.Gang Niben có thành phần Ni (14 ÷ 32%), Cr (1,75 ÷ 5,5%), Cu ( 12% dễ dàng bị thụ động trong dung dịch nước do sự khử oxi.Dưới đây là một số loại thép không gỉ thông dụng được kí hiệu theo quy ước thông dụng(xem bảng 7.1).Loại thép không gỉ feritLoại thép này hàm lượng cacbon thấp, có 16 ÷ 30% Cr, đôi khi có Mo và các nguyên tốkhác. Crom là nguyên tố ổn định trạng thái ferit và giữ được cấu trúc mạng lập phương tâm.Thép không gỉ ferit là loại sắt từ. Sự kết tủa của cacbua crom làm giảm độ bền chống ănmòn ở nhiệt độ cao, nó có khuynh hướng phát triển hạt gây khó khăn cho việc hàn.128Thép này được dùng trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm và công nghiệp ô tô.Bảng 7.1. Kí hiệu các loại thép không gỉ thông dụngThứ% nguyêntố khácLoại%Cmax%Cr12100,1516 ÷ 1823040,0818 ÷ 208 ÷ 121(Max)Si3304L0,0318 ÷ 208 ÷ 121(Max)Si43160,1016 ÷ 185316L0,0316 ÷ 1863220,071774100,1584300,1214 ÷ 1894310,215 ÷ 17tự11,5%Ni3,5 ÷5,510÷10÷14145 ÷ 7 Mn2 ÷ 3 Mo2 ÷ 3 Mo7÷÷13,50,070,2 Al-0,5(Max)1,25 ÷2,5Ti,-Thép không gỉ MactensitThép này chứa hàm lượng Cr khoảng 13% ÷ 17% và nhiều cacbon hơn thép ferit. Nhiềuthép Mactensit có lượng Cr thấp hơn 11% (thực ra không phải là thép không gỉ). Loại thépMactensit 11,5 ÷ 13,5% Cr có thể bền cứng, nó là loại sắt từ khó hàn, khả năng chống ăn mòncao.Thép này được sử dụng làm trục bơm, pittông, van của hệ thống thuỷ lực, các chi tiết củatuốc-bin hơi.Thép không gỉ OstenitKhi thêm Ni vào thép không gỉ Cr sẽ mở rộng vùng Ostenit và cải thiện cơ tính của thép.Loại này có thành phần: 16 ÷ 25% Cr và 8 ÷ 20% Ni, C < 0,08%; nếu có mặt Mo thì khả năngthụ động của thép tăng lên.Thép này có độ dẻo cao, dễ hàn, bền chống ăn mòn trong HNO3 thấp hơn 65% ở nhiệt độthường và không bền trong HNO3 đặc ở nhiệt độ cao.129Thép này rất bền trong môi trường axit boric, axit limonic…Thép này bị ăn mòn trong dung dịch HCl, H2SO4 loãng, trong H2S và trong các axitH2C2O4, HCOOH sôi và khuynh hướng ăn mòn tinh giới, ăn mòn điểm, ăn mòn khe.Để tránh ăn mòn tinh giới người ta sử dụng các biện pháp sau:+ Thêm vào hợp kim một số nguyên tố như Ti để tạo ra các hợp chấtcacbua.+ Giảm hàm lượng cacbon xuống dưới 0,015%, tôi ở nhiệt độ 1050 ÷1100oC để Cr và C tồn tại dạng dung dịch rắn.+ Nung lên 870oC sẽ phá mạng cacbua và san bằng hàm lượng Cr.Để tránh ăn mòn thép không gỉ Ostenit Cr-Ni có thể dùng phương pháp bảo vệ catot bằngdòng ngoài.Loại hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, dược phẩm, thựcphẩm, chế tạo các dụng cụ nhà bếp.7.1.4 Đồng và hợp kim đồngĐồng và hợp kim đồng là loại vật liệu dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, có độ bền cơ học và bềnchống ăn mòn cao. Giá trị điện thế của đồng thay đổi theo môi trường:Cu2+Môi trường1MGiá trị điện thếE(V)NaCl3%0,34HCl1N0,060,15Trong môi trường axit không chứa oxi, đồng không bị ăn mòn để giải phóng hiđro. Sự ănmòn đồng chỉ xảy ra trong môi trường có chứa oxi hay là chứa các cặp oxi hóa khử có điệnothế Eo d > ECu2+ = 0,34 V . Nếu có mặt các ion hoặc hợp chất Cl–, NH3, CN–, khi đó thếReCuocân bằng của đồng ECu2+chuyển về phía âm hơn, cho nên nó bị ăn mòn tạo thành các hợpCuchất phức.Ví dụ: Cu trong dung dịch Cl– ở 25oC xảy ra phản ứng:−Cu + 2Cl– → CuCl2 + 1ehoặc−CuCl2 + 1eCu + 2Cl–và thế điện cực:2vớiCu–6aCl − = 1 và aCuCl − = cCuCl − = 10 M2thì= 1,94 + 0,059 lgcbECuCl −= – 0,160 VcbECuCl −2Cu2aCuCl −22aCl −

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• đề tài ăn mòn và bảo vệ kim loại
  • 183
  • 2,904
  • 5
• Công tác kế toán tại công ty cổ phần Socola Bỉ
  • 22
  • 183
  • 0
• Nghiên cứu về thang máy tại công ty Meco
  • 29
  • 367
  • 0
• Nâng cao khả năng tiêu thụ tại công ty TNHH Thương Mại Hà Việt
  • 17
  • 297
  • 0
• Hệ thống quản lý bệnh viện
  • 48
  • 719
  • 7
• Tổng kết đánh giá chung về công tác quản lí của CÔNG TY TNHH SƠN CHINH
  • 46
  • 398
  • 0
• Đặc điểm tổ chức sản xuất kinh doanh của công ty Thiết bị Hùng Cường
  • 29
  • 735
  • 1

Tải bản đầy đủ (.pdf) (183 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.57 MB) - đề tài ăn mòn và bảo vệ kim loại-183 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×