Đang tải... (xem toàn văn)
Các điện tử dƣ của kim loại từ vùng anot chuyển đều vùng catot để bù vào số điện tử của vùng này bị mất đi do chất khử cực D phản ứng.Kim loại vùng cực dƣơng tiếp tục tan ra thì dòng [r]
(1)BÀI
ĂN MÒN ĐIỆN HOÁ Mã bài: AMKL
Giới thiệu
Ăn mòn kim loại làm tổn thất lớn kinh tế, q trình phá hủy kim loại ăn mịn điện hố chủ yếu Ăn mịn điện hố q trình phá hủy kim loại phản ứng oxy hoá – khử dị thể xảy đồng thời bề mặt kim loại theo chế điện hố Vì đƣợc nghiên cứu nhiều đƣa phƣơng pháp thiết bị chống ăn mịn điện hố đem lại hiệu ngày lớn
Mục tiêu thực
Học xong này, học viên có khả năng:
Nắm đƣợc nguyên nhân gây ăn mòn điện hoá kim loại Nắm đƣợc chế động học q trình ăn mịn điện hố
Nắm đƣợc yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ ăn mòn điện hố chế ăn mịn điện hố
Nắm vững vận dụng biện pháp thực tế chống lại ăn mòn Nắm đƣợc ăn mòn số kim loại hợp kim thƣờng gặp mơi trƣờng khác
Thực thí nghiệm ăn mịn điện hố
Nội dung
1 Những Vấn đề ăn mòn điện hoá
Xét làm việc cuả pin Cu-Zn dung dịch điện ly, ta thấy miếng kẽm anot mịn dần tƣợng hồ tan Nhƣ kẽm đóng vai trị anot pin Cu – Zn, cịn đồng đóng vai trị catot
Anot: Zn - 2e = Zn+2
Catot: 2H+ + 2e = H2
Zn+2/Zn = - 0,76 v
Cu+2/ Cu = 0,34 v
(2)Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống pin ăn mịn Cu – Zn
1.1 Định nghĩa
Ăn mịn điện hố q trình phá hủy kim loại tác dụng điện hố kim loại mơi trƣờng
1.2 Đặc điểm
Xuất dòng điện cục
Chỉ xảy kim loại tiếp xúc môi trƣờng chất điện ly
Trong ăn mịn điện hố có q trình xảy đồng thời q trình oxy hố q trình khử, q trình khơng tiến hành chổ Tốc độ q trình ăn mịn kim loại tổng tốc độ q trình ăn mịn nhiều vi pin cục Tốc độ vi pin phụ thuộc chủ yếu vào điện điện cực
1.3 Nguyên nhân
Xuất vùng điện khác bề mặt kim loại dẫn đến hoạt động vi pin, mà vùng có điện điện cực âm anot (vi anot), vùng có điện điện cực dƣơng catot (vi catot)
Vai trò vùng thay đổi theo thời gian
Xuất vùng điện khác nhau: bề mặt không đồng nhất, điều kiện môi trƣờng không đồng
2 Điện điện cực 2.1 Điện điện cực
Q trình ăn mịn kim loại tác dụng điện hoá khả ion kim loại tách khỏi bề mặt kim loại chuyển vào dung dịch Sự chuyển dịch địi hỏi lƣợng để thắng lực hút của điện tử kim loại Năng lƣợng lƣợng hố học q trình hydrat hố
(3)Khi nhúng kim loại vào chất điện ly xảy tác dụng chất điện ly kim loại, kết giới hạn phân chia pha xuất lớp điện tích kép bƣớc nhảy điện gọi điện điện cực Nguyên nhân xuất nhƣ sau:
Chuyển cation từ bề mặt kim loại vào dung dịch, bề mặt kim loại dƣ điện tích nên tích điện âm Giữa ion kim loại tan vào dung dịch mang điện tích dƣơng bề mặt kim loại mang điện tích âm có lực hút tĩnh điện nên thiết lập hiệu thế, tạo nên lớp điện tích kép Nếu bề mặt kim loại hấp phụ cation dung dịch làm bề mặt kim loại tích điện dƣơng anion dƣ dung dịch thiết lập hiệu thế, tạo lớp điện tích kép
Hấp phụ chọn lọc anion có dung dịch hay phân tử lƣỡng cực
Do kết hợp nguyên nhân trên, nghĩa có hấp phụ anion, phân tử có cực hay nguyên tử bề mặt kim loại điều kiện cation chuyển từ kim loại vào dung dịch hay dung dịch vào kim loại
2.2 Điện điện cực cân không cân
Khi nhúng kim loại vào chất điện ly có khả xuất điện điện cực cân không cân
2.2.1 Điện điện cực cân
Là điện xác định trạng thái cân nghĩa kim loại ion
trao đổi tốc độ trình anot catot (I I ), tổn thất kim
loại khơng (ăn mịn kim loại khơng xảy ra) Điện điện cực cân kim loại đo đƣợc tính tốn theo phƣơng trình nhiệt động:
n
0
Me TN Me TN Me RT (V ) (V ) lna
nF (3.1)
Trong đó:
0 Me TN
(V ) : điện điện cực chuẩn kim loại
R : số khí
T : nhiệt độ tuyệt đối,
(4)Hình 3.2: Sơ đồ thiết lập điện điện cực cân
2.2.2 Điện điện cực không cân
Là điện điện cực đƣợc thiết lập trạng thái ổn định mà q trình trao đổi ngồi ion kim loại, có loại ion khác tham gia trình trao đổi Điện điện cực khơng tính tốn theo phƣơng trình nhiệt động mà xác định thực nghiệm
Điện điện cực xác định đƣợc điều kiện ổn định tổng tốc độ
của trình anot tổng tốc độ trình catot (I1 I2 I1 I2)
gọi điện ổn định kim loại Trong trƣờng hợp tổn thất kim loại
m 0: kim loại bị ăn mịn (I1 I1)
Hình 3.3: Sơ đồ thiết lập điện điện cực không cân
3 Cơ chế ăn mịn điện hố khả xảy ăn mịn điện hố 3.1 Cơ chế ăn mịn điện hố
(5)nhau, chọn vùng không đồng kim loại nằm sát ta thấy xảy trình sau đây:
Q trình anot: q trình oxy hố Trong trƣờng hợp ăn mòn, ion kim loại từ mạng lƣới tinh thể chuyển dung dịch tạo thành ion hydrat hố, để lại điện tử tƣơng ứng Q trình xảy vùng anot theo phản ứng:
2 mH O
n n
2
Me ne Me mH O ne
Quá trình catot: q trình khử, ion, ngun tử, phân tử chất điện ly nhận điện tử bề mặt kim loại Các ion, nguyên tử phân tử gọi chất khử cực Quá trình xảy vùng catot theo phản ứng sau:
D + ne = [D.ne]
Trong : D chất khử phân cực
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên tắc q trình ăn mịn điện hố
Khi q trình điện cực xảy đồng thời có chuyển động điện tử từ vùng anod đến vùng catot, dung dịch điện ly có dịch chuyển cation anion tƣơng ứng
Thí dụ: q trình ăn mịn điện hố ngun tố ganvanic Cu – Fe Zn – Fe theo hình vẽ sau đây:
Các điện tử dƣ kim loại từ vùng anot chuyển vùng catot để bù vào số điện tử vùng bị chất khử cực D phản ứng.Kim loại vùng cực dƣơng tiếp tục tan dịng điện tồn
Nhƣ q trình ăn mịn kim loại xảy đồng thời với xuất dòng điện vùng khác kim loại Vùng kim loại bị hồ tan đóng
(6)trên gọi nguyên tố ganvanic (pin) Quá trình ăn mịn điện hố q trình làm việc nguyên tố ganvanic (nguyên tố vi pin)
Hình 3.5: Ăn mịn điện hố cặp ngun tố kim loại Cu – Fe Zn – Fe
3.2 Khả xảy q trình ăn mịn điện hố
Trong q trình ăn mịn điện hố, muốn cho q trình điện cực xảy
thì điều kiện biến thiên lƣợng tự hệ GT 0
T T
G nE F (3.2)
Trong :
T
G : biến thiên lƣợng tự trình ăn mịn
n: số đƣơng lƣợng gam F: số faraday
ET: sức điện động nguyên tố ăn mòn thuận nghịch
ET = (VK)TN - (VA)TN (3.3)
+ (VK)TN: điện cực thuận nghịch điện cực catot điều
kiện làm việc
+ (VA)TN: điện cực thuận nghịch điện cực anot điều kiện
làm việc
Để trình ăn mịn xảy ET > (do n > 0, F > 0) Từ điều kiện
(7)Hình 3.6: Sơ đồ ăn mịn pin Cu - Zn
4 Hiện tƣợng phân cực khử phân cực 4.1 Hiện tƣợng phân cực
Nhúng kim loại khác (ví dụ gồm đồng kẽm) vào dung dịch điện ly (dung dịch NaCl) Đo điện điện cực kim loại hở mạch ta có:
0 K
V : điện đồng (điện cực catot)
0 A
V : điện kẽm (điện cực anot)
Khi nối cực dây dẫn có dịng điện chạy từ cực dƣơng sang cực âm Theo định luật ôm, cƣờng độ dịng điện sau đóng mạch:
0 K A M
V V
I
R (3.4)
R: điện trở mạch
Sau đóng mạch, cƣờng độ dịng điện giảm từ IM I Do điện trở
trong khơng thay đổi, dịng điện bé điện điện cực thay đổi
Điện catot
K
V giảm xuống VK
Điện anot
A
V tăng lên VA
K A M
V V
I I
R
K K K
V V V : đại lƣợng phân cực catot
0
A A A
(8)Hình 3.7: Biểu đồ đƣờng cong phân cực
Vậy phân cực anot chuyển điện anod phía dƣơng có dòng điện anot Phân cực catot chuyển điện catot phía âm có dịng điện catot
4.2 Hiện tƣợng khử phân cực
Những trình làm giảm phân cực anot catot, làm cho trình anot catot tiến hành dễ dàng gọi khử phân cực anot hay catot
5 Phân cực anot - phân cực catot 5.1 Phân cực anot
Là tƣợng dịch chuyển điện anot phía dƣơng làm cho q trình anot xảy khó khăn Nguyên nhân:
Do tốc độ phản ứng anod chậm
2 mH O
n n
2
Me ne Me mH O ne
Lúc ion kim loại bị hydrat chuyển vào dung dịch, điện tử chuyển sang vùng catot, nhƣng tốc độ chuyển động điện tử sang
vùng catot lớn tốc độ ion kim loại chuyển vào dung dịch
Kết bề mặt điện cực anot tích điện dƣơng, điện anot có trị số dƣơng
Do khuếch tán ion kim loại từ bề mặt vùng anot vào dung dịch chậm, làm giảm trình ion hoá kim loại điện cực, kết làm cho điện anot chuyển phía dƣơng Nguyên nhân gọi phân cực nồng độ, xác định theo phƣơng trình:
n
n
Me A nd
Me a RT
( V ) ln
nF a (3.5)
(9)n
Me
a : hoạt độ ion kim loại sát bề mặt
n
Me
a : hoạt độ ion kim loại dung dịch
Tạo thành màng thụ động dung dịch có chứa chất oxi
hố khơng có anion hoạt động (F
-, Cl-, I-) ngăn cản q trình ion
hố kim loại
5.2 Phân cực catot
Là chuyển điện cực catot phía âm có dịng điện catot, ngăn cản q trình catot:
D + ne D.ne
Quá trình khử phân cực catot ăn mịn điện hố thực loại chất khử phân cực sau:
Ví dụ:
H+.H2O + e = H + H2O =
1 H
2 + H2O
S2O8-2 + 2e = S2O8-4 = 2SO4-2
O2 + 2e + 2H2O = 4OH
-Cl2 + 2e = 2Cl
-Fe3O4 + 2e + H2O = 3FeO + 2OH
-Nguyên nhân:
Do tốc độ phản ứng khử catot chậm, có nghĩa tốc độ phản ứng chất khử cực nhận điện tử chậm tốc độ điện tử từ vùng anot chuyển sang catot, kết bề mặt điện cực catot tích điện âm làm cho điện điện cực chuyển phía âm
Do tốc độ chuyển động chất khử cực D đến bề mặt catot chậm khuếch tán sản phẩm phản ứng khử từ bề mặt điện cực vào sâu dung dịch giảm Kết bề mặt điện cực catod dƣ điện tích âm điện điện cực catot chuyển phía âm
6 Ăn mòn khử phân cực hyđro khử phân cực oxy 6.1 Ăn mòn khử phân cực Hyđro
6.1.1 Ăn mòn khử phân cực hyđro khả nhiệt động
Q trình ăn mịn kim loại có khí H2 thoát khử phân cực catot gọi
q trình ăn mịn khử phân cực hyđro
H+.H2O + e = H + H2O =
1 H
(10)Điều kiện xảy ra: (VMe)TN < (V )H2 TN
1
2 2
2
0 H
H TN H TN
H a RT
(V ) (V ) ln
nF P (3.6)
Trong đó:
2
0 H TN
(V ) = 0: điện tiêu chuẩn điện cực hyđro
H
a : hoạt độ ion H+
2
H
P : áp suất riêng phần H2
6.1.2 Quá trình khử phân cực hyđro
Chia làm giai đoạn sau:
Các ion H+ hyđrat hóa (H+.H2O), khuếch tán đến bề mặt catot
Ở catot ion H+
.H2O bị khử thành nguyên tử H có khả hấp
phụ bề mặt kim loại
Một phần nguyên tử hyđro khuếch tán vào bề mặt kim loại vùng catot
Phần lớn nguyên tử hyđro kết hợp tạo phân tử H2
Hhp + Hhp = H2
Các phân tử hyđro khuếch tán vào dung dịch, sau khuếch tán khơng khí
Các phân tử hyđro bề mặt catot tập hợp tạo thành bọt khí
thốt khỏi bề mặt kim loại
(11)6.2 Ăn mòn khử phân cực oxy
6.2.1 Ăn mòn khử phân cực oxy khả nhiệt động
Q trình ăn mịn kim loại mà phản ứng khử phân cực catot ion hóa oxy:
O2 + 4e + 2H2O 4OH-
Dạng trình ăn mịn phổ biến thực tế, thƣờng xảy mơi trƣờng điện ly trung tính: nƣớc biển, nƣớc sông, đất hay môi trƣờng axit kiềm yếu
Điều kiện để xảy ra: (VMe)TN < (V )O2 TN
2
2
O
O TN O
OH P RT
(V ) V ln
4F a (3.7)
Trong đó:
2
0 O
V : điện tiêu chuẩn điện cực oxy
2
O
P : áp suất riêng phần oxy
OH
a : hoạt độ ion OH
-
Hình 3.9: Sơ đồ trình catot khử phân cực oxy
6.2.2 Quá trình khử phân cực oxy
Quá trình khử phân cực oxy gồm giai đoạn sau:
(12)Chuyển oxy qua lớp khuếch tán chất điện giải, lớp chất lỏng có chiều dày , không chuyển động nằm sát điện cực catot Ion hóa oxy
Trong mơi trƣờng trung tính kiềm:
O2 + 4e + 2H2O = 4OH-
Trong môi trƣờng axit:
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
Khuếch tán ion OH- từ bề mặt catod vào dung dịch
7 Xem xét q trình ăn mịn biểu đồ ăn mịn
Từ biểu đồ phân cực ăn mòn hệ thống, ta xác định đƣợc tốc độ ăn mịn điện hóa, phân tích q trình ăn mịn điện hóa, nghiên cứu đặc tính ăn mịn đề phƣơng pháp bảo vệ cách có hiệu
7.1 Xác định tốc độ ăn mịn điện hóa theo biểu đồ ăn mòn
Phƣơng pháp cịn gọi phƣơng pháp điện hóa Ở phƣơng pháp ta tính đƣợc độ tổn thất kim loại q trình ăn mịn tốc độ ăn
mòn.
Độ tổn thất kim loại bị ăn mòn anod đƣợc xác định theo định luật Farađay:
A.q A.I. m
n.F n.F (3.8)
Trong đó:
m: khối lƣợng kim loại bị ăn mòn (g)
A: nguyên tử gam kim loại (g)
Q: điện lƣợng chạy từ anot sang catot (C) I: cƣờng độ dòng điện ăn mòn (A)
: thời gian (s)
N: hóa trị kim loại q trình ăn mịn F: số Faraday (F = 96500 C = 96500 A.s)
Tốc độ ăn mịn điện hố đƣợc xác định khối lƣợng kim loại bị ăn mòn đơn vị diện tích đơn vị thời gian
m A
A A A
m A.I. A.I A
K .i
S nF .S nF.S nF (g/m
2
.s) (3.9)
Với A
A I i
(13)Km: tốc độ ăn mịn điện hóa (g/m2.s)
iA: mật độ dịng điện anot (A/m2)
SA: diện tích điện cực anod (m2)
7.2 Phân tích q trình ăn mòn theo biểu đồ ăn mòn
Trị số dòng điện ăn mòn đƣợc xác định:
K A
V V
I
R (3.10)
Trong đó:
0
K K K
V V V
0
A A A
V V V
Khi mật độ dòng điện i nhỏ trị số phân cực phụ thuộc vào mật độ dòng điện theo quan hệ:
A A
V k i A
A I
(i )
S
K K
V k i K
K I
(i )
S
Thay vào (3.10) ta có:
0 0
K A K A
1 A K
A K
V V V V
I
k k R P P
R S S (3.11) Trong đó: A A k P
S ;
2 K K k P S
PA: độ phân cực riêng anot
PK: độ phân cực riêng catot
Sức điện động E hệ thống ăn mịn điện hóa bị giảm khắc phục trở
lực: điện rơi VR, đại lƣợng phân cực anot VA, đại lƣợng phân cực catot
K
V Biểu diễn mức độ khống chế thành phần trở lực so với trở lực
chung hệ thống:
A A A
A 0
A K R A K K A
P V V
C
R P P V V V V V (3.12)
K K K
K 0
P V V
C
(14)R R R
R 0
A K R A K K A
P V V
C
R P P V V V V V (3.14)
Trong đó:
CA: mức độ khống chế anot
CK: mức độ khống chế catot
CR: mức độ khống chế điện trở mạch ngồi
Khi hệ thống ăn mịn hồn tồn phân cực CR = 0, dịng điện ăn
mòn cực đại:
0 0
K A K A
max
1 A K
A K
V V V V
I
k k
P P
S S
(3.15)
Căn biểu thức ta thấy trị số dòng điện ăn mịn hệ thống
phân cực hồn tồn Imax thay đổi sức điện động hệ thống thay
đổi độ phân cực
(15)
Hình 3.10: Biểu đồ ăn mòn biểu diễn thay đổi dòng điện ăn mòn phụ thuộc vào yếu tố khống chế trình
a: thay đổi sức điện động hệ thống nhờ thay đổi điện cực anot b: thay đổi sức điện động hệ thống nhờ thay đổi điện cực catot c: thay đổi sức điện động hệ thống nhờ thay đổi độ phân cực catot d: thay đổi sức điện động hệ thống nhờ thay đổi độ phân cực anot e: thay đổi đồng thời độ phân cực anot catot nhƣng giữ nguyên sức
điện động hệ thống
8 Hiện tƣợng thụ động - khử thụ động 8.1 Hiện tƣợng thụ động kim loại
Khảo sát thí nghiệm: nhúng sắt vào dung dịch HNO3 Giữ nhiệt độ
(16)Hình 3.11: Đồ thị biễu diễn phụ thuộc tốc độ ăn mịn sắt vào nơng độ
HNO3
Từ biểu đồ cho ta thấy tăng nồng độ HNO3 tốc độ ăn mịn tăng
dần đạt giá trị cực đại nồng độ 35% HNO3 Sau tăng nồng độ axit
thì tốc độ ăn mịn giảm xuống đến gia trị nhỏ Nhƣ sắt bị thụ động hóa
Hiện tƣợng thụ động kim loại: trạng thái bề mặt kim loại tiếp xúc môi trƣờng xâm thực tạo thành màng hay lớp hấp thụ ngăn cản q trình anot hịa tan kim loại
Chú ý: Khơng phải qúa trình làm chậm ăn mịn q trình thụ
động hóa
Ví dụ: Au, Pt bền môi trƣờng xâm thực độ bền nhiệt động thân kim loại khơng phải thụ động hóa
Khi kim loại bị thụ động hóa có hai đặc điểm sau:
Tốc độ ăn mòn kim loại giảm nhanh
Điện điện cực kim loại phải chuyển trị số dƣơng Ví dụ:
Fe: -0,2 -0,5 v +0,5 +1,0 v
Cr: -0,4 -0,6 v +0,9 v
Sự thụ động kim loại phụ thuộc vào yếu tố sau:
Bản chất kim loại : kim loại thuộc chu kỳ IV, VI, VIII dãy dễ thụ động
Tính chất mơi trƣờng: nồng độ dung dịch, loại ion
dung dịch, trạng thái hoạt động dung dịch, nhiệt độ dung dịch Những chất dễ làm cho kim loại bị thụ động chất oxy
hoá mạnh: NaNO3, NaNO2, K2Cr2O7, KMnO4, KClO3
8.2 Hiện tƣợng khử thụ động - Sự hoạt hóa:
Khi kim loại bị thụ động hóa, thay đổi điều kiện chẳng hạn nhƣ: thành phần dung dịch, nhiệt độ dung dịch làm trạng thái thụ động Hiện tƣợng gọi khử thụ động
Các yếu tố khử thụ động:
(17)Đƣa chất khử vào để khử màng thụ động, làm màng thụ động làm cho kim loại bị hòa tan
Đƣa ion hoạt động vào dung dịch: H+
, Cl-, Br-, I- để phá hủy màng thụ động
Phá hủy màng tác nhân học
9 Các thuyết trạng thái thụ động kim loại
Để giải thích tƣợng thụ động kim loại, ngƣời ta đƣa nhiều thuyết khác nhau, nhƣng có hai thuyết chính: thuyết màng thuyết hấp phụ
9.1 Thuyết màng
Kim loại ăn mòn phản ứng vùng anot:
Me + mH2O Me+n.mH2O + ne
Khi kim loại bị thụ động trình anot khơng xảy hình thành màng bảo vệ bề mặt Màng mỏng mỏng khơng nhìn thấy đƣợc, sản phẩm tác dụng kim loại với môi trƣờng thƣờng dạng oxyt hay hyđroxyt kim loại:
mMe + m.nOH- = Mem(OH)m.n + m.ne
m m.n 2
m.n
mMe m.nOH Me O H O m.ne 2
Màng hình thành bao phủ tồn bề mặt kim loại số vùng hoạt động kim loại phần màng phủ lúc đóng vai trò catot, bề mặt kim loại chƣa bị bao phủ đóng vai trị anot Do diện tích anot giảm,
nên mật độ dòng anot tăng ( A
A I i
S ) dẫn đến nguyên tử kim loại anot
bị oxi hóa mạnh, tạo thành ion hóa trị cao Trong điều kiện mơi trƣờng ăn mịn tạo sản phẩm dạng oxyt hố trị cao, khơng hịa tan có tính chất bảo vệ
9.2 Thuyết hấp phụ
9.2.1 Quan điểm hóa học
Bề mặt kim loại hấp phụ lớp đơn phân tử oxi, lớp phân tử chất oxi hóa Lớp hấp phụ đơn phân tử bao phủ toàn bề mặt kim loại vùng hoạt động
(18)lớp hợp chất điều kiện thơng thƣờng, thƣờing độ bền hóa học cao
Ví dụ: Sắt thụ động dung dịch kiềm lớp đơn phân tử oxi hấp phụ bề mặt nhƣng màng oxyt thƣờng hịa tan dung dịch
9.2.2 Theo quan điểm điện hóa
Lớp oxi hấp thụ bề mặt kim loại nhận điện tử từ bề mặt kim loại trở thành ion lƣỡng cực, đầu dƣơng hƣớng vào kim loại, đầu âm quay Lúc lớp điện tích kép thay đổi, điện điện cực chung kim loại chuyển phía dƣơng Cơng để kim loại tăng, khuynh hƣớng chuyển ion vào dung dịch giảm
10 Các yếu tố ảnh hƣởng tới tốc độ ăn mịn điện hóa
Có yếu tố chính:
Yếu tố bên thuộc kim loại
Yếu tố bên thuộc mơi trƣờng ăn mịn
10.1 Các yếu tố bên
10.1.1 Độ bền nhiệt động kim loại
Để q trình ăn mịn có khả tự xảy GT 0( GT= -nETF)
Lúc điều kiện ăn mòn xảy ET > 0, mà ET phụ thuộc vào chất
kim loại Ví dụ:
Mơi trƣờng trung tính
2
0 H
V = -0,41v Những kim loại có điện
cực âm bị hịa tan (ăn mịn) mơi trƣờng trung tính
Zn V ,
0 Al
V , VK0, VNa0 <
2
0 H
V , kim loại Zn, K, Al, Na…bị hịa tan
mơi trƣờng trung tính Ag, Cu, Hg khơng bị hịa tan Mơi trƣờng axit (khử phân cực hydro),
2
0 H
V = 0,00v; VFe0 = -0,44v;
0 Zn
V = -0,76v; kim loại Fe, Zn bị hòa tan Những kim loại có
điện dƣơng so với
2
0 H
V khơng hịa tan nhƣ Cu, Ag…
10.1.2 Vị trí kim loại bảng tuần hoàn:
(19)tử, tính chất bền ăn mịn nguyên tố tuân theo định luật tuần hoàn liên quan vị trí bảng tuần hồn
Những kim loại thuộc phân nhóm 1A, 2A độ bền kém, ăn mòn cao,
kim loại thuộc chu kỳ 4, 5, phân nhóm phụ IVB, VIB, VIIIB độ bền nhiệt
động kim loại tăng, đặc biệt kim loại chuyển tiếp (Os, Ir, Pt) nhóm
IB (Cu, Ag, Au) kim loại chịu ăn mòn tốt
10.1.3 Cấu tạo tính chất kim loại hợp kim
Các chi tiết máy móc thiết bị thực tế thƣờng dùng hợp kim, cịn kim loại ngun chất dùng Do độ bền ăn mịn điện hố hợp kim khơng phụ thuộc vào thành phần hố học mà cịn phụ thuộc vào cấu trúc Ngƣời ta thƣờng dùng kim loại dễ bị thụ động hoá làm nguyên tố hợp kim để tạo hợp kim sử dụng kỹ thuật chống ăn mòn nhƣ Cu, Ni, Si, V… Hợp kim đƣợc chia thành loại: hợp kim đơn pha hợp kim nhiều pha
Hợp kim nhiều pha: đƣợc tạo thành kim loại trạng thái rắn kết tinh thành pha có thành phần hố học tính chất vật lý khác Theo quan điểm ăn mịn điện hố, độ bền ăn mòn hợp kim nhiều pha phụ thuộc vào hoạt động hệ thống nhiều điện cực, nói chung hợp kim bền Một số trƣờng hợp bền ăn mòn cao nhƣ đồng Silic
Hợp kim đơn pha: hợp kim dạng dung dịch rắn hay hợp chất hoá học Hợp kim đơn pha dạng đơn chất hoá học đƣợc sử dụng dịn tính cơng nghệ Hợp kim dung dịch rắn dùng phổ biến để chế tạo thiết bị máy móc chống ăn mịn Dung dịch rắn có loại, loại dung dịch rắn lẩn dung dịch rắn thế, nhƣng nhiều trƣờng hợp nâng cao tính đồng cấu tạo chủ yếu tạo thành dung dịch rắn
10.1.4 Đặc tính ứng suất
Ứng suất biến dạng kim loại xuất q trình gia cơng chƣa khử bỏ đƣợc xuất trình làm việc máy móc thiết bị Tốc độ ăn mịn phụ thuộc vào trạng thái ứnh suất, đặc tính biến đổi ứng suất (tải trọng động)
(20)huỷ, tạo nên vết nứt nằm đƣờng biên tinh thể, vết nứt tiếp tục phát triển thành khe nứt Trong khe nứt lại dễ dàng hấp phụ chất có hoạt tính ăn mịn cao làm khe nứt phát triển nhanh đến phá hủy kết cấu kim loại Để tránh nguy nứt nẻ ăn mòn, ngƣời ta dùng biện pháp sau:
Sử dụng thép có hàm lƣợng cacbon thấp < 0,2% Ủ để khử ứng suất cịn dƣ sau gia cơng
Xử lý môi trƣờng Bao phủ bảo vệ
Dùng chất làm chậm ăn mòn Bảo vệ điện hố
Đặc tính biến đổi ứng suất (tải trọng động): Khi chịu tác dụng tải trọng động kim loại bị mỏi Nếu ứng suất vƣợt giới hạn mỏi bề mặt kim loại xuất vết nứt Dƣới tác dụng ứng suất biến đổi tạo khe nứt nhỏ bề mặt kim loại làm phá huỷ kim loại cách nhanh chóng, khơng phải làm tăng tốc độ ăn mịn nói chung Đó dạng phá huỷ ăn mòn chi tiết máy làm việc chịu tác dụng đồng thời ứng suất biến đổi mơi trƣờng ăn mịn: trục khuấy, trục bơm, cánh bơm, tuabin
10.1.5 Trạng thái bề mặt kim loại
Khi bề mặt kim loại đƣợc gia cơng phẳng đánh bóng nâng cao độ bền ăn mòn khả tạo thành màng thụ động nhanh chóng hơn, đồng
nhất Vì bề mặt kim loại nhẵn bóng nƣớc khó ngƣng tụ,
chất ăn mịn khác khó bám đọng, làm giảm diện tích tiếp xúc mơi trƣờng bề mặt kim loại
10.2 Các yếu tố bên 10.2.1 Ảnh hƣởng pH
Ảnh hƣởng trực tiếp: độ pH ảnh hƣởng trực tiếp đến tốc độ ăn mịn điện
hố ion H+ ion OH- trực tiếp tham gia vào trình điện cực Khi
thay đổi pH điện điện cực oxy hydro thay đổi Kết q trình ăn mịn khử phân cực oxy khử phân cực hydro thay đổi