Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - Nguyễn Văn Tư

8/20/2019 Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - Nguyễn Văn Tư

1/110

tr! êng ®¹i häc b¸ch khoa h

bµi gi¶ng ®iÖn töM«n häc

¨n mßn vµ b¶o vÖ vËt liÖT¸c gi¶: NguyÔn V¨n T ! Bé m«n: VËt liÖu häc, Xö lý NhiÖt vµ BÒ mÆt Khoa : Khoa häc vµ C«ng nghÖ VËt liÖu

N

W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.BOIDng góp PDF bở i GV. Nguy ễ n Thanh Tú

http://noi%20dung.pdf/http://tac%20gia.pdf/http://noi%20dung.pdf/


2/110

PGS. TS. NguyÔn V¨n T− Bé m«n : VËt liÖu häc vµ NhiÖt luyÖn §¹i häc B¸ch khoa Hµ néiNgµy sinh: 19 th¸ng 1 n¨m 1951N¬i sinh: Phó c− êng, Ba v×, Hµ t©y

Kü s− : 1975, §HBK Hµ néiTiÕn sü: 1988, INPG Céng Hoµ Ph¸p, P §· xuÊt b¶n:VËt liÖu häc, nxb KHKT, 1996

Xö lý bÒ mÆt, nxb §HBK Hµ néi, 1999 ¡n mßn vµ b¶o vÖ vËt liÖu, nxb KHKT, 2

T¸c gi¶

Trë l¹i M

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM W


http://noi%20dung.pdf/http://noi%20dung.pdf/


3/110

¨n mßn vb¶o vÖ vËt

Ch- ¬ng 1 : ¡n mßn kim lo¹iCh- ¬ng 2 : B¶o vÖ chèng ¨n mßn kim lo¹iCh- ¬ng 3 : ¡n mßn d- íi øng suÊt

Ch-

¬ng 4 : ¡n mßn trong m«i tr-

êng khÝ qCh- ¬ng 5 : ¡n mßn trong m«i tr- êng ®ÊtCh- ¬ng 6 : ¡n mßn trong m«i tr- êng n- ícCh- ¬ng 7 : ¡n mßn trong m«i tr- êng n- ícCh- ¬ng 8 : ¡n mßn trong m«i tr- êng khÝ (

Ch- ¬ng 9 : ¡n mßn vµ b¶o vÖ vËt liÖu phi k

W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM


http://ch1-coso.pdf/http://ch1-coso.pdf/http://ch1-coso.pdf/http://ch1-coso.pdf/http://ch1-coso.pdf/http://ch2-baove1.pdf/http://ch2-baove1.pdf/http://ch2-baove1.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch9-phikim.pdf/http://ch9-phikim.pdf/http://ch9-phikim.pdf/http://ch8-kho.pdf/http://ch7-nuoc%20bien.pdf/http://ch6-nuoc%20ngot.pdf/http://ch5-dat.pdf/http://ch4-khi%20quyen.pdf/http://ch3-ung%20suat.pdf/http://gioithieu.pdf/http://ch1-coso.pdf/http://tac%20gia.pdf/http://ch9-phikim.pdf/http://ch2-baove1.pdf/


4/110

http://www.ebook.edu.vnC¬ së ®iÖn ho¸ 1

Ch− ¬ng 1

C¬ së ®iÖn ho¸ cña qu¸ tr×nh¨n mßn vµ b¶o vÖ kim lo¹i

1.1. ®Þ nh nghÜa, Vai trß vµ çc kh¸i niÖm c¬ b¶n

•

§/n: ¡n mßn lµ sù ph¸ huû dÇn tõ ngoµi vµo trong d− íi t¸c dông cña m«i tr− êng hoÆc lµmbiÕn chÊt vËt liÖu kh«ng cßn gi÷ ®− îc çc tÝnh n¨ng ban ®Çu.

• Vai trß cña ¨n mßn

VËt liÖu kim lo¹i vÉn chiÕm vÞ trÝ quan träng, do cã ho¹t tÝnh cao, chóng bÞ ¨n mßn m¹nh.

ë çc n− íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn: thiÖt h¹i do ¨n mßn chiÕm kho¶ng 4,2% GDP.

VÝ dô, Ph¸p, 1982 thiÖt h¹i do ¨n mßn kho¶ng 88 tû fr¨ng, Mü n¨m 1975- 70 tû ®« la.

ë ViÖt nam, thiÖt h¹i do ¨n mßn cßn cã thÓ lín h¬n do khÝ hËu nhiÖt ®íi Èm

•

Sù ph©n bè tû lÖ thiÖt h¹i theo çc d¹ng ¨n mßn nh−

sau :

H×nh 1.1. Sù ph©n bè thiÖt h¹i theo çc d¹ng ¨n mßn

• Çc kh¸i niÖm c¬ b¶n

Ba qu¸ tr×nh c¬ b¶n : qu¸ tr×nh an«t, qu¸ tr×nh cat«t vµ qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn.

Qu¸ tr×nh an«t :Me → Men+ + ne

Qu¸ tr×nh cat«t :

Ox + ne → RedRed lµ d¹ng chÊt khöOx lµ d¹ng chÊt oxy ho¸, th− êng lµ H+ hoÆc O2. NÕu Ox lµ H

+ th× qu¸ tr×nh cat«t sÏ lµ :H+ + e → Hhp Hhp + Hhp → H2

( Hhp lµ hydro hÊp phô ).Ta gäi tr− êng hîp nµy lµ sù ¨n mßn víi chÊt khö ph©n cùc hydro.NÕu Ox lµ O2 th× :

- Víi m«i tr− êng axit, qu¸ tr×nh cat«t sÏ lµ :O2 + 4H

+ + 4e → 2H2O- Víi m«i tr− êng trung tÝnh hoÆc baz¬, qu¸ tr×nh cat«t sÏ lµ :

28% 34%

12%

11% 4%

6% 5%

¡n mßn d− íi øng suÊt¡n mßn ®Òu

¡n mßn mái

¡n mßn kh¸c

¡n mßn mµi mßn

¡n mßn tinh giíi ¡n mßn côc bé

KÕt hîp nhiÒu d¹ng¨n mßn kh¸c nhau

W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUY

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOng góp PDF bở i GV. Nguy ễ n Thanh Tú


5/110


O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

- Cã mÆt çc ion kim lo¹i kh¸c cã thÓ lµ :Men'+ + n'e → Me

hoÆc Men'+ + n''e → Men'''+ trong ®ã n' = n'' + n'''

Qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn : çc ®iÖn tö do kim lo¹i bÞ ¨n mßn gi¶i phãng ra sÏ di chuyÓn tõ n¬i cãph¶n øng an«t tíi n¬i cã ph¶n øng cat«t, cßn çc ion dÞch chuyÓn trong dung dÞch.

H×nh 1.2a. S¬ ®å ¨n mßn ®iÖn ho¸ Zntrong m«i tr− êng axit thùc tÕ

H×nh 1.2b. Pin ¨n mßn ®iÖn ho¸ Zn trongm«i tr− êng axit m« h×nh

H×nh 1.3a. S¬ ®å pin ¨n mßn galvanic gi÷açc kim lo¹i Fe vµ Cu

H×nh 1.3b. S¬ ®å pin ¨n mßn galvanic gi÷açc pha trong hîp kim Cu-Zn

Theo thêi gian çc vïng an«t vµ cat«t lu«n chuyÓn trªn toµn bé bÒ mÆt kim lo¹i → ¨n mßn ®Òu

Çc vïng an«t vµ cat«t−

u tiªn x¶y ra ë 1 vïng x¸c ®Þnh → ¨n mßn côc béH 1.2a: S¬ ®å ¨n mßn Zn trong dung dÞch ZnCl2 thùc tÕ M« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh ¨n mßn

• H×nh 1.2b. T¸ch cat«t vµ an«t riªng: → pin ¨n mßn m« h×nh t− ¬ng tùZn trong dung dÞch ZnCl2-1M ( a),Pt trong dung dÞch axit HCl-1M (b),CÇu muèi cho phÐp çc anion Cl- tõ b → a ®Ó t¹o c©n b»ng ion.B×nh a : Zn → Zn2+ + 2e trë thµnh an«t,B×nh b : 2H+ + 2e → H2

• Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc kim lo¹i (h×nh 1.3a), gi÷a çc pha (h×nh 1.3b)

cat«t an«t

CuFe

+

--

-

-

-

-- +

+

+

++

+

a b

ZnCl2-1M

CÇu muèi

V

+ - Zn

Pt

H2 -1at

HCl-1M

e

Hhf

H+ H+

H+ H+

Hhf

H2 H2

H2 H2

H2

-

-

Cl-Me+

an«t

cat«t

CuSO4-1M FeSO4-1M

Mµng b¸n ng¨n

Cu +

K

Fe -

eV




6/110


1.2. § I Ö n t h Õ ® I Ö n c ù c

• Kh/niÖm: Kim lo¹i (Me) trong dung dÞch chøa c¸c ion Men+ (Cu trong CuSO4) :oxyho¸→

Me ↔ Men+ + ne← khö

ë c©n b»ng cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùcc©n b»ng Ecb tu©n theo hÖ thøc Nernst :

RTEcb = Eo + - -- ln aMen+

nF

R - h»ng sè khÝ, R = 8,31441 J/mol.K;T - nhiÖt ®é tuyÖt ®èi (K)F - h»ng sè Faraday, F = 96500 C/molaMen+ - ho¹t ®é Me

n+ trong dung dÞchEo - ®iÖn thÕ ®iÖn cùc tiªu chuÈn cña kimlo¹i øng víi dung dÞch cã ho¹t ®é a = 1.

H×nh 1.4. S¬ ®å ®o ®iÖn thÕ ®iÖn cùc cñakim lo¹i

B¶ng 1.1. §iÖn thÕ tiªu chuÈn c©n b»ng ë 25oC cña mét sè ph¶n øng ®iÖn cùc

P h ¶ n ø n g Eo, V

Au ↔ Au3+ + 3e 1,50

2H2O ↔ O2 + 4H+ + 4e 1,23

Ag ↔ Ag+ + e 0,80

4 OH- ↔ O2 + 2H2O + 4e 0,40Cu ↔ Cu2+ + 2e 0,34

H2 ↔ 2H+ + 2e 0,00

Pb ↔ Pb2+ + 2e - 0,13

Sn ↔ Sn2+ + 2e - 0,14

Co ↔ Co2+ + 2e - 0,28

Fe ↔ Fe2+ + 2e - 0,44

Cr ↔ Cr3+ + 3e - 0,74Zn ↔ Zn2+ + 2e - 0,76

V ↔ V2+ + 2e - 1,18

Ti ↔ Ti2+ + 2e - 1,63

Al ↔ Al3+ + 3e - 1,67

Mg ↔ Mg2+ + 2e - 2,37

EMe < EC m«i tr− êng → ¨n mßn. Kh¶o s¸t trong 3 tr− êng hîp cô thÓ:

Me n+ -1M

CÇu muèi

V

+ - Me

Pt

H2 -1at

HCl-1M

e




7/110


I. Eo → chiÒu h − íng cña pin ®iÖn ho¸ ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn : (aMen+, aH+... = 1)

Gi÷a 2 kim lo¹i cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc tiªu chuÈn kh¸c nhau ® − îc nèi víi nhau

Fe nhóng trong dung dÞch Fe2+ cã ho¹t ®é a Fe2+ = 1, Cu trong dd cã a Cu2+ = 1 (h×nh 1.3).Søc ®iÖn ®éng cña pin ®ã sÏ lµ :

E

o

= E

o

Cu2+

/Cu - E

o

Fe2+

/ Fe = 0,34 - (-0,44) = 0,78 V.Fe cã ph¶n øng an«t, Cu cã ph¶n øng cat«t:

Fe → Fe2+ + 2e Fe + Cu2+ → Cu + Fe2+ Cu2+ + 2e → Cu hoÆc KL thø 2 lµ vËt dÉn gióp cho pø cat«t

Kim lo¹i ®Æt trong axit kh«ng chøa oxy: kim lo¹i cã EoMe < 0 → bÞ ¨n mßn:Pb, Sn, Co, Fe,..2Me → 2Men+ +2ne2nH+ + 2ne → nH2

Kim lo¹i ®Æt trong axit cã chøa oxy: kim lo¹i cã EoMe


8/110


9/110


2H+ + 2e ↔ H2§å thÞ biÓu diÔn d− íi d¹ng η = f(lgi). Khi ph©n cùc ho¹t ho¸, qu¸ thÕ (ηhh) ®− îc m« t¶

b»ng hÖ thøc sau :ηhh = ± β. lg (i/io)

Trong ®ã, i lµ mËt ®é dßng ®iÖn, tøc lµ c− êng ®é dßng ®iÖn trung b×nh tÝnh trªn mét ®¬n vÞ

diÖn tÝch bÒ mÆt b¶n cùc : I c− êng ®é dßng ®iÖn Ii = =

S diÖn tÝch ®iÖn cùc Sio - mËt ®é dßng trao ®æi

(a) (b)

H×nh 1.7. §− êng biÓu diÔn qu¸ thÕ η = f(lgi)

β - h»ng sè biÓu thÞ ®é dèc cña ®− êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a qu¸ thÕ vµ mËt ®é dßng ®iÖn (η =f(lgi)). β phô thuéc vµo b¶n chÊt cña dung dÞch vµ nhiÖt ®é.

DÊu + øng víi ph¶n øng an«t, do vËy nh¸nh ph©n cùc an«t ë phÝa trªn Eo DÊu - øng víi ph¶n øng cat«t, nh¸nh ph©n cùc cat«t n»m phÝa d− íi Eo β vµ io lµ h»ng sè ®èi víi mçi cÆp pin ¨n mßn.

• MËt ®é dßng trao ®æi io ®Æc tr− ng cho tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng. ë ®ã, c¸c ph¶n øng oxy ho¸

vµ ph¶n øng khö ®Òu cã thÓ x¶y ra nh− ng víi tèc ®é b»ng nhau. VÝ dô, víi ®iÖn cùc tiªu chuÈnhydro trªn h×nh 1.8, ph¶n øng khö ion H+ trong dung dÞch x¶y ra trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc tr¬platin (Pt) theo :

2H+ + 2e → H2 víi tèc ®é lµ rred. §ång thêi, khÝ hydro hoµ tantrong dung dÞch bÞ oxy ho¸ theo ph¶n øng :

H2 → 2H+ + 2e

víi tèc ®é lµ roxh. ë c©n b»ng th× rred = │roxh│.Khi ®ã tån t¹i mËt ®é dßng io tho¶ m·n ®iÒukiÖn : io

rred = │roxh│ = ------, [mol/dm2.s]

nF(roxh vµ rkhö , mol ®− ¬ng l− îng víi c¸c ng/tè ≠)

H×nh 1.8. S¬ ®å ®iÖn cùc hydro

lgio lgi →

1'

1

2H+ + 2e→ H2

H2 → 2H+ + 2eη

A

BO

mµng b¸n ng¨n

dd.H+-1M

VPt

← H2

lgio lgi →

O

η 1

2H+ + 2e→ H2

H2 → 2H+ + 2e

1'




10/110


• §Æc ®iÓm: h×nh 1.7a,o

C¶ hai nh¸nh ph©n cùc cat«t vµ an«t cña ®iÖn cùc hydro ®Òu xuÊt ph¸t tõ ®iÓm øng víi gi¸trÞ io vµ qu¸ thÕ η = 0.

o

ë mËt ®é dßng ®iÖn thÊp, gi÷a qu¸ thÕ vµ mËt ®é dßng cã quan hÖ tuyÕn tÝnh :RT i

η = ± - . nF io khi biÓu diÔn quan hÖ tuyÕn tÝnh trªn trôc to¹ ®é logarit th× cã d¹ng ®− êng cong. Do ®ã ®− êngcong ph©n cùc ph¶i ®− îc tr×nh bµy nh− h×nh 1.7b : cã thªm çc ®o¹n ®− êng cong (OA vµ OB)øng víi mËt ®é dßng thÊp.

o

ë mËt ®é dßng ®iÖn ®ñ cao lµ çc ®o¹n th¼ng Tafel biÓu diÔn quan hÖ phi tuyÕn η = f(i).

1.31.31.31.3.2. Ph©n cùc nång ®é.2. Ph©n cùc nång ®é.2. Ph©n cùc nång ®é.2. Ph©n cùc nång ®é

• §/n: Ph©n cùc nång ®é lµ ph©n cùc g©y ra do sù chËm khuÕch t¸n vËt chÊt ®Õn bÒ mÆt ®iÖncùc.

•

Ph©n cùc nång ®é th− êng chØ x¶y ra ë ph¶n øng cat«t v× khuÕch t¸n trong m«i tr− êng (vÝ dôO2, H2). Khi ®ã, biÓu thøc gi÷a qu¸ thÕ vµ mËt ®é dßng cat«t cã d¹ng :2,3 R T i

η = - lg (1 - )n F igh

R - h»ng sè khÝ, R = 8,314 J /mol ®é; T - nhiÖt ®é tuyÖt ®èi, Kn - sè ®iÖn tö trao ®æi; F - sè Faraday, F = 96.500 C/moligh - mËt ®é dßng giíi h¹n

• BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a qu¸ thÕ vµ logarit mËt ®é dßng khi cã ph©n cùc nång ®é (h×nh 1.19).Ta nhËn thÊy r»ng:

(a) (b)

H×nh 1.9. Quan hÖ η = lg i khi cã ph©n cùc nång ®é

o Giai ®o¹n ®Çu - η Ýt thay ®æi theo mËt ®é dßng

o Giai ®o¹n tiÕp theo - khi i > ith → thay ®æi lín råi ®ét ngét

o igh - gi¸ trÞ cña mËt ®é dßng lín nhÊt (h×nh 1.9a).

o Ph©n cùc hçn hîp (h×nh 1.9b).

§− êng cong ph©n cùc cã thÓ ®− îc biÓu diÔn d− íi d¹ng hay dïng h¬n lµ E = f(lgi), khi ®ã

çc nh¸nh ph©n cùc kh«ng xuÊt ph¸t tõ ®iÓm (0) mµ tõ Ecb

.

lgi →

η

lgigh

0

ph©n cùc nång ®é

ph©n cùc ho¹t ho¸

2H+ + 2e→ H

2H+ + 2e→ H2

0

ith

lgi → lgigh




11/110


1.4. Tèc ®é ¨n mßn

1.4.1. Tèc ®é ¨n mßn khèi l− îng (P1.4.1. Tèc ®é ¨n mßn khèi l− îng (P1.4.1. Tèc ®é ¨n mßn khèi l− îng (P1.4.1. Tèc ®é ¨n mßn khèi l− îng (Ptltltltl))))

• §/n: Lµ khèi l− îng kim bÞ mÊt ®i do ¨n mßn tÝnh cho mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt, trong

mét ®¬n vÞ thêi gian:

St

mm

P 21

tl

−=

m1, m2 lµ khèi l− îng mÉu kim lo¹i tr− íc vµ sau khi bÞ ¨n mßn, g;NÕu S - diÖn tÝch bÒ mÆt kim lo¹i, cm2; t - thêi gian, ngµy th× P tl ®o b»ng [g/cm

2. ngµy]

• §/vÞ : [g/cm2. ngµy], [mg/cm2. ngµy], [g/m2. n¨m],...

1.4.2. Tèc ®é th©m thËp P1.4.2. Tèc ®é th©m thËp P1.4.2. Tèc ®é th©m thËp P1.4.2. Tèc ®é th©m thËp Ptntntntn

• §/n: Tèc ®é th©m nhËp (P tn) lµ chiÒu s©u trung b×nh tÝnh tõ bÒ mÆt ban ®Çu cña kim lo¹ibÞ ¨n mßn sau mét n¨m, ta cã :

;365.P

P tltn ρ= cm/n¨m

P tl [g/cm2. ngµy] th× P tn [cm/n¨m]

• §/vÞ: [mm/n¨m], [cm/n¨m],...

• Ngoµi ra, tèc ®é ¨n mßn cã thÓ ®− îc ®o b»ng mËt ®é dßng ¨n mßn icorr hoÆc thÓ tÝch khÝ

hydro tho¸t ra....• Dùa vµo tèc ®é th©m nhËp cña m«i tr− êng, ng− êi ta chia kim lo¹i thµnh ba nhãm :

o . P tn < 0,125 mm/n¨m ®− îc coi lµ rÊt bÒn ¨n mßno

. 0,125 1,25 mm / n¨m → kh«ng bÒn ¨n mßnChia tèc ®é ¨n mßn: chËm, trung b×nh vµ nhanh t− ¬ng øng

•

§é bÒn cña vËt liÖu d− íi t¸c dông cña m«i tr− êng cßn ®− îc ph©n tû mØ h¬n thµnh n¨mlo¹i ký hiÖu lµ A,B,C,D,E theo thø tù ®é bÒn gi¶m dÇn trong mét m«i tr− êng cô thÓ.

1.4.31.4.31.4.31.4.3. X¸c ®Þ. X¸c ®Þ. X¸c ®Þ. X¸c ®Þnh tèc ®é ¨n mßn b»ng ®− êng cong ph©n cùcnh tèc ®é ¨n mßn b»ng ®− êng cong ph©n cùcnh tèc ®é ¨n mßn b»ng ®− êng cong ph©n cùcnh tèc ®é ¨n mßn b»ng ®− êng cong ph©n cùc

1.4.31.4.31.4.31.4.3.1. Ph©n cùc cat«t vµ ph©n cùc an«t ®Òu lµ ph©n cùc ho¹t ho¸.1. Ph©n cùc cat«t vµ ph©n cùc an«t ®Òu lµ ph©n cùc ho¹t ho¸.1. Ph©n cùc cat«t vµ ph©n cùc an«t ®Òu lµ ph©n cùc ho¹t ho¸.1. Ph©n cùc cat«t vµ ph©n cùc an«t ®Òu lµ ph©n cùc ho¹t ho¸

Tr− êng hîp c¶ ph¶n øng cat«t lÉn an«t ®Òu bÞ k×m h·m bëi ph©n cùc ho¹t ho¸. L¹i xÐt vÝ dôsù ¨n mßn kÏm trong dung dÞch axit h×nh 1.10 : giao ®iÓm M ®− êng an«t cña KL víi cat«t cñam«i tr− êng. V× t¹i M, gi¶ sö cat«t vµ an«t cã cïng diÖn tÝch, th× dßng cat«t c©n b»ng víi dßngan«t → sè e trao = sè e nhËn. Tõ M giãng xuèng ®− îc mËt ®é dßng ¨n mßn ia/m.

1.4.3.2. Ph©n cùc hçn hîp1.4.3.2. Ph©n cùc hçn hîp1.4.3.2. Ph©n cùc hçn hîp1.4.3.2. Ph©n cùc hçn hîpH×nh 1.11 : Zn- ph©n cùc ho¹t ho¸, hydro cã ph©n cùc hçn hîp c¶ ph©n cùc ho¹t ho¸ vµ

ph©n cùc nång ®é.Ta thÊy dßng ¨n mßn lu«n nhá h¬n hoÆc b»ng dßng giíi h¹n cho dï ®− êng cong ph©n cùc

an«t cña kÏm bÞ thay ®æi (tõ 2a sang 2b) :i a/m < igh.




12/110


H×nh 1.10. Tèc ®é ¨n mßn khi cãph©n cùc ho¹t ho¸

H×nh 1.11. Tèc ®é ¨n mßn khi cãph©n cùc hçn hîp

1.4.31.4.31.4.31.4.3.3..3..3..3. BiÓu diÔn tBiÓu diÔn tBiÓu diÔn tBiÓu diÔn tèc ®é ¨n mßnèc ®é ¨n mßnèc ®é ¨n mßnèc ®é ¨n mßn

Tèc ®é ¨n mßn khèi l− îng (P tl) tû lÖ thuËn víi mËt ®é dßng ¨n mßn (i corr) theo theo ®ÞnhluËt Faraday :

t.MnF

iP m/atl = , [g/dm

2. ngµy]

Trong ®ã : icorr - mËt ®é dßng ¨n mßn, A/dm2

t - thêi gian (s) trong 1 ngµy ®ªm (= 24 x 3600 s)M - nguyªn tö l− îng cña kim lo¹in - sè electron trao ®æi cña mét nguyªn tö kim lo¹i, F lµ h»ng sè Faraday

1.5. S ù t h ô ® é n g k I m l o ¹ i

• Kh¸i niÖm: H×nh 1.12 tr×nh bµy ®− êng cong ph©n cùc cña kim lo¹i khi bÞ thô ®éng.

Ban ®Çu khi ®− îc ®− a vµo m«i tr− êng a/m th× KL bÞ ¨n mßn nhanh sau bÞ ¨n mßn chËm dÇnråi gÇn nh− kh«ng cßn bÞ a/m n÷a (tèc ®é a/m rÊt nhá) ta noi KL bÞ thô ®éng ¨n mßn

• §Æc ®iÓm: §− êng cong ph©n cùc cña kim lo¹i bÞ thô ®éng (h×nh 1.12) gåm 3 vïng:

Vïng ho¹t ®éng (active) : cã ®iÖn thÕ thÊp, kim lo¹i bÞ hoµ tan (¨n mßn) b×nh th− êng

Vïng thô ®éng (passive) : EMe > Et® vµ ia/m > it/h th× ia/m gi¶m ®ét ngét ~ = 0 → thô ®éng

o Et® lµ ®iÖn thÕ khëi ®Çu thô ®éng, i t/h mËt ®é dßng (øng víi E t®) lµ mËt ®é dßng tíi h¹n

o Eqt®-Et® lµ kho¶ng thô ®éng cµng réng cµng râ nÐt cµng tèt

o Nguyªn nh©n g©y ra thô ®éng lµ do SP ¨n mßn b¸m chÆt lªn b/m KL. VÝ dô trªn bÒmÆt Al h×nh thµnh mét líp oxit Al203, trªn bÒ mÆt thÐp kh«ng gØ thô ®éng cã líp oxitCr2O3...

Vïng qu¸ thô ®éng (transpassive): khi t¨ng EMe > Eqt® ia/m l¹i t¨ng lªn, Eqt® lµ ®iÖn thÕ qt®

nh¸nh nÐt ®øt trªn gi¶n ®å h×nh 1.12 : 4OH- = O2 + 2H2O + 4e

2H+ + 2e→ H2

lgia/m

lgi →

1'

1

H2 → 2H+ + 2e

O

2'

2 Zn → Zn2++ 2e

EcbZ

Ea/m

E,V

lgi →

H2 → 2H+ + 2e

2H+ + 2e→ H2

lgigh

lgia/m

1 E,V

O

2'

2b

2a

Zn → Zn2++ 2e

EcbZ

Ea/m M




13/110


H×nh 1.12. §− êng cong ph©n cùc an«t khi kim lo¹i bÞ thô ®éng

• Trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, mét kim lo¹i cã thÓ cã hai hoÆc nhiÒu vïng thô ®éng, mçi vïng thô®éng cã thÓ øng víi mét hîp chÊt æn ®Þnh b¶o vÖ trªn bÒ mÆt (h×nh 1.13).

H×nh 1.13. §− êng cong ph©n cùc an«t khi kim lo¹i cã hai vïng thô ®éng

1.6. c¸c yÕu tè ¶nh h− ëng tíi qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i

1.6.1. Nh÷ng yÕu tè bªn trong1.6.1. Nh÷ng yÕu tè bªn trong1.6.1. Nh÷ng yÕu tè bªn trong1.6.1. Nh÷ng yÕu tè bªn trong

1.6.1.1. §é bÒn v÷ng nhiÖt ®éng1.6.1.1. §é bÒn v÷ng nhiÖt ®éng1.6.1.1. §é bÒn v÷ng nhiÖt ®éng1.6.1.1. §é bÒn v÷ng nhiÖt ®éng

VÒ mÆt nhiÖt ®éng häc, kh¶ n¨ng bÞ ¨n mßn cña mét kim lo¹i ®− îc xem xÐt th«ng qua ®iÖnthÕ ®iÖn cùc ë c©n b»ng. T − ¬ng quan gi÷a ®iÖn thÕ c©n b»ng Ecbc cña qu¸ tr×nh cat«t vµ E

cba cña

qu¸ tr×nh an«t cho biÕt kim lo¹i cã kh¶ n¨ng bÞ ¨n mßn trong m«i tr− êng kh«ng. Tèc ®é ¨n mßn

ban ®Çu (Ia/m, bá qua sù ph©n cùc) tÝnh theo c«ng thøc :

Et®2

Et®1

Eqt®2

Eqt®1

lgia/m2 lgith1 lgia/m1 lgi →

Ecb

Vïng thô ®éng 1

Vïng thô ®éng 2

Vïng ho¹t ®éng

E,V

Vïng qu¸ thô

Et®

Eqt®

lgit lgi

Ecb

Vïng thô ®éng

Vïng ho¹t ®éng

E,V

lgia/m




14/110


Ecbc - Ecb

a Ia/m =

RTrong ®ã : R - ®iÖn trë cña pin ¨n mßn. Khi Ecba < E

cbc th× Icorr > 0 tøc lµ kim lo¹i bÞ ¨n mßn.

VÝ dô, trong m«i tr− êng trung tÝnh (pH = 7) ®· ®− îc khö oxy th× ph¶n øng cat«t sÏ lµ :

2H+

+ 2e = H2 §iÖn thÕ c©n b»ng cña ph¶n øng khö hydro ë trªn tÝnh theo c«ng thøc :

Ecbc = - 0,059 pH = - 0,059. 7 = - 0,413 VV× vËy nh÷ng kim lo¹i nµo cã Ecb ©m h¬n - 0,413 V sÏ bÞ ¨n mßn (Icorr >0).

1.6.1.2.1.6.1.2.1.6.1.2.1.6.1.2. ¶nh h− ëng cña cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña hîp kimnh h− ëng cña cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña hîp kimnh h− ëng cña cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña hîp kimnh h− ëng cña cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña hîp kim

• Hîp kim nhiÒu pha nãi chung kÐm bÒn ¨n mßn v× dÔ h×nh thµnh çc pin ¨n mßn galvanic, çc

hîp kim mét pha lµ dung dÞch r¾n th− êng bÒn víi ¨n mßn h¬n• Thªm nguyªn tè hîp kim cã Eo cao, hoÆc dÔ thô ®éng a/m → HK bÒn ¨n mßn h¬n:

o Quy luËt Tamman: tû lÖ nguyªn tö cña çc nguyªn tè bÒn ¨n mßn= n/8 th× ®é bÒn ¨n mßn

cña hîp kim t¨ng lªn ®ét ngét (n = 1,2,3,4,5,6 vµ 7) tuú thuéc vµo lo¹i dung dÞch r¾n, b¶nchÊt cña m«i tr− êng cña çc nguyªn tè HK. VÝ dô, hîp kim Fe-Cr: n=1 víi 1/8 (tøc lµ hîpkim chøa 1 nguyªn tö gam Cr vµ 7 nguyªn tö gam Fe) th× sÏ bÒn ¨n mßn trong axit nitricvíi bÊt kú nång ®é nµo ë 25oC. Sau ®©y lµ ®Æc ®iÓm cña mét sè nguyªn tè:

Fe : vïng ho¹t ®éng cña Fe réng v× E t®=500mV kh¸ cao do ®ã ith cao, khi ®− îc thô ®éngtèc ®é ¨n mßn (ia/m) vÉn cßn lín do ®ã Fe bÞ a/m kh¸ nhanh ngay c¶ khi thô ®éng, tuychËm thô ®éng nh− ng thô ®éng kh¸ râ nÐt

Cr: Thô ®éng vµ qu¸ tr×nh thô ®éng xÈy ra kh¸ sím , Et® vµ ith nhá, Eqt®1 ~ 1,2V, cã thÓ doCr3+ kÐm æn ®Þnh → çc oxit phøc t¹p bËc cao h¬n lµm ph¸ huû mµng thô ®éng. Tuy nhiªn,

do Et®, vïng thô ®éng réng, râ nÐt, ia/m nhá nªn Cr lµ nguyªn tè thô ®éng tèt nhÊt

H×nh 1.14a. Sù thô ®éng cña çc nguyªn tè H×nh 1.14b. Sù thô ®éng cña mét vµi lo¹i vËt liÖu

Ni : qu¸ tr×nh thô ®éng x¶y ra kh¸ sím, sù thô ®éng cña Ni kh«ng râ nÐt, ia/m lín vµ t¨ng

khi t¨ng ®iÖn thÕ

E,V

CrFe

Ni

l i →

Vïngth ® n

Vïngho t ® n

icorr

Cr Fe

FeCr10

E,V

l i →

FeCr20




15/110


So s¸nh 3 kim lo¹i trªn ta thÊy : Cr lµ nguyªn tè t¹o thô ®éng tèt nhÊt.

Khi thÐp ®− îc hîp kim ho¸ Cr víi hµm l− îng kh¸c nhau (h×nh 1.14b) ta thÊy t¨ng %Cr th×thÐp cµng cao th× Et® cµng nhá vµ vïng thô ®éng cµng réng, cµng râ nÐt, t¸c dông chèng ¨n mßncµng cao. Cr lµ nguyªn tè cã t¸c dông t¨ng ®é bÒn ¨n mßn cho thÐp, khi t¨ng hµm l− îng Cr trongthÐp th× tèc ®é ¨n mßn gi¶m (h×nh 1.15).

H×nh 1.15. ¶nh h− ëng cñahµm l− îng Cr ®Õntèc ®é ¨n mßn thÐp

Kh¶ n¨ng thô ®éng th− êng liªn quan ®Õn b¶n chÊt cña mµng oxit h×nh thµnh trªn bÒ mÆt.Dùa vµo mµng oxit h×nh thµnh trªn bÒ mÆt, ng− êi ta cã thÓ chia kim lo¹i thµnh ba nhãm :

Nh÷ng kim lo¹i cã mµng oxit hoµ tan c¶ trong axit lÉn kiÒm (vÝ dô Zn, Al, Pb, Sn) th× tèc®é ¨n mßn thay ®æi theo pH;

Nh÷ng kim lo¹i cã mµng oxit chØ tan trong m«i tr− êng axit (vÝ dô Ca,Mg,Fe,Ni,Co,Cu) th×

chóng bÒn trong m«i tr− êng kiÒm; Nh÷ng kim lo¹i cã mµng oxit dÔ tan trong m«i tr− êng kiÒm (vÝ dô Si, P, Cr, V) th× chóng

bÒn ¨n mßn trong m«i tr− êng axit; Nh÷ng kim lo¹i cã mµng oxyt kh«ng hoµ tan c¶ trong axit lÉn kiÒm (vÝ dô Pt, Ag, Ti ) cã

tèc ®é ¨n mßn kh«ng thay ®æi theo pH.

1.6.2. Nh÷ng yÕu tè bªn ngoµi1.6.2. Nh÷ng yÕu tè bªn ngoµi1.6.2. Nh÷ng yÕu tè bªn ngoµi1.6.2. Nh÷ng yÕu tè bªn ngoµi

1.6.2.1.1.6.2.1.1.6.2.1.1.6.2.1. ¶nnnnh h− ëng cña pHh h− ëng cña pHh h− ëng cña pHh h− ëng cña pH

Khi pH thay ®æi sÏ lµm thay ®æi tèc ®é ¨n mßn vµ ®é bÒn nhiÖt ®éng ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßnkim lo¹i. BiÓu diÔn ¶nh h− ëng cña pH ®Õn ®iÖn thÕ c©n b»ng cat«t cña c¸c ph¶n øng quan träng

(h×nh 1.16) cho thÊy:

Au kh«ng bÞ ¨n mßn trong dung dÞch axit hoÆc kiÒm

Cu kh«ng bÞ ¨n mßn trong dung dÞch axit kh«ng chøa oxy nh− ng bÞ ¨n mßn trong dung dÞch

cã chøa oxy

Fe bÞ ¨n mßn c¶ trong axit vµ kiÒm

Khi x¶y ra ¨n mßn th× ®é pH cña dung dÞch t¨ng do ®ã lµm gi¶m Ecbc, nång ®é ion trong dungdÞch t¨ng, lµm t¨ng EcbMe. Khi E

cbMe > E

cbc th× kim lo¹i kh«ng cßn bÞ ¨n mßn n÷a. §iÒu nµy cho

thÊy lµ c¸c nhËn xÐt trªn chØ cã thÓ ®óng ë thêi ®iÓm ban ®Çu, sau ®ã, do nång ®é thay ®æi,mét kim lo¹i cã thÓ bÞ ¨n mßn ë thêi ®iÓm ban ®Çu nh− ng sau ®ã th× kh«ng cßn bÞ ¨n mßnn÷a.

P tn,cm/s

10-5

10-7

10-9

5 %Cr → 10 15

Max

Min




16/110


H×nh 1.16. §iÖn thÕ c©n b»ng cña mét vµi cÆp ®iÖn cùc theo pH

1.6.2.2.1.6.2.2.1.6.2.2.1.6.2.2. ¶nh h− ëng cña thµnh phÇn dung dÞchnh h− ëng cña thµnh phÇn dung dÞchnh h− ëng cña thµnh phÇn dung dÞchnh h− ëng cña thµnh phÇn dung dÞch

- Trong m«i tr− êng trung tÝnh, çc muèi oxy ho¸ (KClO3, K2CrO4...) lµm cho kim lo¹i bÞthô ®éng, tèc ®é ¨n mßn bÞ k×m h·m.

- Çc anion t¹o thµnh víi ion kim lo¹i çc muèi kh«ng tan trªn an«t vµ cat«t sÏ lµm gi¶mtèc ®é ¨n mßn. VÝ dô khi photphat ho¸ kim lo¹i ta cã :

Fe2+ + HPO42- = FeHPO4

1.6.2.3.1.6.2.3.1.6.2.3.1.6.2.3. ¶nh h− ëng cña nång ®é oxynh h− ëng cña nång ®é oxynh h− ëng cña nång ®é oxynh h− ëng cña nång ®é oxy

Trong çc m«i tr− êng ¨n mßn th× oxy lµ mét chÊt oxy ho¸ quan träng nhÊt. VÝ dô trongm«i tr− êng n− íc, ph¶n øng cat«t quan träng nhÊt lµ :

O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Khi ®ã tèc ®é ¨n mßn phô thuéc vµo nång ®é oxy hoµ tan trong n − íc. Khi nång ®é oxy t¨ng th×tèc ®é ¨n mßn t¨ng. Ta cã quan hÖ :

Digh = 4.F. J =4.F. CoO2

XTrong ®ã : J lµ mËt ®é dßng khuÕch t¸n, [mol/cm2.s], (n=4), D lµ hÖ sè khuÕch t¸n, X lµ

chiÒu dµy líp khuÕch t¸n, CoO2 lµ nång ®é oxy hoµ tan. Tuy nhiªn oxy còng lµ nguyªn tè gióp chokim lo¹i ®− îc thô ®éng ¨n mßn v× hÇu hÕt mµng thô ®éng bÒ mÆt lµ mµng oxit. Khi nång ®é oxyv− ît qu¸ mét giíi h¹n nµo ®ã th× kim lo¹i sÏ bÞ thô ®éng. VÝ dô, hîp kim Fe-Cr sÏ bÞ thô ®éng khiCoO2 ≥ 0,7 ml/l dung dÞch.

E, V

1,0

0,5

0,0

-0,5

3

Au/Au3

Cu/Cu2

O2 /2H2O

H2 /2H+

Fe/Fe2+ Zn/Zn2

6 129pH →




17/110


1.6.2.4.1.6.2.4.1.6.2.4.1.6.2.4. ¶nh h− ëng cña nhiÖt ®énh h− ëng cña nhiÖt ®énh h− ëng cña nhiÖt ®énh h− ëng cña nhiÖt ®é

• Trong tr− êng hîp qu¸ tr×nh cat«t lµ sù khö cña ion H+ th× tèc ®é ¨n mßn t¨ng theo nhiÖt®é v× qu¸ thÕ hydro gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng (nh¸nh ph©n cùc cat«t n©ng lªn cao).

• Khi qu¸ tr×nh cat«t lµ khö oxy th× x¶y ra hai tr− êng hîp : NÕu hÖ thèng lµ kÝn th× sù t¨ng nhiÖt ®é sÏ lµm t¨ng tèc ®é ¨n mßn v× khuÕch t¸n

cña oxy t¨ng NÕu hÖ thèng hë ®Ó oxy tho¸t ra th× tèc ®é ¨n mßn t¨ng lªn theo nhiÖt ®é ®Õn tËn

nhiÖt ®é 80 oC, sau ®ã sÏ gi¶m xuèng vµ tèc ®é ¨n mßn sÏ rÊt nhá ë nhiÖt ®é s«i cña dungdÞch.

1.6.2.5.1.6.2.5.1.6.2.5.1.6.2.5. ¶nh h− ëng cñanh h− ëng cñanh h− ëng cñanh h− ëng cña çc c«ng nghÖ vËt liÖuçc c«ng nghÖ vËt liÖuçc c«ng nghÖ vËt liÖuçc c«ng nghÖ vËt liÖu

• Gia c«ng nhiÖt: cã ¶nh h− ëng rÊt lín ®Õn tèc ®é ¨n mßn v× gia c«ng nhiÖt lµm thay ®æi tæ chøckim lo¹i.

o VÝ dô, t«i lat«ng hai pha sÏ nhËn ®− îc tæ chøc mét pha → kh«ng t¹o ¨n mßn galvanic

o

T«i thÐp kh«ng gØ austenit ë 1150-1200

o

C trong n−

íc → tæ chøc 1 phao

ThÐp cacbon trung b×nh sau khi t«i th× ¨n mßn gi¶m, sau ram 400-500oC ¨n mßn l¹i t¨ng.

• Çc c«ng nghÖ vËt liÖu kh¸c:

o Çc c«ng nghÖ kÐo theo sù biÕn ®æi nhiÖt ®é nh− : gia c«ng ¸p lùc, hµn,.. còng lµm biÕn ®æitæ chøc kim lo¹i. Tuú tõng tr− êng hîp cô thÓ, tuú theo tæ chøc nhËn ®− îc mµ cã ¶nh h− ëngkh¸c nhau ®Õn tèc ®é ¨n mßn.

o Hµn hoÆc gi÷ nhiÖt l©u thÐp kh«ng gØ austenit trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ 400 ®Õn 800 oC th×

cacbit cr«m sÏ tiÕt ra trªn biªn giíi gi÷a çc h¹t d− íi d¹ng Cr23C6 lµm h×nh thµnh çc vïngnghÌo Cr do ®ã g©y nªn ¨n mßn tinh giíi h¹t (sÏ ®− îc kh¶o s¸t sau)

o

Hµn t¹o tæ chøc kh«ng ®ång nhÊt gi÷a vïng nãng ch¶y vµ çc vïng l©n cËn, vïng nãngch¶y cã tiÕt pha → ¨n mßn t¨ng

o Gia c«ng biÕn d¹ng: çn kÐo,... biªn giíi h¹t t¨ng lªn, ho¹t tÝnh kim lo¹i t¨ng → ¨n mßn

t¨ng

o §óc khu«n çt nguéi chËm dÔ tiÕt pha → ¨n mßn t¨ng

o Çc c«ng nghÖ luyÖn kim → thay ®æi thµnh phÇn vµ tæ chøc kim lo¹i → quyÕt ®Þnh nhiÒu

d¹ng ¨n mßn

o C«ng nghÖ vËt liÖu g©y ra çc t¸c ®éng: nhiÖt, bøc x¹, øng suÊt c¬, nhiÖt, pha,.. → ®Èy

m¹nh ¨n mßn




18/110


1.7. Çc d¹ng ¨n mßn

1.7.1. Çc çch ph©n lo¹i ¨n mßn1.7.1. Çc çch ph©n lo¹i ¨n mßn1.7.1. Çc çch ph©n lo¹i ¨n mßn1.7.1. Çc çch ph©n lo¹i ¨n mßn

1.7.1.1. Ph©n lo¹i theo c¬ chÕ ¨n mßn1.7.1.1. Ph©n lo¹i theo c¬ chÕ ¨n mßn1.7.1.1. Ph©n lo¹i theo c¬ chÕ ¨n mßn1.7.1.1. Ph©n lo¹i theo c¬ chÕ ¨n mßn

¡n mßn ®iÖn ho¸¡n mßn ®iÖn ho¸¡n mßn ®iÖn ho¸¡n mßn ®iÖn ho¸

¨n mßn ®iÖn ho¸ lµ sù ¨n mßn kim lo¹i trong m«i tr− êng ®iÖn ly, trong ®ã sù oxy ho¸ kimlo¹i vµ sù khö çc chÊt oxy ho¸ kh«ng chØ x¶y ra trong mét ph¶n øng trùc tiÕp mµ nhê sù dÉn®iÖn, qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö cßn x¶y ra trong ph¹m vi réng, phøc t¹p h¬n. §iÓn h×nh lµ çc d¹ng¨n mßn galvanic.

¡n mßn ho¸ häc (¨n mßn trong m«i tr− êng khÝ)¡n mßn ho¸ häc (¨n mßn trong m«i tr− êng khÝ)¡n mßn ho¸ häc (¨n mßn trong m«i tr− êng khÝ)¡n mßn ho¸ häc (¨n mßn trong m«i tr− êng khÝ)¨n mßn ho¸ häc lµ sù ¨n mßn kim lo¹i trong m«i tr− êng khÝ, do ®ã cßn gäi lµ ¨n mßn kh«,

x¶y ra do ph¶n øng ho¸ häc cña kim lo¹i víi m«i tr− êng khÝ xung quanh cã chøa çc chÊt x©mthùc nh− O2, S2, Cl2... VÝ dô kim lo¹i (Me) khi nung ë nhiÖt ®é cao trong kh«ng khÝ bÞ oxy ho¸theo ph¶n øng:

Me + 1/2 O2 → MeO

C¬ chÕ ¨n mßn cã liªn quan ®Õn t¸c ®éng c¬ häcC¬ chÕ ¨n mßn cã liªn quan ®Õn t¸c ®éng c¬ häcC¬ chÕ ¨n mßn cã liªn quan ®Õn t¸c ®éng c¬ häcC¬ chÕ ¨n mßn cã liªn quan ®Õn t¸c ®éng c¬ häc¡¡nn mmßßnn ø ø nngg ssuuÊ Ê tt ¡¡nn mmßßnn mmµµii mmßßnn ¡¡nn mmßßnn mmááii,,......

1.7.1.2. Ph©n lo¹i theo m«i tr1.7.1.2. Ph©n lo¹i theo m«i tr1.7.1.2. Ph©n lo¹i theo m«i tr1.7.1.2. Ph©n lo¹i theo m«i tr− êng ¨n mßn− êng ¨n mßn− êng ¨n mßn− êng ¨n mßn

¡n mßn khÝ quyÓn¡n mßn khÝ quyÓn¡n mßn khÝ quyÓn¡n mßn khÝ quyÓn ¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc ngät¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc ngät¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc ngät¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc ngät ¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc biÓn¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc biÓn¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc biÓn¡n mßn trong m«i tr− êng n− íc biÓn ¡n mßn trong m«i tr− êng ®Êt¡n mßn trong m«i tr− êng ®Êt¡n mßn trong m«i tr− êng ®Êt¡n mßn trong m«i tr− êng ®Êt

¡n mßn trong kim lo¹i láng,...¡n mßn trong kim lo¹i láng,...¡n mßn trong kim lo¹i láng,...¡n mßn trong kim lo¹i láng,...1.7.1.3. Ph©n lo¹i theo ph¹m vi ¨n mßn1.7.1.3. Ph©n lo¹i theo ph¹m vi ¨n mßn1.7.1.3. Ph©n lo¹i theo ph¹m vi ¨n mßn1.7.1.3. Ph©n lo¹i theo ph¹m vi ¨n mßn ¡n mßn ®Òu¡n mßn ®Òu¡n mßn ®Òu¡n mßn ®ÒuQu¸ tr×nh ¨n mßn x¶y ra t− ¬ng ®èi ®ång ®Òu trªn toµn bé bÒ mÆt kim lo¹i. Lo¹i ¨n mßn nµy Ýtnguy hiÓm v× ta cã thÓ dù ®o¸n tr− íc khi thiÕt kÕ kÕt cÊu. ¡n mßn côc bé¡n mßn côc bé¡n mßn côc bé¡n mßn côc bé

Lµ d¹ng ¨n mßn − u tiªn x¶y ra trong ph¹m vi hÑp. Tuú theo vÞ trÝ vµ h×nh thÓ ¨n mßn ng− êita ph©n ra:

• ¡n mßn khe• ¡n mßn lç

•

¡n mßn tinh giíi• ¡n mßn chän lùa• ...

Sau ®©y lµ c¬ së cña mét sè d¹ng ¨n mßn gay gÆp trong thùc tiÔn.




19/110


1.7.2. ¡n mßn Galvanic1.7.2. ¡n mßn Galvanic1.7.2. ¡n mßn Galvanic1.7.2. ¡n mßn Galvanic

1.7.2.1. §Þnh nghÜa1.7.2.1. §Þnh nghÜa1.7.2.1. §Þnh nghÜa1.7.2.1. §Þnh nghÜa

• §/n: ¨n mßn galvanic lµ d¹ng ¨n mßn x¶y ra khi cã sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ t¹o nªn mét pin ¨nmßn.

• Çc d¹ng: o

Gi÷a hai hoÆc nhiÒu kim lo¹i cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc kh¸c nhau ®− îc l¾p ghÐp trªn cïngmét kÕt cÊu. VÝ dô: tµu thuû, phÇn lín çc chi tiÕt ®− îc lµm b»ng thÐp, vá tµu, b¸nhl¸i... nh− ng ch©n vÞt l¹i ®− îc lµm b»ng hîp kim Cu. Ngoµi ra, cßn cã protector b»ng hîpkim Zn hoÆc Al

o Gi÷a çc pha trong hîp kim ®a pha. VÝ dô, lat«ng ®óc gåm hai pha lµ: α giµu Cu vµ β

giÇu Zn. Chóng cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc rÊt kh¸c nhauo

Gi÷a çc vïng trong hîp kim, sù chªnh lÖch nång ®é do thiªn tÝch, do ba ®éng thµnhphÇn,.. còng cã thÓ lµ nguyªn nh©n t¹o nªn ¨n mßn galvanic.

1.7.2.2. C¬ chÕ ¨n mßn galvanic1.7.2.2. C¬ chÕ ¨n mßn galvanic1.7.2.2. C¬ chÕ ¨n mßn galvanic1.7.2.2. C¬ chÕ ¨n mßn galvanic

1.7.2.2.1. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc kim lo¹i1.7.2.2.1. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc kim lo¹i1.7.2.2.1. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc kim lo¹i1.7.2.2.1. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc kim lo¹i• S¬ ®å mét pin ¨n mßn gi÷a hai ®iÖn cùc b»ng Fe vµ Ni cã cïng h×nh d¹ng vµ kÝch th− íc ®− îc

nhóng trong dung dÞch axit ®· khö hÕt O2 cã pH=1 (h×nh 1.17).

H×nh 1.17. Pin ¨n mßn galvanic Fe-Ni H×nh 1.18. §− êng cong ph©n cùc cña Fe vµ Ni

• §− êng cong ph©n cùc cña çc kim lo¹i Fe vµ Ni trong m«i tr− êng ¨n mßn.

o Gi¶ thiÕt r»ng, tèc ®é ph¶n øng khö ph©n cùc hydro ë c¶ hai ®iÖn cùc lµ nh− nhau (h×nh

1.18).o NÕu ®Ó ®éc lËp nhau th×: do EoFe < E

oNi, nªn i

a/mFe > i

a/mNi

o Khi hai ®iÖn cùc Fe vµ Ni ®− îc nèi víi nhau b»ng mét d©y dÉn ®iÖn, gi¶ thiÕt r»ng dung

dÞch cã ®iÖn trë ®ñ nhá ®Ó c¶ hai ®iÖn cùc Fe vµ Ni cã chung mét ®iÖn thÕ ¨n mßn E a/mC,

víi Ea/mFe< Ea/m

C< Ea/m

Ni. Víi Ea/m

C th× : i’Fe > iFe ng− îc l¹i i’Ni


20/110


o Chªnh lÖch ®iÖn thÕ cµng lín th× ¨n mßn galvanic cµng m¹nh: 2 ®iÖn cùc Fe vµ Pt (EoFe

= - 0,44V; EoPt=+ 1,20V) chªnh lÖch ®iÖn thÕ lín, Fe bÞ ¨n mßn m¹nh. Fe vµ Ni cãchªnh lÖch ®iÖn thÕ Ýt (EoFe=-0,44V; E

oNi=-0,257 V) ¨n mßn Fe t¨ng Ýt. Fe vµ Zn (E

oFe =

- 0,44V; EoZn = - 0,76V), Ea/m

C cã thÓ nhá h¬n Ecb

Fe, khi ®ã Fe kh«ng bÞ ¨n mßn cßn Zn¨n mßn m¹nh.

o §− êng cong ph©n cùc cat«t cµng dèc (®iÖn trë dung dÞch lín, cã ph©n cùc nång ®é) khi

®ã dßng ¨n mßn cµng nhá vµ hiÖu qu¶ nèi ng¾n m¹ch cµng thÊp, kim lo¹i cã ®iÖn thÕ®iÖn cùc ©m h¬n sÏ bÞ ¨n mßn m¹nh ë vïng tiÕp xóc

o Tû lÖ diÖn tÝch bÒ mÆt hai ®iÖn cùc: cat«t (Ni) vµ an«t (Fe) cµng lín th× E a/mC sÏ cµng s¸tvíi Ea/mNi . Khi ®ã tèc ®é ¨n mßn Fe t¨ng lªn.

H×nh 1.19. H×nh ¶nh ¨n mßn galvanic gi÷a c¸c kim lo¹i• §Ó biÕt kh¶ n¨ng ¨n mßn cña c¸c kim lo¹i nh− tr×nh bµy trªn ph¶i c¨n cø vµo ®iÖn thÕ ®iÖn cùc

æn ®Þnh cña kim lo¹i hoÆc hîp kim trong m«i tr− êng mµ chóng ®ang lµm viÖc. Khi ®ã, ngoµi¶nh h− ëng cña ®iÖn thÕ tiªu chuÈn cßn cã ¶nh h− ëng cña m«i tr− êng, ¶nh h− ëng cña mµng thô®éng,... ®− îc ®Æc tr− ng b»ng ®iÖn thÕ ¨n mßn hay ®iÖn thÕ æn ®Þnh cña kim lo¹i trong dungdÞch.

• N− íc biÓn dÉn ®iÖn tèt lµ m«i tr− êng cÇn ®Æc biÖt chó ý tíi d¹ng ¨n mßn galvanic.

B¶ng 1.2 cho ®iÖn thÕ æn ®Þnh cña mét sè kim lo¹i vµ hîp kim trong m«i tr− êng: n− íc biÓnnh©n t¹o ë 25oC b·o hoµ kh«ng khÝ vµ cã khuÊy, pH = 7,5.

Pt

NaCl NaCl

Pt

O2

O2

O2

O2

OH

OH

OH

OHFe

OH

OH

OH

O2

O2

O2

Fe

OH

Ni

NaCl NaCl

Ni

O2

O2

O2

O2

OH

OH

OH

OHFe

OH

OH

OH

O2

O2

O2

Fe

OH

Fe

NaCl NaCl

Fe

O2

O2

O2

O2

OH

OH

OH

OHZ

OH

OH

OH

O2

O2

O2

Z

OH




21/110


B¶ng 1.2. §iÖn thÕ æn ®Þnh (Ea/mMe)* cña mét vµi vËt liÖu trong n− íc biÓn nh©n t¹o

Kim lo¹i Ea/mMe, mV Kim lo¹i Ea/m

Me, mV

Ni (99,6%) 46 ThÐp çcbon - 335

LCuZn27 13 Dura - 339

Cu 10 Cd - 519

TKG 12Cr18Ni9 -45 Al (99,5%) - 667

Ti - 111 Al (MgSi) - 785

Pb (99,9%) - 259 Zn (98%) - 809

Sn (98,5%) - 284 Mg - 1355TKG: ThÐp kh«ng gØ, L: lat«ng, * ®iÖn thÕ ®o víi ®iÖn cùc tiªu chuÈn hydro

B¶ng 1.3 cho ®iÖn thÕ æn ®Þnh cña mét sè kim lo¹i vµ hîp kim trong m«i tr− êng n− íc biÓnchuyÓn ®éng (15km/h), ë kho¶ng (20-25) oC.

B¶ng 1.3. §iÖn thÕ æn ®Þnh cña mét vµi vËt liÖu trong n− íc biÓn

Kim lo¹i Ea/m

Me vs SCE, V Kim lo¹i Ea/m

Me vs SCE, VZn -1,03 Lat«ng Al -0,32

Gang chøa 2%Ni -0,68 LCuZn5 -0,31

Gang x¸m th− êng -0,61 LCuZn29Sn (h¶i qu©n) -0,29

ThÐp cacbon -0,61 BCuNi10Fe0,8 -0,28

TKG 430 (ho¹t ®éng) -0,57 BCuNi30Fe0,45 -0,25

Ni-Resist* (2) -0,54 TKG 430 (ho¹t ®éng) -0,22

TKG 304 (ho¹t ®éng) -0,53 TKG 316 (ho¹t ®éng) -0,18

TKG 410 (ho¹t ®éng) -0,52 Inconel -0,17

Ni-Resist (3) -0,49 TKG 410 (thô ®éng) -0,15

Ni-Resist (4) -0,48 Ti -0,15

Ni-Resist (1) -0,46 TKG 304 (thô ®éng) -0,084

BCuNi30Fe1Mn0,5 -0,40 Hastelloy “c” -0,079

Cu -0,36 Monel -0,075

LCuZn15 -0,33 TKG 316 (thô ®éng) -0,05

TKG- thÐp kh«ng gØ, * hîp kim Fe-Ni cã (C,Cr,Cu,Si,Mn)

§iÖn thÕ ®iÖn cùc tiªu chuÈn cña Al lµ -1,67V, ®iÖn thÕ æn ®Þnh cña Al trong çc m«i rÊt

kh¸c gi¸ trÞ tiªu chuÈn v× tuú theo m«i tr− êng cã lµm cho mµng oxit Al2O3 trªn bÒ mÆt æn ®Þnhkh«ng.Trong m«i tr− êng n− íc biÓn nh©n t¹o lµ Ea/mAl= - 667 mV, trong n− íc biÓn tù nhiªn,Ea/mAl= - 0,8 ®Õn -1V.

1.7.2.2.2. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a h¹t tinh thÓ1.7.2.2.2. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a h¹t tinh thÓ1.7.2.2.2. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a h¹t tinh thÓ1.7.2.2.2. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a h¹t tinh thÓ vµ biªn giíi h¹tvµ biªn giíi h¹tvµ biªn giíi h¹tvµ biªn giíi h¹t

• Çc pin ¨n mßn galvanic cã thÓ h×nh thµnh gi÷a: h¹t tinh thÓ vµ biªn giíi h¹t, gi÷a çc h¹t tinhthÓ vµ gi÷a kim lo¹i vµ t¹p chÊt

o Gi÷a h¹t vµ biªn giíi h¹t: biªn giíi cã ho¹t tÝnh ho¸ häc cao h¬n → bÞ ¨n mßn (h×nh

1.20a). V× biªn giíi h¹t tËp trung nhiÒu sai lÖch m¹ng, nhiÒu t¹p chÊt vµ thiªn tÝch thµnhphÇn. Tr¸i l¹i còng cã mét sè vËt liÖu kim lo¹i mµ biªn giíi h¹t l¹i kÐm ho¹t ®éng ho¸

häc h¬n, do lµ ë biªn giíi h¹t, hiÖn t−

îng thiªn tÝch lµm tËp trung nhiÒu nguyªn tè cã




22/110


®iÖn thÕ ®iÖn cùc d− ¬ng h¬n (h×nh 1.20b). HiÖn t− îng nµy lµm cho vïng l©n cËn biªngiíi h¹t bÞ ¨n mßn.

H×nh 1.20a. ¡n mßn ë biªn giíi h¹t tinh thÓ H×nh 1.20b. ¡n mßn vïng l©n cËn tinh giíi

1.7.2.2.3. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc pha trong1.7.2.2.3. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc pha trong1.7.2.2.3. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc pha trong1.7.2.2.3. Pin ¨n mßn galvanic gi÷a çc pha trong vËt liÖu kim lo¹i ®a phavËt liÖu kim lo¹i ®a phavËt liÖu kim lo¹i ®a phavËt liÖu kim lo¹i ®a pha

Th«ng th− êng hîp kim mét pha bÒn ¨n mßn h¬n hîp kim ®a pha, v× trong hîp kim ®a pha,cã thÓ h×nh thµnh çc cÆp pin ¨n mßn galvanic.• ¨n mßn galvanic trong gang x¸m. Tæ chøc ®iÓn h×nh cña gang x¸m peclit gåm graphit mµu

®en trªn nÒn peclit (h×nh 1.21). Ea/m cña graphit cao h¬n Ea/m cña peclit, an«t lµ nÒn peclit bÞ ¨nmßn hoµ tan vµo dung dÞch ®Ó l¹i graphit, ta nãi gang bÞ ¨n mßn tho¸t graphit.

• ¨n mßn galvanic trong thÐp cacbon chøa 0,95%C:o

Sau khi t«i, thÐp cã tæ chøc mactenxit, kh¸ bÒn ¨n mßn (h×nh 1.22)o Sau khi ram thÊp (sau khi t«i b¾t buéc ph¶i ram) (tõ 150 ®Õn 250 oC) nhËn ®− îc tæ chøc

mactenxit ram, vÉn bÒn ¨n mßno

Sau khi ram trung b×nh (tõ 300 ®Õn 450 oC) vµ ram cao (tõ 500 ®Õn 650 oC). Tuú theonhiÖt ®é vµ thêi gian ram, trong tæ chøc cña thÐp cã tiÕt ra pha cacbit vµ ph¸t triÓnnhanh theo nhiÖt ®é vµ thêi gian ram → pin ¨n mßn galvanic lµm cho tèc ®é ¨n mßnt¨ng. Tèc ®é ¨n mßn ®¹t cùc ®¹i t¹i nhiÖt ®é ram kho¶ng 400-500 oC, khi ®ã çc h¹t

cacbit s¸p nhËp thµnh çc h¹t lín h¬n, pin ¨n mßn galvanic ho¹t ®éng m¹nh nhÊt.o Sau khi ram ë çc nhiÖt ®é cao h¬n n÷a (trªn 500 oC) tèc ®é ¨n mßn l¹i gi¶m v× thÐp l¹i

quay vÒ tæ chøc peclit ban ®Çu.

H×nh 1.21. Tæ chøc cña gang x¸m H×nh 1.22. Tèc ®é ¨n mßn thÐpt«i råi ram ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau trong dungdÞch axit H 2 SO 4 -1%, thêi gian ram 2h, kÝch th− ícmÉu: 2,5x2,5x0,6cm

Graphit

NÒn

P m /h

40

20

60

T, oC800200 500

Biªn giíi h¹t lµ an«t

H¹t BH¹t A

Vïng l©n cËn lµ an«tBiªn giíi h¹t lµ cat«t

H¹t BH¹t A




23/110


1.7.2.3. Chèng ¨n mßn galvanic1.7.2.3. Chèng ¨n mßn galvanic1.7.2.3. Chèng ¨n mßn galvanic1.7.2.3. Chèng ¨n mßn galvanic

• Tr¸nh sö dông çc kim lo¹i hoÆc hîp kim cã ®iÖn thÕ ¨n mßn chªnh lÖch nhau

• Çch ®iÖn çc kim lo¹i víi nhau

• Gi÷ tû lÖ diÖn tÝch thÝch hîp C/A (kh«ng ph¶i lóc nµo còng ®− îc)

•

B¶o vÖ cat«t,→ san b»ng (Ýt chªnh lÖch ®i) ®iÖn thÕ ¨n mßn cña çc kim lo¹i kh¸c nhau

• NhiÖt luyÖn ®Ó t¹o ra tæ chøc mét pha nÕu cã thÓ1.7.3. ¡n mßn do sù chªnh lÖch1.7.3. ¡n mßn do sù chªnh lÖch1.7.3. ¡n mßn do sù chªnh lÖch1.7.3. ¡n mßn do sù chªnh lÖch nång ®énång ®énång ®énång ®é

1.7.3.1. Kh¸i niÖm1.7.3.1. Kh¸i niÖm1.7.3.1. Kh¸i niÖm1.7.3.1. Kh¸i niÖm

Nång ®é ion hoµ tan trong dung dÞchNång ®é oxy hoµ tan1.7.3.2. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é ion trong dung dÞch1.7.3.2. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é ion trong dung dÞch1.7.3.2. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é ion trong dung dÞch1.7.3.2. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é ion trong dung dÞch

Pin ¨n mßn galvanic do chªnh lÖch nång ®é ®− îc m« t¶ trªn h×nh 1.23 bao gåm hai ®iÖn

cùc Fe gièng hÖt nhau ®−

îc nhóng, mét ®iÖn cùc trong dung dÞch nghÌo ion Fe

2+

vµ ®iÖn cùc thøhai ®− îc nhóng trong dung dÞch giµu ion Fe2+.

Gi¶ sö phÝa nghÌo Fe2+ (b×nh a) cã nång ®é ion Fe2+ lµ 0,001M, phÝa giÇu Fe2+ (b×nh b) cãnång ®é 0,01M. Theo ph− ¬ng tr×nh Nernst ta cã:

EcbFe2+ = Eo + 0,0296 lg CFe2+

b×nh a: EcbFe2+ = -0,44 + 0,0296 lg 0,001 = - 0,529Vb×nh b: EcbFe2+ = -0,44 + 0,0296 lg 0,01 = - 0,499VDo sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ c©n b»ng gi÷a hai b×nh, phÝa b×nh a nghÌo Fe2+ cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc©m h¬n trë thµnh an«t vµ bÞ ¨n mßn, nèi kho¸ K sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua.

H×nh 1.23. S¬ ®å pin ¨n mßndo chªnh lÖch nång®é ion Fe2+

1.7.3.3. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy trong dung dÞch1.7.3.3. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy trong dung dÞch1.7.3.3. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy trong dung dÞch1.7.3.3. ¡n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy trong dung dÞch

• S¬ ®å pin ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy (h×nh 1.24). Gåm hai ®iÖn cùc Fe gièng nhau®− îc nhóng trong dung dÞch NaCl (pH = 7). PhÝa a ®− îc thæi b·o hoµ O2, ng¨n b ®− îc thæi N2 ®Ó ®uæi hÕt O2. Hai ng¨n ®− îc th«ng nhau nhê cÇu nèi ®Æc biÖt.

• H×nh 1.25 tr×nh bµy ®− êng cong ph©n cùc: o

Fe vµ ®− êng cong ph©n cùc an«t - ph©n cùc ho¹t ho¸ o

Ph¶n øng cat«t: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- (chÊt khö ph©n cùc O2 ®Ó thÊy ¶nh h− ëng cña

sù chªnh lÖch nång ®é oxy) - ph©n cùc nång ®é

•

K

(b) giÇu Fe2+

FecÇu muèi

Fe

(a) nghÌo Fe2+




24/110


H×nh 1.24. S¬ ®å pin ¨n mßn do chªnhlÖch nång ®é oxy

H×nh 1.25. §−

êng cong ph©n cùc khiCã chªnh lÖch nång ®é oxy(1) – b×nh a giµu oxy, (2) – b×nh b nghÌo oxy

• §øng ®éc lËp: iba/m < i

aa/m)

• Nèi ng¾n m¹ch hai ®iÖn cùc (®ãng kho¸ K):o

B×nh a do nång ®é oxy cao → ia/m > ith nªn ®iÖn cùc Fe ë tr¹ng th¸i thô ®éng →ia/m gi¶mxuèng chØ cßn ia’a/m < i

ba/m

o B×nh b ®iÖn cùc Fe vÉn n»m trong vïng ho¹t ®éng víi iba/m vµ ®iÖn thÕ ¨n mßn E

2.

ia’a/m < ib

a/m Fe ë b×nh giµu oxy bÞ ¨n mßn chËm h¬n ë b×nh nghÌo oxy

o

Ph¶n øng ¨n mßn: Fe + H2O → FeOH+ + H+ + 2e

FeOH+ + H2O → Fe(OH)2 + H+

do tèc ®é ¨n mßn ë b×nh b lín h¬n ë b×nh a do ®ã sinh nhiÒu H+ h¬n, mÆt kh¸c ph¶n øng cat«t:O2 + 2H2O + 4e → 4OH

- l¹i x¶y ra m¹nh ë b×nh a (v× nång ®é oxy ë b×nh a cao h¬n) do ®ã ë b×nh b giÇu H + vµ Na+ cßnb×nh a d− anion OH- vµ Cl- mét çch tù nhiªn sÏ t¹o dßng khuÕch t¸n: H+, Na+ tõ b×nh b sang b×nh a OH- vµ Cl- tõ b×nh a sang b×nh b

Çc ion Cl- sang b×nh b t¹o ph¶n øng:Fe + H2O + Cl

- → FeOHCl + H+ + 2elµm cho mµng thô ®éng kh«ng thÓ h×nh thµnh ®− îc vµ do ®ã tèc ®é ¨n mßn ®iÖn cùc ë b×nh b(nghÌo oxy) lín h¬n ë b×nh a (giÇu oxy)

1.7.3.4. Mét sè d¹ng ¨n mßn do sù chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4. Mét sè d¹ng ¨n mßn do sù chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4. Mét sè d¹ng ¨n mßn do sù chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4. Mét sè d¹ng ¨n mßn do sù chªnh lÖch nång ®é oxy

1.7.3.4.1. ¡n mßn khe1.7.3.4.1. ¡n mßn khe1.7.3.4.1. ¡n mßn khe1.7.3.4.1. ¡n mßn khe

Khe hë gi÷a çc mÆt bÝch, çc gio¨ng, ®Öm, çc mèi ghÐp b»ng ®inh t¸n (h×nh 1.26a,b),trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do sù chªnh lÖch nång ®é oxy: n¬i n»m s©u trong khe hÑp oxy kh«ngkhuÕch t¸n tíi ®− îc bÞ ¨n mßn.

K

Fe

O2

cÇu muèi

Fe

N2

ba

lgia’a/m lgiLgiaa/m

(a)

(1)

lgiba m

Ecb

E ↑

(2)

E2

Et®




25/110


H×nh 1.26a. Mét d¹ng ¨n mßn khe H×nh 1.26b. S¬ ®å ¨n mßn khe

1.7.3.4.2. ¡n mßn ë ®− êng mÝm n− íc1.7.3.4.2. ¡n mßn ë ®− êng mÝm n− íc1.7.3.4.2. ¡n mßn ë ®− êng mÝm n− íc1.7.3.4.2. ¡n mßn ë ®− êng mÝm n− íc

Líp n− íc trªn bÒ mÆt giÇu oxy, líp n− íc s¸t phÝa d− íi nghÌo oxy do ®ã vËt liÖu bÞ ¨n mßn t¹i

vïng nghÌo oxy theo c¬ chÕ chªnh lÖch oxy ®· m« t¶ trªn (h×nh 1.27).1.7.3.4.3. ¡n mßn ch©n chim d− íi líp s¬n1.7.3.4.3. ¡n mßn ch©n chim d− íi líp s¬n1.7.3.4.3. ¡n mßn ch©n chim d− íi líp s¬n1.7.3.4.3. ¡n mßn ch©n chim d− íi líp s¬n

Sù h×nh thµnh d¹ng ¨n mßn ch©n chim (gØ giun) ®− îc m« t¶ trªn h×nh 1.28. T

1.7.3.4.4. ¡n mßn ë vïng l¾ng ®äng1.7.3.4.4. ¡n mßn ë vïng l¾ng ®äng1.7.3.4.4. ¡n mßn ë vïng l¾ng ®äng1.7.3.4.4. ¡n mßn ë vïng l¾ng ®äng

Líp c¸t bïn, t¹p chÊt l¾ng ®äng trªn bÒ mÆt c¶n trë oxy khuÕch t¸n tíi t¹o líp thô ®éng bÒmÆt g©y nªn ¨n mßn do l¾ng ®äng. D¹ng ¨n mßn nµy th− êng gÆp ë c¸c kÕt cÊu cè ®Þnh, songcòng cã thÓ gÆp khi tµu neo ®Ëu l©u ngµy ë vïng n− íc bÈn tï ®äng kh«ng ®− îc th− êng xuyªn vÖsinh (h×nh 1.29).

H×nh 1.27. Mét d¹ng ¨n mßn vïngmÝm n− íc

H×nh 1.28. ¡n mßn ch©n chim d− íi líp s¬n H×nh 1.29. ¡n mßn ë vïng l¾ng ®äng

vïng ¨n mßn

vïng ¨n mßn

Cl-Me+

Me+

Me+ Me+

Me+

Me+

Me+Me+

Me+

Me+

Me+

ee

e

e

e

OH-

O2

O2 OH-

Cl-

Fe2O3+H2O

H2O O2+H2O

H2O O2

Fe2OHFe2O3+H2O

Líp s¬n

-

+-

Giµu oxy

Giµu oxy

Vïng nghÌo oxy

L¾ng ®äng

vïng ¨n mßn

líp gØ s¾t

O2

vïng ¨n mßn

líp gØ s¾t

O2




26/110


1.7.3.4.5. ¡n mßn lç1.7.3.4.5. ¡n mßn lç1.7.3.4.5. ¡n mßn lç1.7.3.4.5. ¡n mßn lç

X¶y ra ®èi víi çc kim lo¹i vµ hîp kim cã tÝnh thô ®éng ¨n mßn nh− : Fe, Cr, Al, Ni,... çclo¹i thÐp kh«ng gØ trong m«i tr− êng cã çc anion Cl-, Br-, I- (halogen).

§− êng cong thô ®éng khi cã anion halogen vµ kh«ng cã halogen (h×nh 1.30). Khi cã mÆt çc halogen vïng thô ®éng bÞ thu hÑp

Çc ion Cl-

lµm ph¸ huû côc bé mµng thô ®éng... C¬ chÕ qu¸ tr×nh ¨n mßn còng t− ¬ng tù nh− c¬ chÕ ¨n mßn do sù chªnh lÖch nång ®é oxytrong m«i tr− êng g©y raë vïng ®¸y lç nghÌo O2 do ®ã bÞ ¨n mßn vµ lµ an«t, çc vïng kh¸c lµ cat«t. Cl

- di chuyÓn®Õn an«t lµm mÊt kh¶ n¨ng t¸i thô ®éng, do ®ã ¨n mßn t¨ng lªn. Lç cµng s©u, vïng ®¸y lç cµngnghÌo oxy cµng g©y nªn ¨n mßn (h×nh 1.31).

H×nh 1.30. ¶nh h− ëng cña halogen ®Õn®− êng cong ph©n cùc

H×nh 1.31. Sù h×nh thµnh ¨n mßn lç khicã mÆt Cl- :

Ta thÊy hai m¸c thÐp kh«ng gØ (TKG) 304 vµ 316 cã cïng cã 18 %Cr vµ 8 %Ni, nh− ng thÐpkh«ng gØ m¸c 316 cã chøa 2 %Mo do ®ã bÒn ¨n mßn lç h¬n. C¬ chÕ ¨n mßn lç thÐp kh«ng gØ®− îc s¬ ®å ho¸ trªn h×nh 1.32.

H×nh 1.32. Sù h×nh thµnh ¨n mßn lç thÐp kh«ng gØ

TKG 304 TKG 316 Hastello F Hastello C Ti chiÒu ® bÒn ¨n

OH-

FeOHCl

Cl-

O2+2H2O+4e=4OH-

O2

e e

O2+2H2O+4e=4OH-

O2

lgi →

Eqt®2

Eqt®1

Vïng thô ®éng

khi kh«ng cã halogen

Et®1

lgith

Ecb

Vïng thô ®éngkhi cã mÆt halogen

E, V

MeOHCl

OH-H2O2

e e

OH-H2

O2 Cl- OH-

Me2

Cl-




27/110


BiÖn ph¸p chèng ¨n mßn lç: pha thªm Mo, Al vµo hîp kim, çc nguyªn tè nµy lµm t¨ng ®iÖn trëcña mµng thô ®éng do ®ã lµm gi¶m mËt ®é dßng ¨n mßn. Çc kÕt qu¶ nghiªn cøu míi ®©y chothÊy thÐp kh«ng gØ nit¬ tr¸nh ®− îc ¨n mßn lç do ion N+ tËp trung ë s¸t bÒ mÆt lµm mÊt t¸c dôngcña çc anion Cl-. Xö lý m«i tr− êng b»ng çch thªm OH- (kiÒm) hoÆc CrO4

2- lµm më réng vïngthô ®éng.

1.7.3.4.5. B¶o vÖ chèng ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4.5. B¶o vÖ chèng ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4.5. B¶o vÖ chèng ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy1.7.3.4.5. B¶o vÖ chèng ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxyDïng ®Öm, s¬n bÝt kÝn khe kh«ng cho dung dÞch vµoDïng hµn thay cho çc mèi ghÐp dïng ®inh t¸nDïng cao su hoÆc chÊt dÎo cuèn chÆt che kÝn n¬i x¶y ra ¨n mßn vïng mÝm n− ícCä röa s¹ch n¬i l¾ng ®äng.

1.7.4. ¡n mßn tinh giíi1.7.4. ¡n mßn tinh giíi1.7.4. ¡n mßn tinh giíi1.7.4. ¡n mßn tinh giíi

• §/n: ¡n mßn tinh giíi lµ d¹ng ¨n mßn x¶y ra ë tinh giíi hoÆc l©n cËn tinh giíi h¹t tinh thÓ.Th«ng th− êng, biªn giíi h¹t (do tËp trung nhiÒu t¹p chÊt h¬n, nhiÒu sai lÖch m¹ng h¬n) cãho¹t tÝnh cao h¬n so víi nÒn do ®ã bÞ ¨n mßn nhanh h¬n → nhá cã thÓ bá qua. Trong mét sètr− êng hîp → ¨n mßn ë biªn giíi h¹t trë nªn rÊt quan träng: mét sè lo¹i thÐp kh«ng gØ, hîpkim Al ®é bÒn cao, mét sè hîp kim Cu,...

1.7.4.1. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ

1.7.4.1.1. ThÐp kh«ng1.7.4.1.1. ThÐp kh«ng1.7.4.1.1. ThÐp kh«ng1.7.4.1.1. ThÐp kh«ng gØgØgØgØ

• ThÐp kh«ng gØ lµ thÐp chøa Cr víi hµm l− îng Cr trªn 12% → bÒn ¨n mßn• Trong mét sè ®iÒu kiÖn hiÖn t− îng tiÕt cacbit Cr lµm xuÊt hiÖn vïng nghÌo Cr ë l©n cËn biªn

giíi h¹t do ®ã thÐp bÞ ¨n mßn tinh giíi.1.7.4.1.2. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ austeni1.7.4.1.2. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ austeni1.7.4.1.2. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ austeni1.7.4.1.2. ¡n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ austenitttt

• Khi xö lý nhiÖt thÐp kh«ng gØ austenit trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ 400 ®Õn 800 oC → bÞ ¨n mßn

tinh giíi• Çc d¹ng c«ng nghÖ ®− îc thùc hiÖn trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ 400 oC ®Õn 800 oC (hµn, çnnãng, phun phñ,...)

• Kho¶ng nhiÖt ®é 400-800 oC ®− îc gäi lµ vïng nh¹y c¶m cña thÐp víi ¨n mßn tinh giíi.• Gi¶n ®å tiÕt cacbit Cr: thÐp chøa 18%Cr-10%Ni, giíi h¹n hµm l− îng cacbon b¾t ®Çu tiÕt

cacbit Cr khi ®− îc lµm nguéi ®¼ng nhiÖt ë çc nhiÖt ®é 500, 600, 700 vµ 800 oC (h×nh 1.33).

H×nh 1.33. Sù tiÕt pha cacbit khi lµm nguéi thÐp

kh«ng gØ

%C →

800 oC700oC600 oC500 oC%Cr ↑

18%Cr

C1 C2 C3 C4




28/110


o Ta nhËn thÊy r»ng, nhiÖt ®é cµng thÊp th× giíi h¹n hµm l− îng cacbon b¾t ®Çu tiÕt ra cacbitcµng nhá → t«i cacbit kh«ng kÞp tiÕt ra th× thÐp còng kh«ng nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi

o T¨ng % C → dÔ tiÕt cacbit Cr → ¨n mßn tinh giíi t¨ng (kinh tÕ)

• Gi¶n ®å TtC (h×nh 1.34a) (T-nhiÖt ®é, t-thêi gian, C-hµm l− îng c¸cbon): Vïng bªn tr¸i ®− êng

cong ch÷ “C” lµ vïng kh«ng tiÕt cacbit Cr vµ kh«ng nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi. ThÐpcµng Ýt cacbon th× ®− êng cong ch÷ “C” cµng dÞch sang bªn ph¶i, thÐp cµng Ýt nh¹y c¶m víi ¨nmßn tinh giíi.

• ¶nh h− ëng cña Mo (h×nh 1.34b) thÐp (18Cr-15Ni.-0,02C) → %Mo → ®− êng cong ch÷ “C”còng dÞch chuyÓn sang ph¶i, thÐp cµng Ýt nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi. Mo lµ nguyªn tèhîp kim quan träng, vai trß cña nã trong ¨n mßn lç, ¨n mßn trong n− íc biÓn cµng thÊy rç rÖth¬n. Tuy nhiªn Mo ®¾t tiÒn, viÖc sö dông còng cÇn ®− îc c©n nh¾c.

• ¶nh h− ëng cña Ni (h×nh 1.34c) thÐp (20Cr-0,05C) → ¶nh h− ëng cña Ni rÊt phøc t¹p.o

ThÐp chøa Ýt Ni thùc tÕ kh«ng bÞ ¨n mßn tinh giíi.o

Khi t¨ng hµm l− îng Ni → thÐp l¹i trë nªn dÎo dai h¬n gi¶m t¸c h¹i cña ¨n mßn tinh giíio

V× Ni ®¾t tiÒn nªn l− îng dïng trong thÐp chØ h¹n chÕ d− íi 15%. Trªn 15% Ni th× sÏ trëthµnh c¸c lo¹i hîp kim Ni (®· kh¶o s¸t ë 2.2.1.7).

H×nh 1.34a,b. ¶nh h− ëng cña C vµ Mo ®Õn kh¶ n¨ng tiÕt cacbit Cr

H×nh 1.34c. ¶nh h− ëng cña Ni ®Õn sù tiÕtcacbit Cr vµ ¨n mßn tinh giíi

900

T,

900 0% Mo

ba t h → t h →

2%

T,

0,05%

0,02%

700700

500500

500

700

900T, oC

12% Ni

44% Ni

34% Ni

t h →




29/110


• C¬ chÕ ¨n mßn tinh giíi khi cã hiÖn t− îng tiÕt cacbit cr«m (h×nh 1.35)trªn 800oC tèc ®é khuÕch t¸n cña Cr ®ñ nhanh ®Ó xan b»ng nång ®é Cr, vïng nghÌo Cr kh«ngcßn n÷a vµ sù ¨n mßn tinh giíi còng kh«ng x¶y ra.Chèng ¨n mßn tinh giíi cña çc nguyªn tè Ti, Nb (h×nh 1.36). Ta nhËn thÊy r»ng cacbit Cr tiÕtra sau cïng. ChØ khi hµm l− îng C trong thÐp ®ñ cao ®Ó toµn bé cacbit Ti, Nb tiÕt ra hÕt mµ vÉncßn ®ñ C th× míi cã hiÖn t− îng tiÕt cacbit Cr. Do ®ã, víi nång ®é thÝch hîp, Nb, Ti, Ta,.. lµ çcnguyªn tè cacbit ho¸ m¹nh, cã t¸c dông chèng ¨n mßn tinh giíi víi bÊt kú chÕ ®é nhiÖt luyÖnnµo.

H×nh 1.35. Sù h×nh thµnh vïng nghÌo Cr H×nh 1.36. ¶nh h− ëng cña çc nguyªn tè Ti,Nb

1.7.4.1.3. ¡n mßn tinh giíi çc lo¹i thÐp kh«ng gØ kh¸c1.7.4.1.3. ¡n mßn tinh giíi çc lo¹i thÐp kh«ng gØ kh¸c1.7.4.1.3. ¡n mßn tinh giíi çc lo¹i thÐp kh«ng gØ kh¸c1.7.4.1.3. ¡n mßn tinh giíi çc lo¹i thÐp kh«ng gØ kh¸c

ThÐp kh«ng gØ austenit-ferit : %Cr trong pha ferit cao h¬n nhiÒu trong pha austenit, cacbitCr tiÕt ra ë biªn giíi h¹t, nh− ng n»m lÖch vÒ phÝa cã hµm l− îng Cr cao - pha ferit. Tuy cã tån t¹ivïng nghÌo Cr ë l©n cËn ®− êng biªn giíi h¹t nh− ng l¹i n»m ë phÝa pha ferit (h×nh 1.37) → kh«ng

nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi.ThÐp kh«ng gØ ferit :

• §Ó æn ®Þnh tæ chøc ferit, thÐp kh«ng gØ ferit th− êng cã %Cr cao, hµm l− îng cacbon thÊp → Ýtnh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi. Tuy nhiªn, mét sè m¸c thÐp kh«ng gØ ferit, ®Ó an toµn, ng − êita vÉn hîp kim ho¸ thÐp b»ng Ti ®Ó lo¹i trõ hiÖn t− îng tiÕt cacbit Cr vµ ¨n mßn tinh giíi(08Cr18Ti; 15Cr25Ti;...)

ThÐp kh«ng gØ M¸ctenxÝt th− êng chøa Ýt Cr vµ hµm l− îng C kh¸ cao (30Cr13; 40Cr13;80Cr17) nªn nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi.

H×nh 1.37. Sù tiÕt cacbit vµph©n bè nång ®é Cr trongthÐp kh«ng gØ austenit-ferit

austenit

%Cr ↑

18

12

Biªn giíi

ferit

%Cr ↑

18

12

Biªn giíi

Cr23C6

500

1000

1500

T, oC

Láng

TiC, NbC, Crht,

TiC, NbC, Cr23C6, Cht

Kim lo¹i




30/110


1.7.4.1.4. ¡n mßn tinh giíi khi hµn1.7.4.1.4. ¡n mßn tinh giíi khi hµn1.7.4.1.4. ¡n mßn tinh giíi khi hµn1.7.4.1.4. ¡n mßn tinh giíi khi hµn

H×nh 1.38. Sù ph©n bè nhiÖt ®é khi hµn H×nh 1.39. ¡n mßn l− ìi lam khi hµn

§Ó chèng ¨n mßn tinh giíi khi hµn: hîp kim ho¸ thÐp b»ng çc nguyªn tè Ti, V, Nb.

1.7.4.1.5. Çc yÕu tè ¶nh h− ëng1.7.4.1.5. Çc yÕu tè ¶nh h− ëng1.7.4.1.5. Çc yÕu tè ¶nh h− ëng1.7.4.1.5. Çc yÕu tè ¶nh h− ëng kh¸ckh¸ckh¸ckh¸c

TP vµ Si (H×nh 1.40 vµ h×nh 1.41).• Si trong kho¶ng nång ®é tõ 103 ppm ®Õn 2%, Si → nh¹y c¶m víi ¨n mßn tinh giíi

• P > 102 ppm → ¨n mßn tinh giíi, tèc ®é ¨n mßn t¨ng nhanh khi t¨ng hµm l− îng P

• Nguyªn nh©n g©y ¨n mßn tinh giíi cña hai nguyªn tè P vµ Si cã thÓ dothiªn tÝch ë biªn giíih¹t:

o gi¶m, thËm chÝ trong mét sè tr− êng hîp, mÊt t¸c dông b¶o vÖ cña líp oxit Cr

o mËt ®é dßng ¨n mßn tËp trung m¹nh ë vïng biªn giíi h¹t

H×nh 1.40. ¶nh h− ëng cña Si ®Õn tèc ®é¨n mßn

H×nh 1.41. ¶nh h− ëng cña P ®Õn tèc ®é¨n mßn

1.7.4.1.6. Chèng ¨n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1.6. Chèng ¨n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1.6. Chèng ¨n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ1.7.4.1.6. Chèng ¨n mßn tinh giíi thÐp kh«ng gØ

Çc biÖn ph¸p chèng tiÕt ra cacbit Cr cã thÓ coi lµ çc biÖn ph¸p chèng ¨n mßn tinh giíi:• T«i ®Ó tr¸nh hiÖn t− îng tiÕt cacbit Cr

Vïng hµn Vïng ¨n mßnVïng ¨n mßnVïng ¨n mßn Vïng ¨n mßn

Vïng hµn

¡n mßn tinh giíi¡n mßn ®Òu

%P, ppm103102

2

4

6

P tl,mg/cm2.h

8

2

4

6

8

%Si, ppm

2%

104103 102

P tl,mg/cm2.h




31/110


• Gi¶m hµm l− îng C trong thÐp, nh− ng chØ víi møc ®é nhÊt ®Þnh, nÕu muèn h¹ C xuèng thÊpqu¸ th× l¹i rÊt ®¾t tiÒn

• Hîp kim ho¸ thÐp b»ng c¸c nguyªn tè Ti, V, Ta, Nb, W,... C¸c nguyªn tè nµy cã kh¶ n¨ng t¹ocacbit rÊt m¹nh, m¹nh h¬n lµ ®èi víi Cr cho nªn trong thÐp khi cã mÆt chóng th× kh«ng cßnkh¶ n¨ng h×nh thµnh vµ tiÕt cacbit Cr ë vïng biªn giíi h¹t n÷a

•

ñ rÊt l©u ë nhiÖt ®é khuÕch t¸n ®Ó lµm ®ång ®Òu hµm l−

îng Cr lo¹i trõ ¨n mßn tinh giíi. Métsè lo¹i thÐp khi lµm viÖc l©u ë nhiÖt ®é cao (trªn 450 oC) l¹i kh«ng cßn bÞ ¨n mßn tinh giíinh− thêi gian ®Çu v× cã ®ñ thêi gian ®Ó khuÕch t¸n san b»ng hµm l− îng Cr.

1.7.4.2. ¡n mßn tinh giíi hîp kim Al1.7.4.2. ¡n mßn tinh giíi hîp kim Al1.7.4.2. ¡n mßn tinh giíi hîp kim Al1.7.4.2. ¡n mßn tinh giíi hîp kim Al

H×nh 1.42. Sù h×nh thµnh vïng nghÌo Cu do tiÕt CuAl2

H×nh 1.43. TiÕt pha MgZn2 trong hîp kimAlCu2Mg2Zn6Mn (B95)

ThiÕt kÕ chi tiÕt chÞu nÐn.

H¹t MgZn2: 84%Zn

Biªn giíi h¹t tinh thÓ

Biªn giíi h¹t tinh thÓ

Hîp kim: - 0,69V

Vïng nghÌo Cu: - 0,84V

CuAl2: - 0,53V




32/110

http://www.ebook.edu.vnChèng ¨n mßn vËt liÖu 44

ch! ¬ng 2

B ¶ o v Ö vËt liÖuB ¶ o v Ö vËt liÖuB ¶ o v Ö vËt liÖuB ¶ o v Ö vËt liÖu

S¬ ®å çc gi¶i ph¸p chung ®Ó chèng ¨n mßn vËt liÖu:

2.". ThiÕt kÕ kÕt cÊu hîp lýThiÕt kÕ kÕt cÊu ph¶i tho¶ m#n ®ång thêi : yªu cÇu vÒ c¬ tÝnh, yªu cÇu tÝnh c«ng nghÖ, tÝnh

chÊt ®iÖn, tõ, tÝnh chÊt nhiÖt, çc chØ tiªu kinh tÕ vµ m«i tr ! êng nh! : chèng ¨n mßn, t¸i sinh vËtliÖu, t! ¬ng thÝch sinh häc. Çc nguyªn t¾c khi thiÕt kÕ :

". LËp b¶ng cho phÐp th©m nhËp cña m«i tr ! êng (¨n mßn) cho tõng chi tiÕt

2.

Thay çc mèi ghÐp ®inh t¸n b»ng hµn ®Ó lo¹i trõ ¨n mßn khe. Chän vËt liÖu lµm ®inh t¸ncã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc æn ®Þnh cao h¬n vËt liÖu cÇn ghÐp (®inh t¸n lµ cat«t)

3.

Chän vËt liÖu cho kÕt cÊu (nÕu cã thÓ) b»ng cïng lo¹i vËt liÖu

4.

ThiÕt kÕ ®Ó kh«ng t¹o øng suÊt kÐo, kh«ng tËp trung øng suÊt ë çc chi tiÕt ngËp s©utrong m«i tr ! êng ¨n mßn

5.

Tr¸nh t¹o çc ®! êng èng dÉn gÊp khóc ®ét ngét ë ®ã dßng ch¶y g©y ¨n mßn xãi mßn

6.

ThiÕt kÕ çc thïng, çc bÓ chøa, çc ®! êng èng dÉn ph¶i dÔ lµm s¹ch, ch¶y hÕt, kh«ngcã vïng tï ®äng ®Ó tr¸nh t¹o ¨n mßn do chªnh lÖch nång ®é oxy

7.

ThiÕt kÕ hÖ thèng ph¶i dÔ b¶o d! ìng thay thÕ khi cÇn thiÕt. VÝ dô, m¸y b¬m ho¸ chÊt th×çnh vµ th©n b¬m tiÕp xóc víi ho¸ chÊt ph¶i rÊt dÔ thay thÕ

8.

ThiÕt kÕ hÖ thèng nhiÖt ph¶i ®¶m b¶o tæn thÊt nhiÖt Ýt song kh«ng ®! îc qu¸ tËp trung ëchç xung yÕu.

9.

KÕt cÊu ph¶i hîp lý, dÔ ¸p dông çc ph! ¬ng ph¸p b¶o vÖ chèng ¨n mßn.

2.2. Lùa chän vËt liÖu thÝch hîp

Dïng m¸y tÝnh ®Ó hç trî viÖc lùa chän vËt liÖu cho cã hiÖu qu¶ nhÊt: CMS (CambridgeMaterial Selector) (Anh), FUZZYMAT (Ph¸p) §é bÒn ho¸ häc cña vËt liÖu trong çc m«i tr ! êng :ch¸y, n! íc ngät, dung m«i h÷u c¬, oxy ho¸ ë trªn 500 oC, n! íc biÓn, axit m¹nh, kiÒm m¹nh, tia töngo¹i, mµi mßn, axit yÕu, kiÒm yÕu ®! îc ph©n thµnh 5 lo¹i, ký hiÖu tõ A ®Õn E theo thø tù ®é bÒngi¶m dÇn (b¶ng 2.", 2."2, 2."3, 2."4 vµ 2."5).

Chèng ¨n mßn vËt liÖu

ThiÕtkÕ

lùa chänvËt liÖu

xö lýbÒ mÆt

xö lý m«itr! êng

B¶o vÖ ®iÖn ho¸




33/110


VËt liÖuKlo¹i: c¬ tÝnh cao (bÒn, dÎo dai), tÝnh c«ng nghÖ tèt, bÒn ¨n mßn kÐm, gi¸ rÎCeramic: kÐm bÒn vµ kÎm dÎo dai, tÝnh c«ng nghÖ thÊp, rÊt bÒn ¨n mßn, rÎ tiÒn, chÞu nhiÖt caoPolyme: c¬ tÝnh t! ¬ng ®èi tèt, tÝnh c«ng nghÖ kh¸ tèt, bÒn ¨n mßn, chÞu nhiÖt kÐm, ®¾t tiÒn

2.2.". VËt liÖu kim lo¹iTh«ng th! êng, ®é bÒn ¨n mßn trong m«i tr ! êng lµ do b¶n chÊt oxit h×nh thµnh trªn bÒ mÆt

vËt liÖu quyÕt ®Þnh. Theo b¶n chÊt oxit h×nh thµnh trªn bÒ mÆt kim lo¹i ta cã thÓ chia kim lo¹i thµnhbèn nhãm :

".

Çc kim lo¹i cã oxit l! ìng tÝnh : Al, Zn, Pb, Sn th× kh«ng bÒn ¨n mßn trong c¶ axit vµ kiÒm.Tèc ®é ¨n mßn cña çc kim lo¹i nµy phô thuéc vµo ®é pH cña dung dÞch

2.

Çc kim lo¹i cã oxit mang tÝnh kiÒm nh! : Ni, Co, Cu, Fe th× bÒn ¨n mßn trong m«i tr ! êngkiÒm

3.

Çc kim lo¹i cã oxit mang tÝnh axit nh! : Cr, Si th× bÒn ¨n mßn trong m«i tr ! êng axit, ®ÆcbiÖt lµ axit cã oxy nh! HNO3

4.

Çc kim lo¹i cã oxit trung tÝnh : Pt, Ag, Ti th! êng çc kim lo¹i nµy bÒn ¨n mßn.Ng! êi ta ®# ®óc rót ra mét sè quy t¾c chung ®Ó chän vËt liÖu kim lo¹i :". Trong m«i tr ! êng khö hoÆc oxy ho¸ yÕu, vÝ dô nh! trong m«i tr ! êng kiÒm, trong dung

dÞch axit kh«ng cã oxy hoµ tan th× nªn sö dông Ni hoÆc hîp kim Cu2.

Trong m«i tr ! êng oxy ho¸ th× nªn sö dông çc hîp kim chøa Cr3.

Trong m«i tr ! êng oxy ho¸ cùc m¹nh nªn dïng Ti vµ hîp kim Ti (b¶ng 2.2)

B¶ng 2.2. VËt liÖu kim lo¹i thÝch hîp cho m«i tr ! êng ¨n mßn

STT M«i tr ! êng ¨n mßn Lo¹i vËt liÖu sö dông" Axit nitric (HNO3) ThÐp kh«ng gØ

2 KiÒm (NaOH, KOH,..) Ni & hîp kim Ni hoÆc hîp kim Cu3 Axit flohydric (HF) Monel (hîp kim NiCu)4 Axit clohydric nãng Hastelloys (hîp kim NiMo)5 Axit sunfuaric lo#ng Pb6 M«i tr ! êng khÝ quyÓn Al, Zn (m¹ Zn)7 N! íc cÊt Sn8 Dung dÞch oxy ho¸ m¹nh, nãng Ti9 CÇn ®é bÒn cao (ultimate resistance) Ta"0 Axit sulfuaric ®Æc ThÐp th! êng

2.2.".". Al vµ hîp kim Al

3 nhãm: HK Al biÕn d¹ng kh«ng ho¸ bÕn ®! îc b»ng nhiÖt luyÖnHK Al biÕn d¹ng kh«ng ho¸ bÕn ®! îc b»ng nhiÖt luyÖnHK Al ®óc (xem b¶ng)

§Æc ®iÓm: cã líp AL2O3 bÒn ¨n mßn ®Æc biÖt trong khÝ quyÓnAl2O3 l! ìng tÝnh → tèc ®é ¨n mßn phô thuéc pHKh«ng bÒn ¨n mßn trong kiÒm vµ m«i tr ! êng cã mÆt Cl-, nh¹y c¶m ¨n mßn øng suÊt

Hîp kim Al thiªu kÕt: bét Al Ðp + thiªu kÕt ë 500-600 oC → compozit nÒn Al cèt h¹t Al2O3 (cèt "0-20%) → bÒn nhiÖt, chÞu mµi mßn vµ c¬ tÝnh cao h¬n




34/110


2.2.".2. Cu vµ hîp kim CuLat«ng (brass, hîp kim Cu víi Zn) th! êng dïng m¸c LCuZn30, LCuZn40 hoÆc LCuZn29Sn

(t! ¬ng øng víi çc m¸c 260, 280 vµ 464 theo CDA (Coppe Devolopment Association)-Hoa kú). Sn(kho¶ng "%) cã t¸c dông t¨ng bÒn ¨n mßn cña lat«ng trong m«i tr ! êng n! íc biÓn: LCuZn29Sn(t! ¬ng ®! ¬ng víi m¸c 464 cña Hoa kú) lµ lat«ng h¶i qu©n

LCuZn29SnAs (hµm l! ¬ng Sn kho¶ng "%, As kho¶ng (0,02-0,06)%) rÊt bÒn ¨n mßn trong nhiÒum«i tr ! êng kÓ c¶ trong m«i tr ! êng n! íc biÓn, song v× As qu¸ ®éc, ¸p dông h¹n chÕ.C«ng dông:chÕ t¹o çc giµn nguéi m¸y l¹nh, giµn nguéi cña «t«, èng ®un cña thïng ®un n! ícnãng dïng gas,... Çc giµn lµm nguéi trong n! íc biÓn cÇn chän çc m¸c lat«ng cã Al nh! LCuZn22Al2 hoÆc cã thªm As nh! LCuZn22Al2As.

Br«ng (bronze, hîp kim Cu víi Sn hoÆc çc nguyªn tè kh¸c) cã ®é bÒn cao, bÒn ¨n mßntrong n! íc biÓn h¬n lat«ng nh! ng v× Sn ®¾t tiÒn nªn chØ dïng çc hîp kim chøa (2-"2)Sn cao qu¸võa ®¾t tiÒn mµ c¬ tÝnh kh«ng tèt. Ng! êi ta cßn cho thªm vµo br«ng mét l! îng Zn võa ho¸ bÒn võa®Ó thay thÕ mét phÇn Sn trong chÕ t¹o çc ®! êng èng cña hÖ thèng t¶i h¬i, b¬m, van,.. Cã thªmPb lµm t¨ng tÝnh chÞu masat ®! îc biÕt ®Õn trong m¸c br«ng “ba con 5” (BCuSn5Zn5Pb5 (CDA-

836)) ®Ó chÕ t¹o lãt trôc chÞu mµi mßn vµ ¨n mßn.Br«ng Al : BCuAl(5-20) chøa 5 ®Õn 20%Al cã c¬ tÝnh cao, bÒn ¨n mßn vµ mµi mßn, chèng

oxy ho¸ tèt. NÕu cã thªm Fe vµ Ni cßn c¶i thiÖn tÝnh bÒn vµ chèng oxy ho¸ cña br«ng Al h¬n n÷a.M¸c ®iÓn h×nh lµ BCuAl9Fe4 (CDA-952) dïng ®Ó chÕ t¹o çc lo¹i van, b¬m, b¸nh vÝt, trôc vÝt, gèi®ì,...

B¶ng 2.5. Mét sè m¸c hîp kim Cu th! êng gÆp

Ký hiÖu m¸c hîp kimTCVN Hoa kú

(UNS)

Thµnh phÇn C«ng dông

Çc m¸c hîp kim Cu biÕn d¹ng §ång ®iÖn gi¶i C""000 99,9Cu Vßm, ®inh t¸n cña lß s! ëi ®iÖnBCuBe2Co C"7200 Cu-",9Be-0,2Co Lß so, nhÝp, vßng g¨ng chÞu ¨n mßnLCuZn30 C26000 Cu-30Zn Chi tiÕt dËp s©u, çc bé phËn cña ®¹nBCuSn5 C5"000 Cu-5Sn Chiªng, que hµnBCuNi30 C7"500 Cu-30Ni èng dÉn dung dÞch muèi, n! íc biÓn, thiÕt bÞ

ng! ng, lß xo dÉn ®iÖn, èng trao ®æi nhiÖtÇc m¸c hîp kim Cu ®óc

LCuZn29SnPb3 C85400 Cu-29Zn-"Sn-3Pb Acquy ®iÖnBCuBe2Co C82400 Cu-",7Be-0,25Co Khu«n ®óc polyme, cam vµ trôc cam, gèi ®ì,

van, b¬m, b¸nh r¨ngBCuSn5Pb5Zn5 C83600 Cu-5Sn-5Pb-5Zn Van, b¬m, b¸nh r¨ng nhá, lãt trôc chÞu ¨n

mßnBCuSi4 C87200 Cu-4Si Lãt trôc, çnh, th©n b¬m, van, çc chi tiÕt

chÞu ¨n mßn n! íc biÓnBCuSn8Zn4 C90300 Cu-8Sn-4Zn Lãt trôc, b¬m, pitt«ng vßng, van, chu«ng,

èng dÉn h¬i n! íc qu¸ nhiÖt, b¸nh r¨ngBCuSn"0Zn2 C90500 Cu-"0Sn-2Zn Lãt trôcBCuAl""Fe5 C95400 Cu-""Al-4Fe B¸nh vÝt, trôc vÝt, vanBCuNi30Fe C96400 Cu-30Ni-0,9Fe Van, th©n b¬m, èng dÉn, cót chÞu ¨n mßn




35/110


n! íc biÓn

2.2.".3. Fe vµ hîp kim c¬ së Fe

Tèc ®é ¨n mßn cña c¸c lo¹i thÐp th«ng dông (thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim thÊp) trongdung dÞch axit ë bÊt cø nång ®é nµo ®Òu t¨ng khi hµm l! îng cacbon trong thÐp t¨ng (b¶ng 2.6).

thÐp!

2%C gang"

2%CB¶ng 2.6. Tèc ®é ¨n mßn thÐp phô thuéc vµo hµm l! îng cacbon vµ m«i tr ! êng

Lo¹i axit-nång ®é %C trong thÐp Tèc ®é ¨n mßn, g/m2.hAxªtic-4N 0,05

0,90",22,8

H2SO4-"2N 0,050,90

60"20

H2SO4-"6N 0,050,90

< 8


36/110


mactenxit-austenit vµ austenit-mactenxit-ferit.

Thµnh phÇn vµ c«ng dông cña c¸c m¸c thÐp chÝnh ®! îc nªu trong b¶ng 2.9.B¶ng 2.9. Thµnh phÇn vµ c«ng dông cña mét vµi m¸c thÐp kh«ng gØ hay gÆp

Ký hiÖu m¸c thÐp

TCVN Hoa kú

Thµnh phÇn C«ng dông

ThÐp kh«ng gØ mactenxit

"2Cr "3 403 Fe-0,3C-"3Cr80Cr "7 440B Fe-(0,75-0,95)C-"7Cr-0,75Mo

Lß xo kh«ng gØ, dông cô ®o, dông cômæ, supap x¶

ThÐp kh«ng gØ ferit08Cr "3 405 Fe-


37/110


Type of steel Chemical compositionEN No Sandvik

AISI UNS C Cr Ni Mo othersBillets forextruction

Roundbillets

Squarebillets

Slabscocastblooms

Austenitic stainless steelAustenitic stainless steelAustenitic stainless steelAustenitic stainless steel".43"0 "2R"0 302 S30200 0.08 "8.0 9.0 – • • • "

.4305 6RA""

303 S30300 0.05"

7.5 9.0 0.5 S=.3•

•

".430" 5LR"" 304 S30400 0.05 "8.5 8.5 – – • • • ".430" 6LR"" 304 S30400 0.05 "8.5 9.5 – – • • • • • ".4307 4LR"" 304L S30403


38/110


".402" 4XC26 420 S42000 0.2 "3 – – – • • • ".4028 6C27 420 S42000 0.3 "3.5 – – – • • •

"2C27 420 S42000 0.6 "3.5 – – – • • • 4C54 446 S44600 0."7 26.5 – – N=0."7 • • •

".40"6 0XC34 430 S43000 0.03 "7 – – – • • • ".40"6

2.2."

.7. Ni vµ hîp kim NiOxit Ni mang tÝnh kiÒm do ®ã Ni rÊt bÒn ¨n mßn trong m«i tr ! êng kiÒm m¹nh kÓ c¶ kiÒmnãng ch¶y. Trong m«i tr ! êng axit, Ni còng kh¸ bÒn ¨n mßn (lo¹i B). Gièng nh! thÐp, Ni còng dÔ bÞ¨n mßn lç trong m«i tr ! êng n! íc biÓn.

Siªu hîp kim (superalloys) võa chèng ®! îc oxy ho¸ ë nhiÖt ®é cao võa gi÷ ®! îc ®é bÒn l©udµi ë nhiÖt ®é cao.

Çc siªu hîp kim Ni cã hµm l! îng Cr, Co thay ®æi trong ph¹m vi réng (tõ 9 ®Õn "5%Cr, tõ"0 ®Õn 30%Co). Ngoµi Cr vµ Co ng! êi ta cßn hîp kim ho¸ thªm b»ng çc nguyªn tè :Fe,Mo,Si,Ti,W,Al. §©y lµ nhãm çc siªu hîp kim rÊt quan träng trong kü thuËt: Inconel 700,Nimonic ""5, Waspalloy, MAR-M200, IN "00 lµ çc siªu hîp kim, chÞu ®! îc nhiÖt ®é rÊt cao, ®é bÒn

cao vµ gi÷ ®! îc ®é bÒn l©u ë nhiÖt ®é cao nhê c¬ chÕ tiÕt pha ho¸ bÒn trong m¹ng tinh thÓ γ cñaNi khi nhiÖt luyÖn. øng dông quan träng cña chóng lµ ®Ó chÕ t¹o çc bé phËn cña tuabin khÝ trong®éng c¬ ph¶n lùc vµ trong çc lÜnh vùc quan träng kh¸c.

•

Hîp kim Ni víi ("3-20)Co, cã thÓ hîp kim ho¸ víi Al,Fe,Ti,W cã tªn th! ¬ng m¹i lµ alnicolµ çc hîp kim tõ.

B¶ng 2."0. Mét sè m¸c siªu hîp kim c¬ së Ni th«ng dông

Ký hiÖu m¸c siªu hîp kimTCVN Hoa kú Thµnh phÇn

NiCr "5Co28Fe9Ti2Al Inconel 700 Ni-"5Cr-28,5Co-9Fe-2,2Ti-3Al-0,"2C

NiCr "5Co"5Mo3,5Ti4Al5 Nimonic""5 Ni-"5Cr-"5Co-3,5Mo-4Ti-5Al-0,"5CNiCr20Co"3,5Mo4,5Ti3Al",4 Waspalloy Ni-20Cr-"3,5Co-4,5Mo-3Ti-",4Al-0,07CNiCr9Co"0W"2,5Ti2Al5 MAR-M200 Ni-9Cr-"0Co-"2,5W-2Ti-5AlNiCr "0Co"5Mo3Ti5Al5,5 IN "00 Ni-"0Cr-"5Co-3Mo-5Ti-5,5AlNiCr "9Co""Mo"0Ti3Al",5Fe2 RenÐ 4" Ni-"9Cr-""Co-"0Mo-3Ti-",5Al-",8Fe-0,"C

•

Hîp kim Ni víi (27-48)Cu cã thªm Al,Fe,Ti,W lµ çc hîp kim rÊt bÒn ¨n mßn (c¶ trong axit HF)tuú theo thµnh phÇn ng! êi ta chia ra :

monel : Ni-(27-29)Cu-(2-3)Fe-(",2-",8)Mnmonel K : Ni-(25-30)Cu-(2-4)Al-2Fe-"Mn-"Si

•

Hîp kim bÒn nãng NiFeCr cã hîp kim ho¸ b»ng çc nguyªn tè Mo,Al,Ti,W. Çc hîp kim nµy rÊtbÒn nãng, ®! îc sö dông ë nhiÖt ®é cao, cã kh¶ n¨ng chèng oxy ho¸ tèt, ®! îc chÕ thµnh çcb¸n thµnh phÈm d¹ng èng, thái vµ d¹ng tÊm dïng ®Ó chÕ t¹o çc tuabin khÝ, çc thiÕt bÞ chÞulùc lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao.

• Hîp kim Ni chøa ("4-33)Mo cã hîp kim ho¸ thªm víi çc nguyªn tè Cr,Fe,W. Çc hîp kim nµycã tªn th! ¬ng m¹i lµ hastelloy. Tuú theo thµnh phÇn ta cã :

hastelloy A Ni-20Mo-20Fehastelloy B Ni-30Mo-5Fehastelloy C Ni-"7Mo-"4Cr-6Fe-5W.




39/110

http://www.ebook.edu.vnChèng ¨n mßn vËt liÖu 5"

hastelloy A vµ hastelloy B bÒn ¨n mßn trong axit HCl vµ axit H2SO4 tíi nång ®é 60% ë mäi nhiÖt®é, hastelloy C bÒn trong axit oxy ho¸.

• Nhãm çc hîp kim invar (Fe64Ni36) vµ superinvar (Fe64Ni32Co4) cã hÖ sè gi#n në nhiÖt rÊt

nhá. Çc hîp kim nµy cã kÝch th! íc hÇu nh! kh«ng thay ®æi trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ -70 ®Õn"00 oC, cã c¬ tÝnh cao, tÝnh c«ng nghÖ tèt vµ rÊt bÒn ¨n mßn trong hÇu hÕt çc m«i tr ! êng.

Chóng ®! îc dïng ®Ó chÕ t¹o çc chi tiÕt ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao, çc dông cô ®o tinh vi.2.2.".8. Ti vµ hîp kim Ti

Lµ çc hîp kim rÊt quan träng trong ngµnh hµng kh«ng vµ c«ng nghiÖp ho¸ chÊt. So víiçc lo¹i thÐp kh«ng gØ, Ti vµ hîp kim Ti nhÑ h¬n (4,5 g/cm 3 so víi thÐp lµ 7,8 g/cm3), bÒn ¨n mßnh¬n trong nhiÒu m«i tr ! êng. §Æc biÖt lµ Ti vµ hîp kim Ti kh«ng nh¹y c¶m víi ¨n mßn lç trong m«itr ! êng n! íc biÓn. Ti vµ hîp kim Ti ®! îc ! u tiªn sö dông cho çc chi tiÕt chÞu nhiÖt ®é cao, lµmviÖc trong m«i tr ! êng ¨n mßn m¹nh nhÊt.

B¶ng 2."". lµ thµnh phÇn, ký hiÖu cña mét sè hîp kim Ti. Hîp kim Ti cã nh! îc ®iÓm lµ hÊpphô khÝ H2 g©y gißn hydro, t! ¬ng t¸c rÊt m¹nh v

Documents

Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - Nguyễn Văn Tư