Nội dung
1-5-1. Ăn mòn kim loại
Trong tự nhiên vật chất tồn tại ở trạng thái ổn định, đối với kim loại thì chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất và phần lớn là do kim loại phản ứng với môi trường xung quanh chứa chất xâm thực như lưu huỳnh hoặc ôxy... Vì vậy mà các vật liệu kim loại đang được sử dụng trong công nghiệp cũng mang khuynh hướng trở về trạng thái ổn định của nó trong môi trường đó.
Ví dụ chúng ta quan sát hàng ngày sự gỉ sét của sắt có thể gọi là kết quả của quá trình trở về trạng thái ổn định nhất của sắt trong môi trường chứa nước và không khí. Phản ứng ăn mòn kim loại như thế này được quyết định bởi sự tiếp xúc trực tiếp giữa môi trường và kim loại, cho nên sắt không bị gỉ sét bên trong môi trường chân không
Nguyên lý ăn mòn kim loại
Nguyên lý của quá trình ăn mòn kim loại là sự ion hóa của nguyên tử kim loại và tốc độ giải phóng ion của kim loại, thể hiện khả năng kim loại đó có dễ bị ion hóa trong dung dịch hay không. Quá trình ion hóa này tạo ra các điện cực và tốc độ ion hóa phụ thuộc vào”điện thế điện cực”. Kim loại có khuynh hướng ion hóa lớn như nhôm cùng lúc giải phóng nhiều điện tử so với điện cực chuẩn quy định là ion Hydro (H+) nên có giá trị âm được phân loại thành cấp thấp. Hoặc kim loại có khuynh hướng ion hóa yếu như bạch kim thì mức độ giải phóng điện từ ít, điện thế điện cực có giá trị dương cao nên được phân thành kim loại quý.
Nếu ngâm kim loại trong dung dịch thì sẽ xuất hiện điện thế điện cực đặc trưng của kim loại đó. Nói chung, nếu ngâm kim loại có điện thế điện cực thấp cùng với kim loại có thế điện cực cao trong dung dịch điện phân và tiếp xúc với điện bên ngoài, sự chênh lệch điện thế điện cực làm xuất hiện dòng chảy điện tử (dòng điện) theo sự chênh lệch thế điện cực của hai kim loại đó. Lúc này, sẽ xuất hiện hiện tượng giải phóng ion kim loại ở phía có thế điện cực thấp (Mr > M+ + e”), đồng thời ở phía khác sẽ xảy ra phản ứng nhận điện từ được giải phóng và cuối cùng kim loại có thế điện cực thấp bị hòa tan.
Hiện tượng này cũng tồn tại trên cùng bề mặt kim loại. Dù trên cùng bề mặt kim loại nhưng do có khả năng phát sinh sự chênh lệch thế điện cực cục bộ tại vị trí khiếm khuyết, tạp chất, kích thước phân tử, sự sắp xếp của nguyên tử… Nếu nguồn điện cục bộ được hình thành thì sẽ xảy ra phản ứng ăn mòn
1-5-2. Ảnh hưởng của môi trường đến sự ăn mòn
Hiện tượng ăn mòn theo kinh nghiệm trong cuộc sống hằng ngày gồm có gì trắng của kẽm, gỉ xanh củ đồng, gỉ đỏ của sắt… Ngoài ra, trong một vài môi trường quản lý hóa chất như nhà máy sản xuất hoặc xưởng hóa chất… một số nguyên liệu kim loại tiếp xúc với hóa chất nên xuất hiện hiện tượng ăn mòn rất nhanh. Hơn nữa, phản ứng này tăng tốc theo nhiệt độ, nồng độ và một vài điều kiện khác.
Hiện tượng ăn mòn khác cũng được nhìn thấy dù tồn tại ở môi trường có trạng thái không ổn định cũng như ở trạng thái ổn định nên cần phải chú ý cẩn thận
– pH của dung dịch
pH của dung dịch có ảnh hưởng như thế nào đối với sự ăn mòn? Một số kim loại tồn tại ổn định còn một số kim loại thì xuất hiện thế điện cực chuẩn trong các môi trường có pH giống hoặc khác nhau. Như trường hợp của sắt xảy ra ăn mòn trong dung dịch pH tinh khiết nhưng đối với Crom xảy ra đặc tính ăn mòn chủ yếu trong dung dịch axit mạnh.
Biểu đồ bên dưới là dữ liệu ăn mòn theo pH thực nghiệm thu được khi ngâm thép không gỉ 18-8 trực tiếp trong dung dịch 90°C 4%. Nó cho thấy xuất hiện độ ăn mòn cao trong dung dịch axit mạnh và tương đối thấp trong dung dịch Akali nhưng hiện tượng ăn mòn vẫn có thể xảy ra.
Biểu đồ 1-5-1. Biểu đồ dữ liệu ăn mòn theo pH thực nghiệm.
– Ảnh hưởng của Oxy hòa tan.
Oxy hòa tan trong dung dịch làm tăng độ pH của dung dịch, được xem như là chất oxy hóa đối với kim loại, sinh ra ion Hydroxyl (OH) do phản ứng điện ly. Nó phản ứng với nguyên tử sắt và hình thành sắt hydroxit là nguyên nhân của gỉ sét, do đó ăn mòn được phát triển.
Biểu đồ bên dưới cho thấy ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan đối với sự ăn mòn của sắt thường. Ban đầu tốc độ ăn mòn tăng theo nồng độ oxy nhưng nếu vượt quá nồng độ nhất định thì sự ăn mòn không tăng nữa. Hiện tượng này là do xuất hiện lớp màng oxit trên bề mặt kim loại và bao phủ chắc chắn, ngăn cản sự tiếp xúc giữa kim loại và nước. Trạng thái này của bề mặt được gọi là trạng thái thụ động và thép không gỉ là loại thép thể hiện rõ hiện tượng này.
Biểu đồ 1-5-2.Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ oxy hoà tan đối với sự ăn mòn của sắt thường
– Ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy
Trong môi trường nước chảy, do lượng oxy đạt trên bề mặt kim loại tăng mạnh nên tốc độ ăn mòn cũng tăng theo vận tốc dòng chảy. Tuy nhiên, nếu vận tốc dòng chảy quá lớn thì oxy trên bề mặt kim loại vượt mức và làm thụ động hóa kim loại nên tốc độ ăn mòn sẽ giảm.
Theo sổ tay thép không gỉ- Hiệp hội thép Việt Nam
