Trong hầu hết mọi tình huống, sự ăn mòn kim loại có thể được kiểm soát, làm chậm lại hoặc thậm chí dừng lại bằng cách sử dụng các kỹ thuật thích hợp. Chống ăn mòn có thể có một số hình thức tùy thuộc vào trường hợp kim loại bị ăn mòn. Các kỹ thuật chống ăn mòn thường được phân thành 6 nhóm:
Ăn mòn là do tương tác hóa học giữa kim loại và khí trong môi trường xung quanh. Bằng cách loại bỏ hoặc thay đổi loại môi trường, sự suy giảm kim loại có thể được giảm thiểu ngay lập tức.
Điều này có thể đơn giản như hạn chế tiếp xúc với nước mưa hoặc nước biển bằng cách cất giữ vật liệu kim loại trong nhà hoặc có thể bằng hình thức tác động trực tiếp của môi trường tác động lên kim loại.
Các phương pháp làm giảm hàm lượng lưu huỳnh, clorua hoặc oxy trong môi trường xung quanh có thể hạn chế tốc độ ăn mòn kim loại. Ví dụ, nước cấp cho nồi hơi nước có thể được xử lý bằng chất làm mềm hoặc phương tiện hóa học khác để điều chỉnh độ cứng, độ kiềm hoặc hàm lượng oxy nhằm giảm ăn mòn bên trong thiết bị.
Không có kim loại nào miễn nhiễm với ăn mòn trong mọi môi trường, nhưng thông qua việc theo dõi và hiểu các điều kiện môi trường là nguyên nhân gây ra ăn mòn, những thay đổi đối với loại kim loại đang được sử dụng cũng có thể dẫn đến giảm ăn mòn đáng kể.
Dữ liệu về khả năng chống ăn mòn kim loại có thể được sử dụng kết hợp với thông tin về điều kiện môi trường để đưa ra quyết định về tính phù hợp của từng kim loại.
Việc phát triển các hợp kim mới, được thiết kế để bảo vệ chống lại sự ăn mòn trong các môi trường cụ thể, liên tục được sản xuất. Hợp kim niken Hastelloy, thép Nirosta và hợp kim titan Timetal là tất cả các ví dụ về hợp kim được thiết kế để chống ăn mòn.
Giám sát các điều kiện bề mặt cũng rất quan trọng trong việc bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Các vết nứt, đường nứt hoặc bề mặt sần sùi, cho dù là kết quả của các yêu cầu vận hành, hao mòn, hoặc sai sót trong quá trình sản xuất, tất cả đều có thể dẫn đến tốc độ ăn mòn cao hơn.
Việc giám sát thích hợp và loại bỏ các điều kiện bề mặt dễ bị tổn thương không cần thiết, cùng với việc thực hiện các bước để đảm bảo rằng các hệ thống được thiết kế để tránh sự kết hợp kim loại phản ứng và các tác nhân ăn mòn không được sử dụng trong việc làm sạch hoặc bảo dưỡng các bộ phận kim loại cũng là một phần của chương trình giảm ăn mòn hiệu quả .
Ăn mòn mạ xảy ra khi hai kim loại khác nhau nằm cùng nhau trong một chất điện phân bị ăn mòn.
Đây là một vấn đề phổ biến đối với các kim loại chìm cùng nhau trong nước biển, nhưng cũng có thể xảy ra khi hai kim loại khác nhau được ngâm gần nhau trong đất ẩm. Vì những lý do này, ăn mòn điện thường tấn công vỏ tàu, giàn khoan ngoài khơi và đường ống dẫn dầu và khí đốt.
Bảo vệ catốt hoạt động bằng cách chuyển đổi các vị trí anốt [hoạt động] không mong muốn trên bề mặt kim loại thành các vị trí catốt [thụ động] thông qua việc áp dụng dòng điện ngược chiều. Dòng điện ngược chiều này cung cấp các điện tử tự do và buộc các cực dương cục bộ bị phân cực thành điện thế của cực âm cục bộ.
Bảo vệ catốt có thể có hai dạng. Đầu tiên là sự ra đời của cực dương mạ. Phương pháp này, được gọi là hệ thống hy sinh, sử dụng các cực dương kim loại, được đưa vào môi trường điện phân, để hy sinh bản thân [ăn mòn] để bảo vệ cực âm.
Trong khi kim loại cần bảo vệ có thể khác nhau, các cực dương hy sinh thường được làm bằng kẽm, nhôm hoặc magiê, những kim loại có điện thế âm nhất. Dãy galvanic cung cấp sự so sánh về các điện thế khác nhau - hoặc độ cao - của kim loại và hợp kim.
Trong hệ thống hy sinh, các ion kim loại di chuyển từ cực dương sang cực âm, dẫn đến cực dương bị ăn mòn nhanh hơn so với cách khác. Kết quả là, cực dương phải thường xuyên được thay thế.
Phương pháp bảo vệ catốt thứ hai được gọi là bảo vệ dòng điện ấn tượng. Phương pháp này, thường được sử dụng để bảo vệ các đường ống chôn và vỏ tàu, yêu cầu một nguồn thay thế dòng điện một chiều được cung cấp cho chất điện phân.
Đầu cực âm của nguồn dòng điện được nối với kim loại, trong khi đầu cực dương được gắn với cực dương phụ, được thêm vào để hoàn thiện mạch điện. Không giống như hệ thống cực dương điện [hy sinh], trong hệ thống bảo vệ dòng điện ấn tượng, cực dương phụ không bị hy sinh.
Chất ức chế ăn mòn là hóa chất phản ứng với bề mặt kim loại hoặc khí môi trường gây ra sự ăn mòn, do đó, làm gián đoạn phản ứng hóa học gây ra ăn mòn.
Các chất ức chế có thể hoạt động bằng cách tự hấp phụ trên bề mặt kim loại và tạo thành một lớp màng bảo vệ. Những hóa chất này có thể được áp dụng dưới dạng dung dịch hoặc như một lớp phủ bảo vệ thông qua kỹ thuật phân tán.
Quá trình làm chậm sự ăn mòn của chất ức chế phụ thuộc vào:
- Thay đổi hành vi phân cực anốt hoặc catốt
- Giảm sự khuếch tán của các ion đến bề mặt kim loại
- Tăng điện trở của bề mặt kim loại
Các ngành công nghiệp sử dụng cuối chính cho chất ức chế ăn mòn là lọc dầu, thăm dò dầu khí, sản xuất hóa chất và các cơ sở xử lý nước. Lợi ích của chất ức chế ăn mòn là chúng có thể được áp dụng tại chỗ cho kim loại như một hành động khắc phục để chống lại sự ăn mòn không mong muốn.
Sơn và các chất phủ hữu cơ khác được sử dụng để bảo vệ kim loại khỏi tác động phân hủy của khí môi trường. Các lớp phủ được phân nhóm theo loại polyme được sử dụng. Các lớp phủ hữu cơ phổ biến bao gồm:
- Lớp phủ alkyd và epoxy ester, khi được làm khô trong không khí, thúc đẩy quá trình oxy hóa liên kết chéo
- Lớp phủ urethane hai phần
- Cả hai lớp phủ có thể chữa được bức xạ polyme acrylic và epoxy
- Lớp phủ cao su kết hợp polyme vinyl, acrylic hoặc polyme styren
- Lớp phủ hòa tan trong nước
- Lớp phủ rắn chắc
- Sơn tĩnh điện
Lớp phủ kim loại, hoặc lớp mạ, có thể được áp dụng để ức chế sự ăn mòn cũng như mang lại tính thẩm mỹ, trang trí cho bề mặt. Có bốn loại lớp phủ kim loại phổ biến:
- Mạ điện: Một lớp kim loại mỏng - thường là niken , thiếc hoặc crom - được lắng đọng trên kim loại nền [thường là thép] trong bể điện phân. Chất điện phân thường bao gồm một dung dịch nước có chứa các muối của kim loại để lắng.
- Mạ cơ học: Bột kim loại có thể được hàn nguội với kim loại nền bằng cách nhào lộn bộ phận, cùng với bột và hạt thủy tinh, trong dung dịch nước đã qua xử lý. Mạ cơ học thường được sử dụng để phủ kẽm hoặc cadimi lên các bộ phận kim loại nhỏ
- Không điện: Một kim loại phủ, chẳng hạn như coban hoặc niken, được lắng đọng trên kim loại nền bằng cách sử dụng phản ứng hóa học trong phương pháp mạ không dùng điện này.
- Nhúng nóng: Khi ngâm trong bể nóng chảy của lớp bảo vệ, kim loại phủ một lớp mỏng dính vào kim loại nền.
I. Sự ăn mòn kim loạiSự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trường xung quanh gọi là sự ăn mòn kim loạiKết quả là kim loại sẽ bị oxi hóa thành các ion dương và sẽ mất đi những tính chất quý báu của kim loại 1. Ăn mòn hóa họcăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao.Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện [ không có các điện cực ] và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh.Sự ăn mòn hóa học thường xảy ra ở các thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Thí dụ: Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng2. Ăn mòn điện hóaăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện.Thí dụ: phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm... Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhấta. Các điều kiện ăn mòn điện hóa: Điều kiện cần và đủ là: - Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim [C], cặp kim loại - hợp chất hóa học [ xêmentit ]. Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kimloại nguyên chất khó bị ăn mòn. - Các điện cực phải tiếp xúc với nhau [ hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn ] - Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện lib. Cơ chế ăn mòn điện hóa : Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể c. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa: - Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành . Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành . - Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li: .Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang [thép] sẽ bị ăn mòn hết.c. Bản chất của ăn mòn điện hóa: là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion [ nếu dung dịch điện li là axit ]II. Cách chống ăn mòn kim loại1. Cách li kim loại với môi trườngDùng những chất bền vững với môi trường để phủ ngoài mặt những vật bằng kim loại. Những chất phủ ngoài thường dùng là:a. Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, men, hợp chất polime...b. Một số kim loại như Crom, niken, đồng, kẽm, thiếc....[ phương pháp tráng hoặc mạ điện ]c. Một số hợp chất hóa học bền vững như oxit kim loại, photphat kim loại [ phương pháp tạo màng ]2. Dùng hợp kim chống gỉ [ hợp kim inôc ]Chế tạo những hợp ki không gỉ như Fe - Cr - Ni trong môi trường không khí, môi trường hóa chất.3. Dùng chất chống ăn mònThêm một lượng nhỏ chất chống ăn mòn vào dung dịch axit có thể làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại xuống hàng trăm lần4. Dùng phương pháp điện hóaNgười ta nối kim loại này với kim loại khác có tính khử mạnh hơn.Một số bài tậpBaì 15070Hãy chọn câu đúng: Trong ăn mòn điện hoá, xảy ra:Chọn một đáp án dưới đâyA. Sự oxi hoá ở cực dương.B. Sự oxi hoá ở hai cực.C. Sự khử ở cực âm.D. Sự oxi hoá ở cực âm và sự khử ở cực dương.