Hiện tượng, nguyên nhân và cách phòng chống ăn mòn kim loại

1. Hiện tượng, nguyên nhân ăn mòn kim loại.

Các thiết bị, máy móc, các kết cấu công trình, các vật liệu kim loại.... Sau một thời gian làm việc, hay bảo quản bị hư hỏng hoặc hoen gỉ. Sự hư hỏng đó do nhiều nguyên nhân:

Ta xét các trường hợp sau:

1. Các bánh răng, ổ trượt, trục quay, con lăn... Sau một thời gian làm việc thì bị hư hỏng đến mức không thể làm việc được nữa, kích thước của các chi tiết bị thay đổi vì bị mài mòn do tác dụng của lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc: kim loại bị phá huỷ do tác dụng của lực cơ học.

2. Các cửa lò, ghi lò đốt, ống lửa trong nồi hơi... sau một thời gian làm việc bị han gỉ và hư hỏng. Sự phá huỷ các chi tiết này do tạo thành lớp oxit kim loại làm giảm các kích thước kết cấu của nó. Vì vậy sự phá huỷ kim loại trong trường hợp này là do tác dụng hoá học giữa oxy và không khí xảy ra ở nhiệt độ cao.

3. Các thùng chứa Axit, các ống dẫn nước muối bằng kim loại, các chi tiết, vật liệu kim loại để trong không khí... sau một thời gian sử dụng và bảo quản bị han gỉ. Sự phá huỷ các chi tiết kim loại nói trên ngoài phản ứng hoá học giữa kim loại với các Axít, dung dịch muối còn đồng thời sinh ra dòng điện chuyển động trong kim loại.

Tác dụng hoá học có kèm theo sự sinh ra dòng điện trong kim loại gọi là tác dụng điện hoá. Trong ba trường hợp kim loại bị phá hỏng ở trên thì trường hợp thứ hai và thứ ba gọi là sự phá huỷ kim loại do ăn mòn điện hoá.

Vậy: ăn mòn kim loại là hiện tượng tự phá huỷ của các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại và môi trường bên ngoài.

Gồm hai loại ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá

a>Ăn mòn hoá học:

          Ăn mòn hoá học: là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng hoá học của môi trường với kim loại. Vì vậy ăn mòn hoá học chỉ xảy ra trong môi trường các chất điện ly dạng lỏng và môi trường không khí.

Cũng có thể định nghĩa sự ăn mòn hoá học là sự ăn mòn kim loại do tác dụng đơn thuần của phản ứng hoá học giữa vật liệu kim loại với môi trường xung quanh có chứa chất xâm thực (O2, S2, Cl2,...) Hay nói cách khác là quá trình ăn mòn hoá học xảy ra trong môi trường khí và trong các môi trường các chất không điện ly dạng lỏng.

Ví dụ: Sự ăn mòn của khí sunfuarơ (SO2) đối với đồng : 

6Cu + SO2 = 2 Cu2O + Cu2S 

b) Ăn mòn điện hoá:

Ăn mòn điện hoá là quá trình ăn mòn mà trong đó có phát sinh ra dòng điện. Vì vậy quá trình ăn mòn kim loại do điện hoá chỉ xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường điện ly mà dung môi là nước. Cũng có thể hiểu Ăn mòn điện hoá là sự ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở 2 vùng khác nhau trên bề mặt kim loại. Quá trình ăn mòn điện hoá có phát sinh dòng điện tử chuyển động trong kim loại và dòng các ion chuyển động trong dung dịch điện ly theo một hướng nhất định từ vùng điện cực này đến vùng điện cực khác của kim loại). Tốc độ ăn mòn điện hoá xảy ra khá mãnh liệt so với ăn mòn hoá học. 

Ví dụ: Nhúng mẫu Zn vào dung dịch loãng H2SO4: 
                   Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ↑ 
ở đây kẽm bị hoà tan trong dung dịch H2SO4 loảng và hidro (H2) thoát ra . Tốc độ ăn mòn của Zn trong H2SO4 loang tăng vọt lên.

Vậy có thể kết luận rằng nguyên nhân ăn mòn chính là do kim loại tiếp xúc với môi trường có các hoá chất, với các dung môi có phản ứng với kim loại đó.

2. Cách bảo vệ kim loại chống lại sự ăn mòn của hoá chất.

a) Cách li kim loại với môi trường:
Dùng những chất bền với môi trường phủ lên bề mặt kim loại. Đó là:
- Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, tráng men, phủ hợp chất polime hữu cơ
- Mạ một số kim loại bền như crom, niken, đồng, kẽm, thiếc lên bề mặt kim loại cần bảo vệ.

- phương pháp bọc lót FRP, bọc lót cao su và bọc lót bằng hỗn hợp Faolit là những biện pháp đang được sử dụng nhiều nhất vì có độ chống ăn mòn cao, dễ thi công, giá thành rẻ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Trong ngành sản xuất hóa chất, ngành phân bón thì 98 % các công trình chống ăn mòn là sử dụng các phương pháp này.  
b) Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inox):
Chế tạo những hợp kim không gỉ trong môi trường không khí, môi trường hoá chất. Những hợp kim không gỉ thường đắt tiền, vì vậy sử dụng chúng còn hạn chế.
c) Dùng chất chống ăn mòn (chất kìm hãm).
Chất chống ăn mòn làm bề mặt kim loại trở nên thụ động (trơ) đối với môi trường ăn mòn. Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm chất chống ăn mòn khác nhau, chúng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hoá chất.
d) Dùng phương pháp điện hóa:
Nối kim loại cần bảo vệ với 1 tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn. Ví dụ, để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn vào vỏ tàu (phần chìm trong nước biển) 1 tấm kẽm. Khi tàu hoạt động, tấm kẽm bị ăn mòn dần, vỏ tàu được bảo vệ. Sau một thời gian người ta thay tấm kẽm khác.

Tuy nhiên để việc chống ăn mòn đạt hiệu quả cao chúng ta phải khảo sát kỹ các hoá chất trong môi trường tiếp xúc của kim loại, điều kiện nhiệt độ, áp suất... rồi mới có thể đưa ra phương án xử lý tối ưu nhất.