- Hoàng Thị Bích Thủy Bộ môn CN Điện hóa và BVKL, Viện Kỹ thuật Hóa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ĐT Email:
[email protected] DECP-HUST 1 1 ĂN MÒN ĐIỆN HÓA 1.
- Khái niệm AMĐH là quá trình tự phá hủy kim loại (hợp kim) có kèm theo sự thay đổi tính chất hóa lý của kim loại (hợp kim) khi kim loại (hợp kim) tác dụng với môi trường điện ly xung quanh.
- Ví dụ: sự gỉ vỏ tàu thủy, gỉ kim loại trong khí quyển.
- Ăn mòn điện hóa luôn kèm theo sự xuất hiện dòng điện do sự không đồng đều về điện thế trên các phần bề mặt kim loại.
- Tốc độ ăn mòn điện hóa phụ thuộc điện thế điện cực.
- DECP-HUST Điện thế điện cực.
- Nhúng 1 thanh kim loại vào dung dịch điện ly → Hình thành lớp điện tích kép, xuất hiện bước nhảy điện thế giữa bề mặt kim loại và dung dịch.
- Sự chuyển cấu tử tích điện từ kim loại vào dung dịch hoặc ngược lại.
- Sự hấp phụ có lựa chọn trên bề mặt kim loại (hấp phụ Cl-, H2O.
- DECP-HUST 3 3 Mô hình lớp kép không có hấp phụ đặc biệt DECP-HUST Điện thế điện cực tiêu chuẩn DECP-HUST 5 5 2.
- Điều kiện nhiệt động để xảy ra ăn mòn điện hóa GT < 0 Đối với phản ứng điện hóa: GT = -nFE = -nF(Ekcb – Eacb) Ekcb > Eacb Ăn mòn điện hóa xảy ra khi có sự chênh lệch điện thế giữa các vị trí trên bề mặt kim loại.
- Pin Ăn mòn DECP-HUST Pin ăn mòn điện hóa: 4 thành phần - Anốt - Catốt - Dung dịch điện ly - Nối điện anốt – catốt Phải có đủ 4 thành phần để tạo thành pin ăn mòn Pin ăn mòn điện hóa DECP-HUST 7 7 DECP-HUST Phản ứng anốt: Fe Fe2.
- Phản ứng catốt: Môi trường axit: 2H.
- H2 Môi trường trung tính, kiềm: O2 + 4e.
- H2O 4OH- DECP-HUST 9 9 Các nguyên nhân tạo ra pin ăn mòn.
- Chất điện ly có độ dẫn thấp - Có sự tiếp xúc của 2 kim loại - Có sự chênh lệch nồng độ ô xy - Ảnh hưởng của vi sinh vật - Có sự chênh lệch nhiệt độ - Có dòng điện rò - Tác động của dòng chảy - Thành phần hợp kim bề mặt không đồng nhất DECP-HUST .
- Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi AMĐH • Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn • Thiết kế hợp lý • Thay đổi môi trường • Sơn phủ • Bảo vệ điện hóa DECP-HUST 11 11 3.1.
- Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn • Yêu cầu đối với vật liệu.
- Tương thích với thiết bị (lỏng) hiện có • Khả năng duy trì • Độ che phủ cần thiết • Độ sẵn có dữ liệu cho thiết kế • Kinh nghiệm đã có với vật liệu tương tự DECP-HUST Xem xét lựa chọn vật liệu.
- Tính sẵn có và thời gian giao hàng • Các phép thử vật liệu cần thêm • Chi phí vật liệu • Chi phí sản xuất • Chi phí bảo trì, kiểm tra • Phân tích đầu tư, thời gian hoàn vốn DECP-HUST 13 13 Cơ chế ăn mòn Tính chất ăn mòn Loại tải của môi trọng trường và Thông tin cần vật liệu thiết để đánh giá khả năng ăn mòn của vật liệu Kinh Chức năng nghiệm của vật liệu thực tiễn DECP-HUST .
- Thiết kế hợp lý Tránh đọng ẩm Dễ thay thế bộ phận có tốc độ ăn mòn cao DECP-HUST 15 15 Kết cấu được sơn Phải xử lý bề mặt góc cạnh trước khi phủ Kết cấu được mạ DECP-HUST .
- Phương pháp thay đổi môi trường • Nguyên tắc: làm giảm hoạt tính ăn mòn của môi trường bằng cách làm giảm tác nhân gây ăn mòn hoặc cho thêm các chất ức chế vào môi trường.
- Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng được trong môi trường hữu hạn.
- Đối với môi trường khí quyển • Giảm độ ẩm • Dùng ức chế pha hơi (Dicyclohexylamin nitrit, cyclohexylamin cacbonat.
- Đối với môi trường nước • Giảm độ dẫn • Loại bỏ cấu tử gây ăn mòn: Đuổi ôxy (gia nhiệt, hút chân không, sục khí trơ, dùng hóa chất).
- Giảm H+ (trung hòa bằng CaO, NaOH) DECP-HUST 17 17 • Thêm chất ức chế: Ức chế catốt.
- (ức chế catốt an toàn hơn ức chế anốt) Chất hoạt động bề mặt Chất bảo vệ k/loại Chất kích thích ăn (chất ức chế) mòn Chất ức chế catốt Chất bảo vệ hỗn Chất ức chế anốt (Na2SO3, hợp (O2, NO2-, CrO42.
- (R-X) DECP-HUST .
- Phương pháp sơn phủ • Nguyên tắc: ngăn cách kim loại với môi trường ăn mòn bằng cách phủ lên bề mặt kim loại.
- Chất lượng lớp phủ và hiệu quả bảo vệ phụ thuộc nhiều vào quá trình xử lý bề mặt kim loại trước khi phủ.
- DECP-HUST 19 19 * Lớp phủ kim loại • Lớp phủ catốt Cu, Ni, Cr, Pb, Sn, Ag Lớp phủ phải kín, không có khuyết tật.
- Lớp phủ anốt Zn, Al, Cd Tuổi thọ bảo vệ phụ thuộc vào chiều dày lớp phủ.
- DECP-HUST Lớp phủ phi kim loại vô cơ.
- Lớp phủ ôxyt • Lớp phủ phốt phát • Lớp phủ crômat DECP-HUST 21 21 Tạo lớp ôxyt nhôm DECP-HUST DECP-HUST 23 23 DECP-HUST Hình ảnh công đoạn anốt hóa nhôm DECP-HUST 25 25 DECP-HUST Lớp phủ ôxyt (titan, nhôm) Lớp phủ phốt phát DECP-HUST 27 27 Lớp phủ cromát DECP-HUST Lớp phủ hữu cơ • Sơn Sơn nền (chống gỉ.
- Bọc chất dẻo, nhựa đường DECP-HUST 29 29 Hệ lớp sơn chống ăn mòn Top Coat: Trang trí, chịu tia UV, chống bám bẩn của VSV Mid Coat: Tăng chiều dày sơn, bám dính Primer: Chống ăn mòn, bám dính tốt ~ 400 µm Epoxy, PU, Alkyd, Acrylate Topcoat: 150 µm Epoxy Mid coat: 150 µm Epoxy Primer: 70 µm Metal Substrate DECP-HUST Ví dụ hệ lớp sơn thương mại Epoxy zinc primer 30 µ Epoxy primer Epoxy tie coat Epoxy top coat or weatherable PUR 50 µ 100 µ 50 µ } Bảo vệ thép Epoxy zinc primer 30 µ Epoxy aluminium primer 300µ Epoxy top coat 300 µ } Siêu bảo vệ thép, ví dụ để bảo vệ công trình ngoài khơi DECP-HUST 31 31 Tuổi thọ của một số loại lớp phủ bền ăn mòn (năm) Coating System Salt Water Mildly Corrosive Moderately Severely Immersion Environment Corrosive Corrosive Environment Environment Water-Based Acrylic Primer/Topcoat na 16.5 12 9 Epoxy Primer/High-Build Epoxy Topcoat 6 18 12 9 High-Build Epoxy Primer/High-Build Epoxy Topcoat Epoxy Waterborne na 18 12 9 High-Build Epoxy Primer/Acrylic Urethane na Topcoat Inorganic Zinc/Epoxy Mastic/Polyester Urethane na Topcoat Inorganic Zinc/Epoxy Mastic/Acrylic Urethane na 30 21 15 Topcoat Inorganic Zinc Primer/Waterborne Acrylic na Topcoat DECP-HUST .
- Phương pháp bảo vệ điện hóa • Cơ sở lý thuyết: giản đồ E-pH • Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng được trong môi trường điện ly liên tục như môi trường nước, môi trường đất,… DECP-HUST 33 33 Cơ sở lý thuyết của bảo vệ điện hóa DECP-HUST Phương pháp bảo vệ catốt • Nguyên tắc: dịch chuyển điện thế kim loại về phía âm (tăng phân cực catốt cho kim loại) cho đến khi phản ứng anốt hòa tan kim loại trở nên không đáng kể.
- Phạm vi ứng dụng: bảo vệ kết cấu trong môi trường trung tính, môi trường kiềm – khi quá trình ăn mòn xảy ra với sự khử phân cực ôxy.
- Thường dùng để bảo vệ kết cấu thép trong nước biển, nước sông, trong đất, cốt thép trong bê tông.
- DECP-HUST 35 35 Sơ đồ bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh (SACP) DECP-HUST Vật liệu anốt hy sinh.
- Hợp kim nhôm - Hợp kim kẽm - Hợp kim magiê DECP-HUST 37 37 Anốt hy sinh kẽm bảo vệ cho tàu thủy, cửa đập thủy lợi, phao đèn biển … DECP-HUST Anốt hy sinh nhôm bảo vệ cho công trình ngoài khơi DECP-HUST 39 39 Hệ bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh cho chân đế giàn khoan (535m) ở Viosca Knoll (southeast of New Orleans) DECP-HUST Anốt hy sinh bảo vệ cho Anốt hy sinh bảo vệ cho công máy đun nước nóng trình ngầm trong đất DECP-HUST 41 41 Anốt hy sinh bảo vệ cho cốt thép trong bê tông DECP-HUST Sơ đồ bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài (ICCP) DECP-HUST 43 43 Vật liệu anốt phụ.
- Thép phế liệu - Gang silic - Graphit - Titan phủ hỗn hợp ôxit DECP-HUST Anốt graphit Anốt gang silic DECP-HUST 45 45 Anốt titan phủ hỗn hợp ôxit kim loại (MMO) MMO Coating DECP-HUST Anốt ICCP bảo vệ cho công trình ngầm trong đất DECP-HUST 47 47 * Phương pháp bảo vệ anốt • Nguyên tắc: dịch chuyển điện thế kim loại về phía dương (tăng phân cực anốt cho kim loại) cho đến khi điện thế kim loại rơi vào vùng thụ động.
- Phạm vi ứng dụng: chỉ dùng để bảo vệ kim loại thụ động trong môi trường ôxy hóa.
- Thường dùng trong môi trường ăn mòn rất mạnh như tank chứa, đường ống dẫn axit mạnh (axit sunphuric, photphoric, nitric) DECP-HUST 48 48 24