Post on 05-Mar-2016
description
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 1/47
1
Chương 5 Ăn mòn vật liệu 1. Khái niệm
• Ăn mòn vật liệu: do tác dụng hóa học-điện hóa học của VL
vớ i môi trườ ng.
• Ăn mòn hóa học: phá hủy VL do tác dụng hóa học của VL vớ i
môi trườ ng, tuân theo quy luật nhiệt động và động học phảnứng hóa học.
• Ăn mòn điện hóa: phá hủy VL do tác dụng điện hóa học của
VL vớ i môi trườ ng chất điện giải, tuân theo quy luật nhiệt
động
điện hóa và
động học các quá trình
điện cực. Thườ ngxảy ra vớ i KL, hợ p kim, bán dẫn, oxyt dẫn điện.
• Tác hại do ăn mòn:
Phá hủy VL, tiêu tốn VL, ô nhiễm môi trườ ng, tai nạn,…
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 2/47
2
• Tác hại:
Ở Mỹ: thiệt hại do ăn mòn KL là 350 tỷ USD/năm, chiếm
4.25% GNP (Gross National Product).
Trên thế giớ i: tổn thất do ăn mòn chiếm trên 4.5% GDP
(Gross Domestic Product)
28/4/1988, Boeing 737, Aloha airlines, 1 phần
nóc bị mất ở độ cao 24000 feet, do mỏi và ăn
mòn
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 3/47
3
4/10/1992, El Al Flight 1862, Boeing 747, ốc gắn giữa động
cơ và cánh máy bay bị gãy do ăn mòn làm động cơ rớ t khỏi
cánh, máy bay đâm vào chung cư 11 tầng ở Amsterdam, Hà
Lan
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 4/47
4
12-15-1967: cầu Point Pleasant Bridge nối giữa West
Virginia và Ohio bị sập do ăn mòn dướ i tác động ứng suất
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 5/47
5
1/8/2007, cầu 35W St. Anthony Bridge bắc qua sông
Mississippi bị sập do ăn mòn các khớ p nối
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 6/47
6
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 7/47
7
16/4/2001, nổ nhà máy lọc dầu Humber Estuary (Anh) do
một đườ ng ống dẫn gas bị ăn mòn
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 8/47
8
• Chi phí chống ăn mòn:
Chi phí trực tiếp: thay thế thiết bị, chi tiết bị ăn mòn.
Chi phí gián tiếp: sửa chửa, thiệt hại do ngưng sản xuất.
Ví dụ: Chi phí để thay thế sửa chửa một thiết bị trao đổi
nhiệt trong nhà máy, mất mát do ngưng sản xuất.
Chi phí để bảo vệ: dùng vật liệu chịu ăn mòn thì đầu tư
cao hơn, chi phí tạo các lớp phủ bảo vệ, chi phí bảo vệ điện
hóa.
Chi phí phòng ngừa: phải dùng vật liệu có kích thướ c lớn
hơn, chi phí kiểm tra, bảo dưỡ ng.
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 9/47
9
• Các dạng ăn mòn và phá hủy vật liệu phi kim
Ăn mòn và phá hủy vật liệu polymer: do đứt liên kết
giữa các phân tử trong polymer. Các liên kết này làliên kết cộng hóa trị, năng lượ ng liên kết nhỏ nênrất dễ bị phá hủy dướ i các tác động hóa học và vật lýnhư nhiệt, chùm tia năng lượ ng cao.
Ăn mòn vật liệu gốm.Ví dụ: thủy tinh silicat rất kém bền trong môi
tr ườ ng kiềm do có phản ứng thủy phân làm đứt cácliên kết trong phân tử và phá hủy bề mặt.
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 10/47
10
Các vật liệu xây dựng (bêtông, xi măng, gạch …) thườ ng bị ăn mòn
theo cơ chế hòa tan cacbonat.
Trong bầu khí quyển ô nhiễm công nghiệp, khi có mặt
của nướ c, SO2 sẽ tạo thành H2SO4. Axít này sẽ tác dụng
với cacbonat canxi CaCO3 trong vật liệu để tạo thành
thạch
cao (CaSO4.2H2O). Do thạch cao có thể tích lớn hơn
cacbonat canxi, khi tạo thành sẽ làm tr ương phồng bề mặt,
gây nứt và bong tróc bề mặt. Các vết nứt sẽ cho phép nướ c và axít xâm nhập sâu vào
trong vật liệu, gây đứt gãy các liên kết và phá hủy vật liệu.
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 11/47
11
Phân loại các dạng ăn mòn
• Phân loại theo cơ chế ăn mòn
Ăn mòn điện hóa Là sự ăn mòn kim loại trong môi tr ườ ng điện ly. Xảy ra
do quá trình trao đổi điện tử giữa chất oxyhóa và chất khử. Ăn mòn hóa học
Là sự ăn mòn trong môi tr ườ ng khí, còn gọi là ăn mòntrong khí khô. Xảy ra do phản ứng hóa học của kim loại với môitr ườ ng khí xung quanh có chứa các tác nhân gây ăn mòn như oxy,
lưu huỳnh, clo…
Ví dụ kim loại khi nung ở nhiệt độ cao trong không khí sẽ
bị oxyhóa theo phản ứng: 2 Me + ½ O2 MeO
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 12/47
12- Nhiệt độ cao - Không cần nhiệt độ cao
- Dung dịch chất điện ly
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 13/47
13
• Phân loại theo môi tr ườ ng ăn mòn
Ăn mòn trong khí quyển
Ăn mòn trong môi tr ườ ng nước ngọt
Ăn mòn trong môi tr ườ ng nước biển
Ăn mòn trong môi tr ường đất
Ăn mòn trong kim loại lỏng
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 14/47
14
• Phân loại theo phạm vi ăn mòn: Ăn mòn đều và ăn mòn cục bộ
Ăn mòn đều
- Xảy ra đồng nhất trên tất cả bề mặt của kim loại, ở mức độ vĩ mô, không phân biệt đượ c khu vực
anôt, khu vực catôt. Bề mặt của kim loại vừa là catôt vừa
là anôt.
Ăn mòn cục bộ
- Xảy ra tại một nơi trên bề mặt, ở đó chỉ có phản ứng
anôt.
- Có thể phân biệt rõ ràng khu catốt, khu anốt. - Trong thực tế ăn mòn cục bộ là do tính dị thể của vật liệu
hoặc của môi trƣờng.
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 15/47
15
• Cách phân loại ăn mòn khác:
+ Ăn mòn galvanic (galvanic corrosion) (vi pin): - Ăn mòn giữa hai kim loại do tạo thành pin điện hóa giữa
chúng. - Kim loại có thế âm hơn sẽ bị ăn mòn. + Ăn mòn hốc (crevice corrosion):
- Do sự khác nhau về nồng độ oxy ở hai phần củamột cấu trúc, tạo thành pin điện hóa giữa chúng.
- Thườ ng gặp trên các khe của kim loại hoặc trên cácvùng mà oxy ít có khả năng thấm vào. + Ăn mòn lỗ (pitting corrosion):
- Tạo nên bởi một vài anion (chủ yếu là Cl-) trên các kim loại
đã đượ c bảo vệ bởi một lớp màng thụ động. - Thườ ng tạo các lỗ hổng có đườ ng kính khoảng vài chục m
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 16/47
16
+ Ăn mòn giữa các hạt (intergranular corrosion): - Ăn mòn có chọn lọc trên biên giới hạt. - Có liên quan đến các pha bị kết tinh trong quá trình xử lý
nhiệt. + Ăn mòn chọn lọc (selective corrosion):
- Ăn mòn do oxyt hóa một cấu tử của hợp kim tạothành một cấu trúc kim loại xốp.
+ Ăn mòn xói mòn (erosion corrosion): - Do tác động kết hợp giữa một phản ứng điện hóa và bào mòn cơ học.
- Dạng này thườ ng xảy ra khi các kim loại đặt trongdòng chất lỏng chảy nhanh.
+ Ăn mòn dướ i ứng suất (stress corrosion cracking): - là sự kết hợp giữa một ứng suất cơ học và một phản
ứng điện hóa tạo nên các vết nứt trên kim loại
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 17/47
17
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 18/47
18
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 19/47
19
Crevice corrosion Pitting corrosion
Selective corrosionIntergranular corrosion
Erosion corrosion Stress corrosion cracking
Ă
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 20/47
20
2. Ăn mòn hóa học
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 21/47
21
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 22/47
22
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 23/47
23
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 24/47
24
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 25/47
25
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 26/47
26
Xét màng oxyt kim loại: có thể xốp hay sít chặt
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 27/47
27
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 28/47
28
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 29/47
29
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 30/47
30
3 Ăn mòn điện hóa
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 31/47
31
3. Ăn mòn điện hóa
Hai lý thuyết cơ bản
a) Ăn mòn điện hóa giố ng như pin ng ắn mạch:
• Các anode (điện thế âm hơ n), cathode (điện thế dươ nghơ n) nằm sát nhau.
• Xây dựng biểu đồ: E A =f(I), EC=f(I)
A
C
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 32/47
32
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 33/47
33
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 34/47
34
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 35/47
35
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 36/47
36
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 37/47
37
b) Lý thuyết về điện thế hỗn hợp
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 38/47
38
b) Lý thuyế t về điện thế hỗ n hợ p4. Phươ ng pháp chống ăn mòn
• Chuyển điện thế ăn mòn về phía âm hơn
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 39/47
39
• Chuyển điện thế ăn mòn về phía âm hơ n
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 40/47
40
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 41/47
41
ể ế ề
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 42/47
42
• Chuyển điện thế ăn mòn về phía dươ ng hơ n
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 43/47
43
• Sử dụng ch t ức ch ăn mòn
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 44/47
44
ử ụ g ứ ăn
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 45/47
45
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 46/47
46
7/21/2019 Chuong 5 Vat Lieu Hoc NTS v3
http://slidepdf.com/reader/full/chuong-5-vat-lieu-hoc-nts-v3 47/47
47
Ăn mòn bê tông cốt thép