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