Kh¶o s¸t sù ¨n mßn vµ kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn
cña ion CrO42- vµ HPO42- ®èi víi thÐp cacbon,
trong m«i tr−êng NaCl b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn hãa
L¹i thÞ hoan
Bïi quang tuÊn
ph¹m TiÕn l©m
nguyÔn thÞ mai
Bé m«n Hãa
Khoa Khoa häc C¬ b¶n
Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i
Tãm t¾t: Sù ¨n mßn cña thÐp CT3 trong m«i tr−êng ¨n mßn chøa ion Clo ®−îc nghiªn
cøu b»ng ph−¬ng ph¸p ®o ®−êng cong ph©n cùc ®iÖn hãa. KÕt qu¶ chØ ra r»ng ion Clo t¸c ®éng
lín tíi sù ¨n mßn cña thÐp CT3. Nã kÝch thÝch c¶ ph¶n øng anod vμ ph¶n øng catod, nh−ng sù
t¸c ®éng tíi ph¶n øng anod m¹nh h¬n so víi ph¶n øng catod. C¸c ion HPO42- vμ CrO42- cã t¸c
®éng øc chÕ ¨n mßn cho thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M.
Summary: The corrosion of steel CT3 in chloride corrosive environment has been
investigated by electrochemical polarization curves method. The result shows that chloride ion
affects significantly corrosion of steel CT3. It excites both cathodic and anodic reactions, but its
effect on anodic reaction is more obvious than on anodic reaction. HPO42- and CrO42- ions
improve the anti-corrosion of steel CT3 in solution of NaCl 0.1M.
CT 2
I. ®Æt vÊn ®Ò
Do cã tÝnh c¬ lÝ tèt, dÔ gia c«ng, gi¸ thµnh rÎ nªn ®· tõ l©u thÐp nãi chung vµ c¸c lo¹i thÐp
cacbon nãi riªng ®−îc coi lµ x−¬ng sèng cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp,
giao th«ng vËn t¶i… Tuy nhiªn, c¸c lo¹i thÐp cacbon ®−îc sö dông trong c¸c c«ng tr×nh nãi trªn
rÊt dÔ bÞ ¨n mßn d−íi t¸c ®éng cña m«i tr−êng x©m thùc ®Æc biÖt lµ d−íi t¸c ®éng cña ion
clorua. Theo mét sè c«ng tr×nh ®· ®−îc c«ng bè [2], víi khÝ hËu nhiÖt ®íi biÓn nh− ë n−íc ta cã
sù l¾ng ®äng clo rÊt lín nªn ¶nh h−ëng cña ion clo ®Õn tèc ®é ¨n mßn kim lo¹i lµ rÊt ®¸ng kÓ. V×
vËy, mÆc dï ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc nµy [2,3] nh−ng viÖc nghiªn cøu ¶nh
h−ëng cña ion clorua ®Õn sù ¨n mßn thÐp cacbon nãi riªng vµ kim lo¹i nãi chung còng lu«n
®−îc sù quan t©m, chó ý nghiªn cøu cña nhiÒu nhµ khoa häc trong vµ ngoµi n−íc.
Nh»m ®ãng gãp vµo lÜnh vùc nµy, ®Ó lùa chän sö dông thÐp cacbon trong c¸c ®iÒu kiÖn m«i
tr−êng cô thÓ, trong bµi b¸o nµy chóng t«i nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn sù ¨n
mßn thÐp CT3 b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n cùc tuyÕn tÝnh. Trªn c¬ së ®ã chóng t«i ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng
øc chÕ chèng ¨n mßn ®èi víi thÐp CT3 trong m«i tr−êng NaCl 0,1M cña ion CrO42- vµ ion HPO42-.
II. Thùc nghiÖm
C¸c phÐp thÝ nghiÖm ®−îc thùc hiÖn t¹i Phßng thÝ nghiÖm Hãa Tr−êng §¹i häc Giao th«ng
VËn t¶i.
Trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm chóng t«i sö dông c¸c hãa chÊt: NaCl (PA), Na2HPO4.12H2O
(PA), K2CrO4 (PA), n−íc cÊt.
Trong c¸c thÝ nghiÖm chóng t«i sö dông b×nh ®o ®iÖn hãa ba ®iÖn cùc: ®iÖn cùc lµm viÖc
thÐp CT3 cã diÖn tÝch bÒ mÆt 0,79cm2, xung quanh bäc epoxy, ®−îc mµi bãng, khö mì vµ tÈy
gØ, ®iÖn cùc ®èi l−íi platin, ®iÖn cùc so s¸nh Ag/AgCl, KCl.
VËt liÖu lµm ®iÖn cùc thÐp CT3 cã thµnh phÇn: Fe (99,406%), C (0,150%) S (0,037%), Mn
(0,420%) vµ Si ë d¹ng vÕt.
C¸c phÐp ®o ®iÖn hãa ®−îc thùc hiÖn trªn m¸y ®o ®iÖn hãa ®a n¨ng ghÐp nèi m¸y tÝnh
PGS Autolab30 cña Hµ Lan. C¸c phÐp ®o ph©n cùc ®−îc thùc hiÖn trong kho¶ng thÕ
-1,2V ®Õn 0,2V, tèc ®é quÐt thÕ 5mV.s-1.
Tèc ®é ¨n mßn ®−îc tÝnh theo tiªu chuÈn ASTM G 3 - 89 vµ ASTM G 102 - 89.
III. KÕt qu¶ vμ th¶o luËn
1. nh h−ëng cña ion clorua ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3
CT 2
§o ph©n cùc tuyÕn tÝnh ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung dÞch chøa ion clorua víi nång ®é
kh¸c nhau chóng t«i thu ®−îc c¸c ®−êng cong ph©n cùc (h×nh 1) tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é
¨n mßn vµ thÕ ¨n mßn (b¶ng 1).
0.0005M
E:\tuan an mon1\Cl\16_8a1.icw
0.01M
0.5M
-1.15 -0.90 -0.65 -0.40 -0.15 0.10
-9
1x10
-8
1x10
-7
1x10
-6
1x10
-5
1x10
-4
1x10
-3
1x10
-2
1x10
-1
1x10
0
1x10
E-
V
i-A/cm2
H×nh 1. §−êng cong ph©n cùc cña thÐp CT3 trong
dung dÞch chøa ion clorua ë c¸c nång ®é kh¸c
nhau.
-1000
-900
-800
-700
-600
012345
log(1/C)
Corrosion Potential
(mV)
0.E+00
2.E-05
4.E-05
6.E-05
8.E-05
1.E-04
1.E-04
Corrosion current
density (A/cm2)
Potential
Current
H×nh 2. Sù phô thuéc cña tèc ®é ¨n mßn
vμ thÕ ¨n mßn vμo nång ®é ion clorua
H×nh 2, b¶ng 1 cho thÊy thÊy ion clorua ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3.
§−êng ph©n cùc h×nh 1 cho thÊy ion clorua cã t¸c dông kÝch thÝch c¶ qu¸ tr×nh cat«t vµ qu¸ tr×nh
an«t, tuy nhiªn ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn qu¸ tr×nh an«t m¹nh h¬n, ®iÒu nµy còng lÝ gi¶i cho
sù t¨ng cña thÕ ¨n mßn vÒ gi¸ trÞ d−¬ng h¬n khi gi¶m nång ®é ion clorua (h×nh 2).
B¶ng 1. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn cña thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl
STT 1 2 3 4 5 6 7 8
C(M) 0,5 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001 0,0005 0,0001
MËt ®é dßng ¨n mßn
(i.105A/cm2) 10,8 7,84 4,12 3,00 2,79 1,92 1,58 1,25
ThÕ ¨n mßn (mV) -895 -855 -866 -855 -839 -780 -752 -720
Tèc ®é ¨n mßn
(mm/n¨m) 1,27 0,92 0,48 0,35 0,33 0,23 0,19 0,15
§Ó thÊy râ h¬n ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3 trong ®iÒu kiÖn tù
nhiªn chóng t«i x¸c ®Þnh tèc ®é ¨n mßn cña thÐp CT3 trong m«i tr−êng n−íc biÓn §µ N½ng ë
c¸c ®é pha lo·ng kh¸c nhau (m« pháng cho sù x©m thùc cña n−íc biÓn). Qua c¸c phÐp thö
nghiÖm, chóng t«i còng thu ®−îc kÕt qu¶ t−¬ng tù nh− khi gi¶m nång ®é ion clorua (xem h×nh 3,
4; b¶ng 2).
H×nh 3. §−êng ph©n cùc thÐp CT3 trong n−íc
biÓn ë c¸c ®é pha lo·ng kh¸c nhau.
-1000
-900
-800
-700
-600
00.511.522.53
log(1/C)
Corrosion potential
(mV)
0.E+00
2.E-05
4.E-05
6.E-05
8.E-05
1.E-04
1.E-04
1.E-04
2.E-04
Corrosion current
density (A/cm2)
potential
current
H×nh 4. Sù phô thuéc cña tèc ®é ¨n mßn vμ thÕ ¨n
mßn vμo ®é pha lo·ng.
(1)
(5)
(9)
-1.21 -0.96 -0.71 -0.46 -0.21
-9
1x10
-8
1x10
-7
1x10
-6
1x10
-5
1x10
-4
1x10
-3
1x10
-2
1x10
-
1
1x10
E-V
i
-
A/
cm
2
CT 2
B¶ng 2. MËt ®é dßng ¨n mßn, thÕ ¨n mßn, tèc ®é ¨n mßn cña thÐp CT3 trong n−íc biÓn §μ N½ng
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
§é pha lo·ng
(lÇn) 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512
MËt ®é dßng ¨n
mßn(i.105A/cm2) 14,10 7,18 5,30 4,19 4,02 2,18 1,40 1,07 0,70 0,71
ThÕ ¨n mßn (mV) -855 -863 -855 -853 -752 -750 -730 -716 -664 -645
Tèc ®é ¨n mßn
(mm/n¨m) 1,65 0,83 0,62 0,49 0,47 0,26 0,17 0,13 0,08 0,083
C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn cho thÊy ion clorua cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tèc ®é ¨n mßn
thÐp CT3. Theo [4] thÐp CT3 kh«ng bÒn ¨n mßn trong m«i tr−êng NaCl nång ®é lín h¬n 10-4M
(tèc ®é ¨n mßn >0,15mm/n¨m).
2. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0.1M cña ion HPO42-
Trªn c¬ së ®o ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M cã mÆt Na2HPO4 víi
nh÷ng nång ®é kh¸c nhau, cho phÐp chóng t«i ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña ion HPO42- ®Õn sù ¨n
mßn thÐp. C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 3.
NaCl 0.1M
NaCl + HPO4 1E-3
-1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0 0.25
-8
1.0x10
-7
1.0x10
-6
1.0x10
-5
1.0x10
-4
1.0x10
-3
1.0x10
-2
1.0x10
-1
1.0x10
0
1.0x10
E / V
i / A
H×nh 5. §−êng ph©n cùc thÐp CT3 trong dung dÞch
NaCl 0,1M cã vμ kh«ng cã ion HPO42-.
0
20
40
60
80
100
0123456
log(1/C)
Z(%)
-1200
-1100
-1000
-900
-800
-700
Corrosion
Potential (mV)
Z(%)
Corrosion
p
otential
H×nh 6. nh h−ëng cña nång ®é ion HPO42- ®Õn
hiÖu qu¶ b¶o vÖ, thÕ ¨n mßn.
HiÖu qu¶ b¶o vÖ (Z) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (*)
%.
i
ii
Z
o
o100
−
= (*)
trong ®ã: i lµ mËt ®é dßng ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M cã mÆt chÊt øc chÕ
io lµ mËt ®é dßng ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M.
B¶ng 3. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn vμ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cña ion HPO42-
®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M
STT 1 2 4 5 6 7 8
C(M) 0 1x10-1 1x10-2 1x10-3 1x10-4 1x10-5 5x10-6
MËt ®é dßng ¨n
mßn (i.105A/cm2) 7,84 6,87 5,88 5,50 5,44 5,95 6,49
ThÕ ¨n mßn(mV) -855 -899 -894 -898 -882 -896 -893
Tèc ®é ¨n mßn
(mm/n¨m) 0,921 0,808 0,691 0,646 0,639 0,699 0,762
Z(%) 0,00 12,37 25,00 29,85 30,61 24,11 17,22
CT 2
B¶ng 3 vµ h×nh 6 cho thÊy, ion HPO42- cã t¸c dông øc chÕ sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung
dÞch NaCl 0,1M. §−êng ph©n cùc h×nh 5 cho thÊy ion HPO42- cã t¸c dông øc chÕ ph¶n øng cat«t
m¹nh h¬n ph¶n øng at«t. KÕt qu¶ nµy gi¶i thÝch cho sù gi¶m thÕ ¨n mßn thÐp CT3 khi cã mÆt
ion HPO42- trong dung dÞch NaCl 0,1M so víi khi kh«ng cã mÆt nã.
3. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 tron dung dÞch NaCl 0,1M cña ion CrO42-
§Ó kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña ion CrO42- chóng t«i ®o ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung
dÞch NaCl 0,1M cã mÆt ion CrO42- ë nh÷ng nång ®é kh¸c nhau. C¸c kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong
b¶ng 4.
NaCl 0.1M + CrO4 E-3M
NaCl 0.1M
-1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0 0.25
-8
1x10
-7
1x10
-6
1x10
-5
1x10
-4
1x10
-3
1x10
-2
1x10
-1
1x10
0
1x10
E-
V
i-A/cm2
H×nh 7. §−êng ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong
dungdÞch NaCl 0,1M cã vμ kh«ng cã mÆt ion CrO42-.
-1200
-1100
-1000
-900
-800
-700
01234567
log(1/C)
Corosion potential
(mV)
0
20
40
60
80
100
Z(%)
Potential
Z (%)
H×nh 6. nh h−ëng cña nång ®é ion CrO42-®Õn hiÖu
qu¶ b¶o vÖ vμ thÕ ¨n mßn.
B¶ng 4 vµ h×nh 6 cho thÊy ion CrO42- cã t¸c dông øc chÕ ®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong
dung dÞch NaCl 0,1M. §−êng ph©n cùc h×nh 7 cho thÊy ion CrO42- cã t¸c dông øc chÕ ph¶n øng
cat«t m¹nh h¬n ph¶n øng an«t, ®iÒu nµy còng thÊy ®−îc th«ng qua sù gi¶m thÕ ¨n mßn cña
thÐp CT3 trong NaCl 0,1M khi cã mÆt ion CrO42- (xem b¶ng 4)
B¶ng 4. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn vμ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cña ion CrO42-
®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M
STT 0 1 2 3 5 7 9 10
C(M) 0 1x10-1 5x10-2 1x10-2 1x10-3 1x10-4 1x10-5 1x10-6
MËt ®é dßng ¨n
mßn (i.105A/cm2) 7,98 7,51 7,01 5,09 4,57 4,93 5,14 5,04
ThÕ ¨n mßn (mV) -840 -876 -867 -857 -882 -890 -908 -900
Tèc ®é ¨n mßn
(mm/n¨m) 0,93 0,92 0,91 0,60 0,54 0,58 0,60 0,59
Z(%) 0,00 5,89 12,16 36,17 42,73 38,22 35,59 36,84
CT 2