Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích, đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit của hỗn hợp Br- hoặc I- với caffeine bằng các phương pháp phân tích

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm đánh giá khả năng hạn chế ăn mòn thép CT3 trong các môi trường của kaliiođua, kali bromua, của hỗn hợp caffeine với muối kali iođua hoặc kali bromua, từ đó xác định chất có khả năng ức chế tối ưu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích, đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit của hỗn hợp Br- hoặc I- với caffeine bằng các phương pháp phân tích

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI ĐỨC DÂN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên - 2018 i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI ĐỨC DÂN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI Chuyên ngành : Hóa phân tích Mã số : 8 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trương Thị Thảo Thái Nguyên - 2018 ii
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được khoá luận Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên TS.Trương Thị Thảo đã giao đề tài, hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong tổ bộ môn hóa Phân tích, các thầy giáo, cô giáo hướng dẫn phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học - trường ĐH Khoa Học- Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, anh chị em và bạn bè đã quan tâm, động viên tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Thái Nguyên, tháng 6 năm 2018 Học viên Bùi Đức Dân iii
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. vi DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI ..........................................................................................3 1.1.1. Định nghĩa......................................................................................................3 1.1.2. Phân loại ........................................................................................................3 1.1.3. Đặc điểm ăn mòn thép ...................................................................................4 1.1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI ..............5 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĂN MÒN KIM LOẠI ........................11 1.2.1. Phương pháp phân tích ................................................................................11 1.2.2. Phương pháp điện hóa .................................................................................19 1.2.3. Phương pháp quan sát vi mô SEM ..............................................................29 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................30 2.1. TRANG THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ..................................................30 2.1.1.Trang thiết bị .................................................................................................30 2.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................30 2.1.3. Hoá chất .......................................................................................................30 2.2. THỰC NGHIỆM ................................................................................................31 2.2.1. Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu ...................................................................31 2.2.2. Thực nghiệm theo phương pháp phân tích ..................................................32 2.2.3. Thực nghiệm theo phương pháp điện hóa ...................................................37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................39 3.1. MỘT SỐ YẾU TỐ TRONG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP F–AAS .................................................39 3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH HCl 1M THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ............................................40 iv
3.2.1. Khả năng ức chế ăn mòn của kalibromua ....................................................40 3.2.2. Khả năng ức chế ăn mòn của hỗn hợp caffeine và Kalibromua ..................41 3.2.3. Khả năng ức chế ăn mòn của Kali iođua và hỗn hợp cafeine- KI ...............44 3.3. THẢO LUẬN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN ỨC CHẾ ĂN MÒN ............................46 3.3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của Br- và I- lên bề mặt thép ...........................46 3.3.2. Nghiên cứu hoạt động điện hóa của hệ ăn mòn. ..........................................48 KẾT LUẬN ...............................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................52 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT HCL Đèn catot rỗng EDL Đèn phóng không điện cực SEM Kính hiển vi điện tử quét SE Điện tử thứ cấp BSE Điện tử tán xạ ngược vi
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đường phân cực của hệ sắt bị ăn mòn trong môi trường axit loãng không chứa oxi .................................................................................................. 8 Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot bằng dòng ngoài ................................................. 9 Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ ăn mòn bằng anot hy sinh ......................................... 10 Hình 1.4 Sơ đồ đo Eam theo thời gian 30 Hình 1.5 Sự biến đổi Eam theo thời gian......................................................... 20 Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị đo đường phân cực (Galvanostatic) ........................ 22 Hình 1.7. Đường phân cực i - f(E) .................................................................. 22 Hình 1.8. Đường cong phân cực của kim loại Me trong môi trường axit ...... 23 Hình 1.9. Sơ đồ đo đường phân cực theo phương pháp thế tĩnh .................... 24 Hình 1.10: Đường cong phân cực  E - f(i) ..................................................... 25 Hình 1.11: Biểu diễn hình học các phần tử phức ............................................ 27 Hình 1.12: Tổng trở trên mặt phẳng phức....................................................... 28 Hình 2.1: Cấu tạo điện cực làm việc ............................................................... 37 Hình 3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ sắt theo phương pháp AAS.......... 39 Hình 3.2: Ảnh hưởng của bromua tới hiệu quả bảo vệ thép CT3 trong dung dịch HCl 1N .................................................................................................... 41 Hình 3.3: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 trong môi trường HCl 1N khi có mặt hỗn hợp caffeine 5,00 g/l – bromua ....................................................................... 42 Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu thép CT3 trong dung dịch HCl 1M có các chất ức chế khác nhau sau giờ ngâm ở nhiệt độ phòng. .............................................. 43 Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt một số mẫu thép ngâm 60 phút trong các dung dịchăn mòn có hỗn hợp ức chế caffeine và I- ở 250C ..................................... 45 Hình 3.6. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir của I- và Br- lên bề mặt thép CT3 trong dung dịch HCl 1M ................................................................. 47 Hình 3.7. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir của hỗn hợp I- hoặc Br- với caffeine lên bề mặt thép CT3 trong dung dịch HCl 1M ........................... 48 vii
Hình 3.8: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b)của thép CT3 trong dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp caffeine 5,0 g/l và Br- ở nồng độ khác nhau .......................................................................................... 49 Hình 3.9: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b) của thép CT3 trong dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp I- 1,0 g/l và caffeine ở nồng độ khác nhau.................................................................................................... 49 Hình 3.10: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b)của thép CT3 trong dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp I- 5,0 g/l và caffeine ở nồng độ khác nhau.................................................................................................... 49 viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các thông số kĩ thuật của anot hy sinh ........................................... 11 Bảng 2.1: Pha chế các dung dịch ức chế độc lập ............................................ 31 Bảng 2.2: Pha chế 100ml dung dịch ức chế hỗn hợp ...................................... 32 Bảng 2.3: Các thông số của phép đo xác định hàm lượng sắt trong dung dịch bằng phép đo AAS .......................................................................................... 33 Bảng 2.4: Thành phần % về khối lượng các nguyên tố trong thép CT3 ........ 35 Bảng 3.1: Độ hấp thụ của các dung dịch sắt chuẩn ở các nồng độ khác nhau 39 Bảng 3.2: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của Br- ở các nồng độ khác nhau ................................................................................. 40 Bảng 3.3: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của hỗn hợp caffeine - bromua .............................................................................. 42 Bảng 3.4. Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1N của dung dịch KI và của hỗn hợp cafeine - KI ...................................................... 44 ix
MỞ ĐẦU Trong tiến trình phát triển của Khoa học và công nghệ, bên cạnh sự ra đời của những vật liệu mới, chúng ta vẫn không thể phủ nhận vai trò vô cùng quan trọng của kim loại trong hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống. Nhưng ngay từ khi bắt đầu sử dụng kim loại con người đã phải đối mặt với vấn đề: kim loại sau một thời gian làm việc đã bị han gỉ, mòn vẹt, tính năng sử dụng bị suy giảm. Theo[5] tổng kết: Khối lượng kim loại bị ăn mòn, biến chất chiếm gần 1/3 tổng sản lượng kim loại sản xuất được dùng hàng năm trên thế giới. Trong số đó khoảng trên 2/3 số kim loại này có thể tái sử dụng được. Ngoài thiệt hại trực tiếp về vật chất, ăn mòn kim loại còn gây những thiệt hại gián tiếp khác như: Thiếu an toàn lao động, giảm độ bền máy móc, chất lượng sản phẩm, gây ô nhiễm môi trường, chưa kể đến những chi phí sửa chữa máy móc, trang thiết bị bằng kim loại. Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ kim loại là rất cần thiết. Có nhiều biện pháp khác nhau để hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra. Một trong các biện pháp đó là sử dụng các chất ức chế để bảo vệ kim loại bị ăn mòn. Đây là một phương pháp khá đơn giản nhưng hiệu quả cao, tăng tuổi thọ công trình và vật liệu lên từ 2 đến 5 lần. Trong những năm trở lại đây việc nghiên cứu và áp dụng các chất ức chế ăn mòn được nhiều nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm và thực hiện trên phạm vi rộng, hướng tới sử dụng các ức chế xanh an toàn và thân thiện với môi trường. Đặc biệt là khả năng kết hợp giữa các chất vô cơ và các chất hữu cơ để làm tăng hiệu quả ức chế ăn mòn thép. Nối tiếp các kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế ăn mòn của caffeine tự nhiên tách từ chè xanh của nhóm nghiên cứu, trong luận văn này, chúng tôi chọn đề tài: " PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC 1
CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI". Mục đích của đề tài: - Đánh giá khả năng hạn chế ăn mòn thép CT3 trong các môi trường của kaliiođua, kali bromua, của hỗn hợp caffeine với muối kali iođua hoặc kali bromua, từ đó xác định chất có khả năng ức chế tối ưu. - Thảo luận, tìm hiểu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT3 trong các điều kiện thực nghiệm trên. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1.1. Định nghĩa Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi trường bên ngoài[5]. 1.1.2. Phân loại[6,18] Có nhiều cách phân loại quá trình ăn mòn: theo quá trình ăn mòn, theo môi trường ăn mòn hoặc theo đặc tính phá huỷ. Chủ yếu người ta phân loại theo quá trình ăn mòn: - Ăn mòn hoá học: Là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng hoá học của môi trường với kim loại. Ăn mòn hoá học xảy ra trong môi trường không dẫn điện như không khí khô và dung dịch dạng lỏng. Đặc điểm của ăn mòn hoá học là không phát sinh dòng điện, sản phẩm của quá trình ăn mòn nằm ngay trên bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường. - Ăn mòn điện hoá: Là quá trình ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở hai vùng khác trên bề mặt kim loại. Ăn mòn điện hoá xảy ra trong môi trường dẫn điện. Đặc điểm của ăn mòn điện hoá gắn liền với sự phát sinh dòng điện. Phân loại theo môi trường ăn mòn gồm: - Ăn mòn trong không khí. - Ăn mòn trong đất. - Ăn mòn trong dung dịch. Tuỳ theo tính chất của dung dịch điện ly người ta chia ra: + Ăn mòn trong axit. + Ăn mòn trong kiềm. + Ăn mòn trong dung dịch muối. 3
Hoặc dựa theo đặc tính phá huỷ bề mặt kim loại, người ta chia làm các dạng ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ, ăn mòn rạn nứt, ăn mòn lựa chọn... 1.1.3. Đặc điểm ăn mòn thép a) Sự ăn mòn thép cabon Thép cacbon là thép có hai thành phần chính là sắt và cacbon, hàm lượng các nguyên tố khác có mặt không đáng kể. Thép cacbon được chia thành thép mềm (thép cacbon thấp, %mC ≤ 0,29 %), thép cacbon trung bình (%mC ≤0,59 %), thép cacbon cao (%mC ≤0,99 %), thép cacbon đặc biệt (%mC = 12 %). Đây là loại vật liệu được dùng phổ biến trong xây dựng. Trong không khí ẩm, ở nhiệt độ thường (trên bề mặt thép có màng nước) quá trình ăn mòn xảy ra theo cơ chế điện hoá: Phản ứng anot: Fe + HOH →FeOH+ + H+ +2e FeOH+ + HOH →FeOOH + 2H+ +2e Phản ứng này khống chế sự ăn mòn thép trong khí quyển. Phản ứng catot: FeOOH + e →Fe3O4 + H2O + OH- Tiếp theo: 1 3 Fe3O4 + O2 + H2O →3FeOOH 4 2 Trong không khí, FeOH+ và OH- tác dụng với ôxy và nước tạo thành hydrôxit, ôxit sắt (II) và ôxit sắt (III) và chúng tạo thành lớp gỉ sắt. Theo thời gian gỉ sắt phát triển thành các lớp xốp và làm giảm tốc độ ăn mòn thép. Nếu trong không khí có tạp chất, ví dụ: Cl- ở vùng ven biển, sự hấp thụ Cl- của các lớp gỉ làm thay đổi hình thái lớp gỉ, đôi khi làm tăng tốc độ ăn mòn thép. 4
Trong môi trường axit, tốc độ ăn mòn thép phụ thuộc vào phản ứng catôt và thép bị ăn mòn đáng kể nếu không được bảo vệ. b) Sự ăn mòn thép hợp kim thấp Thép hợp kim thấp gồm sắt và một lượng nhỏ khoảng dưới 2% các nguyên tố hợp kim Cu, Ni, Cr, P: có độ bền chống ăn mòn cao đối với môi trường ăn mòn khí quyển. Trên bề mặt của thép hợp kim thấp tạo ra lớp ôxit Fe3O4 có cấu trúc sít chặt ngăn cản sự tác động của môi trường làm giảm quá trình gỉ hoá tiếp theo. Lớp bảo vệ này bền trong môi trường khí quyển hay khi thay đổi thời tiết. Thép này được gọi là “thép thời tiết” và được dùng rộng rãi trong công nghiệp. Khi có mặt ion Cl- trong các vùng khí hậu biển và ven biển hoặc khi nhúng vào nước, lớp ôxit này không bền vững. Trong điều kiện khí hậu biển thường sử dụng thép hợp kim hoá chứa các nguyên tố Ni, Cr, hoặc Mo Thép hợp kim thấp nhạy cảm với hiện tượng ăn mòn nứt khi tiếp xúc với các môi trường chứa các ion NO3- , OH-, và NH3 lỏng. 1.1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1.4.1. Thiết kế hợp lý Để hạn chế ăn mòn, trong quá trình thiết kế và lắp ráp cần tuân thủ các quy tắc sau: - Tránh tạo nên các vùng có tính chất khác nhau, kể cả các vùng có tính chất khác nhau cục bộ về nhiệt độ, áp xuất, tiếp xúc với các dung dịch có nồng độ khác nhau. Tránh tạo nên các khe, các rãnh đọng nước. - Có những phần thiết kế bắt buộc phải dùng các vật liệu dễ bị ăn mòn trong điều kiện vận hành, khi thiết kế phải lưu ý biện pháp thay thế hoặc sửa chữa. - Nhà chế tạo phải tuân thủ nghiêm ngặt, không được tùy tiện thay đổi phương án thiết kế nếu chưa có đầy đủ yếu tố về phương diện ăn mòn. 5
1.1.4.2. Lựa chọn vật liệu thích hợp Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu với các tính chất khác nhau trong các môi trường làm việc khác nhau. Tùy theo môi trường làm việc sẽ có sự lựa chọn loại vật liệu tối ưu nhất. Có thể kể ra các vật liệu chính hiện nay là: thép cacbon; thép hợp kim thấp; thép không gỉ; đồng và các hợp kim đồng; titan và hợp kim titan; niken và hợp kim niken; ... 1.1.4.3. Xử lý bề mặt vật liệu Xử lý bề mặt vật liệu là phương pháp khá phổ biến. Kim loại cần bảo vệ được bao phủ bằng các lớp kim loại, phi kim hoặc các chất hoá học có tính chất bảo vệ. Bao phủ kim loại: - Bao phủ catot: kim loại bao phủ có điện thế điện cực dương hơn so với kim loại được bảo vệ nhằm ngăn cách kim loại nền với môi trường (bảo vệ cơ học). Khi lớp kim loại bao phủ bị xước thì kim loại nền tiếp xúc với môi trường xâm thực sẽ bị ăn mòn. - Bao phủ anot: kim loại bao phủ có điện thế điện cực âm hơn so với- kim loại nền. Khi đó kim loại bao phủ đóng vai trò protectơ, bị ăn mòn trước, kim loại nền được bảo vệ điện hoá. Do đó kim loại nền vẫn bảo vệ ngay cả khi lớp bao phủ không còn phủ kín. Để bảo vệ kim loại bằng phương pháp bao phủ, ta có thể dùng phương pháp: mạ điện, phun kim loại. Ngoài ra người ta có thể bao phủ kim loại bằng một số chất hoá học sau: - Các hợp chất hoá học: tạo màng oxit, tạo màng muối bền có tác dụng bảo vệ. - Các vật liệu hữu cơ: sơn phủ, polime... 6
- Các vật liệu vô cơ: men, vữa trát, bê tông... Biện pháp này nhằm ngăn cách kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn bằng các lớp phủ. Các lớp phủ thường dùng là lớp phủ kim loại, ví dụ kẽm trên nền thép; lớp phủ vô cơ: lớp muối photphat các kim loại Mn, Fe, Zn,… lên trên nền thép; lớp phủ phi kim loại như sơn, vecni, tráng men, polyme,… 1.1.4.4. Xử lý môi trường làm việc Có hai hướng xử lý môi trường thông dụng: - Loại trừ cấu tử gây ăn mòn có trong môi trường như H+, O2, hơi nước, NOx ,… bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học. - Sử dụng chất ức chế ăn mòn: đưa thêm một chất từ bên ngoài vào hệ mà có tác dụng làm giảm quá trình ăn mòn. 1.1.4.5. Phương pháp điện hóa[5,19] Nguyên tắc của phương pháp điện hoá bảo vệ chống ăn mòn kim loại là dịch chuyển thế về phía âm nằm trong miền thế loại trừ ăn mòn bằng phương pháp phân cực bởi dòng ngoài hoặc tự phân cực của sự khép kín pin ăn mòn. Mặt khác, có thể tạo lớp thụ động trên mặt kim loại bằng sự phân cực anot. Phương pháp bảo vệ này thường được dùng bảo vệ những phần kim loại tiếp xúc với môi trường dẫn điện. Ví dụ trong nước biển, nước ven biển hoặc trong nước, trong đất. Dựa vào nguyên tắc trên có hai phương pháp bảo vệ điện hoá: – Bảo vệ catot bằng dòng ngoài dịch chuyển thế ăn mòn về phía âm kéo theo sự giảm dòng ăn mòn (xem hình 1.1) đến cực tiểu. 7
– Bảo vệ catot bằng anot hy sinh, nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác có điện thế âm hơn và thế kim loại cần bảo vệ được dịch chuyển về phía âm kéo theo sự giảm tốc độ ăn mòn. Hình 1.1. Đường phân cực của hệ sắt bị ăn mòn trong môi trường axit loãng không chứa oxi Tại điểm O, ứng với thế ăn mòn Eăm và có dòng ăn mòn: iăm = iFe = iH2 Khi dịch chuyển thế về phía âm từ O đến O2 thì dòng ăn mòn giảm từ O1  O. Khi đó trên sắt iăm  0 và chỉ có sự thoát khí H2 theo phản ứng: 2H+ + 2e  H2 Thế giới hạn Egh, tại đó sự ăn mòn sắt đạt cực tiểu và nếu dịch chuyển thế âm hơn Egh thì khí H2 trên sắt thoát ra với tốc độ lớn, sự hiđro kim loại làm giảm độ bền cơ học của sắt. 8
* Phương pháp bảo vệ catot bằng dòng ngoài Kim loại cần được bảo vệ, các đường ống dẫn nhiên liệu dưới đất, vỏ tầu biển được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, còn cực dương của nguồn điện nối với một anot bằng vật liệu ít tan (xem hình 1.2). Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot bằng dòng ngoài 1. Vật cần được bảo vệ (đường ống dẫn dầu dưới đất); 2. Chất độn dẫn điện; 3. Điện cực phụ anot (ống thép, ống silic, graphit, titan…); 4. Nguồn điện một chiều; 5. Điện trở điều khiển dòng; 6. Môi trường đất * Bảo vệ bằng anot hy sinh Kim loại cần được bảo vệ phải có giá trị điện thế dương hơn vật liệu làm anot hy sinh. Anot hy sinh bị hoà tan để bảo vệ kim loại. Công trình được bảo vệ thường làm bằng thép. Ví dụ vỏ tầu biển, các giàn khoan khai thác dầu khí ngoài biển. Trong trường hợp đó vật liệu làm anot hy sinh là các kim loại nhôm, kẽm, magie hoặc hợp kim của chúng. Hợp 9
kim nhôm chỉ dùng trong môi trường mà nhôm dễ bị hoà tan, ví dụ trong nước biển. Sơ đồ bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng anot hy sinh được trình bày trên hình 1.3. Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ ăn mòn bằng anot hy sinh 1. Thiết bị cần bảo vệ. 2. Anot hy sinh. 3. Chất bọc anot hy sinh. 4. Thiết bị kiểm tra. 5. Công tắc đóng, ngắt mạch. Điều kiện để anot hy sinh làm việc có hiệu quả: – Giữa vật bảo vệ và anot hy sinh có hiệu điện thế đủ lớn, nghĩa là anot hy sinh phải có điện thế âm hơn điện thế của thiết bị được bảo vệ. – Vật liệu anot có điện thế làm việc ít thay đổi. – Vật liệu anot phải có dung lượng cao, ổn định, không bị thụ động trong môi trường làm việc, ăn mòn đều, hiệu suất cao (xem bảng 1.1). Mật độ dòng bảo vệ phụ thuộc vào sự chênh lệch điện thế giữa anot hy sinh và vật bảo vệ, điện trở riêng của môi trường. Đối với các loại đất có điện trở riêng khoảng 10 – 250MΩ thì thường dùng anot hy sinh Mg. 10
Bảng 1.1. Các thông số kĩ thuật của anot hy sinh Điện thế làm việc (so Hợp kim Môi trường với điện cực bạc trong Dung lượng nước biển) Ah/kg Al- Zn-Mg Nước biển –1,0 ÷ –1,05 2600 ÷ 2850 Al- Zn-In -nt- –1,0 ÷ –1,10 2300 ÷ 2650 Al- Zn-Sn -nt- –1,0 ÷ –1,05 925 ÷ 2600 Zn -nt- –0,95 ÷ –1,03 760 ÷ 780 Zn- Al-Cd -nt- –1,05 780 Mg-Al-Zn -nt- –1,50 1230 Mg-Mn -nt- –1,7 1230 Bảo vệ anot Phân cực anot để đưa kim loại vào trạng thái thụ động (bảo vệ các thùng kim loại chứa axit) chỉ cần dòng điện nhỏ, tiêu hao ít năng lượng. Đối với phương pháp này cần có thiết bị chính xác, an toàn để tránh sự hoạt hóa dẫn đến sự hoà tan của vật được bảo vệ. 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĂN MÒN KIM LOẠI 1.2.1. Phương pháp phân tích Để xác định tốc độ ăn mòn kim loại người ta xác định nồng độ ion kim loại bị hoà tan vào môi trường xâm thực, từ đó suy ra tốc độ ăn mòn. Có thể dùng các phương pháp phân tích định lượng, ví dụ phương pháp quang phổ, phương pháp hấp phụ nguyên tử, phương pháp cực phổ, … 11