Phương pháp bảo vệ Catốt

Chia sẻ: Phan Duy Khanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

446
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bảo vệ catốt là phân cực catốt một bề mặt kim loại bị ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn. Xét phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch trung tính có sục khí.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp bảo vệ Catốt

http://www.ebook.edu.vn 127 CHƯƠNG 10 PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATỐT 10.1. Cơ sở lý thuyết 10.1.1. Nguyên lý và ứng dụng Bảo vệ catốt là phân cực catốt một bề mặt kim loại bị ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn. Xét phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch trung tính có sục khí: Fe → Fe2+ + 2e (1) - O2 + 2H2O + 4e → 4OH (2) Phân cực catốt cho hệ thống này từ điện thế ăn mòn Ecor sẽ làm giảm tốc độ của phản ứng (1) (dư điện tử nên cân bằng dịch chuyển từ phải sang trái), nhưng lại làm tăng tốc độ phản ứng khử oxy và tạo OH- (2) (cân bằng dịch chuyển từ trái sang phải). Có hai phương pháp bảo vệ catốt: dùng dòng điện ngoài và anốt hy sinh (protector).
http://www.ebook.edu.vn 128 Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài, dòng điện để phân cực catốt được cung cấp từ máy biến thế chỉnh lưu (chuyển điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC). Ở những nơi hẻo lánh không có điện, dòng điện ngoài có thể được cung cấp từ máy phát điện chạy dầu diesel, chạy khí đốt hoặc từ pin mặt trời. Anốt có thể là một hoặc nhiều điện cực bằng graphit (cho cấu trúc ngầm dưới đất) hoặc gang có hàm lượng silic cao, titan phủ platin (cho cấu trúc nhúng trong nước biển). Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh, kim loại cần bảo vệ được nối với một kim loại khác, gọi là anốt hy sinh, có điện thế âm hơn. Các anốt hy sinh được hàn vào đường ống ngầm hay đường ống nhúng trong nước biển và phải được thay thế định kỳ vì chúng bị tiêu thụ trong phản ứng hòa tan anốt. Các anốt chôn trong đất (dù theo phương pháp dòng điện ngoài hay anốt hy sinh) đều được chôn lấp hoặc đóng gói trước cùng với các vật liệu dẫn điện, thường là hạt than cốc, để tăng diện tích anốt, giảm mật độ dòng anốt, giảm tiêu hao anốt. Phương pháp bảo vệ catốt có thể áp dụng để làm giảm tốc độ ăn mòn cho bất kỳ kim loại nào. Tuy nhiên, phương pháp này thường được áp dụng cho các cấu trúc bằng thép cacbon trong môi trường ăn mòn nhẹ như đất, nước và nước biển. Thép không gỉ, Cu và hợp kim Cu có sẵn tính chống ăn mòn nên không cần bảo vệ thêm. Các kim loại khác như Al, Zn dễ bị ăn mòn catốt do tính kiềm của khu catốt tăng khi phản ứng catốt xảy ra nên mức độ phân cực catốt phải được khống chế cẩn thận. Phương pháp bảo vệ catốt sẽ không kinh tế khi môi trường có tốc độ ăn mòn cao hơn (ví dụ thép trong môi trường axít), đòi hỏi dòng áp đặt cao hơn và biến thế chỉnh lưu lớn hơn. Ngoài ra, phản ứng khử catốt sẽ sinh ra nhiều hydrô có thể gây nguy hiểm, đồng thời các lớp phủ rẻ tiền để giảm dòng điện ngoài thường không chịu được môi trường axít. 10.1.2. Phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài a) Bảo vệ catốt cho thép trong môi trường axít Đường cong phân cực của thép trong dung dịch axít có dạng sau:
http://www.ebook.edu.vn 129 Tốc độ ăn mòn khi chưa phân cực anốt là 10-3 A/cm2. Phân cực catốt khoảng 120 mV (tương ứng với dòng áp đặt iapp) sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn xuống còn 10-6 A/cm2. Độ giảm này sẽ phụ thuộc vào độ dốc của đường cong phân cực anốt (hệ số Tafel anốt βa ). Trong trường hợp này βa = 40 mV, nên ứng với mỗi độ giảm 40 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn đi 10 lần. Đường cong phân cực catốt sẽ cho biết mật độ dòng điện ngoài áp đặt, iapp, ứng với mỗi mức phân cực catốt. Trong ví dụ trên, iapp vào khoảng 1,5 x 10-2 A/cm2 nghĩa là cứ mỗi m2 bề mặt ống cần dùng cường độ dòng 150 A. Điều này sẽ không kinh tế, nên phương pháp bảo vệ catốt sẽ không thực tế nếu áp dụng cho các môi trường có tính axít xâm thực với tốc độ ăn mòn cao. b) Bảo vệ catốt cho thép trong nước trung tính thông khí và nước biển Ăn mòn bị khống chế bởi sự khuếch tán của oxy hòa tan đến bề mặt ăn mòn ở iL = icor = 100 μA/cm2. Giả sử βa = 40 mV như trong trường hợp trên, độ phân cực catốt khoảng 120 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn xuống còn 0,1 μA/cm2. Do tốc độ ăn mòn và mật độ dòng áp đặt bị giới hạn bởi iL, nên iapp tối đa chỉ là 100 μA/cm2. Giá trị cường độ dòng áp đặt này vẫn còn lớn (1 m2 bề mặt cần 1 A), nhưng có thể giảm đi bằng cách dùng lớp phủ (thường là bền ăn mòn trong môi trường trung tính). Nếu phân cực catốt dư (điện thế catốt chuyển về phía âm hơn nữa), thì phản ứng phóng điện của nước có thể xảy ra 2H2O + 2e → H2 + 2OH- (3) Hydrô thoát ra (dù trong môi trường trung tính hay kiềm) đều phá hủy lớp phủ và gây giòn hydrô cho cấu trúc. Ngoài ra phản ứng khử mới sẽ làm tiêu tốn thêm cường độ dòng áp đặt. 10.1.3. Phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh Trong ăn mòn galvanic giữa các kim loại khác nhau, kim loại có điện thế dương hơn sẽ được bảo vệ catốt, còn kim loại có điện thế âm hơn sẽ bị ăn mòn.
http://www.ebook.edu.vn 130 Điện tử sẽ di chuyển từ anốt hy sinh (kim loại có điện thế âm) đến catốt (kim loại có điện thế dương hơn). Phản ứng anốt hòa tan (1) của kim loại có điện thế dương hơn sẽ giảm do dư điện tử đến từ anốt hy sinh, nhưng phản ứng khử oxy hòa tan (2) hoặc phản ứng thoát hydrô (3) sẽ tăng lên. Đường cong phân cực của cặp galvanic giữa anốt hy sinh và cấu trúc được bảo vệ catốt, mỗi loại có điện thế ăn mòn Ecor,a và Ecor,c tương ứng. Hai kim loại này được phân cực về cùng một điện thế “ngắn mạch” ESC với dòng điện IG(SC) chạy trong mạch. Tại ESC, tốc độ ăn mòn của cấu trúc giảm từ Icor về Icor(SC). Khi có điện trở dung dịch, RΩ, giữa anốt hy sinh và cấu trúc catốt, thì điện thế của hai điện cực sẽ chênh nhau một giá trị là IG(R)RΩ. Khi đó dòng ăn mòn chỉ giảm đến Icor(R) và dòng điện chạy trong mạch chỉ đạt IG(R), nhưng lượng tiêu hao anốt sẽ giảm. 10.1.4. Lớp phủ và bảo vệ catốt Các khuyết tật trong lớp phủ luôn hiện diện ở dạng lỗ kim, lỗ xốp, vết nứt và các hư hỏng vật lý khác. Ăn mòn sẽ tập trung ở các khuyết tật, làm bong lớp phủ và thúc đẩy hư hỏng. Bảo vệ catốt là phương pháp bổ sung lý tưởng cho lớp phủ. Do lớp phủ có điện trở cao, nên dòng catốt áp đặt chỉ tập trung ở các khuyết tật của lớp phủ, nơi lộ ra kim loại nền, và bảo vệ hữu hiệu cho các điểm yếu của lớp phủ. Vì vậy khi có lớp phủ, dòng điện ngoài cần thiết để bảo vệ sẽ giảm đáng kể. Hầu hết các cấu trúc ngầm hoặc nhúng trong nước biển thường kết hợp lớp phủ hữu cơ và bảo vệ catốt để ngăn ngừa ăn mòn. Nhiều cấu trúc như vậy được bao bởi các lớp phủ trong quá trình chế tạo trước khi lắp đặt. Tuy nhiên, các cấu trúc ngoài khơi thường để trần không bao phủ vì khó bảo dưỡng lớp phủ trong môi trường biển và tương đối khó thi công dưới mặt nước biển. Độ kiềm sinh ra từ phương pháp bảo vệ catốt trong nước biển sẽ tạo các vảy canxi làm giảm tốc độ ăn mòn và dòng điện catốt áp đặt.
http://www.ebook.edu.vn 131 10.1.5. Độ kiềm catốt Phản ứng khử catốt (2) và (3) sẽ làm tăng pH ở bề mặt được bảo vệ do tạo - OH trong quá trình phân cực catốt. Ở một mức độ nào đó, điều này có lợi vì các hợp kim sắt bền trong dung dịch kiềm nhẹ do tạo màng oxýt bền có tính bảo vệ. Ngoài ra, việc tạo OH- trong môi trường nước biển sẽ thúc đẩy việc tạo vảy canxi do phản ứng với ion Ca và Mg. Ca2+ + HCO3- + OH- → H2O + CaCO3 (4) 2+ - Mg + 2OH → Mg(OH)2 (5) Theo hình trên, vảy tạo thành sẽ làm giảm liên tục iL của phản ứng khử oxy theo sự tăng bề dày của vảy, do đó dòng điện cần thiết để bảo vệ catốt cũng sẽ giảm theo. Tuy nhiên các lớp phủ hữu cơ thường bị xà phòng hóa và hư hỏng trong môi trường kiềm. 10.1.6. Bảo vệ catốt với điện thế khống chế Kỹ thuật bảo vệ catốt đã thay đổi mạnh trong những năm gần đây, từ các chỉnh lưu sử dụng diode tạo dòng DC cố định, đến các chỉnh lưu sử dụng thyristor (SCR) điều khiển dòng một cách tự động để thỏa mãn điều kiện ăn mòn với tần số sóng của dòng DC thấp. Ưu điểm của hệ thống có khống chế điện thế được minh họa trong ví dụ sau: bề mặt thép được nhúng trong nước biển (thân tàu thủy) và bị khống chế khuếch tán bởi oxy hòa tan. Sự thay đổi dòng chảy ở bề mặt thép có thể làm tăng mật độ dòng giới hạn iL từ 100 μA/cm2 lên 200 μA/cm2. Nếu cường độ dòng áp đặt vẫn giữ nguyên, thì tốc độ ăn mòn có thể tăng lên 100 lần từ 0,1 μA/cm2 đến 10 μA/cm2. Ngược lại nếu khống chế điện thế vẫn ở mức ban đầu thì tốc độ ăn mòn sẽ giữ nguyên, chỉ có dòng áp đặt tăng lên từ 100 μA/cm2 lên 200 μA/cm2 để bù cho sự tăng dòng giới hạn. Bảo vệ catốt có khống chế điện thế thường được sử dụng rộng rãi cho thân tàu và các công trình trong nước biển có tốc độ dòng chảy thay đổi.
http://www.ebook.edu.vn 132 10.1.7. So sánh với bảo vệ anốt Cả bảo vệ anốt và bảo vệ catốt đều sử dụng sự phân cực điện hóa để giảm tốc độ ăn mòn. Tuy nhiên cơ chế hoạt động, phương pháp và thiết bị sử dụng sẽ khác nhau. Bảo vệ anốt sử dụng dòng anốt để phân cực bề mặt ăn mòn về vùng điện thế dương hơn (vùng thụ động). Bảo vệ catốt sử dụng dòng catốt để phân cực bề mặt về vùng điện thế âm hơn làm giảm tốc độ hòa tan anốt. Bảo vệ anốt chỉ hiệu quả cho các kim loại và hợp kim tạo được lớp thụ động bền, còn bảo vệ catốt thì có thể áp dụng cho hầu hết kim loại. Khả năng phân bố, khả năng truyền theo khoảng cách, đối với bảo vệ anốt thường cao vì sử dụng dòng áp đặt thấp và cho dung dịch có điên trở suất thấp. Khả năng phân bố của bảo vệ catốt thì thấp hơn nhiều do sử dụng dòng cao hơn và môi trường có điện trở suất cao hơn. Bảng so sánh phương pháp bảo vệ anốt và catốt Bảo vệ anốt Bảo vệ catốt Kim loại áp dụng Chỉ có kim loại và hợp Mọi kim loại và hợp kim kim tạo được lớp màng thụ động Tính ăn mòn của dung dịch Trung bình đến mạnh Yếu đến trung bình So sánh chi phí - Lắp đặt Cao Thấp hơn - Bảo dưỡng Cao Thấp hơn - Vận hành Rất thấp Cao hơn Rất cao Thấp - Khả năng phân bố Biến thế - chỉnh lưu Khống chế điện thế Dòng không đổi hoặc khống chế điện thế Dòng áp đặt Rất thấp Cao hơn Thường là biện pháp Phụ thuộc vào dòng khử catốt trực tiếp để đo tốc độ Không phải là biện pháp đo chính
http://www.ebook.edu.vn 133 ăn mòn trong quá trình xác tốc độ ăn mòn nhưng sẽ tăng bảo vệ theo tốc độ ăn mòn Điều kiện vận hành Có thể xác định chính Thường được xác định theo phép xác bằng phép đo điện thử thực nghiệm hoặc theo kinh hóa nghiệm 10.2. Các yếu tố thiết kế Nguyên lý điện hóa của phương pháp bảo vệ catốt đã nói trong phần trên thì tương đối dễ hiểu. Tuy nhiên các áp dụng của nó cho hệ thực tế thường rất phức tạp, nên việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt thường không chính xác và phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của nhà thiết kế. Các yếu tố phải được cân nhắc để thiết kế cho hệ thống bảo vệ catốt sẽ được liệt kê và thảo luận trong phần này. 10.2.1. Gradient điện thế Trong hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài hay anốt hy sinh, với dòng I chạy trong hệ thống thì tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt (trên hình) gồm các phần sau: + Quá thế anốt, ∈anốt, tại anốt (khoảng vài trăm mV) + Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh anốt, IRΩa, từ điểm D đến điểm C, có độ lớn từ vài Volt đối với hệ thống nhúng trong nước biển đến 10 – 50 V với cấu trúc ngầm. Giá trị IRΩa sẽ phụ thuộc vào số lượng và kích thước anốt, độ dẫn của đất hoặc nước biển. + Chênh lệch do điện thế rơi trong dung dịch, IRΩdd, từ điểm B đến điểm C, thường rất nhỏ và không thể hiện trên hình, do cường độ dòng được phân bố theo mặt cắt ngang của dung dịch giữa anốt và catốt. + Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh catốt, IRΩc, từ A đến B, thường nhỏ hơn nhiều so với IRΩa do diện tích catốt lớn hơn anốt rất nhiều. + Quá thế catốt, ∈catốt, tại catốt (khoảng vài trăm mV).
http://www.ebook.edu.vn 134 Tổng điện thế rơi, IRΩ, ( bằng tổng các điện thế rơi IRΩa, IRΩdung dịch, IRΩc) thường lớn hơn quá thế catốt (quá thế khống chế mức độ bảo vệ catốt). Khó khăn chủ yếu trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt là đo hoặc tính toán đúng quá thế (nhỏ) tại bề mặt cấu trúc mà không bị nhiểu bởi tổng điện thế rơi (lớn) đi kèm. Tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt phải được bù trừ bằng điện thế đầu ra của biến thế – chỉnh lưu hoặc chênh lệch điện thế giữa hai kim loại trong hệ thống anốt hy sinh. Do đó các cấu trúc ngầm có điện trở cao, diện tích bề mặt lớn thường được bảo vệ với dòng điện ngoài có anốt đặt xa catốt. Nếu chi phí lắp đặt và bảo dưỡng của hệ thống dòng điện ngoài quá cao, không thích hợp thì có thể dùng anốt hy sinh bằng hợp kim Mg. Các hợp kim này có điện thế ăn mòn rất âm và chênh lệch điện thế rất lớn khi ghép với thép. 10.2.2. Biến thế – chỉnh lưu Năng lượng điện được truyền tải hiệu quả nhất khi ở dạng dòng xoay chiều AC. Nhờ biến thế – chỉnh lưu, dòng điện xoay chiều sẽ được chuyển thành dòng một chiều DC để bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài. Mạch chỉnh lưu sẽ cắt nửa chu kỳ AC để tạo ra dòng DC. Các loại mạch chỉnh lưu và các dòng ra dạng bán sóng hay toàn sóng được biểu diễn trên hình. Dòng AC vào Mạch chỉnh lưu Dòng DC ra Chỉnh lưu bán sóng Dòng điện chạy qua tải R chỉ trong nửa chu kỳ mà điện thế xoay chiều giữa điểm A và B là dương. Chỉnh lưu toàn sóng C là điểm tiếp đất. Trong nửa chu kỳ mà điện thế giữa điểm A và B là dương, thì dòng điện sẽ chạy qua diode D1 đến R rồi trở về C. Ngược lại, khi điện thế giữa A và B âm, dòng điện sẽ chạy qua diode D2 đến R rồi trở về C. Chỉnh lưu cầu toàn sóng Trong nửa chu kỳ mà điện thế giữa A và B là dương, dòng điện từ A sẽ chạy qua D1, đến tải R rồi qua D3 để trở về B. Ngược lại, khi điện thế giữa A và B âm, dòng điện từ B sẽ chạy qua D2, đến tải R rồi qua D4 để trở về A. Các bộ lọc điện để nhận được dòng DC thẳng hơn thường đắt tiền, do đó dòng bảo vệ catốt từ biến thế – chỉnh lưu thường có dạng gợn sóng như dòng AC nhưng ở mức độ thấp hơn.
http://www.ebook.edu.vn 135 10.2.3. Phân bố dòng thế trên cấu trúc bảo vệ Việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt sẽ tốt nhất khi điện thế catốt và dòng áp đặt cần thiết phân bố đều trên toàn bộ bề mặt của cấu trúc. Tuy nhiên, điều này khó đạt được trong thực tế do các hạn chế vật lý sau đây: + Dòng điện xuất phát từ các anốt đặt xa catốt. Do đó các điểm khác nhau trên bề mặt cấu trúc catốt, có khoảng cách khác nhau đến bề mặt anốt gần nhất, sẽ có mức độ xâm nhập của dòng điện khác nhau. + Môi trường xung quanh của hệ thống bảo vệ catốt (đất, nước, nước mặn, nước ô nhiễm, …) có độ dẫn điện từ trung bình đến thấp. Do đó, điện thế trên cấu trúc có khuynh hướng không đồng nhất vì môi trường có độ dẫn thấp sẽ làm giảm điện thế ở các mức độ khác nhau. + Cấu trúc bảo vệ có dạng hình học phức tạp. Dòng điện từ anốt thường khó đi đến các vị trí ở xa hoặc bị che khuất trên cấu trúc catốt. Do đó, các mô hình lý thuyết để xác định sự phân bố dòng, thế trên cấu trúc thực thường chỉ giới hạn cho các dạng hình học không phức tạp và sử dụng nhiều giả thiết để đơn giản hóa bài toán. Ví dụ mô hình sau dựa trên các giả thiết - Anốt được đặt đủ xa catốt để dòng điện xâm nhập đều đến mọi phần của cấu trúc. Điều này thường không đúng, ngay cả với anốt trong phương pháp dòng điện ngoài và gần như không bao giờ đúng cho anốt hy sinh. - Dung dịch điện ly phân bố đều trong thể tích xung quanh anốt và cấu trúc catốt. Điều này thường không đúng cho dung dịch điện ly trong đất trên một khoảng cách lớn với anốt trong phương pháp dòng điện ngoài. - Điện trở lớp phủ cao, phân bố đều và thuần điện trở ohm. Các lớp phủ vốn đã có khuyết tật và phương pháp bảo vệ catốt được dùng để bảo vệ bổ sung cho lớp phủ tại các vị trí khuyết tật. - Sự phân cực catốt là tuyến tính (tuân theo định luật ohm) với độ tăng cường độ dòng. Tuy nhiên điện thế tại các vị trí khuyết tật trên lớp phủ sẽ tuân theo hàm mũ (khống chế động học) hoặc không đổi (khống chế khuếch tán) với sự tăng cường độ dòng. Điện thế Ex và dòng Ix là các hàm theo khoảng cách x, dọc theo ống đã bao phủ có chiều dài vô tận, được biểu diễn bởi Ex = Eo exp(-αx) (6) Ix = Io exp(-αx) (7) Eo, Io: điện thế và cường độ dòng tại điểm nối với cực âm của biến thế – chỉnh lưu. α: hệ số tắt dần (còn gọi là hệ số phân bố) xác định theo α = RS / R K RS: điện trở ống trên một đơn vị chiều dài. RK: điện trở đặc trưng = R S R L RL: điện trở rò của đường ống
http://www.ebook.edu.vn 136 RL = (Ex – Eo) / (Ix – Io) (8) Ex – Eo bao gồm điện thế rơi xuyên qua lớp phủ và phân cực điện hóa ở bề mặt kim loại – lớp phủ. Chú ý rằng Ex và Ix sẽ bằng 0 tại x = vô cực. Phương trình phân bố điện thế và dòng giữa hai điểm, nối với cực âm của biến thế – chỉnh lưu, trên đường ống cách nhau một khoảng 2d là E cosh α(d - x) Ex = o (9) cosh αd I sinh α(d - x) Ix = o (10) sinh αd ex − e−x e x + e−x với sinh x = vaø cosh x = 2 2 Sự thay đổi điện thế theo khoảng cách, tính theo phương trình (9), được minh họa trên hình sau. Trong thực tế đường cong lý thuyết này sẽ bị biến dạng (đường nét đứt) tại anốt hoặc gần anốt (nơi dòng tập trung), tại các điểm nứt hoặc khuyết tật của lớp phủ và tại các điểm không đồng nhất trong đất. Tuy nhiên các phương trình trên thường được sử dụng để thiết kế gần đúng hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài cho các đường ống. 10.2.4. Tiêu chuẩn bảo vệ catốt Tiêu chuẩn bảo vệ catốt theo National Association of Corrosion Engineers (NACE Standard RP-01-69) Tiêu chuẩn Điều kiện đo Bình luận 1) Điện thế < -850 mV so với điện cực Có dòng Có ích trong nhiều môi trường, Cu/CuSO4 bảo hòa cho thép (có IRΩ) không chắc chắn do có IRΩ 2) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn Có dòng Không chắc chắn do nhiễu từ mòn của cấu trúc 300 mV (có IRΩ) IRΩ 3) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn Ngắt dòng Khó thực hiện kỹ thuật ngắt mòn của cấu trúc 100 mV (không có IRΩ) dòng 4) Phân cực catốt về điện thế nằm trong Dòng thay đổi Khó tìm hệ số Tafel khi có IRΩ vùng Tafel (có IRΩ)
http://www.ebook.edu.vn 137 5) Dòng điện bảo vệ thực chạy từ dung Không chỉ định Đúng theo lý thuyết. dịch điện ly về bề mặt cấu trúc Khó xác định trong thực tế. Tất cả các tiêu chuẩn trên đều có những khuyết điểm nên chỉ mang tính định tính khi áp dụng trong thực tế. Tuy nhiên, phân cực catốt ở bất kỳ mức độ nào cũng đều có ích, do đó việc sử dụng các tiêu chuẩn trên sẽ tạo ra hệ thống bảo vệ catốt thích hợp nếu nó được đặt dưới sự giám sát của người có kinh nghiệm. 10.2.5. Dòng điện rò Dòng điện rò là dòng điện chạy trong đất từ các trạm xe điện hay dòng cảm ứng sinh ra khi có đường dây điện cao thế chạy song song với đường ống, do đó có khả năng gây ăn mòn tại các điểm mà dòng điện rò chạy từ đường ống về nguồn phát. Ngày nay vấn đề dòng điện rò chủ yếu là do tương tác của hệ thống bảo vệ catốt với các cấu trúc lân cận. Nếu có một cấu trúc có điện trở thấp như đường ống thép chôn ở gần khu vực bảo vệ catốt, thì dòng điện từ hệ thống bảo vệ catốt có thể chạy qua đường ống trước khi trở về bộ nguồn, có khả năng gây ăn mòn cục bộ.
http://www.ebook.edu.vn 138 Cách giải quyết tốt nhất là nối điện từ chi tiết cần bảo vệ đến cấu trúc lân cận. Điều này có thể dẫn đến tăng số anốt và tăng công suất bộ nguồn nhưng lại bảo vệ được cả hai cấu trúc.
http://www.ebook.edu.vn VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP MÔN ĂN MÒN & BẢO VỆ VẬT LIỆU PHẦN VÍ DỤ 1) Một mẩu bi sắt có đường kính 30 mm nhúng trong dung dịch axit (pH = 2) đã đuổi khí. Khi đó mật độ dòng ăn mòn là 10 A/m2 , MFe = 55,85 g/mol, ρFe = 7,87 g/cm3 . a) - Nếu Fe bị hòa tan theo phản ứng Fe2O3 + 6 H+ + 6e → 2 Fe + 3 H2O , E0 = - 0,051 V. Hãy tính điện thế thuận nghịch của phản ứng này. b)- Nếu Fe hòa tan tạo Fe2+, tính thời gian (ngày) để hòa tan hết mẩu sắt biết rằng Fe chỉ bị ăn mòn trên phương đi qua tâm bi, ăn mòn là đều và khi đó diện tích mẩu thay đổi theo thời gian. Giải: a) E = E0 + 0.059 6 [ ] 6 lg H + = E 0 − 0.059pH = −0.051 − 0.059 * 2 = −0.169V A 55.85 * 10 * 10 −6 v= i cor = = 3.67 10 -10 m / s nFρ 2 * 96500 * 7.87 b) δ 0.015 τ= = = 472 ngày v 3.67 * 10 −10 * 24 * 3600 2) Một ống sắt hình trụ tròn bị ăn mòn cả phía trong và phía ngoài. Giả sử ăn mòn là đều và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết mật độ dòng ăn mòn bên trong ống = 50 lần mật độ dòng ăn mòn bên ngoài và thời gian để bề dày ống giảm đi 20 mm là 1 năm. Xác định tốc độ ăn mòn bên trong và bên ngoài ống. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C. Giải: A v= i cor = ki cor nFρ v int = ki int ⎫ v int i int ⎬⇒ = v ext = ki ext ⎭ v ext i ext i int = 50i ext ⇒ v int = 50 v ext ( v int + v ext )τ = δ = 20.10 −3 m; τ = 1 naêm δ 20.10 −3 51v ext = = = 20.10 −3 τ 1 −3 20.10 v ext = = 4x10 −4 m / naêm 51 v int = 50v ext = 2x10 −2 m / naêm 3) Người ta cho mẩu thép hình trụ (sơn 2 đầu của khối trụ) có đường kính φ = 20 mm và dài 100 mm vào trong dung dịch HCl, mật độ dòng điện ăn mòn là icor = 20 A/m2. a) Giả thiết rằng diện tích ăn mòn không thay đổi (bằng diện tích ban đầu), xác định khối lượng sắt bị ăn mòn sau 24h. Cho rằng ăn mòn tạo thành Fe2+ và MFe = 55,85, ρ = 7,87 g/cm3. b) Nếu đường kính khối trụ thay đổi theo thời gian, hỏi sau 24 h đường kính khối trụ còn lại là bao nhiêu ? 1
http://www.ebook.edu.vn Giải: S = πdl = 20π cm 2 A 55.85 Δm = i cor Sτ = 20 * 20π * 10 −4 * 24 * 3600 = 3,142 g nF 2 * 96500 A 55.85 * 20 δ = vτ = i cor τ = 24 * 3600 = 6,35.10 −2 mm nFρ 2 * 96500 * 7,87.10 6 Đường kính giảm đi: 2 x δ = 0,127 mm 4) Một mẫu sắt được treo trong dung dịch nước muối trung tính có chứa 0,001 M Fe2+ và xem như Fe hòa tan thành Fe2+. a) Vẽ định tính giản đồ Evans ( E theo lgi). b) Xác định điện thế ăn mòn và mật độ dòng ăn mòn. Biết io,Fe = 10-4 A/m2, io,oxy = 10-2,6 A/m2, điện thế thuận nghịch của oxy là 0,8 V, điện thế tiêu chuẩn Fe → Fe2+ là - 0,44 V. Ngoài ra khi E = - 0,1 V thì ia = 10-0,56 A/m2 và ic = 103,7 A/m2. Giải: a) E rev,Fe = E 0 + 0.059 2 [ lg Fe 2+ = −0.44 + ] 0.059 2 lg 10 −3 = −0.53 V 5 lgi D 3 1 B -1 -2,6 -3 C -4 A -0,1V -5 E (V) -0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2 b) Tìm icor và Ecor + lgia = aEa + b Qua A (- 0,53 V, - 4) và B (- 0,1 V, - 0,56) nên a = 8, b = 0,24 lgia = 8Ea + 0,24 + lgic = cEc + d Qua C (0,8 V, - 2,6) và D (- 0,1 V, 3,7) nên c = - 7, d = 3 lgic = -7Ec + 3 Khi Ea = Ec = Ecor thì ia = ic = icor 8Ecor + 0,24 = -7Ecor + 3 Ecor = 0,184 V và lgicor = 1,71 nên icor = 101,71 2
http://www.ebook.edu.vn PHẦN BÀI TẬP 1) Vẽ định tính giản đồ Evans cho trường hợp ăn mòn kim loại trong môi trường trung tính có sục khí oxy. Biết oxy phóng điện ở dòng giới hạn, hảy chỉ ra mật độ dòng trao đổi, điện thế thuận nghịch của kim loại và oxy, mật độ dòng giới hạn, mật độ dòng ăn mòn và điện thế ăn mòn. 2) Vẽ định tính giản đồ Evans cho trường hợp ăn mòn kim loại trong dung dịch axít đã đuổi khí oxy. Chỉ ra mật độ dòng trao đổi, điện thế thuận nghịch của các phản ứng riêng phần, mật độ dòng ăn mòn và điện thế ăn mòn. 3) Vẽ định tính giản đồ Evans cho hai kim loại Fe và Zn nối với nhau và nhúng trong môi trường axít đã đuổi khí. Chỉ ra mật độ dòng trao đổi, điện thế thuận nghịch của hai kim loại, phản ứng điện cực trên các nhánh, mật độ dòng ăn mòn và điện thế ăn mòn. Biết rằng Fe có điện thế lớn hơn Zn nhưng có i0 nhỏ hơn. 4) Tính điện thế thuận nghịch của phản ứng điện cực trong dung dịch pH = 4 Fe2O3 + 6H+ + 6e = 2Fe + 3H2O Điện thế điện cực tiêu chuẩn của phản ứng này là Eo = - 0,051 V Đáp số: - 0,287 V 5) Tính điện thế thuận nghịch của phản ứng trong dung dịch Na2SO4 có pH = 10 Cu2O + H2O + 2e = 2Cu + 2OH- Điện thế điện cực tiêu chuẩn của phản ứng này là Eo = - 0,365 V Đáp số: - 0,129 V 6) Điện trở phân cực trên giản đồ Evans của một kim loại trong môi trường axít là rcor = 0,25 Ωcm2 và hệ số Tafel βa = βc = 35 mV. Tính mật độ dòng ăn mòn icor. Đáp số: 70 mA/cm2 7) Các phát biểu sau là đúng hay sai. Giải thích a) Điện thế bảo vệ của một kim loại luôn nhỏ hơn điện thế điện cực tiêu chuẩn của nó b) Điện thế ăn mòn của Crôm ở trạng thái hoạt động luôn lớn hơn điện thế ăn mòn của Crôm ở trạng thái thụ động c) Tốc độ ăn mòn của một kim loại ở điện thế ăn mòn luôn luôn là không đáng kể d) Điện thế ăn mòn của các kim loại có thể được tính theo phương trình Nernst 8) Cho thí nghiệm sau: Bình I và II chứa 1 lít dung dịch trung tính giống nhau và đậy kín. Cho mẫu Zn (100 x 50 mm) vào bình I và mẫu Fe cùng kích thước vào bình II. Sau 5 giờ, lấy hết sản phẩm ăn mòn trên Fe và Zn. Khối lượng bị mất của Zn là 0,61 g và của thép là 0,585 g. Biết io,Zn = 10-2 A/m2, io,Fe = 10-4 A/m2, io,Oxy/Zn = io,Oxy/Fe = 10-3 A/m2, icor = iL,Oxy Erev,Oxy = 0,81 V, Eo(Fe2+/Fe) = - 0,44 V, Eo(Zn2+/Zn) = - 0,76 V. a) Xác định tốc độ ăn mòn K [g/m2h] và mật độ dòng ăn mòn [A/m2] cho Zn và Fe. Giả sử Zn và Fe khi hòa tan chỉ tạo ion hóa trị 2. Đáp số: KFe = 11,7 g/ m2h, KZn = 12,2 g/ m2h, icor,Fe = 11,23 A/m2, icor,Zn = 10 A/m2, 3
http://www.ebook.edu.vn b) Nếu Ecor,Fe nằm ở miền chuyển tiếp giữa khống chế động học và khống chế khuếch tán (Ecor,Fe = 0,2 V), Ecor,Zn nằm ở miền khống chế khuếch tán (Ecor,Zn = - 0,3 V), hãy vẽ đường cong phân cực cho hai hệ và viết phương trình phản ứng điện cực tương ứng trên các nhánh. c) Biết hệ số khuếch tán Doxy = 10-9 m2/s và bề dày lớp khuếch tán δ = 10-5 m. Hãy xác định nồng độ oxy trong bình I trước khi thí nghiệm. Đáp số: 4,8 x 10-3 mol/l 9) Sau khi ngâm trong môi trường ăn mòn 1 năm, đường kính viên bi sắt giảm đi 40 cm. Giả sử ăn mòn là đều và ăn mòn theo phương đường kính, hảy xác định mật độ dòng ăn mòn (A/m2) và tốc độ ăn mòn (g/m2.h). Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C, ρ = 7,86 g/cm3 Đáp số: icor = 172,26 A/m2, K = 179,45 g/m2h. 10) Một ống sắt hình trụ bị ăn mòn cả phía trong và phía ngoài. Giả sử ăn mòn là đều và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết tốc độ ăn mòn bên trong ống = 100 lần tốc độ ăn mòn bên ngoài ống và thời gian để bề dày ống giảm đi 30 mm là 1 năm. Xác định mật độ dòng ăn mòn bên trong và bên ngoài ống. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C, ρ = 7,86 g/cm3. Đáp số: icor (ngoài) = 0,25 A/m2, icor (trong) = 25,6 A/m2 11) Một mẫu sắt dạng khối lập phương cạnh 1 cm được đặt trong môi trường ăn mòn. Giả sử ăn mòn không xảy ra trên mặt đáy, ăn mòn là đều, hảy xác định mật độ dòng ăn mòn (A/m2), nếu sau 2 ngày khối lượng mẫu giảm đi 3 g. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C. Đáp số: icor = 120 A/m2 12) Một protector kẽm dạng tấm phẳng được đặt nằm ngang trong môi trường nước biển có mật độ dòng ăn mòn là 10 A/m2. Giả sử ăn mòn là đều, ăn mòn trên bề mặt phía trên và phía dưới nhưng không ăn mòn xung quanh, hảy xác định thời gian để bề dày bản kẽm giảm đi 30 mm. Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, F = 96500 C, ρ = 7,14 g/cm3. Đáp số: 2 năm 13) Một mẫu kẽm được treo trong dung dịch HCl 0,1 M đã đuổi khí, chứa 0,01 M Zn2+. Vẽ giản đồ Evans và xác định điện thế ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn. Biết io,Zn = 10-2 A/m2, io,H = 10-2,2 A/m2, điện thế tiêu chuẩn của hydro là 0 V, điện thế tiêu chuẩn Zn → Zn2+ là - 0,76 V, hệ số góc trên giản đồ Evans của nhánh anốt là 5 V-1 và của nhánh catốt là -20 V-1. Đáp số: b) Ecor = - 0,22 V, icor = 10 A/m2 14) Một bình chứa 2 lít dung dịch HCl 0,1 M đã đuổi khí . Bỏ vào bình một viên bi sắt có đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại, sau 2 ngày nồng độ axít còn lại là 0,02 M. a) Viết các phương trình phản ứng ăn mòn riêng phần anốt, catốt, phản ứng ăn mòn tổng nếu xem Fe bị hòa tan thành Fe2+. b) Mật độ dòng ăn mòn icor( A/m2) là bao nhiêu (xem như diện tích bi không đổi). Biết MFe = 55,85 Đáp số: icor = 71 A/m2 4
http://www.ebook.edu.vn 15) Sắt ăn mòn trong axít có dạng đường cong phân cực sau (MFe = 55,85; ρ = 7,86 g/cm3) E (V) Đường cong phân cực anốt : Fe → Fe2+ + 2 e 0,05 Đường cong phân cực catốt : 2 H + + 2 e → H2 -0,05 a) Nếu mẫu sắt thí nghiệm có S = 1 dm2, xác -0,15 định tổn thất khối lượng sau 100 giờ làm việc (g/dm2). -0,25 Đáp số: 20,8 g/dm2 -0,35 b) Nếu muốn sau 100 giờ làm việc chỉ mòn 0,1 i (A/ m2 ) -0,45 mm thì phải khống chế dòng ic , dòng ăn mòn 0 5 10 15 20 25 30 icor , điện thế là bao nhiêu. Đáp số: ic = 27 A/m2, icor = 7,56 A/m2, E = -0,35 V 16) Sắt ăn mòn trong axít có dạng đường cong phân cực sau E (V) Đường cong phân cực anốt : Fe → Fe2+ + 2 e 0 Đường cong phân cực catốt : 2 H + + 2 e → H2 -0,1 Độ dốc của đường cong phân cực anốt ΔEA/ia = -0,2 0,95 /100 (V/A/m2) Độ dốc của đường cong phân cực catốt ΔEC/ic = -0,3 1,10 /100 (V/A/m2) -0,4 a) Xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị). i (A/ m2 ) Nếu tăng độ dốc của đường cong phân cực anốt -0,5 0 5 10 15 20 25 30 lên 2 lần, độ dốc của đường cong phân cực catốt giữ nguyên, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị). Nếu tăng độ dốc của đường cong phân cực catốt lên 2 lần, độ dốc của đường cong phân cực anốt giữ nguyên, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị). Đáp số: a) (20 A/m2 -0,22 V) (13,66 A/m2 -0,28 V) (13,14 A/m2 -0,15 V) b) Nếu tăng độ dốc cả hai đường lên 2 lần, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị). Nếu trong trường hợp này sau 100 giờ tổn thất kim loại là bao nhiêu g/dm2. Đáp số: b) (10 A/m2 -0,22 V) 10,4 g/dm2 17) Ăn mòn kẽm trong môi trường trung tính có dạng đường cong phân cực sau E ( V) EoOxy A : Đường cong phân cực catốt 1,00 o EoZn B: Đường cong phân cực anốt E Ox y 0,50 a) Xác định nồng độ oxy ban đầu (CoOxy ) cho biết D (oxy) = 10-9 m2/s, δ (oxy) = 4 x 10-5 m. 0,00 B b) Khi đuổi oxy thì nồng độ oxy biến thiên từ -0,50 2 CoOxy đến CminOxy. Biết rằng CminOxy = 0,2 CoOxy i ( A/m ) Eo Zn (tất cả các trường hợp icor = iL) . Xác định mối -1,00 A quan hệ giữa icor và nồng độ oxy. Xác định tỉ lệ 0 20 40 60 80 100 khối lượng kim loại bị ăn mòn mmax /mmin. -3 Đáp số: a) 8 x 10 mol/l b) mmax /mmin = 5 5
http://www.ebook.edu.vn 18) Một bình chứa 2 lít dung dịch nước nuối trung tính. Bỏ vào bình một viên bi sắt có đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại. Mật độ dòng giới hạn của oxy đo được lúc đầu là 15 A/m2 và sau 5 ngày là 5A/m2. a) Viết các phương trình phản ứng ăn mòn riêng phần anốt, catốt, phản ứng ăn mòn tổng nếu xem Fe bị hòa tan thành Fe2+. b) Tốc độ ăn mòn K (g/m2h) là bao nhiêu (xem như diện tích bi không đổi). Biết D (oxy) = 10-9 m2/s, δ (oxy) = 10-5 m, MFe = 55,85, F = 108 C/Kmol. Đáp số: b) K = 0,37 g/m2h 19) Trong pin khô người ta sử dụng lon kẽm hình trụ dày 0,5 mm để làm anốt. Lon kẽm này sẽ cung cấp một dòng điện 1,5 A từ bề mặt của nó có diện tích 175 cm2. Nếu ăn mòn là đều trên toàn bề mặt lon, hãy xác định thời gian để bề dày lon giảm đi 30%. Cho biết ρZn = 7,14 g/cm3, MZn = 65,39. Đáp số: 10 giờ 20) Đường cong phân cực khi Fe bị ăn mòn trong dung dịch trung tính E (V) a) Xác định mật độ dòng ăn mòn icor , điện thế 1,00 ăn mòn Ecor 0,50 b) Muốn giảm icor phải có biện pháp gì (chỉ dựa vào đồ thị). 0,00 Nếu icor = i L,O = 3,6 A/m2 xác định C 0 2 O 2 -0,50 -9 2 -5 D (oxy) = 4x10 m /s, δ (oxy) = 3 x 10 m. Đáp số: a) icor = 3,6 ÷ 3,8 A/m2 Ecor = 0,4 V 2 -1,00 i ( A /m ) 0 1 2 3 4 5 b) C O = 0,68 x 10-4 mol/l (kmol/m3) 2 21) Thí nghiệm khảo sát hiệu quả bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh. A K Mẫu Fe (có diện tích làm việc là 0,008 m2) và mẫu Zn (có diện tích làm việc là 0,01 m2) nhúng trong dung dịch axít HCl 1M trong 3 giờ như hình vẽ. H2 H2 a) Khi khóa K mở, xác định tốc độ ăn mòn Ko,Fe, Ko,Zn (g/m2h). b) Lặp lại thí nghiệm (sử dụng mẫu mới) nhưng với khóa K đóng, dòng điện trung bình chạy qua mạch là Fe Zn 0,5 A. Xác định tốc độ ăn mòn K1,Fe, K1,Zn (g/m2h). HCl 1M Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C. Biết thể tích khí hydrô thoát ra [ml], ở điều kiện tiêu chuẩn, tại các thời điểm cho theo bảng: Mẫu TN Khóa K mở Khóa K đóng Mẫu Fe 700 1025 Mẫu Zn 1400 1150 22) Một tấm kẽm có kích thước 100 x 50 x 1 mm với các mặt được bao phủ bởi một lớp oxýt kẽm dày 0,5 mm. Tấm kẽm được đặt nằm ngang (như hình vẽ) trong 2 lít dung dịch HCl 1 M. Sau 810 phút thì nồng độ HCl còn lại là 0,6 M. Giả sử ăn mòn là đều; phản ứng tác dụng với axít chỉ xảy ra trên bề mặt phía trên và phía dưới mà không xảy ra ở bề mặt 6
http://www.ebook.edu.vn xung quanh tấm kẽm. Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, F = 96500 C, ρZn = 7,14 g/cm3, ρZnO = 5,59 g/cm3 Hãy xác định: a) Thể tích khí Hydro thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn. b) Tốc độ ăn mòn kẽm (μm/h) và mật độ dòng ăn mòn kẽm A/m2, biết 100 50 rằng sau 10 phút mới thấy hydro thoát ra. 23) Một bể chứa nước bằng thép có bề dày thành bể là 5 mm. Biết MFe = 55,85; ρFe = 7,87 g/cm3; F = 96500 C/mol và mật độ dòng ăn mòn là 0,2 A/m2. Nếu bể chỉ làm việc an toàn khi bề dày thành bể tối thiểu là 2 mm, thì tuổi thọ của bể sẽ là bao nhiêu năm? BÀI TẬP LÀM THÊM 1. Nhúng đồng trong dung dịch NaCl 0,5N ở 20 oC. Nếu hệ số khuếch tán oxy là Doxy = 1,95 x 10-5 cm2/s; nồng độ oxy trong dung dịch Coxy = 0,0225 mol/cm3; bề dày lớp khuếch tán là 0,075 cm, thì mật độ dòng ăn mòn đồng (= mật độ dòng giới hạn của oxy) sẽ là bao nhiêu? Đáp số: 2,26 A/cm2 2. Biết thế điện cực tiêu chuẩn Eo(Al2O3/Al) = -1,55 V, điện thế thuận nghịch của phản ứng Al + 3H2O = Al2O3 + 6H+ + 6e trong dung dịch có pH = 5 là bao nhiêu? Đáp số: -1,845 V 3. Biết thế điện cực tiêu chuẩn Eo(Cu2O/Cu) = -0,358 V, điện thế thuận nghịch của phản ứng Cu2O + H2O + 2e = 2Cu + 2OH- trong dung dịch có pH = 10 là bao nhiêu? Đáp số: -0,122 V 4. Nếu áp suất riêng phần của hydrô là 2 at, thì thế điện cực thuận nghịch của phản ứng 2H+ + 2e = H2 trong dung dịch NaCl 1 M có pH =2 ở 25 oC là bao nhiêu? Đáp số: – 0,127 V 5. Biết trong không khí có chứa 21% khí oxy, thế điện cực tiêu chuẩn Eo(O2/OH-) = 0,401 V, Eo(O2/H2O) = 1,226 V thì thế điện cực thuận nghịch của oxy trong dung dịch trung tính Na2SO4 1M ở 25 oC là bao nhiêu? Đáp số : + 0,804 V 6. Biết áp suất riêng phần của oxy trong không khí là 0,21 at, thế điện cực tiêu chuẩn Eo(O2/OH-) = 0,401 V, Eo(O2/H2O) = 1,226 V. Các kim loại nào sau đây có thể bị ăn mòn trong dung dịch nước muối trung tính ở 25 oC: (1) Kim loại có thế điện cực thuận nghịch Erev = 1,005 V; (2) Kim loại có Erev = 0,987 V; (3) Kim loại có Erev = 0,715 V Đáp số: Chỉ có kim loại (3) bị ăn mòn 7. Một bình chứa 2 lít dung dịch HCl 0,2 M đã đuổi khí. Bỏ vào bình một viên bi sắt có đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại, sau 2 ngày nồng độ axít còn lại là 0,04 M. Tốc độ ăn mòn vcor (m/năm) là bao nhiêu (xem như diện tích bi không đổi). Biết MFe = 55,85, F = 96500 C/mol, khối lượng riêng ρ = 7,86 g/cm3, Fe hòa tan tạo Fe2+ Đáp số: 0,165 m/năm 8. Một ống sắt hình trụ có đường kính trong 80 mm bị ăn mòn ở phía trong do axít. Giả sử ăn mòn đều và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Nếu tốc độ ăn mòn phía trong ống bằng 0,553 x 10-10 m/s, thì sau 10 năm đường kính trong của ống là bao nhiêu mm? Đáp số: 114 mm 9. Một ống sắt hình trụ bị ăn mòn ở phía ngoài do oxy hòa tan. Giả sử ăn mòn đều, không ăn mòn trên hai mặt đáy và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết MFe = 55,85, Fe 7
http://www.ebook.edu.vn → Fe2+, ρ = 7,86 g/cm3. Nếu điện thế ăn mòn Ecor nằm ở miền khống chế khuếch tán của oxy, nồng độ oxy là 2,5 x 10-6 mol/l, hệ số khuếch tán Doxy = 3 x 10-9 m2/s và bề dày lớp khuếch tán δ = 10-5 m, tốc độ ăn mòn (m/s) phía ngoài ống sẽ là Đáp số: 1,105 x 10-11 m/s 10. Viên bi sắt có đường kính 50 mm bị ăn mòn trong dung dịch trung tính có sục khí oxy. Nồng độ oxy là 10-5 mol/l, hệ số khuếch tán Doxy = 10-9 m2/s và bề dày lớp khuếch tán δ = 10-5 m. Nếu mật độ dòng ăn mòn bằng mật độ dòng giới hạn của oxy thì sau bao lâu đường kính viên bi còn lại 30 mm. Giả sử ăn mòn đều, ăn mòn theo phương đường kính, ăn mòn tạo thành Fe2+ và MFe = 55,85, ρFe = 7,87 g/cm3. Đáp số: 7869 ngày = 21,6 năm 11. Thí nghiệm khảo sát hiệu quả bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh. A K Mẫu Fe và mẫu Zn có cùng diện tích làm việc là 0,5 dm2 và nhúng trong dung dịch axít HCl 1M như hình vẽ. H2 H2 Khối lượng mẫu Fe ban đầu là 13 g và sau khi mở Fe Zn khóa K trong 5 giờ là 11 g. a) Tình tốc độ ăn mòn của Fe sau khi khóa K mở HCl trong 5 giờ, K0,Fe (g/m2h). Lặp lại thí nghiệm với khóa K đóng, biết hiệu quả bảo vệ của sắt là 60%, sau 3 giờ khối lượng mẫu Zn giảm đi là 4 g và thể tích khí hydrô thoát ra trên điện cực Fe là 1000 ml (ở điều kiện tiêu chuẩn). b) Tình tốc độ ăn mòn của Fe khi khóa K đóng (g/m2h). c) Tính cường độ dòng trung bình chạy qua ampe kế A. d) Tính thể tích khí hydrô thoát ra trên điện cực Zn ở điều kiện tiêu chuẩn. Cho biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C. Đáp số: a) 80 g/m2h; b) 32 g/m2h; c) 0,644 A; d) 797 ml 8