Language
Country/Area
No result found
Phản ứng điện hóa đáng kinh ngạc: Bí mật đáng ngạc nhiên đằng sau sự ăn mòn kim loại là gì?
Ăn mòn kim loại là một quá trình tự nhiên biến đổi kim loại tinh chế thành các oxit ổn định hơn. Đó là sự suy giảm dần dần của vật liệu (thường là kim loại) thông qua các phản ứng hóa học hoặc điện hóa với môi trường của nó. Kỹ thuật ăn mòn là lĩnh vực dành riêng cho việc kiểm soát và ngăn ngừa ăn mòn. Theo cách nói thông thường, điều này thường có nghĩa là phản ứng oxy hóa điện hóa giữa kim loại và tác nhân oxy hóa như oxy, hydro hoặc hydroxit.
Rỉ sét, sự hình thành các oxit sắt màu đỏ cam, là một ví dụ nổi tiếng về ăn mòn điện hóa.
Loại ăn mòn này thường tạo ra oxit hoặc muối của kim loại ban đầu và tạo ra màu sắc đặc trưng. Ăn mòn cũng có thể xảy ra ở các vật liệu không phải kim loại, chẳng hạn như gốm sứ hoặc polyme, nhưng trong bối cảnh này thuật ngữ "hư hỏng" phổ biến hơn. Ăn mòn làm giảm tính hữu dụng của vật liệu và kết cấu, bao gồm độ bền cơ học, hình thức bên ngoài và tính thấm đối với chất lỏng và khí. Một số hợp kim kết cấu bị ăn mòn đơn giản khi tiếp xúc với không khí ẩm, nhưng quá trình này có thể bị ảnh hưởng mạnh bởi một số chất.
Ăn mòn có thể cục bộ, hình thành các vết rỗ hoặc vết nứt hoặc có thể ăn mòn bề mặt đồng đều trên một diện tích lớn. Vì ăn mòn là một quá trình được kiểm soát khuếch tán, điều này có nghĩa là nó sẽ xảy ra trên các bề mặt tiếp xúc. Do đó, các biện pháp giảm hoạt động bề mặt tiếp xúc, chẳng hạn như thụ động hóa và chuyển đổi crom, có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Tuy nhiên, một số cơ chế ăn mòn ít rõ ràng hơn và khó dự đoán hơn.
Cốt lõi của quá trình điện hóa
Quá trình ăn mòn hóa học khá phức tạp và có thể coi là hiện tượng điện hóa. Tại một bề mặt cụ thể của bàn ủi, quá trình oxy hóa đang diễn ra và nơi đó đóng vai trò là cực dương. Các electron được giải phóng ở vị trí cực dương này sẽ di chuyển qua kim loại đến một điểm khác nơi chúng khử oxy trong môi trường chứa H+.
Trường hợp pin bị ăn mòn
Sự ăn mòn của pin xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau và được ngâm trong chất điện phân chung hoặc khi cùng một kim loại tiếp xúc với chất điện phân có nồng độ khác nhau. Trong bộ pin, kim loại hoạt động mạnh hơn (cực dương) ăn mòn với tốc độ nhanh hơn, trong khi kim loại quý hơn (cực âm) ăn mòn với tốc độ chậm hơn. Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong ngành hàng hải, đặc biệt là nơi nước (có chứa muối) tiếp xúc với đường ống hoặc kết cấu kim loại.
Sử dụng cực dương hy sinh để xử lý linh hoạt sự ăn mòn của pin. Ví dụ, kẽm thường được sử dụng làm cực dương hy sinh cho các kết cấu thép.
Phương pháp loại bỏ sự ăn mòn
Thông thường, các sản phẩm ăn mòn có thể được loại bỏ bằng phương pháp hóa học. Ví dụ, axit photphoric có thể được bôi lên các dụng cụ hoặc bề mặt bằng sắt dưới dạng "keo hải quân" để loại bỏ rỉ sét. Tuy nhiên, không nên nhầm lẫn việc loại bỏ ăn mòn với đánh bóng bằng điện, tức là loại bỏ một số lớp kim loại bên dưới để đạt được bề mặt nhẵn. Khả năng chống ăn mòn của một số kim loại có liên quan đến đặc tính bên trong của chúng, điều này cho thấy tầm quan trọng của các phản ứng sinh học và hóa học trong việc ngăn ngừa ăn mòn.
Trong nhiều trường hợp, việc lựa chọn kim loại thích hợp là chìa khóa cho hiệu suất lâu dài.
Chiến lược chống ăn mòn
Có nhiều phương pháp khác nhau để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, bao gồm sơn, mạ kẽm nhúng nóng, bảo vệ ca-tốt và sự kết hợp của các phương pháp này. Ví dụ, lớp phủ có thể cung cấp một lớp bảo vệ khỏi sự tiếp xúc trực tiếp của kim loại với môi trường ăn mòn. Sự thành công của việc áp dụng các biện pháp bảo vệ này phụ thuộc vào chất lượng của lớp phủ liền mạch và ngay cả những khuyết điểm nhỏ cũng có thể trở thành gót chân Achilles gây ăn mòn.
Trong công nghiệp hóa chất, áp suất hydro là áp suất được hình thành do sự tương tác giữa môi trường ăn mòn với ống thép và bong bóng hydro. Khi chất lỏng có tính axit đi qua ống thép, các sản phẩm ăn mòn sẽ tương tác với bong bóng hydro, tạo thành chất giống như gel gây ăn mòn nhiều hơn.
Phát hiện và ngăn ngừa ăn mòn
Việc phát hiện và ngăn ngừa ăn mòn có thể được nâng cao nhờ sự trợ giúp của công nghệ hiện đại, chẳng hạn như sử dụng cảm biến, thiết bị giám sát và lựa chọn vật liệu. Khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, ăn mòn vi sinh vật và thậm chí cả bột kim loại cần được chú ý đặc biệt. Thiết kế môi trường phù hợp và duy trì biện pháp bảo vệ thích hợp có thể giảm thiểu thiệt hại do các hiện tượng ăn mòn này gây ra một cách hiệu quả, từ đó nâng cao tuổi thọ vật liệu.
Khi chọn vật liệu phù hợp, điều quan trọng là phải xem xét tác động và khả năng tác động đến môi trường của nó.
Tóm lại, ăn mòn là một quá trình phổ biến nhưng phức tạp. Hiểu được cơ chế của nó không chỉ giúp ngăn ngừa và kiểm soát sự ăn mòn mà còn nâng cao độ bền và tuổi thọ của vật liệu. Trong cuộc sống hằng ngày, làm thế nào chúng ta có thể đối mặt với thách thức ăn mòn kim loại một cách hiệu quả hơn?
