Chống ăn mòn của kim loại

Chống ăn mòn là gì?

Khả năng chống lại sự ăn mòn của kim loại được gọi là khả năng chống ăn mòn. Khả năng này được xác định bởi tốc độ ăn mòn trong những điều kiện nhất định. Các đặc tính định lượng và định tính được sử dụng để đánh giá mức độ ăn mòn.

Các đặc điểm định lượng là:

• thay đổi diện mạo của bề mặt kim loại;

• thay đổi vi cấu trúc của kim loại.

Các đặc điểm định lượng là:

• thời gian trước khi xuất hiện tiêu điểm ăn mòn đầu tiên;

• số lượng tiêu điểm ăn mòn được hình thành trong một khoảng thời gian nhất định;

• làm mỏng kim loại trên một đơn vị thời gian;

• sự thay đổi khối lượng của kim loại trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian;

• thể tích khí được hấp thụ hoặc thoát ra trong quá trình ăn mòn trên một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian;

• mật độ dòng điện cho một tốc độ ăn mòn nhất định;

• thay đổi tính chất trong một khoảng thời gian (tính chất cơ học, hệ số phản xạ, điện trở).

Các kim loại khác nhau có khả năng chống ăn mòn khác nhau.Để tăng khả năng chống ăn mòn, các phương pháp đặc biệt được sử dụng: hợp kim hóa thép, mạ crôm, aluminization, mạ niken, sơn, mạ kẽm, thụ động hóa, v.v.

Sắt và thép

Với sự có mặt của oxy và nước tinh khiết, sắt nhanh chóng bị ăn mòn, phản ứng diễn ra theo công thức:

Trong quá trình ăn mòn, một lớp rỉ sét lỏng lẻo bao phủ kim loại và lớp này hoàn toàn không bảo vệ nó khỏi bị phá hủy thêm, quá trình ăn mòn tiếp tục cho đến khi kim loại bị phá hủy hoàn toàn. Sự ăn mòn sắt tích cực hơn là do dung dịch muối: nếu có một ít amoni clorua (NH4Cl) trong không khí, quá trình ăn mòn sẽ diễn ra nhanh hơn nhiều. Trong dung dịch axit clohydric (HCl) yếu, phản ứng cũng sẽ diễn ra tích cực.

Axit nitric (HNO3) ở nồng độ trên 50% sẽ dẫn đến sự thụ động hóa kim loại — nó sẽ được bao phủ bởi một lớp bảo vệ, mặc dù dễ vỡ. Axit nitric bay hơi an toàn cho sắt.

Axit sunfuric (H2SO4) ở nồng độ trên 70% sắt thụ động và nếu loại thép St3 được bảo quản trong axit sunfuric 90% ở nhiệt độ 40 ° C, thì trong những điều kiện này, tốc độ ăn mòn sẽ không vượt quá 140 micron mỗi năm. Nếu nhiệt độ là 90 ° C, thì sự ăn mòn sẽ tiếp tục với tốc độ cao gấp 10 lần. Axit sunfuric với nồng độ sắt là 50% sẽ hòa tan.

Axit photphoric (H3PO4) sẽ không ăn mòn sắt, cũng như các dung môi hữu cơ khan như dung dịch kiềm, dung dịch amoniac, Br2 và Cl2 khô.

Nếu bạn thêm một phần nghìn natri cromat vào nước, nó sẽ trở thành chất ức chế ăn mòn sắt tuyệt vời, giống như natri hexametaphotphat. Nhưng các ion clo (Cl-) loại bỏ lớp màng bảo vệ khỏi bàn ủi và làm tăng sự ăn mòn.Bàn là tinh khiết về mặt kỹ thuật, chứa khoảng 0,16% tạp chất và có khả năng chống ăn mòn cao.

Thép hợp kim trung bình và hợp kim thấp

Việc bổ sung hợp kim của crom, niken hoặc đồng trong thép hợp kim thấp và hợp kim trung bình làm tăng khả năng chống nước và ăn mòn của khí quyển. Càng nhiều crom thì khả năng chống oxy hóa của thép càng cao. Nhưng nếu crom ít hơn 12%, thì phương tiện hoạt động hóa học sẽ có tác dụng phá hủy thép đó.

Thép hợp kim cao

Trong thép hợp kim cao, các thành phần hợp kim lớn hơn 10%. Nếu thép chứa từ 12 đến 18% crom, thì loại thép đó sẽ chịu được sự tiếp xúc với hầu hết các axit hữu cơ, với thực phẩm, sẽ chịu được axit nitric (HNO3), bazơ, nhiều dung dịch muối. Trong thép hợp kim cao chứa 25% axit formic (CH2O2) sẽ bị ăn mòn với tốc độ khoảng 2 mm mỗi năm. Tuy nhiên, các chất khử mạnh, axit clohydric, clorua và halogen sẽ phá hủy thép hợp kim cao.

Thép không gỉ chứa 8 đến 11% niken và 17 đến 19% crôm có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với thép chỉ có hàm lượng crôm cao.Những loại thép này chịu được môi trường oxy hóa có tính axit, chẳng hạn như axit cromic hoặc axit nitric, cũng như kiềm mạnh.

Niken với vai trò là chất phụ gia sẽ làm tăng khả năng chống chịu của thép đối với môi trường không bị oxy hóa, đối với các yếu tố khí quyển. Nhưng môi trường axit, khử và axit với các ion halogen - chúng sẽ phá hủy lớp oxit thụ động, kết quả là thép sẽ mất khả năng chống axit.

Thép không gỉ có bổ sung molypden với lượng từ 1 đến 4% có khả năng chống ăn mòn cao hơn thép crôm-niken.Molypden sẽ cung cấp khả năng chống lại axit sunfuric và axit sunfuric, axit hữu cơ, nước biển và halogenua.

Ferrosilicon (sắt có bổ sung từ 13 đến 17% silicon), được gọi là đúc sắt-silicon, có khả năng chống ăn mòn do có màng oxit SiO2 và không axit sunfuric, nitric hay cromic nào có thể phá hủy được, họ chỉ củng cố lớp màng bảo vệ này. Nhưng axit clohydric (HCl) sẽ dễ dàng ăn mòn ferrosilicon.

Hợp kim niken và niken tinh khiết

Niken có khả năng chống lại nhiều yếu tố, cả trong khí quyển và trong phòng thí nghiệm, để làm sạch và nước muối, với các muối kiềm và trung tính như cacbonat, axetat, clorua, nitrat và sunfat. Axit hữu cơ không oxy hóa và không nóng sẽ không gây hại cho niken, cũng như đun sôi kali hydroxit kiềm đậm đặc (KOH) với nồng độ lên tới 60%.

Ăn mòn là do môi trường khử và oxy hóa, muối kiềm hoặc axit oxy hóa, axit oxy hóa như nitơ, halogen khí ẩm, oxit nitơ và sulfur dioxide.

Monel kim loại (lên đến 67% niken và lên đến 38% đồng) có khả năng chống axit tốt hơn niken nguyên chất, nhưng sẽ không chịu được tác động của axit oxy hóa mạnh. Nó khác nhau ở khả năng chống axit hữu cơ khá cao, với một lượng dung dịch muối đáng kể. Ăn mòn khí quyển và nước không đe dọa kim loại monel; florua cũng an toàn cho anh ta. Kim loại monel sẽ chịu được 40% hydro florua (HF) sôi một cách an toàn như bạch kim.

Hợp kim nhôm và nhôm nguyên chất

Màng oxit bảo vệ của nhôm giúp nó chống lại các chất oxy hóa thông thường, axit axetic, flo, riêng khí quyển và một lượng đáng kể các chất lỏng hữu cơ.Nhôm tinh khiết về mặt kỹ thuật, trong đó tạp chất nhỏ hơn 0,5%, rất bền với tác dụng của hydro peroxide (H2O2).

Nó bị phá hủy bởi hoạt động của các bazơ ăn da trong môi trường khử mạnh. Axit sunfuric loãng và oleum không gây hại cho nhôm, nhưng axit sunfuric mạnh trung bình sẽ phá hủy nó, cũng như axit nitric nóng.

Axit clohydric có thể phá hủy màng oxit bảo vệ của nhôm. Sự tiếp xúc của nhôm với thủy ngân hoặc muối thủy ngân sẽ gây hại cho nhôm.

Nhôm nguyên chất có khả năng chống ăn mòn cao hơn, ví dụ, hợp kim duralumin (trong đó có tới 5,5% đồng, 0,5% magiê và lên đến 1% mangan), có khả năng chống ăn mòn kém hơn. Silumin (thêm 11 đến 14% silicon) ổn định hơn về mặt này.

Hợp kim đồng và đồng nguyên chất

Đồng nguyên chất và hợp kim của nó không bị ăn mòn trong nước muối hoặc không khí. Đồng không sợ ăn mòn: bazơ loãng, NH3 khô, muối trung tính, khí khô và hầu hết các dung môi hữu cơ.

Các hợp kim như đồng, chứa nhiều đồng, chịu được tác động của axit, thậm chí là axit sunfuric loãng đặc hoặc nóng loãng, hoặc axit clohydric đậm đặc hoặc loãng ở nhiệt độ phòng (25 ° C).

Khi không có oxy, đồng không bị ăn mòn khi tiếp xúc với axit hữu cơ. Cả flo và hydro florua khô đều không có tác dụng phá hủy đồng.

Nhưng hợp kim đồng và đồng nguyên chất bị ăn mòn bởi nhiều loại axit khác nhau nếu có oxi, cũng như khi tiếp xúc với NH3 ướt, một số muối axit, khí ẩm như axetilen, CO2, Cl2, SO2. Đồng dễ tương tác với thủy ngân, đồng thau (kẽm và đồng) không có khả năng chống ăn mòn cao.

Kiểm tra thêm chi tiết tại đây — Đồng và nhôm trong kỹ thuật điện

kẽm nguyên chất

Nước sạch, giống như không khí sạch, không ăn mòn kẽm. Nhưng nếu có muối, carbon dioxide hoặc amoniac trong nước hoặc không khí, thì kẽm sẽ bắt đầu bị ăn mòn. Kẽm hòa tan trong bazơ, đặc biệt nhanh chóng - trong axit nitric (HNO3), chậm hơn - trong axit clohydric và axit sunfuric.

Dung môi hữu cơ và các sản phẩm dầu mỏ thường không có tác dụng ăn mòn kẽm, nhưng nếu tiếp xúc kéo dài, ví dụ với xăng bị nứt, độ axit của xăng sẽ tăng lên khi nó bị oxy hóa trong không khí và kẽm sẽ bắt đầu bị ăn mòn.

chì nguyên chất

Khả năng chống ăn mòn của nước và khí quyển cao của chì là một thực tế nổi tiếng. Nó không ăn mòn tôi dẫn và khi ở trong đất. Nhưng nếu nước chứa nhiều carbon dioxide, thì chì sẽ hòa tan trong đó, vì chì bicarbonate được hình thành, chất này sẽ hòa tan được.

Nói chung, chì rất bền với các dung dịch trung tính, vừa phải với các dung dịch kiềm, cũng như một số axit: sulfuric, phosphoric, cromic và sulfuric. Với axit sunfuric đậm đặc (từ 98%) ở nhiệt độ 25 ° C, chì có thể hòa tan chậm.

Hydro florua ở nồng độ 48% sẽ hòa tan chì khi đun nóng. Chì phản ứng mạnh với axit clohydric và axit nitric, với axit formic và axit axetic. Axit sunfuric sẽ bao phủ chì bằng một lớp chì clorua (PbCl2) hòa tan nhẹ và quá trình hòa tan sẽ không tiếp tục. Trong axit nitric đậm đặc, chì cũng sẽ được phủ một lớp muối, nhưng axit nitric loãng sẽ hòa tan chì. Clorua, cacbonat và sunfat không ăn mòn chì, trong khi dung dịch nitrat thì ngược lại.

titan nguyên chất

Khả năng chống ăn mòn tốt là một đặc điểm nổi bật của titan.Không bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa mạnh, chịu được dung dịch muối ăn, FeCl3,.. Axit khoáng đậm đặc sẽ gây ăn mòn, nhưng ngay cả axit nitric đun sôi ở nồng độ dưới 65%, axit sunfuric - tối đa 5%, axit clohydric - tối đa 5% - sẽ không gây ra sự ăn mòn titan. Khả năng chống ăn mòn thông thường đối với bazơ, muối kiềm và axit hữu cơ giúp phân biệt titan với các kim loại khác.

zirconi nguyên chất

Zirconium có khả năng chống axit sulfuric và hydrochloric tốt hơn titan, nhưng kém khả năng chống nước và clo ướt. Nó có khả năng kháng hóa chất cao đối với hầu hết các bazơ và axit, kháng hydro peroxide (H2O2).

Tác dụng của một số clorua, axit clohydric đặc đun sôi, nước cường toan (hỗn hợp của nitric HNO3 đậm đặc (65-68 trọng lượng%) và dung dịch muối HCl (32-35 trọng lượng%), axit sunfuric đặc nóng và axit nitric bốc khói-nguyên nhân Liên quan đến sự ăn mòn, đây là một tính chất của zirconi như tính kỵ nước, nghĩa là kim loại này không bị làm ướt bởi nước hoặc dung dịch nước.

Tantan tinh khiết

Khả năng kháng hóa chất tuyệt vời của Tantali tương tự như thủy tinh. Màng oxit dày đặc của nó bảo vệ kim loại ở nhiệt độ lên tới 150 ° C khỏi tác dụng của clo, brom, iốt. Hầu hết các axit trong điều kiện bình thường không tác dụng với tantali, ngay cả aquaregia và axit nitric đậm đặc cũng không gây ăn mòn. Các dung dịch kiềm thực tế không có tác dụng với tantali, nhưng hydro florua tác dụng lên nó và dung dịch kiềm đặc, nóng được sử dụng, dung dịch kiềm nóng chảy được sử dụng để hòa tan tantali.