TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 1 1 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 VẬT LIỆU HỌC VẬT LIỆU HỌC Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 2 2 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơ 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơ 6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu 6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu cơ cơ Chương 6 Chương 6 Tính chất hóa học Tính chất hóa học Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 3 3 6.1.1.Khái niệm 6.1.1.Khái niệm 6.1.2.Ăn mòn hoá 6.1.2.Ăn mòn hoá 6.1.3.Ăn mòn điện hoá 6.1.3.Ăn mòn điện hoá 6.1.4.Tốc độ ăn mòn 6.1.4.Tốc độ ăn mòn 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 4 4 Xác định mối quan hệ Xác định mối quan hệ t/d hóa học t/d hóa học   Vật liệu Vật liệu 6.1.1.Khái niệm 6.1.1.Khái niệm Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 5 5 Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ của kim loại Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ của kim loại do phản ứng hoá học giữa kim loại với các do phản ứng hoá học giữa kim loại với các chất khí (chứa O chất khí (chứa O 2 2 , Cl , Cl 2, 2, SO SO 2 2 …) của môi …) của môi trường xung quanh trường xung quanh 6.1.2.Ăn mòn hoá học 6.1.2.Ăn mòn hoá học Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 6 6 6.1.2.1.Cơ chế ăn mòn hoá học 6.1.2.1.Cơ chế ăn mòn hoá học Me Me n+ + 1/2O 2 + 2e O 2- O 2 O 2(hp) ne - Kim loai (Me) Oxyt (Me m O mn/2) ne Me n+ O 2- Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 7 7 • Khuếch tán Khuếch tán O O 2 2 và hấp phụ lên bề mặt và hấp phụ lên bề mặt • Phản ứng oxy hoá-khử Phản ứng oxy hoá-khử -P/u oxy hoá : -P/u oxy hoá : -P/u khử : -P/u khử : P/u tổng : P/u tổng : • Kết tinh: Kết tinh: sinh mầm MeO và phát triển sinh mầm MeO và phát triển thành lớp oxyt trên bề mặt kim loại thành lớp oxyt trên bề mặt kim loại + =− n MeneMe − =+ 2 2 2 2 1 OeO 2 2 4 mnm OMeO mn mMe =+ Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 8 8 6.1.2.2.Điều kiện ăn mòn hoá học 6.1.2.2.Điều kiện ăn mòn hoá học [ ] [ ] [ ] 4/ 2/ 2 lnln mn O m mnm o T o TT PMe OMe RTGKRTGG +∆=+∆=∆ [ ] 4/ 2 1 ln mn O o TT P RTGG +∆=∆ 0 =∆ T G [ ] [ ] cb O cb mn O o T P RTKRT P RTG 2 2 1 lnln 1 ln 4/ −=−=−=∆ 0<∆ o T G K cb >1 22 11 )( OcbO PP > )(22 cb OO PP > Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 9 9 Nhiệt độ : T-cao → ↑Ăn mòn  Oxy của môi trưởng : ↑O 2 → ↑Ăn mòn  Cấu trúc của màng oxyt kim loại ε ε > 1: màng sít, bảo vệ ăn mòn tốt ( Cu, Al ) > 1: màng sít, bảo vệ ăn mòn tốt ( Cu, Al ) ε ε < < 1: màng xốp, bảo vệ ăn mòn kém ( kiềm, kiềm 1: màng xốp, bảo vệ ăn mòn kém ( kiềm, kiềm thổ) thổ) ε ε >> 1: ứng suất dư >> 1: ứng suất dư → → Nứt Nứt → → bảo vệ ăn món kém bảo vệ ăn món kém 6.1.2.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn hoá học 6.1.2.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn hoá học oxyt Meoxyt Meoxyt oxyt Me xyt nAd dM d nA d M V V === : 0 ε Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 10 10 6.1.3.Ăn mòn điện hoá 6.1.3.Ăn mòn điện hoá Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ của vật liệu kim loại trong môi trường chất điện ly, trong đó có phát sinh dòng điện. [...]... vật liệu vô cơ  Cơ chế ăn mòn : ăn mòn hoá học  Độ bền chống ăn mòn : cao • Thuỷ tinh : chứa đựng hoá chất • Vật liệu chịu lửa (gạch xây lò) -Bền dưới tác dụng của kim loại lỏng -Bền dưới tác dụng của muối nóng chảy -Bền dưới tác dụng của xỉ lỏng Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 28 6.3.Sự ăn mòn của vật liệu hữu cơ  Sự thoái hoá (hoá già)  Sự thoái hoá (hoá già) vật lý • Chất hoá dẻo: bay hơi → ↓ Tính. .. Au Cd2+ + 2e → Cd -0 .40 Fe O2 +4H+ + 4e → 2H2O 1.23 Fe2+ + 2e → Fe -0 .44 1.20 Pt2+ + 2e → Pt 0.80 Ag+ + e → Ag O2 +4H+ + 4e → 4OH- 0.40 Cr Zn Mn Cu Cu2+ + 2e → Cu 2H+ + 2e → H2 0.34 0.00 Ti Al Pb Sn Ni Co Pb2+ + 2e → Pb Sn2+ + 2e → Sn Ni2+ + 2e → Ni Co2+ + 2e → Co -0 .13 -0 .14 -0 .25 -0 .28 Mg Na K Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng Cr3+ + 3e → Cr -0 .74 Zn2+ + 2e → Zn -0 .76 Mn2+ + 2e → Mn -1 .18 Ti2+ + 2e →... mòn điện học Nồng độ oxy O2 + 4H+ + 4e → 2H2O O2 + 2H2O + 4e → 4OH↑O2 → ↑ Tốc độ ăn mòn ↑↑O2→ Me bị thụ động → ↓ Tốc độ ăn mòn Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 22 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học pH 2H+ + 2e → H2 O2 + 4H+ + 4e → ϕH 2 = −0.059 pH − 0.030 lg PH 2 /H+ 2H2O ϕ H O / O = 1.23 − 0.059 pH 2 2 O2 + 2H2O + 4e → 4OH↑pH → ↓ϕH2 & ↓ϕO2 → ↑∆G = -nFE = -nF(ϕH2 - ϕMe) ↑∆G = -nFE = -nF(ϕO2 - ϕMe)... chế ăn mòn điện hoá H2O Ox Anot Me Tháng 02.2006 + ne Red Catot Men+ + ne TS Hà Văn Hồng 11 • Khuếch tán & hấp phụ chất điện ly • Phản ứng điện hoá -P/u anot : Me → Men+ + ne Ox + ne → Red Cộng : Me + Ox → Men+ + Red Ox -chất oxy hoá : H+, O2 , Me1n1+ -P/u catot : • e I -Quá trình dẫn điện: Anot Catot Men+→ dung dịch hoặc tạo thành gỉ Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 12 Ví dụ: ăn mòn của... -0 .14 -0 .25 -0 .28 Mg Na K Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng Cr3+ + 3e → Cr -0 .74 Zn2+ + 2e → Zn -0 .76 Mn2+ + 2e → Mn -1 .18 Ti2+ + 2e → Ti Al3+ + 3e → Al -1 .66 -1 .66 Mg2+ + 2e → Mg -2 .36 Na+ + e → Na -2 .71 -2 .92 K+ + e → K 20 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học  Nhiệt độ  Khử H+: ↑T→ ↑Khuếch tán → ↑ Tốc độ ăn mòn  Khử O2 : xảy ra 2 trường hợp: +Hệ thống kín:↑T→ ↑Khuếch tán → ↑Tốc độ ăn mòn +Hệ thống... 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học  Cấu trúc • Kim loại nguyên chất Hợp kim (dung dịch rắn) → Ăn mòn : chậm • Kim loại có tạp chất Hợp kim →Vi pin:Biên giới hạt: anot Tâm hạt : catot Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng Một pha Nhiều pha Ăn mòn: nhanh 24 6.1.4.Tốc độ ăn mòn  Tổn thất trọng lượng Ptl m1 − m2 2 Ptl = , mg / dm ngay S ×τ Ptl-tổn thất trọng lượng, mg/dm2.ngày m1, m 2- trọng lượng mẫu kim loại trước... Ptl-tổn thất trọng lượng, mg/dm2.ngày m1, m 2- trọng lượng mẫu kim loại trước & sau khi bị ăn mòn, mg S-Diện tích bề mặt kim loại, dm2 τ-thời gian, ngày Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 25 6.1.4.Tốc độ ăn mòn  Độ thâm nhập Ptn : Ptl × 0.0365 Ptn = , mm / nam ρ Ptn-chiều sâu kim loại bị ăn mòn, mm/năm ρ-Trọng lượng riêng của kim loại, g/cm3 Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 26 6.1.4.Tốc độ ăn mòn  Độ bền chống... của sắt  Môi trường trung tính có oxy hoà tan Fe → Fe2+ + • Q.trình anốt: • Q.trình catot: 2e O2 + 2H2O + 4e → 4OH Cộng : Fe + O2 + 2H2O → Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O e I • Qúa trình dẫn điện : Anốt Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng → 2Fe(OH)3 Catot 15 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học • Phản ứng điện hoá ϕ Me n+ / Me -P/u anot : Me → Men+ + ne -P/u catot : Ox + ne → Red... Tính dẻo Tạo ra rạn nứt • Dung môi: Xen vào các mắt xích phân tử polyme → Trương lên → Ứng suất bên trong → Hiện tượng nứt, gẫy Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 29 6.3.Sự ăn mòn của vật liệu hữu cơ  Sự thoái hoá (hoá già) hoá học • Sự oxy hoá: O2 gắn vào các gốc hoá trị→Đứt liên kết của mạch • Tia cực tím (có trong ánh sáng mặt trời) Kích thích chuyển động → Đứt liên kết mạch • Nhiệt độ: năng lượng mặt... 4H+ → Men+ + H2O ϕ Me / Me n+ < ϕ H 2O / O2 = 1.23 − 0.059 × 7 ≈ 0.82 ⇒ Me đầu dãy đ.thế đến Ag bị ăn mòn Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 18 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học  Môi trường kiềm có oxy Me → Men+ + ne O2 + 2H2O + 4e → 4OH- ϕ Me / Men + = ϕ ϕOH − / O 2 o Me / Me n + [ 2.3RT + lg Me n + nF ] 2 RT [ H 2O] PO2 = 0.401 + ln nF [OH − ]4 Me + O2 + 2H2O → Men+ + 4OHϕOH − / O2 RT RT 10 −14 RT RT . 02.2006 VẬT LIỆU HỌC VẬT LIỆU HỌC Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 2 2 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.1.Sự ăn mòn của vật liệu. của vật liệu vô cơ 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơ 6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu 6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu cơ cơ Chương