Ăn mòn và bảo vệ kim loại

5.1. Ăn mòn kim loại
5.1.1. Khái niệm
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác
hóa học hoặc điện hóa của kim loại với môi trường xung
quanh.
Ví dụ: Sắt thép không được sơn phủ kỹ, tiếp xúc với không khí ẩm,
nước (đặc biệt là nước mưa) nên bị ôxi hoá mạnh, gây ra hiện tượng gỉ, ăn
mòn.
www.themegallery.com Company Logo

Sự gẫy, đứt, sự xâm thực, mài mòn, trương nở cao
phân tử không gọi là ăn mòn.

Sự biến dạng của cấu trúc khi thay đổi nhiệt độ
không gọi là ăn mòn.

5.2. Các dạng ăn mòn kim loại
Ăn mòn
hóa học
Ăn mòn kim
loại
Ăn mòn điện
hóa

AA.. ĂĂnn mmòònn hhóóaa hhọọcc
Text
Text
Text
a) Định nghĩa:
Ăn mòn hóa học là quá trình ăn mòn kim loại do tác dụng
hóa học giữa kim loại và môi trường, trong đó các electron
của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi
trường.
Text

Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiết
bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi
3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2
2Fe + 3Cl2  2FeCl3
3Fe + 2O2  Fe3O4
Ví dụ
nước và khí oxi…

AA.. ĂĂnn mmòònn hhóóaa hhọọcc
a) Định nghĩa:
Text
b) Cơ chế ăn mòn:

- Ăn mòn trong môi trường không phải là chất điện ly
dạng lỏng:
Nhiên liệu (xăng, …)
Dung môi hữu cơ
Lưu huỳnh nóng chảy
Brom lỏng

Xăng lẫn tạp chất (andehit,
nhựa…) dễ bị oxy hóa bởi oxi
của không khí
CH3-CHO + O2  CH3-COOH
Axit axetic có thể ăn mòn các
kim loại như sắt, mangan,
Axit axetic có thể ăn mòn các
kim loại như sắt, mangan,
crom…
crom…
KKiimm llooạạii bbịị
xxăănngg ăănn mmòònn
Ví dụ: Ăn mòn kim loại bởi xăng

- Ăn mòn trong môi trường khí:
+ Phổ biến nhất là ăn mòn bởi oxi không khí:
O2 + M → MxOy
+ Sự khử cacbon của thép bởi Fe4C3 + 3/2 O2  O4 2F, eH +2, H2O, CO2:
3CO
Fe4C3 + 3CO2  4Fe + 6CO
Fe4C3+3H2O
4Fe+3CO+3H2
Fe4C3 + 6H2  4Fe + 3CH4

BB.. ĂĂnn mmòònn đđiiệệnn hhóóaa
Ăn mòn điện hóa là quá trình
oxi hóa khử trên mặt giới hạn
tiếp xúc giữa kim loại và môi
trường chất điện li, nó gắn
liền với sự chuyển kim loại
thành ion kim loại đồng thời
kèm theo sự khử một thành
phần của môi trường và sinh
ra một dòng điện.
Text
a) Định nghĩa:

BB.. ĂĂnn mmòònn đđiiệệnn hhóóaa
Text
a) Định nghĩa:
b) Cơ chế ăn mòn:

b) Cơ chế ăn mòn
1
- Quá trình anot: xảy ra ở
khu vực mà KL bị ion hóa và
chuyển vào dung dịch:
Me – ze → Mez+
2
- Quá trình catot: xảy ra ở
khu vực mà các ion, nguyên
tử hoặc phân tử của chất
điện ly nhận điện tử trên bề
mặt kim loại:
D + ne  [D.ne]
Gồm 2 quá trình:

Ví dụ: Ăn mòn Fe trong khí quyển ẩm:
• Anot: Fe – 2e → Fe2+
• Catot: 1/2 O2 + 2e + H2O → 2 OH–
- T i ế p theo:
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2(kk) +2H2O→ 4Fe(OH)3
- Theo thời gian Fe(OH)3 sẽ bị mất
nước tạo ra gỉ sắt có thành phần
chủ yếu là Fe2O3.xH2O.

5.1.3. Các phương pháp đánh giá tốc độ ăn mòn
a) Phương pphháápp ttrrọọnngg llưượợnngg::
* Tính theo tổn thất khối lượng ăn mòn: thường áp
dụng cho ăn mòn đều.
m m0 1
r = - = D
Company Logo
m
S t
S.t
×
ρ tốc độ ăn mòn, g/(m2.h); mg/(cm2.ngày)
Δm thiệt hại khối lượng, g hoặc mg
S diện tích bề mặt, m2 hoặc cm2
t thời gian ăn mòn, h hoặc ngày
Trong đó:

* Tính theo tổn thất độ sâu ăn mòn:
P = 8,76 r
P – chỉ số độ sâu ăn mòn, mm/năm;
ρ - tốc độ ăn mòn theo khối lượng, g/(m2.h);
d
d – khối lượng riêng của kim loại, g/cm3

b) Phương pháp thể tích:
• Đánh giá tốc độ ăn mòn thông qua thể tích của hiđro
được giải phóng ra hoặc thể tích oxi bị tiêu thụ.

c) Các phương pháp phân tích:
• Xác định nồng độ ion kim loại bị hoà tan vào môi
trường xâm thực, từ đó suy ra tốc độ ăn mòn.
• Các phương pháp phân tích định lượng: phương
pháp quang phổ, phương pháp hấp phụ nguyên tử,
phương pháp cực phổ, …

d) Phương pháp điện hóa:
 Đo điện thế ổn định hoặc điện thế ăn mòn Eăm
 So sánh giá trị thế ăn mòn Eăm đo được với giá trị thế trên
đồ thị điện thế (E) để suy đoán khả năng xảy ra ăn mòn
trên điện cực nghiên cứu.
Hình 1 - Sơ đồ đo thế ăn mòn Eăm
phụ thuộc thời gian Eăm - f(t):
1 - Điện cực làm việc (WE); 2 - Điện
cực so sánh (RE) - điện cực; 3 - Von
kế; 4 - Dung dịch nghiên cứu; 5 -
Cầu nối chứa KCl (hoặc HCl)
Hình 2 - Sự biến đổi thế ăn
mòn theo thời gian Eăm - f(t):
1 - Điện thế ăn mòn dịch
chuyển về phía dương;
2 - Điện thế ăn mòn dịch
chuyển về phía âm.

e) Phương pháp đánh giá theo chỉ số cơ khí:
thường áp dụng cho ăn mòn cục bộ
= s -s
K 0 1
.100%
0 s
0
Trong đó: K – chỉ số cơ khí, %;
0 s
1 s
- độ bền kéo ban đầu, kg/cm2;
- độ bền kéo sau khi ăn mòn, kg/cm2.

55..22.. PPhhưươơnngg pphháápp cchhốốnngg ăănn mmòònn
55..22..11.. CChhốốnngg ăănn mmòònn đđiiệệnn hhóóaa
a) Lựa chọn vật liệu kim loại thích hợp:
Kim loại đen, thép không gỉ, gang, titan và hợp kim
titan…

b) Xử lý môi trường để bảo vệ kim loại
- Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn: Giảm độ ẩm; điều
chỉnh pH về môi trường trung tính; giảm nồng độ
oxi.
- Sử dụng chất ức chế bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn
+ Chất ức chế gây thụ động: Na2Cr2O4, NaOH, Na2CO3,
các muối photphat, silicat, borat…
+ Chất ức chế hấp phụ không gây thụ động

cc)) SSửử ddụụnngg llớớpp ssơơnn pphhủủ
- Phủ kim loại lên bề mặt kim loại
+ Phủ bằng phương pháp nhúng vào kim loại nóng
chảy
+ Mạ điện
- Lớp phủ vô cơ:
+ Lớp photphat hóa
+ Oxi hóa điện hóa kim loại
- Lớp phủ hữu cơ: sơn, vecni

d) Phương pháp điện hóa:
- 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.
- Bảo vệ bằng anot hi sinh:

55..22..22.. CChhốốnngg ăănn mmòònn hhóóaa hhọọcc
a) Tạo hợp kim bền nhiệt:
Đưa vào thành phần kim loại gốc các nguyên tố tạo
thành hợp kim có tính chịu nhiệt cao, làm tăng khả
năng chống ăn mòn hóa học của KL trong môi
trường khí ở nhiệt độ cao.
Ví dụ: + Hợp kim gốc Fe chứa 8-10% Al, khi bị oxi hóa
tạo thành màng oxit của nguyên tố hợp kim là Al2O3
bảo vệ bề mặt của hợp kim.
+ Thép chứa 30% Cr chịu nhiệt đên 1200 oC do cấu tử
hợp kim Cr cùng với kim loại gốc là Fe khi bị oxi hóa
tạo thành oxit kép FeCr2O4 có tính bảo vệ cao.

b) Sử dụng lớp phủ bảo vệ
Có thể bao phủ bằng KL hoặc phi kim bằng nhiều
phương pháp: khuếch tán nhiệt, hàn đắp, bọc kim
loại, phun kim loại, mạ, tráng men chịu nhiệt, gốm…
c) Dùng môi trường để bảo vệ
Lựa chọn và sử dụng thành phần môi trường khí
thích hợp để chống ăn mòn khi gia công nhiệt các
kim loại.

CHƯƠNG 6
HÓA HỌC DẦU MỎ

6.1. Nguồn gốc dầu mỏ
Nguồn gốc
dầu mỏ
Giả thuyết về
nguồn gốc vô cơ
Giả thuyết về
nguồn gốc hữu
cơ

a) Giả thuyết về nguồn gốc vô cơ
của dầu mỏ
4 3 2 3 4 Al C + 12H O ® 4Al(OH ) + 3CH
2 2 2 2 2 CaC + 2H O ®Ca(OH ) + C H
C H
2 2
CH
4
Medeleev D.I.
Dầu mỏ là sản
phẩm của quá trình
thủy phân các
cacbua kim loại.
¾t¾, p¾,xt® Các hydrocacbon
khác nhau

b) Giả thuyết về nguồn gốc hữu
cơ của dầu mỏ
Dầu mỏ là sản phẩm
của quá trình phân
hủy và biến đổi xác
thực vật và động vật
bị chôn vùi trong lớp
trầm tích.

6.2. Thành phần hoá học và ứng
dụng của dầu mỏ

6.2.1. Thành phần hóa học của
dầu mỏ
Thành phần
hydrocacbon
Thành phần phi
hydrocacbon

a) Thành phần hydrocacbon trong dầu mỏ
• Hydrocacbon là thành phần chính của dầu mỏ.
• Bằng phương pháp hóa lý người ta xác định
có hơn 400 loại hydrocacbon khác nhau.
Hydrocacbon
Parafin
Xyclo parafin
Aromat
Hỗn hợp
xycloparafin-aromat

- Hydrocacbon parafinic (ankan)
Là loại hydrocacbon phổ biến nhất trong dầu mỏ, tồn
tại dưới 3 dạng: khí, lỏng và rắn.
Parafin
Khí Lỏng Rắn

Parafin
n-parafin Izo-parafin
Hàm lượng n-parafin
rắn (≥C18) làm dầu dễ
bị đông đặc
Là nguyên liệu để tổng hợp
hóa học (chất tẩy rửa tổng
hợp, tơ sợi nhân tạo, chất
dẻo…)
Izo-parafin từ C1 – C5
làm tăng khả năng
chống kích nổ của xăng

- Hydrocacbon xyclo-parafinic
• Có hàm lượng từ 30% đến 60% trọng lượng.
• Thường ở dạng vòng 5, 6 cạnh.
• Là thành phần quan trọng trong nhiên liệu động cơ
và dầu nhờn.
• Dùng để điều chế các hydrocacbon thơm như :
benzen, toluen, xylen…
R
R
R
CH3
CH3 (CH2)10

- Hydrocacbon aromatic
• Thường nằm ở phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khả
năng chống kích nổ.

- Hỗn hợp xycloparafin-aromat
Là loại rất phổ biến trong dầu, nằm ở phần có nhiệt
độ sôi cao.
tetralin
CH2-CH2

b) Thành phần phi hydrocacbon
- Các hợp chất chứa lưu huỳnh:
* Các hợp chất chứa lưu huỳnh là loại phổ biến nhất,
chúng làm xấu đi chất lượng dầu thô:
+ dầu chứa < 0,5% S: dầu tốt
+ dầu chứa từ 1%-2% S: dầu xấu
* Chúng thường ở dạng :
+ mercaptan : R-S-H.
+ sunfua: R-S-R’.
+ đisunfua : R-S-S-R’.
+ lưu huỳnh tự do : S, H2S.

- Các chất chứa nitơ:
Có rất ít trong dầu mỏ ( 0,01  1% khối lượng),
thường có từ 1-3 nguyên tử nitơ.
quinodin
pyridin

- C á c c h ấ t c h ứ a o x y :
Thường tồn tại dưới dạng axit, xeton,
phenol, este... Trong đó axit và phenol
là quan trọng hơn cả.
Phenol
- Các kim loại nặng:
+ Hàm lượng các kim loại nặng không nhiều; chúng
có cấu trúc của phức cơ kim chủ yếu là phức của V
và Ni.
+ Các kim loại nặng hàm lượng nhiều sẽ gây trở ngại
các quá trình chế biến xúc tác.

- Các chất tạo nhựa và asphaten
+ Các chất tạo nhựa và asphaten là những chất đồng
thời chứa các nguyên tố C, H, O, S, N có phân tử
lượng lớn.
+ Màu sẫm, nặng hơn nước, không tan trong nước và
có cấu trúc vòng thơm.
+ Nó làm giảm chất lượng dầu mỏ, tạo cặn, tạo tàn.
+ Là nguyên liêu để làm nhựa đường.

- Nước lẫn trong dầu mỏ
- Trong dầu mỏ bao giờ cũng lần một lượng
nước nhất định chúng tồn tại ở dạng nhũ
tương.
- Trong nước khoan chứa 1 lượng lớn các
muối khoáng.
- Dùng để sản xuất Br2, I2.

Chế biến dầu
Bậc 1 Bậc 2
Chưng cất Cracking Reforming

KKhhíí ddầầuu mmỏỏ
TTss<< 440000СС
XXăănngg
TTss<< 118800 00СС
Kerosen
118800<<TTss<< 225500 00СС
Gasoil nhẹ
225500<<TTss<< 335500 00СС
Gasoil nặng
335500<<TTss<< 550000 00СС
Cặn Gudron
TTss>> 550000 00СС

- Nhiệt độ sôi dưới 180 0C.
- Bao gồm các hydrocacbon từ C5 đến C10,C11.

- Ứng dụng:
a) Xăng làm nhiên liệu:
*Động cơ xăng: là một kiểu động cơ đốt trong nhằm
chuyển hóa năng lượng hóa học của nhiên liệu
(xăng) khi cháy thành năng lượng cơ học dưới
dạng chuyển động quay.
Động cơ xăng
Động cơ 4 thì Động cơ 2 thì

Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 4 kì

Sơ đồ hoạt động của động cơ xăng 4 kì

Sơ đồ cấu tạo động cơ
1
3
2
4
8
9
5
6
7
10
xăng 2 kì
1. Bugi
2. Pit-tông
3. Cửa thải
4. Cửa nạp
5. Thanh truyền
6. Trục khuỷu
7. Cacte
8. Đường thông
cacte với cửa
quét
9. Cửa quét
10. Xilanh

Sơ đồ hoạt động của động cơ xăng 2 kì

*Bản chất quá trình cháy trong động cơ xăng:
Để động cơ làm việc bình thường thì trong xylanh, các
mặt lửa phải lan chuyền đều đặn, hết lớp nọ mới đến
lớp kia, với tốc khoảng 15 đến 40 m/s.
Khi nào xảy
ra sự cháy
kích nổ?

*Tri số octan:
 Định nghĩa: Trị số octan là một đơn vị đo quy ước
dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của
nhiên liệu, được đo bằng phần trăm thể tích của izo-octan
trong hỗn hợp chuẩn với n-heptan, tương
đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu ở
điều kiện tiêu chuẩn.
 Trong xăng chứa càng nhiều hidrocacbon thơm
hoặc izo-parafin thì trị số octan càng cao.

 Phương pháp làm tăng trị số octan:
1) Phương pháp dùng phụ gia:
Dùng một số hóa chất pha vào xăng nhằm hạn
chế quá trình oxi hóa của các hidrocacbon ở
không gian trước mặt lửa khi cháy trong động cơ.
Phụ gia
chì
Phụ gia
không chì
Chất phụ gia

- Phụ gia chì: Bao gồm các chất như tetrametyl chì
(TML), tetraetyl chì (TEL) có tác dụng phá hủy các hợp
chất trung gian hoạt động và do đó giảm khả năng bị
cháy kích nổ.
+ Cơ chế dùng phụ gia chì như sau:
Phân hủy TML trong động cơ:
O
¾¾® + ·
Pb(CH ) Pb 4CH
2
o
t C
2
3
t C
3 4
Pb + O ¾¾®
PbO
Tạo chất không hoạt động:
Chất hoạt
động
2 2
O
R CH O R CH OOH
o
- + ¾¾® -
t C
2 2
2
t C
3 2
R - CH OOH + PbO ¾¾® RCHO + PbO + H O +
1 / 2O
Chất không
hoạt động

+ Chì oxit PbO được đưa ra ngoài bằng C2H5Br hoặc
C2H5Cl:
C H Br ¾¾® C H +
HBr
2HBr PbO PbBr H O
2 2
2 4
t C
2 5
O
+ ¾¾® +

- Phụ gia không chì:
• Pha trộn xăng có trị số octan cao (như xăng alkyl
hóa, izome hóa…) vào nhiên liệu có trị số octan
thấp.
• Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản
cuât xăng có trị số octan cao.
• Sử dụng các chất phụ gia không chì như các hợp
chất chứa oxi: etanol, MTBE,
MTBA, TAME…

2) Phương pháp hóa học
- Áp dụng các công nghệ lọc dầu tiên tiến để chuyển các
hydrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, hoặc
thành hydrocacbon vòng no, vòng thơm có trị số octan
cao.
- Các công nghệ lọc dầu bao gồm các quá trình như:
cracking xúc tác, reforming xúc tác…

- Ứng dụng:
a) Xăng làm nhiên liệu:
b) Xăng làm nguyên liệu tổng hợp cho tổng
hợp hóa dầu, làm dung môi
Sản xuất các hydrocacbon thơm khác nhau như
benzen, toluen, xylen, etyl benzen… và các olefin
nhẹ như etylen, propylen…

Ăn mòn và bảo vệ kim loại

Ăn mòn và bảo vệ kim loại

More Related Content

What's hot

Similar to Ăn mòn và bảo vệ kim loại

Ăn mòn và bảo vệ kim loại