Ăn mòn kim loại là hiện tượng gì? Các tác hại, nguyên nhân, và cách phòng chống

Ăn mòn kim loại là một vấn đề phổ biến ảnh hưởng đến các công trình công nghiệp, nông nghiệp, và nhiều lĩnh vực khác. Nó không chỉ gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng mà còn đặt ra nhiều nguy cơ cho sự an toàn và bền vững của các cấu trúc công trình.

1. Hiện tượng ăn mòn kim loại

Hiện tượng ăn mòn kim loại là quá trình tự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác động của các chất trong môi trường như nước, đất, và không khí. Quá trình này diễn ra thông qua các phản ứng hóa học hoặc điện hóa, trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương.

Cụ thể, kim loại (M) bị biến đổi thành các ion kim loại (Mn+) kèm theo sự mất electron (ne), phản ứng có thể được mô tả bằng phương trình: M → Mn+ + ne

Điều này có nghĩa là kim loại bị tách ra thành các ion và di chuyển ra khỏi bề mặt kim loại, gây ra sự suy giảm về chất lượng và độ bền của kim loại. Đây là một vấn đề nghiêm trọng cần được quan tâm và có các biện pháp phòng ngừa hiệu quả để bảo vệ các tài sản và hệ thống hạ tầng.

Tìm hiểu thêm: Tính chất hóa học và vật lý của kim loại

2. Những tác hại của hiện tượng ăn mòn kim loại cần biết

Hiện tượng ăn mòn kim loại gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng, ảnh hưởng đến cả khía cạnh kinh tế và an toàn của các công trình cũng như thiết bị.

Về mặt kinh tế, ăn mòn kim loại dẫn đến chi phí bảo trì và sửa chữa lớn do việc phải thay thế các thành phần bị hỏng và duy trì hoạt động của hệ thống. Các ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất, và vận tải biển thường xuyên đối mặt với thiệt hại hàng tỷ đô la mỗi năm do sự ăn mòn các cấu trúc kim loại và thiết bị.

Ngoài ra, ăn mòn kim loại còn tiềm ẩn nguy cơ gây ra các sự cố nghiêm trọng, thậm chí đe dọa đến tính mạng con người. Ví dụ, các cấu trúc cầu đường, tòa nhà, và hệ thống ống dẫn nước có thể bị suy yếu hoặc sập đổ nếu không được kiểm tra và bảo trì kịp thời. Trong các môi trường công nghiệp, sự ăn mòn của các đường ống dẫn dầu, khí có thể dẫn đến rò rỉ hoặc nổ, gây ra các thảm họa môi trường và đe dọa đến an toàn lao động.

Hơn nữa, nó còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của các thiết bị và công trình. Việc suy giảm chất lượng của vật liệu do ăn mòn làm giảm khả năng chịu lực, dẫn đến hiệu suất hoạt động kém hiệu quả và có thể gây ra những gián đoạn không mong muốn trong quá trình sản xuất. Điều này làm gia tăng chi phí hoạt động và làm giảm tuổi thọ của các công trình và thiết bị.

3. Nguyên do gây ra ăn mòn kim loại là gì?

3.1 Ăn mòn kim loại hóa học

Ăn mòn kim loại hóa học xảy ra khi kim loại tiếp xúc với các chất oxi hóa trong môi trường mà không có sự xuất hiện của dòng điện. Đây là một quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị phá hủy do phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa như oxi, lưu huỳnh, clo,… có trong không khí hoặc trong các môi trường chất lỏng không phải chất điện ly.

Ví dụ, các bộ phận của thiết bị lò đốt thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và khí oxi, làm cho kim loại bị oxi hóa và biến đổi thành các oxit hoặc sunfua. Cụ thể là sự ăn mòn của đồng (Cu) khi tiếp xúc với khí sulfur dioxide (SO₂), trong đó đồng bị oxi hóa thành các hợp chất đồng oxit (Cu₂O) và đồng sunfua (Cu₂S): 6Cu + SO2 → 2 Cu2O + Cu2S

Trong quá trình này, các electron từ kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất oxi hóa trong môi trường, gây ra sự phá hủy của kim loại mà không cần sự hiện diện của dòng điện. Đây là cơ chế ăn mòn hóa học phổ biến, đặc biệt trong các môi trường khí hoặc môi trường chứa các chất không phải chất điện ly ở dạng lỏng.

3.2 Ăn mòn kim loại điện hóa

Ăn mòn kim loại điện hóa là một quá trình phức tạp hơn, xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường chất điện ly, tạo nên dòng điện và gây ra sự phá hủy kim loại. Đây là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn bởi tác dụng của các dung dịch chất điện ly như axit, dung dịch muối, hoặc nước không nguyên chất.

Khi kim loại hoặc hợp kim tiếp xúc với các dung dịch này, các ion kim loại bị oxi hóa, mất electron và chuyển thành các ion dương, trong khi các ion khác trong dung dịch đóng vai trò là các chất nhận electron, gây ra sự dịch chuyển của electron và hình thành dòng điện.

Ví dụ, khi kẽm (Zn) được nhúng vào dung dịch axit sunfuric loãng (H₂SO₄), kẽm bị hòa tan thành ion kẽm (Zn²⁺) và khí hydro (H₂) được giải phóng: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ↑.

Trong quá trình này, kẽm bị ăn mòn nhanh chóng do phản ứng điện hóa mạnh mẽ xảy ra, dẫn đến sự hình thành dòng điện giữa các điện cực.

Ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi có sự hiện diện của hai điều kiện cơ bản: các điện cực phải khác nhau về bản chất và tiếp xúc với nhau thông qua một dung dịch chất điện ly. Điều này thường thấy khi các cặp kim loại hoặc hợp kim tiếp xúc với không khí ẩm hoặc dung dịch axit, dẫn đến sự ăn mòn nhanh chóng và mạnh mẽ.

4. Các phương pháp phòng chống ăn mòn kim loại

Dưới đây là 4 phương pháp phổ biến và hiệu quả trong việc phòng chống ăn mòn kim loại:

Phương pháp điện hóa: Sử dụng một kim loại khác, thường là kẽm, để bảo vệ kim loại cần được bảo vệ khỏi ăn mòn. Kẽm sẽ bị ăn mòn trước, giúp ngăn không cho kim loại chính tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải kiểm tra kỹ lưỡng các yếu tố như hóa chất, nhiệt độ, và áp suất trong môi trường để đảm bảo hiệu quả.

Sử dụng chất chống ăn mòn: Chất chống ăn mòn được sử dụng để tạo một lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại, làm chậm quá trình ăn mòn. Các chất này rất hiệu quả trong việc bảo vệ các hệ thống dẫn nước, dầu khí và thiết bị công nghiệp khỏi sự tấn công của môi trường ăn mòn.

Sử dụng sơn chống rỉ: Sơn chống rỉ được dùng làm lớp lót cho các bề mặt kim loại dễ bị oxi hóa như khung kèo thép, lưới kim loại, khung cửa. Nó tạo bề mặt cho lớp sơn phủ bám dính và ngăn ngừa tác động từ môi trường. Đây là giải pháp kinh tế và hiệu quả để bảo vệ kim loại trong thời gian dài.

Sử dụng băng quấn chống ăn mòn: Băng quấn chống ăn mòn giúp bảo vệ các đường ống và thiết bị kim loại khỏi sự ăn mòn và tác động môi trường. Băng quấn này được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất, và xây dựng để kéo dài tuổi thọ và đảm bảo an toàn cho các cấu trúc kim loại.

Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ về hiện tượng ăn mòn kim loại. Hãy liên hệ với P69 ngay để nhận được sự tư vấn và chọn lựa phương pháp chống ăn mòn phù hợp với công trình của bạn.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn