Thẻ: ức chế ăn mòn
Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại
Xem thêm: |Nitohullmac XG | No. 59 Series
Ăn mòn kim loại là một vấn đề nguy hiểm và cực kì tốn kém. Ăn mòn có thể khiến các tòa nhà, những cây cầu sụp đổ, làm gẫy đường ống dẫn dầu, rò rỉ ở các nhà máy hóa chất, các đường ống nước. Loại ăn mòn phổ biến nhất là ăn mòn do các phản ứng điện hóa.
Quá trình điện hóa có khả năng bẻ gãy liên kết trong các hợp chất hóa học thành các nguyên tố hoặc tạo ra các hợp chất mới, là quá trình mang tính phá hoại hoặc có ích. Ăn mòn là hệ quả dễ thấy nhất của các phản ứng điện hóa xảy ra giữa kim loại và các vật chất có trong môi trường xung quanh.
Các điểm tiếp điện bị ăn mòn có thể có thể gây hỏa hoạn và nhiều vấn đề khác, vật liệu cấy ghép y học bị ăn mòn có thể gây nhiễm trùng máu, ô nhiễm không khí có thể gây ăn mòn phá hoại các tác phẩm nghệ thuật thế giới. Ăn mòn thách thức công tác xử lý rác thải hạt nhân, loại rác phải được chứa trong các thùng chứa kín trong hàng chục ngàn năm.
Loại ăn mòn phổ biến nhất là ăn mòn do các phản ứng điện hóa. Ăn mòn xảy ra khi hầu hết các nguyên tử trên bề mặt một cấu kiện kim loại bị ô xi hóa, phá hủy toàn bộ bề mặt cấu kiện. Hầu hết các kim loại đều dễ bị ô xi hóa: do kim loại có xu hướng mất các electron cho ô xi (và các nguyên tố khác) trong môi trường không khí hay môi trường nước. Khi ô xi bị giảm số ô xi hóa (nhận e), nó hình thành nên ô xít kim loại tương ứng.
Khi quá trình ô xi hóa khử diễn ra ở các loại kim loại khác nhau và có tiếp xúc với nhau, quá trình ăn mòn này được gọi là ăn mòn điện ly. Ăn mòn điện ly thường xảy ra trong các thiết bị điện, nước và hơi ẩm bị thu hút vào khu vực giữa hai điểm tiếp xúc mang điện và tạo ra một hiệu điện thế. Kết quả là hình thành một pin điện hóa giữa chúng.
Ví dụ với một kết cấu kim loại như Tượng Nữ Thần Tự Do. Bức tượng trông khỏe khoắn và bền vững. Nhưng cũng như bất kì một vật thể kim loại khác, nó cũng không bền vững mãi khi phản ứng với các chất tồn tại ở môi trường xung quanh và bị phá hủy dần. Đôi khi, sự phá hủy này là vô hại và thậm chí có ích: lớp phủ màu xanh nhạt bao ngoài bức tượng đồng bảo vệ nó khỏi sự phá hủy của thời tiết. Tuy nhiên phía bên trong bức tượng, ăn mòn đã trở nên trầm trọng sau nhiều năm. Khung sắt của tượng và lớp vỏ đồng đóng vai trò như hai điện cực của một cục pin lớn, vì thế gần nửa khung sắt của bức tượng đã bị ăn mòn vào năm 1986, kỉ niệm 100 năm khánh thành bức tượng.
Ăn mòn tự nhiên
Một số kim loại có đặc tính kháng ăn mòn thụ động hay là kháng ăn mòn tự nhiên. Điều này xảy ra khi kim loại phản ứng với ô xi trong không khí. Kết quả là một màng mỏng ô xít ngăn kim loại không bị tiếp tục ăn mòn nữa. Lớp màng ô xít hình thành trên mặt đồng và tính chất kháng thời tiết của các thành phần đúc vỏ bức tượng đồng là một ví dụ. Nếu lớp màng này bị phá hủy do sức ép lên kết cấu –trên một cây cầu chẳng hạn hoặc vết xước, thì việc bảo vệ ăn mòn không có tác dụng nữa. Trong các trường hợp đó, vật liệu có thể lại được tái lập lớp bảo vệ chống ăn mòn thụ động, nhưng nếu không tái lập được, thì chỉ một số điểm của cấu kiện bị ăn mòn. Sau đó việc phá hủy thường trở nên nghiêm trọng hơn vì ăn mòn tập trung vào những điểm này. Ăn mòn có hại có thể được ngăn chặn theo nhiều cách. Các dòng điện có thể tạo thành màng chống ăn mòn thụ động trên mặt các kim loại không tạo được lớp màng ô xít. Một số kim loại ổn định hơn trong một số môi trường cụ thể nào đó, và các nhà khoa học đã phát minh ra các hợp kim như thép không rỉ để nâng cao khả năng kháng ăn mòn trong một số trường hợp đặc biệt. Một số kim loại được xử lý laze để tạo ra a non-crystalline structure, có thể chống ăn mòn. Trong công nghiệp mạ, sắt và thép được phủ kẽm hoạt tính, phương pháp giúp hình thành một cục pin trong đó kẽm sẽ được mài mòn thay vì sắt. Các kim loại khác được bảo vệ bằng cách mạ điện với một chất trơ hoặc kim loại có khả năng kháng ăn mòn thụ động. Phủ màng phi kim như nhựa, composite, sơn, dầu cũng có thể chống ăn mòn. Ngoài các biện pháp trên, tập đoàn Nitto Denko, Nhật Bản đã nghiên cứu và cho ra đời bộ sản phẩm chống ăn mòn kim loại Nithullmac XG series cho các cấu kiện ngoài trời và trong nhà máy và No.59 Series cho các cấu kiện dưới nước biển và chôn ngầm dựa trên cơ chế ức chế ăn mòn kim loại. Bộ sản phẩm gồm 4 lớp bảo vệ, với lớp mỡ lót trong cùng có tác dụng trung hòa và ức chế phát triển ăn mòn, sét trám khe tạo phẳng, băng cuốn bảo vệ mỡ lót và sơn phủ, tạo thành một hệ kín kháng tia UV, chống thấm, ngăn ngừa sự xâm nhập của oxy, nước mưa và các tạp chất gây ăn mòn khác. Tổng hợp bởi VTS team. Nguồn: https://www.electrochem.org/corrosion-scienceỨc chế ăn mòn kim loại trong các nhà máy, công nghiệp hóa dầu
Khái quát: Theo báo cáo của NACE tại hội thảo về giải pháp kiểm soát ăn mòn trong công nghiệp tổ chức tại Việt Nam năm 2019, thiệt hại kinh tế do ăn mòn tiêu tốn hàng tỷ đô la mỗi năm. Ở Mỹ là 6,2% GDP, Trung Quốc: 3,34% GDP, Nhật Bản: 1,88% GDP. Hầu hết thiệt hại này là do ăn mòn sắt và thép. Khi tiếp xúc với hơi ẩm và oxy; sắt thép sẽ phản ứng, tạo ra oxit tương ứng. Oxit không bám chặt vào bề mặt kim loại, bong tróc, gây ăn mòn lỗ. Ăn mòn lỗ trên diện rộng làm cho kết cấu kim loại bị yếu và phân rã, gây hư hỏng.
Có thể thấy rất rõ là gỉ sét/ăn mòn diễn ra nhanh hơn trong các điều kiện ẩm ướt. Tuy nhiên, có một vài nhân tố khác quyết định tốc độ ăn mòn. Ví dụ như sự xuất hiện của muối. Muối hòa tan làm tăng độ dẫn điện của dung dịch hình thành trên bề mặt kim loại, làm tăng tốc độ ăn mòn điện hóa. Ví dụ khác nữa là nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng cao.
Sự hình thành gỉ sét là 1 quá trình phức tạp bắt đầu từ việc oxy hóa sắt thành các ion sắt 2 (iron “+2”).
Fe → Fe+2 + 2 e-
Trong chu trình phản ứng tiếp theo đòi hỏi có sự xuất hiện của cả nước và oxy. Các ion sắt 2 (+2) lại tiếp tục được oxy hóa để tạo thành các ixon sắt 3 (iron “+3”) ions.
Fe+2 → Fe+3 + 1 e-
Các electron được tạo ra từ các quá trình oxy hóa làm giảm oxy.
O2 (g) + 2 H2O + 4e- → 4 OH-
Các ion sắt 3 sau đó kết hợp với oxy để tạo ra sắt oxit, và được làm ẩm với lượng nước khác nhau.
Nói một cách đơn giản: sắt + Oxy + nước = Hydrated Iron Oxide (gỉ sét)
Các dạng ăn mòn khác có thể xảy ra trong các cấu kiện máy như ăn mòn do các axit hữu cơ. Các loại axit hữu cơ này có thể hình thành theo nhiều cách khác nhau và có thể là sản phẩm phụ của quá trình lão hóa dầu (oxy hóa). Chúng là các axit yếu so với các axit vô cơ nhưng vẫn thủy phân đủ mạnh để có thể làm hư hỏng hầu hết các kim loại.
Ví dụ như axit acetic, là loại axit gây ăn mòn nhẹ với kim loại như sắt, magê và kẽm, tạo thành khí hydro và muối acetates:
Fe + 2 CH3COOH → (CH3COO)2 Fe + 4H2
Tóm tắt: Iron + Organic Acid = Iron Acetate + Hydrogen
Biện pháp chống ăn mòn tốt nhất là ngăn không cho kim loại tiếp xúc với nước, oxy hay axit. Trên thực tế, đây chính là cơ chế hoạt động của các chất ức chế ăn mòn. Các phụ gia này có tính phân cực cao trên các bề mặt kim loại.
Chúng bám dính vào bề mặt kim loại, tạo thành lớp màng bảo vệ bề mặt kim loại. Hoạt động như lớp màng ngăn không cho kim loại tiếp xúc với bất kỳ tác nhân nào có thể gây ăn mòn. Một số hợp chất phổ biến gồm amine succinates và alkaline earth sulfanates.
Việc đánh giá đặc tính chống ăn mòn của một loại dầu ức chế ăn mòn là rất khó và đôi khi mang tính chủ quan. Để có kết quả tốt nhất, phòng lab cần phải làm sạch hoặc phun cát mẫu thử, sau đó phủ dầu ức chế ăn mòn. Sau khi phủ, đưa mẫu thử vào điều kiện môi trường hình thành gỉ sét/ăn mòn để kiểm tra. Với bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG series, nhà sản xuất Nitto Denko đã tiến hành thí nghiệm phun muối và thí nghiệm kháng tia UV cho 2 mẫu thử với thời gian 2000 giờ và 5000 giờ. Kết quả cho thấy phần mẫu thử được bảo vệ bằng bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG series:
+ Lớp ngoài cùng của băng cuốn không bị nứt, không bị chảy, vẫn bám dính tốt với bề mặt mẫu thử kim loại trong điều kiện nhiệt đột lên đến 90 độ C
+ Lớp mỡ ức chế ăn mòn bên dưới lớp băng cuốn vẫn duy trì trạng thái ẩm;
+ Bề mặt kim loại vẫn sáng bóng như mới và không hề bị ăn mòn,
Từ kết quả trong phòng thí nghiệm và thực tế áp dụng, bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG series có thể bảo vệ các cấu kiện kim loại khỏi ăn mòn với tuổi thọ lên đến 20 năm tùy thuộc vào điều kiện môi trường.
Chống ăn mòn cho mặt bích, van đường ống và mối hàn liên kết bằng Nitohullmac XG
Ăn mòn mặt bích nối ống và van là vấn đề nghiêm trọng phổ biến. Các mối nối đường ống này rất dễ bị ăn mòn điểm và ăn mòn khe, là nguyên nhân chính gây hư hỏng đường ống. Thông thường, để giảm thiểu hoặc loại bỏ rủi ro (rò rỉ và các vấn đề kéo theo (như cháy, nổ, ô nhiễm môi trường v.v), người ta phải dừng hoạt động của các đường ống này. Có nhiều giải pháp chống ăn mòn hiệu quả nhưng chưa được áp dụng rộng rãi vì lý do khó khăn về thi công và/hoặc hạn chế về ngân sách. Trong hơn 30 năm qua, nhà sản xuất Nitto Denko, Nhật Bản đã nghiên cứu và phát triển bộ sản phẩm chống ăn mòn toàn diện. Bài viết này trình bày kết quả thử nghiệm trong thời gian hơn 1 năm trong môi trường nhà máy khắc nghiệt có axit HCL, ở nhiệt độ từ 30 đến trên 40°C, độ ẩm trên 80%. Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn tốt, cho phép ứng dụng bộ sản phẩm bể bảo vệ mặt bích nối ống, van, bu lông móng cột, các mối nối hàn liên kết ở quy mô rộng hơn. Phương pháp bảo vệ này dựa trên cơ chế ức chế ăn mòn của lớp mỡ lót XG-PN để bảo vệ mặt bích nối ống, van, bu lông móng cột, các mối hàn liên kết khỏi ăn mòn.
Giới thiệu
Ăn mòn các mối nối đường ống (mặt bích, van, các mối hàn liên kết) là vấn đề nghiêm trọng phổ biến trong tất cả các ngành công nghiệp như dầu khí, khai thác mỏ, hóa chất, viễn thông, điện lực, hệ thống phân phối nước, khí ở tất cả các thành phố v.v. Ăn mòn điểm, ăn mòn khe và ăn mòn tiếp xúc có thể gây rò rỉ, ô nhiễm môi trường, làm gián đoạn hoạt động của hệ thống, tăng chi phí bảo trì và thay thế. Ăn mòn tấn công ở các bề mặt giữa các mặt bích, bu lông mặt bích, đai ốc và các mối hàn liên kết. Trong một số trường hợp, các loại ăn mòn này có thể là nguồn gây cháy nổ. Nhiều trường hợp cháy nổ đã xảy ra ở các nước sản xuất dầu khí. Ăn mòn hệ thống đường ống là vấn đề nghiêm trọng nhưng vấn đề nghiêm trọng nhất là ở các bộ phận quan trọng như mặt bích nối ống, van và các mối hàn liên kết. Mức độ nghiêm trọng của ăn mòn phụ thuộc vào môi trường bên ngoài và điều kiện vận hành. Giải pháp sơn phủ, băng cuốn v.v thường không hiệu quả trong môi trường làm việc khắc nghiệt của nhiều nhà máy công nghiệp.
Bộ sản phẩm băng cuốn chống ăn mòn dựa trên cơ chế ức chế ăn mòn của nhà sản xuất Nitto Denko, Nhật Bản đã được ứng dụng ở Nhật Bản từ những năm 80, dần phổ biến ở các nước phát triển, chứng minh giải pháp chống ăn mòn hiệu quả trong các môi trường công nghiệp bị ăn mòn nặng. Bộ sản phẩm có các ưu điểm:
- Rất dễ thi công và thay thế
- Cho phép thi công với cả các cấu kiện có hình dạng phức tạp khác nhau
- Độ bền lên đến 15 năm mà không cần bảo trì, rất an toàn cho người và thiết bị.
- Ngăn chặn triệt để vấn đề ăn mòn trong các môi trường khắc nghiệt của nhà máy.
Bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG của Nitto được dùng để bảo vệ cấu kiện thử nghiệm gồm:
- lớp mỡ lót có tác dụng ức chế ăn mòn, hấp thụ và trung hòa các tác nhân ăn mòn đã bám trên bề mặt cấu kiện,
- Tùy vào từng loại cấu kiện, có thể phải sử dụng sét trám khe tạo phẳng cho các vị trí giáp nối giữa mặt bích, bu lông, mối hàn liên kết,
- Băng cuốn XG để bảo vệ lớp mỡ lót và sét trám, và
- Sơn phủ kháng tia UV, tạo màng polime chống thấm.
Kết luận
- Bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG giúp bảo vệ hiệu quả các cấu kiện kim loại như mặt bích, van và các mối hàn liên kết khỏi ăn mòn trong môi trường công nghiệp như nhà máy lọc hóa dầu, các công trình ven biển và trong đất liền có tác nhân ăn mòn như Cl– , H2S, SO2 và CO2, với độ ẩm tương đối lên đến 85% và nhiệt độ làm việc đến +55°C.
- Bộ sản phẩm chống ăn mòn Nitohullmac XG có thể thi công cho các cấu kiện kim loại có hình dạng phức tạp khác nhau như mặt bích, van khớp nối, bu lông v.v, sau khi khô, lớp sơn phủ tạo thành 1 lớp màng polime mỏng có khả năng kháng tia UV, chống thấm và ngăn ngừa xâm nhập của các tác nhân gây ăn mòn.