Xem mẫu
- http://www.ebook.edu.vn 127
CHƯƠNG 10 PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATỐT
10.1. Cơ sở lý thuyết
10.1.1. Nguyên lý và ứng dụng
Bảo vệ catốt là phân cực catốt một bề mặt kim loại bị ăn mòn để làm giảm
tốc độ ăn mòn. Xét phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch trung tính có sục khí:
Fe → Fe2+ + 2e (1)
-
O2 + 2H2O + 4e → 4OH (2)
Phân cực catốt cho hệ thống này từ điện thế ăn mòn Ecor sẽ làm giảm tốc
độ của phản ứng (1) (dư điện tử nên cân bằng dịch chuyển từ phải sang trái),
nhưng lại làm tăng tốc độ phản ứng khử oxy và tạo OH- (2) (cân bằng dịch
chuyển từ trái sang phải).
Có hai phương pháp bảo vệ catốt: dùng dòng điện ngoài và anốt hy sinh
(protector).
- http://www.ebook.edu.vn 128
Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài, dòng điện để phân
cực catốt được cung cấp từ máy biến thế chỉnh lưu (chuyển điện xoay chiều AC
thành điện một chiều DC). Ở những nơi hẻo lánh không có điện, dòng điện
ngoài có thể được cung cấp từ máy phát điện chạy dầu diesel, chạy khí đốt hoặc
từ pin mặt trời. Anốt có thể là một hoặc nhiều điện cực bằng graphit (cho cấu
trúc ngầm dưới đất) hoặc gang có hàm lượng silic cao, titan phủ platin (cho cấu
trúc nhúng trong nước biển).
Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh, kim loại cần bảo vệ
được nối với một kim loại khác, gọi là anốt hy sinh, có điện thế âm hơn. Các
anốt hy sinh được hàn vào đường ống ngầm hay đường ống nhúng trong nước
biển và phải được thay thế định kỳ vì chúng bị tiêu thụ trong phản ứng hòa tan
anốt.
Các anốt chôn trong đất (dù theo phương pháp dòng điện ngoài hay anốt hy
sinh) đều được chôn lấp hoặc đóng gói trước cùng với các vật liệu dẫn điện,
thường là hạt than cốc, để tăng diện tích anốt, giảm mật độ dòng anốt, giảm tiêu
hao anốt.
Phương pháp bảo vệ catốt có thể áp dụng để làm giảm tốc độ ăn mòn cho
bất kỳ kim loại nào. Tuy nhiên, phương pháp này thường được áp dụng cho các
cấu trúc bằng thép cacbon trong môi trường ăn mòn nhẹ như đất, nước và nước
biển. Thép không gỉ, Cu và hợp kim Cu có sẵn tính chống ăn mòn nên không
cần bảo vệ thêm. Các kim loại khác như Al, Zn dễ bị ăn mòn catốt do tính kiềm
của khu catốt tăng khi phản ứng catốt xảy ra nên mức độ phân cực catốt phải
được khống chế cẩn thận. Phương pháp bảo vệ catốt sẽ không kinh tế khi môi
trường có tốc độ ăn mòn cao hơn (ví dụ thép trong môi trường axít), đòi hỏi
dòng áp đặt cao hơn và biến thế chỉnh lưu lớn hơn. Ngoài ra, phản ứng khử catốt
sẽ sinh ra nhiều hydrô có thể gây nguy hiểm, đồng thời các lớp phủ rẻ tiền để
giảm dòng điện ngoài thường không chịu được môi trường axít.
10.1.2. Phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài
a) Bảo vệ catốt cho thép trong môi trường axít
Đường cong phân cực của thép trong dung dịch axít có dạng sau:
- http://www.ebook.edu.vn 129
Tốc độ ăn mòn khi chưa phân cực anốt là 10-3 A/cm2. Phân cực catốt
khoảng 120 mV (tương ứng với dòng áp đặt iapp) sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn
xuống còn 10-6 A/cm2. Độ giảm này sẽ phụ thuộc vào độ dốc của đường cong
phân cực anốt (hệ số Tafel anốt βa ). Trong trường hợp này βa = 40 mV, nên ứng
với mỗi độ giảm 40 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn đi 10 lần.
Đường cong phân cực catốt sẽ cho biết mật độ dòng điện ngoài áp đặt,
iapp, ứng với mỗi mức phân cực catốt. Trong ví dụ trên, iapp vào khoảng 1,5 x
10-2 A/cm2 nghĩa là cứ mỗi m2 bề mặt ống cần dùng cường độ dòng 150 A. Điều
này sẽ không kinh tế, nên phương pháp bảo vệ catốt sẽ không thực tế nếu áp
dụng cho các môi trường có tính axít xâm thực với tốc độ ăn mòn cao.
b) Bảo vệ catốt cho thép trong nước trung tính thông khí và nước biển
Ăn mòn bị khống chế bởi sự khuếch tán của oxy hòa tan đến bề mặt ăn
mòn ở iL = icor = 100 μA/cm2. Giả sử βa = 40 mV như trong trường hợp trên, độ
phân cực catốt khoảng 120 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn xuống còn 0,1
μA/cm2. Do tốc độ ăn mòn và mật độ dòng áp đặt bị giới hạn bởi iL, nên iapp tối
đa chỉ là 100 μA/cm2. Giá trị cường độ dòng áp đặt này vẫn còn lớn (1 m2 bề
mặt cần 1 A), nhưng có thể giảm đi bằng cách dùng lớp phủ (thường là bền ăn
mòn trong môi trường trung tính).
Nếu phân cực catốt dư (điện thế catốt chuyển về phía âm hơn nữa), thì phản
ứng phóng điện của nước có thể xảy ra
2H2O + 2e → H2 + 2OH- (3)
Hydrô thoát ra (dù trong môi trường trung tính hay kiềm) đều phá hủy lớp
phủ và gây giòn hydrô cho cấu trúc. Ngoài ra phản ứng khử mới sẽ làm tiêu tốn
thêm cường độ dòng áp đặt.
10.1.3. Phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh
Trong ăn mòn galvanic giữa các kim loại khác nhau, kim loại có điện thế
dương hơn sẽ được bảo vệ catốt, còn kim loại có điện thế âm hơn sẽ bị ăn mòn.
- http://www.ebook.edu.vn 130
Điện tử sẽ di chuyển từ anốt hy sinh (kim loại có điện thế âm) đến catốt (kim
loại có điện thế dương hơn).
Phản ứng anốt hòa tan (1) của kim loại có điện thế dương hơn sẽ giảm do
dư điện tử đến từ anốt hy sinh, nhưng phản ứng khử oxy hòa tan (2) hoặc phản
ứng thoát hydrô (3) sẽ tăng lên.
Đường cong phân cực của cặp galvanic giữa anốt hy sinh và cấu trúc được
bảo vệ catốt, mỗi loại có điện thế ăn mòn Ecor,a và Ecor,c tương ứng.
Hai kim loại này được phân cực về cùng một điện thế “ngắn mạch” ESC với
dòng điện IG(SC) chạy trong mạch. Tại ESC, tốc độ ăn mòn của cấu trúc giảm từ
Icor về Icor(SC).
Khi có điện trở dung dịch, RΩ, giữa anốt hy sinh và cấu trúc catốt, thì điện
thế của hai điện cực sẽ chênh nhau một giá trị là IG(R)RΩ. Khi đó dòng ăn mòn
chỉ giảm đến Icor(R) và dòng điện chạy trong mạch chỉ đạt IG(R), nhưng lượng tiêu
hao anốt sẽ giảm.
10.1.4. Lớp phủ và bảo vệ catốt
Các khuyết tật trong lớp phủ luôn hiện diện ở dạng lỗ kim, lỗ xốp, vết nứt
và các hư hỏng vật lý khác. Ăn mòn sẽ tập trung ở các khuyết tật, làm bong lớp
phủ và thúc đẩy hư hỏng.
Bảo vệ catốt là phương pháp bổ sung lý tưởng cho lớp phủ. Do lớp phủ có
điện trở cao, nên dòng catốt áp đặt chỉ tập trung ở các khuyết tật của lớp phủ,
nơi lộ ra kim loại nền, và bảo vệ hữu hiệu cho các điểm yếu của lớp phủ. Vì vậy
khi có lớp phủ, dòng điện ngoài cần thiết để bảo vệ sẽ giảm đáng kể.
Hầu hết các cấu trúc ngầm hoặc nhúng trong nước biển thường kết hợp lớp
phủ hữu cơ và bảo vệ catốt để ngăn ngừa ăn mòn. Nhiều cấu trúc như vậy được
bao bởi các lớp phủ trong quá trình chế tạo trước khi lắp đặt. Tuy nhiên, các cấu
trúc ngoài khơi thường để trần không bao phủ vì khó bảo dưỡng lớp phủ trong
môi trường biển và tương đối khó thi công dưới mặt nước biển. Độ kiềm sinh ra
từ phương pháp bảo vệ catốt trong nước biển sẽ tạo các vảy canxi làm giảm tốc
độ ăn mòn và dòng điện catốt áp đặt.
- http://www.ebook.edu.vn 131
10.1.5. Độ kiềm catốt
Phản ứng khử catốt (2) và (3) sẽ làm tăng pH ở bề mặt được bảo vệ do tạo
-
OH trong quá trình phân cực catốt. Ở một mức độ nào đó, điều này có lợi vì các
hợp kim sắt bền trong dung dịch kiềm nhẹ do tạo màng oxýt bền có tính bảo vệ.
Ngoài ra, việc tạo OH- trong môi trường nước biển sẽ thúc đẩy việc tạo vảy
canxi do phản ứng với ion Ca và Mg.
Ca2+ + HCO3- + OH- → H2O + CaCO3 (4)
2+ -
Mg + 2OH → Mg(OH)2 (5)
Theo hình trên, vảy tạo thành sẽ làm giảm liên tục iL của phản ứng khử
oxy theo sự tăng bề dày của vảy, do đó dòng điện cần thiết để bảo vệ catốt cũng
sẽ giảm theo. Tuy nhiên các lớp phủ hữu cơ thường bị xà phòng hóa và hư hỏng
trong môi trường kiềm.
10.1.6. Bảo vệ catốt với điện thế khống chế
Kỹ thuật bảo vệ catốt đã thay đổi mạnh trong những năm gần đây, từ các
chỉnh lưu sử dụng diode tạo dòng DC cố định, đến các chỉnh lưu sử dụng
thyristor (SCR) điều khiển dòng một cách tự động để thỏa mãn điều kiện ăn mòn
với tần số sóng của dòng DC thấp.
Ưu điểm của hệ thống có khống chế điện thế được minh họa trong ví dụ
sau: bề mặt thép được nhúng trong nước biển (thân tàu thủy) và bị khống chế
khuếch tán bởi oxy hòa tan. Sự thay đổi dòng chảy ở bề mặt thép có thể làm tăng
mật độ dòng giới hạn iL từ 100 μA/cm2 lên 200 μA/cm2. Nếu cường độ dòng áp
đặt vẫn giữ nguyên, thì tốc độ ăn mòn có thể tăng lên 100 lần từ 0,1 μA/cm2 đến
10 μA/cm2. Ngược lại nếu khống chế điện thế vẫn ở mức ban đầu thì tốc độ ăn
mòn sẽ giữ nguyên, chỉ có dòng áp đặt tăng lên từ 100 μA/cm2 lên 200 μA/cm2
để bù cho sự tăng dòng giới hạn.
Bảo vệ catốt có khống chế điện thế thường được sử dụng rộng rãi cho thân
tàu và các công trình trong nước biển có tốc độ dòng chảy thay đổi.
- http://www.ebook.edu.vn 132
10.1.7. So sánh với bảo vệ anốt
Cả bảo vệ anốt và bảo vệ catốt đều sử dụng sự phân cực điện hóa để giảm
tốc độ ăn mòn. Tuy nhiên cơ chế hoạt động, phương pháp và thiết bị sử dụng sẽ
khác nhau. Bảo vệ anốt sử dụng dòng anốt để phân cực bề mặt ăn mòn về vùng
điện thế dương hơn (vùng thụ động). Bảo vệ catốt sử dụng dòng catốt để phân
cực bề mặt về vùng điện thế âm hơn làm giảm tốc độ hòa tan anốt. Bảo vệ anốt
chỉ hiệu quả cho các kim loại và hợp kim tạo được lớp thụ động bền, còn bảo vệ
catốt thì có thể áp dụng cho hầu hết kim loại. Khả năng phân bố, khả năng
truyền theo khoảng cách, đối với bảo vệ anốt thường cao vì sử dụng dòng áp đặt
thấp và cho dung dịch có điên trở suất thấp. Khả năng phân bố của bảo vệ catốt
thì thấp hơn nhiều do sử dụng dòng cao hơn và môi trường có điện trở suất cao
hơn.
Bảng so sánh phương pháp bảo vệ anốt và catốt
Bảo vệ anốt Bảo vệ catốt
Kim loại áp dụng Chỉ có kim loại và hợp Mọi kim loại và hợp kim
kim tạo được lớp màng
thụ động
Tính ăn mòn của dung dịch Trung bình đến mạnh Yếu đến trung bình
So sánh chi phí
- Lắp đặt Cao Thấp hơn
- Bảo dưỡng Cao Thấp hơn
- Vận hành Rất thấp Cao hơn
Rất cao Thấp
- Khả năng phân bố
Biến thế - chỉnh lưu Khống chế điện thế Dòng không đổi hoặc khống chế
điện thế
Dòng áp đặt Rất thấp Cao hơn
Thường là biện pháp Phụ thuộc vào dòng khử catốt
trực tiếp để đo tốc độ Không phải là biện pháp đo chính
- http://www.ebook.edu.vn 133
ăn mòn trong quá trình xác tốc độ ăn mòn nhưng sẽ tăng
bảo vệ theo tốc độ ăn mòn
Điều kiện vận hành Có thể xác định chính Thường được xác định theo phép
xác bằng phép đo điện thử thực nghiệm hoặc theo kinh
hóa nghiệm
10.2. Các yếu tố thiết kế
Nguyên lý điện hóa của phương pháp bảo vệ catốt đã nói trong phần trên
thì tương đối dễ hiểu. Tuy nhiên các áp dụng của nó cho hệ thực tế thường rất
phức tạp, nên việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt thường không chính xác và phụ
thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của nhà thiết kế. Các yếu tố phải được cân nhắc
để thiết kế cho hệ thống bảo vệ catốt sẽ được liệt kê và thảo luận trong phần này.
10.2.1. Gradient điện thế
Trong hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài hay anốt hy sinh, với
dòng I chạy trong hệ thống thì tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt (trên
hình) gồm các phần sau:
+ Quá thế anốt, ∈anốt, tại anốt (khoảng vài trăm mV)
+ Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh anốt, IRΩa, từ điểm D đến điểm
C, có độ lớn từ vài Volt đối với hệ thống nhúng trong nước biển đến 10 – 50 V
với cấu trúc ngầm. Giá trị IRΩa sẽ phụ thuộc vào số lượng và kích thước anốt, độ
dẫn của đất hoặc nước biển.
+ Chênh lệch do điện thế rơi trong dung dịch, IRΩdd, từ điểm B đến điểm
C, thường rất nhỏ và không thể hiện trên hình, do cường độ dòng được phân bố
theo mặt cắt ngang của dung dịch giữa anốt và catốt.
+ Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh catốt, IRΩc, từ A đến B, thường
nhỏ hơn nhiều so với IRΩa do diện tích catốt lớn hơn anốt rất nhiều.
+ Quá thế catốt, ∈catốt, tại catốt (khoảng vài trăm mV).
- http://www.ebook.edu.vn 134
Tổng điện thế rơi, IRΩ, ( bằng tổng các điện thế rơi IRΩa, IRΩdung dịch, IRΩc)
thường lớn hơn quá thế catốt (quá thế khống chế mức độ bảo vệ catốt). Khó
khăn chủ yếu trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt là đo hoặc tính toán đúng
quá thế (nhỏ) tại bề mặt cấu trúc mà không bị nhiểu bởi tổng điện thế rơi (lớn) đi
kèm.
Tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt phải được bù trừ bằng điện thế
đầu ra của biến thế – chỉnh lưu hoặc chênh lệch điện thế giữa hai kim loại trong
hệ thống anốt hy sinh. Do đó các cấu trúc ngầm có điện trở cao, diện tích bề mặt
lớn thường được bảo vệ với dòng điện ngoài có anốt đặt xa catốt. Nếu chi phí
lắp đặt và bảo dưỡng của hệ thống dòng điện ngoài quá cao, không thích hợp thì
có thể dùng anốt hy sinh bằng hợp kim Mg. Các hợp kim này có điện thế ăn
mòn rất âm và chênh lệch điện thế rất lớn khi ghép với thép.
10.2.2. Biến thế – chỉnh lưu
Năng lượng điện được truyền tải hiệu quả nhất khi ở dạng dòng xoay chiều
AC. Nhờ biến thế – chỉnh lưu, dòng điện xoay chiều sẽ được chuyển thành dòng
một chiều DC để bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài.
Mạch chỉnh lưu sẽ cắt nửa chu kỳ AC để tạo ra dòng DC. Các loại mạch
chỉnh lưu và các dòng ra dạng bán sóng hay toàn sóng được biểu diễn trên hình.
Dòng AC vào
Mạch chỉnh lưu Dòng DC ra Chỉnh lưu bán sóng
Dòng điện chạy qua tải R chỉ trong nửa
chu kỳ mà điện thế xoay chiều giữa điểm
A và B là dương.
Chỉnh lưu toàn sóng
C là điểm tiếp đất. Trong nửa chu kỳ mà
điện thế giữa điểm A và B là dương, thì
dòng điện sẽ chạy qua diode D1 đến R rồi
trở về C. Ngược lại, khi điện thế giữa A
và B âm, dòng điện sẽ chạy qua diode D2
đến R rồi trở về C.
Chỉnh lưu cầu toàn sóng
Trong nửa chu kỳ mà điện thế giữa A và
B là dương, dòng điện từ A sẽ chạy qua
D1, đến tải R rồi qua D3 để trở về B.
Ngược lại, khi điện thế giữa A và B âm,
dòng điện từ B sẽ chạy qua D2, đến tải R
rồi qua D4 để trở về A.
Các bộ lọc điện để nhận được dòng DC thẳng hơn thường đắt tiền, do đó
dòng bảo vệ catốt từ biến thế – chỉnh lưu thường có dạng gợn sóng như dòng
AC nhưng ở mức độ thấp hơn.
- http://www.ebook.edu.vn 135
10.2.3. Phân bố dòng thế trên cấu trúc bảo vệ
Việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt sẽ tốt nhất khi điện thế catốt và dòng áp
đặt cần thiết phân bố đều trên toàn bộ bề mặt của cấu trúc. Tuy nhiên, điều này
khó đạt được trong thực tế do các hạn chế vật lý sau đây:
+ Dòng điện xuất phát từ các anốt đặt xa catốt. Do đó các điểm khác nhau
trên bề mặt cấu trúc catốt, có khoảng cách khác nhau đến bề mặt anốt gần nhất,
sẽ có mức độ xâm nhập của dòng điện khác nhau.
+ Môi trường xung quanh của hệ thống bảo vệ catốt (đất, nước, nước mặn,
nước ô nhiễm, …) có độ dẫn điện từ trung bình đến thấp. Do đó, điện thế trên
cấu trúc có khuynh hướng không đồng nhất vì môi trường có độ dẫn thấp sẽ làm
giảm điện thế ở các mức độ khác nhau.
+ Cấu trúc bảo vệ có dạng hình học phức tạp. Dòng điện từ anốt thường
khó đi đến các vị trí ở xa hoặc bị che khuất trên cấu trúc catốt.
Do đó, các mô hình lý thuyết để xác định sự phân bố dòng, thế trên cấu trúc
thực thường chỉ giới hạn cho các dạng hình học không phức tạp và sử dụng
nhiều giả thiết để đơn giản hóa bài toán.
Ví dụ mô hình sau dựa trên các giả thiết
- Anốt được đặt đủ xa catốt để dòng điện xâm nhập đều đến mọi phần của
cấu trúc. Điều này thường không đúng, ngay cả với anốt trong phương pháp
dòng điện ngoài và gần như không bao giờ đúng cho anốt hy sinh.
- Dung dịch điện ly phân bố đều trong thể tích xung quanh anốt và cấu
trúc catốt. Điều này thường không đúng cho dung dịch điện ly trong đất trên một
khoảng cách lớn với anốt trong phương pháp dòng điện ngoài.
- Điện trở lớp phủ cao, phân bố đều và thuần điện trở ohm. Các lớp phủ
vốn đã có khuyết tật và phương pháp bảo vệ catốt được dùng để bảo vệ bổ sung
cho lớp phủ tại các vị trí khuyết tật.
- Sự phân cực catốt là tuyến tính (tuân theo định luật ohm) với độ tăng
cường độ dòng. Tuy nhiên điện thế tại các vị trí khuyết tật trên lớp phủ sẽ tuân
theo hàm mũ (khống chế động học) hoặc không đổi (khống chế khuếch tán) với
sự tăng cường độ dòng.
Điện thế Ex và dòng Ix là các hàm theo khoảng cách x, dọc theo ống đã bao
phủ có chiều dài vô tận, được biểu diễn bởi
Ex = Eo exp(-αx) (6)
Ix = Io exp(-αx) (7)
Eo, Io: điện thế và cường độ dòng tại điểm nối với cực âm của biến thế –
chỉnh lưu.
α: hệ số tắt dần (còn gọi là hệ số phân bố) xác định theo
α = RS / R K
RS: điện trở ống trên một đơn vị chiều dài.
RK: điện trở đặc trưng = R S R L
RL: điện trở rò của đường ống
- http://www.ebook.edu.vn 136
RL = (Ex – Eo) / (Ix – Io) (8)
Ex – Eo bao gồm điện thế rơi xuyên qua lớp phủ và phân cực điện hóa ở bề
mặt kim loại – lớp phủ. Chú ý rằng Ex và Ix sẽ bằng 0 tại x = vô cực.
Phương trình phân bố điện thế và dòng giữa hai điểm, nối với cực âm của
biến thế – chỉnh lưu, trên đường ống cách nhau một khoảng 2d là
E cosh α(d - x)
Ex = o (9)
cosh αd
I sinh α(d - x)
Ix = o (10)
sinh αd
ex − e−x e x + e−x
với sinh x = vaø cosh x =
2 2
Sự thay đổi điện thế theo khoảng cách, tính theo phương trình (9), được
minh họa trên hình sau.
Trong thực tế đường cong lý thuyết này sẽ bị biến dạng (đường nét đứt) tại
anốt hoặc gần anốt (nơi dòng tập trung), tại các điểm nứt hoặc khuyết tật của lớp
phủ và tại các điểm không đồng nhất trong đất. Tuy nhiên các phương trình trên
thường được sử dụng để thiết kế gần đúng hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện
ngoài cho các đường ống.
10.2.4. Tiêu chuẩn bảo vệ catốt
Tiêu chuẩn bảo vệ catốt theo National Association of Corrosion Engineers
(NACE Standard RP-01-69)
Tiêu chuẩn Điều kiện đo Bình luận
1) Điện thế < -850 mV so với điện cực Có dòng Có ích trong nhiều môi trường,
Cu/CuSO4 bảo hòa cho thép (có IRΩ) không chắc chắn do có IRΩ
2) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn Có dòng Không chắc chắn do nhiễu từ
mòn của cấu trúc 300 mV (có IRΩ) IRΩ
3) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn Ngắt dòng Khó thực hiện kỹ thuật ngắt
mòn của cấu trúc 100 mV (không có IRΩ) dòng
4) Phân cực catốt về điện thế nằm trong Dòng thay đổi Khó tìm hệ số Tafel khi có IRΩ
vùng Tafel (có IRΩ)
- http://www.ebook.edu.vn 137
5) Dòng điện bảo vệ thực chạy từ dung Không chỉ định Đúng theo lý thuyết.
dịch điện ly về bề mặt cấu trúc Khó xác định trong thực tế.
Tất cả các tiêu chuẩn trên đều có những khuyết điểm nên chỉ mang tính
định tính khi áp dụng trong thực tế. Tuy nhiên, phân cực catốt ở bất kỳ mức độ
nào cũng đều có ích, do đó việc sử dụng các tiêu chuẩn trên sẽ tạo ra hệ thống
bảo vệ catốt thích hợp nếu nó được đặt dưới sự giám sát của người có kinh
nghiệm.
10.2.5. Dòng điện rò
Dòng điện rò là dòng điện chạy trong đất từ các trạm xe điện hay dòng cảm
ứng sinh ra khi có đường dây điện cao thế chạy song song với đường ống, do đó
có khả năng gây ăn mòn tại các điểm mà dòng điện rò chạy từ đường ống về
nguồn phát.
Ngày nay vấn đề dòng điện rò chủ yếu là do tương tác của hệ thống bảo vệ
catốt với các cấu trúc lân cận. Nếu có một cấu trúc có điện trở thấp như đường
ống thép chôn ở gần khu vực bảo vệ catốt, thì dòng điện từ hệ thống bảo vệ catốt
có thể chạy qua đường ống trước khi trở về bộ nguồn, có khả năng gây ăn mòn
cục bộ.
- http://www.ebook.edu.vn 138
Cách giải quyết tốt nhất là nối điện từ chi tiết cần bảo vệ đến cấu trúc lân
cận. Điều này có thể dẫn đến tăng số anốt và tăng công suất bộ nguồn nhưng lại
bảo vệ được cả hai cấu trúc.
- http://www.ebook.edu.vn
VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP
MÔN ĂN MÒN & BẢO VỆ VẬT LIỆU
PHẦN VÍ DỤ
1) Một mẩu bi sắt có đường kính 30 mm nhúng trong dung dịch axit (pH = 2) đã đuổi
khí. Khi đó mật độ dòng ăn mòn là 10 A/m2 , MFe = 55,85 g/mol, ρFe = 7,87 g/cm3 .
a) - Nếu Fe bị hòa tan theo phản ứng Fe2O3 + 6 H+ + 6e → 2 Fe + 3 H2O , E0 = - 0,051 V.
Hãy tính điện thế thuận nghịch của phản ứng này.
b)- Nếu Fe hòa tan tạo Fe2+, tính thời gian (ngày) để hòa tan hết mẩu sắt biết rằng Fe chỉ bị
ăn mòn trên phương đi qua tâm bi, ăn mòn là đều và khi đó diện tích mẩu thay đổi theo thời
gian.
Giải:
a) E = E0 +
0.059
6
[ ]
6
lg H + = E 0 − 0.059pH = −0.051 − 0.059 * 2 = −0.169V
A 55.85 * 10 * 10 −6
v= i cor = = 3.67 10 -10 m / s
nFρ 2 * 96500 * 7.87
b)
δ 0.015
τ= = = 472 ngày
v 3.67 * 10 −10 * 24 * 3600
2) Một ống sắt hình trụ tròn bị ăn mòn cả phía trong và phía ngoài. Giả sử ăn mòn là đều
và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết mật độ dòng ăn mòn bên trong ống = 50
lần mật độ dòng ăn mòn bên ngoài và thời gian để bề dày ống giảm đi 20 mm là 1 năm. Xác
định tốc độ ăn mòn bên trong và bên ngoài ống. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C.
Giải:
A
v= i cor = ki cor
nFρ
v int = ki int ⎫ v int i int
⎬⇒ =
v ext = ki ext ⎭ v ext i ext
i int = 50i ext ⇒ v int = 50 v ext
( v int + v ext )τ = δ = 20.10 −3 m; τ = 1 naêm
δ 20.10 −3
51v ext = = = 20.10 −3
τ 1
−3
20.10
v ext = = 4x10 −4 m / naêm
51
v int = 50v ext = 2x10 −2 m / naêm
3) Người ta cho mẩu thép hình trụ (sơn 2 đầu của khối trụ) có đường kính φ = 20 mm và
dài 100 mm vào trong dung dịch HCl, mật độ dòng điện ăn mòn là icor = 20 A/m2. a) Giả
thiết rằng diện tích ăn mòn không thay đổi (bằng diện tích ban đầu), xác định khối lượng sắt
bị ăn mòn sau 24h. Cho rằng ăn mòn tạo thành Fe2+ và MFe = 55,85, ρ = 7,87 g/cm3. b) Nếu
đường kính khối trụ thay đổi theo thời gian, hỏi sau 24 h đường kính khối trụ còn lại là bao
nhiêu ?
1
- http://www.ebook.edu.vn
Giải:
S = πdl = 20π cm 2
A 55.85
Δm = i cor Sτ = 20 * 20π * 10 −4 * 24 * 3600 = 3,142 g
nF 2 * 96500
A 55.85 * 20
δ = vτ = i cor τ = 24 * 3600 = 6,35.10 −2 mm
nFρ 2 * 96500 * 7,87.10 6
Đường kính giảm đi: 2 x δ = 0,127 mm
4) Một mẫu sắt được treo trong dung dịch nước muối trung tính có chứa 0,001 M Fe2+ và
xem như Fe hòa tan thành Fe2+. a) Vẽ định tính giản đồ Evans ( E theo lgi). b) Xác định điện
thế ăn mòn và mật độ dòng ăn mòn. Biết io,Fe = 10-4 A/m2, io,oxy = 10-2,6 A/m2, điện thế thuận
nghịch của oxy là 0,8 V, điện thế tiêu chuẩn Fe → Fe2+ là - 0,44 V. Ngoài ra khi E = - 0,1 V
thì ia = 10-0,56 A/m2 và ic = 103,7 A/m2.
Giải:
a) E rev,Fe = E 0 +
0.059
2
[
lg Fe 2+ = −0.44 + ]
0.059
2
lg 10 −3 = −0.53 V
5
lgi D
3
1
B
-1
-2,6
-3 C
-4 A -0,1V
-5 E (V)
-0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2
b) Tìm icor và Ecor
+ lgia = aEa + b
Qua A (- 0,53 V, - 4) và B (- 0,1 V, - 0,56) nên a = 8, b = 0,24
lgia = 8Ea + 0,24
+ lgic = cEc + d
Qua C (0,8 V, - 2,6) và D (- 0,1 V, 3,7) nên c = - 7, d = 3
lgic = -7Ec + 3
Khi Ea = Ec = Ecor thì ia = ic = icor
8Ecor + 0,24 = -7Ecor + 3
Ecor = 0,184 V và lgicor = 1,71 nên icor = 101,71
2
- http://www.ebook.edu.vn
PHẦN BÀI TẬP
1) Vẽ định tính giản đồ Evans cho trường hợp ăn mòn kim loại trong môi trường trung
tính có sục khí oxy. Biết oxy phóng điện ở dòng giới hạn, hảy chỉ ra mật độ dòng trao đổi,
điện thế thuận nghịch của kim loại và oxy, mật độ dòng giới hạn, mật độ dòng ăn mòn và
điện thế ăn mòn.
2) Vẽ định tính giản đồ Evans cho trường hợp ăn mòn kim loại trong dung dịch axít đã
đuổi khí oxy. Chỉ ra mật độ dòng trao đổi, điện thế thuận nghịch của các phản ứng riêng
phần, mật độ dòng ăn mòn và điện thế ăn mòn.
3) Vẽ định tính giản đồ Evans cho hai kim loại Fe và Zn nối với nhau và nhúng trong môi
trường axít đã đuổi khí. Chỉ ra mật độ dòng trao đổi, điện thế thuận nghịch của hai kim loại,
phản ứng điện cực trên các nhánh, mật độ dòng ăn mòn và điện thế ăn mòn. Biết rằng Fe có
điện thế lớn hơn Zn nhưng có i0 nhỏ hơn.
4) Tính điện thế thuận nghịch của phản ứng điện cực trong dung dịch pH = 4
Fe2O3 + 6H+ + 6e = 2Fe + 3H2O
Điện thế điện cực tiêu chuẩn của phản ứng này là Eo = - 0,051 V
Đáp số: - 0,287 V
5) Tính điện thế thuận nghịch của phản ứng trong dung dịch Na2SO4 có pH = 10
Cu2O + H2O + 2e = 2Cu + 2OH-
Điện thế điện cực tiêu chuẩn của phản ứng này là Eo = - 0,365 V
Đáp số: - 0,129 V
6) Điện trở phân cực trên giản đồ Evans của một kim loại trong môi trường axít là rcor =
0,25 Ωcm2 và hệ số Tafel βa = βc = 35 mV. Tính mật độ dòng ăn mòn icor.
Đáp số: 70 mA/cm2
7) Các phát biểu sau là đúng hay sai. Giải thích
a) Điện thế bảo vệ của một kim loại luôn nhỏ hơn điện thế điện cực tiêu chuẩn của nó
b) Điện thế ăn mòn của Crôm ở trạng thái hoạt động luôn lớn hơn điện thế ăn mòn của
Crôm ở trạng thái thụ động
c) Tốc độ ăn mòn của một kim loại ở điện thế ăn mòn luôn luôn là không đáng kể
d) Điện thế ăn mòn của các kim loại có thể được tính theo phương trình Nernst
8) Cho thí nghiệm sau:
Bình I và II chứa 1 lít dung dịch trung tính giống nhau và đậy kín. Cho mẫu Zn (100 x 50
mm) vào bình I và mẫu Fe cùng kích thước vào bình II. Sau 5 giờ, lấy hết sản phẩm ăn mòn
trên Fe và Zn. Khối lượng bị mất của Zn là 0,61 g và của thép là 0,585 g.
Biết io,Zn = 10-2 A/m2, io,Fe = 10-4 A/m2, io,Oxy/Zn = io,Oxy/Fe = 10-3 A/m2, icor = iL,Oxy
Erev,Oxy = 0,81 V, Eo(Fe2+/Fe) = - 0,44 V, Eo(Zn2+/Zn) = - 0,76 V.
a) Xác định tốc độ ăn mòn K [g/m2h] và mật độ dòng ăn mòn [A/m2] cho Zn và Fe. Giả sử
Zn và Fe khi hòa tan chỉ tạo ion hóa trị 2.
Đáp số: KFe = 11,7 g/ m2h, KZn = 12,2 g/ m2h, icor,Fe = 11,23 A/m2, icor,Zn = 10 A/m2,
3
- http://www.ebook.edu.vn
b) Nếu Ecor,Fe nằm ở miền chuyển tiếp giữa khống chế động học và khống chế khuếch tán
(Ecor,Fe = 0,2 V), Ecor,Zn nằm ở miền khống chế khuếch tán (Ecor,Zn = - 0,3 V), hãy vẽ đường
cong phân cực cho hai hệ và viết phương trình phản ứng điện cực tương ứng trên các nhánh.
c) Biết hệ số khuếch tán Doxy = 10-9 m2/s và bề dày lớp khuếch tán δ = 10-5 m. Hãy xác định
nồng độ oxy trong bình I trước khi thí nghiệm.
Đáp số: 4,8 x 10-3 mol/l
9) Sau khi ngâm trong môi trường ăn mòn 1 năm, đường kính viên bi sắt giảm đi 40 cm.
Giả sử ăn mòn là đều và ăn mòn theo phương đường kính, hảy xác định mật độ dòng ăn
mòn (A/m2) và tốc độ ăn mòn (g/m2.h). Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500 C, ρ = 7,86
g/cm3
Đáp số: icor = 172,26 A/m2, K = 179,45 g/m2h.
10) Một ống sắt hình trụ bị ăn mòn cả phía trong và phía ngoài. Giả sử ăn mòn là đều và
ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết tốc độ ăn mòn bên trong ống = 100 lần tốc
độ ăn mòn bên ngoài ống và thời gian để bề dày ống giảm đi 30 mm là 1 năm. Xác định
mật độ dòng ăn mòn bên trong và bên ngoài ống. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F = 96500
C, ρ = 7,86 g/cm3.
Đáp số: icor (ngoài) = 0,25 A/m2, icor (trong) = 25,6 A/m2
11) Một mẫu sắt dạng khối lập phương cạnh 1 cm được đặt trong môi trường ăn mòn.
Giả sử ăn mòn không xảy ra trên mặt đáy, ăn mòn là đều, hảy xác định mật độ dòng ăn mòn
(A/m2), nếu sau 2 ngày khối lượng mẫu giảm đi 3 g. Biết MFe = 55,85, Fe → Fe2+, F =
96500 C.
Đáp số: icor = 120 A/m2
12) Một protector kẽm dạng tấm phẳng được đặt nằm ngang trong môi trường nước biển
có mật độ dòng ăn mòn là 10 A/m2. Giả sử ăn mòn là đều, ăn mòn trên bề mặt phía trên và
phía dưới nhưng không ăn mòn xung quanh, hảy xác định thời gian để bề dày bản kẽm giảm
đi 30 mm. Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, F = 96500 C, ρ = 7,14 g/cm3.
Đáp số: 2 năm
13) Một mẫu kẽm được treo trong dung dịch HCl 0,1 M đã đuổi khí, chứa 0,01 M Zn2+.
Vẽ giản đồ Evans và xác định điện thế ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn. Biết io,Zn = 10-2 A/m2,
io,H = 10-2,2 A/m2, điện thế tiêu chuẩn của hydro là 0 V, điện thế tiêu chuẩn Zn → Zn2+ là -
0,76 V, hệ số góc trên giản đồ Evans của nhánh anốt là 5 V-1 và của nhánh catốt là -20 V-1.
Đáp số: b) Ecor = - 0,22 V, icor = 10 A/m2
14) Một bình chứa 2 lít dung dịch HCl 0,1 M đã đuổi khí . Bỏ vào bình một viên bi sắt có
đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại, sau 2 ngày nồng độ axít còn lại là 0,02 M. a) Viết
các phương trình phản ứng ăn mòn riêng phần anốt, catốt, phản ứng ăn mòn tổng nếu xem
Fe bị hòa tan thành Fe2+. b) Mật độ dòng ăn mòn icor( A/m2) là bao nhiêu (xem như diện
tích bi không đổi). Biết MFe = 55,85
Đáp số: icor = 71 A/m2
4
- http://www.ebook.edu.vn
15) Sắt ăn mòn trong axít có dạng đường cong phân cực sau (MFe = 55,85; ρ = 7,86
g/cm3)
E (V) Đường cong phân cực anốt : Fe → Fe2+ + 2 e
0,05
Đường cong phân cực catốt : 2 H + + 2 e → H2
-0,05 a) Nếu mẫu sắt thí nghiệm có S = 1 dm2, xác
-0,15 định tổn thất khối lượng sau 100 giờ làm việc
(g/dm2).
-0,25
Đáp số: 20,8 g/dm2
-0,35 b) Nếu muốn sau 100 giờ làm việc chỉ mòn 0,1
i (A/ m2 )
-0,45 mm thì phải khống chế dòng ic , dòng ăn mòn
0 5 10 15 20 25 30 icor , điện thế là bao nhiêu.
Đáp số: ic = 27 A/m2, icor = 7,56 A/m2,
E = -0,35 V
16) Sắt ăn mòn trong axít có dạng đường cong phân cực sau
E (V) Đường cong phân cực anốt : Fe → Fe2+ + 2 e
0
Đường cong phân cực catốt : 2 H + + 2 e → H2
-0,1 Độ dốc của đường cong phân cực anốt ΔEA/ia =
-0,2 0,95 /100 (V/A/m2)
Độ dốc của đường cong phân cực catốt ΔEC/ic =
-0,3
1,10 /100 (V/A/m2)
-0,4 a) Xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị).
i (A/ m2 ) Nếu tăng độ dốc của đường cong phân cực anốt
-0,5
0 5 10 15 20 25 30 lên 2 lần, độ dốc của đường cong phân cực catốt
giữ nguyên, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ
thị).
Nếu tăng độ dốc của đường cong phân cực catốt lên 2 lần, độ dốc của đường cong phân cực
anốt giữ nguyên, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị).
Đáp số: a) (20 A/m2 -0,22 V) (13,66 A/m2 -0,28 V) (13,14 A/m2 -0,15 V)
b) Nếu tăng độ dốc cả hai đường lên 2 lần, xác định icor và Ecor (hãy chỉ trên đồ thị). Nếu
trong trường hợp này sau 100 giờ tổn thất kim loại là bao nhiêu g/dm2.
Đáp số: b) (10 A/m2 -0,22 V) 10,4 g/dm2
17) Ăn mòn kẽm trong môi trường trung tính có dạng đường cong phân cực sau
E ( V) EoOxy A : Đường cong phân cực catốt
1,00
o
EoZn B: Đường cong phân cực anốt
E Ox y
0,50 a) Xác định nồng độ oxy ban đầu (CoOxy ) cho
biết D (oxy) = 10-9 m2/s, δ (oxy) = 4 x 10-5 m.
0,00
B
b) Khi đuổi oxy thì nồng độ oxy biến thiên từ
-0,50 2
CoOxy đến CminOxy. Biết rằng CminOxy = 0,2 CoOxy
i ( A/m )
Eo Zn (tất cả các trường hợp icor = iL) . Xác định mối
-1,00 A
quan hệ giữa icor và nồng độ oxy. Xác định tỉ lệ
0 20 40 60 80 100
khối lượng kim loại bị ăn mòn mmax /mmin.
-3
Đáp số: a) 8 x 10 mol/l b) mmax /mmin = 5
5
- http://www.ebook.edu.vn
18) Một bình chứa 2 lít dung dịch nước nuối trung tính. Bỏ vào bình một viên bi sắt có
đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại. Mật độ dòng giới hạn của oxy đo được lúc đầu là 15
A/m2 và sau 5 ngày là 5A/m2. a) Viết các phương trình phản ứng ăn mòn riêng phần anốt,
catốt, phản ứng ăn mòn tổng nếu xem Fe bị hòa tan thành Fe2+. b) Tốc độ ăn mòn K (g/m2h)
là bao nhiêu (xem như diện tích bi không đổi). Biết D (oxy) = 10-9 m2/s, δ (oxy) = 10-5 m,
MFe = 55,85, F = 108 C/Kmol.
Đáp số: b) K = 0,37 g/m2h
19) Trong pin khô người ta sử dụng lon kẽm hình trụ dày 0,5 mm để làm anốt. Lon kẽm
này sẽ cung cấp một dòng điện 1,5 A từ bề mặt của nó có diện tích 175 cm2. Nếu ăn mòn là
đều trên toàn bề mặt lon, hãy xác định thời gian để bề dày lon giảm đi 30%. Cho biết ρZn =
7,14 g/cm3, MZn = 65,39.
Đáp số: 10 giờ
20) Đường cong phân cực khi Fe bị ăn mòn trong dung dịch trung tính
E (V) a) Xác định mật độ dòng ăn mòn icor , điện thế
1,00
ăn mòn Ecor
0,50 b) Muốn giảm icor phải có biện pháp gì (chỉ dựa
vào đồ thị).
0,00
Nếu icor = i L,O = 3,6 A/m2 xác định C 0
2 O 2
-0,50 -9 2 -5
D (oxy) = 4x10 m /s, δ (oxy) = 3 x 10 m.
Đáp số: a) icor = 3,6 ÷ 3,8 A/m2 Ecor = 0,4 V
2
-1,00 i ( A /m )
0 1 2 3 4 5
b) C O = 0,68 x 10-4 mol/l (kmol/m3)
2
21) Thí nghiệm khảo sát hiệu quả bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh.
A K Mẫu Fe (có diện tích làm việc là 0,008 m2) và mẫu Zn
(có diện tích làm việc là 0,01 m2) nhúng trong dung
dịch axít HCl 1M trong 3 giờ như hình vẽ.
H2 H2 a) Khi khóa K mở, xác định tốc độ ăn mòn Ko,Fe, Ko,Zn
(g/m2h).
b) Lặp lại thí nghiệm (sử dụng mẫu mới) nhưng với
khóa K đóng, dòng điện trung bình chạy qua mạch là
Fe Zn 0,5 A. Xác định tốc độ ăn mòn K1,Fe, K1,Zn (g/m2h).
HCl 1M Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, MFe = 55,85,
Fe → Fe2+, F = 96500 C.
Biết thể tích khí hydrô thoát ra [ml], ở điều kiện tiêu chuẩn, tại các thời điểm cho theo bảng:
Mẫu TN Khóa K mở Khóa K đóng
Mẫu Fe 700 1025
Mẫu Zn 1400 1150
22) Một tấm kẽm có kích thước 100 x 50 x 1 mm với các mặt được bao phủ bởi một lớp
oxýt kẽm dày 0,5 mm. Tấm kẽm được đặt nằm ngang (như hình vẽ) trong 2 lít dung dịch
HCl 1 M. Sau 810 phút thì nồng độ HCl còn lại là 0,6 M. Giả sử ăn mòn là đều; phản ứng
tác dụng với axít chỉ xảy ra trên bề mặt phía trên và phía dưới mà không xảy ra ở bề mặt
6
- http://www.ebook.edu.vn
xung quanh tấm kẽm. Biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, F = 96500 C, ρZn = 7,14 g/cm3, ρZnO =
5,59 g/cm3
Hãy xác định:
a) Thể tích khí Hydro thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn.
b) Tốc độ ăn mòn kẽm (μm/h) và mật độ dòng ăn mòn kẽm A/m2, biết
100 50
rằng sau 10 phút mới thấy hydro thoát ra.
23) Một bể chứa nước bằng thép có bề dày thành bể là 5 mm. Biết MFe = 55,85; ρFe = 7,87
g/cm3; F = 96500 C/mol và mật độ dòng ăn mòn là 0,2 A/m2. Nếu bể chỉ làm việc an toàn
khi bề dày thành bể tối thiểu là 2 mm, thì tuổi thọ của bể sẽ là bao nhiêu năm?
BÀI TẬP LÀM THÊM
1. Nhúng đồng trong dung dịch NaCl 0,5N ở 20 oC. Nếu hệ số khuếch tán oxy là Doxy =
1,95 x 10-5 cm2/s; nồng độ oxy trong dung dịch Coxy = 0,0225 mol/cm3; bề dày lớp khuếch
tán là 0,075 cm, thì mật độ dòng ăn mòn đồng (= mật độ dòng giới hạn của oxy) sẽ là bao
nhiêu?
Đáp số: 2,26 A/cm2
2. Biết thế điện cực tiêu chuẩn Eo(Al2O3/Al) = -1,55 V, điện thế thuận nghịch của phản ứng
Al + 3H2O = Al2O3 + 6H+ + 6e trong dung dịch có pH = 5 là bao nhiêu?
Đáp số: -1,845 V
3. Biết thế điện cực tiêu chuẩn Eo(Cu2O/Cu) = -0,358 V, điện thế thuận nghịch của phản
ứng Cu2O + H2O + 2e = 2Cu + 2OH- trong dung dịch có pH = 10 là bao nhiêu?
Đáp số: -0,122 V
4. Nếu áp suất riêng phần của hydrô là 2 at, thì thế điện cực thuận nghịch của phản ứng
2H+ + 2e = H2 trong dung dịch NaCl 1 M có pH =2 ở 25 oC là bao nhiêu?
Đáp số: – 0,127 V
5. Biết trong không khí có chứa 21% khí oxy, thế điện cực tiêu chuẩn Eo(O2/OH-) = 0,401
V, Eo(O2/H2O) = 1,226 V thì thế điện cực thuận nghịch của oxy trong dung dịch trung tính
Na2SO4 1M ở 25 oC là bao nhiêu?
Đáp số : + 0,804 V
6. Biết áp suất riêng phần của oxy trong không khí là 0,21 at, thế điện cực tiêu chuẩn
Eo(O2/OH-) = 0,401 V, Eo(O2/H2O) = 1,226 V. Các kim loại nào sau đây có thể bị ăn mòn
trong dung dịch nước muối trung tính ở 25 oC: (1) Kim loại có thế điện cực thuận nghịch
Erev = 1,005 V; (2) Kim loại có Erev = 0,987 V; (3) Kim loại có Erev = 0,715 V
Đáp số: Chỉ có kim loại (3) bị ăn mòn
7. Một bình chứa 2 lít dung dịch HCl 0,2 M đã đuổi khí. Bỏ vào bình một viên bi sắt có
đường kính 20 mm rồi đậy kín bình lại, sau 2 ngày nồng độ axít còn lại là 0,04 M. Tốc độ
ăn mòn vcor (m/năm) là bao nhiêu (xem như diện tích bi không đổi). Biết MFe = 55,85, F =
96500 C/mol, khối lượng riêng ρ = 7,86 g/cm3, Fe hòa tan tạo Fe2+
Đáp số: 0,165 m/năm
8. Một ống sắt hình trụ có đường kính trong 80 mm bị ăn mòn ở phía trong do axít. Giả sử
ăn mòn đều và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Nếu tốc độ ăn mòn phía trong
ống bằng 0,553 x 10-10 m/s, thì sau 10 năm đường kính trong của ống là bao nhiêu mm?
Đáp số: 114 mm
9. Một ống sắt hình trụ bị ăn mòn ở phía ngoài do oxy hòa tan. Giả sử ăn mòn đều, không
ăn mòn trên hai mặt đáy và ăn mòn theo phương đường kính hình trụ. Biết MFe = 55,85, Fe
7
- http://www.ebook.edu.vn
→ Fe2+, ρ = 7,86 g/cm3. Nếu điện thế ăn mòn Ecor nằm ở miền khống chế khuếch tán của
oxy, nồng độ oxy là 2,5 x 10-6 mol/l, hệ số khuếch tán Doxy = 3 x 10-9 m2/s và bề dày lớp
khuếch tán δ = 10-5 m, tốc độ ăn mòn (m/s) phía ngoài ống sẽ là
Đáp số: 1,105 x 10-11 m/s
10. Viên bi sắt có đường kính 50 mm bị ăn mòn trong dung dịch trung tính có sục khí oxy.
Nồng độ oxy là 10-5 mol/l, hệ số khuếch tán Doxy = 10-9 m2/s và bề dày lớp khuếch tán δ =
10-5 m. Nếu mật độ dòng ăn mòn bằng mật độ dòng giới hạn của oxy thì sau bao lâu đường
kính viên bi còn lại 30 mm. Giả sử ăn mòn đều, ăn mòn theo phương đường kính, ăn mòn
tạo thành Fe2+ và MFe = 55,85, ρFe = 7,87 g/cm3.
Đáp số: 7869 ngày = 21,6 năm
11. Thí nghiệm khảo sát hiệu quả bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh.
A K
Mẫu Fe và mẫu Zn có cùng diện tích làm việc là 0,5
dm2 và nhúng trong dung dịch axít HCl 1M như hình
vẽ.
H2 H2 Khối lượng mẫu Fe ban đầu là 13 g và sau khi mở
Fe Zn khóa K trong 5 giờ là 11 g.
a) Tình tốc độ ăn mòn của Fe sau khi khóa K mở
HCl
trong 5 giờ, K0,Fe (g/m2h).
Lặp lại thí nghiệm với khóa K đóng, biết hiệu quả
bảo vệ của sắt là 60%, sau 3 giờ khối lượng mẫu Zn
giảm đi là 4 g và thể tích khí hydrô thoát ra trên điện
cực Fe là 1000 ml (ở điều kiện tiêu chuẩn).
b) Tình tốc độ ăn mòn của Fe khi khóa K đóng
(g/m2h).
c) Tính cường độ dòng trung bình chạy qua ampe kế
A.
d) Tính thể tích khí hydrô thoát ra trên điện cực Zn ở
điều kiện tiêu chuẩn.
Cho biết MZn = 65,38, Zn → Zn2+, MFe = 55,85,
Fe → Fe2+, F = 96500 C.
Đáp số: a) 80 g/m2h; b) 32 g/m2h; c) 0,644 A; d) 797 ml
8
nguon tai.lieu . vn
