Kim loại thụ động là gì

của nó hình thành một lớp màng mỏng có tính chất bảo vệ kim loại hay hợp kim trong dung dịch ăn mòn. Lớp màng này có thể dày vài Ao đến vài trăm Ao và được hình thành do quá trình oxy hoá.

Ví dụ: Fe+2H2O→Fe[OH]2 +2H+ +2e

- Đặc trưng cho trạng thái thụ động là khi kim loại bị thụ động thì điện thế điện cực của nó chuyển về phía dương hơn [phân cực anod lớn] và điện trở ăn mòn lớn, nên tốc độ ăn mòn giảm nhanh.

- Hiện tượng thụ động do Lomonoxov tìm ra năm 1738 và sau đó được Faraday phát triển thêm vào năm 1840, khi ông nghiên cứu sự ăn mòn Fe trong dung dịch HNO3. Tốc độ ăn mòn [g/m2.h] 1000 - 500 - 10 20 30 40 50 HNO3[%] Hình 5.1.

- Có hai cách để chuyển kim loại vào trạng thái thụ động: * Phân cực anod [bằng dòng ngoài]

* Nhúng vào dung dich điện li có chứa cấu tử thích hợp.

1.2. Động học của quá trình thụ động kim loại:

Giả sử rằng có một số kim loại ở trong dung dịch điện li ở một điện thế đủ dương sẽ xảy ra phản ứng sau:

[1] ye yH O Me O yH xMe+ 2 → x y +2 + +2

a/ Phân cực anod:

Ví dụ: Fe bị phân cực anod trong dung dịch 0.5M H2SO4, bắt đầu phân cực từ điện thế ăn mòn Ecorr. [Hình 5.2.]

E[V] 2H2O→O2 +4H+ +4e 2H2O→O2 +4H+ +4e 1.25 - 1.00 - ipass =7×10−2A/m2 2Fe+3H2O→Fe2O3 +6H+ +6e +0.5 - iỉcit =2×103A/m2 cb 0.0 - FeSO H E 2 2H+ +2e→H2 4 -0.25 - EFecb -0.5 - Fe→Fe2+ +2e ! ! ! ! -2 0 2 4 logi Hình 5.2.

b/ Nhúng kim loại vào chất điện li có chất oxy hoá thích hợp:

Muốn thụ động một kim loại Me nào đó thì đem nhúng nó vào trong dung dịch điện li có chứa các cấu tử oxy hoá của hệ oxy hoá khử [redox] có điện thế cân bằng dương hơn . Trong trường hợp ta có một phản ứng đa điện cực với điện thế hỗn hợp [ ] được xác định bằng phản ứng anod của kim loại hoặc oxyt kim loại với phản ứng khử của chất oxy hoá.

cb redox

E Ep

corr

E

Nếu tốc độ của phản ứng khử ởE lớn hơn tốc độ phản ứng anod [i ] thì kim loại sẽ bị thụ động.

p crit

Các điều kiện để thụ động kim loại bằng hệ oxy hoá khử. Hệ oxy hoá khử thích hợp cho sự thụ động kim loại cần có những yêu cầu sau:

2/ credox icrit

p

>

, E

i [5b]

Trong thực tế các hệ oxy hoá khử đáp ứng điều kiện [5a], [5b] có thể được dùng như một chất ức chế thụ động trong dung dịch ăn mòn, chẳng hạn như Na2CrO4. Mặt khác, những kim loại hoàn toàn bị thụ động có thể có hiện tượng ăn mòn cục bộ. Hiện tượng này là do sự phá huỷ cục bộ màng thụ động hoặc bằng hoá học hoặc bằng cơ học. Ví dụ như sự phá huỷ màng thụ động bằng các yếu tố hoá học do ảnh hưởng của các ion halogen đặc biệt là Cl-, Br-, I- có mặt trong môi trường. E[V] Vùng quá thụ động cb puqtđ E vùng thụ động Eredoxcb Ecorr OX→ RED + ne F E p E vùng chuyển tiếp vùng hoạt động ne Me Me→ n+ +

logipass logicrit logic,redox logi

Hình 5.3.

1.3. Bảo vệ anod:

Trên cơ sở phân tích sự làm việc của hệ thống ăn mòn ta có thể kết luận rằng nhiều trường hợp kim loại bị thụ động có thể nâng cao độ bền của nó bằng cách chuyển điện thế điện cực về phía dương hơn. Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn một chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực dương hơn. Nhưng hiện nay việc ứng dụng bảo vệ anod vào thực tế còn nhiều hạn chế. Phương pháp bảo vệ anod chủ yếu để nâng cao độ bền của thép cacbon, thép không gỉ, hay titan trong một số môi trường như xút đặc, axit sunphuaric có nồng độ cao.

Dòng bảo vệ phải duy trì thường xuyên khi dòng điện chính bị ngắt thì phải có dòng phụ.

Muốn tiến hành bảo vệ anod phải tuân theo các điều kiện sau đây:

- Trong môi trường đó kim loại phải có khả năng thụ động khi phân cực anod.

- Dòng điện bé khi duy trì trạng thái thụ động để đảm bảo độ bền ăn mòn cao, tiêu hao năng lượng ít. Tuy nhiên lúc đầu phải cần mật độ dòng lớn để vượt qua dòng giói hạn đến vùng thụ động của kim loại.

- Đảm bảo có dòng điện thường xuyên khi bảo vệ anod. - vùng điện thế hiệu quả phải lớn.

Tuy nhiên việc bảo vệ anod thường gặp một số khó khăn như sau:

- Bảo vệ anod không thực hiện được ở phần kim loại không tiếp xúc với dung dịch.

- Dòng điện ban đầu cho sự thụ động anod lớn nên cần phải có dụng cụ khống chế điện thế và duy trì dòng điện.

- Rất khó khăn bảo vệ cho các đường ống dẫn dài.

- Trong dung dịch có chứa các ion hoạt động như Cl-, thì phải dùng ổn áp để khống chế điện thế điện cực của kim loại ở vùng thụ động nhưng phải dưới điện thế ăn mòn lỗ.