Các thử nghiệm ăn mòn tiêu chuẩn thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu hành vi ăn mòn kim loại, nghiên cứu sự thay đổi tốc độ ăn mòn bằng cách mô phỏng các điều kiện môi trường khác nhau. Ăn mòn là quá trình trong đó kim loại phản ứng hóa học với môi trường xung quanh dẫn đến hư hỏng vật liệu kim loại. Nhiệt độ và độ ẩm là những yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn, trực tiếp xác định mức độ và tốc độ ăn mòn.
I. Định nghĩa tỷ lệ ăn mòn và các yếu tố ảnh hưởng
Tỷ lệ ăn mòn là khối lượng hoặc diện tích bề mặt mà kim loại bị ăn mòn trong một đơn vị thời gian, thường được biểu thị bằng milimét mỗi năm (mm/năm). Tỷ lệ ăn mòn bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, trong đó quan trọng nhất là nhiệt độ môi trường, độ ẩm, thành phần của dung dịch, tính chất của kim loại, v.v. Nhiệt độ và độ ẩm là các thông số kiểm soát thường được sử dụng trong các thí nghiệm và có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ăn mòn.
II. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn
Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tốc độ ăn mòn có thể được giải thích bằng cách tăng tốc độ phản ứng hóa học. Theo phương trình Arunnius, nhiệt độ tăng làm tăng tần suất va chạm giữa các phân tử và tăng tốc độ phản ứng. Cụ thể đối với phản ứng ăn mòn, nhiệt độ tăng dẫn đến tốc độ phản ứng nhanh hơn giữa bề mặt kim loại và môi trường ăn mòn, do đó làm tăng tốc độ ăn mòn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong môi trường nhiệt độ cao, tốc độ phá hủy của màng oxit trên bề mặt kim loại tăng lên, dẫn đến ăn mòn nghiêm trọng hơn.
Lấy thép làm ví dụ, tốc độ ăn mòn của thép tăng đáng kể khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ bình thường lên 60 ° C. Tại thời điểm này, màng oxit trên bề mặt thép sẽ dễ bị phá hủy hơn, để lộ nhiều bề mặt kim loại hơn, làm tăng diện tích tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Nhiệt độ quá cao cũng có thể dẫn đến những thay đổi trong mạng kim loại, đẩy nhanh hơn nữa quá trình ăn mòn. Ngoài ra, nhiệt độ tăng có thể gây ra sự thay đổi về hàm lượng oxy hòa tan trong dung dịch, điều này cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn.
Tuy nhiên, nhiệt độ không làm tăng tốc độ ăn mòn mà không có giới hạn. Sau khi vượt quá một nhiệt độ nhất định, một số kim loại có thể bị thoái hóa hoặc tạo ra một lớp oxit có hại, có thể tạo thành một màng bảo vệ ngăn chặn phản ứng ăn mòn. Do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ ăn mòn thể hiện một đặc điểm phi tuyến tính.
III. Ảnh hưởng của độ ẩm đối với tốc độ ăn mòn
Độ ẩm đề cập đến hàm lượng hơi nước trong không khí, thường được biểu thị bằng phần trăm độ ẩm tương đối. Ảnh hưởng của độ ẩm đối với sự ăn mòn là đặc biệt quan trọng, đặc biệt là trong môi trường có độ ẩm, nơi phản ứng ăn mòn thường liên quan chặt chẽ đến sự hiện diện của độ ẩm. Khi độ ẩm tương đối cao, hơi nước trong không khí dễ dàng ngưng tụ thành các giọt nước tạo thành dung dịch điện giải, cung cấp các điều kiện cần thiết cho sự ăn mòn của kim loại. Độ ẩm càng cao, màng nước trên bề mặt kim loại càng dày và tốc độ phản ứng ăn mòn càng nhanh.
Trong môi trường có độ ẩm cao, bề mặt của kim loại dễ dàng hình thành dung dịch điện phân, tạo điều kiện cho quá trình ăn mòn điện hóa. Ví dụ, thép dễ bị rỗ trong môi trường độ ẩm cao, tức là tốc độ ăn mòn cục bộ trên bề mặt kim loại cao hơn nhiều so với tốc độ ăn mòn tổng thể, dẫn đến sự xuất hiện của ổ gà trên bề mặt. Độ ẩm cao không chỉ cung cấp phương tiện truyền thông cần thiết để ăn mòn, mà còn tăng cường phản ứng ăn mòn điện hóa bằng cách hòa tan oxy.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của độ ẩm cũng phụ thuộc vào loại kim loại và các yếu tố khác trong môi trường. Ví dụ, một số kim loại thể hiện khả năng chống ăn mòn mạnh trong môi trường khô, trong khi dễ bị ăn mòn trong môi trường ẩm ướt. Do đó, trong các thí nghiệm ăn mòn, sự phối hợp giữa độ ẩm và nhiệt độ phải được xem xét đồng thời để dự đoán chính xác tốc độ ăn mòn.
IV. Nhiệt độ và độ ẩm Synergy
Trong các ứng dụng thực tế, nhiệt độ và độ ẩm thường đồng thời và hoạt động cùng nhau trong quá trình ăn mòn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng dưới tác động kép của nhiệt độ và độ ẩm cao hơn, tốc độ ăn mòn cho thấy sự gia tăng theo cấp số nhân. Ví dụ, ở nhiệt độ 50 ° C và độ ẩm 80%, tốc độ ăn mòn tăng gấp nhiều lần so với nhiệt độ bình thường. Sự hiệp đồng này chủ yếu là do nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng hóa học, trong khi độ ẩm làm tăng sự hiện diện của độ ẩm, cung cấp dung dịch điện giải cần thiết cho sự ăn mòn.
Trong điều kiện môi trường, chẳng hạn như môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao, mức độ thiệt hại của tấm thử ăn mòn tiêu chuẩn sẽ tăng lên đáng kể. Tại thời điểm này, màng oxit trên bề mặt kim loại có thể không bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn một cách hiệu quả, và sự ngưng tụ hơi nước cũng có thể làm trầm trọng thêm tốc độ phản ứng giữa kim loại và chất oxy hóa. Do đó, trong kỹ thuật thực tế, hiểu được tác dụng hiệp đồng của nhiệt độ và độ ẩm là rất quan trọng để phát triển các biện pháp chống ăn mòn.