LoctiteĂn mòn và lựa chọn vật liệu kim loại
Hôm nay Tín Tâm Trí sẽ giới thiệu đến các bạn những kiến thức cơ bản về ăn mòn và lựa chọn vật liệu kim loại.
- Ăn mòn là gì? Tại sao phải nghiên cứu vấn đề ăn mòn vật liệu?
Ăn mòn có thể được hiểu là sự hư hỏng của vật liệu, tức là sự mất đi độ bền của vật liệu hoặc hư hỏng cấu trúc xảy ra trong các điều kiện vật lý và hóa học bên ngoài. Ở cấp độ vĩ mô, ăn mòn vật liệu biểu hiện ở sự mất khối lượng vật liệu và suy giảm độ bền. Ở cấp độ vi mô, ăn mòn vật liệu có nghĩa là những thay đổi sinh học trong cơ cấu tổ chức của vật liệu. Ăn mòn vật liệu là hiện tượng tương tác phổ biến do tính chất hóa học của môi trường và các tác động vật lý điện hóa gây ra, các yếu tố ảnh hưởng rất nhiều và phức tạp, cần phải tiến hành nghiên cứu chuyên sâu có liên quan.
Ăn mòn vật liệu đã gây ra tổn thất lớn về kinh tế và nguy cơ mất an toàn cho sản xuất công nghiệp, trong đó riêng ăn mòn thép đã chiếm hơn 10% sản lượng kim loại hàng năm. Ngoài ra, còn có vô số tai nạn an toàn sản xuất do ăn mòn. Vì vậy hôm nay Tín Tâm Trí sẽ giới thiệu đến các bạn đặc điểm của các loại vật liệu thông dụng và khả năng chống ăn mòn của chúng.
Ăn mòn và lựa chọn vật liệu kim loại
- Phân loại cơ bản vật liệu
Hiện nay, các vật liệu được con người sử dụng phổ biến có thể chủ yếu được chia thành ba loại: kim loại và hợp kim, polyme, vật liệu silicat, v.v.
Mỗi loại vật liệu này đều có những đặc điểm riêng và phạm vi ứng dụng của nó cũng khác nhau. Kim loại dễ gia công và rèn nhưng dễ bị ăn mòn điện hóa. Các polyme phân tử cao có khả năng kháng hóa chất mạnh như axit và kiềm, nhưng nhìn chung không kháng được dung môi. Vật liệu silicat có khả năng chống ăn mòn rất tốt và chịu được nhiệt độ cao. Tuy nhiên, cấu trúc không dẻo và kết cấu nhìn chung giòn và khó gia công.
Mỗi loại vật liệu đều có những đặc tính riêng và không một loại vật liệu nào có thể đáp ứng được mọi nhu cầu của mọi điều kiện. Vì vậy, việc lựa chọn vật liệu tiết kiệm, hợp lý theo điều kiện sử dụng trong sản xuất hóa chất là rất quan trọng. Dưới đây chúng tôi sẽ dần dần giới thiệu đặc điểm sử dụng của các loại vật liệu khác nhau, đầu tiên được giới thiệu là vật liệu kim loại.
- Khả năng chống ăn mòn của vật liệu kim loại
Có nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau, có thể được chia thành các loại sau theo các thành phần cấu thành chính của chúng: hợp kim gốc sắt, hợp kim gốc niken, hợp kim nhôm, hợp kim titan, hợp kim gốc đồng, v.v. Sau đây là phần giới thiệu:
Hợp kim sắt-cacbon: Hợp kim sắt-cacbon là loại kim loại có hàm lượng các nguyên tố khác ngoài sắt và cacbon thấp, vật liệu phổ biến là thép cacbon và gang. Nó là vật liệu linh hoạt nhất. Do hàm lượng cacbon khác nhau nên tính chất cơ học của các hợp kim khác nhau rất khác nhau. Hợp kim sắt-cacbon có khả năng chống ăn mòn không đủ và sẽ nhanh chóng bị rỉ sét trong khí quyển và nước. Chủ yếu là do hợp kim sắt-cacbon không ổn định trong môi trường oxy. Trong môi trường ít oxy, hợp kim sắt-cacbon có khả năng chống ăn mòn tốt đối với dung dịch kiềm, chất lỏng hữu cơ và các loại khí khác nhau. Ăn mòn nghiêm trọng trong việc khử axit, nhưng ăn mòn rất nhỏ trong các axit oxy hóa mạnh do hình thành màng thụ động trên bề mặt. Nhiệt độ sử dụng của thép không vượt quá 300 độ C.
Gang có hàm lượng silic cao: Gang có hàm lượng silic cao dùng để chỉ vật liệu gốc sắt có chứa hơn 14% silic, vì trên bề mặt có một lớp màng bảo vệ bằng oxit silic nên có khả năng chống ăn mòn tốt, đặc biệt là đối với các loại axit và chất hữu cơ khác nhau. Tuy nhiên, sự ăn mòn sẽ xảy ra trong axit flohydric và kiềm đậm đặc. Gang có hàm lượng silic cao khó gia công và dễ bị nổ trong điều kiện làm lạnh và gia nhiệt nhanh.
Thép không gỉ: Thép không gỉ dùng để chỉ vật liệu có khả năng chống ăn mòn được cải thiện đáng kể bằng cách thêm một lượng nhỏ crom, niken, molypden và các nguyên tố kim loại khác trên cơ sở hợp kim sắt-cacbon. Theo loại vật liệu, nó có thể được chia thành martensite, ferrite và austenite. Hiện nay, các loại thép không gỉ phổ biến trên thị trường là 304 và 316L, vì thép không gỉ có chứa crom nên nó có thể tạo thành một lớp màng bảo vệ oxit crom có độ bảo vệ cao trên bề mặt nên tốc độ ăn mòn rất thấp. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, khả năng chống ăn mòn sẽ giảm đi rất nhiều. Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tốt trong axit hữu cơ, kiềm và các hợp chất hữu cơ. Nhưng không chịu được axit không oxy hóa. Nó cũng có khả năng chống lại các ion clorua kém hơn thép carbon và dễ bị ăn mòn cục bộ nguy hiểm. So với thép không gỉ 304, thép không gỉ 316L bổ sung một lượng nhỏ molypden và khả năng chống ăn mòn của nó trong axit và clorua không oxy hóa được cải thiện so với 304.
Hợp kim nhôm: Hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển, nước, dung dịch trung tính hoặc môi trường oxy hóa. Nó có khả năng chống ăn mòn tốt đối với dung môi hữu cơ và axit hữu cơ, nhưng không có khả năng chống ăn mòn trong việc khử axit mạnh hoặc kiềm mạnh. Hợp kim nhôm có hiệu suất xử lý tốt và giá thành thấp.
Đồng thau: Đồng thau là hợp kim đồng-kẽm, chủ yếu được sử dụng trong một số dụng cụ và phụ kiện đường ống nước, có tính chất cơ học tốt hơn đồng. Nó có khả năng chống ăn mòn tốt đối với axit không oxy hóa, kiềm, nước và khí quyển. Tuy nhiên, đồng thau không tạo ra axit oxy hóa và các chất oxy hóa, đặc biệt là các ion amoni, có thể gây ra hiện tượng đứt gãy do ứng suất.
Hastelloy: Hastelloy là hợp kim gốc niken và là tên gọi chung của một loạt vật liệu chống ăn mòn nổi tiếng. Những loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là hợp kim B và hợp kim C. Hợp kim B chứa molypden và có khả năng chống ăn mòn tốt đối với các loại axit khác nhau, axit và bazơ không oxy hóa, khí, v.v. Đặc biệt, nó có khả năng chống ăn mòn tốt đối với mọi nồng độ axit clohydric. Hợp kim B có khả năng chống chịu môi trường oxy hóa không cao, trong khi hợp kim C chứa crom có khả năng chống ăn mòn bởi các loại axit oxy hóa khác nhau, tuy nhiên khả năng chống ăn mòn của hợp kim C không tốt bằng hợp kim B trong axit clohydric.
Vật liệu titan: Vật liệu titan có thể tạo thành màng oxit trên bề mặt ở nhiệt độ phòng nên có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, chủ yếu thể hiện ở khả năng chống clorua và có khả năng chống oxy hóa, axit hữu cơ và kiềm tốt. Nhưng nó không có khả năng chống ăn mòn bằng cách khử axit. Vật liệu titan không nên được sử dụng ở nhiệt độ cao, chủ yếu là do sự xâm nhập của khí sẽ làm cho vật liệu trở nên giòn. Nhiệt độ hoạt động chung không vượt quá 500 độ C.
Vật liệu zirconium: Nguyên lý chống ăn mòn của vật liệu zirconium tương tự như vật liệu titan, điểm khác biệt chính là vật liệu zirconium có khả năng chống ăn mòn tốt trong điều kiện khử. Tuy nhiên, nó bị ăn mòn nghiêm trọng trong axit hydrofluoric và các axit oxy hóa khác và không chịu được clo ướt.
