Ăn mòn trong môi trường nước

Ăn mòn trong môi trường nước là sự suy thoái điện hóa của kim loại khi tiếp xúc với môi trường chứa nước, được thúc đẩy bởi các phản ứng hòa tan anot và khử catot kết hợp.

Definition

Sự oxy hóa điện hóa của kim loại trong môi trường chứa nước, trong đó sự hòa tan kim loại tại các vị trí anot được cân bằng bởi phản ứng khử tại các vị trí catot trên cùng một bề mặt hoặc bề mặt được ghép nối.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ chế điện hóa của ăn mòn trong môi trường nước: sự hòa tan anot của kim loại và sự khử catot của oxy hoặc ion hydro, thế ăn mòn hỗn hợp và dòng ăn mòn, sự ổn định nhiệt động lực học được thể hiện bằng biểu đồ Pourbaix, và các dạng tấn công chính như ăn mòn đồng đều, ăn mòn điện hóa, ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở. Đây là cơ sở để dự đoán và định lượng sự suy thoái vật liệu.

Core questions

• Những phản ứng anot và catot nào kết hợp để ăn mòn kim loại trong nước?
• Thế ăn mòn và dòng ăn mòn xác định tốc độ mất kim loại như thế nào?
• Biểu đồ Pourbaix dự đoán kim loại bị ăn mòn, thụ động hóa hay miễn nhiễm như thế nào?
• Điều gì phân biệt ăn mòn đồng đều với các dạng cục bộ như ăn mòn rỗ và tấn công điện hóa?

Key theories

Lý thuyết thế hỗn hợp

Kim loại bị ăn mòn đạt đến thế ăn mòn ổn định, nơi tổng dòng anot và catot cân bằng; độ lớn của dòng cân bằng này, có thể thu được bằng phép ngoại suy Tafel, cho biết tốc độ ăn mòn.

Biểu đồ thế-pH (Pourbaix)

Các bản đồ thế điện cực theo pH phân định các vùng mà kim loại miễn nhiễm về mặt nhiệt động lực học, bị ăn mòn tích cực hoặc bị thụ động hóa, hướng dẫn đánh giá khả năng ăn mòn.

Clinical relevance

Ăn mòn trong môi trường nước là nguyên nhân cơ bản gây ra hỏng hóc và cần bảo trì đường ống, cầu, tàu thuyền và cấy ghép y sinh; việc hiểu biết về điện hóa của nó cho phép dự đoán tuổi thọ, lựa chọn vật liệu và các chiến lược bảo vệ nhằm giảm thiểu chi phí kinh tế và an toàn lớn.

History

Evans đã thiết lập bản chất điện hóa của ăn mòn vào đầu thế kỷ 20; Wagner và Traud đã chính thức hóa lý thuyết thế hỗn hợp vào năm 1938, và Pourbaix đã biên soạn các biểu đồ cân bằng thế-pH vào giữa thế kỷ 20, cùng nhau tạo nên nền tảng điện hóa định lượng cho ăn mòn.

Key figures

• Ulick R. Evans
• Marcel Pourbaix
• Carl Wagner
• Wilhelm Traud

Seminal works

• jones1996
• pourbaix1974
• bard2001

Frequently asked questions

Tại sao hai kim loại khác nhau khi tiếp xúc lại bị ăn mòn nhanh hơn?

Khi các kim loại không giống nhau được nối điện trong một chất điện ly, kim loại hoạt động hơn trở thành anot và hòa tan ưu tiên trong khi kim loại quý hơn hoạt động như catot, đẩy nhanh quá trình ăn mòn điện hóa của kim loại hoạt động.

Biểu đồ Pourbaix cho bạn biết điều gì?

Nó cho thấy, theo hàm của thế và pH, liệu một kim loại có ổn định về mặt nhiệt động lực học (miễn nhiễm), dự kiến sẽ hòa tan (ăn mòn) hay được bao phủ bởi một oxit bảo vệ (thụ động hóa), mặc dù nó chỉ ra xu hướng chứ không phải tốc độ.