Thụ động hóa và Chống ăn mòn

Thụ động hóa là sự hình thành một màng bảo vệ mỏng làm chậm đáng kể sự hòa tan kim loại, và là một trong số các chiến lược điện hóa—cùng với lớp phủ, chất ức chế và bảo vệ catốt—được sử dụng để kiểm soát sự ăn mòn.

Definition

Sự giảm tốc độ ăn mòn của kim loại bằng cách hình thành một màng bề mặt mỏng, bám dính (thụ động hóa), và tập hợp rộng hơn các phương pháp điện hóa được sử dụng để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn.

Scope

Chủ đề này bao gồm các cơ chế bảo vệ hạn chế sự ăn mòn: các màng oxit thụ động tự phát trên các kim loại như thép không gỉ, nhôm và titan, các điều kiện cho sự ổn định và phá vỡ của chúng dẫn đến ăn mòn rỗ, và bảo vệ kỹ thuật thông qua lớp phủ chắn, anot hy sinh, bảo vệ catốt dòng điện cưỡng bức và chất ức chế ăn mòn. Nó kết nối điện hóa màng thụ động với thiết kế vật liệu bền vững.

Core questions

• Màng thụ động hình thành như thế nào và tại sao nó lại ức chế ăn mòn mạnh mẽ đến vậy?
• Trong điều kiện nào thì tính thụ động bị phá vỡ, dẫn đến tấn công cục bộ như ăn mòn rỗ?
• Các sơ đồ bảo vệ catốt ngăn chặn ăn mòn bằng cách dịch chuyển điện thế của kim loại như thế nào?
• Lớp phủ chắn và chất ức chế bổ sung cho sự thụ động hóa trong việc bảo vệ kim loại như thế nào?

Key theories

Sự hình thành và phá vỡ màng thụ động

Trên một điện thế tới hạn, nhiều kim loại tạo thành một màng oxit mỏng làm giảm sự hòa tan theo cấp số nhân; các ion xâm thực như clorua có thể làm đứt gãy cục bộ màng này, khởi đầu sự ăn mòn rỗ.

Bảo vệ catốt

Dịch chuyển điện thế của kim loại về phía âm—bằng cách ghép nối nó với một anot hy sinh hoặc áp dụng dòng điện cưỡng bức—ức chế sự hòa tan anot bằng cách làm cho quá trình khử thay vì quá trình oxy hóa trở nên thuận lợi tại bề mặt được bảo vệ.

Clinical relevance

Thụ động hóa mang lại cho thép không gỉ và cấy ghép titan khả năng chống ăn mòn, trong khi bảo vệ catốt bảo vệ đường ống, thân tàu và bê tông cốt thép; các phương pháp này kéo dài tuổi thọ cơ sở hạ tầng và đảm bảo khả năng tương thích sinh học của các thiết bị y tế bằng kim loại.

History

Schönbein và Faraday đã mô tả tính thụ động của sắt vào những năm 1830; Davy đã chứng minh sự bảo vệ catốt của đồng tàu vào năm 1824, và các lý thuyết hiện đại như mô hình khuyết tật điểm đã chính thức hóa hành vi màng thụ động vào cuối thế kỷ 20.

Key figures

• Christian Friedrich Schönbein
• Michael Faraday
• Digby D. Macdonald
• Humphry Davy

Seminal works

• jones1996
• macdonald1992
• bard2001

Frequently asked questions

Tại sao thép không gỉ không bị gỉ như thép thông thường?

Hàm lượng crom của nó tạo thành một màng oxit thụ động mỏng, tự phục hồi, ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp theo; thép thông thường tạo thành một lớp gỉ xốp, không bảo vệ, cho phép ăn mòn tiếp tục.

Một anot hy sinh bảo vệ một cấu trúc như thế nào?

Một kim loại hoạt động mạnh hơn như kẽm hoặc magiê được kết nối điện với cấu trúc và bị ăn mòn ưu tiên, cung cấp các electron giữ cho kim loại được bảo vệ ở trạng thái catốt và ngăn không cho nó hòa tan.