Vật liệu học - Chương 6: Tính chất hóa học

TS. Hà Văn Hồng *Tháng 02.2006VẬT LIỆU HỌCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơ6.3.Sự thoái hoá (hoá già) của vật liệu hữu cơChương 6Tính chất hóa họcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6.1.1.Khái niệm 6.1.2.Ăn mòn hoá6.1.3.Ăn mòn điện hoá6.1.4.Tốc độ ăn mòn6.1.Sự ăn mòn của vật liệu kim loại Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Xác định mối quan hệ t/d hóa học  Vật liệu6.1.1.Khái niệm Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ của kim loạido phản ứng hoá học giữa kim loại với các chất khí (chứa O2, Cl2, SO2 ) của môitrường xung quanh 6.1.2.Ăn mòn hoá học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6.1.2.1.Cơ chế ăn mòn hoá học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Khuếch tán O2 và hấp phụ lên bề mặt Phản ứng oxy hoá-khử -P/u oxy hoá : -P/u khử : P/u tổng : Kết tinh: sinh mầm MeO và phát triển thành lớp oxyt trên bề mặt kim loại Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* 6.1.2.2.Điều kiện ăn mòn hoá học Kcb >1 Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Nhiệt độ : T-cao  Ăn mòn  Oxy của môi trưởng : O2  Ăn mònCấu trúc của màng oxyt kim loại > 1: màng sít, bảo vệ ăn mòn tốt ( Cu, Al..) > 1: ứng suất dư  Nứt  bảo vệ ăn món kém 6.1.2.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn hoá học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6.1.3.Ăn mòn điện hoá Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ của vật liệu kim loại trong môi trường chất điện ly, trong đó có phát sinh dòng điện.Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6.1.3.1.Cơ chế ăn mòn điện hoá Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Khuếch tán & hấp phụ chất điện ly Phản ứng điện hoá -P/u anot : Me  Men+ + ne -P/u catot : Ox + ne  Red ------------------------------------- Cộng : Me + Ox  Men+ + Red Ox-chất oxy hoá : H+, O2 , Me1n1+ -Quá trình dẫn điện: Anot Catot Men+ dung dịch hoặc tạo thành gỉ eITháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ví dụ: ăn mòn của sắtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Môi trường nước chứa axit có oxy hoà tan Q.trình anốt: Fe  Fe2+ + 2e Q.trình catot: O2 + 4H+ + 4e  2H2O ---------------------------------------------------------- Cộng : 2Fe + O2 + 4H+  2Fe2+ +2H2O Qúa trình dẫn điện : Anốt CatotVí dụ: ăn mòn của sắteITháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Môi trường trung tính có oxy hoà tan Q.trình anốt: Fe  Fe2+ + 2e Q.trình catot: O2 + 2H2O + 4e  4OH- -------------------------------------------------------------------- Cộng : Fe + O2 + 2H2O  Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O  2Fe(OH)3Qúa trình dẫn điện : Anốt CatotVí dụ: ăn mòn của sắteITháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Phản ứng điện hoá -P/u anot : Me  Men+ + ne -P/u catot : Ox + ne  Red ------------------------------------- Cộng : Me + Ox  Men+ + Red 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Môi trường axit không có oxy Me  Men+ + ne 2H+ + 2e  H2Me + 2H+  Men+ + H2 Me đầu dãy đ.thế đến trước Cd bị ăn mòn 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Môi trường axit có oxy Me  Men+ + ne O2 + 4H+ + 4e  2H2OMe + O2 + 4H+  Men+ + H2O Me đầu dãy đ.thế đến Ag bị ăn mòn 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Môi trường kiềm có oxy Me  Men+ + ne O2 + 2H2O + 4e  4OH-Me + O2 + 2H2O  Men+ + 4OH-  Me đầu dãy đ.thế đến trước Ag bị ăn mòn 6.1.3.2.Điều kiện ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Kim loạiPhản ứng điện cựcEo, vKim loạiPhản ứng điện cựcEo, vAuAu3+ + 3e  Au1.42CdCd2+ + 2e  Cd-0.40O2 +4H+ + 4e  2H2O1.23FeFe2+ + 2e  Fe-0.44PtPt2+ + 2e  Pt1.20CrCr3+ + 3e  Cr-0.74AgAg+ + e  Ag0.80ZnZn2+ + 2e  Zn-0.76O2 +4H+ + 4e  4OH-0.40MnMn2+ + 2e  Mn-1.18CuCu2+ + 2e  Cu0.34TiTi2+ + 2e  Ti-1.662H+ + 2e  H20.00AlAl3+ + 3e  Al-1.66PbPb2+ + 2e  Pb-0.13MgMg2+ + 2e  Mg-2.36SnSn2+ + 2e  Sn-0.14NaNa+ + e  Na-2.71NiNi2+ + 2e  Ni-0.25KK+ + e  K-2.92CoCo2+ + 2e  Co-0.28Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Nhiệt độKhử H+: T Khuếch tán   Tốc độ ăn mònKhử O2 : xảy ra 2 trường hợp:+Hệ thống kín:T Khuếch tán  Tốc độ ăn mòn +Hệ thống hở: T=80oCKhuếch tán O2 Tốc độ ăn mòn T > 80oC  Thoát O2   Tốc độ ăn mòn 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Nồng độ oxy O2 + 4H+ + 4e  2H2O O2 + 2H2O + 4e  4OH-O2   Tốc độ ăn mòn O2 Me bị thụ động   Tốc độ ăn mòn 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*pH 2H+ + 2e  H2O2 + 4H+ + 4e  2H2OO2 + 2H2O + 4e  4OH-pH  H2 & O2  G = -nFE = -nF(H2 - Me) G = -nFE = -nF(O2 - Me)  Tốc độ ăn mòn 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Cấu trúcKim loại nguyên chất Hợp kim (dung dịch rắn)  Ăn mòn : chậmKim loại có tạp chất Hợp kim Vi pin:Biên giới hạt: anot Tâm hạt : catot 6.1.3.3.Yếu tố ảnh hưởng ăn mòn điện học Một phaNhiều phaĂn mòn: nhanhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tổn thất trọng lượng Ptl Ptl-tổn thất trọng lượng, mg/dm2.ngày m1, m2- trọng lượng mẫu kim loại trước & sau khi bị ăn mòn, mg S-Diện tích bề mặt kim loại, dm2 -thời gian, ngày6.1.4.Tốc độ ăn mòn Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Độ thâm nhập Ptn : Ptn-chiều sâu kim loại bị ăn mòn, mm/năm -Trọng lượng riêng của kim loại, g/cm3 6.1.4.Tốc độ ăn mòn Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Độ bền chống ăn mònĐộ bền chống ăn mòn tốt : Ptn 1.25mm/năm 6.1.4.Tốc độ ăn mòn Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Cơ chế ăn mòn : ăn mòn hoá họcĐộ bền chống ăn mòn : caoThuỷ tinh : chứa đựng hoá chất Vật liệu chịu lửa (gạch xây lò) -Bền dưới tác dụng của kim loại lỏng -Bền dưới tác dụng của muối nóng chảy -Bền dưới tác dụng của xỉ lỏng 6.2.Sự ăn mòn của vật liệu vô cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sự thoái hoá (hoá già)Sự thoái hoá (hoá già) vật lýChất hoá dẻo: bay hơi   Tính dẻo Tạo ra rạn nứtDung môi: Xen vào các mắt xích phân tử polyme  Trương lên  Ứng suất bên trong  Hiện tượng nứt, gẫy 6.3.Sự ăn mòn của vật liệu hữu cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sự thoái hoá (hoá già) hoá họcSự oxy hoá: O2 gắn vào các gốc hoá trịĐứt liên kết của mạch. Tia cực tím (có trong ánh sáng mặt trời) Kích thích chuyển động  Đứt liên kết mạch.Nhiệt độ: năng lượng mặt trời  Dao động nhiệt Đứt mạch: trong polyetylen PE  Khử oxy: trong polymetyl metacrylat PMMA P/u với các nhóm phụ: tạo HCl trong PVC 6.3.Sự ăn mòn của vật liệu hữu cơ