Báo cáo khoa học: "Khảo sát sự ăn mòn và khả năng ức chế ăn mòn của ion CrO42- và HPO42- đối với thép cacbon, trong môi tr-ờng NaCl bằng ph-ơng pháp điện hóa"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Sự ăn mòn của thép CT3 trong môi tr-ờng ăn mòn chứa ion Clo đ-ợc nghiên cứu bằng ph-ơng pháp đo đ-ờng cong phân cực điện hóa. Kết quả chỉ ra rằng ion Clo tác động lớn tới sự ăn mòn của thép CT3. Nó kích thích cả phản ứng anod và phản ứng catod, nh-ng sự tác động tới phản ứng anod mạnh hơn so với phản ứng catod. Các ion HPO42- và CrO42- có tác động ức chế ăn mòn cho thép CT3 trong dung dịch NaCl 0,1M....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Khảo sát sự ăn mòn và khả năng ức chế ăn mòn của ion CrO42- và HPO42- đối với thép cacbon, trong môi tr-ờng NaCl bằng ph-ơng pháp điện hóa"

Kh¶o s¸t sù ¨n mßn vµ kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn cña ion CrO42- vµ HPO42- ®èi víi thÐp cacbon, trong m«i tr−êng NaCl b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn hãa L¹i thÞ hoan Bïi quang tuÊn ph¹m TiÕn l©m nguyÔn thÞ mai Bé m«n Hãa Khoa Khoa häc C¬ b¶n Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i Tãm t¾t: Sù ¨n mßn cña thÐp CT3 trong m«i tr−êng ¨n mßn chøa ion Clo ®−îc nghiªn cøu b»ng ph−¬ng ph¸p ®o ®−êng cong ph©n cùc ®iÖn hãa. KÕt qu¶ chØ ra r»ng ion Clo t¸c ®éng lín tíi sù ¨n mßn cña thÐp CT3. Nã kÝch thÝch c¶ ph¶n øng anod vμ ph¶n øng catod, nh−ng sù t¸c ®éng tíi ph¶n øng anod m¹nh h¬n so víi ph¶n øng catod. C¸c ion HPO42- vμ CrO42- cã t¸c ®éng øc chÕ ¨n mßn cho thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M. CT 2 Summary: The corrosion of steel CT3 in chloride corrosive environment has been investigated by electrochemical polarization curves method. The result shows that chloride ion affects significantly corrosion of steel CT3. It excites both cathodic and anodic reactions, but its effect on anodic reaction is more obvious than on anodic reaction. HPO42- and CrO42- ions improve the anti-corrosion of steel CT3 in solution of NaCl 0.1M. I. ®Æt vÊn ®Ò Do cã tÝnh c¬ lÝ tèt, dÔ gia c«ng, gi¸ thµnh rÎ nªn ®· tõ l©u thÐp nãi chung vµ c¸c lo¹i thÐp cacbon nãi riªng ®−îc coi lµ x−¬ng sèng cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i… Tuy nhiªn, c¸c lo¹i thÐp cacbon ®−îc sö dông trong c¸c c«ng tr×nh nãi trªn rÊt dÔ bÞ ¨n mßn d−íi t¸c ®éng cña m«i tr−êng x©m thùc ®Æc biÖt lµ d−íi t¸c ®éng cña ion clorua. Theo mét sè c«ng tr×nh ®· ®−îc c«ng bè [2], víi khÝ hËu nhiÖt ®íi biÓn nh− ë n−íc ta cã sù l¾ng ®äng clo rÊt lín nªn ¶nh h−ëng cña ion clo ®Õn tèc ®é ¨n mßn kim lo¹i lµ rÊt ®¸ng kÓ. V× vËy, mÆc dï ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc nµy [2,3] nh−ng viÖc nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn sù ¨n mßn thÐp cacbon nãi riªng vµ kim lo¹i nãi chung còng lu«n ®−îc sù quan t©m, chó ý nghiªn cøu cña nhiÒu nhµ khoa häc trong vµ ngoµi n−íc. Nh»m ®ãng gãp vµo lÜnh vùc nµy, ®Ó lùa chän sö dông thÐp cacbon trong c¸c ®iÒu kiÖn m«i
tr−êng cô thÓ, trong bµi b¸o nµy chóng t«i nghiªn cøu ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn sù ¨n mßn thÐp CT3 b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n cùc tuyÕn tÝnh. Trªn c¬ së ®ã chóng t«i ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øc chÕ chèng ¨n mßn ®èi víi thÐp CT3 trong m«i tr−êng NaCl 0,1M cña ion CrO42- vµ ion HPO42-. II. Thùc nghiÖm C¸c phÐp thÝ nghiÖm ®−îc thùc hiÖn t¹i Phßng thÝ nghiÖm Hãa Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i. Trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm chóng t«i sö dông c¸c hãa chÊt: NaCl (PA), Na2HPO4.12H2O (PA), K2CrO4 (PA), n−íc cÊt. Trong c¸c thÝ nghiÖm chóng t«i sö dông b×nh ®o ®iÖn hãa ba ®iÖn cùc: ®iÖn cùc lµm viÖc thÐp CT3 cã diÖn tÝch bÒ mÆt 0,79cm2, xung quanh bäc epoxy, ®−îc mµi bãng, khö mì vµ tÈy gØ, ®iÖn cùc ®èi l−íi platin, ®iÖn cùc so s¸nh Ag/AgCl, KCl. VËt liÖu lµm ®iÖn cùc thÐp CT3 cã thµnh phÇn: Fe (99,406%), C (0,150%) S (0,037%), Mn (0,420%) vµ Si ë d¹ng vÕt. C¸c phÐp ®o ®iÖn hãa ®−îc thùc hiÖn trªn m¸y ®o ®iÖn hãa ®a n¨ng ghÐp nèi m¸y tÝnh PGS Autolab30 cña Hµ Lan. C¸c phÐp ®o ph©n cùc ®−îc thùc hiÖn trong kho¶ng thÕ -1,2V ®Õn 0,2V, tèc ®é quÐt thÕ 5mV.s-1. Tèc ®é ¨n mßn ®−îc tÝnh theo tiªu chuÈn ASTM G 3 - 89 vµ ASTM G 102 - 89. III. KÕt qu¶ vμ th¶o luËn CT 2 1. ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3 §o ph©n cùc tuyÕn tÝnh ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung dÞch chøa ion clorua víi nång ®é kh¸c nhau chóng t«i thu ®−îc c¸c ®−êng cong ph©n cùc (h×nh 1) tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é ¨n mßn vµ thÕ ¨n mßn (b¶ng 1). 0 1x10-1 1.E-04 -600 0.5M Potential 1x10-2 i-A /c m 2 C orrosion P otential 1.E-04 C orrosion current Current 1x10-3 0.01M density (A /cm 2) -700 1x10-4 8.E-05 1x10-5 (m V ) 0.0005M 6.E-05 -800 1x10-6 1x10-7 4.E-05 -900 1x10-8 2.E-05 1x10-9 0.E+00 -1000 1x10 -1.15 -0.90 -0.65 -0.40 -0.15 0.10 0 1 2 3 4 5 log(1/C) E-V E:\tuan an mon1\Cl\16_8a1.icw H×nh 2. Sù phô thuéc cña tèc ®é ¨n mßn H×nh 1. §−êng cong ph©n cùc cña thÐp CT3 trong vμ thÕ ¨n mßn vμo nång ®é ion clorua dung dÞch chøa ion clorua ë c¸c nång ®é kh¸c nhau. H×nh 2, b¶ng 1 cho thÊy thÊy ion clorua ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3. §−êng ph©n cùc h×nh 1 cho thÊy ion clorua cã t¸c dông kÝch thÝch c¶ qu¸ tr×nh cat«t vµ qu¸ tr×nh an«t, tuy nhiªn ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn qu¸ tr×nh an«t m¹nh h¬n, ®iÒu nµy còng lÝ gi¶i cho sù t¨ng cña thÕ ¨n mßn vÒ gi¸ trÞ d−¬ng h¬n khi gi¶m nång ®é ion clorua (h×nh 2).
B¶ng 1. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn cña thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl STT 1 2 3 4 5 6 7 8 C(M) 0,5 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001 0,0005 0,0001 MËt ®é dßng ¨n mßn 10,8 7,84 4,12 3,00 2,79 1,92 1,58 1,25 (i.105A/cm2) ThÕ ¨n mßn (mV) -895 -855 -866 -855 -839 -780 -752 -720 Tèc ®é ¨n mßn 1,27 0,92 0,48 0,35 0,33 0,23 0,19 0,15 (mm/n¨m) §Ó thÊy râ h¬n ¶nh h−ëng cña ion clorua ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3 trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn chóng t«i x¸c ®Þnh tèc ®é ¨n mßn cña thÐp CT3 trong m«i tr−êng n−íc biÓn §µ N½ng ë c¸c ®é pha lo·ng kh¸c nhau (m« pháng cho sù x©m thùc cña n−íc biÓn). Qua c¸c phÐp thö nghiÖm, chóng t«i còng thu ®−îc kÕt qu¶ t−¬ng tù nh− khi gi¶m nång ®é ion clorua (xem h×nh 3, 4; b¶ng 2). 1x10 -1 -600 2.E-04 (1) potential 1x10 -2 Corrosion potential 1.E-04 current Corrosion current 1x10 -3 i-A /c m 2 density (A/cm2) -700 1.E-04 (5) 1x10 -4 1.E-04 (mV) (9) -800 8.E-05 1x10 -5 6.E-05 1x10 -6 -900 4.E-05 1x10 -7 2.E-05 1x10 -8 -1000 0.E+00 1x10 -9 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -1.21 -0.96 -0.71 -0.46 -0.21 log(1/C) E-V CT 2 H×nh 4. Sù phô thuéc cña tèc ®é ¨n mßn vμ thÕ ¨n H×nh 3. §−êng ph©n cùc thÐp CT3 trong n−íc mßn vμo ®é pha lo·ng. biÓn ë c¸c ®é pha lo·ng kh¸c nhau. B¶ng 2. MËt ®é dßng ¨n mßn, thÕ ¨n mßn, tèc ®é ¨n mßn cña thÐp CT3 trong n−íc biÓn §μ N½ng STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 §é pha lo·ng 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 (lÇn) MËt ®é dßng ¨n 14,10 7,18 5,30 4,19 4,02 2,18 1,40 1,07 0,70 0,71 mßn(i.105A/cm2) ThÕ ¨n mßn (mV) -855 -863 -855 -853 -752 -750 -730 -716 -664 -645 Tèc ®é ¨n mßn 1,65 0,83 0,62 0,49 0,47 0,26 0,17 0,13 0,08 0,083 (mm/n¨m) C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn cho thÊy ion clorua cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3. Theo [4] thÐp CT3 kh«ng bÒn ¨n mßn trong m«i tr−êng NaCl nång ®é lín h¬n 10-4M (tèc ®é ¨n mßn >0,15mm/n¨m). 2. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0.1M cña ion HPO42- Trªn c¬ së ®o ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M cã mÆt Na2HPO4 víi nh÷ng nång ®é kh¸c nhau, cho phÐp chóng t«i ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña ion HPO42- ®Õn sù ¨n
mßn thÐp. C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 3. 1.0x10 0 100 -700 Z(%) 1.0x10-1 Corrosion potential Potential (mV) 80 -800 1.0x10-2 Corrosion NaCl + HPO4 1E-3 1.0x10-3 60 -900 Z(%) i/A NaCl 0.1M -4 1.0x10 40 -1000 1.0x10-5 1.0x10-6 20 -1100 1.0x10-7 0 -1200 1.0x10-8 0 1 2 3 4 5 6 log(1/C) -1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0 0.25 E/V H×nh 6. ¶nh h−ëng cña nång ®é ion HPO42- ®Õn H×nh 5. §−êng ph©n cùc thÐp CT3 trong dung dÞch hiÖu qu¶ b¶o vÖ, thÕ ¨n mßn. NaCl 0,1M cã vμ kh«ng cã ion HPO42-. HiÖu qu¶ b¶o vÖ (Z) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (*) io − i Z= .100% (*) io trong ®ã: i lµ mËt ®é dßng ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M cã mÆt chÊt øc chÕ io lµ mËt ®é dßng ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M. B¶ng 3. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn vμ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cña ion HPO42- ®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M STT 1 2 4 5 6 7 8 CT 2 1x10-1 1x10-2 1x10-3 1x10-4 1x10-5 5x10-6 C(M) 0 MËt ®é dßng ¨n 7,84 6,87 5,88 5,50 5,44 5,95 6,49 mßn (i.105A/cm2) ThÕ ¨n mßn(mV) -855 -899 -894 -898 -882 -896 -893 Tèc ®é ¨n mßn 0,921 0,808 0,691 0,646 0,639 0,699 0,762 (mm/n¨m) Z(%) 0,00 12,37 25,00 29,85 30,61 24,11 17,22 B¶ng 3 vµ h×nh 6 cho thÊy, ion HPO42- cã t¸c dông øc chÕ sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M. §−êng ph©n cùc h×nh 5 cho thÊy ion HPO42- cã t¸c dông øc chÕ ph¶n øng cat«t m¹nh h¬n ph¶n øng at«t. KÕt qu¶ nµy gi¶i thÝch cho sù gi¶m thÕ ¨n mßn thÐp CT3 khi cã mÆt ion HPO42- trong dung dÞch NaCl 0,1M so víi khi kh«ng cã mÆt nã.
3. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 tron dung dÞch NaCl 0,1M cña ion CrO42- §Ó kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña ion CrO42- chóng t«i ®o ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M cã mÆt ion CrO42- ë nh÷ng nång ®é kh¸c nhau. C¸c kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 4. 1x10 0 -700 100 Potential 1x10-1 Corosion potential -800 80 Z (%) 1x10-2 i-A /cm 2 NaCl 0.1M -900 60 Z(%) 1x10-3 (mV) -4 1x10 -1000 40 NaCl 0.1M + CrO4 E-3M 1x10-5 -1100 20 1x10-6 -1200 0 1x10-7 0 1 2 3 4 5 6 7 1x10-8 -1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0 0.25 log(1/C) E-V H×nh 6. ¶nh h−ëng cña nång ®é ion CrO42-®Õn hiÖu H×nh 7. §−êng ph©n cùc ®iÖn cùc thÐp CT3 trong qu¶ b¶o vÖ vμ thÕ ¨n mßn. dungdÞch NaCl 0,1M cã vμ kh«ng cã mÆt ion CrO42-. B¶ng 4 vµ h×nh 6 cho thÊy ion CrO42- cã t¸c dông øc chÕ ®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M. §−êng ph©n cùc h×nh 7 cho thÊy ion CrO42- cã t¸c dông øc chÕ ph¶n øng cat«t m¹nh h¬n ph¶n øng an«t, ®iÒu nµy còng thÊy ®−îc th«ng qua sù gi¶m thÕ ¨n mßn cña thÐp CT3 trong NaCl 0,1M khi cã mÆt ion CrO42- (xem b¶ng 4) B¶ng 4. Tèc ®é ¨n mßn, thÕ ¨n mßn vμ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cña ion CrO42- ®èi víi sù ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M CT 2 STT 0 1 2 3 5 7 9 10 1x10-1 5x10-2 1x10-2 1x10-3 1x10-4 1x10-5 1x10-6 C(M) 0 MËt ®é dßng ¨n 7,98 7,51 7,01 5,09 4,57 4,93 5,14 5,04 mßn (i.105A/cm2) ThÕ ¨n mßn (mV) -840 -876 -867 -857 -882 -890 -908 -900 Tèc ®é ¨n mßn 0,93 0,92 0,91 0,60 0,54 0,58 0,60 0,59 (mm/n¨m) Z(%) 0,00 5,89 12,16 36,17 42,73 38,22 35,59 36,84
Theo c¸c kÕt qu¶ ®· c«ng bè [7] c¸c ion CrO42- vµ ion HPO42- cã hiÖu qu¶ b¶o vÖ chèng ¨n mßn ®èi víi thÐp trong dung dÞch Na2SO4.Tuy vËy, tõ c¸c kÕt qu¶ trªn chóng t«i nhËn thÊy trong dung dÞch NaCl 0,1M, vµ m«i tr−êng x©m thùc cã ion Ci- nh− n−íc biÓn, viÖc sö dông c¸c ion CrO42- vµ HPO42- lµm chÊt øc chÕ chèng ¨n mßn thÐp CT3 kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ mong muèn. IV. KÕt luËn 1. Ion clorua cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3: Trong dung dÞch NaCl cã nång nång ®é lín h¬n 10-4M thÐp CT3 kh«ng bÒn ¨n mßn. 2. Ion HPO42- vµ ion CrO42- cã t¸c dông øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M vµ trong n−íc biÓn. T¸c dông chñ yÕu cña c¸c ion trªn lµ øc chÕ ph¶n øng cat«t. 3. HiÖu qu¶ b¶o vÖ ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl 0,1M vµ trong n−íc biÓn cña ion CrO42-(42%) vµ ion HPO42-(30%) kh«ng cao. Bµi b¸o ®−îc hoµn thµnh d−íi sù tµi trî cña ®Ò tµi cÊp Tr−êng m· sè: T2007-CB-55,56. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. §μo Quang Liªm, NguyÔn V¨n Tam, TrÞnh Xu©n SÐn, Ph¹m B¸ §øc (2006), “Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cña c¸c hîp chÊt ancolamin vµ kali iodua ®èi víi thÐp CT3 trong m«i tr−êng axit HCl”, T¹p chÝ hãa häc, T.44(4), tr. 475-479. CT 2 [2]. Lª Quang TuÊn, Ph¹m ThÞ Thu, NguyÔn Xu©n Tr−êng, NguyÔn §øc Hïng, “¶nh h−ëng cña khÝ quyÓn n«ng th«n, biÓn, ®« thÞ ViÖt Nam ®Õn ¨n mßn thÐp CT3”, TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc héi nghÞ toµn quèc ®iÖn hãa vµ øng dông, Hµ Néi, 2006. [3]. NguyÔn ThÞ Ph−¬ng Thoa, NguyÔn Th¸i Hoμng, “¸p dông ph−¬ng ph¸p tæng trë nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña ion sulfate lªn tÝnh chÊt ¨n mßn thÐp trong n−íc biÓn”, TuyÓn tËp b¸o c¸o toµn v¨n Héi nghÞ ®iÖn hãa vµ øng dông, Hµ Néi, 2001. [4]. Alanin Galerie, NguyÔn V¨n T−, “¨n mßn vµ b¶o vÖ vËt liÖu”, NXB KHKT, 2002 [5]. Ismaeel Andijani, “AC impedance study on the corrosion behavior of carbon steel in deaerated chloride solution”, 6th Saudi Engineering Conference, KFUPM, Dhahran, Saudi Arabia on 14-17 Dec, 2002. [6]. V.I.Pokhmurs’kyi, I.M.Zin’, S.B.Lyon, M.C.simmonds (2004), “Inhibiton of steel and galvanised steel corrosion by zinc and calcium ions in presence of phosphate”, Corrosion engineering, science and technology, Vol.39. No.2,p167-173. [7]. И.Л.PoЗeнфельд (1977), “Ингибиторы ҝоррозий”, Москва издателъство “химия”.