Phân tích cơ chế phá hủy đá do sự thay đổi nhiệt độ

Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn khí quyển kim loại trong môi trường khí hậu nhiệt đới ẩm

05/05/2016

Share1

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĂN MÒN KHÍ QUYỂN KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI ẨM

Chế độ nhiệt ẩm

Vai trò của màng ẩm

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình AMKQ chỉ xảy ra khi có một lượng ẩm tới hạn trên bề mặt kim loại đủ để tạo thành một màng ẩm hấp phụ hoặc màng ẩm pha, trong không khí sạch, độ ẩm tới hạn này tương đương với độ ẩm tương đối của không khí là 80 %). Ở dưới độ ẩm tới hạn, quá trình ăn mòn sẽ không xảy ra (hoặc với tốc độ không đáng kể). Lớp màng ẩm trên bề mặt kim loại có thể là màng ẩm hấp phụ hoặc màng nước nhìn thấy (mưa, sương). Khi vượt qua độ ẩm tới hạn, lớp nước hấp phụ bắt đầu tác dụng như một lớp điện dịch thì tốc độ ăn mòn tăng theo độ ẩm. Màng ẩm có vai trò dẫn điện, hòa tan các chất xâm thực từ không khí (muối biển, SOx, NOx, H2S…), vì vậy sự ăn mòn thường xảy ra ở vùng bề mặt dễ bị tích tụ ẩm, cũng là nơi tập trung các tác nhân gây ăn mòn bị hòa tan.

Thời gian lưu ẩm bề mặt và độ ẩm của không khí

Thời gian lưu ẩm (Time of Wetness - TOW) là một khái niệm cơ bản được sử dụng rất phổ biến trong nghiên cứu AMKQ các vật liệu kim loại. TOW được tính là thời gian mà trên bề mặt kim loại tồn tại một màng dung dịch điện ly mỏng - đủ “ướt” để cho các pin ăn mòn hoạt động và quá trình AMKQ xảy ra. Theo tiêu chuẩn ISO 9223, TOW được định nghĩa là khoảng thời gian (tính bằng số giờ) mà không khí có nhiệt độ > 0 oC và độ ẩm tương đối RH > 80 %, khi đó sự ngưng tụ bắt đầu, đó chính là điều kiện để quá trình ăn mòn xảy ra ngay cả trong khí quyển sạch. Khi RH > 90 % và T < 25 oC có thể quan sát được ẩm ngưng tụ trên bề mặt kim loại. TOW được sử dụng như một thông số khí hậu chính để giải thích các ảnh hưởng đến AMKL trong môi trường khí quyển. Đáng chú ý rằng lớp ẩm hấp phụ (mỏng hơn) tạo thành bởi những sự ngưng tụ ẩm đầu tiên sẽ dễ dàng bão hòa oxi, do đó tốc độ AMKL trong trường hợp này sẽ lớn hơn (nguy hiểm hơn) so với trường hợp trên bề mặt kim loại tạo thành một màng nước mỏng ở RH cao hơn.

Trên thực tế, khi không khí bị ô nhiễm hoặc trong không khí biển thì do sự sa lắng các tạp chất hút ẩm trên bề mặt kim loại (ví dụ SOx, NOx, NaCl, MgCl2, NH4(SO4)2, MgSO4 …) giá trị độ ẩm tới hạn này sẽ giảm xuống, khi đó ăn mòn kim loại xảy ra thậm chí cả khi độ ẩm tương đối của không khí chỉ khoảng 40 – 50 %.

Các vùng khí hậu nhiệt đới ẩm trong đó Việt Nam được đặc trưng bởi nhiệt độ cao (trung bình 20 – 300C), thay đổi nhiệt độ theo mùa không lớn và độ ẩm tương đối của không khí ≥ 80 % chiếm 12 giờ/ngày kéo dài liên tục khoảng 2 - 12 tháng/năm, lượng mưa lớn (trung bình trên 1000 mm/năm), các yếu tố trên làm tăng TOW và gia tốc quá trình ăn mòn.

Nhiệt độ (T)

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn kim loại phức tạp hơn và không đơn giản theo một chiều. Sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ của các phản ứng điện hoá và quá trình khuếch tán. Ngược lại, nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ bay hơi của màng dung dịch bề mặt, do đó làm giảm TOW. Sự tăng nhiệt độ cũng làm giảm sự hoà tan của ôxy và các loại khí ăn mòn khác.

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình AMKQ của hầu hết các kim loại, Tidblad và các đồng nghiệp [9] thấy rằng tốc độ ăn mòn tăng theo nhiệt độ ở vùng nhiệt độ thấp và giảm theo nhiệt độ ở vùng nhiệt độ cao. Theo đó, các vùng khí hậu nhiệt đới có thang nhiệt độ cao, nên nhiệt độ có tác dụng giảm tốc độ ăn mòn. Các kết quả thử nghiệm ở Cu Ba và Việt Nam cũng chứng tỏ điều này. Tuy nhiên, khi thử nghiệm dài hạn thì nhiệt độ không còn là yếu tố quyết định đối với quá trình AMKL trong khí quyển ngoài trời.