Tiến Sĩ Nghiên cứu bảo vệ bột sắt siêu mịn trong môi trường nghèo ôxy

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt i
Danh mục các bảng, biểu vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị viii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN SẮT VÀ BẢO QUẢN CHỐNG ÔXI
HOÁ SẮT TRONG KHÍ QUYỂN . 6
1.1. Ăn mòn kim loại . 6
1.1.1. Khái niệm ăn mòn kim loại 6
1.1.2. Phân loại ăn mòn kim loại 6
1.1.3. Đặc điểm quá trình ăn mòn kim loại thường gặp 10
1.1.4. Một số môi trường gây ăn mòn kim loại thường gặp . 11
1.2. Ăn mòn sắt trong môi trường khí quyển . 13
1.2.1. Lý thuyết ăn mòn sắt trong môi trường khí quyển 13
1.2.2. Cơ sở nhiệt động học của ăn mòn khí quyển đối với sắt 14
1.2.3. Đặc điểm ăn mòn khí quyển đối với sắt - ổ sunphat . 16
1.2.4. Cơ chế ăn mòn sắt trong không khí ẩm 17
1.2.5. Nhiệt động hoá học quá trình ăn mòn sắt trong khí quyển . 20
1.3. Sắt bột trong môi trường khí quyển . 23
1.3.1. Diện tích bề mặt riêng của sắt . 23
1.3.2. Biến đổi từ tính trong quá trình sắt bột bị ăn mòn trong khí quyển 24
1.3.3. Ăn mòn sắt bột trong khí quyển . 25
1.3.4. Các phương pháp nghiên ăn mòn kim loại 27
1.4. Bảo quản nghèo ôxy . 28
1.4.1. Vai trò của ôxy trong vi môi trường bảo quản . 28
1.4.2. Một số phương pháp bảo quản bằng cách loại bỏ ôxy 29
1.5. Tổng quan về phương ph p chế tạo và ứng dụng bột sắt siêu mịn . 31
1.5.1. Phương pháp chế tạo bột sắt siêu mịn 31
1.5.2. ng dụng bột sắt siêu mịn 32
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PH P NGHI N CỨU . 37
2.1. Thực nghiệm chế tạo bột sắt . 37
2.1.1. Điện phân chế tạo bột sắt nguyên liệu 37
2.1.2. Nghiền bi năng lượng cao . 38
2.1.3. Xác định hàm lượng Fe
0
và ôxít trong mẫu bột sắt . 40
2.1.3.1. Phương pháp sử dụng 40
2.1.3.2. Cơ sở tính toán . 42 vi

2.2. Phương ph p nghiên cứu sự ôxi hoá sắt bột 47
2.2.1. Phương pháp đánh giá động học ăn mòn bột sắt . 47
2.2.1.1. Phương pháp khối lượng 47
2.2.1.2. Phương pháp thể tích . 50
2.2.2. Phương pháp phân tích hoá lý . 52
2.2.2.1. Phương pháp hiển vi điện tử . 52
2.2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X . 54
2.2.2.3. Phương pháp từ kế mẫu rung . 55
2.2.2.4. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố lỗ xốp . 56
2.2.2.5. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng 58
2.2.2.6. Phương pháp ôxi hóa (khử) chương trình hóa nhiệt độ 59
2.2.2.7. Phương pháp tán xạ lazer xác định phân bố kích thước hạt . 61
2.3. Thực nghiệm nghiên cứu sự ôxi hoá bột sắt 62
2.3.1. Vi môi trường nghèo ôxy 62
2.3.2. Các bước tiến hành nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ bột sắt siêu mịn . 64
2.3.3. Hoá chất s dụng cho nghiên cứu . 66
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 67
3.1. Các tính chất của bột sắt đã chế tạo . 67
3.1.1. Bột sắt chế tạo bằng phương pháp điện phân dung dịch . 67
3.1.2. Bột sắt siêu mịn chế tạo bằng phương pháp nghiền bi năng lượng cao . 69
3.1.3. Hàm lượng Fe
0
và ôxít trong mẫu bột sắt nghiên cứu . 83
3.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến sự ôxi hoá bột sắt 95
3.2.1. Đặc điểm của mẫu bột sắt nghiên cứu 95
3.2.2. Phương pháp đo kiểm 95
3.2.3. Biến đổi một số tính chất của bột sắt trong quá trình th nghiệm ôxi hóa . 95
3.2.4. Động học ăn mòn sắt bột . 100
3.2.5. Định hướng ứng dụng bột sắt siêu mịn chế tạo chất kh ôxy 116
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ ôxy đến sự ôxi hoá bột sắt 117
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ ôxy đến cấu trúc pha của bột sắt . 117
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ôxy đến sự biến đổi khối lượng của mẫu bột sắt 119
3.4. Đ nh gi hiệu suất bảo vệ bột sắt siêu mịn của vi môi trường nghèo ôxy 126
3.4.1. Phương pháp khối lượng . 126
3.4.2. Phương pháp đo đường cong từ trễ 129
3.4.3. Thảo luận 132
KẾT LUẬN 136
NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN . 137
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 i

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1. Các chữ viết tắt
BCC : Lập phương tâm khối
BET : Phương pháp đo hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt khí nitơ
(Brunauer-Emmett-Teller)
CVC : Ngưng tụ hoá học từ pha hơi (Chemical Vapor Condensation)
Đktc : Điều kiện tiêu chuẩn
DTA : Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis)
DLS : Phương pháp xác định phân bố kích thước hạt bằng tán xạ laze
(Laser Scattering Particle Size Distribution Analyze)
DTPA : Diethylene Triamine Penta Acetic Acid
EDX (EDS) : Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-DispersiveX-ray Spectroscopy)
FE-SEM : Hiển vi điện t quét phát xạ trường
Fe
0
: Sắt hoá trị không
FOCOAR 9 : Tên sản phẩm chất kh ôxy không khí
M(H) : Đường cong từ trễ
nZVI : Nano Fe
0
(nano Zero Valent Iron)
P6.1 : Chế độ nghiền
PDF : Thư viện số liệu tinh thể (Powder Diffraction Files)
P kq : Áp suất khí quyển
PVC : Poly Vinyl Clorua
R H : Độ ẩm tương đối
RT : Nhiệt độ phòng
SEM : Hiển vi điện t quét
TCD : Tín hiệu độ dẫn nhiệt (Thermal Conductivity Detector)
TEM : Hiển vi điện t truyền qua
TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry Analysis)
TOW : Thời gian lưu ẩm hay thời gian thấm ướt bề mặt

TPO/R : Ôxi hóa/kh được chương trình hóa nhiệt độ ii

(Temperature-Programmed Oxidation/Reduction)
TPR-O 2 /H 2 : Ôxi hóa bằng O 2 / H 2 được chương trình hóa nhiệt độ
VĐH : Vô định hình
VMT : Vi môi trường
VMT21 : VMT th nghiệm có [O 2 ] = 21 %, R H = 75%, RT, P kq
VMT15 : VMT th nghiệm có [O 2 ] = 15 %, R H = 75%, RT, P kq
VMT10 : VMT th nghiệm có [O 2 ] = 10 %, R H = 75%, RT, P kq
VMT5 : VMT th nghiệm có [O 2 ] = 5 %, R H = 75%, RT, P kq
VMT0 : VMT th nghiệm có [O 2 ] < 0,1 %, R H = 75%, RT, P kq
VSM : Từ kế mẫu rung
XRD : Nhiễu xạ tia X

2. Các kí hiệu
cs
A : Diện tích một phân t chất bị hấp phụ
c : Đương lượng điện hoá của kim loại
C 0 : Biến đổi khối lượng tương đối
C 1 : Độ ẩm của mẫu sau khi th nghiệm trong VMT
C 0-max : Biến đổi khối lượng cực đại sau khi th nghiệm trong VMT
C
o
1 : Nồng độ ôxy trong VMT ban đầu
C
o
t : Nồng độ ôxy trong VMT sau th nghiệm tại thời điểm t
d : Khoảng cách giữa hai mặt tinh thể
d 0 : Đường kính của bi sắt hình cầu
d cor : Tốc độ ăn mòn trung bình theo chiều dày
d i : Đường kính của bi sắt hình cầu thứ i
d hh : Chiều dày của lớp hoạt hoá
D crys : Kích thước hạt tinh thể
D t : Đường kính trống nghiền
D tb : Kích thước hạt trung bình
D DLS : Kích thước hạt theo phương pháp tán xạ laze
D pore : Kích thước lỗ xốp iii

BET
D : Kích thước hạt tính theo BET
max P
D : Kích thước hạt có phân bố cực đại
E
o
: Sức điện động của vi pin ăn mòn ở điều kiện tiêu chuẩn
E : Sức điện động
F : Hằng số Faraday, 96.485 C mol
-1

H pro : Hiệu suất bảo vệ bột sắt của VMT theo phương pháp khối lượng
S
M
pro
H ,
S
M
H : Hiệu suất bảo vệ bột sắt của VMT theo phương pháp VSM
S
S
pro
H ,
S
S
H : Hiệu suất bảo vệ bột sắt của VMT theo phương pháp BET
H c : Lực kháng từ
H Pmax : Mức lọt sàng ứng với phân bố kích thước hạt cực đại
I : Dòng điện ăn mòn
k 1 , k 2, k 3 , k 4 : Hệ số phương trình động học ăn mòn bột sắt
k 1n : Hằng số tốc độ của phương trình tốc độ ăn mòn dạng logarit
k p : Hằng số tốc độ của phương trình tốc độ ăn mòn dạng parabol
K : Hệ số hình dạng (K = 0,9)
m : Khối lượng
cor
m : Khối lượng sắt bị ôxi hóa
m Fehh : Khối lượng sắt hoạt hoá
m t : Khối lượng kim loại tạo thành ở điện cực
m 0 : Khối lượng mẫu bột sắt trước th nghiệm
m O2 : Khối lượng khí ôxy trong VMT bị tiêu tốn
M : Mômen từ
M A : Khối lượng nguyên t các kim loại A
M m : Từ độ khối lượng
M S : Từ độ bão hòa
n : Bậc nhiễu xạ (số nguyên)
n TH : Tốc độ quay tới hạn của tang nghiền
n HQ : Tốc độ quay hiệu quả của tang nghiền
N : Số vòng dây iv

N A : Số Avôgađrô
P : Áp suất hơi của chất bị hấp phụ
P 0 : Áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ T
P max : Phân bố kích thước hạt cực đại
R 1, R : Hệ số tương quan
S m : Tiết diện vòng dây
S s0 : Diện tích bề mặt riêng ứng với bi sắt hình cầu d 0
S si : Diện tích bề mặt riêng ứng với bi sắt hình cầu d i
S s : Diện tích bề mặt riêng
S s-pore : Diện tích bề mặt riêng của của các vi lỗ xốp
t : Thời gian
t k : Thời gian kh hoàn toàn ôxy trong VMT
t m : Thời gian ứng với tốc độ ăn mòn trung bình lớn nhất
τ : Tỉ lệ giữa khối lượng bột sắt so với thể tích không khí
V : Thể tích chất bị hấp phụ
V cor : Tốc độ ôxi hoá của bột sắt hay tốc độ ăn mòn trung bình
V cor.ti : Tốc độ ăn mòn trung bình tại thời điểm t i
S
M
cor
V : Mức độ ăn mòn tính theo biến đổi từ độ bão hòa
S
S
cor
V : Tốc độ ăn mòn trung bình tính theo sự gia tăng diện tích bề mặt
V m : Thể tích hấp phụ cực đại
V k-O2 : Tốc độ trung bình kh hoàn toàn ôxy trong VMT
V pore : Thể tích lỗ xốp
V Ss : Tốc độ gia tăng diện tích bề mặt
v k-O 2 : Tốc độ trung bình kh ôxy trong VMT
v : Vận tốc phản ứng
υ 1 : Lượng hiđrô tiêu tốn để kh 1 gram mẫu bột sắt
υ 2 : Lượng ôxy tiêu tốn để ôxi hóa 1 gram mẫu bột sắt
υ 2 ’ : Lượng ôxy tiêu tốn để ôxi hóa Fe có trong 1 gram mẫu
υ 2 ” : Lượng ôxy tiêu tốn để ôxi hóa Fe 3 O 4 có trong 1 gram mẫu
vol.% : Phần trăm theo thể tích v

W : Bán độ rộng cực đại nhiễu xạ
W tt : Hệ số chuyển hóa khối lượng thực tế
W lt : Hệ số chuyển hóa khối lượng lý thuyết
W m : Đại lượng hấp phụ tính bằng gam
X cor : Mức độ ôxi hoá của bột sắt hay mức độ ăn mòn (%)
X Ms : Mức độ suy giảm từ độ bão hoà
X O2 : Mức độ làm nghèo ôxy trong VMT
X Ss : Mức độ gia tăng diện tích bề mặt
X
Ss
cor : Mức độ ăn mòn tính theo sự gia tăng diện tích bề mặt
X cor.max : Mức độ ăn mòn lớn nhất
S
M
cor
X : Mức độ ăn mòn sắt bột tính theo biến đổi từ độ bão hòa
z : Hóa trị của kim loại
wt.% : Phần trăm theo khối lượng
0 .%
Fe
wt : Hàm lượng sắt hoá trị không theo khối lượng
ρ : Khối lượng riêng
ρ Fe : Khối lượng riêng của sắt
λ : Bước sóng
θ : Góc nhiễu xạ
γ tt

: Tỉ lượng tương đối tiêu tốn khí ôxy theo thực tế
γ lt : Tỉ lượng tương đối tiêu tốn khí ôxy theo lý thuyết
ΔG o
cor : Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng ăn mòn
ΔH
0
cor : Biến thiên enthanpy của phản ứng ăn mòn
ΔS
0
cor : Biến thiên entropy của phản ứng ăn mòn
∆M S : Biến thiên từ độ bão hòa
∆M S
max
: Biến thiên cực đại của từ độ bão hòa
∆m : Gia tăng khối lượng
∆C O2 : Tổn hao nồng độ ôxy trong vi môi trường. vi

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Thứ tự bảng và chú thích Trang
Bảng 1.1: Giá trị thông số nhiệt động hoá học của một số chất 21
Bảng 1.2: Số liệu nhiệt động được tính toán nhằm đánh giá chiều diễn
biến và hiệu ứng nhiệt của phản ứng
22
Bảng 1.3: Mối liên hệ giữa S S của sắt dạng bột và dạng khối 24
Bảng 2.1: Kí hiệu mẫu và thông số đầu vào cho máy nghiền Fritsch P-6 40
Bảng 2.2: Hàm lượng nguyên tố Fe và O trong ôxit sắt 42
Bảng 2.3: Dung dịch muối bão hoà tạo độ ẩm không khí trong VMT 63
Bảng 3.1: Các tính chất đặc trưng của bột sắt điện phân N0 69
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của mẫu N0 và N6 theo kết quả EDX 70
Bảng 3.3: Tổng hợp phân bố kích thước hạt của các sản phẩm nghiền 74
Bảng 3.4: Kích thước hạt hiệu dụng trung bình của mẫu bột sắt nghiền 79
Bảng 3.5: Thành phần của các mẫu bột sắt chế tạo theo kết quả EDX 83
Bảng 3.6: Lượng khí H 2 tiêu tốn tương ứng với lượng ôxit trong mẫu bột
sắt 310 nm bị kh ở các khoảng nhiệt độ khác nhau theo TPR-H 2
85
Bảng 3.7: Hàm lượng Fe
0
của các mẫu bột sắt xác định theo TPR-H 2 86
Bảng 3.8: Kết quả phân tích TPR-H 2 và TPO-O 2 của các mẫu bột sắt 87
Bảng 3.9: Tổng hợp kết quả tính toán hàm lượng Fe
0
các mẫu bột sắt 87
Bảng 3.10: Tỉ lượng khí O 2 tiêu tốn theo nhiệt độ đối với mẫu bột sắt N0 88
Bảng 3.11: Tỉ lượng khí O 2 tiêu tốn theo nhiệt độ đối với mẫu bột sắt N3 89
Bảng 3.12: Tỉ lượng khí O 2 tiêu tốn theo nhiệt độ đối với mẫu bột sắt N6 89
Bảng 3.13: Tính chất của bột sắt điện phân và nghiền bi năng lượng cao 93
Bảng 3.14: Một số tính chất chính của mẫu bột sắt nghiên cứu ôxi hoá 95 vii

Bảng 3.15: Thành phần Fe và O trong các mẫu trước và sau th nghiệm 98
Bảng 3.16: Hàm lượng ẩm C 1 (%) và tỉ lệ gia tăng khối lượng theo lý thuyết
W lt (%) của các mẫu bột sắt sau th nghiệm
100
Bảng 3.17: Thống kê kết quả S S , D pore và V pore của mẫu bột sắt N6 sau
quá trình th nghiệm theo phương pháp BET
110
Bảng 3.18: Các thông số xác định lớp hoạt hoá từ phương pháp TPO-O 2 115
Bảng 3.19: Mức độ và tốc độ ăn mòn trung bình của các mẫu bột sắt tại
thời điểm t m và thời điểm 5; 10 ngày th nghiệm trong VMT21
119
Bảng 3.20: Hiệu suất bảo vệ ăn mòn đối với vật liệu kim loại sắt bột của
VMT nghèo ôxy tại thời điểm t m có mức ăn mòn diễn ra mạnh nhất
129
Bảng 3.21: Hiệu suất bảo vệ ăn mòn đối với vật liệu kim loại sắt bột của
VMT nghèo ôxy tại thời điểm 5 ngày th nghiệm
129
Bảng 3.22: Hiệu suất bảo vệ ăn mòn đối với vật liệu kim loại sắt bột của
VMT nghèo ôxy tại thời điểm 10 ngày th nghiệm
129
Bảng 3.23: Hiệu suất bảo vệ chống ăn mòn của VMT nghèo ôxy đối với
mẫu sắt bột N6 tính theo sự biến đổi M S trong 2 ngày th nghiệm
131
Bảng 3.24: Tốc độ ăn mòn kim loại sắt bột trong VMT th nghiệm tại
thời điểm t m ăn mòn xảy ra mạnh nhất và hiệu suất bảo vệ chống ăn mòn
133
viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Thứ tự h nh và chú thích Trang
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hóa hoà tan sắt trong dung dịch điện ly,
với chất ôxi hóa là H +

9
Hình 1.2: Một số dạng ăn mòn 10
Hình 1.3: Sơ đồ sự ăn mòn sắt trong khí quyển với sự kh của ôxy 14
Hình 1.4: Giản đồ E - pH của hệ Fe - H 2 O ở 25 o
C, P = 1atm 15
Hình 1.5: Sơ đồ pin ăn mòn của “ổ” sunphat trên bề mặt sắt 16
Hình 1.6: Sơ đồ diễn biến phản ứng ăn mòn của sắt trong khí quyển 18
Hình 1.7: Nano sắt tự bốc cháy trong không khí 26
Hình 2.1: Máy nghiền hành tinh và sự chuyển động của cối, bi nghiền 39
Hình 2.2: Sơ đồ các bước nghiền cơ chế tạo bột sắt 39
Hình 2.3: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu N1: không ủ nhiệt (a); sau khi ủ 2 giờ ở
nhiệt độ 350 o
C trong môi trường khí Ar
45
Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm sự ôxi hoá bột sắt theo phương pháp khối lượng 47
Hình 2.5: Nhiễu xạ tia X bởi hai mặt phẳng nguyên t 54
Hình 2.6: Dạng đường hấp phụ-giải hấp 57
Hình 2.7: Dạng đường thẳng BET 57
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý phương pháp TPO/R 60
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống quang học trong thiết bị đo DLS 61
Hình 2.10: Mô hình cấu tạo vi môi trường kín khí thể tích 100 lít 62
Hình 2.11: Nhiệt độ của môi trường khí quyển và VMT th nghiệm 63
Hình 2.12: Biến thiên [O 2 ] và độ ẩm của VMT th nghiệm 63
Hình 2.13: Hệ thống thiết bị đo nồng độ ôxy không khí 64
Hình 2.14: Các bước tiến hành nghiên cứu ăn mòn bột sắt trong VMT 66
Hình 3.1: Phân bố kích thước hạt của sản phẩm bột sắt điện phân N0 68
Hình 3.2: Ảnh SEM của mẫu N0 (thanh tỉ lệ trên hình là 100 µm) 68
Hình 3.3: Giản đồ XRD của mẫu N0 chế tạo từ phương pháp điện phân 68
Hình 3.4: Đường cong từ trễ đặc trưng của mẫu bột sắt điện phân N0 69
Hình 3.5: Đường thẳng BET của mẫu bột sắt N0 69
Hình 3.6: Phổ EDX của bột sắt N0 (a) và sản phẩm nghiền 30 giờ (b) 70
Hình 3.7: Hình thái bề mặt bột của mẫu N0 (a) và N1(b) 71
Hình 3.8: Ảnh FE-SEM của các mẫu bột sắt nghiền bi năng lượng cao 71
Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột sắt sản phẩm nghiền 72
Hình 3.10: Kích thước tinh thể của bột sắt biến đổi theo thời gian nghiền 73 ix

Hình 3.11: Phân bố kích thước hạt của các mẫu N0, N1, N2 (a) và N3, N4, N5, N6
(b) theo phương pháp tán xạ laze trong dung môi axêtôn khan
73
Hình 3.12: Kích thước trung bình D DLS thực nghiệm (a), đồ thị làm khớp (b) diện tích
bề mặt riêng S s (c) của các mẫu bột sắt biến thiên theo thời gian nghiền
75
Hình 3.13: Phân bố kích thước hạt mẫu N6 theo phương pháp DLS khô 76
Hình 3.14: Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến P max (a) và D Pmax (b) 77
Hình 3.15: Diện tích bề mặt riêng tổng và rỗ xốp phụ thuộc thời gian nghiền 77
Hình 3.16: Sự biến đổi kích thước và thể tích vi lỗ xốp theo thời gian nghiền 78
Hình 3.17: Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến diện tích bề mặt riêng S s và kích
thước hạt trung bình D BET
78
Hình 3.18: Đường cong từ trễ M(H) của các mẫu có thời gian nghiền khác nhau 80
Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến từ độ bão hòa của các mẫu 80
Hình 3.20: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến M S và H C của bột sắt nghiền 81
Hình 3.21: Biến đổi lực kháng từ H c của mẫu bột sắt theo thời gian nghiền 81
Hình 3.22: Phổ TPR-H 2 điển hình của mẫu bột sắt 5 giờ nghiền (N3) 84
Hình 3.23: Lượng H 2 tiêu tốn phân bố theo các nhiệt độ trong quá trình kh (a) và
mức độ kh tương ứng (b) của mẫu 310 nm (N3)
84
Hình 3.24: Phổ TPR-H 2 của các mẫu bột sắt: N0 (1); N3 (2) và N6 (3) 85
Hình 3.25: Phổ TPO-O 2 của các mẫu bột sắt N0 (a); N1 (b); N3 (c) và N6 (d) 86
Hình 3.26: Phổ TPO-O 2 của mẫu bột sắt 161 m (N0) được phân tích thành các giai
đoạn ôxi hoá trung gian bằng phần mềm của phương pháp
88
Hình 3.27: Lượng O 2 tiêu tốn phân bố theo các khoảng nhiệt độ trong quá trình ôxi
hóa (a) và mức độ ôxi hóa tương ứng (b) của bột sắt mẫu N0
88
Hình 3.28: Phổ DTA (1), TGA (2) của mẫu bột sắt 161 m được phân tích trong
môi trường không khí
90
Hình 3.29: Ảnh SEM của mẫu bột sắt N0 161 m ban đầu (a) và sau 35 ngày (b)
phơi trong VMT21 (21% O 2 , R H = 75%, RT, P kq )
96
Hình 3.30: Ảnh TEM của mẫu bột sắt N6: Ban đầu khi chưa bị ôxi hóa (a), sau
01 ngày (b) và sau 26 ngày (c) phơi trong VMT21
96
Hình 3.31: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bột sắt N6 trước (a) và sau khi phơi 48
giờ (b) trong VMT21
97
Hình 3.32: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bột sắt N6 (N6) phơi trong VMT21 sau 8
ngày (N6-8) và 35 ngày (N6-35)
97
Hình 3.33: Phổ EDX của mẫu 310 nm trước khi th nghiệm (a) và sau 2 ngày
(b); 35 ngày (c) th nghiệm trong VMT21
98
Hình 3.34: Phổ TGA và DTA của mẫu N0 sau 75 ngày th nghiệm 99
Hình 3.35: Phổ TGA và DTA của mẫu N1 sau 75 ngày th nghiệm 99
Hình 3.36: Phổ TGA và DTA của mẫu N3 sau 75 ngày th nghiệm 99 x

Hình 3.37: Phổ TGA và DTA của mẫu N4 sau 75 ngày th nghiệm 99
Hình 3.38: Phổ TGA và DTA của mẫu N6 sau 75 ngày th nghiệm 100
Hình 3.39: Gia tăng khối lượng mẫu theo thời gian th nghiệm 101
Hình 3.40: Lượng sắt bị ôxi hoá theo thời gian th nghiệm trong VMT21 101
Hình 3.41: Tốc độ ăn mòn bột sắt theo thời gian th nghiệm trong VMT21 101
Hình 3.42: Tốc độ ăn mòn trung bình sắt bột trong VMT21 phụ thuộc vào diện tích
bề mặt riêng: toàn khoảng nghiên cứu (a); khoảng phụ thuộc tuyến tính (b)
102
Hình 3.43: Biến đổi hệ số k 3 của phương trình động học ăn mòn trung bình bột sắt
theo thời gian th nghiệm
103
Hình 3.44: Phổ nồng độ ôxy trong VMT th nghiệm khi phơi các mẫu bột sắt với tỉ lệ
khối lượng τ = 0,6 g/lít KK
103
Hình 3.45: Khối lượng ôxy trong VMT bị tiêu hao khi phơi các mẫu bột sắt với [O 2 ]
ban đầu 21%, tỉ lệ τ = 0,6 g/l KK
103
Hình 3.46: Giai đoạn đầu phổ khối lượng ôxy trong VMT bị tiêu hao khi th nghiệm
các mẫu bột sắt, với nồng độ ôxy ban đầu là 21%, τ = 0,6 g/lít KK
104
Hình 3.47: Tốc độ ăn mòn bột sắt trong VMT phụ thuộc vào thời gian th nghiệm
trong điều kiện có cùng tỉ lệ khối lượng bột sắt τ = 0,6 g/lít KK
104
Hình 3.48: Phổ [O 2 ] trong VMT khi phơi mẫu N6, tỉ lệ khối lượng/KK thay đổi 106
Hình 3.49: Lượng ôxy trong VMT bị kh khi phơi mẫu N6, tỉ lệ khối lượng thay đổi 106
Hình 3.50: Tốc độ kh và thời gian kh hoàn toàn ôxy của VMT bởi bột sắt cấp hạt
trung bình 104 nm theo tỉ lệ khối lượng sắt/thể tích KK
107
Hình 3.51: Tốc độ kh ôxy trong VMT của mẫu bột sắt cấp hạt 104 nm theo thời
gian th nghiệm với tỉ lệ khối lượng thay đổi
107
Hình 3.52: Đường cong từ trễ của mẫu N6 theo thời gian th nghiệm 108
Hình 3.53: Sự suy giảm từ độ bão hoà của mẫu theo thời gian th nghiệm 108
Hình 3.54: Phương pháp VSM xác định mức độ (a) và tốc độ (b) ôxi hoá bột sắt theo
thời gian th nghiệm
109
Hình 3.55: Đặc trưng hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt của mẫu N6, phơi trong
VMT21 với thời gian khác nhau
110
Hình 3.56: Đường thẳng BET của mẫu bột sắt N6, phơi trong VMT21 với thời
gian khác nhau
110
Hình 3.57: Sự gia tăng diện tích bề mặt của bột sắt N6 theo thời gian th nghiệm
trong VMT21
111
Hình 3.58: Biến đổi thể tích lỗ xốp của mẫu N6 theo thời gian th nghiệm trong
VMT21
111
Hình 3.59: Động học ăn mòn bột sắt theo sự gia tăng diện tích bề mặt riêng của
mẫu bột sắt N6 theo thời gian th nghiệm
113
Hình 3.60: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ ôxi hóa của các mẫu N0, N1, N3 và
N6.
113 xi

Hình 3.61: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến nhiệt độ mẫu bị ôxi hóa hoàn toàn (a)
và mẫu bị ôxi hóa mạnh nhất (b)
115
Hình 3.62: Giản đồ XRD của mẫu N6: ban đầu (a) và sau 48 giờ th nghiệm
trong các VMT nghèo ôxy
118
Hình 3.63: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bột sắt N6 sau khi phơi 8 ngày trong
các VMT có nồng độ ôxy khác nhau
118
Hình 3.64: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bột sắt N6 sau khi phơi 35 ngày
trong VMT21 (N6-35).
119
Hình 3.65: Gia tăng khối lượng mẫu theo thời gian th nghiệm trong VMT15 120
Hình 3.66: Lượng sắt bị ôxi hoá theo thời gian th nghiệm trong VMT15 120
Hình 3.67: Tốc độ ăn mòn bột sắt theo thời gian th nghiệm trong VMT15 120
Hình 3.68: Gia tăng khối lượng mẫu theo thời gian th nghiệm trong VMT10 121
Hình 3.69: Lượng sắt bị ôxi hoá theo thời gian th nghiệm trong VMT10 121
Hình 3.70: Tốc độ ăn mòn bột sắt theo thời gian th nghiệm trong VMT10 121
Hình 3.71: Gia tăng khối lượng mẫu theo thời gian th nghiệm trong VMT5 122
Hình 3.72: Lượng sắt bị ôxi hoá theo thời gian th nghiệm trong VMT5 122
Hình 3.73: Tốc độ ăn mòn bột sắt theo thời gian th nghiệm trong VMT5 122
Hình 3.74: Gia tăng khối lượng mẫu theo thời gian th nghiệm trong VMT0 123
Hình 3.75: Lượng sắt bị ôxi hoá theo thời gian th nghiệm trong VMT0 123
Hình 3.76: Tốc độ ăn mòn bột sắt theo thời gian th nghiệm trong VMT0 123
Hình 3.77: Biến đổi khối lượng của mẫu bột sắt 310 nm khi th nghiệm trong
VMT 5% ôxy sau tăng lên 21% ôxy
123
Hình 3.78: Tốc độ ăn mòn bột sắt phụ thuộc vào [O 2 ] tại thời điểm t m 124
Hình 3.79: Tốc độ ăn mòn tại thời điểm t m của các mẫu bột sắt khi phơi trong
các VMT th nghiệm phụ thuộc vào diện tích bề mặt riêng
125
Hình 3.80: Hiệu suất bảo vệ bột sắt cấp hạt 104 nm của VMT nghèo ôxy 127
Hình 3.81: Hiệu suất bảo vệ bột sắt cấp hạt 220 nm của VMT nghèo ôxy 128
Hình 3.82: Hiệu suất bảo vệ bột sắt cấp hạt 310 nm của VMT nghèo ôxy 128
Hình 3.83: Hiệu suất bảo vệ bột sắt cấp hạt 700 nm của VMT nghèo ôxy 128
Hình 3.84: Hiệu suất bảo vệ bột sắt cấp hạt 161 µm của VMT nghèo ôxy 128
Hình 3.85: Đường cong từ trễ của mẫu N6 sau 48 giờ phơi trong các VMT0;
VMT5; VMT10; VMT15 và VMT21
130
Hình 3.86: M S của mẫu N6 sau 48 h phơi phụ thuộc vào [O 2 ] trong VMT 130
Hình 3.87: Hiệu suất bảo vệ chống ăn mòn bột sắt N6 phụ thuộc mức độ nghèo
ôxy của VMT trong thời gian 2 ngày đầu th nghiệm (theo VSM)
132 1


MỞ ĐẦU
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, gió mùa và có đường bờ
biển kéo dài, các yếu tố đó đã gây nên những tác động rất lớn đến sự ăn mòn, phá
hủy các kim loại, cũng như đặt ra vấn đề lớn đối với bảo quản lương thực, thực
phẩm, quân trang, quân dụng, máy móc, vũ khí trang thiết bị, vật liệu và các công
trình kết cấu từ kim loại. Trên thế giới, thiệt hại do ăn mòn kim loại hàng năm rất
lớn, chiếm 10 % tổng sản lượng kim loại được sản xuất ra trong năm [57]. Đối với
những nước công nghiệp, tổng thiệt hại do ăn mòn gây ra chiếm 4 - 6 % thu nhập
quốc dân. Ngoài ra, ăn mòn kim loại cũng có tác động nguy hiểm làm tăng ô
nhiễm môi trường và trong nhiều trường hợp là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến mất
an toàn lao động. Nghiên cứu về ăn mòn kim loại để tìm ra các biện pháp bảo vệ, cũng
như để chống lại quá trình ăn mòn kim loại là cần thiết. Đây là một trong các vấn đề
đang được quan tâm nhất hiện nay.
Bột sắt siêu mịn đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều ngành kinh tế,
lĩnh vực của đời sống và sản xuất, như trong công nghệ luyện kim bột chế tạo thiết
bị bằng thiêu kết; chế tạo bột mài, bột hàn; chế tạo các sản phẩm từ mềm; chế tạo
các loại sơn từ tính, các sản phẩm muối sắt và rất nhiều các ứng dụng trong lĩnh
vực hoá học; hay trong lĩnh vực in ấn . đặc biệt là chế tạo chất kh ôxy và ứng
dụng để x lý ô nhiễm môi trường. Tuỳ từng mục đích s dụng mà người ta dùng
các dạng bột sắt với kích thước hạt khác nhau, từ macro, micro đến nanomét.
Bột sắt được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp
khác nhau có thể tạo ra sản phẩm bột sắt có kích thước hạt giống nhau, tuy nhiên
các tính chất khác của bột như bề mặt riêng, độ xốp, thành phần . lại khác nhau,
vì vậy hoạt tính bề mặt của bột sắt hoàn toàn khác nhau. Trong quá trình chế tạo,
bảo quản và s dụng thì bột sắt vẫn bị ôxi hoá ở mức độ nào đó ngoài mong muốn
bởi ôxy không khí và khi kích thước hạt càng mịn thì khả năng bột sắt bị ôxi hoá
càng lớn kể cả trong điều kiện có môi trường bảo vệ. Bởi vì trên thực tế không thể
đảm bảo được nồng độ ôxy đạt mức không tuyệt đối, mà vẫn ở nồng độ nào đó, do
vậy mà bột sắt vẫn sẽ bị ôxi hoá. Kết quả là hàm lượng sắt hoá trị không (Fe
0
)
giảm xuống, đồng nghĩa với chất lượng bột sắt bị giảm đi, thành phần của bột sắt 2


thay đổi. Điều này sẽ làm giảm hiệu quả s dụng bột sắt và ảnh hưởng đến quá
trình công nghệ cũng như chất lượng của sản phẩm tạo thành từ bột sắt, nhất là đối
với bột sắt có kích thước hạt siêu mịn và đặc biệt là nano sắt.
Người ta có thể chế tạo được bột sắt có chất lượng cao, với hàm lượng Fe
0

lớn, nhưng làm sao có thể bảo vệ bột sắt để duy trì chất lượng cao đó đến khi s
dụng mà vẫn giữ được hoạt tính bề mặt của bột sắt và không làm ảnh hưởng đến
quá trình công nghệ chế tạo s dụng nguyên liệu sắt bột hoặc nâng cao hiệu quả
ứng dụng bột sắt là vấn đề lớn đặt ra. Bởi ảnh hưởng của môi trường bảo vệ như
trong trường hợp bảo vệ bột sắt bằng chất ức chế, dung môi, dầu mỡ .làm độ hoạt
hoá bề mặt giảm xuống.
Cho đến nay, ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ
kim loại nói chung, tuy vậy vấn đề ăn mòn và bảo vệ sắt bột còn ít được quan tâm
nghiên cứu, đặc biệt là đối với bột sắt siêu mịn. Mặt khác, nhiều loại hình, phương
pháp bảo vệ kim loại nhằm làm giảm tốc độ ăn mòn, như sơn phủ cách li; s dụng
chất ức chế, dung môi; bảo vệ điện hóa; khống chế độ ẩm của môi trường . đã
được nghiên cứu và ứng dụng. Tuy thế, phương pháp loại bỏ trực tiếp ôxy, làm
nghèo thành phần ôxy trong môi trường để tạo ra môi trường bảo vệ lý tưởng
chống ôxi hoá nói chung và chống ăn mòn kim loại nói riêng mới chỉ bắt đầu
được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam trong vài năm trở lại đây, trước hết cho
bảo quản chống ôxi hóa thóc, gạo dự trữ. Đây là kết quả nghiên cứu khai thác, ứng
dụng hiện tượng ăn mòn kim loại theo hướng ngược lại của nhóm nghiên cứu của
chúng tôi tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Cụ thể là sự ăn mòn kim loại trước đây được
xem là hiện tượng có hại, thì nay trở thành quá trình tích cực, có lợi để chế tạo
chất kh ôxy (mà bột sắt là một thành phần chủ yếu) nhằm tạo ra và duy trì môi
trường bảo quản nghèo ôxy.
Trong thực tế, người ta có thể đóng gói kín bột sắt trong bao bì, hoặc bảo
quản bột sắt trong chân không, hay trong môi trường khí trơ, những cách đó thực
chất cũng là bảo vệ bột sắt trong môi trường nghèo ôxy. Tuy vậy, để hiểu rõ và
đánh giá động học quá trình ôxi hoá bột sắt siêu mịn xảy ra trong môi trường
nghèo ôxy, luận án đã lựa chọn đề tài nghiên cứu với tiêu đề “Nghiên cứu bảo vệ 3


bột sắt siêu mịn trong môi trường nghèo ôxy”, với nội dung và nhiệm vụ chủ yếu
là chế tạo và nghiên cứu sự ôxi hoá của bột sắt kích thước hạt siêu mịn trong các
vi môi trường (VMT) có nồng độ ôxy khác nhau, còn các điều kiện vi khí hậu khác
của môi trường luôn được duy trì giống như trong môi trường khí quyển tự nhiên.
Môi trường nghèo ôxy nói trên được tạo ra bằng cách s dụng chất kh ôxy sẵn
có tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Đây là môi trường bảo vệ được tạo ra khá đơn
giản, tiện lợi, lại gần gũi nhất với thực tế bảo quản và s dụng bột sắt.
Mục tiêu của luận án:
Trên thực tế, để có những mẫu bột sắt kích thước hạt siêu mịn khác nhau
hoàn toàn có thể đặt mua trên thị trường bởi hiện nay có rất nhiều hãng cung cấp
bột sắt. Tuy nhiên, giá bán của bột sắt thương mại cao, mà chất lượng không đảm
bảo, thành phần khó kiểm soát. Sự ôxi hoá của bột sắt hay khả năng hấp thu ôxy
phụ thuộc vào hàm lượng sắt hoá trị không (Fe
0
) trong mẫu. Nếu s dụng bột sắt
thương mại thì vẫn phải xác định lại hàm lượng Fe
0
của nó vì chưa biết bột sắt đó
được bảo quản như thế nào và trong quá trình chế tạo, bảo quản thì nó đã bị ôxi
hoá bao nhiêu phần trăm. Sản phẩm thương mại có thể đáp ứng được yêu cầu của
hệ mẫu nghiên cứu về cấp hạt, song các mẫu bột sắt đó không có cùng hệ tính chất
tương đồng, đặc biệt là độ hoạt tính bề mặt và hàm lượng Fe
0 (đối với sản phẩm
thương mại Fe
0
chiếm khoảng 80% (20% ôxit) [85]). Do đó, mục tiêu trước tiên là
chế tạo được hệ mẫu bột sắt để dùng cho nghiên cứu ôxi hoá có dải kích thước hạt
trung bình từ micro đến siêu mịn, đáp ứng được các yêu cầu về cấp hạt, độ hoạt
tính bề mặt, diện tích bề mặt riêng, độ xốp và đặc biệt là thành phần Fe
0
trong mẫu
phải được kiểm soát. Vì vậy, cần phải khảo sát xác định các tính chất đặc trưng
của hệ mẫu bột sắt đã chế tạo, và nghiên cứu xác định sự biến đổi một số tính chất
như: từ tính, diện tích bề mặt riêng, độ xốp và khả năng tác dụng với ôxy không
khí của các mẫu bột sắt đó. Đồng thời xác định động học quá trình ôxi hoá của các
mẫu bột sắt đã chế tạo được khi th nghiệm chúng trong các môi trường có mức
độ nghèo ôxy khác nhau so với môi trường khí quyển bình thường (có nồng độ
ôxy 21 %). Đề tài nghiên cứu của luận án đặt ra mục tiêu tìm được mối liên hệ
giữa kích thước hạt, nồng độ ôxy của môi trường với sự ôxi hoá bột sắt, từ đó xác 4


định được mức độ (hiệu suất) bảo vệ bột sắt siêu mịn của môi trường nghèo ôxy
thông qua tốc độ ăn mòn của chúng, và định hướng ứng dụng sự ôxi hoá bột sắt
siêu mịn làm chất kh ôxy dùng trong bảo quản nghèo ôxy và x lí môi trường.
Đối tượng nghiên cứu của luận án:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là sắt bột siêu mịn tự chế tạo với kích
thước hạt từ micro đến nanomét. Trong đó, bột sắt kích thước hạt trung bình 161
m được chế tạo bằng phương pháp điện phân áp dòng, sau đó nghiền bi năng
lượng cao chế tạo bột sắt siêu mịn với kích thước hạt trung bình từ 104 đến 700
nm. Sau đó nghiên cứu sự ôxi hoá của bột sắt nói trên trong môi trường có các
mức nồng độ ôxy là 21; 15; 10; 5 hoặc dưới 0,1 % và độ ẩm 75 %; nhiệt độ phòng
và áp suất khí quyển. Môi trường nghèo ôxy được tạo ra và duy trì bởi chất kh
ôxy không khí sẵn có, với tên gọi là Focoar 9 do Viện Kỹ thuật nhiệt đới chế tạo.
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu được s dụng trong quá trình thực hiện luận án là
phương pháp thực nghiệm. Phương pháp chế tạo bột sắt là phương pháp điện phân
áp dòng và nghiền cơ năng lượng cao. Các phương pháp vật lý và hoá lý được áp
dụng để phân tích các tính chất của bột sắt như hiển vi điện t quét (SEM); tán sắc
năng lượng tia X (EDX); nhiễu xạ tia X (XRD); từ kế mẫu rung (VSM); hấp phụ -
giải hấp đẳng nhiệt (BET); ôxi hoá/kh bằng ôxy/hiđrô được chương trình hoá
nhiệt độ (TPO-O 2 /TPR-H 2 ); nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA & TGA). Các
phương pháp đánh giá hao hụt sắt được s dụng đó là phương pháp khối lượng và
phương pháp thể tích (quan trắc nồng độ khí ôxy trong vi môi trường kín khí).
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Luận án nghiên cứu vấn đề ăn mòn và bảo vệ, chống ôxi hoá cho hệ mẫu bột
sắt có kích thước hạt siêu mịn khác nhau đến nanomét tự chế tạo trong điều kiện
môi trường không khí bị giới hạn thành phần cấu t O 2 bằng chất kh ôxy sẵn có.
Về mặt khoa học, đề tài đã làm sáng tỏ sự ảnh hưởng của kích thước hạt và
nồng độ ôxy của môi trường đến quá trình ôxi hoá bột sắt nhằm hoàn thiện, bổ
sung vào hệ thống khoa học nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ kim loại, đối với kim
loại bột đặc biệt là đối với bột sắt có kích thước hạt siêu mịn đến nanomét, làm cơ 5


sở khoa học và góp phần hỗ trợ tích cực cho hướng nghiên cứu ứng dụng bột sắt
hiện đang diễn ra khá sôi động ở trong nước và trên thế giới. Ngoài ra, đề tài
nghiên cứu của luận án còn xác định được một số các điều kiện tối ưu hoá (thời
gian nghiền hiệu quả) trong quy trình công nghệ của phương pháp nghiền bi năng
lượng cao s dụng thiết bị nghiền hành tinh Fritsch P-6 để chế tạo bột sắt với kích
thước hạt định trước đến nanomét, thông qua khảo sát các tính chất đặc trưng của
bột sắt chế tạo theo thời gian nghiền.
Đề tài nghiên cứu của luận án có ý nghĩa thực tiễn nhằm nâng cao hiệu quả
s dụng bột sắt siêu mịn kích thước hạt đến nanomét trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt
là ứng dụng bột sắt chế tạo chất kh ôxy dùng trong bảo quản kín khí nghèo ôxy
và có thể x lý, khắc phục rất nhiều tác nhân gây ô nhiễm môi trường hiện nay.
Các kết quả chính của luận án đã được công bố một phần trong 12 công trình
khoa học bao gồm các bài báo được đăng tải trên tạp chí và các báo cáo khoa học
tại các hội nghị khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế. Trong đó, có 07
công trình liên quan trực tiếp đến luận án (có 01 bài báo đăng trên Tạp chí
Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology) và 05 công
trình khác có liên quan.
Bố cục của luận án:
Luận án được trình bày trong 150 trang, bao gồm 108 hình vẽ, đồ thị và 30
bảng số liệu, bố cục thành 03 chương nội dung, cùng với các phần Mở đầu, Kết
luận, Danh mục các công trình đã công bố và Tài liệu tham khảo. Cụ thể, chương
1 trình bày tổng quan và lý thuyết về ăn mòn sắt, bảo vệ sắt chống ôxi hoá trong
khí quyển và ứng dụng bột sắt; chương 2 trình bày thực nghiệm quá trình ôxi hoá
bột sắt và các phương pháp nghiên cứu mà luận án s dụng; chương 3 trình bày
các kết quả và bàn luận về chế tạo bột sắt kích thước hạt siêu mịn, khảo sát các
tính chất của nó; và những kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của kích thước hạt và
nồng độ ôxy đến quá trình ôxi hoá bột sắt siêu mịn đã chế tạo; các kết quả đánh
giá về hiệu suất bảo vệ bột sắt siêu mịn của môi trường nghèo ôxy và định hướng
ứng dụng bột sắt siêu mịn chế tạo được.
6


CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN SẮT VÀ BẢO QUẢN
CHỐNG ÔXI HO SẮT TRONG KHÍ QUYỂN
1.1. Ăn mòn kim loại
1.1.1. Khái niệm ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại theo quan điểm gây hại được định nghĩa là quá trình làm giảm
chất lượng và tính chất của kim loại do sự tương tác của chúng với môi trường xâm
thực gây ra [1].
Song cũng cần phải lưu ý rằng đôi khi hiện tượng ăn mòn lại có tác dụng tích
cực. Ví dụ, sự ôxi hoá nhôm tạo ra bề mặt có lớp ôxit nhôm bền vững chống lại sự ăn
mòn nhôm tiếp theo do môi trường gây ra, hoặc sự ôxi hoá nhôm còn có thể góp
phần làm thay đổi màu trang trí cho sản phẩm. Việc x lý bề mặt kim loại bằng
phương pháp hoá học hoặc điện hoá làm tăng độ bóng của sản phẩm thường gắn liền
với sự ôxi hóa. Trong điều kiện đó thì có thể dùng định nghĩa ăn mòn kim loại như
sau: Ăn mòn kim loại là một phản ứng không thuận nghịch xảy ra trên bề mặt giới
hạn giữa vật liệu kim loại và môi trường xâm thực làm mất đi hoặc tạo ra một thành
phần nào đó trên bề mặt kim loại tùy theo điều kiện môi trường [1].
Nếu xem hiện tượng ăn mòn kim loại xảy ra theo cơ chế điện hoá thì sự ăn mòn
kim loại lại có thể định nghĩa như sau: Ăn mòn kim loại là quá trình ôxi hoá xảy ra
trên mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và môi trường chất điện ly, chuyển hóa kim
loại thành ion, đồng thời kèm theo phản ứng kh và làm phát sinh dòng điện [1].
Tuy nhiên các định nghĩa trên đều chưa bao hàm những tác động vật lý – sinh
học đến ăn mòn kim loại, như ứng suất, nhiệt độ, hàu hà, rêu mốc . Như vậy, ăn mòn
kim loại là một quá trình phức tạp, xảy ra khá phổ biến trong thực tế. Về thực chất có
thể hiểu một cách đơn giản đó là ăn mòn kim loại là phản ứng lý hóa của kim loại với
môi trường [2].
1.1.2. Phân loại ăn mòn kim loại
Theo định nghĩa về ăn mòn ta có thể biểu diễn quá trình ăn mòn kim loại trong
khí quyển như sau: