Chống oxy hóa và ăn mòn kim loại
Trong cơ khí chế tạo và sử dụng thiết bị kim loại, oxy hóa và ăn mòn là hai hiện tượng tất yếu xảy ra khi kim loại tiếp xúc với môi trường. Chúng không xuất hiện đột ngột mà phát triển dần theo thời gian, âm thầm làm suy giảm độ bền, độ chính xác và độ an toàn của chi tiết. Nếu không được kiểm soát, ăn mòn kim loại có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng dù tải trọng làm việc không vượt quá thiết kế ban đầu.
Vì vậy, chống oxy hóa và ăn mòn kim loại cần được xem là một phần của quá trình thiết kế, chế tạo, vận hành và bảo trì, chứ không chỉ là biện pháp xử lý bề mặt đơn lẻ.
1. Oxy hóa và ăn mòn kim loại là gì
Oxy hóa kim loại là phản ứng hóa học giữa kim loại và oxy trong không khí. Với các kim loại như thép hoặc gang, quá trình này diễn ra mạnh hơn khi có sự hiện diện của độ ẩm, dẫn đến hình thành gỉ sét.
Ăn mòn kim loại là khái niệm rộng hơn, bao gồm oxy hóa và các phản ứng hóa học hoặc điện hóa khác giữa kim loại với môi trường xung quanh như nước, muối, axit, kiềm hoặc hóa chất công nghiệp. Trong nhiều trường hợp, ăn mòn xảy ra dưới dạng cục bộ, khó phát hiện bằng mắt thường nhưng lại gây suy yếu nghiêm trọng kết cấu.
2. Tác động của oxy hóa và ăn mòn đến chi tiết kim loại
Khi kim loại bị oxy hóa và ăn mòn, lớp vật liệu bề mặt bị phá hủy dần, làm giảm tiết diện chịu lực. Các vết rỗ, vết nứt nhỏ do ăn mòn trở thành điểm tập trung ứng suất, dễ dẫn đến nứt gãy khi chi tiết chịu tải hoặc rung động.
Đối với các mối ghép, ăn mòn làm tăng độ rơ, giảm lực kẹp và ảnh hưởng đến độ chính xác lắp ráp. Trong hệ thống làm việc lâu dài, hiện tượng này làm giảm hiệu suất, tăng nguy cơ hư hỏng và phát sinh chi phí sửa chữa lớn.
3. Chống oxy hóa và ăn mòn bằng xử lý bề mặt kim loại
Một trong những cách phổ biến nhất để chống oxy hóa và ăn mòn kim loại là tạo lớp bảo vệ trên bề mặt nhằm hạn chế tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại và môi trường.
Các phương pháp thường được áp dụng gồm mạ kẽm, mạ niken, mạ crom hoặc các lớp phủ chuyển hóa như mạ đen, phốt phát hóa. Những lớp này có thể đóng vai trò là hàng rào vật lý hoặc lớp bảo vệ hy sinh, giúp làm chậm đáng kể quá trình ăn mòn kim loại nền.
Đối với các kết cấu lớn hoặc chi tiết không yêu cầu độ chính xác cao, sơn phủ là giải pháp hiệu quả và dễ áp dụng trong thực tế.
4. Chống ăn mòn thông qua lựa chọn vật liệu
Ngay từ giai đoạn thiết kế, việc lựa chọn vật liệu phù hợp có ảnh hưởng lớn đến khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Thép hợp kim, thép không gỉ hoặc các vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao giúp giảm mức độ phụ thuộc vào các biện pháp xử lý bề mặt bổ sung.
Trong nhiều ứng dụng công nghiệp, chi phí đầu tư ban đầu cho vật liệu tốt thường thấp hơn chi phí sửa chữa, thay thế và dừng máy do ăn mòn trong suốt vòng đời thiết bị.
5. Vai trò của môi trường làm việc và vận hành
Môi trường làm việc quyết định tốc độ oxy hóa và ăn mòn kim loại. Độ ẩm cao, sự hiện diện của muối, hóa chất hoặc nhiệt độ thay đổi liên tục đều thúc đẩy quá trình ăn mòn.
Do đó, ngoài xử lý bề mặt và lựa chọn vật liệu, việc kiểm soát môi trường vận hành như che chắn, thông gió, thoát nước và hạn chế đọng ẩm cũng là biện pháp chống ăn mòn hiệu quả trong thực tế.
6. Chống oxy hóa và ăn mòn trong bảo quản kim loại
Nhiều chi tiết kim loại bị ăn mòn ngay cả khi chưa đưa vào sử dụng. Nguyên nhân thường đến từ điều kiện bảo quản không phù hợp.
Các biện pháp thông dụng gồm bảo quản trong kho khô ráo, sử dụng dầu hoặc mỡ bảo quản, vật liệu hút ẩm, bao gói chống ẩm và kiểm tra định kỳ tình trạng bề mặt. Việc kiểm soát tốt giai đoạn này giúp hạn chế đáng kể hư hỏng trước khi chi tiết được lắp ráp hoặc đưa vào vận hành.