Hiện tượng ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là một trong những nguyên nhân gây hư hỏng kim loại phổ biến nhưng lại dễ bị bỏ qua trong cơ khí chế tạo và lắp ráp. Hiện tượng này thường xảy ra âm thầm tại các mối ghép kim loại khác loại, dẫn đến suy giảm độ bền, mất an toàn kết cấu và tăng chi phí bảo trì nếu không được nhận diện và xử lý đúng cách.
Trong thực tế, nhiều chi tiết không hỏng do quá tải mà do ăn mòn điện hóa kéo dài trong quá trình làm việc.
1. Ăn mòn điện hóa là gì
Ăn mòn điện hóa là quá trình phá hủy kim loại xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau trong môi trường có chất điện ly, chẳng hạn như nước, hơi ẩm, dung dịch muối hoặc môi trường ẩm công nghiệp.
Khi đó, giữa hai kim loại hình thành một pin điện hóa. Kim loại có thế điện cực thấp hơn đóng vai trò là cực dương và bị ăn mòn trước, trong khi kim loại còn lại là cực âm và được bảo vệ.
Quá trình này không cần nguồn điện bên ngoài mà tự xảy ra do chênh lệch tính chất điện hóa của vật liệu.
2. Điều kiện hình thành ăn mòn điện hóa
Hiện tượng ăn mòn điện hóa chỉ xảy ra khi đồng thời tồn tại đầy đủ các điều kiện sau:
-
Có ít nhất hai kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp
-
Có môi trường dẫn điện như nước, độ ẩm, dung dịch muối
-
Có sự chênh lệch thế điện cực giữa hai kim loại
Nếu thiếu một trong ba điều kiện trên, ăn mòn điện hóa sẽ không xảy ra hoặc xảy ra rất chậm.
3. Cơ chế phá hủy kim loại
Trong cặp kim loại tiếp xúc, kim loại kém bền hơn về mặt điện hóa sẽ bị hòa tan dần vào môi trường. Quá trình này làm bề mặt kim loại bị rỗ, mỏng đi và mất dần khả năng chịu lực.
Ăn mòn thường xảy ra cục bộ, tập trung tại vùng tiếp xúc hoặc khe hở, nên rất khó phát hiện ở giai đoạn đầu. Khi biểu hiện ra ngoài, chi tiết thường đã bị suy yếu đáng kể.
Trong các mối ghép cơ khí, hiện tượng này dễ dẫn đến:
-
Giảm lực kẹp của bulong
-
Lỏng mối ghép
-
Gãy bulong hoặc hư hỏng chi tiết liên kết
4. Ví dụ thường gặp trong cơ khí
Ăn mòn điện hóa xuất hiện nhiều trong các trường hợp lắp ghép vật liệu khác loại, chẳng hạn như:
-
Bulong thép carbon lắp vào chi tiết inox
-
Bulong inox lắp vào kết cấu thép thường
-
Nhôm tiếp xúc trực tiếp với thép trong môi trường ẩm
-
Chi tiết kim loại lắp ngoài trời hoặc gần biển
Trong các trường hợp này, kim loại yếu hơn về điện hóa sẽ bị ăn mòn nhanh hơn bình thường.
5. Ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ thiết bị
Ăn mòn điện hóa làm giảm tiết diện chịu lực của kim loại, gây mất ổn định mối ghép và tăng nguy cơ hư hỏng đột ngột. Đặc biệt nguy hiểm khi xảy ra tại các vị trí chịu tải hoặc rung động liên tục.
Ngoài hư hỏng cơ học, hiện tượng này còn làm:
-
Khó tháo lắp do kẹt ren
-
Tăng chi phí sửa chữa và thay thế
-
Giảm tuổi thọ tổng thể của thiết bị
6. Các biện pháp hạn chế ăn mòn điện hóa
Để hạn chế ăn mòn điện hóa, cần tác động vào một hoặc nhiều điều kiện hình thành của hiện tượng.
Các biện pháp thường áp dụng gồm:
-
Tránh tiếp xúc trực tiếp giữa các kim loại có chênh lệch điện hóa lớn
-
Sử dụng lớp cách điện, vòng đệm cách ly hoặc lớp phủ bề mặt
-
Mạ kẽm hoặc sơn phủ để ngăn môi trường điện ly tiếp xúc
-
Lựa chọn vật liệu phù hợp ngay từ khâu thiết kế
-
Kiểm soát độ ẩm và điều kiện môi trường làm việc
Trong nhiều trường hợp, chỉ cần thay đổi vật liệu bulong hoặc thêm lớp cách ly cũng có thể giảm đáng kể tốc độ ăn mòn.