Cầu Cổng Vàng, cây cầu dây văng mang tính biểu tượng nối liền Vịnh San Francisco và Thái Bình Dương, là một ví dụ cực kỳ rõ ràng vì sao sự ăn mòn là một yếu tố tối quan trọng đối với kết cấu thép. Lớp phủ chống ăn mòn của cây cầu được tu sửa từ giữa những năm 60 và vẫn được bảo trì liên tục để bảo vệ cấu trúc của lớp chống ăn mòn. Theo Hiệp hội các nhà mạ kẽm Hoa Kỳ, nếu cấu trúc ban đầu của cầu Cổng Vàng được mạ kẽm nhúng nóng hoàn toàn, điều này sẽ dẫn đến chi phí xây dựng cao hơn 15% nhưng đồng thời sẽ tiết kiệm được khoảng 1 tỷ đô la cho việc bảo trì và sửa chữa tính đến thời điểm hiện tại.

Làm thế nào để chọn lớp bảo vệ chống ăn mòn phù hợp?  Rõ ràng, hiểu rõ cơ chế ăn mòn và áp dụng các biện pháp chống ăn mòn hiệu quả là yếu tố then chốt để bảo vệ tài sản kim loại và duy trì hiệu suất vận hành lâu dài.; tuy nhiên, việc đánh giá và lựa chọn vật liệu thích hợp không hề đơn giản. Có nhiều yếu tố cần được xem xét đến khi đánh giá sự ăn mòn: loại ăn mòn và phân loại liên quan, thông số môi trường và các cấp độ kháng ăn mòn. Chuỗi bài viết này nhằm nâng cao nhận thức tổng quát về ăn mòn, cách lựa chọn biện pháp bảo vệ phù hợp và cung cấp một số lời khuyên hữu ích.

Khái niệm cơ bản về ăn mòn

Ăn mòn là phản ứng hóa lý giữa kim loại và môi trường xung quanh, dẫn đến những thay đổi về tính chất và có thể làm suy giảm đáng kể chức năng của kim loại, môi trường hoặc hệ thống kỹ thuật mà chúng là một phần (xem ISO 8044: 2010).
Với các kim loại thường dùng trong kỹ thuật như thép carbon, thép không gỉ, kẽm, đồng và nhôm, quá trình ăn mòn điển hình có thể được xem là phản ứng ngược lại về mặt nhiệt động học của quá trình khai thác kim loại.

Hiểu về các loại ăn mòn khác nhau

Ăn mòn đồng đều dạng ăn mòn phổ biến nhất, tốc độ ăn mòn trên bề mặt kim loại là như nhau (ví dụ như rỉ sét đỏ trên thép). Mức độ ăn mòn có thể đước ước lượng khá chính xác. Tốc độ ăn mòn được tính bằng micromet mỗi năm (μm/năm). Dựa vào các giá trị trung bình này, có thể tính toán tuổi thọ của chi tiết và từ đó kéo dài tuổi thọ bằng cách tăng độ dày vật liệu. 

Ăn mòn rỗ là dạng ăn mòn cục bộ, tạo ra các lỗ nhỏ hoặc “rỗ” trên bề mặt kim loại. Các lỗ này phát triển nhanh theo chiều sâu trong khi phần còn lại của bề mặt vẫn nguyên vẹn. Quá trình ăn mòn bắt đầu khi lớp thụ động bị phá vỡ cục bộ. Thép không gỉ và các kim loại thụ động khác như nhôm và hợp kim của chúng đặc biệt dễ bị ăn mòn rỗ.





Nứt do hydro gây ra là hiện tượng ăn mòn kết hợp với biến dạng cơ học của kim loại do ứng suất bên ngoài hoặc ứng suất dư. Đây là quá trình ăn mòn tổng hợp giữa cơ học và điện hóa, dẫn đến sự nứt vỡ của một số vật liệu. Ngay cả ứng suất nội tại cũng có thể đủ lớn để gây rbởi clorua hoặc sự hình thành hydro trong quá trình ăn mòn (H induced SCC). Một nguồn hydro nguy hiểm là sự ăn mòn của lớp phủ kẽm. Điều này giới hạn việc sử dụng các sản phẩm cường độ cao được mạ kẽm trong môi trường khô trong nhà.


Nứt do ứng suất ăn mòn có thể được gây ra bởi clorua hoặc sự hình thành hydro trong quá trình ăn mòn (H induced SCC). Một nguồn hydro nguy hiểm là sự ăn mòn của lớp phủ kẽm. Điều này giới hạn việc sử dụng các sản phẩm cường độ cao được mạ kẽm trong môi trường khô trong nhà.



Ăn mòn khe hở là dạng ăn mòn cục bộ xảy ra trong các khe hở giữa hai bề mặt – có thể là cùng kim loại, khác kim loại hoặc giữa kim loại và phi kim loại. Nguyên nhân là do sự hạn chế tiếp xúc với oxy trong vùng khe, dẫn đến sự chênh lệch nồng độ oxy hòa tan.





Ăn mòn lưỡng kim (điện, tiếp xúc) xảy ra khi hai kim loại khác nhau có kết nối dẫn điện và cùng tiếp xúc với chất điện phân ăn mòn. Thông thường, kim loại kém bền hơn sẽ bị hòa tan, trong khi kim loại bền hơn không bị ăn mòn. Ví dụ tích cực là cách kẽm bảo vệ thép carbon và thép hợp kim thấp: kẽm là kim loại kém bền hơn, sẽ bị ăn mòn để bảo vệ thép.

Tại sao đánh giá ăn mòn lại quan trọng?

Việc lựa chọn biện pháp bảo vệ ăn mòn phù hợp ngay từ đầu là rất quan trọng, vì lựa chọn sai có thể dẫn đến tuổi thọ ngắn, chi phí sửa chữa cao hoặc thậm chí là hư hỏng nghiêm trọng.

Bảo vệ chống ăn mòn để đảm bảo tuổi thọ và tiết kiệm chi phí

Ăn mòn là một quá trình tự nhiên phổ biến. Hầu hết chúng ta đều quen thuộc với hiện tượng gỉ sắt trong đời sống hàng ngày. Ăn mòn gây ra tác động kinh tế lớn – khoảng 1/5 sản lượng thép toàn cầu hàng năm được dùng để thay thế các bộ phận bị ăn mòn.

Mặc dù chi phí ban đầu có thể cao hơn, nhưng việc bảo vệ ăn mòn đúng cách và hiệu quả ngay từ đầu sẽ giúp tiết kiệm chi phí và tài nguyên về lâu dài.

Việc bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn là điều bắt buộc để đảm bảo và kéo dài tuổi thọ của vật liệu và ứng dụng tổng thể. Các yếu tố như điều kiện môi trường, oxy hóa, mài mòn và nhiều hiện tượng khác có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của công trình, nhưng nếu được bảo vệ đúng cách, tuổi thọ có thể được đảm bảo và kéo dài – từ đó tránh phát sinh chi phí sửa chữa hoặc thay thế.