Rỉ sét là 1 hiện tượng thường gặp đối với các vật dụng, thiết bị bằng sắt thép. Rỉ sét khiến bề mặt kim loại, vật dụng trở nên mềm yếu, dễ bong tróc, dễ vỡ vụn thành bột. Vì vậy, việc tìm hiểu nguyên nhân để và tìm phương án khắc phục là một việc rất quan trọng. Trong bài viết này, Qualitas DC sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các vấn đề này.
Rỉ sét là hiện tượng gì?
Rỉ sét là hiện tượng bề mặt sắt hình thành một lớp sơn màu nâu đỏ do tác động của không khí ẩm. Rỉ sét chính là kết quả của quá trình oxy hóa kim loại, là sự kết hợp giữa kim loại sắt với oxy trong không khí.
Gỉ sắt và thép là ví dụ phổ biến nhất của sự ăn mòn kim loại. Lớp rỉ này gây nhiều tác hại, giảm độ cứng của lớp kim loại. Các lớp rỉ sét qua ngày tháng bong dần ra làm cho lớp vật liệu bị mài mòn, thay đổi màu sắc, biến đổi tính chất.
Ví dụ: Những chiếc đinh sắt bị rỉ sét rất dễ bị gãy, tạo lỗ rỉ trên bề mặt vật liệu. Những mảnh sắt bị rỉ sẽ ở dạng kết cấu như bọt biển nên dễ dàng hấp thụ nước và nhanh chóng bị mục nát.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng rỉ sét là gì?
Hiện tượng rỉ sét là một quá trình tự nhiên xảy ra với kim loại chứa sắt. Các đồ dùng, thiết bị, máy móc thường được chế tạo từ sắt thép hoặc hợp kim có hàm lượng sắt cao nên ta không thể tránh được.
2.1. Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng rỉ sét
Có nhiều yếu tố góp phần hình thành rỉ sét, bao gồm độ ẩm trong không khí và độ pH của môi trường xung quanh. Sau đây là một vài trong số các yếu tố này:
- Độ ẩm: Sự sẵn có của nước trong môi trường xung quanh tạo nên sự ăn mòn bề mặt kim loại. Nguyên nhân phổ biến nhất của sự hình thành rỉ sét là tiếp xúc với nước mưa.
Cụ thể: Quá trình rỉ sét được diễn ra nhanh hơn nếu độ pH của môi trường xung quanh kim loại thấp (môi trường axit). Khi sắt tiếp xúc với mưa (thường có chứa) axit, bề mặt sắt sẽ bị rỉ nhanh hơn.
Hoặc do sự hiện diện của các loại muối khác nhau trong nước, sắt bị rỉ nhanh hơn. Nhiều ion trong nước đẩy nhanh quá trình rỉ sét thông qua quá trình điện hóa.
- Tạp chất: Khi so sánh với sắt có nhiều loại kim loại, sắt nguyên chất rỉ sét chậm hơn.
Ngoài ra, kích thước của đồ vật bằng sắt cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ rỉ sét của nó. Ví dụ, một vật thể bằng sắt khổng lồ có thể có những vết nứt nhỏ do quá trình luyện kim. Những lỗ hổng này tạo điều kiện cho các yếu tố từ môi trường tấn công kim loại.
2.2. Các phản ứng hóa học dẫn đến hiện tượng rỉ sét
Oxy là chất oxy hóa rất tốt, còn sắt là chất khử. Do đó, nguyên tử sắt dễ dàng nhường electron khi tiếp xúc với oxy. Quá trình oxy hóa của sắt có thể diễn ra qua các phản ứng sau:
Fe → Fe2+ + 2e–
Trạng thái oxy hóa của sắt được tăng thêm bởi nguyên tử oxy khi có nước:
4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2-
Bây giờ, các phản ứng axit-bazơ sau đây xảy ra giữa các cation sắt và các phân tử nước:
Fe2+ + 2H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H+
Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+
Các hydroxit của sắt cũng được hình thành từ phản ứng trực tiếp giữa các cation sắt và ion hydroxit.
O2 + H2O + 4e– → 4OH–
Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2
Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3
Các hydroxit tạo thành của sắt bây giờ trải qua quá trình khử nước để tạo ra các oxit sắt tạo nên rỉ sét. Quá trình này bao gồm nhiều phản ứng hóa học, một số trong đó được liệt kê dưới đây:
- Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
- 4Fe(OH)2 + O2 + xH2O → 2Fe2O3.(x+4)H2O
- Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
- FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O
Một điểm tương đồng giữa tất cả các phản ứng hóa học được liệt kê ở trên là tất cả chúng đều phụ thuộc vào sự có mặt của nước và oxy. Có thể thấy môi trường có nhiều hơi nước và nhiệt độ cao là điều kiện thuận lợi xảy ra quá trình oxi hóa.
Tác hại của rỉ sét là gì?
Rỉ sét gây nhiều tác hại với con người trong đời sống hay hoạt động sản xuất. Do cấu trúc của sắt oxit không bền vững nên nó làm cho bề mặt kim loại yếu hơn, kết cấu lỏng lẻo và dễ bị phá vỡ. Một số các tác hại của rỉ sét có thể kể đến như:
- Ở mức độ nhỏ như chiếc đinh bị gỉ sét sẽ không thể sử dụng được nữa. Nhưng với quy mô lớn hơn như các máy móc, công trình kiến trúc thì khi bị rỉ sét dễ dẫn đến sụp đổ, đứt gãy làm mất nhiều chi phí tu sửa và bảo dưỡng.
- Rỉ sét có thể tạo lỗ trên tấm kim loại.
- Rỉ sét làm giảm từ tính đi rất nhiều so với sắt. Một nam châm sắt có thể vẫn hoạt động gần như tốt khi nó có một lớp rỉ mỏng trên đó, nhưng nếu nó bị rỉ nặng đến mức hầu hết bề mặt kim loại biến mất, thì nó sẽ không hoạt động tốt như một nam châm bình thường.
- Rỉ sét là chất cách điện, nghĩa là nó không dẫn điện dễ dàng, không giống như sắt, là chất dẫn điện kim loại. Vì vậy, nếu một số kết nối điện được làm bằng sắt, nó có thể bị hỏng khi bề mặt sắt bị gỉ.
Các kim loại khác có xảy ra hiện tượng rỉ sét không?
Thường khi nói đến rỉ sét ta thường nghĩ ngay đó là hiện tượng của kim loại sắt. Mỗi kim loại có một số oxy hóa, mức độ hoạt động khác nhau. Cấu tạo lớp vỏ của sắt khiến nó có sự hoạt động hóa học khá mạnh nên trong điều kiện bình thường sắt rất dễ bị gỉ sét. Trong khi đó các kim loại khác như bạc, đồng, kẽm, nhôm, niken, crom… lại khó bị rỉ sét hơn, nhưng không phải là không bị.
>>> Xem thêm bài viết: Inox là gì? Inox có bị rỉ sét không? <<<
Một số biện pháp phòng tránh rỉ sét
Nước ta với khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều nên sắt để trong không khí rất dễ gặp rỉ sét. Do đó, rỉ sét có thể được kiểm soát bằng cách hạn chế lượng oxy và nước bao quanh kim loại. Để giảm hiện tượng rỉ sét ta có thể bảo vệ sắt theo 2 cách từ bên ngoài hoặc từ bên trong. Một số cách dưới đây giúp làm chậm cũng như hạn chế tình trạng rỉ sét xảy ra:
Sử dụng sản phẩm chuyển hóa rỉ sét COR H810
Chuyển hóa và chống gỉ sét COR H810 tác dụng cực tốt trên bề mặt kim loại bỉ gỉ sét. Với bề mặt gỉ sét, COR H810 thấm nhanh vào gỉ sét, cố định lớp gỉ sét về mặt hoá học và chuyển nó thành phức hợp hữu cơ dạng trơ và không hoà tan trong nước chỉ trong vài phút. Giảm chi phí xử lý bề mặt trước khi sơn. Phủ bề mặt kim loại lớp màu tím đen bền giúp bảo vệ trong thời gian dài lên đến 24 tháng. Sử dụng tiết kiệm vì 1 lít sản phẩm xử lý được 15m2 bề mặt. Chịu được nhiệt độ lên tới 250°C.
>>> Xem thêm sản phẩm Chuyển hóa và chống rỉ sét COR H810 <<<
Sử dụng các lớp phủ lên các bề mặt kim loại
Nhiều loại lớp phủ có thể được áp dụng cho bề mặt kim loại tiếp xúc để chống ăn mòn. Các ví dụ phổ biến về lớp phủ chống ăn mòn bao gồm sơn, băng sáp và vecni.
Các lớp sơn phủ bên ngoài như 1 lớp bảo vệ tránh cho sắt, thép tiếp xúc với không khí bên ngoài để hạn chế sự oxy hóa. Trong sơn này được trộn với các chất ức chế sự rỉ sét. Phương pháp này sử dụng rộng rãi ở các công trình sắt thép lớn như tàu thuyền, cầu cảng…
Các đồ vật nhỏ hơn có thể được phủ một lớp dầu thấm nước để ngăn chặn sự rỉ sét của thiết bị. Nhiều máy móc và dụng cụ công nghiệp làm bằng sắt được phủ một lớp mỡ bôi trơn kim loại để giảm ma sát và đồng thời ngăn ngừa rỉ sét. Tuy nhiên phương pháp này hiệu quả không đạt tuyệt đối.
Quét sơn để chống rỉ sét
Phương pháp mạ kẽm
Ngoài sử dụng sơn phủ thì có thể sử dụng 1 lớp kim loại khác bao phủ bên ngoài để bảo vệ sắt thép. Phương pháp phổ biến nhất là mạ kẽm. Kẽm thường được sử dụng vì chi phí rẻ và dễ dàng dính chặt vào thép.
Nhược điểm của mạ kẽm là nó chỉ bảo vệ chống ăn mòn trong một khoảng thời gian giới hạn do lớp kẽm bên ngoài sẽ bị ăn mòn trước. Vì vậy, nó vẫn không hiệu quả lắm ở những khu vực có tính ăn mòn cao.
Sử dụng vật liệu hợp kim chống rỉ
Trong chế tạo vật liệu thường sẽ pha thêm các chất vào sắt để tạo hợp kim chống gỉ, như là sắt pha với crom oxit, niken do tốc độ rỉ của hợp kim này chậm hơn so với sắt nguyên chất. Đồng thời vẫn cần kết hợp với các biện pháp bảo vệ như dùng sơn phủ chống rỉ để tránh phơi nhiễm hợp kim ra ngoài vì vật liệu vẫn tiếp tục bị rỉ.
Chế tạo hợp kim chống rỉ
Kiểm soát độ ẩm
Vì trong môi trường nhiều hơi nước và nhiệt độ sẽ khiến quá trình oxi hóa sắt tạo rỉ sét diễn ra nhanh hơn. Khi kiểm soát được độ ẩm có thể giúp làm chậm quá trình hình thành rỉ sắt. Do đó nên đặt các thiết bị, máy móc tại nơi thoáng mát, tránh độ ẩm cao, tránh xa nguồn nhiệt, ánh nắng mặt trời trực tiếp. Khi vận chuyển máy móc, thiết bị bằng đường biển trong các thùng chứa thường được bỏ thêm các gói silica gel để hút ẩm.
Qua bài viết trên đây, Qualitas DC đã giúp bạn đọc hiểu được rỉ sét là gì? Nguyên nhân, tác hại cũng như các biện pháp giúp phòng ngừa hiện tượng rỉ sét. Vì đây là hiện tượng tự nhiên không thể tránh khỏi nên vận dụng các biện pháp giúp làm chậm, hạn chế quá trình rỉ sét là giải pháp cần thiết và tối ưu hiện nay cho các vật dụng, dụng cụ, máy móc, thiết bị bằng sắt, kim loại.
