Ăn mòn là gì? Các loại phổ biến và nguyên nhân gây ra

Ăn mòn là một hiện tượng phổ biến ảnh hưởng đến cả kim loại và phi kim loại, chủ yếu xảy ra do sự phân hủy tự nhiên thông qua quá trình oxy hóa hoặc phản ứng hóa học khác. Tác động của ăn mòn không chỉ làm suy giảm chất lượng vật liệu mà còn gây ra tổn thất kinh tế nghiêm trọng do chi phí sửa chữa và thay thế liên tục.

Có nhiều loại ăn mòn khác nhau, mỗi loại có nguyên nhân và đặc điểm riêng. Dưới đây là những dạng ăn mòn phổ biến nhất cùng với cơ chế hình thành và tác động của chúng.

1. Ăn mòn là gì?

Ăn mòn là quá trình suy giảm hoặc phá hủy vật liệu do tác động của môi trường xung quanh, chủ yếu xảy ra ở kim loại nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến một số vật liệu phi kim loại. Quá trình này thường diễn ra do phản ứng hóa học, điện hóa hoặc tác động cơ học, làm giảm chất lượng và tuổi thọ của vật liệu.

Chi phí để sửa chữa hoặc thay thế các vật liệu bị ăn mòn rất khó dự đoán vì quá trình này diễn ra liên tục và không thể kiểm soát hoàn toàn. Việc hiểu rõ các loại ăn mòn và nguyên nhân giúp chúng ta có biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

2. Các loại ăn mòn phổ biến

2.1. Ăn mòn chung

Đây là loại ăn mòn phổ biến nhất, xảy ra khi bề mặt vật liệu bị tác động bởi oxy, độ ẩm, axit hoặc các chất hóa học khác trong môi trường. Theo thời gian, lớp kim loại bị mất dần, dẫn đến mỏng tường, giảm độ bền và tăng nguy cơ rò rỉ hoặc hỏng hóc nghiêm trọng.

Nguyên nhân chính:

• Tiếp xúc với oxy cùng với hơi ẩm trong không khí
• Ảnh hưởng của các chất hóa học như axit, muối hoặc hợp chất sunfat
• Tác động nhiệt độ và áp suất cao dẫn đến.

2.2. Ăn mòn dưới lớp cách nhiệt (CUI - Corrosion Under Insulation)

CUI là một dạng ăn mòn nguy hiểm xảy ra khi hơi ẩm bị giữ lại dưới lớp cách nhiệt của kim loại, tạo điều kiện cho sự ăn mòn phát triển mà không thể phát hiện bằng mắt thường.

Những khu vực dễ bị CUI gồm:

• Đường ống dẫn nhiệt
• Các bồn chứa có lớp cách nhiệt
• Kết cấu kim loại được bọc vật liệu bảo vệ

CUI thường gây ra hỏng hóc nghiêm trọng trước khi các dấu hiệu vật lý xuất hiện, do đó việc kiểm tra định kỳ là vô cùng quan trọng.

2.3. Ăn mòn sunfua hóa

Loại ăn mòn này thường xảy ra trong ngành công nghiệp dầu khí, khi kim loại phản ứng với lưu huỳnh trong dầu thô ở nhiệt độ cao.

Nguyên nhân chính:

• Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô
• Nhiệt độ cao (trên 400°F hoặc 204°C)
• Sự có mặt của hydro và hydro sulfua (H₂S), làm tăng tốc độ ăn mòn
• Thiệt hại do ăn mòn sunfua hóa thường xảy ra ở đường ống, bình chịu áp lực và các thiết bị lọc dầu.

2.4. Ăn mòn do vi sinh vật (MIC - Microbiologically Influenced Corrosion)

Đây là loại ăn mòn do vi khuẩn hoặc vi sinh vật gây ra, thường xuất hiện trong môi trường ẩm ướt, bể chứa nước, đường ống, tàu thuyền, hoặc các thiết bị tiếp xúc với dầu và nhũ tương.

Vi khuẩn có thể tạo ra các hợp chất ăn mòn như axit hoặc H₂S, gây rỗ bề mặt kim loại, làm suy yếu kết cấu vật liệu.

2.5. Xói mòn - ăn mòn

Sự kết hợp giữa xói mòn cơ học (do dòng chảy mạnh) và ăn mòn hóa học có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng trên bề mặt kim loại, đặc biệt là trong đường ống, turbine, máy bơm và các thiết bị có dòng chảy tốc độ cao.

Hậu quả:

• Mỏng dần bề mặt kim loại
• Rỗ bề mặt, tăng mức độ hỗn loạn của dòng chảy
• Tăng nguy cơ rò rỉ và nứt gãy

2.6. Ăn mòn điểm tiếp xúc (TPC - Touch Point Corrosion)

Đây là dạng ăn mòn xảy ra tại các vị trí tiếp xúc giữa kim loại với kim loại hoặc kim loại với vật liệu khác (gỗ, nhựa, bê tông). Tại các điểm tiếp xúc này, nước và chất ăn mòn có thể tích tụ, làm tăng tốc độ ăn mòn mà mắt thường khó phát hiện.

TPC thường xuất hiện trong hệ thống đường ống, đặc biệt tại các vị trí đường ống tiếp xúc với giá đỡ hoặc các bề mặt khác.

2.7. Ăn mòn điện hóa

Ăn mòn điện hóa xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau trong môi trường có chất điện giải (nước biển, dung dịch muối, axit,...). Một kim loại (anot) bị ăn mòn nhanh chóng, trong khi kim loại còn lại (catot) ít bị ảnh hưởng hơn.

Ví dụ:

• Thép carbon bị ăn mòn khi tiếp xúc với đồng trong môi trường ẩm ướt
• Nhôm có thể bị ăn mòn khi gắn với thép không gỉ
• Cách phòng chống ăn mòn điện hóa:
• Sử dụng vật liệu có cùng điện thế khử
• Bảo vệ bề mặt nhờ vào lớp phủ chống ăn mòn
• Áp dụng theo các phương pháp bảo vệ cathodic

3. Các phương pháp phát hiện ăn mòn hiệu quả

Có 4 phương pháp phổ biến để phát hiện ăn mòn trong đường ống, bồn bể và các kết cấu kim loại khác:

• Siêu âm (UT - Ultrasonic Testing): Dùng sóng âm để xác định độ dày của vật liệu và phát hiện các khuyết tật bên trong.
• Dòng điện xoáy xung (PEC - Pulsed Eddy Current): Đánh giá ăn mòn trong các lớp phủ dày mà không cần tháo dỡ.
• Từ thông rò (MFL - Magnetic Flux Leakage): Sử dụng từ trường để phát hiện vết nứt và rỗ trên bề mặt kim loại.
• Nội soi công nghiệp (RVI - Remote Visual Inspection): Sử dụng camera nội soi để kiểm tra các khu vực khó tiếp cận.

4. Câu hỏi thường gặp về ăn mòn

4.1. Ăn mòn có thể xảy ra ở những vật liệu nào?

Mặc dù kim loại là đối tượng dễ bị ăn mòn nhất, một số vật liệu phi kim loại như bê tông, nhựa hoặc gỗ cũng có thể bị ăn mòn do hóa chất hoặc tác động môi trường.

4.2. Hậu quả của ăn mòn là gì?

• Giảm tuổi thọ thiết bị: Vật liệu bị suy yếu, giảm độ bền và mất chức năng.
• Mất mát tài sản: Hỏng hóc do ăn mòn có thể gây tổn thất lớn về kinh tế.
• Nguy cơ an toàn: Ăn mòn có thể gây rò rỉ hóa chất, sập đổ kết cấu hoặc sự cố nghiêm trọng khác.
• Ô nhiễm môi trường: Ăn mòn có thể dẫn đến sự rò rỉ dầu, hóa chất độc hại ra môi trường.

4.3. Làm thế nào để ngăn ngừa ăn mòn?

• Sử dụng vật liệu chống ăn mòn: Ví dụ như thép không gỉ, hợp kim chống oxy hóa.
• Lớp phủ bảo vệ: Sơn, mạ kẽm, phủ polymer giúp ngăn chặn tiếp xúc với môi trường ăn mòn.
• Bảo vệ cathodic: Áp dụng dòng điện hoặc sử dụng anot hy sinh để bảo vệ kim loại chính.
• Kiểm tra và bảo trì định kỳ: Phát hiện và xử lý ăn mòn kịp thời giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Ăn mòn là một quá trình tất yếu trong môi trường tự nhiên và công nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, độ bền và an toàn của vật liệu. Việc hiểu rõ các loại ăn mòn, nguyên nhân gây ra và phương pháp phát hiện sớm giúp doanh nghiệp và cá nhân có biện pháp phòng ngừa hiệu quả, giảm thiểu tổn thất kinh tế và nguy cơ mất an toàn.

Để bảo vệ các công trình và thiết bị khỏi hư hỏng do ăn mòn, cần kết hợp nhiều giải pháp như lựa chọn vật liệu phù hợp, áp dụng lớp phủ bảo vệ, sử dụng công nghệ chống ăn mòn hiện đại và duy trì kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ. Chủ động trong việc phòng chống ăn mòn không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị mà còn góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn cho con người cũng như môi trường.