Rỉ sét là gì? Nguyên nhân gây ra rỉ sét và cách khắc phục

Chu Văn An

Rỉ sét là hiện tượng thường gặp ở các đồ vật, thiết bị bằng sắt thép. Đặc biệt ở những nơi có khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều như nước ta thì hiện tượng này càng phổ biến hơn. Vì vậy, việc hiểu rõ bản chất, nguyên nhân của nó cũng như các biện pháp hạn chế hiện tượng này là cần thiết để giúp bảo vệ đồ vật và giảm chi phí sửa chữa, thay thế.

1. Rỉ sét là gì?

Rỉ sét là hiện tượng chúng ta có thể dễ dàng quan sát, đó là những mảng thô ráp màu nâu đỏ trên các đồ vật, máy móc, thiết bị bằng sắt thép. Các vảy này rất dễ vỡ và tách rời dưới tác động của lực mạnh.

Rỉ sét là kết quả của quá trình oxy hóa kim loại, sự kết hợp giữa kim loại sắt với oxy trong không khí. Lớp rỉ sét này gây ra nhiều tác hại, làm giảm độ cứng của lớp kim loại. Các lớp rỉ sét bong ra dần theo thời gian khiến lớp vật liệu bị mòn, thay đổi màu sắc, thay đổi tính chất. Những chiếc đinh sắt bị rỉ sét rất dễ bị gãy, tạo ra những lỗ rỉ sét trên bề mặt vật liệu. Những miếng sắt rỉ sét sẽ có kết cấu giống như bọt biển nên dễ dàng hút nước và nhanh mục nát.

Bánh răng bị rỉ sét

2. Nguyên nhân gây rỉ sét là gì?

Rỉ sét là một quá trình tự nhiên xảy ra với kim loại sắt. Các đồ dùng, thiết bị, máy móc thường được làm từ sắt thép hoặc hợp kim có hàm lượng sắt cao nên chúng ta không thể tránh khỏi.

Khi sắt hoặc hợp kim sắt tiếp xúc với oxy và hơi ẩm trong thời gian dài sẽ hình thành các oxit sắt – đây là chất gọi là rỉ sét. Cấu trúc kim loại sắt tuy rất cứng nhưng lại có nhiều lỗ nhỏ mà các phân tử nước có thể xuyên qua. Khi các nguyên tử hydro kết hợp với các nguyên tố khác sẽ tạo thành axit ăn mòn sắt, khiến các lớp sắt bên trong bị lộ ra nhanh hơn, dẫn đến sự hình thành oxit sắt (rỉ sét) nhanh hơn. Điều đó làm cho cấu trúc của sắt trở nên giòn và xốp hơn, dễ bị phá hủy.

Quá trình oxy hóa sắt có thể diễn ra thông qua các phản ứng sau:

• Phương trình oxy hóa sắt:

Fe → Fe2+ + 2e-

4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2-

• Phản ứng axit-bazơ xảy ra đồng thời:

Fe2+ ​​​​+ 2H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H+

Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+

• Sau đây là sự cân bằng mất nước:

Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O

Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O

2FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Có thể thấy, môi trường có nhiều hơi nước và nhiệt độ cao là điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa xảy ra. Nước ta có khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều nên sắt để ngoài không khí rất dễ bị rỉ sét. Khí CO2 hay các loại muối khác hòa tan trong nước mưa cũng là tác nhân khiến quá trình rỉ sét diễn ra nhanh hơn. Ngoài các yếu tố từ khí hậu, một số nguyên nhân gây rỉ sét có thể kể đến: Bề mặt đồ vật bằng sắt có lẫn tạp chất chưa được làm sạch, do bề mặt đồ vật thô ráp, chưa được làm sạch. đánh bóng; do hàm lượng cacbon trong thép…

3. Tác hại của rỉ sét là gì?

Rỉ sét gây ra nhiều tác hại cho con người trong đời sống hoặc hoạt động sản xuất. Do cấu trúc của oxit sắt không ổn định như sắt nguyên chất nên các bộ phận bị rỉ sét sẽ có kết cấu lỏng lẻo, dễ bị gãy. Ở mức độ nhỏ như một chiếc đinh rỉ sét sẽ không thể sử dụng được nữa. Nhưng ở quy mô lớn hơn như máy móc, công trình kiến ​​trúc, khi bị rỉ sét rất dễ dẫn đến sập, gãy gây ra nhiều chi phí sửa chữa, bảo trì.

Tàu bị phá hủy do rỉ sét và ăn mòn

4. Các kim loại khác có bị rỉ sét không?

Thông thường khi nói đến rỉ sét chúng ta nghĩ ngay đến hiện tượng sắt kim loại. Mỗi kim loại có số oxi hóa và mức độ hoạt động khác nhau. Cấu tạo của vỏ sắt khiến nó khá bền về mặt hóa học nên trong điều kiện bình thường sắt rất dễ bị rỉ sét. Trong khi đó, các kim loại khác như bạc, đồng, kẽm, nhôm, niken, crom… lại khó bị rỉ sét hơn.

5. Một số biện pháp chống rỉ sét

Vì sắt có nhiều ứng dụng, tạo ra nhiều loại vật liệu, thiết bị được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nên việc tìm ra giải pháp khắc phục tình trạng rỉ sét là điều cần thiết. Để giảm rỉ sét, chúng ta có thể bảo vệ sắt bằng hai cách, từ bên ngoài hoặc từ bên trong. Một số cách dưới đây giúp làm chậm và hạn chế sự xuất hiện của rỉ sét:

• Lớp phủ trên bề mặt sắt thép: Lớp sơn phủ bên ngoài đóng vai trò như một lớp bảo vệ giúp sắt thép không tiếp xúc với không khí bên ngoài nhằm hạn chế quá trình oxy hóa. Sơn này được trộn với chất ức chế rỉ sét. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các công trình sắt thép lớn như tàu thủy, cầu cảng,… Tuy nhiên, hiệu quả mang lại không tuyệt đối.

Sơn lại để chống rỉ sét

• Phương pháp mạ: Ngoài dùng sơn, có thể dùng thêm một lớp kim loại khác phủ bên ngoài để bảo vệ sắt thép. Kim loại thường được sử dụng là kẽm để phủ lên bề mặt vật liệu bằng phương pháp thông thường hoặc mạ điện. Kẽm thường được sử dụng vì nó rẻ và bám dính tốt vào thép. Quá trình ăn mòn sẽ bắt đầu từ lớp kẽm bảo vệ bên ngoài trước tiên nên mạ chỉ bảo vệ sắt thép trong một khoảng thời gian nhất định. Ngoài nhôm và cadmium còn được dùng trong mạ sắt.
• Sử dụng vật liệu hợp kim chống gỉ: Khi chế tạo vật liệu, các chất thường sẽ được cho thêm vào sắt để tạo ra các hợp kim chống gỉ, chẳng hạn như sắt trộn với crom oxit hoặc niken vì tốc độ gỉ của hợp kim này chậm hơn sắt. sắt nguyên chất. Đồng thời, vẫn cần kết hợp với các biện pháp bảo vệ như sử dụng lớp phủ chống gỉ để tránh để hợp kim bị lộ ra bên ngoài vì vật liệu tiếp tục bị rỉ sét.

Chế tạo hợp kim chống gỉ

• Kiểm soát độ ẩm: Bởi trong môi trường có nhiều hơi nước và nhiệt độ, quá trình oxy hóa sắt tạo nên rỉ sét sẽ diễn ra nhanh hơn. Kiểm soát độ ẩm có thể giúp làm chậm quá trình hình thành rỉ sét. Vì vậy, thiết bị, máy móc cần được đặt ở nơi thoáng mát, tránh nơi có độ ẩm cao, tránh xa nguồn nhiệt và ánh nắng trực tiếp. Khi vận chuyển máy móc, thiết bị bằng đường biển trong container, gói silica gel thường được thêm vào để hút ẩm.

Qua bài viết trên đã giúp người đọc hiểu được rỉ sét là gì? Nguyên nhân, tác dụng cũng như biện pháp giúp ngăn ngừa rỉ sét. Vì đây là hiện tượng tự nhiên không thể tránh khỏi nên việc áp dụng các biện pháp giúp làm chậm và hạn chế quá trình rỉ sét là giải pháp cần thiết và tối ưu hiện nay đối với các vật dụng, dụng cụ, máy móc, thiết bị. làm bằng sắt.