Chất ăn mòn kim loại là những chất hóa học gây phá hủy bề mặt kim loại thông qua các phản ứng hóa học, điện hóa,… dẫn đến gỉ sét và giảm tuổi thọ vật liệu. Trong môi trường công nghiệp và hàng ngày, chúng xuất hiện dưới dạng axit, kiềm hoặc muối, gây tổn thất kinh tế lớn cho các công trình và thiết bị. Bài viết này GSMT sẽ phân tích chi tiết về nguyên nhân, cách nhận biết và các giải pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất. Hãy cùng GSMT tìm hiểu để nắm bắt kiến thức hữu ích, áp dụng vào lĩnh vực xi mạ và vật liệu.
1. Chất ăn mòn kim loại là gì?
Chất ăn mòn kim loại là các hợp chất hóa học có khả năng phá hủy hoặc làm suy giảm bề mặt kim loại thông qua phản ứng hóa học khi tiếp xúc trực tiếp hoặc kéo dài. Chúng thường tồn tại trong môi trường như không khí ẩm, nước biển hoặc các dung dịch hóa chất công nghiệp.
Ví dụ: Hóa chất ăn mòn kim loại như axit sulfuric có thể gây gỉ sét nhanh chóng trên sắt thép. Những chất này không chỉ phổ biến ở nhà máy mà còn trong các sản phẩm tẩy rửa gia đình, đòi hỏi sử dụng cẩn thận để tránh tai nạn.
2. Nguyên nhân kim loại bị ăn mòn
Kim loại bị ăn mòn chủ yếu do tiếp xúc với oxy, nước và các chất điện ly trong môi trường dẫn đến phản ứng oxi hóa khử. Trong không khí, oxy kết hợp với độ ẩm tạo thành gỉ sét trên sắt, trong khi nước mưa chứa axit yếu từ CO2 và SO2 thúc đẩy quá trình. Nước biển với muối như NaCl làm tăng tốc độ ăn mòn điện hóa. Các yếu tố này biến kim loại thành các hợp chất giòn, xốp, làm giảm độ bền vật liệu. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn:
- Ảnh hưởng các chất trong môi trường: Sự ăn mòn kim loại xảy ra nhanh, chậm hoặc không xảy ra phụ thuộc vào môi trường.
- Ảnh hưởng của thành phần kim loại: Sự ăn mòn kim loại xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào thành phần của kim loại.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ cao sẽ làm cho sự ăn mòn kim loại xảy ra nhanh hơn.
3. Cách nhận biết khi kim loại tiếp xúc với chất ăn mòn
Kim loại tiếp xúc với chất ăn mòn sẽ xuất hiện các dấu hiệu phá hủy rõ rệt, dẫn đến giảm độ bền và tuổi thọ thiết bị. Việc nhận biết sớm các biểu hiện này là vô cùng quan trọng để can thiệp kịp thời, đặc biệt trong môi trường xi mạ nơi hóa chất ăn mòn kim loại như axit sulfuric hay natri hydroxit được sử dụng thường xuyên.
3.1 Nhận biết
Việc nhận diện sớm các dấu hiệu kim loại tiếp xúc chất ăn mòn giúp hạn chế tổn thất vật liệu và tăng cơ hội phục hồi bề mặt, đặc biệt trong môi trường xi mạ nơi axit và kiềm được sử dụng thường xuyên.
- Bề mặt kim loại: Xuất hiện lớp gỉ nâu đỏ (trên sắt thép), lớp trắng xốp (trên nhôm) hoặc lớp xanh patina (trên đồng). Ban đầu, bề mặt kim loại mất độ bóng, xuất hiện các đốm nhỏ li ti như đầu kim, sau đó nhanh chóng lan rộng thành vùng ăn mòn sâu tạo lỗ rỗ hoặc nứt nẻ.
- Màu sắc thay đổi: Kim loại chuyển màu bất thường – sắt thép chuyển nâu đỏ do Fe₂O₃, nhôm chuyển trắng đục do Al(OH)₃, đồng chuyển xanh lá do CuCO₃. Tiếp xúc trực tiếp với axit nitric gây màu vàng cam trên thép không gỉ do phản ứng nitrat hóa bề mặt.
- Kết cấu vật lý bị phá hủy: Bề mặt trở nên xốp, giòn, dễ bong tróc. Hít phải hơi axit clohydric trong bể xi mạ làm thép carbon xuất hiện bọt khí H₂ liên tục, tạo lỗ pitting sâu 0,1–0,5 mm chỉ sau 5 phút, lớp mạ kẽm bị ăn mòn lộ sắt nền.
- Hiện tượng điện hóa: Xuất hiện dòng điện cục bộ giữa các vùng khác nhau trên bề mặt kim loại. Tiếp xúc nước biển chứa NaCl gây ăn mòn kẽ hở ở mối hàn, biểu hiện bằng vết nứt dọc và bong lớp sơn bảo vệ chỉ sau 24 giờ.
3.2 Xử lý khi kim loại tiếp xúc với chất ăn mòn
Xử lý đúng và nhanh chóng trong vòng 1–2 phút đầu tiên quyết định mức độ phá hủy bề mặt kim loại, đặc biệt với hóa chất ăn mòn kim loại như axit sulfuric hay HF trong quy trình xi mạ. Tuân thủ nghiêm ngặt các bước sau để giảm thiểu tổn thất vật liệu và hỗ trợ phục hồi hiệu quả.
- Rửa sạch khu vực tiếp xúc với nước sạch nhiều lần: Rửa sạch vùng kim loại bị tiếp xúc với nước sạch trong ít nhất 15 phút. Nếu chất ăn mòn là axit, sử dụng dung dịch kiềm nhẹ như NaHCO₃ 5% để trung hòa trước khi rửa sạch với nước. Với kiềm, dùng axit yếu như giấm 5% để trung hòa.
- Ngừng tiếp xúc ngay lập tức: Tách kim loại ra khỏi nguồn chất ăn mòn, chuyển sang khu vực khô ráo, thông gió. Đánh dấu vùng bị nhiễm, cách ly linh kiện để tránh lan rộng ăn mòn sang các chi tiết khác trong dây chuyền xi mạ.
- Loại bỏ lớp ô nhiễm bề mặt: Cạo bỏ lớp gỉ sét hoặc chất ăn mòn bám dính bằng dụng cụ nhựa hoặc bàn chải mềm, không dùng kim loại để tránh tạo cặp điện hóa mới. Đặt phần kim loại nhiễm bẩn vào khay nhựa riêng, tránh tiếp xúc với nước muối hoặc không khí ẩm.
- Kiểm tra và xử lý chuyên sâu: Đánh giá độ sâu ăn mòn bằng kính lúp hoặc thước đo pitting, nếu lỗ >0,5 mm cần mài sửa hoặc thay thế. Áp dụng ngay chất ức chế ăn mòn tạm thời (như Nabakem K-3) và chuyển đến bộ phận xi mạ để tái xử lý bề mặt hoặc mạ lại lớp bảo vệ.
4. Dung dịch ăn mòn thường gặp
Dung dịch ăn mòn xuất hiện phổ biến trong các công đoạn xi mạ, tẩy rửa và chuẩn bị bề mặt kim loại. Bao gồm axit mạnh, kiềm nồng độ cao và một số muối đặc biệt giúp loại bỏ gỉ sét hoặc làm sạch nhanh chóng. Việc hiểu rõ từng loại giúp chọn thiết bị bảo hộ phù hợp và xử lý sự cố an toàn.
4.1 Dung dịch ăn mòn kim loại
Dung dịch ăn mòn kim loại thường gặp nhất là axit clohydric (HCl), axit sulfuric (H₂SO₄) và axit nitric (HNO₃). HCl làm sạch gỉ sắt rất nhanh tạo bọt khí và muối hòa tan dễ rửa trôi. H₂SO₄ nồng độ cao hút nước mạnh, làm khô bề mặt thép nhưng vẫn ăn mòn sâu nếu để lâu. HNO₃ oxi hóa mạnh, vừa làm sạch vừa tạo lớp bảo vệ mỏng trên thép không gỉ, đồng thời ăn mòn nhanh đồng và nhôm.
4.2 Dung dịch ăn mòn thủy tinh
Dung dịch ăn mòn thủy tinh chủ yếu là axit flohydric (HF) hoặc hỗn hợp HF với ammonium bifluoride. HF phản ứng trực tiếp với silica trong thủy tinh tạo khí thoát ra làm bề mặt mờ hoặc khắc sâu. Dung dịch này cực kỳ nguy hiểm, chỉ được chứa trong bình nhựa chuyên dụng, tuyệt đối không dùng thủy tinh. Trong xi mạ, HF giúp làm sạch lớp oxit trên linh kiện bán dẫn trước khi mạ vàng nhưng phải thực hiện trong tủ hút khí độc, đeo găng tay neoprene dày và kính chống hóa chất.
5. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại hiệu quả
Các phương pháp chống ăn mòn kim loại hiệu quả được áp dụng rộng rãi trong xi mạ và bảo vệ bề mặt giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì. Mỗi kỹ thuật tận dụng nguyên lý vật lý, hóa học hoặc điện hóa để tạo lớp chắn giữa kim loại gốc và môi trường gây hại.
5.1 Sơn chống ăn mòn kim loại
Ưu điểm của sơn chống ăn mòn là khả năng tạo ra một lớp bảo vệ chắc chắn trên bề mặt kim loại, chống ăn mòn từ môi trường. Ngoài ra, sơn còn có thể tăng tính thẩm mỹ và làm tăng tuổi thọ của kim loại. Sơn epoxy hai thành phần bám dính cực tốt trên thép tẩy gỉ, ngăn oxy và hơi nước xâm nhập.
5.2 Mạ kim loại chống ăn mòn rỉ sét
Ưu điểm của mạ kim loại là tạo ra một lớp bảo vệ và bền vững, tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn của kim loại gốc. Mạ kẽm nóng nhúng tạo lớp Zn-Fe hợp kim dày, bảo vệ điện hóa – kẽm trước sắt khi có vết xước. Mạ crom cứng trên piston thủy lực chống mài mòn và axit nhẹ, mạ niken hóa học tạo lớp đều trên chi tiết phức tạp.
5.3 Sử dụng vật liệu kháng ăn mòn
Sử dụng vật liệu kháng ăn mòn là một phương pháp khác để chống ăn mòn kim loại. Vật liệu kháng ăn mòn bao gồm các loại kim loại như thép không gỉ, hợp kim nhôm, hay các loại nhựa chống hóa chất. Ưu điểm của vật liệu kháng ăn mòn là chúng đã được thiết kế để chống ăn mòn từ môi trường và có độ bền cao.
5.4 Hệ thống anod hóa
Anod hóa là quá trình tạo ra một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại thông qua phản ứng điện hóa. Ưu điểm của anod hóa là nó tạo ra một lớp bảo vệ cứng và bền vững trên bề mặt kim loại, tăng khả năng chống ăn mòn và cải thiện tính đẹp của kim loại. Anod hóa nhôm trong bể H₂SO₄ lạnh tạo lớp Al₂O₃ xốp dày, sau đó nhuộm màu và bịt lỗ bằng nước nóng. Lớp anod cứng hơn thép, chống trầy xước và ăn mòn muối.
5.5 Hệ thống bảo vệ cát hóa
Quá trình này bao gồm việc tạo ra một điện áp cát hóa trên bề mặt kim loại để ngăn chặn hiện tượng ăn mòn. Ưu điểm của hệ thống bảo vệ cát hóa là nó cung cấp một lớp bảo vệ mạnh mẽ, không làm thay đổi cấu trúc kim loại gốc và không gây ảnh hưởng đến tính chất vật lý của nó. Dùng anode hy sinh kẽm hoặc magiê nối với kết cấu thép ngầm dưới đất hoặc tàu biển.
6. Chất chống ăn mòn kim loại tốt nhất
Chất chống ăn mòn kim loại tốt nhất được đánh giá dựa trên khả năng tạo lớp bảo vệ điện hóa, bám dính và chịu môi trường khắc nghiệt như muối biển, axit trong xi mạ. Các sản phẩm từ Nabakem nổi bật phù hợp sửa chữa mạ kẽm hỏng và bảo dưỡng thiết bị công nghiệp. Chúng giúp kéo dài tuổi thọ kim loại mà không cần thiết bị phức tạp.
6.1 Zincot N-50
Zincot N-50 là sơn mạ kẽm lạnh giàu bột kẽm tinh khiết tạo lớp bảo vệ giống mạ kẽm nóng thông qua phản ứng điện hóa giữa kẽm và sắt thép. Sản phẩm xịt trực tiếp lên bề mặt sạch, khô nhanh và chịu nhiệt đến 250°C, lý tưởng cho sửa chữa mối hàn, gầm xe hoặc kết cấu ngoài trời. Trong xi mạ, nó dùng để dặm vùng hỏng, ngăn gỉ sét lan rộng và tăng độ bền cho linh kiện máy móc.
6.2 Silver ZINC SS-COAT 909
Silver ZINC SS-COAT 909 là chất phủ bạc kẽm epoxy mang màu sáng bóng như mạ kẽm mới, chống ăn mòn mạnh mẽ cho thép và cấu trúc kim loại. Công thức ít kẽm nhưng bám dính vượt trội, dùng phun hoặc quét để bảo vệ mối hàn, container, xe tải hoặc bể chứa axit. Trong lĩnh vực xi mạ, sản phẩm thay thế mạ kẽm tạm thời, chịu thời tiết và muối biển, dễ thi công trên bề mặt phức tạp.
6.3 Nabakem K-3
Nabakem K-3 là dung dịch thẩm thấu chống oxy hóa tạo màng sáp bảo vệ kim loại khỏi ẩm, axit, kiềm và muối, đồng thời bôi trơn giảm ma sát. Sản phẩm xâm nhập sâu vào vết nứt, ngăn gỉ sét lâu dài cho thiết bị quân sự, tàu thuyền hoặc máy nông nghiệp. Trong xi mạ, nó dùng bảo dưỡng khuôn mẫu và bề mặt sau xử lý, chống mài mòn mà không ảnh hưởng độ chính xác.
7. Tác hại của chất ăn mòn
Tác hại của chất ăn mòn không chỉ giới hạn ở kim loại mà còn lan rộng đến sức khỏe con người, các vật liệu khác và môi trường xung quanh. Trong quy trình xi mạ, nơi axit sulfuric, HCl hay HF được sử dụng hàng ngày, việc tiếp xúc không kiểm soát có thể gây hậu quả nghiêm trọng ngay lập tức hoặc tích lũy lâu dài. Hiểu rõ mức độ nguy hiểm giúp doanh nghiệp xây dựng quy trình an toàn và giảm thiểu rủi ro.
7.1 Đối với sức khỏe con người
Tiếp xúc với chất ăn mòn có thể gây ra các tác hại từ bỏng hóa học cấp tính đến ung thư mãn tính, chỉ một giọt axit sulfuric 98% bắn vào da cũng đủ để phá hủy mô sâu trong tích tắc. Trong nhà máy xi mạ, nơi công nhân đối mặt hàng ngày với HCl, HF và crom VI, một phút lơ là có thể biến ngày làm việc thành cơn ác mộng y tế.
- Bỏng da: Chất ăn mòn có thể gây bỏng da từ mức độ nhẹ đến mức độ nặng. Mức độ bỏng phụ thuộc vào loại chất ăn mòn, nồng độ, thời gian tiếp xúc và vị trí tiếp xúc.
- Bỏng mắt: Chất ăn mòn bắn vào mắt có thể gây tổn thương giác mạc, thậm chí dẫn đến mù lòa. Hạt axit nitric bắn vào mắt làm đục giác mạc vĩnh viễn nếu không rửa ngay.
- Tổn thương đường hô hấp: Hít phải hơi hoặc bụi của chất ăn mòn có thể gây kích ứng, viêm nhiễm đường hô hấp, khó thở, thậm chí gây tổn thương phổi. Hơi HCl trong bể xi mạ gây phù nề phế quản cấp, co thắt phổi..
- Ngộ độc: Nuốt phải chất ăn mòn có thể gây bỏng miệng, thực quản, dạ dày và ruột, dẫn đến nôn mửa, đau bụng, khó nuốt và các biến chứng nguy hiểm khác. Nuốt 10ml kiềm 30% gây thủng thực quản trong 2 giờ, xuất huyết tiêu hóa và sốc nhiễm trùng.
- Ung thư: Tiếp xúc lâu dài với một số chất ăn mòn có thể làm tăng nguy cơ ung thư. Hợp chất crom VI trong dung dịch mạ crom được WHO xếp nhóm 1 gây ung thư phổi, mũi.
7.2 Đến vật liệu
Chất ăn mòn có thể gây ăn mòn và hư hỏng nhiều loại vật liệu từ nền bê tông nứt vỡ do muối gypsum đến gioăng cao su phồng rộp vì dung môi, chất ăn mòn âm thầm rút ngắn tuổi thọ mọi thứ xung quanh.
- Kim loại: Chất ăn mòn có thể gây gỉ sét và ăn mòn kim loại, làm giảm độ bền và tuổi thọ của các công trình, thiết bị. Axit trong bể xi mạ ăn mòn bể thép carbon chỉ sau 6 tháng nếu không lót nhựa; HCl làm rỗ bề mặt thép không gỉ 304 nếu vượt 10% nồng độ.
- Bê tông: Chất ăn mòn có thể phản ứng với bê tông, làm giảm độ cứng và gây nứt vỡ. Axit sulfuric từ nước thải xi mạ thấm vào nền bê tông tạo muối gypsum làm nở và nứt sàn nhà xưởng.
- Nhựa, cao su: Một số chất ăn mòn có thể làm biến dạng hoặc phá hủy nhựa và cao su. Dung môi thơm trong sơn lót xi mạ làm phồng gioăng cao su EPDM, HF làm giòn nhựa PVC trong vòng 24 giờ tiếp xúc.
7.3 Đến môi trường
Chất ăn mòn thải ra môi trường có thể gây ô nhiễm đất, nước và không khí chỉ 1 lít nước thải mạ niken đủ giết chết toàn bộ cá trong bể 1000 lít chỉ sau 4 giờ. Từ đất chua làm chết vi sinh vật cố định đạm đến mưa axit cục bộ ăn mòn mái tôn, hậu quả kéo dài hàng thập kỷ dù nhà máy đã đóng cửa.
- Ô nhiễm đất: Chất ăn mòn có thể làm thay đổi độ pH của đất, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng và các sinh vật trong đất. Nước thải xi mạ chứa crom VI làm đất chua dưới pH 4, giết chết vi sinh vật cố định đạm trong 3 tháng.
- Ô nhiễm nước: Chất ăn mòn thải ra nguồn nước có thể gây chết các sinh vật thủy sinh, làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 1 lít dung dịch mạ niken thải ra làm chết 100% cá trong bể 1000 lít chỉ sau 4 giờ; kim loại nặng tích lũy trong chuỗi thức ăn.
- Ô nhiễm không khí: Hơi hoặc bụi của chất ăn mòn phát tán trong không khí có thể gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe hô hấp của con người và động vật. Hơi axit từ bể mạ bay ra ngoài gây mưa axit cục bộ, ăn mòn mái tôn và kích ứng phổi công nhân trong bán kính 50m.
8. Hướng dẫn bảo quản chất ăn mòn an toàn
Bảo quản chất ăn mòn an toàn là bước bắt buộc trong mọi xưởng xi mạ để tránh ăn mòn ngoài ý muốn, hỏng bể mạ và cháy nổ hóa chất. Một chai axit sulfuric 98% để sai vị trí có thể làm thủng bể thép chỉ trong vài phút. Áp dụng nghiêm ngặt 5 nguyên tắc sau giúp kim loại, thiết bị và công nhân luôn được bảo vệ.
- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng: Trước khi sử dụng bất kỳ chất ăn mòn nào, cần đọc kỹ hướng dẫn sử dụng và các biện pháp an toàn được ghi trên nhãn mác và SDS. Phiếu SDS phải đặt ngay cạnh bể xi mạ, in rõ nồng độ, vật liệu tương thích và số điện thoại cứu hộ 115.
- Làm việc trong khu vực thông gió tốt: Đảm bảo khu vực làm việc được thông gió tốt để tránh hơi axit làm ăn mòn thiết bị kim loại xung quanh. Tủ hút axit trong phòng mạ phải đạt tốc độ gió mặt 0,5 m/s, lắp cảm biến HCl/HF báo động khi vượt 5 ppm để bảo vệ bể mạ và khung thép.
- Không ăn uống trong khu vực làm việc: Tránh để chất ăn mòn tiếp xúc với thực phẩm và đồ uống chỉ một giọt axit rơi vào lon nước cũng có thể gây ngộ độc. Cấm tuyệt đối mang cơm hộp, nước uống vào khu xi mạ, đặt tủ đồ ăn riêng cách bể hóa chất ít nhất 10 m.
- Bảo quản chất ăn mòn: Lưu trữ chất ăn mòn trong các thùng chứa được dán nhãn rõ ràng và đậy kín. Kệ thùng nhựa PP chuyên dụng, cách tường 50 cm, nhiệt độ <30°C.
- Thao tác cẩn thận: Sử dụng các dụng cụ phù hợp để thao tác với chất ăn mòn. Dùng phễu nhựa PTFE khi rót HF, khay hứng thứ cấp dưới bể xi mạ, bình trung hòa NaHCO₃ sẵn sàng.
Tóm lại, chất ăn mòn kim loại là mối đe dọa trong mọi xưởng xi mạ. Việc nhận diện sớm dấu hiệu phá hủy bề mặt, xử lý nhanh bằng trung hòa và mạ lại lớp bảo vệ, kết hợp sơn epoxy, mạ kẽm nóng hay anod hóa sẽ giúp kim loại bền vững gấp nhiều lần. Hãy biến kiến thức này thành lợi thế cạnh tranh ngay hôm nay. Hãy liên hệ ngay GSMT – đơn vị tiên phong trong lĩnh vực xi mạ tại Việt Nam, chuyên xử lý bề mặt kim loại đạt chuẩn kỹ thuật để được chuyên gia tư vấn quy trình và nhận báo giá nhanh nhất hôm nay!
Fanpage: https://www.facebook.com/xima.gsmt/
Văn phòng đại diện: 343/27 Tô Hiến Thành, Phường Hòa Hưng
Văn phòng: 63/4D đường Xuân Thới 20, ấp 29, Xuân Thới Sơn, TP.HCM
Hotline: 0961 116 416
Email: lienhe.gsmt@gmail.com
