Rỉ sét là 1 hiện tượng hay gặp đối với các vật dụng, thiết bị bằng sắt thép. Nhất là với những nơi có khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều như nước ta thì hiện tượng này càng phổ biến. Chính vì vậy hiểu rõ bản chất rỉ sét là gì, nguyên nhân cũng như các biện pháp hạn chế hiện tượng này là việc làm cần thiết giúp bảo vệ các vật dụng, giảm chi phí sửa chữa, thay thế.
1. Rỉ sét là hiện tượng gì?
Rỉ sét là một hiện tượng mà ta có thể dễ dàng quan sát được, đó là những mảng sần sùi có màu đỏ nâu ở các đồ vật, máy móc, thiết bị bằng sắt thép. Các lớp vảy này rất dễ vỡ và tách ra dưới tác động của lực mạnh.
Rỉ sét chính là kết quả của quá trình oxy hóa kim loại, là sự kết hợp giữa kim loại sắt với oxi trong không khí. 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. 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.
Bánh răng bị rỉ sét
2. 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 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.
Khi sắt hay hợp kim sắt tiếp xúc với oxy và độ ẩm trong thời gian dài sẽ tạo các oxit sắt – đây chính là chất gọi là rỉ sắt. Tuy cấu trúc kim loại sắt rất cứng nhưng lại có nhiều lỗ nhỏ mà các phân tử nước có thể xâm nhập. Khi kết hợp nguyên tử Hidro với các nguyên tố khác tạo thành axit ăn mòn sắt làm cho các lớp sắt phía trong càng lộ ra nhanh chóng dẫn đến sự hình thành oxit sắt (rỉ sét) diễn ra nhanh hơn. Chính điều đó khiến cho cấu trúc của sắt càng giòn, xốp dễ bị phá hủy.
Quá trình oxi hóa của sắt có thể diễn ra qua các phản ứng sau:
- Phương trình oxi hóa sắt:
Fe → Fe2+ + 2e-
4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2-
- Đồng thời xảy ra các phản ứng axit- bazơ:
Fe2+ + 2H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H+
Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+
- Theo đó 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 xảy ra quá trình oxi hóa. Nước ta với khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều nên sắt để trong không khí rất dễ gặp rỉ sét. Khí CO2 hay các muối khác hòa tan trong nước mưa cũng là 1 yếu tố làm quá trình rỉ sét diễn ra nhanh hơn. Ngoài các yếu tố đến từ khí hậu thò một số nguyên nhân dẫn đến hiện tượng rỉ sét có thể kể đến như: Bề mặt các vật dụng bằng sắt dính tạp chất chưa được làm sạch, do bề mặt vật dụng thô ráp, chưa được mài bóng; do hàm lượng cacbon trong thép…
3. 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 bằng sắt tinh khiết nên những bộ phận bị gỉ sét sẽ có kết cấu lỏng lẻo và dễ bị phá vỡ. 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.
Tàu biển bị phá hủy do sự ăn mòn rỉ sét
4. 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 oxi 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.
5. Một số biện pháp phòng tránh rỉ sét
Bởi vì sắt có nhiều ứng dụng, tạo ra nhiều vật liệu, thiết bị sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề nên việc tìm ra các giải pháp khắc phục tình trạng rỉ sét là rất cần thiết. 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:
- Sơn phủ lên các bề mặt sắt thép: 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 sắt, Phương pháp này sử dụng rộng rãi ở các công trình sắt thép lớn như tàu thuyền, cầu cảng… Tuy nhiên hiệu quả không đạt tuyệt đối.
Quét sơn để chống rỉ sét
- Phương pháp mạ: Ngoài sử dụng sơn phủ thì có thể sử dụng 1 lớp kim loại khác bao phủ bên ngoài để bảo vệ sắt thép. Kim loại thường được dùng là kẽm để phủ lên bề mặt vật liệu bằng phương pháp mạ thường hoặc mạ điện. Kẽm thường được sử dụng vì chi phí rẻ và dính chặt vào thép. Quá trình ăn mòn sẽ bắt đầu từ lớp kẽm bảo vệ bên ngoài trước, nên do đó việc mạ chỉ bảo vệ sắt thép trong một khoảng thời gian nhất định. Bên cạnh đó nhôm và cadimi cũng được sử dụng trong việc mạ sắt.
- 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 silicagel để hút ẩm.
Qua bài viết trên đây đã giúp người 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 nào tránh được 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.
