Ăn mòn và phá hủy vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50 (6) (2012) 695-823 
ĂN MÒN VÀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU KIM LOẠI TRONG 
MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM 
Lê Thị Hồng Liên 
Viện Khoa học vật liệu, Viện KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 
Email: honglien@ims.vast.ac.vn 
Đến Tòa soạn: 19/12/2012; Chấp nhận đăng: 27/12/2012 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày tóm tắt các khái niệm cơ bản về quá trình ăn mòn khí quyển kim loại và 
ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu, môi trường đến quá trình ăn mòn khí quyển như nhiệt độ, độ 
ẩm không khí, thời gian lưu ẩm bề mặt, các tạp chất và nhiễm bẩn khí quyển (độ muối khí quyển 
- hàm lượng ion Cl-, hàm lượng khí SO2). Các dạng hư hỏng thường gặp do ăn mòn trong môi 
trường khí quyển được giới thiệu; Một số khái niệm và phương pháp phân loại mức độ ăn mòn 
khí quyển (atmospheric corrosivity) theo tiêu chuẩn ISO được đề cập và ứng dụng để đánh giá 
mức độ ăn mòn cho một số vùng khí hậu Việt Nam; Cuối cùng bài báo trình bày vắn tắt một số 
kết quả chính về nghiên cứu ăn mòn vật liệu kim loại trong môi trường khí hậu nhiệt đới Việt 
Nam cũng như các nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực phân tích hư hỏng vật liệu công nghiệp 
đang được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu. 
Từ khóa: thời gian lưu ẩm bề mặt, tạp chất/nhiễm bẩn khí quyển, mức độ ăn mòn khí quyển. 
1. GIỚI THIỆU 
Vật liệu kim loại là loại vật liệu dễ bị phá hủy bởi hiện tượng ăn mòn. Ăn mòn kim loại 
(AMKL) và sự suy giảm dẫn đến phá hủy vật liệu là một quá trình tự nhiên, xảy ra trong tất cả các 
môi trường. AMKL gây tổn thất lớn cho nền kinh tế, ước chừng khoảng 15 % tổng lượng thép sử 
dụng trên thế giới bị phá hủy do ăn mòn. Với hơn 80 % lượng kim loại, thiết bị, công trình được 
khai thác, sử dụng trong môi trường không khí, thiệt hại kinh tế do ăn mòn và phá hủy vật liệu 
trong môi trường này là một con số khổng lồ, ước chừng hàng trăm tỉ USD/năm. Ví dụ tổn thất ăn 
mòn hàng năm ở Mỹ là 300 tỉ $ (1994), Đức – 117 tỉ DM (1994), Canada – 10 tỉ $ (1979), Úc – 
470 triệu A$ (1973), Nhật – 3 triệu $ (những năm 70), v.v [1, 2]. 
Quá trình ăn mòn không chỉ gây tổn thất về kinh tế mà còn còn gây ô nhiễm môi trường do 
các sản phẩm ăn mòn hoặc các vật liệu bảo vệ bị phá hủy và rửa trôi theo mưa, bị hòa tan và 
ngấm vào đất, nước v.v, gây tác hại đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người. Có thể 
hình dung những tổn thất trên các khía cạnh khác nhau do quá trình ăn mòn gây nên qua sơ đồ 
trên hình 1. 
Không chỉ như vậy, sự ăn mòn hay suy giảm vật liệu còn dẫn đến sự hỏng hóc, nứt gẫy 
chi tiết thiết bị, nhẹ thì làm cho sản xuất phải ngừng trệ để sửa chữa, thay thế; trầm trọng thì 
Lê Thị Hồng Liên 
 796
gây nên những sự cố/tai nạn thảm khốc, gây tổn hao về người và của. Bảng 1 thống kê một 
số sự cố/tai nạn xảy ra do quá trình ăn mòn. 
Hình 1. Tác hại của quá trình ăn mòn 
Bảng 1. Một số ví dụ về các tai nạn do ăn mòn và tác hại của nó đối với con người và môi trường 
Năm Nơi xảy ra Tai nạn Nguyên nhân Hậu quả 
1967 Mỹ Chìm tàu River 
Queen 
Ăn mòn lỗ đáy tàu Chìm tàu 
1970 
Biển Bắc Platform bị sập Gẫy do ăn mòn ứng 
lực 
Tốn thất khổng lồ về người và 
vật liệu 
Sông Ohio 
(Mỹ) 
Sập cầu “Silver 
Bridge” 
Gẫy do ăn mòn ứng 
lực 
46 sinh mạng bị cướp đi và tổn 
thất nhiều tỉ $ 
1985 Thụy Sĩ Sập trần bê tông 
200 tấn của một 
bể bơi trong nhà 
Gẫy ăn mòn ứng lực 
các thanh thép không 
gỉ đỡ trần do ion 
clorua bị rò gỉ 
12 người chêt và một số bị 
thương 
1996 Mêhicô Cháy và nổ Xăng bị dò gỉ từ van 
của téc chứa 1300m3, 
bắt lửa và gây nổ 
4 người chết, 6 người bị thương; 
950 người phải chăm sóc và 
10.000 người liên đới phải thẩm 
vấn. Phải mất 2 ngày mới khống 
chế được đám cháy 
1997 Canada Tràn 35.000 lit 
dầu trong một 
đêm 
Một ống dẫn dầu của 
hãng Mobil Oil bị rò 
gỉ 
Môi trường bị ô nhiễm trên diện 
rộng 
1997 Nga Rò gỉ hơn 1200 
tấn dầu 
Ống bị vỡ Hơn 400 tấn dầu tràn xuống 
sông Volga. Người ta đã phải 
xây dựng một cái đập ở nhánh 
sông để ngăn chặn sự ô nhiễm 
tiếp tục. 
Mất vật liệu, 
năng lượng 
Tổn thất kinh tế 
Tác động đến 
môi trường và 
sức khỏe 
Tổn hao trực 
tiếp 
Tổn hao gián 
tiếp 
Dừng máy 
Hụt sản phẩm 
Giảm năng 
suất 
Bẩn sản phẩm 
Quá tải 
TỔN THẤT DO 
ĂN MÒN VÀ HƯ 
HỎNG VẬT LIỆU 
MẤT TIỀN 
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 797
2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG MÔI 
TRƯỜNG KHÍ QUYỂN 
2.1. Định nghĩa 
Ăn mòn kim loại trong môi trường khí quyển (amospheric corrosion - sau đây gọi tắt là ăn 
mòn khí quyển - AMKQ) là sự suy giảm các tính năng hoặc sự phá hủy vật liệu kim loại dưới 
tác động của các yếu tố môi trường khí quyển như nhiệt độ, độ ẩm, tạp chất khí quyển, các điều 
kiện khí hậu [3]. 
AMKQ là một quá trình tự nhiên, xảy ra do sự hình thành các vi pin ăn mòn trên bề mặt 
kim loại giữa vùng anot (có trạng thái năng lượng cao hơn) và vùng catot (có trạng thái năng 
lượng thấp hơn), vì vậy nó mang bản chất điện hóa. Quá trình AMKQ xảy ra trên bề mặt kim 
loại dưới một lớp màng ẩm hấp phụ hoặc dung dịch mỏng, không chỉ có quá trình chuyển khối 
trong phản ứng hóa học mà còn bao gồm cả quá trình trao đổi của các hạt mang điện (electron và 
ion) ở bề mặt phân chia kim loại - dung dịch điện li. 
Cần chú ý rằng AMKQ được phân biệt khác hẳn với ăn mòn kim loại xẩy ra trong môi 
trường nhiệt độ cao hoàn toàn không có hơi ẩm trên bề mặt kim loại (còn gọi là ăn mòn khô 
hoặc ăn mòn khí). Về bản chất, ăn mòn khí là ăn mòn hóa học - không có sự trao đổi điện tích. 
Trong môi trường khí quyển sạch, ăn mòn xảy ra chủ yếu do tác nhân oxy hóa của oxy 
không khí. Tuy nhiên, khi không khí bị ô nhiễm hoặc trong khí quyển ven biển, tham gia vào 
quá trình AMKQ không chỉ có oxi mà còn có các yếu tố nhiễm bẩn hoặc tạp chất quyển, ví dụ 
ion Cl- trong khí quyển biển/ven biển, các khí ô nhiễm công nghiệp như SOx, NOx, bụi, mưa 
axit Các tác nhân này có tác dụng gia tốc quá trình AMKQ và làm tăng tốc độ ăn mòn lên đến 
hàng vài chục lần [3]. 
2.2. Các giai đoạn của quá trình ăn mòn kim loại trong môi trường khí quyển 
Có thể hình dung quá trình ăn mòn trong môi trường khí quyển xảy ra theo sơ đồ trên hình 2. 
Hình 2. Sơ đồ quá trình ăn mòn kim loại trong môi trường khí quyển 
Giai đoạn đầu: Hấp phụ ẩm/nước và các chất xâm thực sa lắng trên bề mặt kim loại, xảy ra 
các phản ứng điện hóa với các tác nhân khử phân cực, sơ đồ phản ứng điển hình được biểu diễn 
trên hình 3 đối với trường hợp ăn mòn thép [1, 2]. 
Tại vùng anot xảy ra phản ứng oxi hóa - sắt bị tan ra: 
 2Fe → 2Fe2+ + 4e (1) 
Lê Thị Hồng Liên 
 798
 Tại vùng catot chủ yếu xảy ra phản ứng khử phân cực oxi: 
 O2 + H2O + 4e → 4OH - (2) 
Trong các vùng công nghiệp hoặc thành phố, không khí bị ô nhiễm, điển hình bởi SOx, NOx.., 
các tạp khí này sa lắng trực tiếp xuống bề mặt kim loại, hấp phụ/hòa tan trong màng ẩm, hoặc 
tạo thành mưa axit, do đó bề mặt kim loại sẽ bị axit hóa, tạo ra ion H+, và khi đó tại vùng catot sẽ 
xảy ra cả phản ừng khử phân cực của hydro: 
 2H+ + H2O + 2e → H2 ↑(khí) (3) 
Hình 3. Sự hấp phụ ẩm và phản ứng điện hóa cơ bản của quá trình ăn mòn kim loại trong khí quyển 
Giai đoạn trung gian: trong giai đoạn này các chất xâm thực sẽ bị hòa tan (như SOx, NOx, 
H2S, CO2, NH3, NaCl, (NH4)2SO4, Na2SO4, NH4Cl), làm biến đổi tính chất hóa học của màng 
nước, gia tốc sự hòa tan kim loại và hình thành các mầm của sản phẩm ăn mòn. Ví dụ trong môi 
trường khí quyển công nghiệp, khí SO2 khi hấp phụ và hòa tan trong màng ẩm sẽ tạo thành môi 
trường axit, làm tăng tốc độ AMKL (hình 4). 
Giai đoạn cuối: tích tụ và phát triển sản phẩm ăn mòn (hình 5). 
Hình 4. Giai đoạn trung gian - hòa tan các 
chất xâm thực trong màng ẩm 
Hình 5. Giai đoạn tích tụ và phát triển sản 
phẩm ăn mòn 
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 799
3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĂN MÒN KHÍ QUYỂN KIM LOẠI TRONG 
MÔI TRƯỜNG KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI ẨM 
3.1. Chế độ nhiệt ẩm [3 - 10] 
3.1.1. Vai trò của màng ẩm 
 Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình AMKQ chỉ xảy ra khi có một lượng ẩm tới hạn 
trên bề mặt kim loại đủ để tạo thành một màng ẩm hấp phụ hoặc màng ẩm pha, trong không khí 
sạch, độ ẩm tới hạn này tương đương với độ ẩm tương đối của không khí là 80 %). Ở dưới độ 
ẩm tới hạn, quá trình ăn mòn sẽ không xảy ra (hoặc với tốc độ không đáng kể). Lớp màng ẩm 
trên bề mặt kim loại có thể là màng ẩm hấp phụ hoặc màng nước nhìn thấy (mưa, sương). Khi 
vượt qua độ ẩm tới hạn, lớp nước hấp phụ bắt đầu tác dụng như một lớp điện dịch thì tốc độ ăn 
mòn tăng theo độ ẩm. Màng ẩm có vai trò dẫn điện, hòa tan các chất xâm thực từ không khí 
(muối biển, SOx, NOx, H2S), vì vậy sự ăn mòn thường xảy ra ở vùng bề mặt dễ bị tích tụ ẩm, 
cũng là nơi tập trung các tác nhân gây ăn mòn bị hòa tan. 
3.1.2. Thời gian lưu ẩm bề mặt và độ ẩm của không khí 
Thời gian lưu ẩm (Time of Wetness - TOW) là một khái niệm cơ bản được sử dụng rất phổ 
biến trong nghiên cứu AMKQ các vật liệu kim loại. TOW được tính là thời gian mà trên bề mặt 
kim loại tồn tại một màng dung dịch điện ly mỏng - đủ “ướt” để cho các pin ăn mòn hoạt động và 
quá trình AMKQ xảy ra. Theo tiêu chuẩn ISO 9223, TOW được định nghĩa là khoảng thời gian 
(tính bằng số giờ) mà không khí có nhiệt độ > 0 oC và độ ẩm tương đối RH > 80 %, khi đó sự 
ngưng tụ bắt đầu, đó chính là điều kiện để quá trình ăn mòn xảy ra ngay cả trong khí quyển sạch. 
Khi RH > 90 % và T < 25 oC có thể quan sát được ẩm ngưng tụ trên bề mặt kim loại. TOW được 
sử dụng như một thông số khí hậu chính để giải thích các ảnh hưởng đến AMKL trong môi trường 
khí quyển. Đáng chú ý rằng lớp ẩm hấp phụ (mỏng hơn) tạo thành bởi những sự ngưng tụ ẩm đầu 
tiên sẽ dễ dàng bão hòa oxi, do đó tốc độ AMKL trong trường hợp này sẽ lớn hơn (nguy hiểm hơn) 
so với trường hợp trên bề mặt kim loại tạo thành một màng nước mỏng ở RH cao hơn. 
Trên thực tế, khi không khí bị ô nhiễm hoặc trong không khí biển thì do sự sa lắng các tạp 
chất hút ẩm trên bề mặt kim loại (ví dụ SOx, NOx, NaCl, MgCl2, NH4(SO4)2, MgSO4 ) giá trị 
độ ẩm tới hạn này sẽ giảm xuống, khi đó ăn mòn kim loại xảy ra thậm chí cả khi độ ẩm tương 
đối của không khí chỉ khoảng 40 – 50 % [4]. 
Thời gian lưu ẩm có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí, 
TOW tăng tỉ lệ thuận với RH, tuy nhiên nó phụ thuộc vào nhiệt độ theo hai chiều khác nhau, 
TOW tăng theo nhiệt độ đến khoảng 9 oC – 10 oC, ở nhiệt độ cao hơn, giá trị của TOW giảm do 
độ ẩm tương đối giảm cùng với sự tăng nhiệt độ (hình 6) [6]. 
So với nhiệt độ thì ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí đến TOW đơn giản hơn, 
ở nhiệt độ > 0 oC sự tăng RH làm tăng TOW, ở vùng nhiệt độ âm, RH không ảnh hưởng đến 
TOW (như đã chỉ ra trên hình 6c). 
Lê Thị Hồng Liên 
 800
Hình 6. Quan hệ T- RH – TOW. 
Các vùng khí hậu nhiệt đới ẩm trong đó Việt Nam được đặc trưng bởi nhiệt độ cao (trung 
bình 20 – 30 0C), thay đổi nhiệt độ theo mùa không lớn và độ ẩm tương đối của không khí 
≥ 80 % chiếm 12 giờ/ngày kéo dài liên tục khoảng 2 - 12 tháng/năm [11], lượng mưa lớn (trung 
bình trên 1000 mm/năm) [12], các yếu tố trên làm tăng TOW và gia tốc quá trình ăn mòn. 
3.1.3. Nhiệt độ (T) 
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn kim loại phức tạp hơn và không đơn giản 
theo một chiều. Sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ của các phản ứng điện hoá và quá trình khuếch 
tán. Ngược lại, nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ bay hơi của màng dung dịch bề mặt, do đó làm 
giảm TOW. Sự tăng nhiệt độ cũng làm giảm sự hoà tan của ôxy và các loại khí ăn mòn khác. 
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình AMKQ của hầu hết các kim loại, 
Tidblad và các đồng nghiệp [9] thấy rằng tốc độ ăn mòn tăng theo nhiệt độ ở vùng nhiệt độ thấp 
và giảm theo nhiệt độ ở vùng nhiệt độ cao (hình 7). Theo đó, các vùng khí hậu nhiệt đới có thang 
nhiệt độ cao, nên nhiệt độ có tác dụng giảm tốc độ ăn mòn. Các kết quả thử nghiệm ở Cu Ba và 
Việt Nam cũng chứng tỏ điều này [13, 14]. Tuy nhiên, khi thử nghiệm dài hạn thì nhiệt độ không 
còn là yếu tố quyết định đối với quá trình AMKL trong khí quyển ngoài trời. 
Hình 7. Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn kim loại vào nhiệt độ không khí. 
3.2. Ảnh hưởng của chế độ mưa [3, 4] 
Mưa góp phần tạo nên màng dung dịch trên bề mặt kim loại, tuy nhiên, sự ảnh hưởng của 
mưa đến AMKQ rất phức tạp. Một mặt, nước mưa rửa trôi các chất xâm thực là tác nhân gây ăn 
a/ 
b/ c/ 
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 801
mòn sa lắng trên bề mặt kim loại dưới dạng khô (dry deposition), do đó có tác dụng làm giảm 
đáng kể tốc độ ăn mòn, kể cả khi TOW trở nên dài hơn. Mặt khác, mưa axit lại mang đến bề mặt 
kim loại các các ion gây ăn mòn dưới dạng ướt (wet deposition) như H+, SO42-, Cl-, đồng thời, 
nước mưa rửa trôi hoặc hòa tan sản phẩm ăn mòn, làm giảm tính năng bảo vệ của lớp sản phẩm 
trên bề mặt, do đó các tác nhân ăn mòn từ môi trường dễ dàng tiếp xúc với kim loại và tốc độ ăn 
mòn tăng lên. 
Chế độ mưa có liên quan đến những tác động nói trên đối với AMKL trong khí quyển, ví 
dụ, tổng lượng mưa và tần suất mưa ảnh hưởng đến việc rửa trôi các nhiễm bẩn, trong khi đó tốc 
độ mưa, cường độ mưa có tác dụng làm bong tróc, hòa tan các sản phẩm ăn mòn. Trong các 
vùng khí hậu nhiệt đới ẩm có tần suất mưa lớn, thời gian của một trận mưa ngắn nhưng tốc độ và 
tổng lượng mưa rất lớn nên tác động rửa trôi có thể chiếm ưu thế. Điều này được chứng minh 
bởi các số liệu nghiên cứu ăn mòn thép cacbon ở Cu Ba, Digha (Ấn Độ) và Việt Nam – tốc độ 
ăn mòn đạt cực đại trước khi có mưa và giảm đáng kể khi mưa bắt đầu [14, 15, 16]. 
Tác động thực sự (net effect) của mưa đối với AMKL hoàn toàn tùy thuộc vào các điều 
kiện của môi trường cũng như bản chất kim loại và tính năng bảo vệ của lớp sản phẩm ăn mòn 
tạo thành trên bề mặt kim loại đó. Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng trong những vùng 
không khí bị nhiễm bẩn nặng thì tốc độ AMKL trong khí quyển dưới mái che (sheltered) thường 
lớn hơn so với tốc độ AMKL trong khí quyển không có mái che (un-sheltered). Ngược lại, trong 
các điều kiện khí quyển ít ô nhiễm hơn, tốc độ AMKL trong điều kiện ngoài trời luôn lớn hơn so 
với điều kiện dưới mái che [3]. Khi đã hình thành một lớp sản phẩm dày, đặc chắc, bám dính tốt 
vào nền (thử nghiệm dài hạn), ảnh hưởng của mưa sẽ không chiếm ưu thế như đối với kim loại 
mới bị ăn mòn có lớp sản phẩm tạo thành còn khá mỏng. 
3.3. Ảnh hưởng của nhiễm bẩn khí quyển [3, 4] 
Có rất nhiều loại tạp chất khí quyển (hơn 2000 chất) được tồn tại dưới dạng khí hoặc dưới 
dạng các hạt rắn/lỏng nhỏ li ti, lơ lửng trong không khí (son khí - air-borne), tuy nhiên chỉ có 
tám chất/cặp chất chủ yếu có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình AMKL (bảng 2), trong số đó, 
NOx, SOx và ion Cl- được biết đến là những tạp chất phổ biến nhất gia tốc AMKQ các kim loại. 
Có thể giải thích tóm tắt các ảnh hưởng của chúng như dưới đây. 
Bảng 2. Độ nhạy của các kim loại đối với các tạp chất gây ăn mòn [3] 
Các chất gây ăn 
mòn Ag Al 
Đồng ... g của môi trưòng xâm thực cộng với sự chịu tải động dẫn đến 
nứt và gẫy chi tiết thiết bị; 
- Các dạng này có thể kết hợp và tương tác với nhau, gây nên sự hư hỏng của một chi tiết thiết 
bị. 
Tỉ lệ các dạng hư hỏng khác nhau được trình bày trên hình 20 
Mục tiêu và nhiệm vụ của công tác phân tích hư hỏng là nhằm: 
- Tìm nguyên nhân gây hư hỏng chi tiết thiết bị, tư vấn giải pháp khắc phục, loại bỏ hoặc 
giảm thiểu tối đa hư hỏng lặp lại trong các chu kì vận hành tiếp theo; 
- Tích cực hơn: kiểm tra, theo dõi định kì độ bền và các tính năng hoạt động của các chi tiết 
thiết bị, dự báo (phát hiện sớm) các nguy cơ hư hỏng và thời gian phục vụ (life time) của 
chúng; 
- Hoàn thiện và nâng cao chất lượng sản phẩm ngay trong quá trình sản xuất nhằm loại bỏ 
sản phẩm sai hỏng; 
- Đảm bảo an toàn sản xuất, giảm thiểu tai nạn, nâng cao hiệu quả kinh tế. 
8.2. Kĩ thuật phân tích hư hỏng 
Phân tích hư hỏng là một quá trình tổng hợp, đòi hỏi phải kết hợp nhiều kĩ thuật phân tích 
khác nhau như: phân tích các tính năng cơ học, cấu trúc và thành phần hóa học của vật liệu, 
cũng như các yếu tố tác động của môi trường và quy trình vận hành, v.v Mọi quy trình PTHH 
đều hướng tới mục tiêu cuối cùng là xác định được nguyên nhân gốc rễ gây hư hỏng và đề xuất 
giải pháp thích hợp để ngăn ngừa hư hỏng lặp lại. Một quy trình PTHH có các bước cơ bản như 
trong bảng 12. 
28,8% 
Thiết kế 
4,1% 
8,2% 
 9,6% 9,6% 
10,9% 
12,3% 
16,4% 
Lắp ráp 
Chế tạo 
Tác động bên ngoài 
Vận hành 
Bảo dưỡng 
Sửa chữa 
Vật liệu 
Hình 19. Thống kê các nguyên nhân hư hỏng Hình 20. Thống kê các dạng hư hỏng 
Lê Thị Hồng Liên 
 818
Bảng 12. Quy trình phân tích hư hỏng 
TT Các bước phân tích Kĩ thuật/Thiết bị 
1 Thu thập số liệu/tài liệu liên quan, chọn mẫu hỏng 
và chưa hỏng để kiểm tra/phân tích 
Hỏi/đáp, ghi chép, chụp ảnh, xem xét tài 
liệu, vv 
2 Kiểm tra sơ bộ: quan sát bằng mắt, chụp ảnh và 
sử dụng kĩ thuật NDT 
Máy ảnh thường, kính hiển vi soi nổi. Thiết 
bị kiểm tra không phá hủy (PT, UT). 
3 Phân tích cơ tính Thử kéo, uốn, thử dai vai đập, đo độ 
cứng 
4 Phân tích macro và micro: Chụp ảnh kim tương 
cấu trúc thô đại và cấu trúc tế vi, tìm các bằng 
chứng liên quan đến hư hỏng về cấu trúc, khuyết 
tật vật liệu, điểm xuất phát, hướng lan truyền vết 
nứt 
Kính hiển vi quang học (kim tương) và các 
thiết bị phụ trợ (máy mài/đánh bóng), thiết 
bị Replica (lấy mẫu cấu trúc tại hiện 
trường) 
5 Phân tích hóa học thành phần kim loại và các 
phân tích hóa học khác 
Thiết bị phân tích quang phổ phát xạ, 
SEM-EDX và các thiết bị khác 
6 Phân tích cơ học mặt gẫy: xác định kiểu (mode) 
gẫy, tìm điểm xuất phát của vết nứt, kiểu lan 
truyền vết nứt, phát hiện tạp chất, khuyết tật vật 
liệu 
Kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cỡ 
micrô và cần có buồng chứa mẫu lớn 
7 Tổng hợp bằng chứng và đánh giá các số liệu 
phân tích. 
Các chuyên gia trong “đội” 
8 Thử nghiệm mô phỏng: gia tốc tải và môi trường Các thiết bị mô phỏng (nhiều loại khác 
nhau tùy thuộc vào đối tượng và đặc điểm 
hư hỏng) 
9 Kết luận: cơ chế hư hỏng, nguyên nhân cốt lõi và 
đề xuất giải pháp ngăn ngừa lặp lại. 
10 Viết báo cáo 
8.3. Hoạt động PTHH phục vụ công nghiệp tại Viện Khoa học vật liệu 
Vì những lợi ích PTHH mang lại nên nó đã trở thành công cụ không thể thiếu cho mọi 
ngành công nghiệp, và công nghiệp Việt Nam cũng không ngoại lệ. Sau 7 năm hoạt động, hiện 
nay Trung tâm COMFA đã được công nghiệp Việt Nam nhận biết như là một đơn vị cung cấp 
các dịch vụ phân tích vật liệu và đánh giá hư hỏng trong các lĩnh vực sau đây: 
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 819
Bảng 13.Các lĩnh vực sản xuất công nghiệp sử dụng dịch vụ PTHH của Viện KHVL 
TT Lĩnh vực CN Yêu cầu PTHH Các đơn vị đã sử dụng dịch vụ của 
COMFA 
1. Nhiệt điện - Đánh giá hiện trạng (mức độ dão) 
các chi tiết thiết bị, cấu kiện làm việc 
trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất 
lớn (>550oC, ∼200bar). 
- PTHH chi tiết thiết bị trong hệ 
thống nồi hơi, tua bin,  
Công ty CP nhiệt điện Phả Lại; 
Công ty CP nhiệt điện Uông 
Bí; Công ty nhiệt điện Sơn Động; 
Công ty CP nhiệt điện Hải Phòng 
Dự án nhiệt điện Vũng Áng 1 
2. Thủy điện Đánh giá hiện trạng và PTHH các 
bánh xe công tác (tua bin thủy điện) 
Công ty CP thủy điện Đa Nhim – 
Hàm Thuận – Đa Mi; Công ty CP 
thủy điện miền Trung; Nhà máy 
thủy điện Nậm Khóa; Nhà máy 
thủy điện Nậm Chim. 
3. Mía đường, sản 
xuất giấy 
- PTHH chi tiết thiết bị trong dây 
chuyền sản xuất: trục cán mía, hệ 
thống nồi hơi, tua bin, hệ thống 
truyền nhiệt  
- Tư vấn kiểm soát chất lượng nước/hơi 
cho hệ thống nồi hơi/tua bin 
- Dự báo tuổi thọ của trục cán mía. 
Công ty CP Mía Đường Lam Sơn 
Công ty CP giấy Vạn Điểm 
Công ty CP Giấy Tissue Sông 
Đuống 
4. Công nghiệp phụ 
trợ 
(Các sản phẩm cơ 
khí và chế tạo phụ 
tùng ôtô/xe máy) 
- Phân tích nguyên nhân làm giảm 
tuổi thọ của chi tiết (hư hỏng trước 
thời hạn dự kiến/gây lỗi sản phẩm). 
- Tư vấn giảm thiểu hư hỏng. 
- Tư vấn nâng cao chất lượng sản 
phẩm thông qua chuẩn đoán qui trình 
công nghệ. 
Công ty TNHH ô tô Ford, VN; 
Công ty sản phẩm thép Việt Nam 
(VSP); 
Các doanh nghiệp cơ khí 
Công ty Lisemco, Hải Phòng 
Công ty Phanh Nissin, Việt Nam 
5. May mặc, chế biến 
thực phẩm và thức 
ăn chăn nuôi gia 
súc 
Tư vấn kiểm soát chất lượng 
nước/hơi cho hệ thống nồi hơi và hệ 
thống làm mát nhằm tiết kiệm năng 
lượng, chống ăn mòn, tăng tuổi thọ 
hoạt động của nồi hơi và các thiết bị 
khác. 
Công ty CP may Hưng Yên 
Công ty CP may Tiên hưng 
Một số nhà máy, xí nghiệp chế biến 
thực phẩm 
6. Dịch vụ giám định 
và bảo hiểm 
Phân tích nguyên nhân hư hỏng các 
chi tiết thiết bị là đối tượng được bảo 
hiểm 
Các công ty bảo hiểm/giám định 
7. Chế biến dầu khí Đánh giá hiện trạng và PTHH các chi 
tiết thiết bị, cấu kiện làm việc trong 
điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn 
Nhà máy lọc dầu Bình Sơn, Dung 
Quất 
9. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP PHÂN TÍCH HƯ HỎNG ĐÃ 
THỰC HIỆN TẠI COMFA/IMS 
9.1. Phân tích nguyên nhân hư hỏng trục khuỷu tàu thủy 
Trục khuỷu động cơ 4 kì 8 xylanh model X8320ZC4B-L của tàu thủy bị nứt gãy sau 3700 
giờ (khoảng 5 tháng) hoạt động, được yêu cầu tìm nguyên nhân gây hư hỏng để phục vụ công 
Lê Thị Hồng Liên 
 820
tác giám định/bảo hiểm. Các phân tích về thành phần hóa học, thẩm thấu (PT), tổ chức tế vi, độ 
cứng của vật liệu và phân tích mặt gãy sử dụng SEM-EDX đã được tiến hành. 
Kết quả phân tích cho thấy: 
− Quá trình nhiệt luyện bề mặt trục không đảm bảo, chiều dầy lớp thấm tôi quá thấp (220-
250 µm) so với yêu cầu (3 mm), quá trình gia công cơ tinh sau nhiệt luyện đã tạo nên lớp 
biến cứng trên bề mặt, lớp này có độ cứng cao, ứng suất dư lớn, là nguyên nhân tạo ra các 
vết nứt nhỏ trên bề mặt làm việc của cổ trục (hình 21). 
− Trục bị mỏi, vết nứt mỏi lan truyền dần từ các vết nứt nhỏ trên bề mặt, đồng thời vật liệu 
làm bạc lót trên cổ trục bị xước vỡ, rơi vào vết nứt (hình 22). 
 Hình 21. Trục khuỷu động cơ 4 kì Hình 22. Vết nứt gãy trên cổ trục 
a/ b/ 
Hình 21. Trục khuỷu động cơ 4 kì (a) và vết nứt trên cổ trục (b). 
Hình 22. Các vết nứt xuất hiện trên bề mặt trục (a) và cấu trúc tế vi mặt cắt ngang từ bề mặt trục vào 
bên trong (b) 
Kết luận: Quá trình nhiệt luyện và sự gia công bề mặt sau nhiệt luyện không tốt, tạo thành lớp 
thấm tôi quá mỏng và lớp biến cứng có độ cứng cao, gây nên các vết nứt bề mặt, dẫn đến sự gẫy 
mỏi sớm của trục khuỷu. 
9.2. Phân tích nguyên nhân gây nổ ống quá nhiệt trong hệ thống nồi hơi của phân xưởng 
cracking nhà máy lọc dầu 
Các ống quá nhiệt trong hệ thống nồi hơi phân xưởng cracking nhà máy hóa dầu bị phồng 
nổ sau ba năm đưa vào sử dụng, gây thiệt hại lớn về kinh tế và khả năng cung cấp sản phẩm của 
nhà máy. Các đánh giá phân tích tại hiện trường và phòng thí nghiệm đã được tiến hành bao 
Vết nứt trên bề mặt làm 
việc của chi tiết bị biến 
cứng 
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 821
gồm: phân tích thành phần hóa học (của lớp cặn, của vật liệu chế tạo ống), phân tích cấu trúc tế 
vi vật liệu, phân tích mặt gãy và vi phân tích SEM/EDX, phân tích cơ tính vật liệu (độ cứng, độ 
dai va đập). Cùng với những kết quả phân tích tại hiện trường ngay sau khi hệ thống dừng hoạt 
động, nguyên nhân gây ra hư hỏng của các ống có thể được kết luận: các ống bị quá nhiệt cục 
bộ ngắn hạn về cùng một hướng do chịu tác động của dòng nhiệt lớn tập trung từ hệ thống vòi 
phun. Hệ thống lưới chắn chia nhiệt bị thủng là nguyên nhân gây ra sự tập trung dòng nhiệt vào 
một khu vực ống và gây ra sự phồng, nổ của các ống (H.23 và H.24). 
Hình 23. Vị trí ống quá nhiệt bị nổ. 
Hình 24 . Ống bị hư hỏng (a) và ảnh chụp cấu trúc của ống bị hư hỏng (b). 
9.3. Phân tích hư hỏng cánh tuôc bin thủy điện 
Bánh xe công tác dạng cánh gáo của một nhà máy thủy điện bị hư hỏng sau khoảng 35000 giờ 
làm việc. Cánh gàu số 8 bị nứt 170mm tại vị trí đầu mũi, cánh gàu số 18 bị gãy hoàn toàn. Trung tâm 
COMFA đã thực hiện PTHH cho trường hợp này. Các kết quả phân tích cho thấy các cánh gàu bị 
nứt gãy do phá hủy mỏi. Các vết nứt lan truyền từ phía mũi cánh nơi có độ cứng quá cao, do quá 
trình hàn sửa chữa và xử lí nhiệt sau hàn không tốt. Thêm vào đó cấu trúc vật đúc có nhiều khuyết 
tật đúc làm giảm cơ tính của vật liệu, tạo các vết nứt tế vi trong lòng vật liệu và làm tăng nhanh 
quá trình phá hủy mỏi dẫn đến gẫy cánh gàu (H.25). 
Hình 25. Toàn cảnh bánh xe công tác (a) và cánh gàu số 18 bị gãy (b) 
(a) (b) 
Vết nứt 
lan truyền 
Lê Thị Hồng Liên 
 822
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Gerhardus H. Koch, Corrosion Costs and Preventive Strategies, www.nace.org. 
2. Corrosion: Understanding the Basics, ASM International 2000, 
www.asminternational.org. 
3. Christofer Leygraf, Thomas Graedel - Atmospheric corrosion, A John Wiley and Sons, Inc., 
Publication, 2000. 
4. ASM Corrosion Handbook, Vol.13A - Corrosion: Fundamentants, Testing, and 
Protection, Ed. Stephen D. Cramer and Bernard S. Covono, Jr, ASM International 2003. 
5. Rez a Javaherdashti - How corrosion affects industry and life, Anti-Corrosion Methods 
and Materials 47 (1) (2000) 30 - 34. 
6. Tidblad J., Mikhailov A. A., Kucera V. - Model for prediction of time of wetness on the 
basis of annual average dataon relative humidity and temperature, Zashchita Metallov 36 
(6) (2000) 533-540. 
7. Shreir L.L., Jarman R.A., Burstein G.T., Ed. - Corrosion, Vol.1, Metal/Environment 
Reactions, 3rd ed. Butterworth - Heinemann, 1994. 
8. ISO 9223: Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Classification. 
9. Tidblad J., Mikhailov A. A., Kucera V. - Application of a model for Prediction of Atmospheric 
Corrosion in Tropical Environments, “Marine Corrosion in Tropical Environments”, ASTM 
STP 1399, S.W. Dean, G, Hernandez - Duque Delgadillo and J. B. Bushman, Eds., American 
Society For Testing and Materials, West Conshohocken, PA , 2000, pp.18 - 31. 
10. Tidblad J., Mikhailov A. A., Kucera V. - Unifield Dose-Respond Function after 8 years of 
exposure, Quantification of Effect of Air Pollutiants on Materials, UN ECE Workshop 
Proc., Berlin 1999. 
11. GOST 24482-80: Macroclimatic regions of the world with tropic climate. Regionalizing 
and statistical parameters of climatic factors for technical purposes. 
12. Wikipedia - Khí hậu nhiệt đới gió mùa. 
13. Le Thi Hong Lien - Corrosion mapping of cacbon steel in non-coastal areas of Vietnam, 
Tạp chí Khoa học Công nghệ 48 (2010) 84-91. 
14. Perez F.C. - Atmospheric corrosion of steel in a humid tropical climate; Corrosion 40 
(1984) 170 -175. 
15. Strekalov P.V., Vu Dinh Huy, Mikhailovski N. - Kinetics of atmospheric corrosion of 
steel and zinc in tropical climates, Results of 5-year tests, Zaschita Metallov 18 (1983) 
220 -230 (in Russian). 
16. Rao, K.N., Lahiri A.K. (Eds.), Corrosion Map of India, 1972 
17. Số liệu thử nghiệm qua các thời kì của Viện Khoa học vật liệu. 
18. Tidblad J., Mikhailov A.A., Kucera V. - Acid deposition effect on materials in subtropical and 
tropical climates, The Report C-2000-11 of Swedish Corrosion Institute, 2000. 
19.  
20.  
21. nuclearpowertraining.tpub.com. 
22.  
Ăn mòn và phá huỷ vật liệu kim loại trong môi trường khí quyển nhiệt đới Việt Nam 
 823
23. ISO 9225: Metals and Alloys - Aggressivity of Atmospheres - Method of Measurement of 
pollution data. 
24. ISO 9226: Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres - Method of 
determination of corrosivity using the corrosion loss standard specimens. 
25. ISO 8565: Metals and Alloys - Atmospheric Corrosion Test - General Requirements for 
Field Test. 
26. ISO 8407: Metals and alloys - Procedure for removal of corrosion products from corrosion 
test specimens. 
27. Le Thi Hong Lien - Corrosion mapping of cacbon steel in non-coastal areas of Vietnam, 
Tạp chí Khoa học Công nghệ 48 (2010) 84-91. 
28. Graedel T.E., Leygraf C. - Scenarior for atmospheric corrosion in the 21th century, The 
Electrochemical Interface, 2001, pp. 24-30. 
29. Lien Le Thi Hong, Hong Hoang Lam, The Formation of Protectiveness Layer on 
Weathering Steel in Initial Stage of Exposure to Vietnam Tropical Climate, Proc. of the 
18th ICC, 20-24 Nov. 2011, Perth, Australia, paper 455.00. 
30. Failure Analysis and Prevention, Volume 11, ASM Handbook, 2005, 
31. Failure Analysis for Materials and Components, training course for ASEAN trainees, 22/2 
- 30/3/2010, KIMS Changwon, Korea. 
ABSTRACT 
CORROSION AND DAMAGE OF METALLIC MATERIALS IN TROPICAL 
ATMOSPHERE OF VIETNAM 
Le Thi Hong Lien 
Institute of Materials Science, VAST, 18 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi, Vietnam 
Email: honglien@ims.vast.ac.vn 
Corrosion and damage of metal materials in atmosphere are interested by scientists aiming 
to control and minimize economic losses and unexpected accidents as well as protect sustainable 
environment. It is necessary to understand naturally the atmospheric corrosion of metals and the 
relevant factors that affect corrosion process as well as to learn the knowledge in this field in 
order to control corrosion and prevent the failures of components, devices and structures those 
are utilized in atmosphere. 
The paper introduces briefly some fundaments of the metallic atmospheric corrosion and 
the corrosion effects of climatic and environmental parameters as air temperature, air humidity, 
time of wetness and pollutants (air salinity - Cl- content and SO2 deposition rate). The common 
types of failure in atmospheric environment are given, the concepts and methodology on 
classification of atmospheric corrosivity according to ISO standard are mentioned and applied to 
estimate the atmospheric corrosivity of some climatic regions in Vietnam. And finally, the paper 
summarizes the main results of atmospheric corrosion investigation and failure analysis those 
have been carried out at Institute of Materials Science. 
Keywords: time of wetness, air pollutant, atmospheric corrosivity.