Một tình huống rất hay gặp: kỹ sư chọn bulong inox 316 cho một kết cấu ngoài trời vì "inox là bền nhất", bắt lên tấm nhôm hoặc lên thép mạ kẽm — và sau một mùa mưa, chỗ tiếp xúc quanh bulong bị ăn mòn nặng trong khi bản thân bulong vẫn sáng bóng. Nguyên nhân là ăn mòn điện hóa (galvanic corrosion): chính việc chọn vật liệu tốt hơn đã làm hỏng vật liệu bên cạnh.
Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc điện và cùng nằm trong một chất điện ly — nước mưa, nước ngưng tụ, hơi muối biển đều đủ — chúng tạo thành một pin điện hóa. Kim loại có điện thế âm hơn trở thành anot và bị ăn mòn nhanh hơn bình thường; kim loại kia trở thành catot và được bảo vệ. Cần ba điều kiện đồng thời:
Cắt đứt bất kỳ điều kiện nào cũng dừng được quá trình, và trong ba điều kiện đó thì điều kiện thứ hai là cái ta kiểm soát dễ nhất.
Xếp theo thứ tự từ hoạt động mạnh (dễ bị ăn mòn, anot) tới trơ (được bảo vệ, catot) trong môi trường nước biển:
| Vị trí | Vật liệu | Vai trò khi ghép với vật liệu phía dưới |
|---|---|---|
| 1 — hoạt động nhất | Magie | Bị ăn mòn |
| 2 | Kẽm, lớp mạ kẽm | Bị ăn mòn — nhưng đây chính là cơ chế bảo vệ hy sinh |
| 3 | Hợp kim nhôm | Bị ăn mòn khi ghép với thép, đồng, inox |
| 4 | Thép cacbon, gang | Bị ăn mòn khi ghép với đồng, inox |
| 5 | Chì, thiếc | Trung gian |
| 6 | Đồng thau, đồng thanh, đồng | Khá trơ |
| 7 | Inox 304, 316 ở trạng thái thụ động | Trơ — thường là catot |
| 8 — trơ nhất | Titan, graphit | Catot mạnh |
Điều kiện áp dụng: dãy trên là dãy điện hóa trong nước biển, dùng để so sánh tương đối. Thứ tự có thể thay đổi trong môi trường khác. Đặc biệt, inox chỉ trơ khi màng thụ động còn nguyên; trong khe hẹp thiếu oxy, màng ấy hỏng và inox có thể trở thành anot — đó là ăn mòn khe (crevice corrosion).
Tốc độ ăn mòn của anot phụ thuộc mật độ dòng, tức tổng dòng chia cho diện tích anot. Từ đó ra quy tắc quyết định trong thực hành:
Áp dụng cho mối ghép, nơi bulong luôn nhỏ hơn tấm rất nhiều:
| Bulong | Tấm | Ai là anot | Đánh giá |
|---|---|---|---|
| Inox 316 | Tấm nhôm lớn | Tấm nhôm (anot lớn) | Chấp nhận được — ăn mòn phân tán, nhưng vẫn nên cách ly ở vùng ven biển |
| Nhôm | Tấm inox lớn | Bulong nhôm (anot nhỏ) | Rất xấu — bulong bị ăn thủng nhanh, tuyệt đối tránh |
| Thép mạ kẽm | Tấm inox lớn | Lớp kẽm rồi tới thép (anot nhỏ) | Xấu — lớp kẽm tiêu nhanh, sau đó thép bị ăn mòn |
| Inox 316 | Tấm thép mạ kẽm lớn | Lớp kẽm quanh bulong | Trung bình — kẽm quanh lỗ tiêu trước, nên bịt kín hoặc dùng vòng đệm cách ly |
| Thép mạ kẽm | Tấm thép mạ kẽm | Không có cặp điện hóa | Tốt — cùng hệ vật liệu |
Ba dòng đầu cho một kết luận đơn giản và dễ nhớ: bulong nên là vật liệu trơ hơn hoặc bằng tấm, không bao giờ hoạt động hơn tấm. Bulong là chi tiết nhỏ, nên nếu nó làm anot thì toàn bộ dòng ăn mòn tập trung vào nó.
Bulong inox A2 hoặc A4 là lựa chọn phổ biến và chấp nhận được vì nhôm là anot có diện tích lớn. Nhưng ở vùng ven biển nên thêm vòng đệm cách ly và keo làm kín quanh lỗ, vì hơi muối làm tăng độ dẫn của màng nước rất nhiều.
Lớp kẽm quanh lỗ sẽ tiêu trước. Nếu kết cấu đặt trong nhà xưởng khô thì thường không đáng ngại; ngoài trời ven biển thì nên dùng bulong nhúng nóng cùng hệ thay vì inox, hoặc cách ly bằng vòng đệm và trám keo.
Đây là chỗ cấp ăn mòn thường bị đánh giá thấp. Ty ren mạ kẽm điện phân xuống cấp nhanh dưới hơi axit hay hơi clo; nên chuyển sang inox 304 cho môi trường ẩm thông thường và inox 316 khi có clo. Xem thêm so sánh inox 304 và 316 và chống ăn mòn: mạ kẽm hay inox.
Được, và đây là tổ hợp phổ biến, vì nhôm là anot nhưng có diện tích lớn nên ăn mòn phân tán và chậm. Tuy nhiên ở vùng ven biển hoặc môi trường có hơi muối, nên thêm vòng đệm cách ly phi kim và trám keo quanh lỗ. Tuyệt đối tránh chiều ngược lại là bulong nhôm trên tấm inox, vì khi đó anot lại là chi tiết nhỏ.
Vì kẽm và thép đều hoạt động hơn inox, mà bulong lại là chi tiết nhỏ. Toàn bộ dòng ăn mòn tập trung vào diện tích nhỏ đó: lớp kẽm tiêu rất nhanh rồi tới thép nền. Trên kết cấu inox nên dùng bulong inox cùng mác, hoặc ít nhất phải cách ly hoàn toàn bằng vòng đệm và bạc phi kim.
Nên sơn kim loại catot, tức kim loại trơ hơn, hoặc sơn cả hai. Nếu chỉ sơn anot mà lớp sơn có lỗ kim hay bị xước, toàn bộ dòng ăn mòn dồn vào diện tích hở nhỏ xíu đó và ăn thủng cục bộ rất nhanh — kết quả tệ hơn là không sơn gì.
Không, gỉ trắng là sản phẩm ăn mòn của chính lớp kẽm — dấu hiệu lớp phủ đang làm đúng nhiệm vụ bảo vệ hy sinh. Điều đáng lo là gỉ đỏ, nghĩa là lớp kẽm đã tiêu hết tại chỗ đó và thép nền bắt đầu bị ăn mòn. Khi thấy gỉ đỏ lan rộng thì nên thay bulong và xem lại cấp lớp phủ so với môi trường theo ISO 9223.