Cơ chế chống gỉ của inox: Bí mật lớp màng crom tự phục hồi hoạt động

Inox chống gỉ nhờ một cơ chế thụ động đặc biệt: lớp màng crom oxit cực mỏng tự hình thành và tự phục hồi trên bề mặt. Bài viết này đi thẳng vào “bí mật” khoa học phía sau lớp màng đó, những yếu tố có thể phá vỡ nó, cách kiểm soát trong gia công – lắp đặt – bảo trì, và gợi ý chọn mác inox phù hợp cho các điều kiện điển hình tại Việt Nam. Đây là kiến thức nền tảng khi bắt đầu với thép không gỉ, nhưng đủ sâu để áp dụng ngay trong nhà xưởng và công trường.

Lớp màng crom (passive film) là gì?

– Bản chất: Khi hàm lượng crom trong thép ≥10,5% và carbon ≤1,2% (theo EN 10088), crom trên bề mặt phản ứng với oxy để tạo thành lớp Cr2O3 cực mỏng, liên tục và bám chặt. Phản ứng tổng quát: 2Cr + 3/2 O2 → Cr2O3.
– Độ dày: thường 1–3 nm, có thể tăng đến ~5 nm tùy mác và môi trường. Dù mỏng hơn hàng nghìn lần so với tóc người, lớp màng đủ để tách kim loại nền khỏi môi trường ăn mòn.
– Tự phục hồi: Khi bị xước nhẹ hoặc mài mòn, chỉ cần có oxy (trong không khí hoặc nước giàu oxy hòa tan), lớp màng sẽ tái hình thành trong vài giây đến vài phút.
– Tự thụ động khác “lớp phủ”: Không giống sơn, mạ kẽm hay phủ epoxy, inox không cần lớp phủ ngoài. Tính chống gỉ đến từ lớp màng oxit nội sinh và ổn định nhiệt – hóa học.

Vai trò của các nguyên tố hợp kim

– Cr (crom): Nền tảng tạo màng thụ động. Tăng Cr làm tăng độ dày/độ bền màng.
– Mo (molypden): Tăng khả năng chống rỗ (pitting) và kẽ hở (crevice) do Cl-. Mo giúp màng tái thụ động nhanh hơn tại điểm tấn công.
– Ni (niken): Ổn định pha austenit (dễ gia công, hàn), gián tiếp cải thiện độ dẻo dai và một số cơ chế ăn mòn.
– N (nitơ): Tăng mạnh chống rỗ và kẽ hở, đặc biệt trong thép duplex/austenit cao nitơ.

Tại sao inox vẫn có thể gỉ?

Dù thụ động tốt, một số điều kiện có thể phá vỡ hoặc ngăn cản lớp màng crom hoạt động hiệu quả:
– Ion chloride (Cl-): Tác nhân chính gây rỗ/kẽ hở, đặc biệt ở nhiệt độ cao, đọng muối biển, hồ bơi, hơi mặn.
– Thiếu oxy: Trong khe hở kín, gioăng, bavia, chồng lắp, nước tù đọng – màng không được nuôi bởi oxy → ăn mòn kẽ hở.
– Bề mặt thô/ô nhiễm sắt: Nhiễm bẩn hạt sắt từ dụng cụ thép carbon, xỉ hàn, vảy oxit nhiệt (heat tint) làm suy yếu màng.
– Môi trường khử axit mạnh: HCl, H2SO4 đậm đặc ở nhiệt độ cao có thể phá vỡ màng, đặc biệt với mác không có Mo.
– Nhạy cảm kết tinh (sensitization): Ở 450–850°C, cacbit Cr có thể kết tủa ở biên giới hạt nếu C cao, làm nghèo Cr cục bộ → ăn mòn liên kết hạt. Khắc phục bằng dùng 304L/316L (C thấp) hoặc 321/347 (ổn định hóa bằng Ti/Nb).
– Nứt ăn mòn ứng suất (SCC): Austenit như 304/316 dễ SCC trong dung dịch Cl- ở >60°C dưới ứng suất kéo. Duplex (2205) kháng tốt hơn.

Chỉ số PREN để dự báo chống rỗ

PREN ≈ %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
– 304: ~18–19 → chịu được môi trường đô thị nội địa, ít Cl-.
– 316/316L: ~24–26 → tốt cho vùng ven biển, hồ bơi, công nghiệp nhẹ có Cl-.
– Duplex 2205: ~34–36 → kháng rỗ/kẽ hở rất tốt, phù hợp nước biển, công trình ngoài khơi.

Màng thụ động hoạt động như thế nào – ở cấp độ điện hóa

– Trạng thái thụ động: Trên biểu đồ thế–pH (Pourbaix), inox nằm trong miền ổn định của Cr2O3 ở pH trung tính và có oxy. Dòng ăn mòn rất nhỏ (μA/cm²).
– Phá hủy cục bộ: Cl- tập trung tại khuyết tật bề mặt, phá vỡ màng ở điện thế nhất định (Epit). Sau khi “đục lỗ”, bên trong hố rỗ trở nên axit và thiếu oxy, ăn mòn tự xúc tiến nếu không tái thụ động. Mo/N giúp nâng Epit và tăng tốc tái thụ động.

Tối ưu chống gỉ từ khâu vật liệu đến lắp đặt

– Chọn mác phù hợp môi trường:
– Nội thất Hà Nội, độ ẩm cao nhưng ít sương muối: 304/304L với hoàn thiện 2B/BA/No.4 mịn.
– Ngoại thất gần đường lớn, bụi bẩn, thỉnh thoảng nhiễm muối gió mùa: 304 có thể bị “ố trà” (tea-staining); ưu tiên 316L hoặc 304 với hoàn thiện rất mịn và vệ sinh định kỳ.
– Ven biển, khu công nghiệp hóa chất nhẹ, hồ bơi clorine: 316L tối thiểu; kết cấu chịu lực hoặc nhiệt cao xem xét duplex 2205.
– Hoàn thiện bề mặt:
– Bề mặt càng mịn (BA, No.4 mịn, hairline chuẩn, đánh bóng gương) càng ít điểm giữ muối/bụi → kháng ăn mòn tốt hơn.
– Tránh khe hở, hốc bẩn; thiết kế thoát nước tốt, mép uốn kín, tránh chồng lắp tạo capillary.
– Gia công & hàn:
– Dùng dụng cụ riêng cho inox (bàn chải inox/nylon), không dùng chung với thép carbon.
– Sau hàn, loại bỏ heat tint và vảy oxit bằng tẩy gỉ (pickling) rồi thụ động (passivation) theo ASTM A380/A967 để phục hồi Cr bề mặt.
– Dùng filler phù hợp (ví dụ 316L cho chi tiết 316L), kiểm soát nhiệt đầu vào để giảm biến màu và biến cứng.

Làm sạch, tẩy gỉ, thụ động: quy trình thực tế

– Vệ sinh định kỳ:
– Dùng nước sạch và chất tẩy rửa trung tính (pH 6–8); rửa tráng kỹ; lau khô.
– Tránh chất chứa Cl- (thuốc tẩy, HCl), bàn chải thép carbon, bột mài thô.
– Loại bỏ ố trà/rỉ bề mặt nhẹ:
– Dung dịch hữu cơ nhẹ (axit citric loãng) hoặc gel tẩy chuyên dụng cho inox; rửa kỹ sau xử lý.
– Tẩy gỉ – thụ động sau gia công:
– Pickling: Hỗn hợp axit (thường HNO3 + HF dạng gel/dung dịch) để loại bỏ oxit nhiệt, sỉ hàn. Yêu cầu an toàn nghiêm ngặt.
– Passivation: Nitric hoặc citric theo ASTM A967 để làm giàu Cr bề mặt và thúc đẩy tạo màng Cr2O3 đồng đều.
– Kiểm tra: Thử “water-break free” (nước trải màng đều), thử muối (theo tiêu chuẩn), hoặc kiểm tra trực quan sau lão hóa ẩm. Tham khảo ASTM A380/A967 để chọn phương pháp phù hợp.

Kiểm soát trong vận hành và bảo trì

– Lập lịch vệ sinh theo môi trường:
– Nội địa: 3–6 tháng/lần.
– Ven biển/gần đường bụi – muối: 1–3 tháng/lần. Rửa áp lực nhẹ để loại muối đọng.
– Bảo vệ tạm thời khi thi công:
– Phủ film PE; tháo bỏ sớm sau lắp đặt và vệ sinh bề mặt.
– Tránh hàn/cắt thép carbon gần khu vực inox, dùng chắn tia lửa.
– Sửa chữa tại chỗ:
– Vết xước: mài tinh theo hướng hoàn thiện sẵn có, sau đó thụ động lại bằng gel citric/nitric.
– Rỗ cục bộ: làm sạch cơ học, tẩy cục bộ bằng gel pickling, rửa – trung hòa – passivate.

So sánh inox với thép carbon mạ/sơn về cơ chế chống gỉ

– Inox: Chống gỉ nhờ màng Cr2O3 tự tái tạo; vết xước nhỏ tự phục hồi khi có oxy.
– Mạ kẽm/sơn: Dựa vào lớp phủ hy sinh/cách ly. Khi bị cắt xước, ăn mòn lan nhanh nếu không sửa chữa. Tuổi thọ phụ thuộc độ dày/độ nguyên vẹn lớp phủ.
– Tổng vòng đời: Inox thường chi phí đầu tư cao hơn nhưng chi phí vòng đời thấp hơn trong môi trường ăn mòn vừa–nặng nhờ giảm bảo trì.

Các kịch bản ứng dụng phổ biến tại Việt Nam

– Lan can, biển hiệu ngoài trời Hà Nội: 304 với No.4 mịn hoặc BA; vệ sinh 3–6 tháng/lần. Khu đường lớn bụi/khói: cân nhắc 316.
– Công trình ven biển (Đồ Sơn, Sầm Sơn, Vũng Tàu): 316L/duplex 2205; tránh bề mặt quá thô; kiểm soát đọng muối.
– Nhà máy chế biến thực phẩm: 304/316L bề mặt BA/No.4 mịn; luôn passivation sau hàn; vệ sinh theo SOP, tránh clo tự do.
– Hồ bơi clorine/phòng xông: Ưu tiên 316L; tránh nhiệt độ cao kết hợp Cl-; thông gió tốt giảm SCC.

Câu hỏi thường gặp

– Inox 304 có gỉ ngoài trời Hà Nội không? Có thể xuất hiện “ố trà” nếu bề mặt thô, bẩn và không vệ sinh định kỳ. Chọn hoàn thiện mịn, vệ sinh theo lịch hoặc dùng 316L để dự phòng.
– Có cần passivation sau hàn không? Nên. Hàn tạo oxit nhiệt và làm nghèo Cr bề mặt; pickling + passivation phục hồi tính thụ động theo ASTM A380/A967.
– Dùng thuốc tẩy (chlorine) để vệ sinh được không? Không khuyến nghị. Ion Cl- để lại dư lượng gây rỗ. Hãy dùng chất tẩy trung tính, không chứa Cl-.
– Đánh bóng gương có chống gỉ tốt hơn không? Bề mặt càng mịn càng giảm bám bẩn và kẽ hở vi mô, từ đó kháng ăn mòn tốt hơn, nhưng vẫn cần chọn mác phù hợp môi trường.

Nguồn tham khảo

– ASTM A380/A380M – Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems.
– ASTM A967/A967M – Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts.
– EN 10088 – Stainless steels – List of stainless steel grades and compositions.
– Nickel Institute: Technical Series on stainless steel corrosion and passivity (nickelinstitute.org).
– Outokumpu Corrosion Handbook; Outokumpu datasheets on 304/316/2205.
– International Stainless Steel Forum (ISSF): Guidelines on cleaning and maintenance of stainless steel.
– ASM Handbook, Vol. 13C: Corrosion – Environments and Industries.

Kết luận

– Tính “không gỉ” của inox đến từ lớp màng crom oxit Cr2O3 dày cỡ nano, tự hình thành và tự phục hồi khi có oxy.
– Màng có thể bị phá vỡ bởi Cl-, thiếu oxy, ô nhiễm sắt, hàn không xử lý, hoặc môi trường axit khử mạnh.
– Chọn mác đúng (304, 316L, duplex), hoàn thiện bề mặt mịn, thiết kế thoát nước tốt, tách biệt dụng cụ gia công, và thực hiện pickling – passivation theo chuẩn là chìa khóa kéo dài tuổi thọ.
– Vệ sinh định kỳ bằng hóa chất trung tính và quy trình đúng giúp duy trì màng thụ động bền vững và ngoại quan sáng đẹp.

Cần tư vấn mác inox, tiêu chuẩn passivation hoặc báo giá tốt nhất cho dự án tại Hà Nội và toàn quốc? Liên hệ Inox Cường Thịnh: Hotline 0343.417.281 | Email inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com