Pourquoi les métaux rouillent-ils?

Qu'est-ce qui est commun entre un clou rouillé, un pont rouillé ou une clôture en fer qui fuit? Pourquoi les structures et produits en fer rouillent-ils en général? Qu'est-ce que la rouille en soi? Nous essaierons de donner des réponses à ces questions dans notre article. Considérez les causes de la rouille des métaux et les méthodes de protection contre ce phénomène naturel nocif.

Causes de rouille

Tout commence par l'extraction de métaux. Non seulement le fer, mais, par exemple, aluminiumet le magnésium sont extraits initialement sous forme de minerai. Les minerais d'aluminium, de manganèse, de fer et de magnésium ne contiennent pas de métaux purs, mais leurs composés chimiques: carbonates, oxydes, sulfures, hydroxydes.

Ce sont des composés chimiques de métaux avec du carbone, de l'oxygène, du soufre, de l'eau, etc. Il existe un, deux et des métaux purs dans la nature - platine, or, argent - métaux précieux - ils se présentent sous la forme de métaux à l'état libre et n'ont pas tendance à la formation de composés chimiques.

Cependant, la plupart des métaux ne sont pas libres dans des conditions naturelles, et afin de les libérer des composés de départ, il est nécessaire de faire fondre les minerais, réduisant ainsi les métaux purs.

Mais la fonte du minerai contenant du métal, bien que nous obtenions le métal sous sa forme pure, c'est toujours un état instable, loin d'être naturel. Pour cette raison, un métal pur dans des conditions environnementales normales a tendance à revenir à son état d'origine, c'est-à-dire à s'oxyder, et c'est la corrosion du métal.

Ainsi, la corrosion est un processus naturel de destruction des métaux qui se produit dans des conditions d'interaction avec l'environnement. En particulier, la rouille est le processus de formation d'hydroxyde de fer Fe (OH) 3, qui se déroule en présence d'eau.

Mais le fait naturel joue dans les mains des gens que la réaction d'oxydation dans l'atmosphère à laquelle nous sommes habitués n'est pas très rapide, elle va à très basse vitesse, donc les ponts et les avions ne s'effondrent pas instantanément et les pots ne s'effondrent pas sous nos yeux dans la poudre de gingembre. De plus, la corrosion peut, en principe, être ralentie en recourant à quelques astuces traditionnelles.

Par exemple, l'acier inoxydable ne rouille pas, bien qu'il soit constitué de fer sujet à l'oxydation, il n'est cependant pas recouvert d'hydroxyde rouge. Et le problème ici est que l'acier inoxydable n'est pas du fer pur, l'acier inoxydable est un alliage de fer et d'un autre métal, principalement du chrome.

Outre le chrome, le nickel, le molybdène, le titane, le niobium, le soufre, le phosphore, etc. peuvent être inclus dans la composition de l'acier. L'ajout d'éléments supplémentaires aux alliages qui sont responsables de certaines propriétés des alliages résultants est appelé alliage.

Façons de se protéger contre la corrosion

Comme nous l'avons noté ci-dessus, le principal élément d'alliage ajouté à l'acier ordinaire pour lui conférer des propriétés anti-corrosion est le chrome. Le chrome s'oxyde plus rapidement que le fer, c'est-à-dire qu'il prend un coup sur lui-même. Sur la surface de l'acier inoxydable, apparaît donc d'abord un film protecteur d'oxyde de chrome, qui a une couleur foncée, et pas aussi lâche que la rouille de fer ordinaire.

L'oxyde de chrome ne transmet pas les ions agressifs de l'environnement qui sont nocifs pour le fer, et le métal est protégé contre la corrosion, comme une combinaison de protection hermétique durable. C'est-à-dire que le film d'oxyde dans ce cas a une fonction protectrice.

La quantité de chrome dans l'acier inoxydable n'est généralement pas inférieure à 13%, le nickel est légèrement moins dans l'acier inoxydable et d'autres additifs d'alliage se trouvent en quantités beaucoup plus petites.

C'est grâce aux films protecteurs qui prennent le premier impact environnemental que de nombreux métaux résistent à la corrosion dans divers environnements.Par exemple, une cuillère, une assiette ou un moule en aluminium ne brille jamais vraiment; si vous regardez de près, ils ont une teinte blanchâtre. Ce n'est que de l'oxyde d'aluminium, qui est formé par le contact de l'aluminium pur avec l'air, puis protège le métal de la corrosion.

Le film d'oxyde apparaît de lui-même, et si vous nettoyez le bac en aluminium avec du papier de verre, après quelques secondes de brillant, la surface redeviendra blanchâtre - l'aluminium sur la surface nettoyée s'oxydera à nouveau sous l'influence de l'oxygène atmosphérique.

Puisqu'un film d'alumine est formé sur lui-même, sans astuces technologiques spéciales, il est appelé film passif. Ces métaux, sur lesquels un film d'oxyde se forme naturellement, sont appelés passivants. En particulier, l'aluminium est un métal passivé.

Certains métaux sont contraints à un état passif, par exemple, un oxyde de fer plus élevé - Fe2O3 est capable de protéger le fer et ses alliages dans l'air à des températures élevées et même dans l'eau, dont ni l'hydroxyde rouge ni les oxydes inférieurs du même fer ne peuvent se vanter.

Il y a passivation et nuances dans le phénomène. Par exemple, dans l'acide sulfurique fort, l'acier passivé instantanément résiste à la corrosion, et dans une solution faible d'acide sulfurique, la corrosion commencera immédiatement.

Pourquoi cela se produit-il? La réponse au paradoxe apparent est que dans l'acide fort, un film passivant se forme instantanément à la surface de l'acier inoxydable, car un acide avec une concentration plus élevée a des propriétés oxydantes prononcées.

Dans le même temps, un acide faible n'oxyde pas l'acier assez rapidement et le film protecteur ne se forme pas, il commence juste à se corroder. Dans de tels cas, lorsque le milieu oxydant n'est pas suffisamment agressif, pour obtenir l'effet de passivation, recourir à des additifs chimiques spéciaux (inhibiteurs, inhibiteurs de corrosion) qui aident à la formation d'un film passif sur la surface métallique.

Étant donné que tous les métaux ne sont pas sujets à la formation de films passifs à leur surface, même par la force, l'ajout de modérateurs au milieu oxydant conduit simplement à la rétention préventive du métal dans des conditions de réduction, lorsque l'oxydation est énergétiquement supprimée, c'est-à-dire lorsque l'additif est présent dans un environnement agressif, il est énergétiquement désavantageux .

Il y a une autre façon de garder le métal dans l'environnement de récupération, s'il n'est pas possible d'utiliser un inhibiteur, utilisez un revêtement plus actif: le seau galvanisé ne rouille pas, car le zinc du revêtement corrode le fer en contact avec l'environnement, c'est-à-dire qu'il prend un coup sur lui-même, étant un métal plus actif , le zinc est plus susceptible d'entrer dans une réaction chimique.

Le fond du navire est souvent protégé de la même manière: un morceau de la bande de roulement y est attaché, puis la bande de roulement est détruite et le fond reste indemne.

La protection contre la corrosion électrochimique des services publics souterrains est également un moyen très courant de lutter contre la formation de rouille sur eux. Les conditions de réduction sont créées en appliquant un potentiel de cathode négatif au métal, et dans ce mode, le processus d'oxydation du métal ne pourra plus se dérouler simplement énergétiquement.

On peut se demander pourquoi les surfaces à risque de corrosion ne peignent tout simplement pas, pourquoi ne pas simplement enduire une pièce vulnérable à la corrosion à chaque fois avec de l'émail? À quoi servent les différentes manières?

La réponse est simple. L'émail peut être endommagé, par exemple, la peinture de la voiture peut se détacher dans un endroit peu visible et le corps commencera à rouiller progressivement mais continuellement, car des composés soufrés, des sels, de l'eau, de l'oxygène viendront à cet endroit et, par conséquent, le corps s'effondrera.

Pour éviter une telle évolution des événements, recourir à un traitement anticorrosion supplémentaire du corps. Une voiture n'est pas une plaque émaillée qui peut être jetée si un émail est endommagé et en a acheté une nouvelle.

Situation actuelle

Malgré la connaissance et l'élaboration apparentes du phénomène de la corrosion, malgré les méthodes de protection polyvalentes utilisées, la corrosion présente toujours un certain danger. Les pipelines s'effondrent et cela entraîne des émissions de pétrole et de gaz, des avions tombent, le train s'écrase. La nature est plus complexe qu'il n'y paraît à première vue, et l'humanité n'a pas encore exploré bien d'autres aspects de la corrosion.

Ainsi, même les alliages résistants à la corrosion ne s'avèrent stables que dans certaines conditions prévisibles, pour l'opération à laquelle ils étaient initialement destinés. Par exemple, les aciers inoxydables ne tolèrent pas les chlorures et en sont affectés - il se produit une corrosion peptique, des piqûres et des cristaux.

Extérieurement, sans trace de rouille, la structure peut soudainement s'effondrer si de petites lésions très profondes se forment à l'intérieur. Les microfissures pénétrant l'épaisseur du métal sont invisibles de l'extérieur.

Même un alliage non sensible à la corrosion peut se fissurer soudainement, étant soumis à des contraintes mécaniques prolongées - une fissure énorme détruira soudainement la structure. Cela s'est déjà produit dans le monde entier avec des structures de construction métalliques, des mécanismes et même avec des avions et des hélicoptères.