Kāpēc metāli rūsē?

Kas kopīgs starp sarūsējušu naglu, sarūsējušu tiltu vai noplūdušu dzelzs žogu? Kāpēc dzelzs konstrukcijas un dzelzs izstrādājumi parasti rūsē? Kas ir rūsa pati par sevi? Mēs centīsimies sniegt atbildes uz šiem jautājumiem mūsu rakstā. Apsvērsim metāla rūsēšanas cēloņus un aizsardzības metodes pret šo mums kaitīgo dabas parādību.

Rūsas cēloņi

Viss sākas ar metāla ieguvi. Ne tikai dzelzs, bet, piemēram, alumīnijs, un magniju sākotnēji iegūst rūdas veidā. Alumīnija, mangāna, dzelzs, magnija rūdas nesatur tīrus metālus, bet to ķīmiskos savienojumus: karbonātus, oksīdus, sulfīdus, hidroksīdus.

Tie ir metālu ķīmiski savienojumi ar oglekli, skābekli, sēru, ūdeni utt. Dabā ir viens, divi un tīri metāli - platīns, zelts, sudrabs - dārgmetāli - tie brīvā stāvoklī ir metālu formā un nemēdz ķīmisko savienojumu veidošanās.

Tomēr vairums metālu dabiskos apstākļos nav brīvi, un, lai tos atbrīvotu no izejvielām, rūdas ir jāizkausē, tādējādi samazinot tīru metālu daudzumu.

Bet kausējot metālu saturošu rūdu, kaut arī mēs to iegūstam tīrā veidā, tas joprojām ir nestabils, tālu no dabiska. Šī iemesla dēļ tīram metālam normālos vides apstākļos ir tendence atgriezties sākotnējā stāvoklī, tas ir, oksidēties, un tā ir metāla korozija.

Tādējādi korozija ir dabisks metālu iznīcināšanas process, kas notiek to mijiedarbības apstākļos ar vidi. Jo īpaši rūsēšana ir dzelzs hidroksīda Fe (OH) 3 veidošanās process, kas notiek ūdens klātbūtnē.

Bet dabiskais fakts cilvēku rokās spēlē to, ka oksidācijas reakcija atmosfērā, pie kuras esam pieraduši, nav ļoti ātra, tā iet ar ļoti mazu ātrumu, tāpēc tilti un lidmašīnas uzreiz nesabrūk, un podi mūsu acu priekšā nesagrūst ingvera pulverī. Turklāt koroziju principā var palēnināt, izmantojot dažus tradicionālos trikus.

Piemēram, nerūsējošais tērauds nerūsē, kaut arī tas sastāv no dzelzs, kam ir nosliece uz oksidāciju, to tomēr nesedz sarkanais hidroksīds. Un šeit runa ir par to, ka nerūsējošais tērauds nav tīrs dzelzs, nerūsējošais tērauds ir dzelzs un cita metāla, galvenokārt hroma, sakausējums.

Tērauda sastāvā papildus hromam var iekļaut niķeli, molibdēnu, titānu, niobiju, sēru, fosforu uc Papildu elementu pievienošanu sakausējumiem, kas ir atbildīgi par iegūto sakausējumu noteiktām īpašībām, sauc par leģēšanu.

Aizsardzības veidi pret koroziju

Kā mēs atzīmējām iepriekš, galvenais leģējošais elements, kas pievienots parastajam tēraudam, lai piešķirtu tam pretkorozijas īpašības, ir hroms. Hroms oksidējas ātrāk nekā dzelzs, tas ir, tas pats ietekmē. Tādējādi uz nerūsējošā tērauda virsmas vispirms parādās hroma oksīda aizsargplēve, kurai ir tumša krāsa un kas nav tik vaļīga kā parastā dzelzs rūsa.

Hroma oksīds neizlaiž agresīvos jonus no apkārtējās vides, kas ir kaitīgi dzelzs iedarbībai, un metāls ir aizsargāts no korozijas, tāpat kā izturīgs hermētisks aizsargtērps. Tas ir, oksīda plēvei šajā gadījumā ir aizsargājoša funkcija.

Hroma daudzums nerūsējošajā tēraudā parasti nav mazāks par 13%, niķeļa ir nedaudz mazāk nerūsējošā tērauda, ​​un citas leģējošas piedevas ir atrodamas daudz mazākā daudzumā.

Pateicoties aizsargplēvēm, kas vispirms ņem vērā ietekmi uz vidi, daudzi metāli ir izturīgi pret koroziju dažādās vidēs.Piemēram, no alumīnija izgatavota karote, šķīvis vai panna nekad īsti nespīd; ja jūs skatāties uzmanīgi, tiem ir bālgana nokrāsa. Tas ir tikai alumīnija oksīds, kas veidojas, saskaroties ar tīru alumīniju un gaisu, un pēc tam aizsargā metālu no korozijas.

Oksīda plēve parādās pati, un, ja jūs notīrāt alumīnija pannu ar smilšpapīru, pēc dažām spīduma sekundēm virsma atkal kļūs bālgana - alumīnijs uz notīrītās virsmas atmosfēras skābekļa ietekmē atkal oksidēsies.

Tā kā uz tā pati veidojas alumīnija oksīda plēve, bez īpašiem tehnoloģiskiem trikiem, to sauc par pasīvo plēvi. Šādus metālus, uz kuriem dabiski veidojas oksīda plēve, sauc par pasivējošiem. Jo īpaši alumīnijs ir pasivēts metāls.

Daži metāli tiek piespiesti pasīvā stāvoklī, piemēram, augstāks dzelzs oksīds - Fe2O3 spēj aizsargāt dzelzi un tā sakausējumus gaisā augstā temperatūrā un pat ūdenī, ar ko nevar lepoties ne tā paša dzelzs sarkanais hidroksīds, ne zemāki oksīdi.

Fenomenā ir pasivācija un nianses. Piemēram, spēcīgā sērskābē tūlīt pasivēts tērauds ir izturīgs pret koroziju, un vājā sērskābes šķīdumā tūlīt sāksies korozija.

Kāpēc tas notiek? Atbilde uz acīmredzamo paradoksu ir tāda, ka spēcīgā skābē uz nerūsējošā tērauda virsmas uzreiz veidojas pasivējoša plēve, jo skābei ar augstāku koncentrāciju ir izteiktas oksidējošas īpašības.

Tajā pašā laikā vāja skābe pietiekami ātri neoksidē tēraudu, un aizsargplēve neveidojas, tā tikai sāk koroziju. Šādos gadījumos, kad oksidējošā vide nav pietiekami agresīva, lai panāktu pasivācijas efektu, jāizmanto īpašas ķīmiskas piedevas (inhibitori, korozijas inhibitori), kas palīdz pasīvās plēves veidošanā uz metāla virsmas.

Tā kā ne visiem metāliem pat ar spēku ir tendence uz pasīvu plēvju veidošanos, pat ar spēku, moderatoru pievienošana oksidējošai videi vienkārši novērš metāla preventīvu aizturi reducēšanās apstākļos, kad oksidēšana tiek enerģētiski nomākta, tas ir, kad piedeva atrodas agresīvā vidē, tā ir enerģētiski neizdevīga. .

Ir vēl viens veids, kā noturēt metālu reģenerācijas vidē, ja nav iespējams izmantot inhibitoru, izmantojiet aktīvāku pārklājumu: cinkotais spainis nerūsē, jo pārklājuma cinks korodē dzelzi, nonākot saskarē ar vidi, tas ir, tas pats ietekmē sevi, būdams aktīvāks metāls , cinks, visticamāk, nonāk ķīmiskajā reakcijā.

Kuģa dibenu bieži aizsargā līdzīgā veidā: tam tiek piestiprināts protektora gabals, un pēc tam protektors tiek iznīcināts, un dibens paliek neskarts.

Pazemes komunālo pakalpojumu elektroķīmiskā aizsardzība pret koroziju ir arī ļoti izplatīts veids, kā apkarot rūsas veidošanos uz tiem. Reducēšanas apstākļi tiek radīti, metālam piemērojot negatīvu katoda potenciālu, un šajā režīmā metāla oksidācijas process vairs nevarēs notikt vienkārši enerģētiski.

Var jautāt, kāpēc korozijas riskam pakļautās virsmas vienkārši nekrāso, kāpēc katru reizi korozijai pakļauto daļu vienkārši neklāt ar emalju? Kādas ir dažādas iespējas?

Atbilde ir vienkārša. Emalja var tikt sabojāta, piemēram, neuzkrītošā vietā var nokrāties automašīnu krāsa, un korpuss sāks pakāpeniski, bet nepārtraukti rūsēt, jo šajā vietā nonāks sēra savienojumi, sāļi, ūdens, skābeklis, kā rezultātā korpuss sabruks.

Lai novērstu šādu notikumu attīstību, izmantojiet ķermeņa papildu pretkorozijas ārstēšanu. Automašīna nav emaljēta plāksne, kuru var izmest, ja emalja ir sabojāta un nopirka jaunu.

Pašreizējais stāvoklis

Neskatoties uz acīmredzamajām zināšanām un korozijas fenomena attīstību, neskatoties uz izmantotajām daudzveidīgajām aizsardzības metodēm, korozija joprojām rada zināmas briesmas. Cauruļvadi tiek iznīcināti, un tas rada naftas un gāzes izmešus, lidmašīnas nokrīt, vilciens avarē. Daba ir sarežģītāka, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena, un cilvēcei vēl ir jāizpēta daudz vairāk korozijas aspektu.

Pat korozijizturīgi sakausējumi izrādās stabili tikai noteiktos paredzamos apstākļos darbībai, kurā tie sākotnēji bija paredzēti. Piemēram, nerūsējošais tērauds nepanes hlorīdus, un tos ietekmē - notiek peptiska, punktveida un starpkristālu korozija.

Ārēji, bez sīkas rūsas, struktūra var pēkšņi sabrukt, ja iekšpusē veidojas mazi, bet ļoti dziļi bojājumi. Mikroplaisas, kas iekļūst metāla biezumā, no ārpuses nav redzamas.

Pat sakausējums, kas nav uzņēmīgs pret koroziju, var pēkšņi plaisāt, ilgstoši izturoties mehāniskā spriegumā - vienkārši milzīga plaisa pēkšņi iznīcinās struktūru. Tas jau ir noticis visā pasaulē ar metāla celtņu konstrukcijām, mehānismiem un pat ar lidmašīnām un helikopteriem.