Защо металите ръждясват?

Какво е общото между ръждясал пирон, ръждясал мост или течаща желязна ограда? Защо железни конструкции и железни изделия като цяло ръждясват? Какво е ръжда сама по себе си? Ще се опитаме да дадем отговори на тези въпроси в нашата статия. Помислете за причините за ръждата на металите и методите за защита срещу този вреден природен феномен.

Ръжда причинява

Всичко започва с добив на метали. Не само желязо, но например алуминий, а магнезият се добива първоначално под формата на руда. Алуминиевите, мангановите, желязовите, магнезиевите руди не съдържат чисти метали, а техните химични съединения: карбонати, оксиди, сулфиди, хидроксиди.

Това са химични съединения на метали с въглерод, кислород, сяра, вода и др. В природата има един, два и чисти метали - платина, злато, сребро - благородни метали - те се срещат под формата на метали в свободно състояние и не са склонни да образуването на химични съединения.

Повечето метали обаче не са свободни при естествени условия и за да се освободят от изходните съединения, е необходимо рудите да се стопят, като по този начин се намаляват чистите метали.

Но топенето на металосъдържаща руда, въпреки че получаваме метала в чистата му форма, все още е нестабилно състояние, далеч от естественото. Поради тази причина чистият метал при нормални условия на околната среда има тенденция да се върне в първоначалното си състояние, тоест да окисли и това е корозия на метала.

По този начин корозията е естествен процес на разрушаване на металите, който протича в условия на тяхното взаимодействие с околната среда. По-специално, ръждата е процесът на образуване на железен хидроксид Fe (OH) 3, който протича в присъствието на вода.

Но естественият факт играе в ръцете на хората, че реакцията на окисляване в атмосферата, с която сме свикнали, не е много бърза, тя върви с много ниска скорост, така че мостовете и самолетите не се сриват моментално, а саксиите не се рушат пред очите ни в джинджифилов прах. В допълнение, корозията по принцип може да бъде забавена чрез прибягване до някои традиционни трикове.

Например неръждаемата стомана не ръждясва, въпреки че се състои от желязо, което е предразположено към окисляване, но въпреки това не е покрито с червен хидроксид. И нещото тук е, че неръждаемата стомана не е чисто желязо, неръждаемата стомана е сплав от желязо и друг метал, главно хром.

Освен хром, в състава на стоманата могат да бъдат включени никел, молибден, титан, ниобий, сяра, фосфор и др. Добавянето на допълнителни елементи към сплавите, които са отговорни за определени свойства на получените сплави, се нарича легиране.

Начини за защита от корозия

Както отбелязахме по-горе, основният легиращ елемент, добавен към обикновената стомана, за да му придаде антикорозионни свойства, е хромът. Хромът се окислява по-бързо от желязото, тоест поема удар върху себе си. По този начин върху повърхността на неръждаемата стомана първо се появява защитен филм от хромов оксид, който има тъмен цвят и не е толкова ронлив като обикновената желязна ръжда.

Хромовият оксид не пропуска агресивни йони от околната среда, които са вредни за желязото, а металът е защитен от корозия, като издръжлив херметичен защитен костюм. Тоест оксидният филм в този случай има защитна функция.

Количеството хром в неръждаемата стомана обикновено не е по-ниско от 13%, никелът е малко по-малко в неръждаемата стомана, а други легиращи добавки се намират в много по-малки количества.

Благодарение на защитните филми, които поемат първото въздействие върху околната среда, много метали са устойчиви на корозия в различни среди.Например, лъжица, чиния или тиган, направени от алуминий, никога не свети, ако се вгледате внимателно, те имат белезникав оттенък. Това е просто алуминиев оксид, който се образува при контакт на чист алуминий с въздух и след това предпазва метала от корозия.

Оксидният филм се появява сам и ако почистите алуминиевия тиган с шкурка, след няколко секунди гланц повърхността отново ще се превърне в белезникав - алуминият върху почистената повърхност отново ще се окисли под въздействието на атмосферния кислород.

Тъй като върху него се формира алуминиев филм, без специални технологични трикове, той се нарича пасивен филм. Такива метали, върху които естествено се образува оксиден филм, се наричат ​​пасивни. По-специално, алуминият е пасивиран метал.

Някои метали са принудени в пасивно състояние, например, по-висок железен оксид - Fe2О3 е в състояние да защити желязото и неговите сплави във въздуха при високи температури и дори във вода, с което нито червеният хидроксид, нито по-ниските окиси от същото желязо могат да се похвалят.

В явлението има пасивация и нюанси. Например при силна сярна киселина моментално пасивираната стомана е устойчива на корозия, а в слаб разтвор на сярна киселина корозията ще започне веднага.

Защо това се случва? Отговорът на очевидния парадокс е, че при силна киселина пасиващ филм моментално се образува на повърхността на неръждаемата стомана, тъй като киселина с по-висока концентрация има изразени окислителни свойства.

В същото време слабата киселина не окислява стоманата достатъчно бързо и защитният филм не се образува, а просто започва корозия. В такива случаи, когато окислителната среда не е достатъчно агресивна, за постигане на ефекта на пасивацията се прибягва до специални химически добавки (инхибитори, инхибитори на корозията), които подпомагат образуването на пасивен филм върху металната повърхност.

Тъй като не всички метали са склонни към образуване на пасивни филми на повърхността им, дори чрез сила, добавянето на модератори към окисляващата среда просто води до превантивно задържане на метала в условия на редукция, когато окисляването е енергично потиснато, тоест когато добавката присъства в агресивна среда, това е енергийно неизгодно ,

Има и друг начин за запазване на метала в средата за възстановяване, ако не е възможно да се използва инхибитор, нанесете по-активно покритие: поцинкованата кофа не ръждясва, тъй като цинкът на покритието разяжда желязото при контакт с околната среда, тоест взема удар върху себе си, като е по-активен метал , по-вероятно е цинкът да навлезе в химическа реакция.

Дъното на кораба често е защитено по подобен начин: парче от протектора е прикрепено към него и след това протекторът е унищожен, а дъното остава невредимо.

Електрохимичната защита от корозия на подземните комунални услуги също е много често срещан начин за борба с образуването на ръжда върху тях. Условията за редукция се създават чрез прилагане на отрицателен катоден потенциал към метала и в този режим процесът на окисляване на металите вече няма да може да протича просто енергично.

Човек може да попита защо повърхностите, застрашени от корозия, просто не боядисват, защо просто не покриват всеки път с емайл част, която е уязвима на корозия? Какви са различните начини?

Отговорът е прост. Емайлът може да се повреди, например, автомобилната боя може да се разпадне на незабележимо място и тялото ще започне постепенно, но непрекъснато да ръжда, тъй като серните съединения, соли, вода, кислород ще дойдат на това място и в резултат на това тялото ще се срине.

За да предотвратите подобно развитие на събития, прибягвайте до допълнителна антикорозионна обработка на тялото. Колата не е емайлирана табела, която може да се изхвърли, ако емайлът се повреди и се закупи нов ..

Сегашно състояние на нещата

Въпреки очевидните познания и усъвършенстване на явлението корозия, въпреки използваните универсални методи за защита, корозията все още представлява известна опасност. Тръбопроводите се сриват и това води до емисии на нефт и газ, самолетите падат, влакът катастрофира. Природата е по-сложна, отколкото може да изглежда на пръв поглед и човечеството тепърва ще изследва много повече аспекти на корозия.

Така че дори устойчивите на корозия сплави се оказват стабилни само при определени предвидими условия за операцията, в която първоначално са били предназначени. Например, неръждаемите стомани не понасят хлориди и се влияят от тях - възникват пептична, копаеща и междукристална корозия.

Външно, без намек за ръжда, структурата може внезапно да се срути, ако вътре се образуват малки, но много дълбоки лезии. Микрокреките, проникващи в дебелината на метала, са невидими отвън.

Дори сплав, неподатлива на корозия, може внезапно да се напука, като е подложена на продължително механично натоварване - просто огромна пукнатина изведнъж ще разруши конструкцията. Това вече се е случило по целия свят с метални строителни конструкции, механизми и дори със самолети и хеликоптери.