Dlaczego rdzewieją metale?

Co jest wspólne między zardzewiałym gwoździem, zardzewiałym mostem lub przeciekającym żelaznym ogrodzeniem? Dlaczego konstrukcje żelazne i wyroby żelazne ogólnie rdzewieją? Czym jest sama rdza? Postaramy się udzielić odpowiedzi na te pytania w naszym artykule. Rozważ przyczyny rdzewienia metali i metody ochrony przed tym szkodliwym zjawiskiem naturalnym.

Przyczyny rdzy

Wszystko zaczyna się od wydobycia metali. Nie tylko żelazo, ale na przykład aluminium, a magnez wydobywany jest początkowo w postaci rudy. Rudy glinu, manganu, żelaza i magnezu nie zawierają czystych metali, ale ich związki chemiczne: węglany, tlenki, siarczki, wodorotlenki.

Są to związki chemiczne metali z węglem, tlenem, siarką, wodą itp. W przyrodzie jest jeden, dwa i czyste metale - platyna, złoto, srebro - metale szlachetne - występują w postaci metali w stanie swobodnym i nie mają tendencji do tworzenie związków chemicznych.

Jednak większość metali nie jest wolna w warunkach naturalnych, a aby uwolnić je ze związków wyjściowych, konieczne jest stopienie rud, co zmniejsza czyste metale.

Ale wytapiając rudę zawierającą metal, mimo że otrzymujemy metal w czystej postaci, nadal jest to stan niestabilny, daleki od naturalnego. Z tego powodu czysty metal w normalnych warunkach środowiskowych ma tendencję do powrotu do pierwotnego stanu, to znaczy do utlenienia, a to jest korozja metalu.

Tak więc korozja jest naturalnym procesem niszczenia metali, który zachodzi w warunkach ich interakcji ze środowiskiem. W szczególności rdzewienie to proces powstawania wodorotlenku żelaza Fe (OH) 3, który zachodzi w obecności wody.

Ale naturalny fakt odgrywa w rękach ludzi, że reakcja utleniania w atmosferze, do której jesteśmy przyzwyczajeni, nie jest bardzo szybka, przebiega z bardzo małą prędkością, więc mosty i samoloty nie zapadają się natychmiast, a doniczki nie kruszą się przed naszymi oczami w proszku imbirowym. Ponadto korozję można zasadniczo spowolnić, stosując pewne tradycyjne sztuczki.

Na przykład stal nierdzewna nie rdzewieje, chociaż składa się z żelaza podatnego na utlenianie, nie jest jednak pokryta czerwonym wodorotlenkiem. Chodzi o to, że stal nierdzewna nie jest czystym żelazem, stal nierdzewna jest stopem żelaza i innego metalu, głównie chromu.

Oprócz chromu, niklu, molibdenu, tytanu, niobu, siarki, fosforu itp. W skład stali może wchodzić dodawanie dodatkowych pierwiastków do stopów odpowiedzialnych za pewne właściwości powstałych stopów.

Sposoby ochrony przed korozją

Jak zauważyliśmy powyżej, głównym pierwiastkiem stopowym dodawanym do zwykłej stali w celu nadania jej właściwości antykorozyjnych jest chrom. Chrom utlenia się szybciej niż żelazo, to znaczy, że sam się uderza. Tak więc na powierzchni stali nierdzewnej pojawia się najpierw warstwa ochronna z tlenku chromu, która ma ciemny kolor i nie jest tak luźna jak zwykła żelazna rdza.

Tlenek chromu nie przepuszcza agresywnych jonów ze środowiska szkodliwego dla żelaza, a metal jest chroniony przed korozją, podobnie jak trwały hermetyczny kombinezon ochronny. Oznacza to, że film tlenkowy w tym przypadku pełni funkcję ochronną.

Ilość chromu w stali nierdzewnej jest zwykle nie mniejsza niż 13%, nikiel jest nieco mniejszy w stali nierdzewnej, a inne dodatki stopowe znajdują się w znacznie mniejszych ilościach.

To dzięki foliom ochronnym, które wywierają pierwszy wpływ na środowisko, wiele metali jest odpornych na korozję w różnych środowiskach.Na przykład łyżka, talerz lub patelnia wykonane z aluminium nigdy tak naprawdę nie świeci; jeśli przyjrzysz się uważnie, mają one białawy odcień. To tylko tlenek glinu, który powstaje w wyniku kontaktu czystego aluminium z powietrzem, a następnie chroni metal przed korozją.

Folia tlenkowa pojawia się sama, a jeśli wyczyścisz aluminiową miskę papierem ściernym, po kilku sekundach połysku powierzchnia znów stanie się biaława - aluminium na czyszczonej powierzchni ponownie utlenia się pod wpływem tlenu atmosferycznego.

Ponieważ sam na sobie powstaje film z tlenku glinu, bez specjalnych sztuczek technologicznych, nazywa się go filmem pasywnym. Takie metale, na których naturalnie tworzy się warstwa tlenkowa, nazywa się pasywującymi. W szczególności aluminium jest pasywowanym metalem.

Niektóre metale są zmuszone do stanu pasywnego, na przykład wyższy tlenek żelaza - Fe2O3 jest w stanie chronić żelazo i jego stopy w powietrzu w wysokich temperaturach, a nawet w wodzie, z których nie może się pochwalić ani czerwony wodorotlenek, ani niższe tlenki tego samego żelaza.

W tym zjawisku występują pasywacje i niuanse. Na przykład w silnym kwasie siarkowym natychmiast pasywowana stal jest odporna na korozję, aw słabym roztworze kwasu siarkowego korozja rozpocznie się natychmiast.

Dlaczego tak się dzieje? Odpowiedzią na pozorny paradoks jest to, że w silnym kwasie na powierzchni stali nierdzewnej natychmiast tworzy się pasywujący film, ponieważ kwas o wyższym stężeniu ma wyraźne właściwości utleniające.

Jednocześnie słaby kwas nie utlenia stali wystarczająco szybko, a folia ochronna nie tworzy się, po prostu zaczyna korozję. W takich przypadkach, gdy środowisko utleniające nie jest wystarczająco agresywne, aby uzyskać efekt pasywacji, należy zastosować specjalne dodatki chemiczne (inhibitory, inhibitory korozji), które pomagają w tworzeniu pasywnej powłoki na powierzchni metalu.

Ponieważ nie wszystkie metale są podatne na tworzenie pasywnych filmów na swojej powierzchni, nawet siłą, dodanie moderatorów do utleniacza prowadzi po prostu do zapobiegawczego zatrzymywania metalu w warunkach redukcji, gdy utlenianie jest tłumione energetycznie, to znaczy, gdy dodatek występuje w agresywnym środowisku, jest niekorzystny energetycznie .

Istnieje inny sposób na utrzymanie metalu w środowisku odzyskiwania, jeśli nie jest możliwe zastosowanie inhibitora, użyj bardziej aktywnej powłoki: ocynkowane wiadro nie rdzewieje, ponieważ cynk powłoki powoduje korozję żelaza w kontakcie z otoczeniem, to znaczy, że uderza w siebie, będąc bardziej aktywnym metalem , cynk częściej wchodzi w reakcję chemiczną.

Dno statku jest często chronione w podobny sposób: kawałek bieżnika jest do niego przymocowany, a następnie bieżnik jest niszczony, a dno pozostaje nienaruszone.

Elektrochemiczna ochrona przed korozją podziemnych mediów jest również bardzo powszechnym sposobem walki z tworzeniem się na nich rdzy. Warunki redukcji powstają poprzez przyłożenie ujemnego potencjału katodowego do metalu, aw tym trybie proces utleniania metalu nie będzie już mógł przebiegać po prostu energetycznie.

Ktoś może zapytać, dlaczego powierzchnie zagrożone korozją po prostu nie malują, dlaczego po prostu nie pokryć części podatnej na korozję za każdym razem emalią? Jakie są różne sposoby?

Odpowiedź jest prosta. Emalia może zostać uszkodzona, na przykład farba samochodowa może odłamać się w niepozornym miejscu, a ciało zacznie stopniowo, ale stale rdzewieć, ponieważ związki siarki, sole, woda, tlen, pojawią się w tym miejscu, w wyniku czego ciało się zapadnie.

Aby zapobiec takiemu rozwojowi zdarzeń, należy zastosować dodatkową antykorozyjną obróbkę nadwozia. Samochód nie jest emaliowanym talerzem, który można wyrzucić, jeśli szkliwo ulegnie uszkodzeniu i kupi nowy.

Obecny stan rzeczy

Pomimo pozornej wiedzy i opracowania zjawiska korozji, pomimo wszechstronnych metod ochrony, korozja nadal stanowi pewne zagrożenie. Rurociągi są niszczone, co prowadzi do emisji ropy i gazu, spadają samoloty, awaria pociągu. Natura jest bardziej złożona, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka, a ludzkość musi jeszcze zbadać wiele innych aspektów korozji.

Tak więc nawet stopy odporne na korozję okazują się stabilne tylko w pewnych przewidywalnych warunkach, dla operacji, w których były pierwotnie przeznaczone. Na przykład stale nierdzewne nie tolerują chlorków i są przez nie dotknięte - występuje korozja trawienna, wżerowa i międzykrystaliczna.

Na zewnątrz, bez śladu rdzy, struktura może nagle zapaść się, jeśli tworzą się w niej małe, ale bardzo głębokie zmiany. Mikropęknięcia penetrujące grubość metalu są niewidoczne z zewnątrz.

Nawet stop niewrażliwy na korozję może nagle pęknąć, będąc pod długotrwałym obciążeniem mechanicznym - tylko ogromne pęknięcie nagle zniszczy konstrukcję. Stało się to już na całym świecie z metalowymi konstrukcjami budowlanymi, mechanizmami, a nawet z samolotami i helikopterami.