ทำไมโลหะถึงเป็นสนิม?

อะไรเป็นเรื่องธรรมดาระหว่างเล็บที่มีสนิมสะพานที่เป็นสนิมหรือรั้วเหล็กรั่ว? ทำไมโครงสร้างเหล็กและผลิตภัณฑ์เหล็กถึงเป็นสนิม? สนิมต่อ se คืออะไร? เราจะพยายามให้คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ในบทความของเรา ให้เราพิจารณาสาเหตุของการเกิดสนิมโลหะและวิธีการป้องกันปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เป็นอันตรายต่อเรา

สาเหตุของสนิม

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการขุดโลหะ ไม่เพียงแค่รีด แต่ยกตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียมถูกขุดในขั้นต้นในรูปของแร่ แร่อะลูมิเนียมแมงกานีสเหล็กแมกนีเซียมไม่ได้มีโลหะบริสุทธิ์ แต่มีสารประกอบทางเคมี ได้แก่ คาร์บอเนตออกไซด์ออกไซด์ซัลไฟด์ไฮดรอกไซด์

เหล่านี้เป็นสารประกอบทางเคมีของโลหะที่มีคาร์บอนออกซิเจนซัลเฟอร์น้ำ ฯลฯ มีโลหะหนึ่งในสองชนิดและบริสุทธิ์ในธรรมชาติ - ทองคำขาวทองคำเงิน - โลหะมีค่า - เกิดขึ้นในรูปแบบของโลหะในรัฐอิสระและไม่มีแนวโน้มที่จะ การก่อตัวของสารประกอบทางเคมี

อย่างไรก็ตามโลหะส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่ภายใต้สภาวะธรรมชาติและเพื่อให้เป็นอิสระจากสารประกอบเริ่มต้นจำเป็นต้องละลายแร่ซึ่งจะช่วยลดโลหะบริสุทธิ์

แต่การถลุงแร่ที่มีส่วนประกอบของโลหะถึงแม้ว่าเราจะได้รับโลหะในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่ก็ยังคงอยู่ในสถานะที่ไม่เสถียรห่างไกลจากธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้โลหะบริสุทธิ์ภายใต้สภาพแวดล้อมปกติจึงมีแนวโน้มที่จะกลับไปสู่สถานะเดิมนั่นคือออกซิไดซ์และนี่คือการกัดกร่อนของโลหะ

ดังนั้นการกัดกร่อนจึงเป็นกระบวนการทำลายธรรมชาติสำหรับโลหะที่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขของการมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกิดสนิมเป็นกระบวนการของการก่อตัวของไฮดรอกไซด์เหล็ก (OH) 3 ซึ่งดำเนินการในที่ที่มีน้ำ

แต่ความจริงตามธรรมชาติอยู่ในมือของผู้คนที่ปฏิกิริยาออกซิเดชันในชั้นบรรยากาศที่เราคุ้นเคยไม่เร็วมากมันไปด้วยความเร็วที่ต่ำมากดังนั้นสะพานและเครื่องบินจึงไม่ยุบทันทีและหม้อไม่พังตาผงขิง นอกจากนี้โดยหลักการแล้วการกัดกร่อนสามารถชะลอตัวลงได้โดยใช้เทคนิคแบบดั้งเดิม

ตัวอย่างเช่นสแตนเลสไม่ขึ้นสนิมแม้ว่าจะประกอบด้วยเหล็กซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชัน แต่ก็ไม่ได้ถูกปกคลุมด้วยไฮดรอกไซแดง แต่ประเด็นคือสแตนเลสไม่ใช่เหล็กบริสุทธิ์สแตนเลสเป็นโลหะผสมของเหล็กและโลหะอื่นส่วนใหญ่เป็นโครเมียม

นอกจากโครเมียม, นิกเกิล, โมลิบดีนัม, ไทเทเนียม, ไนโอเบียม, ซัลเฟอร์, ฟอสฟอรัสและอื่น ๆ สามารถรวมอยู่ในองค์ประกอบของเหล็กการเพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมให้กับโลหะผสมที่รับผิดชอบคุณสมบัติบางอย่างของโลหะผสมที่เกิดขึ้นจะเรียกว่าการผสม

วิธีป้องกันการกัดกร่อน

ตามที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้นองค์ประกอบการผสมหลักที่ถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กธรรมดาเพื่อให้คุณสมบัติในการป้องกันการกัดกร่อนคือโครเมียม โครเมี่ยมออกซิไดซ์เร็วกว่าเหล็กนั่นคือมันต้องโจมตีตัวเอง บนพื้นผิวของสแตนเลสก่อนอื่นปรากฏฟิล์มป้องกันของโครเมียมออกไซด์ซึ่งมีสีเข้มและไม่หลวมเหมือนสนิมเหล็กธรรมดา

โครเมียมออกไซด์ไม่ผ่านไอออนที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเป็นอันตรายต่อเหล็กและโลหะจะได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนเช่นชุดป้องกันที่ทนทาน นั่นคือฟิล์มออกไซด์ในกรณีนี้มีฟังก์ชั่นป้องกัน

ปริมาณโครเมียมในเหล็กกล้าไร้สนิมมักจะไม่ต่ำกว่า 13% นิกเกิลน้อยกว่าในเหล็กกล้าไร้สนิมเล็กน้อยและสารเจือปนอื่น ๆ ที่พบในปริมาณที่น้อยกว่ามาก

ต้องขอบคุณฟิล์มป้องกันที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเป็นอันดับแรกว่าโลหะจำนวนมากทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายตัวอย่างเช่นช้อนจานหรือกระทะที่ทำจากอลูมิเนียมไม่เคยส่องแสงจริง ๆ ถ้าคุณมองอย่างใกล้ชิดพวกเขามีสีขาว นี่เป็นเพียงอลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งเกิดขึ้นจากการสัมผัสของอลูมิเนียมบริสุทธิ์กับอากาศและจากนั้นป้องกันโลหะจากการกัดกร่อน

ฟิล์มออกไซด์จะปรากฏขึ้นเองและหากคุณทำความสะอาดกระทะอลูมิเนียมด้วยกระดาษทรายหลังจากผ่านไปสองสามวินาทีของพื้นผิวจะเปลี่ยนเป็นสีขาวอีกครั้ง - อลูมิเนียมบนพื้นผิวที่ทำความสะอาดจะออกซิไดซ์อีกครั้งภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนในบรรยากาศ

เนื่องจากฟิล์มอลูมินานั้นถูกสร้างขึ้นบนตัวมันเองโดยไม่ต้องใช้เทคนิคพิเศษจึงถูกเรียกว่าฟิล์มแฝง โลหะดังกล่าวซึ่งฟิล์มออกไซด์เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเรียกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งอลูมิเนียมเป็นโลหะที่ผ่านการเจาะ

โลหะบางชนิดถูกบังคับให้อยู่ในสถานะแฝงตัวอย่างเช่นเหล็กออกไซด์ที่สูงขึ้น - Fe2O3 สามารถป้องกันเหล็กและโลหะผสมของมันในอากาศที่อุณหภูมิสูงและแม้กระทั่งในน้ำซึ่งไม่สามารถไฮดรอกไซด์สีแดงหรือออกไซด์ที่ต่ำกว่าของเหล็กชนิดเดียวกัน

มีทู่และความแตกต่างในปรากฏการณ์ ยกตัวอย่างเช่นในกรดซัลฟิวริกที่รุนแรงเหล็กที่ผ่านการขัดถูทันทีจะทนทานต่อการกัดกร่อนและในสารละลายที่อ่อนแอของกรดซัลฟิวริกการกัดกร่อนก็จะเริ่มขึ้นทันที

ทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น คำตอบของความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดคือในกรดแก่ฟิล์มพาสซีฟจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของสแตนเลสทันทีเนื่องจากกรดที่มีความเข้มข้นสูงจะมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์เด่นชัด

ในเวลาเดียวกันกรดอ่อนไม่ออกซิไดซ์เหล็กเร็วพอและฟิล์มป้องกันไม่ก่อตัวมันเพิ่งเริ่มการกัดกร่อน ในกรณีเช่นนี้เมื่อตัวกลางออกซิไดซ์ไม่ก้าวร้าวมากพอที่จะทำให้เกิดผลกระทบจากการทำฟิล์มทู่ถึงสารเคมีพิเศษ (สารยับยั้งสารยับยั้งการกัดกร่อน) ที่ช่วยในการก่อตัวของฟิล์มแบบพาสซีฟบนพื้นผิวโลหะ

เนื่องจากโลหะไม่ทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเกิดฟิล์มแบบพาสซีฟบนพื้นผิวของมันแม้โดยการบังคับดังนั้นการเพิ่ม moderators ในตัวกลางออกซิไดซ์ก็จะนำไปสู่การเก็บรักษาเชิงป้องกันของโลหะภายใต้สภาวะการลดลงเมื่อออกซิเดชันถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง .

มีวิธีอื่นที่จะทำให้โลหะอยู่ในสภาพแวดล้อมการกู้คืนหากไม่สามารถใช้สารยับยั้งได้ให้ใช้การเคลือบที่มีความเข้มข้นมากขึ้น: ถังชุบสังกะสีไม่ขึ้นสนิมเนื่องจากสังกะสีของเหล็กกัดกร่อนที่เคลือบผิวสัมผัสกับสภาพแวดล้อมนั่นคือมันต้องใช้ตัวเอง สังกะสีมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี

ด้านล่างของลำเรือมักจะได้รับการปกป้องในลักษณะเดียวกัน: มีดอกยางติดอยู่และดอกยางจะถูกทำลายและก้นก็ยังไม่เป็นอันตราย

การป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของสาธารณูปโภคใต้ดินยังเป็นวิธีที่พบได้ทั่วไปในการต่อสู้กับการก่อตัวของสนิม เงื่อนไขการลดถูกสร้างขึ้นโดยการใช้ศักย์ขั้วลบเชิงลบกับโลหะและในโหมดนี้กระบวนการออกซิเดชั่นโลหะจะไม่สามารถดำเนินการได้อย่างมีพลังอีกต่อไป

บางคนอาจถามว่าทำไมพื้นผิวที่มีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนไม่ทาสีทำไมทำไมไม่เคลือบส่วนที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อนทุกครั้งด้วยการเคลือบฟัน? อะไรคือวิธีการที่แตกต่างกัน?

คำตอบนั้นง่าย เคลือบฟันอาจได้รับความเสียหายตัวอย่างเช่นสีรถยนต์อาจแตกหักในที่ไม่เด่นและร่างกายจะเริ่มทยอย แต่ต่อเนื่องเป็นสนิมเนื่องจากสารประกอบกำมะถันเกลือเกลือน้ำออกซิเจนจะมาถึงสถานที่นี้และเป็นผลให้ร่างกายจะยุบตัว

เพื่อป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าวให้หันไปใช้การรักษาป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติมของร่างกาย รถไม่ใช่แผ่นเคลือบที่สามารถโยนทิ้งได้หากเคลือบฟันเกิดความเสียหายและซื้อรถใหม่ ..

สถานการณ์ปัจจุบัน

แม้จะมีความรู้ที่ชัดเจนและรายละเอียดของปรากฏการณ์ของการกัดกร่อนแม้จะมีวิธีการป้องกันที่หลากหลายที่ใช้การกัดกร่อนยังคงเป็นอันตราย ท่อถูกทำลายและสิ่งนี้นำไปสู่การปล่อยน้ำมันและก๊าซเครื่องบินตกรถไฟล่ม ธรรมชาตินั้นซับซ้อนเกินกว่าที่จะเห็นได้อย่างรวดเร็วในตอนแรกและมนุษยชาติยังไม่ได้สำรวจการกัดกร่อนในหลาย ๆ ด้าน

ดังนั้นแม้แต่โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนก็ยังมีความมั่นคงในสภาพที่สามารถคาดการณ์ได้สำหรับการดำเนินงานที่พวกเขาตั้งใจไว้ ตัวอย่างเช่นสแตนเลสจะไม่ทนต่อคลอไรด์และได้รับผลกระทบจากพวกเขา - เกิดการกัดกร่อนแบบ peptic, pitting และ intercrystal

ภายนอกโดยไม่เกิดสนิมโครงสร้างก็สามารถยุบถ้าแผลขนาดเล็ก แต่ลึกมากภายใน Microcracks ที่เจาะความหนาของโลหะจะมองไม่เห็นจากภายนอก

แม้แต่โลหะผสมที่ไม่ไวต่อการกัดกร่อนก็สามารถแตกได้ในขณะที่อยู่ภายใต้แรงกดดันทางกลเป็นเวลานาน - เพียงแค่รอยแตกขนาดใหญ่ก็จะทำลายโครงสร้าง สิ่งนี้เกิดขึ้นทั่วโลกด้วยโครงสร้างอาคารกลไกและแม้แต่กับเครื่องบินและเฮลิคอปเตอร์