Как быстро появляется ржавчина на металле
Обновлено: 25.04.2024
Ржавчина, обычно называемая окислением, возникает, когда железо или металлические сплавы, содержащие железо, такие как сталь, подвергаются воздействию кислорода и воды в течение длительного периода времени.
Ржавчина образуется, когда железо подвергается процессу окисления, но не все окисления образуют ржавчину. Как уже говорилось выше, ржаветь может только железо или сплавы, содержащие железо, но и другие металлы могут подвергаться коррозии аналогичным образом.
Что такое коррозия?
Коррозия возникает, когда элемент, легко теряющий свои электроны (например, некоторые металлы), соединяется с элементом, который поглощает дополнительные электроны (кислород), а затем вступает в контакт с раствором электролита (водой). Работа воды в процессе коррозии заключается в ускорении потока электронов от металла к кислороду.
Этот процесс называется окислительно -восстановительной реакцией и на самом деле представляет собой два химических процесса, которые происходят одновременно: восстановление (редукция) и окисление.
Что такое редукция?
Редукция – это название химической реакции, которая происходит, когда молекула получает электрон. Это роль кислорода в коррозии металлов.
Что такое окисление?
Окисление – это противоположная восстановлению реакция, которая происходит, когда молекула теряет электрон. Это роль воздействия металла в коррозии металла. Ржавчина и патина меди странного зеленого цвета – видимые результаты того, что металлы теряют свои электроны в воздухе.
Ржавеют ли медь, железо и алюминий?
Технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо. Другие металлы, включая драгоценные металлы, такие как золото и серебро, могут подвергаться аналогичной коррозии.
Что отличает определенные металлы, так это время, необходимое для того, чтобы они начали ржаветь или подвергаться коррозии.
Вот несколько примеров о том, как наиболее распространенные металлы противостоят ржавчине и коррозии.
В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»
Ржавеет ли медь?
Медь не ржавеет, однако, корродирует. Медь имеет естественный коричневый цвет и при коррозии приобретает ярко-зеленый оттенок. Хотя некоторые считают, что реакция меди скорее потускнение, чем окисление, металл по-прежнему подвергается аналогичному процессу «ржавления».
В естественной среде медь крайне несклонна к коррозии. Тип коррозии, которая в конечном итоге приводит к поломке медных питьевых труб, называется эрозионной коррозией, и она возникает только из-за воздействия текущей турбулентной воды в течение длительного периода времени. Обычно видимая на старых монетах знаменитая красивая зеленая «патина» может полностью сформироваться за 20 лет.
Это один из немногих природных металлов, который не добывается из руды (хотя он может быть получен другими способами), пригодный для непосредственного использования в естественной среде. Этот, а также тот факт, что медь очень мягкая и с ней легко работать, повлекли за собой то, что медь стала одним из первых металлов, с которыми работали люди в истории человечества.
Фактически, медь имела такое большое значение, что у нас действительно есть период в истории, называемый медным веком.
Медь обладает высокой проводимостью к теплу и электричеству, поэтому ее часто используют в электропроводке.
Медь также имеет очень низкую реакционную способность. Известный инструмент в химии, который представляет собой последовательность металлов, упорядоченную от самой высокой до самой низкой реакционной способности до кислот, воды, извлечения металлов из их руд и других реакций. Из-за её низкой реакционной способности специальный сплав меди (90% меди и 10% никеля) используется для деталей лодок, которые в дальнейшем подвергаются воздействию морской воды, или в качестве труб для транспортировки питьевой воды. Если вы осмотритесь в своем доме или здании, то заметите, что во многих ваших приборах используются медные трубы для подачи и отвода воды.
По данным Министерства жилищного строительства и городского развития России, средний срок службы медной водопроводной трубы составляет 50-70 лет.
Ржавеет ли железо?
Да. Помните, что технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо.
По сравнению с коррозией других металлов, железо относительно быстро ржавеет, особенно если оно подвергается воздействию воды и кислорода. Фактически, когда железо подвергается воздействию воды и кислорода, оно может начать ржаветь в течение нескольких часов.
Железо также быстро ржавеет при воздействии высоких температур. Экстремальные температуры могут изменить химический состав металла, что делает его чрезвычайно склонным к рекомбинации с кислородом в окружающей среде.
Алюминий производится в 3 этапа:
Этап 1. Добыча полезных ископаемых
Этап 2. Обработка
Этап 3. Электролитическое восстановление (при котором образуется сам алюминий)
Алюминий получают из минерала боксита. Бокситы чаще всего встречаются в субтропических местах, таких как Африка, Западная Индия, Южная Америка и Австралия, хотя есть небольшие месторождения и в других местах, например, в Европе. Австралия является крупнейшим производителем бокситов. На его долю приходится около 23% мировой добычи.
Затем этот боксит перерабатывается в оксид алюминия, который состоит только из атомов алюминия и кислорода, связанных вместе.
Затем через оксид алюминия пропускается электрический ток, который отделяет различные компоненты друг от друга. Пузырьки кислорода образуются на одном конце, а капли чистого расплавленного алюминия собираются на другом.
Около 4-5 тонн боксита перерабатывается в 2 тонны оксида алюминия, что дает 1 тонну чистого алюминия.
Алюминий корродирует намного медленнее, чем другие металлы, такие как железо. Причина того, что алюминий не так легко подвергается коррозии, как другие металлы, заключается в его особой реакции с водой.
Обычно, когда вода вступает в контакт с металлом, она побуждает металл еще быстрее отдавать свои электроны окружающему его кислороду.
Однако у алюминия особая реакция на воду. Когда вода соприкасается с алюминием, атомы алюминия и кислорода (содержащиеся в металле, а не кислород в окружающем его воздухе) перемещаются дальше друг от друга.
Они окажутся почти на 50% дальше друг от друга, чем были в начале. Эта реакция удаления меняет молекулярную структуру алюминия настолько, что он становится химически инертным, а это означает, что он не так легко подвергается коррозии.
Как предотвратить ржавление металлов
Ржавчина – это естественная химическая реакция. Несмотря на то, что некоторые металлы ржавеют быстрее других, это не должно вас сдерживать от использования этих металлов для определенных целей. Есть много способов предотвратить ржавчину металлов, например, металлические краски и покрытия, защитные барьеры, барьерные пленки, а также многочисленные антикоррозионные растворы и лужение. В каждом методе используются разные соединения и материалы для создания защитного барьера между металлом и элементами, вызывающими ржавчину и коррозию.
Почему металл ржавеет?
Очень редко ржавчина может считаться хорошей вещью. Согласитесь, больно восстанавливать все, что начало разлагаться и гнить от ржавчины. Стоимость восстановления тоже может быть довольно безумной.
Так почему ржавеет металл? Любой металл, содержащий железо, при воздействии кислорода в присутствии воды начинает ржаветь. Эти же металлы также ржавеют под воздействием хлоридов и воды. Хлорид чаще всего содержится в соли.
В этой статье я расскажу о некоторых научных данных: какие металлы не ржавеют и как предотвратить ржавчину металлов.
Почему металл ржавеет
Во-первых, ржаветь будет только металл, содержащий железо. Наиболее часто используемый металл, содержащий железо, — это сталь. Металлы, не содержащие железа, такие как алюминий и титан, не ржавеют (хотя и окисляются).
Ржавчина — это электрохимический процесс, который восстанавливает железосодержащие металлы до их естественного, неочищенного состояния. Этот процесс можно ускорить, добавив тепла, некоторых минералов и химикатов.
Думайте об этом как о естественном способе бросить наш хлам обратно в землю.
Ржавчина – это разновидность окисления. Окисление – это необычное слово, которое описывает потерю электрона в результате реакции с молекулой, атомом или ионом.
Железо и кислород имеют противоположные заряды, поэтому они притягиваются друг к другу (как магниты). Когда они контактируют друг с другом в присутствии воды, они объединяются. Атом железа теряет три электрона, а атом кислорода получает два атома. Это та потеря электрона, о которой мы говорили. Железо слишком податливо.
При этом образуется молекула Fe2O3, которая в науке известна как оксид железа. Многие из нас просто используют красивое и простое слово «ржавчина».
Окисление не обязательно означает, что виноват кислород, хотя термин возник именно отсюда. Еще во времена динозавров (или около того) кислород был единственным известным окислителем. Современное определение «окисления» может включать другие окислители, такие как перекись водорода и галогены.
Сверхбыстрое образование ржавчины
Не вся ржавчина образована кислородом. Также существует ржавчина, образованная хлоридом.
Обычным источником хлоридов является соль. Вообще-то причудливое название соли — хлорид натрия. Ион хлорида очень сильно реагирует с железом, когда рядом вода. Если кислорода нет, этот ион сам по себе вызовет образование зеленой ржавчины, как на затонувших кораблях.
Вот почему металл так быстро ржавеет в океане. Соленый влажный воздух заметно ускорит этот процесс. Вы даже можете заметить образование ржавчины на голом металле в течение одного дня!
Еще одно место, где соль наносит ущерб металлу – это холодные регионы, где соль используется в качестве антиобледенителя на дорогах. Обычно автомобили ржавеют и гниют значительно быстрее, если металл не обрабатывать и сразу смывать соль.
На самом деле существует несколько видов оксида железа (ржавчины): простое красное вещество из кислорода и зеленое вещество из хлорида, но обычно их довольно редко можно увидеть.
Как защитить металл от ржавчины
Существует множество способов предотвратить образование ржавчины на металлах, содержащих железо. Все эти методы состоят из создания барьера, который предотвратит контакт железа и кислорода.
Покраска
Это наиболее распространенное и обычно самое дешевое решение. Если вы покроете сталь слоем краски, вы создадите простой и легкий барьер, блокирующий молекулы кислорода.
Чтобы это работало правильно, вам понадобится краска, которая будет прочно держаться на металле. Если он начинает отслаивается, то он больше не защищает металл. Существуют специально разработанные краски для металла, а также порошковые покрытия для пластика и эмаль, которые, по сути, работают в одном направлении.
Металлизация
Это процесс, при котором вы покрываете железо или сталь другим металлом, который не ржавеет. Это можно сделать электрохимическим способом или осаждением из паровой фазы.
Другой распространенный способ нанесения металла – это окунание, как при гальванике. Горячее цинкование – это процесс, при котором сталь погружают в ванну с расплавленным цинком, который защищает металл от ржавчины.
По сути, вы используете другой металл, чтобы создать барьер между железом и кислородом или хлоридом.
Однако для некоторых металлических покрытий (например, цинка) вы также используете металл для поглощения лишних электронов, вызывающих ржавчину. В конце концов цинк подвергнется коррозии, но пока он не исчезнет, сталь под ним будет ржаветь гораздо медленнее. Этот процесс называется катодной защитой.
Другие защитные барьеры
Помимо перечисленных выше методов, есть еще несколько вариантов, которые можно использовать. Однако обычно это временные решения, и они требуют регулярного обслуживания.
Например, на лодках многие мелкие металлические детали погружаются в воск, когда они подвергаются воздействию соленого воздуха во время транспортировки. Для больших металлических частей можно использовать воск в спрее.
Детали машины, покрытые смазкой, отталкивают воду и это отличный способ предотвратить ржавчину. Обратная сторона медали – масло должно оставаться на металле. Если его очистить и не наносить повторно, металл заржавеет. Это означает, что машина нуждается в регулярном обслуживании.
Сплавы и нержавеющая сталь
Для металлических компонентов, которые нельзя покрасить или нанести на них защитный барьер, иногда используют металлический сплав вместо обычной стали.
Нержавеющая сталь предотвращает ржавчину, потому что она легирована другими металлами и элементами, которые окисляются и образуют тонкий барьер, предотвращающий ржавление. Существует несколько различных видов нержавеющих сталей, большинство из которых в той или иной степени подвержены ржавчине, так как они содержат железо. Но тонкий оксидный слой, образованный этими легирующими элементами, предотвратит распространение ржавчины.
Общие примеры легирующих элементов для нержавеющих сталей включают хром (самый распространенный элемент в этом металле, предотвращающий коррозию), а также никель и молибден.
Нержавеющая сталь с меньшим содержанием хрома с большей вероятностью ржавеет, тогда как высокое содержание хрома значительно улучшит коррозионную стойкость. Это элемент №1, добавленный для того, чтобы нержавеющая сталь не оставляла пятен.
Удаление ржавчины
Обычно этот процесс трудоемкий. Однако, если вы пытаетесь восстановить что-то, что заржавело, у вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько глубоко въелась ржавчина.
- Преобразователи ржавчины – отличный способ «нейтрализовать» легкую ржавчину. Они могут действовать как грунтовка и непосредственно окрашиваться. Это хорошее решение, если вы просто пытаетесь уберечь что-то от распада и не слишком заботитесь о косметическом виде предмета.
- Лазеры помогут добиться аналогичного результата. Есть специально разработанные машины, которые удаляют ржавчину, оставляя лежащий под ней металл относительно неповрежденным. Но они не из дешевых. Большинство единиц стоят несколько десятков тысяч долларов.
- Небольшие металлические детали со средним количеством ржавчины можно смочить в кислоте, которая разъест ржавчину. Обычный домашний лайфхак – замочить инструменты в уксусе на день.
- Электролиз — отличный способ ускорить кислотное удаление ржавчины. Добавив электричество в кислотную ванну, можно очень тщательно удалить ржавчину.
Для более крупных панелей, например, для транспортных средств, наиболее распространенным способом избавиться от ржавчины является нанесение небольшого количества смазки на коленвал. Вы можете использовать проволочный круг или абразивную подушку с угловой шлифовальной машиной, чтобы удалить ржавчину до голого металла. После этого специалист по кузовам будет использовать затвердевающую шпатлевку, чтобы сгладить поверхность металла перед перекрашиванием панели.
Коррозия vs ржавчина
Только медь и драгоценные металлы (золото, серебро, платина и т. д.) встречаются в природе в их реальном металлическом состоянии. Все другие металлы (включая железо) перерабатываются из минералов или руд в металлы, которые по своей природе нестабильны в окружающей их среде. Все искусственные металлы нестабильны и имеют тенденцию превращаться в более стабильные минеральные формы. Некоторые металлы образуют на своей поверхности защитные керамические пленки (пассивные пленки), которые предотвращают или замедляют процесс коррозии. Металлы подвержены коррозии, потому что они используются в среде, где они химически нестабильны.
Зная разницу между коррозией и ржавчиной
Коррозия — постепенное разложение металлов в результате химической реакции с окружающей средой.
Металл вступает в реакцию с внешней средой и со временем может ухудшить полезные свойства материалов и конструкций, включая прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов. Это повреждение известно, как коррозия. При воздействии внешней среды металлы окисляются и вступают в реакцию с кислородом атмосферы. К внешним факторам, вызывающим коррозию металлов, относятся вода, кислоты, щелочи, соли, масла и другие твердые и жидкие химические вещества. Металлы также подвергаются коррозии при воздействии газообразных материалов, таких как пары кислоты, газообразный формальдегид, газообразный аммиак и серосодержащие газы. Два места, где имеют место катодная реакция и анодная реакция, могут быть близко друг к другу или далеко друг от друга в зависимости от обстоятельств. Некоторые материалы устойчивы к коррозии, а другие – подвержены ей. Однако коррозию можно предотвратить некоторыми методами. Покрытие – один из методов защиты материалов от коррозии. Сюда входит покраска, гальваника, нанесение эмали на поверхность и т. д.
Ржавчина — форма коррозии, но конкретно относится к окислению железа или его сплавов.
Только металлы, содержащие железо или его сплавы, могут ржаветь, поскольку этот термин конкретно относится к окислению железа (как в самом железе, так и в стали) или к оксиду железа, который образуется. Для появления ржавчины должны быть определенные условия. В присутствии кислорода, влаги или воды, железо подвергается этой реакции и образует серию оксидов железа. Этот красновато-коричневый цвет известен как ржавчина. Если ржавчина начинается в одном месте, она в конечном итоге распространяется и весь металл распадается.
Наиболее частая причина – длительное пребывание в воде. Любой металл, содержащий железо, включая сталь, будет связываться с атомами кислорода, содержащимися в воде, с образованием слоя оксида железа или ржавчины. Ржавчина усилится и ускорит процесс коррозии, поэтому уход за ней очень важен. Ржавчина бывает разных форм, наиболее распространенной из которых является красная ржавчина, образованная красными оксидами. Хлор в воде вызывает образование зеленой ржавчины. Как и большинство коррозионных процессов, ржавление происходит постепенно. Через некоторое время, если материал не обработать, он распадется, и все превратится в ржавчину, сделав его непригодным для использования.
Другие металлы
Когда алюминий корродирует, на поверхности металла образуется тонкий слой оксида алюминия, который действует как защитный барьер. Этот барьер не отслаивается, как ржавчина, что предотвращает дальнейшую коррозию алюминия в будущем.Поскольку медь корродирует, она приобретает зеленый цвет, известный как патина. Эта патина желательна, поскольку она не только создает защитный барьер для дальнейшей коррозии, но и имеет внешний вид, который нравится потребителям.
Рекомендуем эффективный состав для удаления ржавчины с металлов — «РжавоМед-У»
Как быстро появляется ржавчина на металле
Во все пробирки аккуратно положил по 2 гвоздя.
Налил реактивы так, чтобы гвозди находились в растворах полностью.
Плотно закрыл каждую пробирку пробкой для изоляции от внешней среды.
Регулярно вел наблюдения, записывая любые изменения в журнале.
Условия опыта:
В пробирке №1 гвозди находились в дистиллированной воде. Дистиллированная вода в отличие от природной не содержит в себе никаких солей. Пробирка закрыта пробкой.
В пробирке № 2 гвозди находились в дистиллированной воде, над которой был налит слой растительного масла. Растительное масло предотвращает поступление в воду каких бы то ни было веществ из воздуха пробирки, в том числе кислорода. Пробирка закрыта пробкой.
В пробирке № 3 гвозди находились в растворе щелочи. Пробирка закрыта пробкой.
В пробирке № 4 гвозди были в контакте с медной проволокой и находились в воде. Пробирка закрыта пробкой.
В пробирке № 5 гвозди находились в растворе поваренной соли. Пробирка закрыта пробкой.
Результаты наблюдения (приложение 8).
Уже на второй день ржавчина появилась на шляпках гвоздей и на дне пробирок № 1 (с дистиллированной водой), № 4 (гвозди находятся в контакте с медной проволокой) и № 5 (гвозди в растворе поваренной соли). В пробирке №2 слой воды у дна стал слегка желтоватым. В пробирке №3 изменений нет, чему я очень удивлен.
На третий день слой ржавчины увеличился в пробирках № 1, 4, 5. В пробирке № 2 новых изменений нет. В пробирке №3 изменений нет, продолжаю удивляться.
На четвертый день увеличение слоя ржавчины наблюдал в пробирках №1, 4, 5. В пробирке №2 появился осадок на донышке. В пробирке №3 изменений нет, почему?
На девятый день в пробирках, где появилась ржавчина № 1,4,5, она стала более рыхлой и осела на дно, в пробирке №2 процесс остановился. В пробирке № 3 изменений не произошло.
На одиннадцатый день продолжается процесс в пробирках № 1,4,5. В пробирках № 2,3 изменений нет.
На шестнадцатый день продолжается процесс в пробирках № 1,4,5. В пробирках № 2,3 изменений нет.
В пробирке №1 в дистиллированной воде мог раствориться находящийся в ней кислород и под его действием начался процесс окисления гвоздя, появилась ржавчина.
В пробирке №4 железные гвозди соприкасаются с менее активным металлом - медью, железо как более активный металл начинает активно окисляться, покрываясь ржавчиной.
В пробирке №5 коррозия гвоздей происходит в результате электрохимических реакций. Соль способствует ускоренному появлению ржавчины.
В пробирке №2 в течение первых дней слабо происходит коррозия, а затем, как будто останавливается. В пробирке находится слой растительного масла. Масло предотвращает попадание кислорода в воду. Железо устойчиво к воздействию чистой воды, поэтому процесс останавливается.
В пробирке №3 находится щелочь. Щелочь довольно агрессивное вещество, способно разъедать бумагу, ткани, кожу. Воздействует ли оно на железо? Отсутствие изменений меня удивляло. А появится ли когда-нибудь ржавчина? В ожидании результата, я поискал ответ на свой вопрос.
В Большой Энциклопедии Нефти и Газа я прочитал: «Скорость коррозии железав щелочных растворах по сравнению со скоростью коррозии в нейтральных и кислых растворах меньше» [1]. Оказывается, щелочь замедляет коррозию!
Защита металлов от коррозии. Проблемы коррозии постоянно обостряются из-за непрерывного роста производства металлов и ужесточения условий их эксплуатации. Среда, в которой используются металлические конструкции, становится все более агрессивной, в том числе и за счет ее загрязнения (приложение 9). Металлические изделия, используемые в технике, работают в условиях все более высоких температур и давлений, мощных потоков газов и жидкостей. Поэтому вопросы защиты металлических материалов от коррозии становятся все более актуальными. Полностью предотвратить коррозию металлов невозможно, поэтому единственным путем борьбы с ней является поиск способов ее замедления.
Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (5 в. до н. э.) и древнеримского ученого Плиния Старшего (1 в. до н. э.) уже есть упоминания о применении олова для предохранения железа от ржавления. В настоящее время борьбу с коррозией ведут сразу в нескольких направлениях – пытаются изменить среду, в которой работает металлическое изделие, повлиять на коррозионную устойчивость самого материала, предотвратить контакт между металлом и агрессивными веществами внешней среды [11].
В нашей стране накоплен некоторый опыт проведения исследований с целью определения скорости коррозионных процессов и методов защиты. Усилена работа в сфере разработки специализированных материалов и технологий, которые обеспечивают высокую степень защиты от коррозии. На основании изученной литературы и проведенных опытов можно сделать вывод: защитить металлы от коррозии можно доступными средствами. Рекомендации по защите металлов от коррозии находятся в приложении 10.
Анализ анкет детей.
Среди учащихся начальных классов я провел анкетирование по вопросам анкетыдля проведения социологического опроса учащихся о ржавчине (приложение 11). Проанализировав, сравнив и обобщив результаты, я пришел к выводу, что 90 % учащихся знают что такое ржавчина (приложение 12).
Проблема ржавления металлов их волнует 64 %.
Думают, что ржавление приносит человеку пользу - 3 %.
Считают, что ржавление приносит человеку вред - 82 %.
Вред ржавления видят в том, что изменяется внешний вид изделий, они становятся «грязными», загрязняют одежду, машины, ржавчина разрушает конструкции из металла.
Знают о том, что существуют способы защиты металлов от коррозии - 27 процентов.
Не знают способы защиты от коррозии - 24 %, не смогли ответить на этот вопрос 49%.
Могут предложить способы защиты от коррозии - 27 % учащихся. Среди предложенных способов: защита металлов от воды протиранием, смазкой, покрытие защитной пленкой, лаком, очистка щетками, хранение техники не под открытым небом, а в сарае, гараже, специальный уход.
Заключение. Выводы. Рекомендации.
Работая над проблемой изучения условий появления ржавчины я пришел к следующим выводам:
Ржавчина – налет на поверхности металла или сплавов, ведущий к их разрушению.
Результаты практических опытов позволяют сказать:
усиливают ржавление: вода, газы (например, кислород), поваренная соль, контакт с менее активным металлом;
замедляют ржавление щелочи и соли, дающие щелочную среду.
Ржавление приносит не только экономический ущерб, но также отрицательно влияет на здоровье человека, приносит ему материальный ущерб и негативно сказывается на состоянии окружающей среды.
Защитить металлы от коррозии можно доступными средствами.
Рекомендации по защите металлов от коррозии находятся в приложении 10.
Список литературы.
Большой энциклопедический словарь. Языкознание / гл.ред. В.Н.
Ярцева. М.: Науч. изд-во «Большая Рос. Энциклопедия», 2000. 688с.: ил.
Ожегов С. И. Словарь русского языка / Под ред. С. П. Обнорского. — М., 1949.
Толковый словарь русского языка: В 4 т. / Под ред. Д. Н. Ушакова. — М. : Сов. энцикл.: ОГИЗ, 1935—1940.
Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов / М.А .Шлугер, Ф.Ф.Ажогин, Е.А. Ефимов- М.: «Металлургия»,1981. -216с.
Юхневич Р., Валашковский Е Техника борьбы с коррозией / Р. Юхневич , Е.Валашковский -пер.с польск/Под редакцией Сухотина А.М.- Л: Химия,1978.- 304с.
Приложение 1.
Ржавчина на дверных шарнирах, материалах, инструментах.
Приложение 2.
Мост Кинзу после разрушения.
Приложение 3.
Ржавчина в водопроводной воде
Приложение 4.
Ржавчина на бытовой технике
Приложение 5.
Ржавчина на трубах, батареях
Приложение 6.
Коррозия трубопроводов газа и нефти
Приложение 7.
Закладка опыта
Первый день
Пронумеровал пробирки, положил по 2 гвоздя
Налил реактивы, чтобы гвозди находились в растворах
Пробирки плотно закрыл пробками
Каждый день вел наблюдения, записывая результаты в журнал
Приложение 8.
Фиксирование наблюдений
Второй день
Приложение 8 (продолжение)
Таблица наблюдений за изучением условий ржавления гвоздей
№ пробирки, день
Н2О дистиллированная
Н2О (дист)+ раститель-ное масло
NaOH, щелочь
Контакт с медью
NaCl, поваренная соль
1
2
3
4
5
1 день
2 день
Появление ржавчины оранжевого цвета на шляпках гвоздя и на донышке пробирки, в воде появилось помутнение.
Слой воды у дна пробирки стал слегка желтоватый. Цвет более яркий, чем в пробирке №1.
Я удивлен, что ничего не изменилось.
Появилась ржавчина на шляпке, на дне пробирки. Изменился цвет медной проволоки, она стала более темной.
Появилась ржавчина на шляпке гвоздя и на дне пробирки.3 день
3 день
Слой ржавчины на дне пробирки увеличился
Слой воды у дна имеет окраску, но осадка нет.
Продолжаю удивляться. Ничего не изменилось, но почему?
Слой ржавчины на шляпке гвоздя увеличился, стал более рыхлым.
Слой ржавчины увеличился.
4 день
Появился осадок на донышке пробирки
Рыхлый слой увеличился
Слой ржавчины появился на боковой поверхности гвоздей
9 день
Слой ржавчины на дне увеличился. Появился слой ржавчины на пробирке
Верхний слой воды стал желтым
Ржавчина осела на дно. Увеличился слой ржавчины на гвозде, на проволоке.
Ржавчина осела на дно, и появилась на стенках пробирки
11 день
Увеличился слой ржавчины на шляпках гвоздей
Верхний слой воды остается желтым, других изменений не наблюдается
А появится ли ржавчина? Когда?
На шляпке гвоздей горка ржавчины
Темно-коричневого цвета ржавчина оседает на дне пробирки.
16 день
Вода помутнела, слой ржавчины появился на стенках пробирки.
Верхний слой воды остается желтым, как пленка
До сих пор ничего не произошло.
Вода стала желеобразного состояния желтого цвета, на дне скопился осадок ржавчины
Осадок ржавчины на дне и по всей поверхности гвоздей.
Приложение 9.
Методы защиты от коррозии
Приложение 10.
Подручные домашние средства для удаления ржавчины
Подручное средство
Как применять?
1.Рыбий жир
Рыбий жир следует нанести на рыжее пятно и оставить на несколько часов. Благодаря жиру коррозия быстро исчезнет, а он создаст на металле тонкую пленку, которая будет защищать его от повторного появления ржавчины.
2.Картофель + соль или хозяйственное мыло
Если металл поражен коррозией незначительно, то:
разрежьте сырой картофель пополам;
посыпьте свежий срез каменной солью или намазать хозяйственным мылом; хорошенько натрите половинкой ржавое место на противне.
3.Уксус + лимонный сок
Необходимо смешать эти два вещества в равных частях и нанести на ржавчину (для борьбы с ржавчиной на металле и в ванной, с пятнами на одежде).
Для ткани достаточно, чтобы средство воздействовало около 20 минут, а для металла – несколько часов.
По истечении указанного времени потрите «ржавое пятно» на ткани щеткой, а на металле стальной мочалкой. По окончании удаления ржавчины хорошенько промойте пораженную вещь водой, после чего хорошенько высушите.
4.Пищевая сода
Добавьте в соду такое количество воды, чтобы по консистенции она была похожа на кашицу, после чего:
полученной смесью обработайте места, где появилась ржавчина, к примеру, раковину в ванной или смеситель; оставьте на полчаса;
хорошенько потрите поверхность металлическим скребком;
в случае, если ржавчина не до конца удалена, повторите процедуру.
5.Томатный
соус или кетчуп
Для удаления ржавчины обильно нанесите соус или кетчуп на ржавчину;
оставьте его на некоторое время; тщательно промойте металл;
6.Белый уксус + мука
Приготовьте пасту, смешав: 300 мл столового уксуса; одну столовую ложку каменной соли; немного муки , чтобы получилась густая консистенция.
Средством обработайте те участки латуни, которые поражены ржавчиной, и оставьте на полчаса. Возьмите тряпку и уберите пасту с поверхности, после чего промойте холодной водой и тщательно высушите металл.
7. Глицерин + зубной порошок + вода
Это средство поможет удалить пятна ржавчины с цветных тканей:
необходимо смешить все компоненты в равных частях;
нанесите на пятно ржавчины; оставьте на сутки;
на следующий день постирайте вещь.
8.Кока-кола
Отлично удаляет ржавчину с металла, так как содержит фосфорную кислоту.
Не стоит увеличивать время воздействия этих средств, поскольку можно повредить сам металл. Избавляйте от излишней влаги металл, чтобы не спровоцировать появление ржавчины.
Приложение 11.
АНКЕТА
для проведения социологического опроса учащихся о ржавчине.
«Рыжая чума», или что мы знаем о ржавчине и коррозии
Пожалуй, каждый автомобилист согласится с тем, что именно ржавчина – одна из самых неприятных проблем, способных омрачить настроение любого автовладельца. Казалось бы, ещё вчера машина радовала взгляд безупречным глянцем лакокрасочного покрытия и вдруг – по кузову полезли «жуки», появились рыжие пятна. На первых порах ничего, кроме эстетического неудовольствия автовладельца, ржавчина под собой не подразумевает. Да и сквозные дыры в крыльях или дверях автомобиля, возникающие в запущенных случаях, неприятны, но, практически неопасны. А вот когда процесс глубоко поразил детали силового каркаса кузова или подвеску машины, последствия могут быть весьма печальными. «Страшилки» про сложившиеся при ДТП «домиком» кузова старых автомобилей – как раз из этой «оперы».
Да что там машины! Ржавчина является одной из главных причин аварий таких титанических железных конструкций, как мосты. Так, 28 июня 1983 года в США произошла катастрофа с мостом через реку Мианус (Mianus). В результате падения в воду с высоты 21 метра двух автомобилей и двух тракторных прицепов погибли 3 человека и ещё 3 были серьёзно травмированы.
Участок межштатного 95-го моста длиной 100 футов через реку Мианус в Гринвиче, Коннектикут, рухнул 29 июня 1983 года. Фотография Боба Чайлда
Согласно заключению комиссии Национального совета по безопасности на транспорте, разрушение было вызвано механической поломкой наружного кронштейна, удерживающего пролёт моста, и его обоих штифтов («пальцев»). Ржавчина образовалась в подшипнике «пальца» кронштейна. Ее объем всегда превышает объем исходной металлической детали, что приводит к неравномерному сопряжению друг с другом деталей конструкции. В случае с данным мостом, масса ржавчины отодвинула внутренний кронштейн от конца штифта, скрепляющего между собой наружный и внутренний кронштейны. (При этом возникло усилие, превышающее допустимые проектом пределы для зажимов, удерживающих эти «пальцы»!) В результате вся масса пролета переместилась на внешний кронштейн. Такая непредвиденная нагрузка на него вызвала усталостную трещину в «пальце». Когда два тяжелых грузовика въехали в данную секцию моста, штифты окончательно разрушились, и пролет упал в реку…
Вообще, процесс коррозии и образования ржавчины сопровождает нас с незапамятных времён. Одновременно с открытием железа и началом железного века человечество столкнулось и с возникновением ржавчины на создаваемых им орудиях труда и предметах быта.
Что такое ржавчина?
Что же такое ржавчина? В обычной жизни этим словом обозначают красные оксиды железа, образующимся в ходе его реакции с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. При наличии кислорода, воды и неограниченного времени любое количество железа, в конце концов, полностью разрушается, превратившись в ржавчину. Физически она представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.
Процесс превращения железа в ржавчину называется коррозией – самопроизвольным разрушением металлов и их сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение металлов и сплавов по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется терминами «истирание» и «износ».
С точки зрения химии коррозия металлов чаще представляет собой процесс их окисления и превращения в оксиды. Ржавление железа – также химическая коррозия. В виде упрощенных уравнений она может быть описана так:
4Fe + 3O2 + 2H2O = 2Fe2O3⋅H2O или 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
Т.о. ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe2O3⋅H2O, гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и метагидроксида железа FeO(OH).
Интересно, что ржавчиной, как правило, называют продукты коррозии железа и его сплавов, (например, стали), хотя на самом деле целый ряд металлов также подвергается коррозии.
Однако, многие металлы (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и др.) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с ними оксидной пленкой (слой пассивации). Он не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои металла и потому предохраняет его от дальнейшего окисления (коррозии).
Взять, к примеру, алюминий – в химическом отношении это очень активный металл, хорошо реагирующий с водой с бурным выделением газа водорода:
2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2 ↑
Но, по причине той же высокой активности, чистый алюминий также хорошо реагирует и с кислородом воздуха. В результате этого взаимодействия поверхность металла покрывается прочной плотной плёнкой оксида Al2O3. Оксидная плёнка защищает алюминий от дальнейшего взаимодействия с водой и кислородом. Именно по этой причине нагреваемая в алюминиевой кастрюльке вода хоть и кипит, но не вступает в реакцию с металлом. (Потому такая посуда может служить длительное время.)
Как ни странно, химически чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у алюминия, плотно скреплённое с поверхностью металла оксидное покрытие защищает основную массу железа от дальнейшего окисления.
Однако, надо отметить, что химически чистое железо в своей деятельности человечество практически не применяет. На практике наша цивилизация использует сталь и чугун – сплавы железа с углеродом (и другими химическими элементами), содержащие не менее 45% железа.
В реальной жизни в воздухе наших городов содержатся оксиды серы, азота, углерода и ряд других; а в воде – растворённые газы и соли. Поэтому процесс коррозии металлов и его продукты зачастую выглядят не так просто, как в учебнике химии за 9 класс. Так, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем хорошо знакомой нам зелёной патины, представляющей собой с точки зрения химии не гидроксид, а основной сульфат меди (II) (CuOH)2SO4.
В отличие от оксида алюминия и появляющейся на бронзовой (медной) поверхности патины, ржавчина, образующаяся на сплавах железа, не создаёт никакой защиты для нижележащего металла.
Усугубляет ситуацию с коррозией железа содержание неметаллических примесей в его сплавах. Например, наличие серы в сплаве лишь способствует развитию ржавчины. Обычно она присутствует, как сульфид FeS, но может быть и в виде других химических соединений. В процессе коррозии сульфид железа разлагается с выделением газа сероводорода (H2S), который сам по себе является хорошим катализатором дальнейшей коррозии железа:
FeS + 2HCl = H2S ↑+ FeCl2
Нас удивляет хорошая сохранность (а значит, устойчивость к коррозии) ряда железных предметов, дошедших из глубины веков до наших дней. Одна из причин этого – низкое содержание в них серы. В сплавы железа сера обычно попадает из каменноугольного кокса при выплавке железа из руды в доменной печи. А вот в древние времена для производства этого металла использовался не каменный, а, практически не содержащий серы, древесный уголь…
По выраженности поражения различают сплошную и местную коррозию металлов. Как ни странно, но сплошная коррозия не представляет большой опасности для металлических конструкций и агрегатов. Считается, что она предсказуема, а ее последствия могут быть относительно легко смоделированы. Поэтому при проектировании металлоконструкций, эксплуатирующихся в водной среде или под открытым небом, в соответствии с технически обоснованными нормами, учитываются и будущие потери металла на коррозию.
Усугубляющие факторы
А вот местная коррозия гораздо опаснее, несмотря на то, что потери металла из-за неё могут быть вполне небольшими. Один из самых опасных видов местной коррозии – точечная. Ведь снижая прочность на отдельных участках, она значительно уменьшает общую надёжность конструкций, сооружений и агрегатов. Суть её заключается в формировании сквозных поражений деталей – образовании в них точечных полостей, называемых питтингами.
Развитию местной коррозии очень способствуют морская вода и растворы солей, в частности хлориды (особенно хлорид натрия – NaCl). Во многих странах его используют для плавления снега и льда, разбрасывая зимой на дорогах и тротуарах. В присутствии NaCl лёд и снег превращаются в воду, с дальнейшим образованием соляных растворов.
При этом не учитывается, что соли (и особенно хлориды) являются активаторами коррозии! Отлично диссоциируя в воде и взаимодействуя с образующейся из-за выбросов предприятий серной кислотой, хлориды образуют соляную кислоту (HCl). А ведь она сама по себе является триггером коррозии! (Вспомним приведенную выше реакцию с входящим в состав стали сульфидом железа.) Какие ещё нужны доказательства, что зимняя соляная «каша» приводит к ускоренному разрушению металла деталей, узлов и агрегатов транспортных средств?
Экономические потери от коррозии металлов
Экономические потери от коррозии металлов огромны. Современная цивилизация тратит значительные материальные и финансовые ресурсы на борьбу с коррозией трубопроводов, мостов и морских конструкций, судов, деталей машин, а также различного технологического оборудования.
Как уже говорилось, из-за планирования возможной коррозии приходится завышать прочность таких важных и нагруженных узлов и агрегатов, как паровые котлы, реакторы, лопатки и роторы турбин, опоры морских буровых платформ. Это автоматически увеличивает расход металла на их изготовление, а, значит, приводит к дополнительным экономическим затратам.
За два века работы металлургической промышленности в мире было выплавлено огромное количество металла. При этом, потери на коррозию составляют около 30% от его годового мирового производства! Более того – около 10% подвергшегося коррозии металла безвозвратно теряется в виде ржавчины.
По оценкам ряда экспертов, ущерб от коррозии металлов бюджету промышленно развитых стран составляет от 2 до 4 % их валового национального продукта. Так, по данным Национальной ассоциации инженеров-коррозионистов (National Association of Corrosion Engineers – NACE) в США потери от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3,1 % ВВП. Для Германии это обходится в 2,8 % от ВВП.
P.S. Казалось бы, проблемы коррозии автомобильных кузовов, узлов и агрегатов меркнут на фоне вопросов защиты от коррозии таких грандиозных железных сооружений, как мосты и Эйфелева башня. Но, это только на первый взгляд. А если учесть численность мирового автопарка? Так, по данным Международной ассоциации автопроизводителей (OICA), в 2015 году в мире эксплуатировалось 947 млн. легковых и 335 млн. коммерческих автомобилей. Ожидается, что к 2035 году мировой автопарк достигнет 2-миллиардной отметки.
При этом, коррозией в той или иной степени, рано или поздно поражается практически 100% транспортных средств. Кроме того, надо учесть, что кузов – самая дорогая деталь автомобиля, а кузовные работы (и слесарные, и малярные) достаточно материалоёмкие и очень недешёвые.
Поэтому, проблема изыскания новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии актуальна, как для всей тяжёлой промышленности в целом, так и для автомобильной отрасли в частности.
___________
KROWN — ЗА НАМИ НЕ ЗАРЖАВЕЕТ
Центр антикоррозийной защиты автомобилей
Читайте также: