Почему металл ржавеет после пожара

Обновлено: 02.07.2024

В данной статье рассматривается поведение металлоконструкций в условиях пожара. Рассмотрены причины потери механических свойств и способы огнезащиты металлоконструкций.

Ключевые слова: перегрев стали, пережог стали, охрупчивание, огнестойкость, огнезащита.

В настоящее время в строительстве всѐ более возрастающим спросом пользуются металлоконструкции, изготовленные из качественных конструкционных сталей. Известно, что конструкционные стали – это сплавы на основе железа и углерода, с содержанием углерода от 0,3 до 0,7 %, которые применяются для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладают определѐнными механическими, физическими и химическими свойствами. Широкое применение металлоконструкций в строительстве обусловлено множеством существенных преимуществ по сравнению с другими способами возведения зданий: 1 – меньшей массой (если сравнить с бетонными и железобетонными изделиями); 2 – простотой и серийностью изготовления; 3 – лѐгкостью монтажа и демонтажа; 4 – удобством и быстротой возведения; 5 – возможностью осуществления монтажа крупными блоками; 6 – транспортабельностью; 7 – прочностью и долговечностью; 8 – надѐжностью в эксплуатации.

Следует отметить, что для сооружений сельскохозяйственного и промышленного назначения строительные металлоконструкции совершенно незаменимы. Ангары, фермы, навесы, павильоны, склады и быстровозводимые здания из металлоконструкций – это высокая скорость возведения, долговечность, мобильность и надѐжность построек. Кроме того, строительные металлоконструкции открывают эпоху самого экономичного способа возведения построек различного назначения. Металлоконструкции весьма легки, но при этом крайне надѐжны, а монтаж металлоконструкций не требует применения дорогостоящего оборудования или тяжѐлой грузоподъѐмной строительной техники. Сроки возведения сооружений и зданий из металлоконструкций чрезвычайно малы, при этом сами работы по строительству и монтажу металлоконструкций на объекте могут выполняться всесезонно, практически независимо от капризов погоды.

Несмотря на ряд достоинств металлоконструкций перед другими строительными конструкциями (кирпичными, бетонными, железобетонными и т. д.), у них есть существенный недостаток. Хотя сталь и является негорючим материалом, она, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур, возникающих внутри здания при пожаре. Конструкционные стали обладают высокой чувстви30 Научные и образовательные проблемы гражданской защиты – 2010’3 тельностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются, что заметно снижает их прочностные свойства.

Огонь представляет собой химический процесс. В зависимости от горючего материала, огонь может быть углеводородным и целлюлозным. Целлюлозный огонь возникает там, где есть целлюлозные составляющие: напольные покрытия, мебель и облицовка стен. Углеводородный огонь вызван возгоранием нефти и нефтепродуктов, которые при горении дают высокие температуры. При воздействии огня на стальные элементы сооружения увеличение температуры на поверхности стального профиля зависит от тепловой инерции, площади нагреваемой поверхности и защитного покрытия. По мере возрастания скорости и величины теплового потока, температура, а с ней и риск разрушения стального элемента, также возрастает. Поскольку сталь обладает очень высокой теплопроводностью, открытая поверхность элемента за небольшое время легко передает тепловой поток от источника огня по всей конструкции сооружения. Также хорошо известно, что тепло переносится между элементами с разной температурой и представляет собой форму термической энергии, передаваемой через поверхность материала, от сред с высокой температурой в среды с низкой температурой, за счѐт теплопроводности, излучения или конвекции. Стали обладают очень высокой теплопроводностью. Данное свойство обусловлено особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем энергетическом уровне находится небольшое число электронов, и они слабо связаны с ядром, благодаря чему эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объѐму металла, т. е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, высокая теплопроводность обеспечивается наличием «электронного газа».

Критическая температура, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500 °С. Металлоконструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под воздействием напряжений, возникающих в структуре стали, а также от внешних нагрузок и температуры. При возникновении пожара внутри здания или сооружения, температура в зоне горения может достигать порядка 1000 °С, при такой температуре структура стали необратимо изменяется. Это явление называется пережогом стали. Пережог имеет место, когда температура нагрева приближается к температуре плавления и металл в течение длительного времени находился при высокой температуре в окислительной атмосфере кислорода воздуха. Известно, что стали – это поликристаллические тела, состоящие из множества кристаллов (зѐрен), сцепленных между собой. Механические свойства стали во многом зависят от силы сцепления зѐрен друг с другом. При значительном перегреве стали наблюдается окисление и частичное оплавление границ зѐрен, что резко снижает прочность материала. Образовавшиеся окислѐнные зѐрна стали обладают малым взаимным сцеплением из-за наличия на их границах плѐнки окислов. При этом излом такой стали будет камневидным (рис. 1б). Пережог стали очень опасен, потому что при этом сталь становится очень хрупкой, а механические свойства стали резко снижаются, именно поэтому металлическая конструкция теряет свою несущую способность. Пережог стали дефект неисправимый, устранить который можно только переплавкой стали. Металлическую конструкцию, подверженную воздействию высоких температур при пожаре, впоследствии эксплуатировать нельзя. При интенсивном нагреве стальной поверхности наблюдается окалинообразование, обезуглероживание поверхностного слоя (выгорание углерода в поверхностном слое металла, способстНаучные и образовательные проблемы гражданской защиты – 2010’3 31 вующего возникновению растягивающих напряжений в поверхностном слое, снижающих усталостную прочность стали) и рост аустенитного зерна. Величина образовавшегося зерна аустенита в дальнейшем оказывает влияние на свойства стали. Чем выше величина зерна аустенита, тем ниже механические свойства стали.

Так же очень опасен перепад температур по сечению металлического каркаса сооружения, что приводит к возникновению термических напряжений. Резкие перепады температур по сечению металлоконструкции возникают при тушении пожара, когда на раскалѐнную стальную поверхность попадает огнетушащее средство – вода. Так, если при резком перепаде температур растягивающие напряжения в материале превысят предел прочности σв или предел текучести σт, то возможно коробление металлоконструкции или образование в ней трещин.

0 100 200 300 400 t°С

10 20 30 40 50 60 70 80

σ, кГ/мм2 Е 15 25 35 45

σВР σТР δ% Е, кГ/мм2 δ, %

1,4*104 1,8*104 2,2*104 500

Рис. 1. Микроструктура углеродистой стали 35 в зависимости от температуры нагрева (×100): а – микроструктура стали без перегрева; б – микроструктура стали после длительного воздействия высоких температур (пережог)

Рис. 2. Зависимость механических свойств малоуглеродистой стали от температуры

Следует отметить, что при нагревании стали выше 300 °С еѐ предел прочности снижается.

На рис. 2 показана зависимость от температуры модуля упругости Е, предела текучести σтр, предела прочности σвр и удлинения при разрыве δ для малоуглеродистой стали (например, из Ст3 изготавливают швеллеры, из Ст1, Ст2, Ст3 изготавливают катанку для арматуры, уголки, проволоку, гвозди, заклѐпки, а из Ст10, 15, 20 трубы) в интервале 0 – 500 °С. Как видно из приведенных кривых, модуль упругости в пределах изменения температуры до 300 °С практически не меняется. Более существенные изменения претерпевают величина σвр и, особенно, δ, причѐм имеет место, как говорят, «охрупчивание» стали – удлинение при разрыве уменьшается. При дальнейшем увеличении температуры пластичные свойства стали восстанавливаются, а прочностные показатели быстро падают.

Фактический предел огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины элементов сечения и действующих напряжений составляет от 0,1 до 0,4 часа. В то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости зданий32 Научные и образовательные проблемы гражданской защиты – 2010’3 и типа конструкций. Для обеспечения данных требований необходимо проведение мероприятий по огнезащите металлических поверхностей.

Выполнить огнезащиту металлического каркаса сооружения от негативного влияния высоких температур, возникающих при пожаре, можно по-разному. Огнезащита, блокируя тепловой поток от огня к поверхности конструкций, предохраняет еѐ от быстрого прогревания и позволяет сохранить несущую способность в течение заданного времени.

Для защиты металлической конструкции можно создать на поверхности конструкций теплоизолирующие экраны, выдерживающие высокие температуры и непосредственное действие огня. Это позволяет замедлить прогревание металла и обеспечить сохранение конструкцией своих функций при пожаре в течение заданного периода времени.

Наиболее доступны традиционные методы (обетонирование, оштукатуривание цементнопесчаными растворами, облицовка кирпичной кладкой, окрашивание вспучивающейся краской). Также можно применить новые современные методы, основанные на механизированном нанесении облегчѐнных материалов и лѐгких заполнителей (асбеста, вспученного перлита и вермикулита, минерального волокна, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами) или на использовании плитных и листовых теплоизоляционных материалов (гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, асбестоцементных плит и др.). Эффективность современных методов огнезащиты металлических конструкций достаточна велика.

В зависимости от толщины слоя штукатурного состава, конструктивных огнезащитных листов и плит обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 0, 25 до 2,5 часов. Действие огнезащитных красок основано на вспучивании нанесѐнного состава при температурах 170 – 200 °С и образовании пористого теплоизолирующего слоя, толщина которого составляет несколько сантиметров. Вспучивающиеся краски обеспечивают защиту стальных конструкций от огня в течение 1 часа.

Параметры оптимальной огнезащиты металлоконструкций определяются для каждой конкретной конструкции. Такой выбор должен проводиться на основе технико-экономического анализа с учѐтом: величин заданного предела огнестойкости для конструкций; их типа, геометрических размеров защищаемых конструкций и состояния поверхности; вида и величины нагрузки на конструкции; температурно-влажностных условий эксплуатации и производства строительномонтажных работ; степени агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции; увеличения нагрузки на конструкцию за счѐт массы огнезащиты; трудоѐмкости нанесения (монтажа) огнезащиты; эстетических требований; долговечности; техникоэкономических показателей.

1. Страхов В.Л., Кругов А.М., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций. – М.: ТИМР, 2000, 436 с.

2. Романенков И.Г., Зигерн-Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. – М.: Стройиздат, 1984, 28 с.

3. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986, 542 с.: ил.

4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1984, 360 с.

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.

В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»

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»

Горение наоборот: научный опыт с огнем и железом

В опытных руках чистый металл легко запылает ярким оранжевым — и очень горячим! — пламенем.

На влажном воздухе железо медленно окисляется и зарастает печальной ржавчиной. Однако оно способно и к яркому, быстрому окислению в пламени огня.

Конечно, поджечь стальную гайку не получится, но если площадь поверхности металла окажется достаточно велика, то он сможет легче взаимодействовать с кислородом и загораться, а жар (температура при этом поднимется выше 800 °C) будет стимулировать дальнейшее горение. Такое пирофорное железо можно найти в форме тонкого порошка или — в хозяйственном магазине — в виде металлической губки для оттирания особо грязной посуды.

Нам понадобится

Сухая металлическая губка для мытья посуды, сделанная из тонких нитей железа или стали

Что происходит

1. Электрический жар

Металлические нити в губке плотно скручены, и доступ кислорода внутрь затруднен. Чтобы она легче загоралась, отделите кусочек и распушите его. Положите в миску и подожгите зажигалкой или приложите клеммы батарейки.

По нитям побежит ток, и благодаря электрическому сопротивлению железа они сильно раскалятся. Этого нагревания достаточно, чтобы запустить горение. Дальше оно сможет поддерживаться собственным теплом.

2. Тяжесть кислорода

Рекомендуем повторить опыт на кухонных весах, застеленных фольгой, или просто взвесить губку до и после сжигания. Вопреки ожиданиям, ее масса станет заметно больше.

Впрочем, с точки зрения химии это совершенно закономерно. Ведь горение представляет собой реакцию окисления, при которой железо взаимодействует с кислородом воздуха и превращается в оксид Fe₂O₃. Каждые два атома железа соединяются с тремя атомами кислорода, и те обеспечивают увеличение массы примерно в 1,4 раза.

3. Игры с огнем

Эксперименты с открытым пламенем всегда сопряжены с определенным риском. Помните о безопасности, зажигайте губку, положив ее на негорючую поверхность. Уберите подальше легковоспламеняющиеся предметы. Наденьте защитные очки.

Не прикасайтесь к губке, пока она не остынет. Наполните большую кружку водой и поставьте поблизости на всякий пожарный случай. Детям необходимо проводить опыт только вместе со взрослыми!

Горение наоборот

Из-за окисления кислородом основные залежи железных руд накапливаются именно в виде оксида Fe₂O₃. Из него и получают нужный в хозяйстве металл, причем этот производственный процесс противоположен сгоранию во время проведенного нами кухонного эксперимента.

Загруженный в доменную печь уголь горит, раскаляется и окисляется, отнимая кислород у молекул Fe₂O₃. Образующийся в результате углекислый газ улетучивается, оставляя восстановленное железо с примесью углерода — чугун.

_{Фото: SPL (X3) / LEGION-MEDIA, ISTOCK (X4)}

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 5, май 2020}

Учредитель сетевого издания: Общество с ограниченной ответственностью «Шкулёв Медиа Холдинг»

Главный редактор: Меньщикова Т. С.

Любое воспроизведение материалов сайта без разрешения редакции воспрещается.

Контактные данные редакции для государственных органов (в том числе для Роскомнадзора):

Коррозия металла: почему ржавеет кузов и как с этим бороться

Думаете, что ржавчина — это проблема владельцев 15-летних "Жигулей"? Увы, рыжими пятнами покрываются и гарантийные авто, даже если кузов оцинкован. Разбираемся, как правильно ухаживать за металлом и можно ли защитить его от коррозии раз и навсегда.

Что такое кузов? Конструкция из тонкого листового металла, причем разных сплавов и со множеством сварных соединений. И еще не нужно забывать о том, что кузов используется как "минус" для бортовой сети, то есть постоянно проводит ток. Да он просто обязан ржаветь! Попробуем разобраться, что же происходит с кузовом машины и как с этим бороться.

Что такое ржавчина?
Коррозия железа или стали — процесс окисления металла кислородом в присутствии воды. На выходе получается гидратированный оксид железа — рыхлый порошок, который мы все называем ржавчиной.

Разрушения автомобильного кузова относят к классическим примерам электрохимической коррозии. Но вода и воздух — это лишь часть проблемы. Помимо обычных химических процессов важную роль в нем играют гальванические пары, возникающие между электрохимически неоднородными парами поверхностей.

Уже вижу, как на лицах читателей-гуманитариев возникает скучающее выражение. Не пугайтесь термина "гальваническая пара" — мы не на лекции по химии и сложных формул приводить не будем. Эта самая пара в частном случае — всего лишь соединение двух металлов.

Металлы, они почти как люди. Не любят, когда к ним прижимается кто-то чужой. Представьте себя в автобусе. К вам прижался помятый мужчина, вчера отмечавший с друзьями какой-нибудь День монтажника-высотника. Вот это в химии называется недопустимой гальванической парой. Алюминий и медь, никель и серебро, магний и сталь… Это "заклятые враги", которые в тесном электрическом соединении очень быстро "сожрут" друг друга.

Вообще-то, ни один металл долго не выдерживает близкого контакта с чужаком. Сами подумайте: даже если к вам прижалась фигуристая блондинка (или стройная шатенка, по вкусу), то первое время будет приятно… Но не будешь же так стоять всю жизнь. Особенно под дождем. Причем тут дождь? Сейчас все станет понятно.

В автомобиле очень много мест, где образуются гальванические пары. Не недопустимые, а "обычные". Точки сварки, кузовные панели из разного металла, различные крепежные элементы и агрегаты, даже разные точки одной пластины с разной механической обработкой поверхности. Между ними всеми постоянно есть разность потенциалов, а значит, в присутствии электролита будет и коррозия.

Стоп, а что такое электролит? Пытливый автомобилист вспомнит, что это некая едкая жидкость, которую заливают в аккумуляторы. И будет прав лишь отчасти. Электролит — это вообще любая субстанция, проводящая ток. В аккумулятор заливают слабый раствор кислоты, но не обязательно поливать машину кислотой, чтобы ускорить коррозию. С функциями электролита прекрасно справляется обычная вода. В чистом (дистиллированном) виде она электролитом не является, но в природе чистой воды не встречается…

Таким образом, в каждой образовавшейся гальванической паре под воздействием воды начинается разрушение металла на стороне анода — положительно заряженной стороны. Как победить этот процесс? Запретить металлам корродировать друг от друга мы не можем, но зато можем исключить из этой системы электролит. Без него "допустимые" гальванические пары могут существовать долго. Дольше, чем служит автомобиль.

Как с ржавчиной борются производители?
Самый простой способ защиты — покрыть поверхность металла пленкой, через которую электролит не проникнет. А если еще и металл будет хорошим, с низким содержанием примесей, способствующим коррозии (например серы), то результат получится вполне достойным.

Прикрыв фосфатную пленку слоями грунта и краски можно защитить кузов машины на долгие годы, именно по такому "рецепту" готовили кузова на протяжении десятков лет, и, как видите, довольно успешно — многие машины производства пятидесятых-шестидесятых годов смогли сохраниться до наших времен.

Но далеко не все, ведь со временем краска склонна к растрескиванию. Сначала не выдерживают внешние слои, потом трещины добираются до металла и фосфатной пленки. А при авариях и последующем ремонте покрытия часто наносят, не соблюдая абсолютной чистоты поверхности, оставляя на ней маленькие точки коррозии, которые всегда содержат в себе немного влаги. И под пленкой краски начинает появляться новый очаг разрушения.

Можно улучшать качество покрытия, применять все более эластичные краски, слой которых может быть чуть надежнее. Можно покрыть пластиковой пленкой. Но есть лучшая технология. Покрытие стали тонким слоем металла, имеющего более стойкую оксидную пленку, использовалось давно. Так называемая белая жесть — листовая сталь, покрытая тонким слоем олова, знакома всем, кто хоть раз в жизни видел консервную банку.

Олово для покрытия кузовов машин уже давно не применяют, хотя байки про луженые кузова ходят. Это отголосок технологии выправления брака при штамповке горячими припоями, когда часть поверхности вручную покрывали толстым слоем олова, и иногда самые сложные и важные части кузова машины и правда оказывались неплохо защищены.

Современные покрытия для предотвращения коррозии наносятся в заводских условиях до штамповки кузовных панелей, и в качестве "спасателей" используется цинк или алюминий. Оба этих металла, помимо наличия прочной оксидной пленки, обладают еще одним ценным качеством — меньшей электроотрицательностью. В уже упомянутой гальванической паре, которая образуется после разрушения внешней пленки краски, они, а не сталь будут играть роль анода, и, пока на панели остается немного алюминия или цинка, разрушаться будут именно они. Этим их свойством можно воспользоваться иначе, просто добавив немного порошка таких металлов в грунт, которым покрывают металл, что даст кузовной панели дополнительный шанс на долгую жизнь.

В некоторых отраслях промышленности, когда стоит задача защитить металл, применяют и другие технологии. Серьезные металлоконструкции могут быть оборудованы и специальными пластинами-протекторами из алюминия и цинка, которые можно менять со временем, и даже системами электрохимической защиты. С помощью источника напряжения такая система переносит анод на какие-то части конструкции, не являющиеся несущими. На автомобилях подобные вещи не встречаются.

Многослойный бутерброд, состоящий из слоя фосфатов на поверхности стали или цинка, слоя цинка или алюминия, антикоррозийного грунта с цинком и нескольких слоев краски и лака, даже в очень агрессивной внешней среде вроде обычного городского воздуха с влагой, грязью и солью позволяет сохранить кузовные панели на десяток-другой лет.

В местах, где слой краски легко повреждается (например на днище) используют толстые слои герметиков и мастики, которые дополнительно защищают поверхность краски. Мы привыкли называть это "антикором". Дополнительно во внутренние полости закачивают составы на основе парафина и масел, их задача вытеснять влагу с поверхностей, тем самым еще улучшая защиту.

Ни один из способов по одиночке не дает стопроцентной защиты, но все вместе они позволяют производителям давать восьми-десятилетнюю гарантию на отсутствие сквозной коррозии кузова. Однако нужно помнить, что коррозия подобна смерти. Ее приход можно замедлить или отложить, но нельзя исключить совсем. В общем, что мы говорим ржавчине? Правильно: "Не сегодня". Или, перефразируя современного классика, "не в этом году".

Как продлить жизнь кузову?
Итак, как бы вы ни любили свой автомобиль, рано или поздно он превратится в кучку гидратированного оксида железа. Но это не повод расстраиваться — жизнь кузовному металлу можно и нужно продлить.

Гарантия на отсутствие сквозной коррозии действует только при правильном восстановительном ремонте у дилера, не забывайте об этом. На ТО необходимо восстанавливать лакокрасочное покрытие (ЛКП) по правильной технологии.
Не пренебрегайте дополнительной антикоррозийной защитой — масляные и парафиновые пленки высыхают и испаряются, их нужно обновлять.
Держите кузов машины чистым. Грязь вбирает влагу, которая таким образом сохраняется на поверхности и долго выполняет свою разрушительную функцию, потихоньку проникая через микротрещины к железу.
Своевременно восстанавливайте повреждения ЛКП, даже если кузов оцинкованный. Ведь то, что "голый" металл не ржавеет, является следствием постоянного "расхода" металлов-защитников, а их на поверхности отнюдь не килограммы.
Пользуйтесь услугами квалифицированных кузовных сервисов, ведь правильное восстановление поверхности требует очень аккуратной и чистой работы, с полным пониманием происходящих процессов. А предложения просто закрасить всё слоем краски потолще обязательно приведут вас в кузовной цех еще раз, причем с куда более серьезными повреждениями металла.

Читайте также: