Warum rosten Metalle?

Was ist üblich zwischen einem rostigen Nagel, einer verrosteten Brücke oder einem undichten Eisenzaun? Warum rosten Eisenstrukturen und Eisenprodukte im Allgemeinen? Was ist Rost an sich? Wir werden versuchen, diese Fragen in unserem Artikel zu beantworten. Betrachten wir die Ursachen von Metallrost und Schutzmethoden gegen dieses für uns schädliche Naturphänomen.

Rost verursacht

Alles beginnt mit dem Metallabbau. Nicht nur Eisen, sondern zum Beispiel Aluminiumund Magnesium werden anfänglich in Form von Erz abgebaut. Aluminium-, Mangan-, Eisen- und Magnesiumerze enthalten keine reinen Metalle, sondern deren chemische Verbindungen: Carbonate, Oxide, Sulfide, Hydroxide.

Dies sind chemische Verbindungen von Metallen mit Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel, Wasser usw. Es gibt ein, zwei und reine Metalle in der Natur - Platin, Gold, Silber - Edelmetalle - sie kommen in Form von Metallen in einem freien Zustand vor und neigen nicht dazu die Bildung chemischer Verbindungen.

Die meisten Metalle sind jedoch unter natürlichen Bedingungen nicht frei, und um sie von den Ausgangsverbindungen zu befreien, ist es notwendig, die Erze zu schmelzen, wodurch reine Metalle reduziert werden.

Das Schmelzen von metallhaltigem Erz, obwohl wir das Metall in seiner reinen Form erhalten, ist es immer noch ein instabiler Zustand, weit davon entfernt, natürlich zu sein. Aus diesem Grund neigt ein reines Metall unter normalen Umgebungsbedingungen dazu, in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren, dh zu oxidieren, und dies ist Korrosion des Metalls.

Korrosion ist daher ein natürlicher Zerstörungsprozess für Metalle, der unter Bedingungen ihrer Wechselwirkung mit der Umwelt auftritt. Rosten ist insbesondere der Prozess der Bildung von Eisenhydroxid Fe (OH) 3, das in Gegenwart von Wasser abläuft.

Aber die natürliche Tatsache spielt in die Hände der Menschen, dass die Oxidationsreaktion in der Atmosphäre, an die wir gewöhnt sind, nicht sehr schnell ist, mit sehr geringer Geschwindigkeit abläuft, sodass Brücken und Flugzeuge nicht sofort zusammenbrechen und Töpfe vor unseren Augen nicht in Ingwerpulver zerbröckeln. Darüber hinaus kann die Korrosion im Prinzip durch den Rückgriff auf einige traditionelle Tricks verlangsamt werden.

Beispielsweise rostet Edelstahl nicht, obwohl er aus Eisen besteht, das zur Oxidation neigt, ist es jedoch nicht mit rotem Hydroxid bedeckt. Und die Sache hier ist, dass Edelstahl kein reines Eisen ist, Edelstahl ist eine Legierung aus Eisen und einem anderen Metall, hauptsächlich Chrom.

Neben Chrom können Nickel, Molybdän, Titan, Niob, Schwefel, Phosphor usw. in die Stahlzusammensetzung einbezogen werden. Das Hinzufügen zusätzlicher Elemente zu Legierungen, die für bestimmte Eigenschaften der resultierenden Legierungen verantwortlich sind, wird als Legieren bezeichnet.

Möglichkeiten zum Schutz vor Korrosion

Wie oben erwähnt, ist Chrom das Hauptlegierungselement, das gewöhnlichem Stahl zugesetzt wird, um ihm Korrosionsschutzeigenschaften zu verleihen. Chrom oxidiert schneller als Eisen, das heißt, es trifft sich selbst. Auf der Oberfläche von Edelstahl erscheint somit zunächst ein Schutzfilm aus Chromoxid, der eine dunkle Farbe hat und nicht so locker ist wie gewöhnlicher Eisenrost.

Chromoxid passiert keine aggressiven, für Eisen schädlichen Umweltionen, und das Metall ist wie ein dauerhafter hermetischer Schutzanzug vor Korrosion geschützt. Das heißt, der Oxidfilm hat in diesem Fall eine Schutzfunktion.

Die Chrommenge in rostfreiem Stahl beträgt normalerweise nicht weniger als 13%, Nickel ist in rostfreiem Stahl etwas geringer und andere Legierungsadditive sind in viel geringeren Mengen enthalten.

Dank der Schutzfolien, die zuerst die Umweltbelastung berücksichtigen, sind viele Metalle in verschiedenen Umgebungen korrosionsbeständig.Zum Beispiel leuchtet ein Löffel, Teller oder eine Pfanne aus Aluminium nie wirklich. Wenn Sie genau hinschauen, haben sie einen weißlichen Farbton. Dies ist nur Aluminiumoxid, das durch den Kontakt von reinem Aluminium mit Luft gebildet wird und das Metall dann vor Korrosion schützt.

Der Oxidfilm erscheint von selbst, und wenn Sie die Aluminiumpfanne mit Sandpapier reinigen, wird die Oberfläche nach einigen Sekunden Glanz wieder weißlich - Aluminium auf der gereinigten Oberfläche oxidiert unter dem Einfluss von Luftsauerstoff wieder.

Da auf ihm selbst ein Aluminiumoxidfilm ohne spezielle technologische Tricks gebildet wird, spricht man von einem passiven Film. Solche Metalle, auf denen sich auf natürliche Weise ein Oxidfilm bildet, werden als Passivierung bezeichnet. Insbesondere Aluminium ist ein passiviertes Metall.

Einige Metalle werden in einen passiven Zustand gezwungen, z. B. höheres Eisenoxid - Fe2О3 kann Eisen und seine Legierungen in Luft bei hohen Temperaturen und sogar in Wasser schützen, mit dem weder rotes Hydroxid noch niedrigere Oxide desselben Eisens aufwarten können.

Das Phänomen enthält Passivierung und Nuancen. Beispielsweise ist bei starker Schwefelsäure sofort passivierter Stahl korrosionsbeständig, und bei einer schwachen Schwefelsäurelösung beginnt die Korrosion sofort.

Warum passiert das? Die Antwort auf das offensichtliche Paradoxon ist, dass sich bei starker Säure sofort ein passivierender Film auf der Oberfläche von Edelstahl bildet, da eine Säure mit einer höheren Konzentration ausgeprägte oxidierende Eigenschaften aufweist.

Gleichzeitig oxidiert eine schwache Säure den Stahl nicht schnell genug und der Schutzfilm bildet sich nicht, sondern beginnt nur mit Korrosion. In solchen Fällen, in denen das Oxidationsmedium nicht aggressiv genug ist, um den Effekt der Passivierung zu erzielen, greifen Sie auf spezielle chemische Zusätze (Inhibitoren, Korrosionsinhibitoren) zurück, die die Bildung eines passiven Films auf der Metalloberfläche unterstützen.

Da nicht alle Metalle selbst durch Gewalt zur Bildung passiver Filme auf ihrer Oberfläche neigen, führt die Zugabe von Verzögerern zum oxidierenden Medium einfach zu einer vorbeugenden Retention des Metalls unter Reduktionsbedingungen, wenn die Oxidation energetisch unterdrückt wird, dh wenn das Additiv in einer aggressiven Umgebung vorliegt, ist es energetisch nachteilig .

Es gibt eine andere Möglichkeit, das Metall in der Rückgewinnungsumgebung zu halten. Wenn es nicht möglich ist, einen Inhibitor zu verwenden, verwenden Sie eine aktivere Beschichtung: Der verzinkte Eimer rostet nicht, da das Zink der Beschichtung Eisen in Kontakt mit der Umgebung korrodiert, dh es trifft sich selbst und ist ein aktiveres Metall Es ist wahrscheinlicher, dass Zink eine chemische Reaktion eingeht.

Der Boden des Schiffes wird oft auf die gleiche Weise geschützt: Ein Stück Profil wird daran befestigt, und dann wird das Profil zerstört, und der Boden bleibt unversehrt.

Der elektrochemische Korrosionsschutz von unterirdischen Versorgungsunternehmen ist auch ein sehr verbreiteter Weg, um die Bildung von Rost auf ihnen zu bekämpfen. Die Reduktionsbedingungen werden durch Anlegen eines negativen Kathodenpotentials an das Metall erzeugt, und in diesem Modus kann der Metalloxidationsprozess nicht mehr einfach energetisch ablaufen.

Man kann sich fragen, warum korrosionsgefährdete Oberflächen einfach nicht lackieren, warum nicht einfach ein korrosionsanfälliges Teil jedes Mal mit Emaille beschichten? Wofür gibt es verschiedene Möglichkeiten?

Die Antwort ist einfach. Der Zahnschmelz kann beschädigt werden, zum Beispiel kann der Autolack an einer unauffälligen Stelle abbrechen, und die Karosserie beginnt allmählich, aber kontinuierlich zu rosten, da Schwefelverbindungen, Salze, Wasser, Sauerstoff an diese Stelle gelangen und die Karosserie infolgedessen zusammenbricht.

Um eine solche Entwicklung von Ereignissen zu verhindern, greifen Sie auf eine zusätzliche Korrosionsschutzbehandlung des Körpers zurück. Ein Auto ist keine emaillierte Platte, die weggeworfen werden kann, wenn eine Emaille beschädigt ist und eine neue gekauft wurde.

Aktueller Stand der Dinge

Trotz der offensichtlichen Kenntnis und Ausarbeitung des Korrosionsphänomens birgt die Korrosion trotz der vielseitigen Schutzmethoden immer noch eine gewisse Gefahr. Pipelines werden zerstört und dies führt zu Emissionen von Öl und Gas, Flugzeuge fallen, der Zug stürzt ab. Die Natur ist komplexer, als es auf den ersten Blick scheinen mag, und die Menschheit muss noch viel mehr Aspekte der Korrosion erforschen.

Selbst korrosionsbeständige Legierungen erweisen sich daher nur unter bestimmten vorhersehbaren Bedingungen für den Betrieb, in dem sie ursprünglich vorgesehen waren, als stabil. Beispielsweise vertragen rostfreie Stähle keine Chloride und sind von diesen betroffen - es treten Peptik-, Lochfraß- und Interkristallkorrosion auf.

Äußerlich kann die Struktur ohne einen Hauch von Rost plötzlich zusammenbrechen, wenn sich im Inneren kleine, aber sehr tiefe Läsionen bilden. Mikrorisse, die die Dicke des Metalls durchdringen, sind von außen nicht sichtbar.

Selbst eine nicht korrosionsanfällige Legierung kann plötzlich unter längerer mechanischer Beanspruchung reißen - nur ein großer Riss zerstört plötzlich die Struktur. Dies ist weltweit bereits mit Metallbaustrukturen, Mechanismen und sogar mit Flugzeugen und Hubschraubern geschehen.