Mengapa logam berkarat?

Apakah perkara biasa antara kuku berkarat, jambatan berkarat atau pagar besi yang bocor? Mengapa struktur besi dan produk besi berkarat secara umum? Apa karatnya? Kami akan cuba memberi jawapan kepada soalan-soalan ini dalam artikel kami. Pertimbangkan penyebab berkarat logam dan cara perlindungan terhadap fenomena semula jadi yang berbahaya ini.

Penyebab karat

Semuanya bermula dengan perlombongan logam. Bukan sahaja besi, tetapi, sebagai contoh, aluminium, dan magnesium ditambang pada awalnya dalam bentuk bijih. Aluminium, mangan, besi, bijih magnesium tidak mengandungi logam tulen, tetapi sebatian kimia mereka: karbonat, oksida, sulfida, hidroksida.

Ini adalah sebatian kimia logam dengan karbon, oksigen, sulfur, air, dan lain-lain. Terdapat satu, dua, dan logam tulen dalam alam - logam platinum, emas, perak - ia berlaku dalam bentuk logam dalam keadaan bebas dan tidak cenderung pembentukan sebatian kimia.

Walau bagaimanapun, kebanyakan logam tidak bebas di bawah keadaan semula jadi, dan untuk melepaskannya dari sebatian permulaan, perlu mencairkan bijih, dengan itu mengurangkan logam tulen.

Tetapi peleburan logam yang mengandungi bijih, walaupun kita mendapatkan logam dalam bentuk murni, ia masih merupakan keadaan yang tidak stabil, jauh dari alam semula jadi. Atas sebab ini, logam tulen di bawah keadaan alam sekitar biasa cenderung untuk kembali ke keadaan asalnya, iaitu untuk mengoksidakan, dan ini adalah kakisan logam.

Oleh itu, kakisan adalah proses pemusnahan semulajadi logam yang berlaku di bawah keadaan interaksi mereka dengan alam sekitar. Khususnya, berkarat adalah proses pembentukan besi hidroksida Fe (OH) 3, yang meneruskan kehadiran air.

Tetapi fakta semulajadi memainkan tangan manusia bahawa tindak balas pengoksidaan di atmosfera yang kita gunakan tidak terlalu cepat, ia berjalan pada kelajuan yang sangat rendah, jadi jambatan dan pesawat tidak runtuh dengan serta-merta, dan periuk tidak runtuh di depan mata kita dalam serbuk halia. Di samping itu, kakisan boleh, pada dasarnya, diperlahankan dengan menggunakan beberapa teknik tradisional.

Sebagai contoh, keluli tahan karat tidak karat, walaupun ia terdiri daripada besi, yang terdedah kepada pengoksidaan, namun ia tidak dilindungi oleh hidroksida merah. Tetapi titik di sini ialah keluli tahan karat bukan besi tulen, keluli tahan karat adalah aloi besi dan logam lain, terutamanya kromium.

Selain kromium, nikel, molibdenum, titanium, niobium, sulfur, fosforus, dan sebagainya boleh dimasukkan ke dalam komposisi keluli. Menambah unsur-unsur tambahan kepada aloi yang bertanggungjawab terhadap sifat-sifat tertentu aloi yang dihasilkan dipanggil mengaloi.

Cara untuk melindungi terhadap kakisan

Seperti yang telah kami nyatakan di atas, elemen penggabungan utama yang ditambahkan kepada keluli biasa untuk memberikan sifat anti karat adalah kromium. Chrome mengoksidakan lebih cepat daripada besi, iaitu, ia mengambil masa untuk melanda. Di permukaan keluli tahan karat, oleh itu, mula-mula muncul filem pelindung kromium oksida, yang mempunyai warna gelap, dan tidak longgar karat besi biasa.

Kromium oksida tidak melepaskan ion yang agresif dari alam sekitar yang berbahaya kepada besi, dan logam itu dilindungi dari kakisan, seperti saman pelindung yang tahan lama. Iaitu, filem oksida dalam kes ini mempunyai fungsi perlindungan.

Jumlah kromium dalam keluli tahan karat biasanya tidak lebih rendah daripada 13%, nikel sedikit kurang dalam keluli tahan karat, dan bahan tambahan aloi lain didapati dalam jumlah yang lebih kecil.

Ini adalah kerana filem-filem pelindung yang membawa impak alam sekitar yang pertama yang banyak logam tahan terhadap kakisan dalam pelbagai persekitaran.Sebagai contoh, sudu, plat atau kuali yang diperbuat daripada aluminium tidak pernah benar-benar bersinar; jika anda melihat dengan teliti, mereka mempunyai warna putih. Ini hanya aluminium oksida, yang dibentuk oleh sentuhan aluminium tulen dengan udara, dan kemudian melindungi logam daripada kakisan.

Filem oksida muncul sendiri, dan jika anda membersihkan pan aluminium dengan kertas pasir, selepas beberapa saat gloss permukaan akan berubah menjadi putih lagi - aluminium pada permukaan dibersihkan sekali lagi akan mengoksidakan di bawah pengaruh oksigen atmosfera.

Oleh kerana sebuah filem alumina dibentuk di atasnya sendiri, tanpa helah teknologi khas, ia dipanggil filem pasif. Logam sedemikian, di mana sebuah filem oksida membentuk secara semula jadi, dipanggil berpindah. Khususnya, aluminium adalah logam passivated.

Sesetengah logam dipaksa ke dalam keadaan pasif, sebagai contoh, oksida besi yang lebih tinggi - Fe2O3 dapat melindungi besi dan aloinya di udara pada suhu tinggi dan bahkan di dalam air, yang mana hidroksida merah atau oksida rendah besi yang sama tidak dapat dibanggakan.

Terdapat penipuan dan nuansa dalam fenomena ini. Sebagai contoh, dalam asid sulfurik yang kuat, keluli yang dipasangkan secara langsung tahan terhadap kakisan, dan dalam larutan asid sulfurik yang lemah, kakisan akan bermula dengan serta-merta.

Kenapa ini berlaku? Jawapannya kepada paradoks yang jelas adalah bahawa dalam asid kuat, filem berpasir segera terbentuk pada permukaan keluli tahan karat, kerana asid dengan kepekatan yang lebih tinggi telah menyatakan sifat pengoksidaan.

Pada masa yang sama, asid lemah tidak mengoksida keluli dengan cepat, dan filem pelindung tidak terbentuk, ia hanya mula berkarat. Dalam kes sedemikian, apabila medium pengoksidaan tidak cukup agresif, untuk mencapai kesan laluan balik ke bahan tambahan bahan kimia khas (perencat, penghambat kakisan) yang membantu pembentukan filem pasif pada permukaan logam.

Oleh kerana tidak semua logam terdedah kepada pembentukan filem-filem pasif di permukaan mereka, bahkan dengan kekerasan, penambahan moderator ke medium pengoksidaan hanya membawa kepada pengekalan pencegahan logam di bawah keadaan pengurangan, apabila pengoksidaan ditekan secara bertenaga, iaitu, apabila bahan tambahan terdapat dalam persekitaran yang agresif, ia secara sukarela merugikan .

Terdapat satu lagi cara untuk menjaga logam dalam persekitaran pemulihan, jika tidak mungkin menggunakan perencat, gunakan salutan yang lebih aktif: baldi tergalvani tidak berkarat, kerana zink salutan mengotorkan besi dalam hubungan dengan alam sekitar, iaitu, ia mengambil hit dengan sendirinya, menjadi logam yang lebih aktif , zink lebih cenderung untuk memasukkan reaksi kimia.

Bahagian bawah kapal sering dilindungi dengan cara yang sama: sepotong tapak dilampirkan padanya, dan kemudian tapaknya hancur, dan dasarnya tetap tidak terluka.

Perlindungan hakisan elektrokimia terhadap utiliti bawah tanah juga merupakan cara yang sangat biasa untuk memerangi pembentukan karat pada mereka. Keadaan pengurangan dibuat dengan menggunakan potensi katod negatif pada logam, dan dalam mod ini, proses pengoksidaan logam tidak akan dapat diteruskan semata-mata dengan penuh semangat.

Orang mungkin bertanya mengapa permukaan pada risiko kakisan hanya tidak melukis, kenapa tidak hanya melekat bahagian yang terdedah kepada kakisan setiap kali dengan enamel? Apakah cara yang berbeza?

Jawapannya mudah. Enamel boleh rosak, sebagai contoh, cat kereta boleh pecah di tempat yang tidak mencolok, dan badan akan mula secara beransur-ansur tetapi berterusan berkarat, kerana sebatian sulfur, garam, air, oksigen, akan datang ke tempat ini, dan akibatnya, badan akan runtuh.

Untuk mengelakkan kejadian seperti ini, gunakan rawatan tambahan anti karat untuk badan. Sebuah kereta bukan plat enamel yang boleh dibuang jika sebuah enamel rosak dan dibeli yang baru ..

Keadaan semasa

Walaupun pengetahuan dan penghuraian fenomena kakisan yang jelas, walaupun kaedah perlindungan serba boleh digunakan, kakisan masih menimbulkan bahaya tertentu. Pipelines runtuh dan ini membawa kepada pelepasan minyak dan gas, jatuh pesawat, kemalangan kereta api. Alam lebih kompleks daripada kelihatannya pada pandangan pertama, dan manusia masih belum meneroka lebih banyak aspek kakisan.

Oleh itu, walaupun aloi tahan kakisan terbukti stabil hanya dalam keadaan tertentu yang boleh diramal, untuk operasi di mana ia pada asalnya dimaksudkan. Contohnya, keluli tahan karat tidak bertolak ansur dengan klorida, dan terjejas olehnya - berlaku kakisan peptik, pitting dan intercrystal.

Di luar, tanpa sedikit karat, strukturnya tiba-tiba runtuh jika luka yang kecil, tetapi sangat dalam membentuk. Mikrokrak yang menembusi ketebalan logam tidak kelihatan dari luar.

Walaupun aloi yang tidak terdedah kepada kakisan boleh tiba-tiba retak, sedang berada di bawah tekanan mekanikal yang berpanjangan - hanya retakan yang besar akan tiba-tiba memusnahkan struktur. Ini telah berlaku di seluruh dunia dengan struktur bangunan, mekanisme, dan juga dengan kapal terbang dan helikopter.