De ce fieră metalele?

Ce este obișnuit între un cui ruginit, un pod ruginit sau un gard de fier care se scurge? De ce structurile de fier și produsele de fier fierb în general? Ce este rugina în sine? Vom încerca să oferim răspunsuri la aceste întrebări în articolul nostru. Să luăm în considerare cauzele ruginii metalice și metodele de protecție împotriva acestui fenomen natural care ne dăunează.

Rustul cauzează

Totul începe cu exploatarea metalelor. Nu numai fierul, ci, de exemplu, aluminiuși magneziul sunt minate inițial sub formă de minereu. Minereurile din aluminiu, mangan, fier, magneziu nu conțin metale pure, dar compușii lor chimici: carbonați, oxizi, sulfuri, hidroxizi.

Aceștia sunt compuși chimici ai metalelor cu carbon, oxigen, sulf, apă, etc. Există unul, două și metale pure în natură - platină, aur, argint - metale prețioase - apar sub formă de metale în stare liberă și nu au tendința de a formarea compușilor chimici.

Cu toate acestea, majoritatea metalelor nu sunt libere în condiții naturale și, pentru a le elibera de compușii de pornire, este necesar să topiți minereurile, reducând astfel metalele pure.

Dar topirea minereului care conține metal, deși obținem metalul în forma sa pură, este totuși o stare instabilă, departe de a fi naturală. Din acest motiv, un metal pur în condiții normale de mediu tinde să revină la starea sa inițială, adică să se oxideze, iar aceasta este coroziunea metalului.

Astfel, coroziunea este un proces natural de distrugere a metalelor care apare în condițiile interacțiunii lor cu mediul. În special, ruginirea este procesul de formare a hidroxidului de fier Fe (OH) 3, care se desfășoară în prezența apei.

Faptul natural joacă însă în mâinile oamenilor că reacția de oxidare din atmosferă cu care suntem obișnuiți nu este foarte rapidă, merge cu o viteză foarte mică, astfel încât podurile și avioanele să nu se prăbușească instantaneu, iar vasele nu se prăbușesc în fața ochilor în pulbere de ghimbir. În plus, coroziunea poate fi, în principiu, încetinită, apelând la câteva trucuri tradiționale.

De exemplu, oțelul inoxidabil nu ruginește, deși este format din fier, care este predispus la oxidare, totuși nu este acoperit de hidroxidul roșu. Dar ideea este că oțelul inoxidabil nu este fier pur, oțelul inoxidabil este un aliaj de fier și un alt metal, în principal crom.

În plus față de crom, în compoziția oțelului pot fi incluși nichel, molibden, titan, niobiu, sulf, fosfor, etc. Adăugarea de elemente suplimentare la aliajele care sunt responsabile pentru anumite proprietăți ale aliajelor rezultate se numește aliere.

Modalități de protecție împotriva coroziunii

După cum am menționat mai sus, principalul element de aliere adăugat la oțelul obișnuit pentru a-i conferi proprietăți anticorozive este cromul. Cromul se oxidează mai repede decât fierul, adică are o lovitură în sine. Astfel, pe suprafața oțelului inoxidabil apare mai întâi o peliculă protectoare de oxid de crom, care are o culoare închisă și nu este la fel de liberă ca rugina obișnuită de fier.

Oxidul de crom nu trece ioni agresivi din mediu care sunt dăunători fierului, iar metalul este protejat de coroziune, ca un costum de protecție ermetic rezistent. Adică filmul de oxid în acest caz are o funcție de protecție.

Cantitatea de crom din oțel inoxidabil nu este de obicei mai mică de 13%, nichelul este puțin mai mic în oțelul inoxidabil, iar alți aditivi de aliere se găsesc în cantități mult mai mici.

Datorită filmelor de protecție care au primul impact asupra mediului, multe metale sunt rezistente la coroziune în diverse medii.De exemplu, o lingură, o farfurie sau o tigaie din aluminiu nu strălucește cu adevărat; dacă te uiți atent, au o nuanță albicioasă. Acesta este doar oxidul de aluminiu, care este format prin contactul aluminiului pur cu aerul, și apoi protejează metalul de coroziune.

Folia de oxid apare de la sine și dacă curățați tigaia de aluminiu cu șmirghel, după câteva secunde de luciu, suprafața va deveni albicioasă din nou - aluminiu pe suprafața curățată se va oxida din nou sub influența oxigenului atmosferic.

Întrucât o peliculă cu oxid de aluminiu se formează pe ea însăși, fără niciun fel de trucuri tehnologice speciale, este numită peliculă pasivă. Astfel de metale, pe care se formează natural filmul de oxid, sunt numite pasivante. În special, aluminiul este un metal pasiv.

Unele metale sunt forțate într-o stare pasivă, de exemplu, oxidul de fier mai mare - Fe2O3 este capabil să protejeze fierul și aliajele sale în aer la temperaturi ridicate și chiar în apă, de care nici hidroxidul roșu, nici oxizii inferiori ai aceluiași fier nu se pot lăuda.

Există pasivizare și nuanțe în fenomen. De exemplu, în acidul sulfuric puternic, oțelul pasivat instantaneu este rezistent la coroziune, iar într-o soluție slabă de acid sulfuric, coroziunea va începe imediat.

De ce se întâmplă asta? Răspunsul la paradoxul aparent este că, în acidul puternic, se formează instantaneu o peliculă pasivantă pe suprafața oțelului inoxidabil, deoarece un acid cu o concentrație mai mare are proprietăți oxidante pronunțate.

În același timp, un acid slab nu oxidează suficient de repede oțelul, iar filmul de protecție nu se formează, doar începe coroziunea. În astfel de cazuri, atunci când mediul oxidant nu este suficient de agresiv, pentru a obține efectul de pasivizare recurgeți la aditivi chimici speciali (inhibitori, inhibitori de coroziune) care ajută la formarea unei pelicule pasive pe suprafața metalului.

Deoarece nu toate metalele sunt predispuse la formarea de pelicule pasive pe suprafața lor, chiar și prin forță, adăugarea de moderatori la mediul oxidant duce pur și simplu la retenția preventivă a metalului în condiții de reducere, când oxidarea este suprimată energetic, adică atunci când aditivul este prezent într-un mediu agresiv, este dezavantajos din punct de vedere energetic .

Există o altă modalitate de a menține metalul în mediul de recuperare, dacă nu este posibil să se utilizeze un inhibitor, utilizați un înveliș mai activ: găleata galvanizată nu ruginește, deoarece zincul acoperirii corodează fierul în contact cu mediul, adică are un impact asupra acestuia, fiind un metal mai activ zincul este mai probabil să intre într-o reacție chimică.

Partea inferioară a navei este adesea protejată într-un mod similar: o bucată din banda de rulare este atașată de ea, iar apoi calea de rulare este distrusă, iar partea de jos rămâne nevătămată.

Protecția împotriva coroziunii electrochimice a utilităților subterane este, de asemenea, un mod foarte obișnuit de a combate formarea ruginii pe acestea. Condițiile de reducere sunt create prin aplicarea unui potențial catod negativ asupra metalului și, în acest mod, procesul de oxidare a metalului nu va mai putea continua pur și simplu energetic.

Se poate întreba de ce suprafețele cu risc de coroziune pur și simplu nu pictează, de ce nu acoperă pur și simplu o parte care este vulnerabilă la coroziune de fiecare dată cu smalt? Pentru ce sunt diferitele moduri?

Răspunsul este simplu. Smalțul poate fi deteriorat, de exemplu, vopseaua auto se poate rupe într-un loc necunoscut, iar corpul va începe să se ruginească treptat, dar continuu, deoarece compușii de sulf, săruri, apă, oxigen, vor ajunge în acest loc și, ca urmare, corpul se va prăbuși.

Pentru a preveni o astfel de dezvoltare a evenimentelor, recurgeți la un tratament suplimentar anticoroziv al corpului. O mașină nu este o placă de email care poate fi aruncată dacă un email este deteriorat și cumpărat unul nou.

Starea actuală

În ciuda cunoștințelor și elaborarii aparente a fenomenului coroziunii, în ciuda metodelor versatile de protecție utilizate, coroziunea reprezintă încă un anumit pericol. Conductele se prăbușesc și acest lucru duce la emisii de petrol și gaze, avioanele cad, trenul se prăbușește. Natura este mai complexă decât ar putea părea la prima vedere, iar umanitatea trebuie să exploreze încă mai multe aspecte ale coroziunii.

Deci, chiar și aliajele rezistente la coroziune se dovedesc a fi stabile numai în anumite condiții previzibile, pentru operația în care au fost destinate inițial. De exemplu, oțelurile inoxidabile nu tolerează clorurile și sunt afectate de ele - apar coroziuni peptice, de pitting și intercrystal.

În exterior, fără un indiciu de rugină, structura se poate prăbuși brusc dacă în interior se formează leziuni mici, dar foarte profunde. Microcracks care pătrund în grosimea metalului sunt invizibile din exterior.

Chiar și un aliaj care nu este susceptibil de coroziune se poate crăpa brusc, fiind sub tensiune mecanică prelungită - doar o fisură uriașă va distruge brusc structura. Acest lucru s-a întâmplat deja în întreaga lume cu structuri de construcții metalice, mecanisme și chiar cu avioane și elicoptere.