Зашто метали рђају?

Шта је заједничко између захрђалог чавла, захрђалог моста или ограде која цури? Зашто жељезне конструкције и производи од гвожђа уопште рђају? Шта је хрђа сама по себи? Покушаћемо да одговоримо на ова питања у нашем чланку. Размотрите узроке рђе метала и начине заштите од ове штетне природне појаве.

Узроци рђе

Све почиње са минирањем метала. Не само гвожђе, већ, на пример, алуминијум, а магнезијум се у почетку ископава у облику руде. Рупе алуминијума, мангана, гвожђа, магнезијума не садрже чисте метале, већ њихова хемијска једињења: карбонате, оксиде, сулфиде, хидроксиде.

То су хемијска једињења метала са угљеником, кисеоником, сумпором, водом итд. У природи постоје један, два и чиста метала - платина, злато, сребро - племенити метали - они се појављују у облику метала у слободном стању и немају тенденцију да стварање хемијских једињења.

Међутим, већина метала није слободна у природним условима, а да би их се ослободило од полазних једињења, потребно је растопити руде, смањујући на тај начин чисте метале.

Али топљење руде која садржи метал, мада ми добијамо метал у његовом чистом облику, то је још увек нестабилно стање, далеко од природног. Из тог разлога, чисти метал у нормалним условима животне средине има тенденцију да се врати у првобитно стање, односно да оксидује, а то је корозија метала.

Стога је корозија природни процес уништавања метала који се одвија у условима њихове интеракције са околином. Конкретно, рђа је процес стварања гвожђе хидроксида Фе (ОХ) 3, који се одвија у присуству воде.

Али природна чињеница игра у рукама људи да реакција оксидације у атмосфери на коју смо навикли није баш брза, иде врло малом брзином, тако да се мостови и авиони не сруше одмах, а лонци се не дробе пред нашим очима у праху ђумбира. Поред тога, корозија се у принципу може успорити прибегавањем неким традиционалним триковима.

На пример, нехрђајући челик не рђа, иако се састоји од гвожђа које је подложно оксидацији, али није покривено црвеним хидроксидом. И ствар овде је да нерђајући челик није чисто гвожђе, нехрђајући челик је легура гвожђа и другог метала, углавном хрома.

Поред хрома, у састав челика могу бити укључени никл, молибден, титанијум, ниобијум, сумпор, фосфор итд. Додавање додатних елемената у легуре који су одговорни за одређена својства насталих легура назива се легирањем.

Начини заштите од корозије

Као што смо горе напоменули, главни легирајући елемент који се додаје обичном челику да би му дао антикорозивна својства је хром. Цхроме оксидира брже од гвожђа, то јест, узима погодак на себе. На површини од нехрђајућег челика се најпре појављује заштитни филм хромоксида, који има тамну боју, а није растресит као и обична гвожђа.

Хром оксид не пролази кроз агресивне ионе штетне за гвожђе, а метал је заштићен од корозије, као издржљиво херметичко заштитно одело. Односно, оксидни филм у овом случају има заштитну функцију.

Количина хрома у нерђајућем челику обично није мања од 13%, никла је нешто мање у нерђајућем челику, а остали легирајући адитиви се налазе у много мањим количинама.

Захваљујући заштитним филмовима који први узимају утицај на животну средину, многи метали су отпорни на корозију у различитим окружењима.На пример, кашика, тањир или тава направљена од алуминијума никада не блистају; ако погледате изблиза, они имају беличасти тон. Ово је само алуминијум оксид, који настаје контактом чистог алуминијума са ваздухом, а затим штити метал од корозије.

Оксидни филм се појављује сам, а ако очистите алуминијску посуду брусним папиром, површина ће након неколико секунди сјаја постати бјелкаста - алуминиј на очишћеној површини поново ће се оксидирати под утицајем атмосферског кисеоника.

Будући да се на њему сам формира филм од глинице, без посебних технолошких трикова, назива се пасивним филмом. Такви метали, на којима се оксидни филм природно формира, називају се пасивизирајућим. Конкретно, алуминијум је пасиван метал.

Неки метали су присиљени у пасивно стање, на пример, већи оксид гвожђа - Фе2О3 је у стању да заштити гвожђе и његове легуре у ваздуху на високим температурама, па чак и у води, чиме се не могу похвалити ни црвени хидроксид, нижи оксиди истог гвожђа.

Постоје феноменална пасивност и нијансе. На пример, у јакој сумпорној киселини, пасивани челик који је тренутно пасиван је отпоран на корозију, а у слабом раствору сумпорне киселине корозија ће почети одмах.

Зашто се ово догађа? Одговор на очигледан парадокс јесте да се у јакој киселини пасивизирајући филм одмах формира на површини од нехрђајућег челика, будући да киселина са већом концентрацијом има изражена оксидациона својства.

Истовремено, слаба киселина не оксидује челик довољно брзо, а заштитни филм се не формира, већ само започиње корозију. У таквим случајевима, када оксидирајући медијум није довољно агресиван, за постизање ефекта пасивизације прибегавају се посебним хемијским адитивима (инхибиторима, инхибиторима корозије) који помажу формирању пасивног филма на металној површини.

Будући да нису сви метали склони стварању пасивних филмова на њиховој површини, чак и силом, додавање модератора у оксидирајући медијум једноставно води до превентивног задржавања метала у условима редукције, када се оксидација енергетски потискује, то јест, када је адитив присутан у агресивном окружењу, то је енергетски неповољно. .

Постоји још један начин да се метал задржи у окружењу за опоравак, ако није могуће користити инхибитор, употребити активнији премаз: поцинковано канто не хрђа, јер цинк премаза кородира гвожђе у контакту са околином, то јест, узима погодак на себе, јер је активнији метал , вероватније је да цинк уђе у хемијску реакцију.

Дно брода је често заштићено на сличан начин: на њега је причвршћен комад газишта, а затим газиште уништено, а дно остаје неоштећено.

Електрохемијска заштита од корозије подземних водовода је такође врло чест начин борбе против стварања рђе на њима. Услови редукције се стварају применом негативног катодног потенцијала на метал, а у овом режиму процес оксидације метала више неће моћи да се одвија једноставно енергично.

Може се поставити питање зашто се површине под корозијом једноставно не боје, зашто једноставно сваки пут не премазати делом који је рањив на корозију. Који су различити начини?

Одговор је једноставан. Емајл се може оштетити, на пример, аутомобил аутомобила може да се распадне на неупадљивом месту, а тело ће почети постепено, али непрекидно хрђати, јер ће сумпорна једињења, соли, вода, кисеоник доћи на то место, и као резултат тога, тело ће се срушити.

Да бисте спречили такав развој догађаја, прибегавајте додатном антикорозивном третману тела. Аутомобил није емајлирана плоча која се може бацити ако је емајл оштећен и купите нови ..

Тренутно стање ствари

Упркос привидном познавању и разрађивању феномена корозије, и поред употребе разноврсних метода заштите, корозија и даље представља одређену опасност. Цевоводи се уништавају и то доводи до емисије нафте и гаса, падају авиони, воз се руши. Природа је сложенија него што се можда чини на први поглед, а човечанство тек треба да истражи много више аспеката корозије.

Дакле, чак се и легуре отпорне на корозију показују стабилним само у одређеним предвидљивим условима, за рад у коме су првобитно биле намењене. На пример, нехрђајући челици не подносе хлориде, а на њих утичу - долази до пептичке, корозне и интеркристалне корозије.

Споља, без наговештаја хрђе, структура се може изненада урушити ако се унутар ње формирају мале, али веома дубоке лезије. Микрореке које продирају у дебљину метала су споља невидљиве.

Чак и легура која није подложна корозији може изненада пукнути, под дуготрајним механичким напоном - само огромна пукотина одједном ће уништити структуру. То се већ догодило широм света са металним грађевинским конструкцијама, механизмима, па чак и са авионима и хеликоптерима.