Hvorfor ruster metaller?

Hva er vanlig mellom en rusten spiker, en rusten bro eller et lekker jerngjerde? Hvorfor ruster jernkonstruksjoner og jernprodukter generelt? Hva er rust i seg selv? Vi vil prøve å gi svar på disse spørsmålene i artikkelen vår. La oss vurdere årsakene til metallrosting og metoder for beskyttelse mot dette naturfenomenet som er skadelig for oss.

Rust forårsaker

Det hele starter med metall gruvedrift. Ikke bare jern, men f.eks. aluminium, og magnesium blir utvunnet innledningsvis i form av malm. Aluminium, mangan, jern, magnesiummalm inneholder ikke rene metaller, men kjemiske forbindelser derav: karbonater, oksider, sulfider, hydroksider.

Dette er kjemiske forbindelser av metaller med karbon, oksygen, svovel, vann, etc. Det er en, to og rene metaller i naturen - platina, gull, sølv - edle metaller - de forekommer i form av metaller i fri tilstand, og pleier ikke å dannelsen av kjemiske forbindelser.

Imidlertid er de fleste metaller ikke frie under naturlige forhold, og for å frigjøre dem fra startforbindelsene, er det nødvendig å smelte malmene og derved redusere rene metaller.

Men smelter metallholdig malm, selv om vi får metallet i sin rene form, er det fortsatt en ustabil tilstand, langt fra naturlig. Av denne grunn har et rent metall under normale miljøforhold en tendens til å gå tilbake til sin opprinnelige tilstand, det vil si å oksidere, og dette er korrosjon av metallet.

Dermed er korrosjon en naturlig ødeleggelsesprosess for metaller som oppstår under betingelser for deres interaksjon med miljøet. Spesielt er rusting prosessen med dannelse av jernhydroksyd Fe (OH) 3, som fortsetter i nærvær av vann.

Men det naturlige faktum som spiller inn i hendene på mennesker, er at oksidasjonsreaksjonen i atmosfæren vi er vant til ikke er veldig rask, den går i veldig lav hastighet, så broer og fly ikke kollapser øyeblikkelig, og gryter smuldrer ikke foran øynene våre i ingefærpulver. I tillegg kan korrosjon i prinsippet reduseres ved å ty til noen tradisjonelle triks.

For eksempel ruster ikke rustfritt stål, selv om det består av jern, som er utsatt for oksidasjon, dekkes likevel ikke av rødt hydroksid. Og saken her er at rustfritt stål ikke er rent jern, rustfritt stål er en legering av jern og et annet metall, hovedsakelig krom.

I tillegg til krom, nikkel, molybden, titan, niob, svovel, fosfor, etc. kan inngå i sammensetningen av stål. Å legge til flere elementer til legeringer som er ansvarlige for visse egenskaper hos de resulterende legeringene kalles legering.

Måter å beskytte mot korrosjon

Som vi bemerket ovenfor, er hovedlegeringselementet tilsatt vanlig stål for å gi det korrosjonshindrende egenskaper krom. Chrome oksiderer raskere enn jern, det vil si at det tar en hit på seg selv. På overflaten av rustfritt stål vises således først en beskyttende film av kromoksyd, som har en mørk farge, og ikke så løs som vanlig jernrost.

Kromoksid passerer ikke gjennom aggressive miljøioner som er skadelige for jern, og metallet er beskyttet mot korrosjon, som en holdbar hermetisk beskyttelsesdrakt. Det vil si at oksidfilmen i dette tilfellet har en beskyttende funksjon.

Mengden krom i rustfritt stål er vanligvis ikke lavere enn 13%, nikkel er litt mindre i rustfritt stål, og andre legeringsadditiver finnes i mye mindre mengder.

Det er takket være beskyttelsesfilmene som tar miljøpåvirkningen først, at mange metaller er motstandsdyktige mot korrosjon i forskjellige miljøer.For eksempel skinner aldri en skje, tallerken eller panne av aluminium; hvis du ser nøye på, har de en hvitaktig fargetone. Dette er bare aluminiumoksyd, som dannes ved kontakt av rent aluminium og luft, og deretter beskytter metallet mot korrosjon.

Oksidfilmen vises på egen hånd, og hvis du rengjør aluminiumspannen med sandpapir, vil overflaten etter noen sekunder glans bli hvitaktig igjen - aluminium på den rensede overflaten vil igjen oksidere under påvirkning av atmosfærisk oksygen.

Siden en aluminiumoksydfilm dannes på seg selv, uten spesielle teknologiske triks, kalles den en passiv film. Slike metaller, som en oksydfilm dannes naturlig på, kalles passiverende. Spesielt er aluminium et passivt metall.

Noen metaller tvinges til en passiv tilstand, for eksempel høyere jernoksid - Fe2O3 er i stand til å beskytte jern og dets legeringer i luft ved høye temperaturer og til og med i vann, som verken rødt hydroksid eller lavere oksider av det samme jernet kan skryte av.

Det er passivering og nyanser i fenomenet. For eksempel i sterk svovelsyre er øyeblikkelig passivt stål motstandsdyktig mot korrosjon, og i en svak løsning av svovelsyre vil korrosjon starte umiddelbart.

Hvorfor skjer dette? Svaret på det tilsynelatende paradokset er at i sterk syre dannes det umiddelbart en passiverende film på overflaten av rustfritt stål, siden en syre med høyere konsentrasjon har uttalte oksiderende egenskaper.

Samtidig oksiderer en svak syre ikke stålet raskt nok, og beskyttelsesfilmen dannes ikke, den starter bare korrosjon. I slike tilfeller, når det oksiderende mediet ikke er aggressivt nok, tyr spesielle kjemiske tilsetningsstoffer (hemmere, korrosjonsinhibitorer) som hjelper til å danne en passiv film på metalloverflaten for å oppnå effekten av passivering.

Siden ikke alle metaller er utsatt for dannelse av passive filmer på deres overflate, selv med kraft, fører tilsetningen av moderatorer til det oksiderende mediet ganske enkelt til den forebyggende retensjon av metallet under betingelser for reduksjon, når oksidasjon undertrykkes energisk, dvs. i nærvær av et tilsetningsstoff i et aggressivt miljø, er det energisk ufordelaktig .

Det er en annen måte å holde metallet i utvinningsmiljøet, hvis det ikke er mulig å bruke en hemmer, bruk et mer aktivt belegg: den galvaniserte bøtta ikke ruster, siden beleggets sink korroderer jern i kontakt med miljøet, det vil si at det tar et treff på seg selv, fordi det er et mer aktivt metall , sink er mer sannsynlig å komme inn i en kjemisk reaksjon.

Bunnen av skipet er ofte beskyttet på samme måte: et stykke slitebane er festet til det, og deretter blir slitebanen ødelagt, og bunnen forblir uskadd.

Elektrokjemisk korrosjonsbeskyttelse av underjordiske verktøy er også en veldig vanlig måte å bekjempe dannelsen av rust på dem. Reduksjonsbetingelsene skapes ved å anvende et negativt katodepotensial til metallet, og i denne modus vil metalloksydasjonsprosessen ikke lenger være i stand til å fortsette ganske enkelt energisk.

Man kan spørre seg hvorfor overflater med fare for korrosjon rett og slett ikke maler, hvorfor ikke bare belegge en del som er sårbar for korrosjon hver gang med emalje? Hva er de forskjellige måtene for?

Svaret er enkelt. Emaljen kan bli skadet, for eksempel kan bilmaling bryte av på et iøynefallende sted, og kroppen begynner å gradvis men kontinuerlig ruste, siden svovelforbindelser, salter, vann, oksygen vil komme til dette stedet, og som et resultat vil kroppen kollapse.

For å forhindre en slik utvikling av hendelser, må du ty til ytterligere korrosjonsbehandling av kroppen. En bil er ikke en emaljert plate som kan kastes hvis en emalje blir skadet og kjøpt en ny ..

Nåværende situasjon

Til tross for den tilsynelatende kunnskapen og utdypingen av fenomenet korrosjon, til tross for de allsidige beskyttelsesmetodene som brukes, utgjør korrosjon fortsatt en viss fare. Rørledninger blir ødelagt, og dette fører til utslipp av olje og gass, fly faller, toget krasjer. Naturen er mer sammensatt enn den ser ut ved første øyekast, og menneskeheten har ennå til å utforske mange flere aspekter av korrosjon.

Selv korrosjonsbestandige legeringer viser seg å være stabile bare under visse forutsigbare forhold, for operasjonen de opprinnelig var ment. For eksempel tolererer rustfritt stål ikke klorider, og påvirkes av dem - peptisk, groping og krystallkorrosjon forekommer.

Utad, uten antydning av rust, kan strukturen plutselig kollapse hvis det dannes små, men veldig dype lesjoner. Mikrokrakker som trenger gjennom tykkelsen på metallet er usynlige fra utsiden.

Selv en legering som ikke er mottakelig for korrosjon kan plutselig sprekke, og være under langvarig mekanisk belastning - bare en enorm sprekk vil plutselig ødelegge strukturen. Dette har allerede skjedd over hele verden med metallbygningskonstruksjoner, mekanismer og til og med med fly og helikoptre.