Varför rostar metaller?

Vad är vanligt mellan en rostig spik, en rostig bro eller ett läckande järnstaket? Varför rostar järnkonstruktioner och järnprodukter i allmänhet? Vad är rost i sig? Vi kommer att försöka ge svar på dessa frågor i vår artikel. Tänk på orsakerna till rostning av metaller och skyddsmetoder mot detta skadliga naturfenomen.

Rost orsakar

Allt börjar med metallbrytning. Inte bara järn utan till exempel aluminiumoch magnesium bryts initialt i form av malm. Aluminium, mangan, järn, magnesiummalm innehåller inte rena metaller, men deras kemiska föreningar: karbonater, oxider, sulfider, hydroxider.

Dessa är kemiska föreningar av metaller med kol, syre, svavel, vatten osv. Det finns en, två och rena metaller i naturen - platina, guld, silver - ädelmetaller - de förekommer i form av metaller i fritt tillstånd och tenderar inte att bildning av kemiska föreningar.

De flesta metaller är emellertid inte fria under naturliga förhållanden, och för att frigöra dem från utgångsföreningarna är det nödvändigt att smälta malmen och därigenom reducera rena metaller.

Men smältning av metallinnehållande malm, även om vi får metallen i dess rena form, är det fortfarande ett instabilt tillstånd, långt ifrån naturligt. Av denna anledning tenderar en ren metall under normala miljöförhållanden att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, det vill säga att oxidera, och detta är korrosion av metallen.

Således är korrosion en naturlig förstörelseprocess för metaller som sker under förhållanden för deras interaktion med miljön. Rostning är i synnerhet processen för bildning av järnhydroxid Fe (OH) 3, som fortsätter i närvaro av vatten.

Men det naturliga faktum spelar i människors händer att oxidationsreaktionen i den atmosfär vi är van vid inte är mycket snabb, den går i mycket låg hastighet, så broar och plan faller inte direkt och krukorna smuldrar inte framför våra ögon i ingefärapulver. Dessutom kan korrosion i princip bromsas genom att använda vissa traditionella knep.

Till exempel rostar rostfritt stål inte, även om det består av järn, som är benäget för oxidation, det täcks ändå inte av röd hydroxid. Och saken här är att rostfritt stål inte är rent järn, rostfritt stål är en legering av järn och en annan metall, främst krom.

Förutom krom, nickel, molybden, titan, niob, svavel, fosfor etc. kan ingå i sammansättningen av stål. Att lägga till ytterligare element till legeringar som är ansvariga för vissa egenskaper hos de resulterande legeringarna kallas legering.

Sätt att skydda mot korrosion

Som vi noterade ovan är det huvudsakliga legeringselementet som tillsätts till vanligt stål för att ge det korrosionsegenskaper krom. Krom oxiderar snabbare än järn, det vill säga det tar en hit på sig själv. På ytan av rostfritt stål visas således först en skyddande film av kromoxid, som har en mörk färg och inte så löst som vanligt järnrost.

Kromoxid passerar inte aggressiva joner från miljön som är skadliga för järn, och metallen är skyddad mot korrosion, som en hållbar hermetisk skyddsdräkt. Det vill säga oxidfilmen i detta fall har en skyddande funktion.

Mängden krom i rostfritt stål är vanligtvis inte lägre än 13%, nickel är något mindre i rostfritt stål och andra legeringsadditiv finns i mycket mindre mängder.

Det är tack vare de skyddande filmerna som tar miljöpåverkan först, att många metaller är resistenta mot korrosion i olika miljöer.Till exempel skiner en sked, tallrik eller panna av aluminium aldrig riktigt; om du tittar noga har de en vitaktig nyans. Detta är bara aluminiumoxid, som bildas genom kontakt av rent aluminium och luft och skyddar sedan metallen från korrosion.

Oxidfilmen visas på egen hand, och om du rengör aluminiumpannan med sandpapper kommer ytan att bli vitaktig igen efter några sekunder med glans - aluminium på den rengjorda ytan oxiderar igen under påverkan av atmosfäriskt syre.

Eftersom en aluminiumoxidfilm bildas på sig själv, utan speciella tekniska knep, kallas den en passiv film. Sådana metaller, på vilka en oxidfilm bildas naturligt, kallas passiverande. Speciellt är aluminium en passiverad metall.

Vissa metaller tvingas till ett passivt tillstånd, till exempel högre järnoxid - Fe2O3 kan skydda järn och dess legeringar i luft vid höga temperaturer och till och med i vatten, som varken röd hydroxid eller lägre oxider av samma järn kan skryta med.

Det finns passivering och nyanser i fenomenet. Till exempel i stark svavelsyra är omedelbart passiverat stål motståndskraftigt mot korrosion, och i en svag lösning av svavelsyra kommer korrosion att börja omedelbart.

Varför händer detta? Svaret på den uppenbara paradoxen är att i stark syra bildas en passiverande film direkt på ytan av rostfritt stål, eftersom en syra med en högre koncentration har uttalade oxidationsegenskaper.

Samtidigt oxiderar en svag syra inte stålet tillräckligt snabbt, och skyddsfilmen bildas inte, den börjar bara korrosion. I sådana fall, när det oxiderande mediet inte är tillräckligt aggressivt, tillämpar effekten av passivering särskilda kemiska tillsatser (hämmare, korrosionsinhibitorer) som hjälper till att bilda en passiv film på metallytan.

Eftersom inte alla metaller är benägna att bilda passiva filmer på deras yta, även med kraft, leder tillsättningen av moderatorer till det oxiderande mediet helt enkelt till den förebyggande retentionen av metallen under reduceringsförhållanden, när oxidationen undertrycks energiskt, det vill säga när tillsatsen är närvarande i en aggressiv miljö, är den energiskt nackdel .

Det finns ett annat sätt att hålla metallen i återvinningsmiljön, om det inte är möjligt att använda en hämmare, använd en mer aktiv beläggning: den galvaniserade skopan rostar inte, eftersom beläggningens zink korroderar järn i kontakt med miljön, det vill säga den slår på sig själv, eftersom den är en mer aktiv metall , zink är mer benägna att gå in i en kemisk reaktion.

Botten på fartyget skyddas ofta på liknande sätt: en bit av slitbanan är fäst vid den, och sedan förstörs slitbanan, och botten förblir oskadd.

Elektrokemiskt korrosionsskydd av underjordiska verktyg är också ett mycket vanligt sätt att bekämpa bildandet av rost på dem. Reduktionsbetingelserna skapas genom att applicera en negativ katodpotential på metallen, och i detta läge kommer metalloxidationsprocessen inte längre att kunna fortsätta helt enkelt energiskt.

Man kan fråga varför ytor med risk för korrosion helt enkelt inte målar, varför inte bara täcka en del som är känslig för korrosion varje gång med emalj? Vad är de olika sätten för?

Svaret är enkelt. Emaljen kan skadas, till exempel kan bilfärg brytas ut på en obemärkt plats, och kroppen börjar gradvis men kontinuerligt rostas, eftersom svavelföreningar, salter, vatten, syre kommer till denna plats, och som ett resultat kommer kroppen att kollapsa.

För att förhindra en sådan utveckling av händelser, vänd dig till ytterligare korrosionsbehandling av kroppen. En bil är inte en emaljerad platta som kan kastas om en emalj skadas och köpte en ny ..

Nuvarande situation

Trots den uppenbara kunskapen och utvecklingen av fenomenet korrosion, trots de mångsidiga skyddsmetoder som används, utgör korrosion fortfarande en viss fara. Rörledningar kollapsar och detta leder till utsläpp av olja och gas, flygplan faller, tåget kraschar. Naturen är mer komplex än den kan se ut vid första anblicken, och mänskligheten har ännu inte undersökt många fler aspekter av korrosion.

Så även korrosionsbeständiga legeringar visar sig vara stabila endast under vissa förutsägbara förhållanden för den operation som de ursprungligen var avsedda för. Exempelvis tolererar rostfritt stål inte klorider och påverkas av dem - peptisk, gropning och korrosion mellan kristaller uppstår.

Utåt, utan antydan till rost, kan strukturen plötsligt kollapsa om små, men mycket djupa skador bildas inuti. Mikrokrackor som penetrerar metallens tjocklek är osynliga från utsidan.

Till och med en legering som inte är mottaglig för korrosion kan plötsligt spricka och vara under långvarig mekanisk påfrestning - bara en enorm spricka förstör plötsligt strukturen. Detta har redan hänt världen över med metallbyggande strukturer, mekanismer och till och med med flygplan och helikoptrar.