Hvorfor ruster metaller?

Hvad er almindeligt mellem en rusten søm, en rusten bro eller et lækkende jernhegn? Hvorfor rustes jernkonstruktioner og jernprodukter generelt? Hvad er rust i sig selv? Vi vil prøve at give svar på disse spørgsmål i vores artikel. Overvej årsagerne til rustning af metaller og metoder til beskyttelse mod dette skadelige naturlige fænomen.

Rust forårsager

Det hele starter med metalminedrift. Ikke kun jern, men f.eks. aluminiumog magnesium udvindes oprindeligt i form af malm. Aluminium, mangan, jern, magnesiummalm indeholder ikke rene metaller, men deres kemiske forbindelser: carbonater, oxider, sulfider, hydroxider.

Dette er kemiske forbindelser af metaller med kulstof, ilt, svovl, vand osv. Der er en, to og rene metaller i naturen - platin, guld, sølv - ædelmetaller - de forekommer i form af metaller i fri tilstand og har ikke en tendens til dannelse af kemiske forbindelser.

De fleste metaller er imidlertid ikke frie under naturlige forhold, og for at befri dem fra udgangsforbindelserne er det nødvendigt at smelte malmene og derved reducere rene metaller.

Men smeltning af metalholdig malm, selvom vi får metallet i sin rene form, er det stadig en ustabil tilstand, langt fra naturlig. Af denne grund har et rent metal under normale miljøforhold en tendens til at vende tilbage til sin oprindelige tilstand, dvs. at oxidere, og dette er korrosion af metallet.

Korrosion er således en naturlig destruktionsproces for metaller, der forekommer under betingelser for deres interaktion med miljøet. Rustning er især processen til dannelse af jernhydroxid Fe (OH) 3, der fortsætter i nærværelse af vand.

Men den naturlige kendsgerning spiller i folks hænder, at oxidationsreaktionen i den atmosfære, vi er vant til, ikke er meget hurtig, den går i en meget lav hastighed, så broer og fly ikke kollapser øjeblikkeligt, og gryder ikke smuldrer foran vores øjne i ingefærpulver. Derudover kan korrosion i princippet nedsættes ved at ty til nogle traditionelle tricks.

For eksempel rustfrit stål rust ikke, selvom det består af jern, som er tilbøjelig til oxidation, det er ikke desto mindre ikke dækket af rødt hydroxid. Og sagen her er, at rustfrit stål ikke er rent jern, rustfrit stål er en legering af jern og et andet metal, hovedsageligt krom.

Foruden krom, nikkel, molybdæn, titan, niob, svovl, fosfor osv. Kan indgå i sammensætningen af ​​stål. At tilføje yderligere elementer til legeringer, der er ansvarlige for visse egenskaber ved de resulterende legeringer, kaldes legering.

Måder at beskytte mod korrosion

Som vi har bemærket ovenfor, er det vigtigste legeringselement, der tilføjes til almindeligt stål for at give det anti-korrosionsegenskaber, krom. Chrome oxiderer hurtigere end jern, det vil sige, det rammer sig selv. På overfladen af ​​rustfrit stål vises således først en beskyttende film af chromoxid, der har en mørk farve og ikke så løs som almindelig jernrost.

Chromoxid passerer ikke gennem aggressive miljøioner, der er skadelige for jern, og metallet er beskyttet mod korrosion, ligesom en holdbar hermetisk beskyttelsesdragt. Det vil sige, at oxidfilmen i dette tilfælde har en beskyttende funktion.

Mængden af ​​chrom i rustfrit stål er normalt ikke lavere end 13%, nikkel er lidt mindre i rustfrit stål, og andre legeringsadditiver findes i meget mindre mængder.

Det er takket være de beskyttende film, der tager først miljøpåvirkningen, at mange metaller er resistente over for korrosion i forskellige miljøer.For eksempel skinner en ske, plade eller gryde, der er lavet af aluminium, aldrig rigtig virkelig, de, hvis du ser nøje, har en hvid farvetone. Dette er bare aluminiumoxid, der dannes ved kontakt af rent aluminium med luft og derefter beskytter metallet mod korrosion.

Oxidfilmen vises på egen hånd, og hvis du renser aluminiumspanden med sandpapir, vil overfladen efter et par sekunder glans blive hvidlig igen - aluminium på den rensede overflade oxideres igen under påvirkning af atmosfærisk ilt.

Da der dannes en aluminiumoxidfilm på sig selv uden særlige teknologiske tricks, kaldes den en passiv film. Sådanne metaller, som en oxidfilm danner naturligt, kaldes passiverende. Især er aluminium et passiveret metal.

Nogle metaller tvinges til en passiv tilstand, for eksempel højere jernoxid - Fe2О3 er i stand til at beskytte jern og dets legeringer i luft ved høje temperaturer og endda i vand, som hverken rødt hydroxid eller lavere oxider af det samme jern kan prale af.

Der er passivering og nuancer i fænomenet. F.eks. I stærk svovlsyre er øjeblikkeligt passiveret stål modstandsdygtigt over for korrosion, og i en svag opløsning af svovlsyre starter korrosion straks.

Hvorfor sker dette? Svaret på det tilsyneladende paradoks er, at der i stærk syre øjeblikkeligt dannes en passiverende film på overfladen af ​​rustfrit stål, da en syre med en højere koncentration har udpegede oxidationsegenskaber.

På samme tid oxiderer en svag syre ikke stålet hurtigt nok, og beskyttelsesfilmen dannes ikke, den starter bare korrosion. I sådanne tilfælde, når det oxiderende medium ikke er aggressivt nok til at opnå virkningen af ​​passivering, tager de til særlige kemiske additiver (hæmmere, korrosionsinhibitorer), der hjælper med at danne en passiv film på metaloverfladen.

Da ikke alle metaller er tilbøjelige til dannelse af passive film på deres overflade, selv med magt, fører tilsætning af retardere til det oxiderende medium simpelthen til den forebyggende tilbageholdelse af metallet under betingelser for reduktion, når oxidation undertrykkes energisk, dvs. når tilsætningsstoffet er til stede i et aggressivt miljø, er det energisk ufordelagtigt .

Der er en anden måde at holde metallet i gendannelsesmiljøet, hvis det ikke er muligt at bruge en hæmmer, anvende en mere aktiv belægning: den galvaniserede spand rustner ikke, da belægningens zink korroderer jern i kontakt med miljøet, det vil sige at det rammer sig selv, da det er et mere aktivt metal , zink er mere tilbøjelige til at indgå i en kemisk reaktion.

Bunden af ​​skibet er ofte beskyttet på samme måde: et stykke slidbane er fastgjort til det, og derefter ødelægges slidbanen, og bunden forbliver uskadet.

Elektrokemisk korrosionsbeskyttelse af underjordiske forsyningsselskaber er også en meget almindelig måde at bekæmpe dannelsen af ​​rust på dem. Reduktionsbetingelserne skabes ved at anvende et negativt katodepotentiale på metallet, og i denne tilstand vil metaloxidationsprocessen ikke længere være i stand til at fortsætte simpelt energisk.

Man kan spørge, hvorfor overflader med risiko for korrosion simpelthen ikke maler, hvorfor ikke blot belægge en del, der er sårbar for korrosion hver gang med emalje? Hvad er de forskellige måder til?

Svaret er enkelt. Emaljen kan blive beskadiget, for eksempel kan bilmaling bryde et sted, der ikke er iøjnefaldende, og kroppen vil begynde at gradvist men kontinuerligt ruste, da svovlforbindelser, salte, vand, ilt kommer til dette sted, og som et resultat vil kroppen kollapse.

For at forhindre en sådan udvikling af begivenheder skal du ty til yderligere korrosionsbehandling af kroppen. En bil er ikke en emaljeret plade, der kan smides væk, hvis en emalje beskadiges og købes en ny ..

Aktuel situation

På trods af den åbenlyse viden og uddybning af fænomenet korrosion, på trods af de anvendte beskyttelsesmetoder, udgør korrosion stadig en vis fare. Rørledninger ødelægges, og dette fører til emissioner af olie og gas, fly falder, toget går ned. Naturen er mere kompleks, end den ser ud ved første øjekast, og menneskeheden har endnu ikke undersøgt mange flere aspekter af korrosion.

Så selv korrosionsbestandige legeringer viser sig kun at være stabile under visse forudsigelige forhold under den operation, de oprindeligt var beregnet til. For eksempel tolererer rustfrit stål ikke chlorider og påvirkes af dem - peptisk korrosion, korrosion og krystalkorrosion forekommer.

Udad, uden antydning af rust, kan strukturen pludselig kollapse, hvis der dannes små, men meget dybe læsioner inde. Mikrokrakker, der trænger ind i metalets tykkelse, er usynlige udefra.

Selv en legering, der ikke er modtagelig for korrosion, kan pludselig revne, idet den er under langvarig mekanisk belastning - bare en enorm revne vil pludselig ødelægge strukturen. Dette er allerede sket verden over med metalbygningskonstruktioner, mekanismer og endda med fly og helikoptere.