Proč kovy rezaví?

Co je běžné mezi rezavým hřebíkem, zrezivělým mostem nebo unikajícím železným plotem? Proč železné struktury a výrobky ze železa obecně rezaví? Co je rez sám o sobě? Pokusíme se na tyto otázky odpovědět v našem článku. Podívejme se na příčiny rezivění kovů a způsoby ochrany před tímto přírodním jevem, který je pro nás škodlivý.

Rust příčiny

Všechno to začíná těžbou kovů. Nejen železo, ale například hliníka hořčík se zpočátku těží ve formě rudy. Hliník, mangan, železo, hořčík rudy neobsahují čisté kovy, ale jejich chemické sloučeniny: uhličitany, oxidy, sulfidy, hydroxidy.

Jedná se o chemické sloučeniny kovů s uhlíkem, kyslíkem, sírou, vodou atd. V přírodě existují jeden, dva a čisté kovy - platina, zlato, stříbro - drahé kovy - vyskytují se ve formě kovů ve volném stavu a nemají sklon tvorba chemických sloučenin.

Většina kovů však není za přírodních podmínek volná, a aby se uvolnily z výchozích sloučenin, je nutné roztavit rudy, čímž se redukují čisté kovy.

Ale taví se ruda obsahující kov, přestože dostáváme kov v jeho čisté formě, je to stále nestabilní stav, daleko od přirozeného stavu. Z tohoto důvodu má čistý kov za normálních okolních podmínek tendenci se vracet do svého původního stavu, tj. Oxidovat, a to je koroze kovu.

Koroze je tedy proces přirozené destrukce kovů, ke kterému dochází za podmínek jejich interakce s prostředím. Zejména rezivění je proces tvorby hydroxidu železitého Fe (OH) 3, který probíhá v přítomnosti vody.

Ale přirozená skutečnost hraje do rukou lidí, že oxidační reakce v atmosféře, na kterou jsme zvyklí, není příliš rychlá, jde o velmi nízkou rychlost, takže mosty a letadla se nerozpadnou okamžitě a hrnce se před našimi očima nerozpadnou v zázvorovém prášku. Kromě toho může být koroze v zásadě zpomalena uchýlením se k některým tradičním trikům.

Například nerezová ocel nehrdzaví, ačkoli se skládá ze železa, které je náchylné k oxidaci, přesto není pokryto červeným hydroxidem. A věc je, že nerezová ocel není čisté železo, nerezová ocel je slitina železa a jiného kovu, zejména chromu.

Kromě chromu lze do složení oceli zahrnout také nikl, molybden, titan, niob, síru, fosfor atd. Přidání dalších prvků do slitin, které jsou zodpovědné za určité vlastnosti výsledných slitin, se nazývá legování.

Způsoby ochrany před korozí

Jak jsme již uvedli výše, hlavním legujícím prvkem přidaným do běžné oceli, který jí dává antikorozní vlastnosti, je chrom. Chrome oxiduje rychleji než železo, to znamená, že to zasáhne sám. Na povrchu nerezové oceli se tak nejprve objevuje ochranný film z oxidu chromu, který má tmavou barvu a není tak volný jako obyčejná rezavě železo.

Oxid chromičitý neprochází agresivními ionty z prostředí škodlivého pro železo a kov je chráněn před korozí, jako odolný hermetický ochranný oděv. To znamená, že oxidový film má v tomto případě ochrannou funkci.

Množství chrómu v nerezové oceli obvykle není nižší než 13%, nikl je o něco méně v nerezové oceli a další legující přísady se nacházejí v mnohem menším množství.

Právě díky ochranným filmům, které mají první vliv na životní prostředí, je mnoho kovů odolných vůči korozi v různých prostředích.Například lžíce, talíř nebo pánev z hliníku nikdy nesvítí, pokud se podíváte pozorně, mají bělavý odstín. Jde pouze o oxid hlinitý, který se vytváří kontaktem čistého hliníku se vzduchem, a poté chrání kov před korozí.

Oxidový film se objevuje sám o sobě, a pokud čistíte hliníkovou pánev brusným papírem, povrch se po několika sekundách lesku znovu zbarví - hliník na vyčištěném povrchu se opět oxiduje pod vlivem atmosférického kyslíku.

Protože se na něm vytváří film oxidu hlinitého sám o sobě, bez jakýchkoli zvláštních technologických triků, nazývá se pasivní film. Takové kovy, na kterých je oxidový film vytvářen přirozeně, se nazývají pasivační. Zejména hliník je pasivovaný kov.

Některé kovy jsou nuceny do pasivního stavu, například vyšší oxid železa - Fe2О3 je schopen chránit železo a jeho slitiny ve vzduchu při vysokých teplotách a dokonce i ve vodě, na které se nemůže chlubit ani červený hydroxid ani nižší oxidy stejného železa.

Ve jevu jsou pasivace a nuance. Například v silné kyselině sírové je okamžitě pasivovaná ocel odolná vůči korozi a ve slabém roztoku kyseliny sírové začne koroze okamžitě.

Proč se to děje? Odpověď na zdánlivý paradox je, že u silné kyseliny se pasivační film okamžitě vytvoří na povrchu nerezové oceli, protože kyselina s vyšší koncentrací má výrazné oxidační vlastnosti.

Slabá kyselina současně neoxiduje ocel dostatečně rychle a ochranný film se netvoří, pouze začíná korozi. V takových případech, kdy oxidační médium není dostatečně agresivní, dosáhnout účinku pasivace uchýlit se ke zvláštním chemickým přísadám (inhibitory, inhibitory koroze), které pomáhají vytvářet pasivní film na kovovém povrchu.

Protože ne všechny kovy jsou náchylné k tvorbě pasivních filmů na svém povrchu, a to i silou, přidání moderátorů do oxidačního média jednoduše vede k preventivní retenci kovu za podmínek redukce, když je oxidace energeticky potlačena, to znamená, když je přísada přítomna v agresivním prostředí, je energeticky nevýhodná .

Existuje další způsob, jak udržet kov v podmínkách zotavení, pokud není možné použít inhibitor, použijte aktivnější povlak: galvanizovaná nádoba nehrdzaví, protože zinek povlaku koroduje železo v kontaktu s prostředím, to znamená, že se sám o sobě zasáhne, je aktivnějším kovem , zinek pravděpodobně vstoupí do chemické reakce.

Spodní část lodi je často chráněna podobným způsobem: k ní je připevněna část běhounu, pak je běhoun zničen a dno zůstává nezraněné.

Elektrochemická ochrana podzemních rozvodů proti korozi je také velmi běžným způsobem boje proti tvorbě rzi. Redukční podmínky se vytvářejí působením negativního katodového potenciálu na kov a v tomto režimu již nebude oxidační proces kovu pokračovat jednoduše energeticky.

Člověk se může ptát, proč povrchy s rizikem koroze jednoduše nenatírají, proč prostě nelakovat část, která je náchylná ke korozi pokaždé smaltováním? Jaké jsou různé způsoby?

Odpověď je jednoduchá. Smalt může být poškozen, například může dojít k prasknutí nátěru na nenápadném místě a tělo začne postupně, ale nepřetržitě rezavět, protože na toto místo přijdou sloučeniny síry, soli, voda, kyslík, a v důsledku toho se tělo zhroutí.

Chcete-li zabránit takovému vývoji událostí, uchýlte se k další protikorozní úpravě těla. Auto není smaltovaný talíř, který lze vyhodit, pokud je smalt poškozen a koupil nový.

Současný stav

Přes zjevné znalosti a propracování jevu koroze, navzdory všestranným použitým způsobům ochrany, představuje koroze stále ještě určité nebezpečí. Potrubí se zhroutí a to vede k emisím ropy a plynu, pádům letadel, pádu vlaku. Příroda je složitější, než by se mohlo na první pohled zdát, a lidstvo musí prozkoumat mnohem více aspektů koroze.

Dokonce i koroze odolné slitiny se tedy ukázaly jako stabilní pouze za určitých předvídatelných podmínek pro provoz, ve kterém byly původně zamýšleny. Například nerezové oceli netolerují chloridy a jsou jimi ovlivněny - dochází k peptické, důlkové a mezikrystalické korozi.

Navenek, bez náznaku rzi, se struktura může náhle zhroutit, pokud se uvnitř vytvoří malé, ale velmi hluboké léze. Mikrotrhliny pronikající tloušťkou kovu jsou zvenku neviditelné.

Dokonce i slitina, která není náchylná ke korozi, může náhle prasknout, protože je pod dlouhodobým mechanickým napětím - jen velká trhlina náhle zničí strukturu. To se již stalo po celém světě s kovovými stavebními konstrukcemi, mechanismy a dokonce i s letadly a vrtulníky.