Zašto metali hrđaju?

Što je zajedničko između zahrđalog čavala, zahrđalog mosta ili željezne ograde koja curi? Zašto željezne konstrukcije i proizvodi od željeza općenito hrđaju? Što je hrđa sama po sebi? Pokušat ćemo dati odgovore na ta pitanja u našem članku. Razmotrimo razloge hrđe metala i načine zaštite od ove prirodne pojave koja nam šteti.

Uzroci hrđe

Sve započinje s miniranjem metala. Ne samo željezo, već npr. aluminijum, a magnezij se u početku iskopava u obliku rude. Aluminijske, manganove, željezne, magnezijeve rude ne sadrže čiste metale, već njihove kemijske spojeve: karbonate, okside, sulfide, hidrokside.

To su kemijski spojevi metala s ugljikom, kisikom, sumporom, vodom itd. U prirodi postoje jedan, dva i čisti metali - platina, zlato, srebro - plemeniti metali - oni se pojavljuju u obliku metala u slobodnom stanju i nemaju tendenciju da stvaranje kemijskih spojeva.

Međutim, većina metala nije slobodna u prirodnim uvjetima, a da bi ih se oslobodilo od polaznih spojeva, potrebno je otopiti rude i na taj način smanjiti čiste metale.

Ali topljenje rude koja sadrži metal, mada mi dobivamo metal u čistom obliku, još uvijek je nestabilno stanje, daleko od prirodnog. Iz tog razloga, čisti metal u normalnim uvjetima okoliša teži povratku u prvobitno stanje, tj. Oksidaciji, a ovo je korozija metala.

Dakle, korozija je prirodni proces uništavanja metala koji se događa u uvjetima njihove interakcije s okolinom. Posebno je hrđe proces stvaranja željeznog hidroksida Fe (OH) 3, koji se odvija u prisustvu vode.

Ali prirodna činjenica igra u rukama ljudi da reakcija oksidacije u atmosferi na koju smo navikli nije baš brza, ide vrlo malom brzinom, pa se mostovi i avioni ne sruše odmah, a lonci se ne drobe pred našim očima u đumbir u prahu. Pored toga, korozija se u načelu može usporiti pribjegavanjem nekim tradicionalnim trikovima.

Primjerice, nehrđajući čelik ne hrđa, iako se sastoji od željeza, sklonog oksidaciji, ipak nije pokriven crvenim hidroksidom. Ali poanta je u tome da nehrđajući čelik nije čisto željezo, nehrđajući čelik je legura željeza i drugog metala, uglavnom kroma.

Osim kroma, u sastav čelika mogu biti uključeni nikal, molibden, titan, niobij, sumpor, fosfor itd. Dodavanje dodatnih elemenata u legure koji su odgovorni za određena svojstva rezultirajućih legura naziva se legiranjem.

Načini zaštite od korozije

Kao što smo gore napomenuli, glavni legirajući element koji se dodaje običnom čeliku za postizanje antikorozivnih svojstava je krom. Krom oksidira brže od željeza, to jest, uzima pogodak na sebe. Na površini od nehrđajućeg čelika se, tako, najprije pojavljuje zaštitni film krom-oksida, koji ima tamnu boju, a nije tako labav kao obična željezna hrđa.

Krom-oksid ne propušta agresivne ione iz okoliša koji su štetni za željezo, a metal je zaštićen od korozije, poput izdržljivog hermetičkog zaštitnog odijela. Odnosno, oksidni film u ovom slučaju ima zaštitnu funkciju.

Količina kroma u nehrđajućem čeliku obično nije manja od 13%, nikla je nešto manje u nehrđajućem čeliku, a ostali legirajući aditivi nalaze se u mnogo manjim količinama.

Zahvaljujući zaštitnim filmovima koji prvo uzimaju utjecaj na okoliš, mnogi su metali otporni na koroziju u različitim okruženjima.Na primjer, žlica, tanjur ili tava od aluminija nikada ne sja; ako pogledate izbliza, oni imaju bjelkast nijansu. Ovo je samo aluminij oksid, koji nastaje kontaktom čistog aluminija sa zrakom, a zatim štiti metal od korozije.

Film oksida pojavljuje se sam, a ako očistite aluminijsku posudu brusnim papirom, nakon nekoliko sekundi sjaja površina će se opet pokazati bjelkasta - aluminij na očišćenoj površini ponovno će se oksidirati pod utjecajem atmosferskog kisika.

Budući da se na njemu sam formira film od glinice, bez posebnih tehnoloških trikova, naziva se pasivnim filmom. Takvi metali, na kojima se oksidni film prirodno formira, nazivaju se pasivizirajućim. Konkretno, aluminij je pasivizirani metal.

Neki metali su prisiljeni u pasivno stanje, na primjer, viši željezni oksid - Fe2O3 je u stanju zaštititi željezo i njegove legure u zraku pri visokim temperaturama, pa čak i u vodi, čime se ne mogu pohvaliti ni crveni hidroksid ni niži oksidi istog željeza.

Postoje fenomenalna pasivnost i nijanse. Na primjer, u jakoj sumpornoj kiselini, trenutačno pasivirani čelik otporan je na koroziju, a u slaboj otopini sumporne kiseline korozija će početi odmah.

Zašto se to događa? Odgovor na očigledan paradoks jest da se u jakoj kiselini pasivizirajući film odmah formira na površini od nehrđajućeg čelika, budući da kiselina s većom koncentracijom ima izražena oksidacijska svojstva.

Istovremeno, slaba kiselina ne oksidira čelik dovoljno brzo, a zaštitni film se ne formira, već samo započinje koroziju. U takvim slučajevima, kada oksidirajući medij nije dovoljno agresivan, za postizanje učinka pasivnosti pribjegavaju se posebnim kemijskim dodacima (inhibitorima, inhibitorima korozije) koji pomažu u stvaranju pasivnog filma na metalnoj površini.

Budući da nisu svi metali skloni stvaranju pasivnih filmova na njihovoj površini, čak i silom, dodavanje moderatora u oksidirajući medij jednostavno dovodi do preventivnog zadržavanja metala u uvjetima redukcije, kada se oksidacija energetski potiskuje, to jest, kada je aditiv prisutan u agresivnom okruženju, to je energetski nepovoljno. ,

Postoji još jedan način zadržavanja metala u okruženju za oporavak, ako nije moguće koristiti inhibitor, upotrijebiti aktivniji premaz: pocinčana kanta ne hrđa, jer cink premaza korodira željezo u kontaktu s okolinom, to jest, uzima pogodak na sebe, što je aktivniji metal , cink je vjerojatnije da će ući u kemijsku reakciju.

Dno broda često je zaštićeno na isti način: na njega se pričvrsti komad gaznoga sloja, a zatim se gazište uništi, a dno ostane neoštećeno.

Elektrokemijska zaštita od korozije u podzemnim komunalnim službama također je vrlo čest način borbe protiv stvaranja rđe na njima. Uvjeti redukcije stvaraju se primjenom negativnog katodnog potencijala na metal, a u tom načinu se proces oksidacije metala više neće moći jednostavno energično odvijati.

Može se postaviti pitanje zašto se površine pod korozijom jednostavno ne boje, zašto jednostavno svaki put ne premazati dijelom osjetljivim na koroziju caklinom? Koji su različiti načini?

Odgovor je jednostavan. Emajl se može oštetiti, na primjer, automobil automobila može se raspasti na neupadljivom mjestu, a tijelo će početi postepeno, ali neprekidno hrđati, jer će sumporni spojevi, soli, voda, kisik doći na to mjesto, i kao rezultat toga, tijelo će se srušiti.

Da biste spriječili takav razvoj događaja, pribjegavajte dodatnom antikorozivnom tretmanu tijela. Automobil nije emajlirana ploča koju možete baciti ako je emajl oštećen i kupite novi.

Trenutno stanje stvari

Unatoč prividnom poznavanju i razrađivanju fenomena korozije, usprkos raznolikim korištenim metodama zaštite, korozija i dalje predstavlja određenu opasnost. Cevovodi se uništavaju, a to dovodi do emisije nafte i plina, padaju avioni, pada vlak. Priroda je složenija nego što se možda čini na prvi pogled, a čovječanstvo tek treba istražiti još mnogo aspekata korozije.

Dakle, čak se i legure otporne na koroziju pokazuju postojanim samo u određenim predvidljivim uvjetima, za rad u kojem su prvobitno bile namijenjene. Na primjer, nehrđajući čelici ne podnose kloride, a na njih utječu - dolazi do peptičke, pitting i interkristalne korozije.

Izvana, bez nagovještaja hrđe, struktura se može iznenada urušiti ako se unutar nje formiraju male, ali vrlo duboke ozljede. Mikrokreske koje prodiraju u metal nevidljive su izvana.

Čak i legura koja nije podložna koroziji može iznenada puknuti, pod dugotrajnim mehaničkim naponom - upravo će ogromna pukotina odjednom uništiti strukturu. To se već dogodilo diljem svijeta s metalnim građevinskim konstrukcijama, mehanizmima, pa čak i sa zrakoplovima i helikopterima.