Waarom roesten metalen?

Wat is gebruikelijk tussen een roestige spijker, een verroeste brug of een lekkend ijzeren hek? Waarom roesten ijzeren structuren en ijzerproducten in het algemeen? Wat is roest op zichzelf? We zullen proberen om antwoorden op deze vragen te geven in ons artikel. Laten we de oorzaken van metaalroesten en beschermingsmethoden tegen dit voor ons schadelijke natuurverschijnsel beschouwen.

Roest veroorzaakt

Het begint allemaal met metaalwinning. Niet alleen ijzer, maar bijvoorbeeld aluminiumen magnesium worden aanvankelijk gewonnen in de vorm van erts. Aluminium, mangaan, ijzer, magnesiumerts bevatten geen zuivere metalen, maar hun chemische verbindingen: carbonaten, oxiden, sulfiden, hydroxiden.

Dit zijn chemische verbindingen van metalen met koolstof, zuurstof, zwavel, water, enz. Er zijn één, twee en pure metalen in de natuur - platina, goud, zilver - edelmetalen - ze komen voor in de vorm van metalen in een vrije staat, en hebben niet de neiging om de vorming van chemische verbindingen.

De meeste metalen zijn echter niet vrij onder natuurlijke omstandigheden, en om ze uit de uitgangsverbindingen vrij te maken, is het noodzakelijk om de ertsen te smelten, waardoor zuivere metalen worden gereduceerd.

Maar het smelten van metaalhoudend erts, hoewel we het metaal in zijn pure vorm krijgen, is het nog steeds een onstabiele staat, verre van natuurlijk. Om deze reden heeft een zuiver metaal onder normale omgevingscondities de neiging terug te keren naar zijn oorspronkelijke staat, dat wil zeggen te oxideren, en dit is corrosie van het metaal.

Corrosie is dus een natuurlijk vernietigingsproces voor metalen dat plaatsvindt onder omstandigheden van hun interactie met de omgeving. In het bijzonder is roestvorming het proces van de vorming van ijzerhydroxide Fe (OH) 3, dat plaatsvindt in aanwezigheid van water.

Maar het natuurlijke feit speelt in de handen van mensen dat de oxidatiereactie in de atmosfeer die we gewend zijn niet erg snel is, het gaat op een zeer lage snelheid, zodat bruggen en vliegtuigen niet onmiddellijk instorten en potten niet voor onze ogen verkruimelen in gemberpoeder. Bovendien kan corrosie in principe worden vertraagd door gebruik te maken van enkele traditionele trucs.

Roestvrij staal roest bijvoorbeeld niet, hoewel het bestaat uit ijzer, dat vatbaar is voor oxidatie, toch wordt het niet bedekt door rode hydroxide. Maar het punt is hier dat roestvrij staal geen zuiver ijzer is, roestvrij staal een legering van ijzer is en een ander metaal, voornamelijk chroom.

Naast chroom kunnen nikkel, molybdeen, titanium, niobium, zwavel, fosfor, enz. Worden opgenomen in de samenstelling van staal. Het toevoegen van extra elementen aan legeringen die verantwoordelijk zijn voor bepaalde eigenschappen van de resulterende legeringen wordt legering genoemd.

Manieren om te beschermen tegen corrosie

Zoals we hierboven hebben opgemerkt, is chroom het belangrijkste legeringselement dat aan gewoon staal wordt toegevoegd om het corrosiewerende eigenschappen te geven. Chrome oxideert sneller dan ijzer, dat wil zeggen dat het zichzelf raakt. Op het oppervlak van roestvrij staal verschijnt dus eerst een beschermende film van chroomoxide, die een donkere kleur heeft en niet zo los als gewone ijzerroest.

Chroomoxide passeert geen agressieve ionen uit de omgeving die schadelijk zijn voor ijzer, en het metaal wordt beschermd tegen corrosie, zoals een duurzaam hermetisch beschermend pak. Dat wil zeggen dat de oxidefilm in dit geval een beschermende functie heeft.

De hoeveelheid chroom in roestvrij staal is meestal niet lager dan 13%, nikkel is iets minder in roestvrij staal en andere legeringsadditieven worden in veel kleinere hoeveelheden gevonden.

Dankzij de beschermende films die de eerste impact op het milieu hebben, zijn veel metalen bestand tegen corrosie in verschillende omgevingen.Een lepel, bord of pan gemaakt van aluminium schijnt bijvoorbeeld nooit echt; als je goed kijkt, hebben ze een witachtige tint. Dit is gewoon aluminiumoxide, dat wordt gevormd door het contact van puur aluminium met lucht en vervolgens het metaal tegen corrosie beschermt.

De oxidefilm verschijnt vanzelf en als je de aluminium pan met schuurpapier schoonmaakt, wordt het oppervlak na een paar seconden glans weer witachtig - aluminium op het gereinigde oppervlak oxideert opnieuw onder invloed van zuurstof uit de lucht.

Omdat er zelf een aluminiumfolie op wordt gevormd, zonder speciale technologische trucs, wordt het een passieve film genoemd. Dergelijke metalen, waarop zich op natuurlijke wijze een oxidefilm vormt, worden passiveren genoemd. In het bijzonder is aluminium een ​​gepassiveerd metaal.

Sommige metalen worden in een passieve toestand gedwongen, bijvoorbeeld hoger ijzeroxide - Fe2O3 is in staat om ijzer en zijn legeringen te beschermen in lucht bij hoge temperaturen en zelfs in water, waar noch rode hydroxide noch lagere oxiden van hetzelfde ijzer op kunnen bogen.

Er zijn passivering en nuances in het fenomeen. In sterk zwavelzuur is bijvoorbeeld direct gepassiveerd staal bestand tegen corrosie en in een zwakke oplossing van zwavelzuur begint corrosie onmiddellijk.

Waarom gebeurt dit? Het antwoord op de schijnbare paradox is dat in sterk zuur zich direct een passiverende film vormt op het oppervlak van roestvrij staal, omdat een zuur met een hogere concentratie uitgesproken oxiderende eigenschappen heeft.

Tegelijkertijd oxideert een zwak zuur het staal niet snel genoeg, en de beschermende film vormt zich niet, het begint gewoon corrosie. In dergelijke gevallen, wanneer het oxiderende medium niet agressief genoeg is, moet het effect van passivering worden bereikt door gebruik te maken van speciale chemische additieven (remmers, corrosieremmers) die helpen bij de vorming van een passieve film op het metaaloppervlak.

Aangezien niet alle metalen vatbaar zijn voor de vorming van passieve films op hun oppervlak, zelfs met geweld, leidt de toevoeging van moderatoren aan het oxidatiemedium eenvoudig tot het preventieve behoud van het metaal onder reductieomstandigheden, wanneer oxidatie energetisch wordt onderdrukt, d.w.z. in de aanwezigheid van een additief in een agressieve omgeving, is het energetisch nadelig .

Er is een andere manier om het metaal in de herstelomgeving te houden, als het niet mogelijk is om een ​​remmer te gebruiken, een actievere coating te gebruiken: de gegalvaniseerde emmer roest niet, omdat het zink van de coating ijzer in contact met de omgeving aantast, dat wil zeggen dat het zichzelf treft, omdat het een actiever metaal is zal zink waarschijnlijker een chemische reactie binnengaan.

De bodem van het schip wordt vaak op dezelfde manier beschermd: een stuk van het loopvlak is eraan bevestigd, en dan wordt het loopvlak vernietigd en blijft de bodem ongeschonden.

Elektrochemische corrosiebescherming van ondergrondse nutsbedrijven is ook een veel voorkomende manier om de vorming van roest op hen te bestrijden. De reductieomstandigheden worden gecreëerd door een negatieve kathodepotentiaal op het metaal aan te leggen, en in deze modus zal het metaaloxidatieproces niet langer eenvoudig energetisch kunnen verlopen.

Je kunt je afvragen waarom oppervlakken met een risico op corrosie gewoon niet verven, waarom niet gewoon een deel dat gevoelig is voor corrosie elke keer bekleden met emaille? Waar zijn de verschillende manieren voor?

Het antwoord is simpel. Het glazuur kan bijvoorbeeld worden beschadigd, autolak kan op een onopvallende plaats afbreken en het lichaam zal geleidelijk maar continu beginnen te roesten, omdat zwavelverbindingen, zouten, water, zuurstof naar deze plaats komen en als gevolg daarvan zal het lichaam instorten.

Om een ​​dergelijke ontwikkeling van gebeurtenissen te voorkomen, moet u uw toevlucht nemen tot een aanvullende anti-corrosiebehandeling van het lichaam. Een auto is geen emaille plaat die kan worden weggegooid als een email beschadigd is en een nieuwe gekocht heeft ..

Huidige stand van zaken

Ondanks de kennelijke kennis en uitwerking van het fenomeen corrosie, ondanks de veelzijdige gebruikte beschermingsmethoden, vormt corrosie nog steeds een zeker gevaar. Pijpleidingen storten in en dit leidt tot emissies van olie en gas, vliegtuigen vallen, de trein stort neer. De natuur is complexer dan ze op het eerste gezicht lijkt en de mensheid moet nog veel meer aspecten van corrosie onderzoeken.

Dus zelfs corrosiebestendige legeringen blijken alleen stabiel te zijn in bepaalde voorspelbare omstandigheden, voor de werking waarin ze oorspronkelijk waren bedoeld. Roestvast staal verdraagt ​​bijvoorbeeld geen chloriden en wordt hierdoor aangetast - peptische, putjes en interkristallijne corrosie treden op.

Uiterlijk, zonder een vleugje roest, kan de structuur plotseling instorten als zich kleine, maar zeer diepe laesies vormen binnenin. Microscheuren die de dikte van het metaal doordringen, zijn van buitenaf onzichtbaar.

Zelfs een legering die niet gevoelig is voor corrosie kan plotseling barsten, onder langdurige mechanische stress - alleen een enorme barst zal de structuur plotseling vernietigen. Dit is wereldwijd al gebeurd met metalen bouwconstructies, mechanismen en zelfs met vliegtuigen en helikopters.