Ржавчина на железе это что

Почему металл ржавеет?

Очень редко ржавчина может считаться хорошей вещью. Согласитесь, больно восстанавливать все, что начало разлагаться и гнить от ржавчины. Стоимость восстановления тоже может быть довольно безумной.

Так почему ржавеет металл? Любой металл, содержащий железо, при воздействии кислорода в присутствии воды начинает ржаветь. Эти же металлы также ржавеют под воздействием хлоридов и воды. Хлорид чаще всего содержится в соли.

В этой статье я расскажу о некоторых научных данных: какие металлы не ржавеют и как предотвратить ржавчину металлов.

Почему металл ржавеет

Во-первых, ржаветь будет только металл, содержащий железо. Наиболее часто используемый металл, содержащий железо, — это сталь. Металлы, не содержащие железа, такие как алюминий и титан, не ржавеют (хотя и окисляются).

Ржавчина — это электрохимический процесс, который восстанавливает железосодержащие металлы до их естественного, неочищенного состояния. Этот процесс можно ускорить, добавив тепла, некоторых минералов и химикатов.

Думайте об этом как о естественном способе бросить наш хлам обратно в землю.

Ржавчина – это разновидность окисления. Окисление – это необычное слово, которое описывает потерю электрона в результате реакции с молекулой, атомом или ионом.

Железо и кислород имеют противоположные заряды, поэтому они притягиваются друг к другу (как магниты). Когда они контактируют друг с другом в присутствии воды, они объединяются. Атом железа теряет три электрона, а атом кислорода получает два атома. Это та потеря электрона, о которой мы говорили. Железо слишком податливо.

При этом образуется молекула Fe2O3, которая в науке известна как оксид железа. Многие из нас просто используют красивое и простое слово «ржавчина».

Окисление не обязательно означает, что виноват кислород, хотя термин возник именно отсюда. Еще во времена динозавров (или около того) кислород был единственным известным окислителем. Современное определение «окисления» может включать другие окислители, такие как перекись водорода и галогены.

Сверхбыстрое образование ржавчины

Не вся ржавчина образована кислородом. Также существует ржавчина, образованная хлоридом.

Обычным источником хлоридов является соль. Вообще-то причудливое название соли — хлорид натрия. Ион хлорида очень сильно реагирует с железом, когда рядом вода. Если кислорода нет, этот ион сам по себе вызовет образование зеленой ржавчины, как на затонувших кораблях.

Вот почему металл так быстро ржавеет в океане. Соленый влажный воздух заметно ускорит этот процесс. Вы даже можете заметить образование ржавчины на голом металле в течение одного дня!

Еще одно место, где соль наносит ущерб металлу – это холодные регионы, где соль используется в качестве антиобледенителя на дорогах. Обычно автомобили ржавеют и гниют значительно быстрее, если металл не обрабатывать и сразу смывать соль.

На самом деле существует несколько видов оксида железа (ржавчины): простое красное вещество из кислорода и зеленое вещество из хлорида, но обычно их довольно редко можно увидеть.

В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»

Как защитить металл от ржавчины

Существует множество способов предотвратить образование ржавчины на металлах, содержащих железо. Все эти методы состоят из создания барьера, который предотвратит контакт железа и кислорода.

Покраска

Это наиболее распространенное и обычно самое дешевое решение. Если вы покроете сталь слоем краски, вы создадите простой и легкий барьер, блокирующий молекулы кислорода.

Чтобы это работало правильно, вам понадобится краска, которая будет прочно держаться на металле. Если он начинает отслаивается, то он больше не защищает металл. Существуют специально разработанные краски для металла, а также порошковые покрытия для пластика и эмаль, которые, по сути, работают в одном направлении.

Металлизация

Это процесс, при котором вы покрываете железо или сталь другим металлом, который не ржавеет. Это можно сделать электрохимическим способом или осаждением из паровой фазы.

Другой распространенный способ нанесения металла – это окунание, как при гальванике. Горячее цинкование – это процесс, при котором сталь погружают в ванну с расплавленным цинком, который защищает металл от ржавчины.

По сути, вы используете другой металл, чтобы создать барьер между железом и кислородом или хлоридом.

Однако для некоторых металлических покрытий (например, цинка) вы также используете металл для поглощения лишних электронов, вызывающих ржавчину. В конце концов цинк подвергнется коррозии, но пока он не исчезнет, сталь под ним будет ржаветь гораздо медленнее. Этот процесс называется катодной защитой.

Другие защитные барьеры

Помимо перечисленных выше методов, есть еще несколько вариантов, которые можно использовать. Однако обычно это временные решения, и они требуют регулярного обслуживания.

Например, на лодках многие мелкие металлические детали погружаются в воск, когда они подвергаются воздействию соленого воздуха во время транспортировки. Для больших металлических частей можно использовать воск в спрее.

Детали машины, покрытые смазкой, отталкивают воду и это отличный способ предотвратить ржавчину. Обратная сторона медали – масло должно оставаться на металле. Если его очистить и не наносить повторно, металл заржавеет. Это означает, что машина нуждается в регулярном обслуживании.

Сплавы и нержавеющая сталь

Для металлических компонентов, которые нельзя покрасить или нанести на них защитный барьер, иногда используют металлический сплав вместо обычной стали.

Нержавеющая сталь предотвращает ржавчину, потому что она легирована другими металлами и элементами, которые окисляются и образуют тонкий барьер, предотвращающий ржавление. Существует несколько различных видов нержавеющих сталей, большинство из которых в той или иной степени подвержены ржавчине, так как они содержат железо. Но тонкий оксидный слой, образованный этими легирующими элементами, предотвратит распространение ржавчины.

Общие примеры легирующих элементов для нержавеющих сталей включают хром (самый распространенный элемент в этом металле, предотвращающий коррозию), а также никель и молибден.

Нержавеющая сталь с меньшим содержанием хрома с большей вероятностью ржавеет, тогда как высокое содержание хрома значительно улучшит коррозионную стойкость. Это элемент №1, добавленный для того, чтобы нержавеющая сталь не оставляла пятен.

Удаление ржавчины

Обычно этот процесс трудоемкий. Однако, если вы пытаетесь восстановить что-то, что заржавело, у вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько глубоко въелась ржавчина.

Для более крупных панелей, например, для транспортных средств, наиболее распространенным способом избавиться от ржавчины является нанесение небольшого количества смазки на коленвал. Вы можете использовать проволочный круг или абразивную подушку с угловой шлифовальной машиной, чтобы удалить ржавчину до голого металла. После этого специалист по кузовам будет использовать затвердевающую шпатлевку, чтобы сгладить поверхность металла перед перекрашиванием панели.

В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»

Источник

Какие металлы ржавеют?

Что такое ржавчина?

Ржавчина, обычно называемая окислением, возникает, когда железо или металлические сплавы, содержащие железо, такие как сталь, подвергаются воздействию кислорода и воды в течение длительного периода времени.

Ржавчина образуется, когда железо подвергается процессу окисления, но не все окисления образуют ржавчину. Как уже говорилось выше, ржаветь может только железо или сплавы, содержащие железо, но и другие металлы могут подвергаться коррозии аналогичным образом.

Что такое коррозия?

Коррозия возникает, когда элемент, легко теряющий свои электроны (например, некоторые металлы), соединяется с элементом, который поглощает дополнительные электроны (кислород), а затем вступает в контакт с раствором электролита (водой). Работа воды в процессе коррозии заключается в ускорении потока электронов от металла к кислороду.

Что такое редукция?

Редукция – это название химической реакции, которая происходит, когда молекула получает электрон. Это роль кислорода в коррозии металлов.

Что такое окисление?

Окисление – это противоположная восстановлению реакция, которая происходит, когда молекула теряет электрон. Это роль воздействия металла в коррозии металла. Ржавчина и патина меди странного зеленого цвета – видимые результаты того, что металлы теряют свои электроны в воздухе.

Ржавеют ли медь, железо и алюминий?

Технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо. Другие металлы, включая драгоценные металлы, такие как золото и серебро, могут подвергаться аналогичной коррозии.

Что отличает определенные металлы, так это время, необходимое для того, чтобы они начали ржаветь или подвергаться коррозии.

Вот несколько примеров о том, как наиболее распространенные металлы противостоят ржавчине и коррозии.

В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»

Ржавеет ли медь?

Медь не ржавеет, однако, корродирует. Медь имеет естественный коричневый цвет и при коррозии приобретает ярко-зеленый оттенок. Хотя некоторые считают, что реакция меди скорее потускнение, чем окисление, металл по-прежнему подвергается аналогичному процессу «ржавления».

В естественной среде медь крайне несклонна к коррозии. Тип коррозии, которая в конечном итоге приводит к поломке медных питьевых труб, называется эрозионной коррозией, и она возникает только из-за воздействия текущей турбулентной воды в течение длительного периода времени. Обычно видимая на старых монетах знаменитая красивая зеленая «патина» может полностью сформироваться за 20 лет.

Это один из немногих природных металлов, который не добывается из руды (хотя он может быть получен другими способами), пригодный для непосредственного использования в естественной среде. Этот, а также тот факт, что медь очень мягкая и с ней легко работать, повлекли за собой то, что медь стала одним из первых металлов, с которыми работали люди в истории человечества.

Фактически, медь имела такое большое значение, что у нас действительно есть период в истории, называемый медным веком.

Медь обладает высокой проводимостью к теплу и электричеству, поэтому ее часто используют в электропроводке.

Медь также имеет очень низкую реакционную способность. Известный инструмент в химии, который представляет собой последовательность металлов, упорядоченную от самой высокой до самой низкой реакционной способности до кислот, воды, извлечения металлов из их руд и других реакций. Из-за её низкой реакционной способности специальный сплав меди (90% меди и 10% никеля) используется для деталей лодок, которые в дальнейшем подвергаются воздействию морской воды, или в качестве труб для транспортировки питьевой воды. Если вы осмотритесь в своем доме или здании, то заметите, что во многих ваших приборах используются медные трубы для подачи и отвода воды.

По данным Министерства жилищного строительства и городского развития России, средний срок службы медной водопроводной трубы составляет 50-70 лет.

Ржавеет ли железо?

Да. Помните, что технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо.

По сравнению с коррозией других металлов, железо относительно быстро ржавеет, особенно если оно подвергается воздействию воды и кислорода. Фактически, когда железо подвергается воздействию воды и кислорода, оно может начать ржаветь в течение нескольких часов.

Железо также быстро ржавеет при воздействии высоких температур. Экстремальные температуры могут изменить химический состав металла, что делает его чрезвычайно склонным к рекомбинации с кислородом в окружающей среде.

Алюминий производится в 3 этапа:

Этап 1. Добыча полезных ископаемых

Этап 2. Обработка

Этап 3. Электролитическое восстановление (при котором образуется сам алюминий)

Алюминий получают из минерала боксита. Бокситы чаще всего встречаются в субтропических местах, таких как Африка, Западная Индия, Южная Америка и Австралия, хотя есть небольшие месторождения и в других местах, например, в Европе. Австралия является крупнейшим производителем бокситов. На его долю приходится около 23% мировой добычи.

Затем этот боксит перерабатывается в оксид алюминия, который состоит только из атомов алюминия и кислорода, связанных вместе.

Затем через оксид алюминия пропускается электрический ток, который отделяет различные компоненты друг от друга. Пузырьки кислорода образуются на одном конце, а капли чистого расплавленного алюминия собираются на другом.

Около 4-5 тонн боксита перерабатывается в 2 тонны оксида алюминия, что дает 1 тонну чистого алюминия.

Алюминий корродирует намного медленнее, чем другие металлы, такие как железо. Причина того, что алюминий не так легко подвергается коррозии, как другие металлы, заключается в его особой реакции с водой.

Обычно, когда вода вступает в контакт с металлом, она побуждает металл еще быстрее отдавать свои электроны окружающему его кислороду.

Однако у алюминия особая реакция на воду. Когда вода соприкасается с алюминием, атомы алюминия и кислорода (содержащиеся в металле, а не кислород в окружающем его воздухе) перемещаются дальше друг от друга.

Они окажутся почти на 50% дальше друг от друга, чем были в начале. Эта реакция удаления меняет молекулярную структуру алюминия настолько, что он становится химически инертным, а это означает, что он не так легко подвергается коррозии.

Как предотвратить ржавление металлов

Ржавчина – это естественная химическая реакция. Несмотря на то, что некоторые металлы ржавеют быстрее других, это не должно вас сдерживать от использования этих металлов для определенных целей. Есть много способов предотвратить ржавчину металлов, например, металлические краски и покрытия, защитные барьеры, барьерные пленки, а также многочисленные антикоррозионные растворы и лужение. В каждом методе используются разные соединения и материалы для создания защитного барьера между металлом и элементами, вызывающими ржавчину и коррозию.

В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»

Источник

Ржавчина

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно оксиды железа обычно называют ржавчиной.

Содержание

Химические реакции

Причины ржавления

Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.

Происходящие реакции

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду. Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:

Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:

Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:

4 Fe 2+ + O₂ → 4 Fe 3+ + 2 O 2−

Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:

Fe 2+ + 2 H₂O ⇌ Fe(OH)₂ + 2 H + Fe 3+ + 3 H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3 H +

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо (II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe₃O₄). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)_3-xO_x/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.

Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняют цвет ржавчины с жёлтого на синий.

Предотвращение ржавления

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома (III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким pH. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.

Покрытие слоем металла

Воронение

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.

Экономический эффект

Ржавчина вызывает деградацию изделий и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое поеданием ржавчиной. Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главной причиной разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.

Мост Кинзу в штате Пенсильвания был снесён смерчем в 2003 году в значительной степени потому, что центральные опорные болты, соединяющие сооружение с землёй, проржавели, из-за чего мост держался лишь под действием силы тяжести.

Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские трудности. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.

Источник

Как мы страдаем от ржавчины

Ущерб, ущерб.

Все видели эти оранжево-бурые или желтоватые пятна ржавчины на металлических деталях. Экономический ущерб от коррозии металлов огромен. В США и Германии подсчитанный ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют примерно 3 % ВВП. При этом потери металла, в том числе из-за выхода из строя конструкций, изделий, оборудования, составляют до 20 % от общего объема производства стали в год. По России точные данные о потерях от коррозии не подсчитаны.

Доподлинно известно, что именно проржавевшие металлоконструкции стали причиной обрушения нескольких мостов в Соединенных Штатах, в том числе с многочисленными человеческими жертвами. Крайне неприятен и экологический вред: утечка газа, нефти при разрушении трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды.

Виды коррозии и ее причины

Перед тем как говорить о ржавчине на железе, кратко рассмотрим другие ее типы.

Корродировать металл может в некоторых участках поверхности (местная коррозия), охватить всю поверхность (равномерная коррозия), или же разрушать металл по границам зерен (межкристаллитная коррозия). Коррозия заметно ускоряется с повышением температуры.

Типы ржавчины

Несколько видов ржавления могут протекать одновременно, не особо мешая друг другу.

Химическая и электрохимическая коррозия

Железо ржавеет, если в нем есть добавки и примеси (например, углерод) и при этом контактирует с водой и кислородом. Если же в воде растворена соль (хлорида натрия и калия), реакция становится электрохимической и процесс ржавления ускоряется. Массовое применение этих солей как в бытовой химии так и для борьбы с льдом и снегом делают электрохимическую коррозию очень распространенным и опасным явлением: потери в США от использования солей в зимний период составляют 2,5 млрд. долларов. При одновременном воздействии воды и кислорода образуется гидроксид железа, который, в отличие от оксида, отслаивается от металла и никак его не защищает. Реакция продолжается либо до полного разрушения железа, либо пока в системе не закончится вода или кислород.

Электрохимическую коррозию могут вызывать блуждающие токи, возникающие при утечке из электрической цепи части тока в водные растворы или в почву и оттуда — в конструкции из металла. В тех местах, где блуждающие токи выходят из металлоконструкций обратно в воду или в почву, происходит разрушение металлов. Особенно часто блуждающие токи возникают в местах движения наземного электротранспорта (например, трамваев и ж/д локомотивов на электрической тяге). Всего за год блуждающие токи силой в 1А способны растворить железа — 9,1 кг, цинка — 10,7 кг, свинца — 33,4 кг.

Во второй части статьи мы расскажем, как вы можете защитить свои металлоконструкции от этой напасти или победить ее, если она уже атакует.

Источник