Продавцы металлопроката хорошо знакомы с таким проявлением коррозии металлов, как ржавчина и знают, сколько вреда она может нанести. По разным статистическим данным коррозия металлов может «съедать» 10-20 процентов мировой добычи железа. И, к сожалению, разрушается не только сам металл, но и изделия из него. Крыши, мосты, ограждения, автомобили, здания, и даже символ Парижа – Эйфелева башня ржавеют и разрушаются под воздействием коррозии.
Кроме разрушения различных сооружений, которые могут нести угрозу жизни людей, ржавление металлов часто наносит и экологический вред: утечка вредных химических веществ при разрушении трубопроводов, протечка нефти и газов из «разъеденных» коррозией цистерн и т.д. Сегодня мы попытаемся разобраться, что же такое ржавчина, как предупредить ее появление, и можно ли избавиться в случае, когда она уже появилась на поверхности металлических изделий.
Причины появления ржавчины на металлах
Начнем с самого начала – процесса добычи металлов. Чистых металлов в природе не так уж и много, большинство из них (например, железо) залегает в пластах в виде руды, которая представляет собой определенное химическое соединение.
Металлы стремятся к таким соединениям, поэтому для получения чистого металла применяют плавление руды и ее восстановление. Такое состояние для металла не является природным, оно не устойчивое, металл стремится вернуться в исходное состояние (окислиться), а это и есть процесс коррозии, в результате которой на металле появляются желтые или оранжево-бурые пятна – ржавчина.
Ржавчина появляется на поверхности металлов в результате взаимодействия с водой. В результате такого химического взаимодействия образуется оксид железа (Fe(ОН)3). Это самый опасный вид ржавчины. Отслаиваясь, он открывает новые слои металла, которые также начинают взаимодействовать с водой и кислородом, что может привести к полному разрушению изделия или металлической конструкции.
В обычных условиях окислительная реакция не происходит моментально, для нее требуется определенное время, поэтому металлопрокат и изделия из металлов не превращаются сразу в порошок под воздействием воды или кислот, но процесс происходят и с ними необходимо бороться. Тем более, что процесс коррозии металлов может ускорится (например, под воздействием солей).
Защита металлов от коррозии
В современных условиях применяют как традиционные, так и инновационные технологии и методики для замедления или предотвращения процессов коррозии металлов:
- Разрабатываются и внедряются в производство новые сплавы из металлов;
- На поверхности наносят специальные защитные покрытия;
- Снижают агрессивные внешние воздействия и т.д.
Например, характеристики нержавеющей стали имеют отличные показатели устойчивости к коррозийным проявлениям. Хоть в состав стали и входит железо, этот материал не покрывается ржавчиной. Весь секрет состоит в том, что в сплав нержавеющей стали входит хром и другие элементы, которые меняют свойства сплава. Этот процесс называется легированием сталей и позволяет получить стальной прокат с нужными характеристиками.
Легирование стали
Как уже было сказано, главный элемент, повышающий антикоррозийные свойства стали – это хром. Окисление хрома происходит быстрее, создается особая защитная оксидная «пленка».
Оксид хрома не является таким же рыхлым, как ржавчина на железе, поэтому он не пропускает агрессивные ионы и металл становится устойчив к коррозийным процессам. Качественная нержавеющая сталь имеет в своем составе обычно не менее 13% хрома и немного меньше в процентном соотношении никеля.
Именно оксидные защитные пленки принимают на себя агрессивные внешние воздействия и обеспечивают стойкость металла к коррозии. Например, изделия из алюминия имеют белесый оттенок – это и есть оксид алюминия, который образуется от контакта металла с воздухом. Оксидная пленка появляется сама. Этот процесс можно заметить, если хорошо зачистить алюминиевую поверхность наждачной бумагой. Буквально через несколько секунд блестящая зачищенная поверхность снова окислиться и станет белесой. Защитная пленка на алюминиевых изделиях образуется без технологического воздействия, поэтому ее называют пассивной пленкой, а алюминий – пассивирующимся металлом.
Добавление замедлителей (ингибиторов) удерживает металлы, предотвращая их разрушение. Или применяют более активное покрытие, которое принимает удар извне на себя, быстрее вступая в химическое взаимодействие с агрессивными средами. Например, днища морских судов защищают специальными протекторами.
Весьма распространенным является и метод электрохимической защиты от коррозии. На металл подается катодный потенциал для предотвращения процесса окисления железа.
Также для стального проката распространена защита неметаллическими покрытиями (лаки, краски, нанесение полимеров и т.д.). В этом случае важно, чтобы поверхности сохраняли целостность, так как любые сколы и отслаивания запустят процесс коррозии под действием влаги, воздуха и других внешних «раздражителей».
Несмотря на то, что методы защиты металлов от коррозии разрабатываются со времен открытия металлов, этот разрушительный процесс до сих пор представляет серьезную проблему. Даже те сплавы, которые обладают высокими антикоррозийными характеристиками, показывают свою стойкость только в определенных условиях работы, для которых были разработаны. Например, нержавеющие стали поражаются хлоридами. Под воздействием хлоридов коррозия начинает их активно разъедать.
Если внутри металла образовываются глубокие повреждения, то металлические конструкции могут разрушиться очень быстро. При этом внешних признаков разрушительных процессов (в виде ржавчины, например) видно не будет.
Природа коррозии намного сложнее, чем кажется на первый взгляд, и человечеству необходимо и дальше тщательно изучать все стороны этого явления.