Kodėl metalai rūdija?

Kas bendro tarp aprūdijusių vinių, aprūdijusio tilto ar nesandarios geležinės tvoros? Kodėl geležies konstrukcijos ir geležies gaminiai apskritai rūdija? Kas yra rūdys per se? Mes bandysime atsakyti į šiuos klausimus mūsų straipsnyje. Apsvarstykite metalų rūdijimo priežastis ir apsaugos nuo šio kenksmingo gamtos reiškinio būdus.

Rūdžių priežastys

Viskas prasideda nuo metalo kasybos. Ne tik geležies, bet, pavyzdžiui, aliuminioir magnis iš pradžių iškasamas rūdos pavidalu. Aliuminio, mangano, geležies, magnio rūdoje nėra grynų metalų, bet jų cheminiai junginiai: karbonatai, oksidai, sulfidai, hidroksidai.

Tai yra cheminiai metalų junginiai, turintys anglies, deguonies, sieros, vandens ir kt. Gamtoje yra vienas, du ir gryni metalai - platina, auksas, sidabras - taurieji metalai. Jie yra laisvų metalų pavidalu ir nėra linkę į cheminių junginių susidarymas.

Tačiau dauguma metalų nėra laisvi natūraliomis sąlygomis, ir norint juos išlaisvinti iš pradinių junginių, būtina išlydyti rūdas, taip sumažinant grynų metalų kiekį.

Bet lydant metalą, kuriame yra rūda, nors metalą gauname gryna forma, jis vis dar yra nestabilus, toli gražu ne natūralus. Dėl šios priežasties grynas metalas normaliomis aplinkos sąlygomis linkęs grįžti į pradinę būseną, tai yra, oksiduotis, ir tai yra metalo korozija.

Taigi korozija yra natūralus metalų sunaikinimo procesas, vykstantis jų sąveikos su aplinka sąlygomis. Rūdžių susidarymas yra geležies hidroksido Fe (OH) 3 susidarymo procesas, vykstantis esant vandeniui.

Bet natūralus faktas vaidina žmonių rankose tai, kad oksidacijos reakcija atmosferoje, prie kurios esame įpratę, nėra labai greita, vyksta labai mažu greičiu, todėl tiltai ir lėktuvai akimirksniu nesugriūva, o puodai prieš mūsų akis netrūksta imbiero milteliuose. Be to, koroziją iš esmės galima sulėtinti pasinaudojant kai kuriais tradiciniais triukais.

Pavyzdžiui, nerūdijantis plienas nerūdija, nors jį sudaro geležis, linkusi į oksidaciją, vis dėlto jos nepadengia raudonasis hidroksidas. Reikalas tas, kad nerūdijantis plienas nėra gryna geležis, nerūdijantis plienas yra geležies ir kito metalo lydinys, daugiausia chromas.

Į plieno sudėtį, be chromo, gali būti įtrauktas nikelis, molibdenas, titanas, niobis, siera, fosforas ir tt Papildomų elementų pridėjimas lydiniams, kurie yra atsakingi už tam tikras gaunamų lydinių savybes, yra vadinamas legiruotu.

Apsaugos nuo korozijos būdai

Kaip mes pažymėjome aukščiau, pagrindinis legiruojantis elementas, pridedamas prie įprasto plieno, kad suteiktų jam antikorozines savybes, yra chromas. Chromas oksiduojasi greičiau nei geležis, tai yra, jis pats imasi smūgio. Taigi iš nerūdijančio plieno paviršiaus pirmiausia atsiranda apsauginė chromo oksido plėvelė, kuri turi tamsią spalvą ir nėra tokia laisva kaip įprastos geležies rūdys.

Chromo oksidas nepraleidžia agresyvių jonų iš aplinkos, kenksmingų geležiui, o metalas yra apsaugotas nuo korozijos, kaip patvarus hermetiškas apsauginis kostiumas. T. y., Oksido plėvelė šiuo atveju turi apsauginę funkciją.

Chromo kiekis nerūdijančiame pliene paprastai yra ne mažesnis kaip 13%, nikelio yra šiek tiek mažiau nerūdijančiame pliene, o kitų legiruojančių priedų yra daug mažiau.

Dėl apsauginių plėvelių, kurios daro pirmąjį poveikį aplinkai, daugelis metalų yra atsparūs korozijai įvairiose aplinkose.Pavyzdžiui, šaukštas, lėkštė ar keptuvė, pagaminti iš aliuminio, niekada iš tikrųjų nešviečia, jie, jei atidžiai pažvelgsite, turi balkšvą atspalvį. Tai yra tiesiog aliuminio oksidas, susidarantis gryno aliuminio sąlyčiui su oru, o po to apsaugo metalą nuo korozijos.

Oksido plėvelė pasirodys savaime, o jei nuvalysite aliuminio plokštelę švitriniu popieriumi, po kelių sekundžių blizgesio paviršius vėl pasidarys balkšvas - aliuminis, esantis ant išvalyto paviršiaus, vėl oksiduosis atmosferos deguonies įtakoje.

Kadangi aliuminio oksido plėvelė susidaro ant jo paties, be specialių technologinių gudrybių, ji vadinama pasyvia plėvele. Tokie metalai, ant kurių natūraliai susidaro oksido plėvelė, vadinami pasyviniais. Visų pirma, aliuminis yra pasyvuotas metalas.

Kai kurie metalai yra priversti pasyvią būseną, pavyzdžiui, didesnis geležies oksidas - Fe2O3 sugeba apsaugoti geležį ir jos lydinius ore aukštoje temperatūroje ir net vandenyje, kuo negali pasigirti nei raudonasis hidroksidas, nei to paties geležies žemesnieji oksidai.

Reiškinyje yra pasyvumo ir niuansų. Pavyzdžiui, stiprioje sieros rūgštyje greitai pasyvuojamas plienas yra atsparus korozijai, o silpname sieros rūgšties tirpale korozija prasidės nedelsiant.

Kodėl tai vyksta? Atsakymas į akivaizdų paradoksą yra tas, kad stiprioje rūgštyje nerūdijančio plieno paviršiuje iškart susidaro pasyvi plėvelė, nes didesnė koncentracija rūgštis turi ryškias oksidacines savybes.

Tuo pačiu metu silpna rūgštis pakankamai greitai neoksiduoja plieno, o apsauginė plėvelė nesusidaro, ji tiesiog pradeda koroziją. Tokiais atvejais, kai oksiduojanti terpė nėra pakankamai agresyvi, pasyvavimo efektui pasiekti jie naudoja specialius cheminius priedus (inhibitorius, korozijos inhibitorius), kurie padeda formuoti pasyvią plėvelę metalo paviršiuje.

Kadangi ne visi metalai yra linkę į pasyvių plėvelių susidarymą net ir per jėgą, moderatorių pridėjimas prie oksiduojančios terpės paprasčiausiai apsaugo nuo metalo prevencinio sulaikymo redukcijos sąlygomis, kai energetiškai slopinama oksidacija, tai yra, kai priedas yra agresyvioje aplinkoje, jis yra energetiškai nepalankus. .

Yra dar vienas būdas išlaikyti metalą regeneravimo aplinkoje, jei neįmanoma naudoti inhibitoriaus, naudokite aktyvesnę dangą: cinkuotas kaušas nerūdija, nes dangos cinkas korozijai sukelia geležį sąlytyje su aplinka, tai yra, jis imasi smūgio į save, būdamas aktyvesnis metalas. , cinkas greičiau patenka į cheminę reakciją.

Laivo dugnas dažnai apsaugomas vienodai: prie jo pritvirtinamas protektoriaus gabalas, o tada protektorius sunaikinamas, o dugnas lieka nepažeistas.

Požeminių komunikacijų apsauga nuo elektrocheminės korozijos taip pat yra labai dažnas būdas kovoti su rūdžių susidarymu ant jų. Redukcijos sąlygos sukuriamos metalui pritaikant neigiamą katodo potencialą, ir tokiu režimu metalo oksidacijos procesas nebegali vykti tiesiog energingai.

Galima paklausti, kodėl paviršiai, kuriems gresia korozija, tiesiog nedažomi, kodėl nepadengus emaliu kiekvieną kartą tik korozijai jautrios dalies? Kokie yra skirtingi būdai?

Atsakymas paprastas. Emalis gali būti pažeistas, pavyzdžiui, automobilių dažai gali nutrūkti nepastebimoje vietoje, o kėbulas pradės palaipsniui, bet nuolat rūdyti, nes į šią vietą pateks sieros junginiai, druskos, vanduo, deguonis, todėl kūnas žlugs.

Norėdami išvengti tokio įvykių vystymosi, pasinaudokite papildomu kūno antikoroziniu gydymu. Automobilis nėra emaliuota plokštė, kurią galima išmesti, jei pažeistas emalis ir nusipirkta nauja.

Dabartinė padėtis

Nepaisant akivaizdžių žinių ir išplėtoto korozijos reiškinio, nepaisant naudojamų universalių apsaugos būdų, korozija vis dar kelia tam tikrą pavojų. Vamzdynai sunaikinami ir dėl to išmetama nafta ir dujos, krinta lėktuvai, sudužo traukinys. Gamta yra sudėtingesnė, nei gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio, ir žmonija dar turi ištirti daug daugiau korozijos aspektų.

Taigi net korozijai atsparūs lydiniai yra stabilūs tik tam tikromis prognozuojamomis sąlygomis operacijai, kuriai jie buvo iš pradžių skirti. Pavyzdžiui, nerūdijantis plienas netoleruoja chloridų ir yra veikiamas jų - atsiranda pepsinė, duobinė ir tarpkristalinė korozija.

Išoriškai, be rūdžių, struktūra gali staiga sugriūti, jei viduje susidaro maži, bet labai gilūs pažeidimai. Mikrostrūkiai, prasiskverbiantys iš metalo storio, iš išorės nematomi.

Netgi korozijai neatsparus lydinys gali staiga įtrūkti, nes jį veikia ilgą laiką mechaniškai - tiesiog didžiulis įtrūkimas staiga sunaikins konstrukciją. Tai jau nutiko visame pasaulyje su metalinėmis statybinėmis konstrukcijomis, mechanizmais ir net su lėktuvais bei sraigtasparniais.