Что мгновенно разрушает металл

Содержание
  1. Какая кислота разъедает металл. Основные варианты
  2. Азотная кислота (HNO3)
  3. Какие кислоты разъедают металл
  4. Какая кислота быстро разъедает металл
  5. Что разрушает металл — какие бывают виды коррозии?
  6. Коррозия металлов: виды и особенности.
  7. Классификация по различным признакам
  8. Коррозия металла — что это: виды и способы борьбы
  9. Почему ржавеют металлы и способы защиты от коррозии Что есть общего между ржавым гвоздем, проржавевшим мостом или прохудившимся железным забором? Отчего вообще ржавеют железные конструкции и изделия из железа? Что такое ржавчина как таковая? На эти вопросы постараемся дать ответы в нашей статье. Рассмотрим причины ржавления металлов и способы защиты от этого вредного для нас природного явления. Ржавчина — ключевая проблема, которая означает, что каждая металлическая поверхность время от времени нуждается в обновлении и защите. Практически нет возможности полностью исключить процесс коррозии, но, в зависимости от типа металла, техническое обслуживание данной конструкции может в некоторой степени замедлить коррозию. Здесь эффективны различные препараты и защитные обработки. Железо и сталь в электротехнике Среди известных в настоящее время ферромагнитных металлов железо занимает особое положение. Высокая проницаемость, весьма высокое насыщение наряду с невысокой стоимостью, хорошими механическими и технологическими свойствами — все это обусловило исключительное распространение железа и его сплавов, главным образом с кремнием, в качестве мягких магнитных материалов. В электротехнике железо применяется для сердечников и полюсных башмаков электромагнитов всевозможных конструкций и назначений, для различных деталей реле, пускателей, электромагнитных измерительных приборов, для магнитопроводов, мембран в телефонии, магнитных экранов, для проводящих постоянный магнитный поток полюсов электрических машин и т. п. Листовая электротехническая сталь является важнейшим магнитным материалом, имеющим наибольшее распространение в электротехнике. Эта сталь применяется в электродвигателях, генераторах, трансформаторах всех видов и назначений, в дросселях, электромагнитных механизмах, реле, пускателях, измерительных приборах. Причины ржавления Все начинается с добычи металла. Не только железо, но и, например, алюминий , и магний — добывают изначально в виде руды. Алюминиевая, марганцевая, железная, магниевая руды содержат в себе не чистые металлы, а их химические соединения: карбонаты, оксиды, сульфиды, гидроксиды. Это химические соединения металлов с углеродом, кислородом, серой, водой и т. д. Чистых металлов в природе раз, два и обчелся — платина, золото, серебро — благородные металлы — они встречаются в форме металлов в свободном состоянии, и не сильно стремятся к образованию химических соединений. Однако большинство металлов в природных условиях все же не являются свободными, и чтобы высвободить их из исходных соединений, необходимо руды плавить, восстанавливать таким образом чистые металлы. Но выплавляя металлсодержащую руду, мы хоть и получаем металл в чистом виде, это все же состояние неустойчивое, далекое от естественного природного. По этой причине чистый металл в обычных условиях окружающей среды стремится вернуться назад в исходное состояние, то есть окислиться, а это и есть коррозия металла. О склонности металла к электрохимической коррозии можно судить до некоторой степени по его положению в электрохимическом ряду напряжений. Так, металлы, имеющие более отрицательный электрохимический потенциал, являются «менее благородными» и более способны корродировать, чем металлы, находящиеся на другом конце ряда и которые являются «более благородными» и мало или совсем не поддаются коррозии. На величину потенциала и, следовательно, на положение металла в ряду напряжений могут влиять разные внешние и внутренние факторы. Потенциалы сплавов зависят от состава и структуры сплавов. Сплавы эвтектического типа имеют потенциал менее благородной составляющей. Сплавы, образующие твердые растворы, обычно дают при некотором процентном составе скачкообразный переход от потенциала одного компонента к потенциалу другого. В случае более сложных структур появление новой фазы влечет также скачкообразное изменение потенциала сплава. Например, потенциалы медноцинковых сплавов (латуней) до 39% Zn ( α -латуни) равны потенциалу меди. При дальнейшем повышении содержания цинка наступают скачкообразные изменения потенциала в сторону более отрицательных значений. Потенциалы интерметаллических химических соединений, образующихся в сплавах, всегда выше потенциала менее благородного компонента, а иногда бывают выше (благороднее) потенциалов обоих компонентов. Таким образом, коррозия является естественным для металлов процессом разрушения, происходящим в условиях их взаимодействия с окружающей средой. В частности ржавление — это процесс образования гидроксида железа Fe(ОН)3, который протекает в присутствии воды. Но на руку людям играет тот естественный факт, что окислительная реакция протекает в привычной нам атмосфере не особо стремительно, она идет с очень небольшой скоростью, поэтому мосты и самолеты не разрушаются мгновенно, а кастрюли не рассыпаются на глазах в рыжий порошок. К тому же коррозию в принципе можно замедлить, прибегнув к некоторым традиционным хитростям. Например, нержавеющая сталь не ржавеет, хотя и состоит из железа, склонного к окислению, она тем не менее не покрывается рыжим гидроксидом. А дело здесь в том, что нержавеющая сталь — это не чистое железо, нержавеющая сталь — это сплав железа и другого металла, главным образом — хрома. Кроме хрома в состав стали могут входить никель, молибден, титан, ниобий, сера, фосфор и т. д. Добавление в сплавы дополнительных элементов, ответственных за определенные свойства получаемых сплавов, называется легированием. Пути защиты от коррозии Как мы отметили выше, главным легирующим элементом, добавляемым к обычной стали для придания ей антикоррозийных свойств, является хром. Хром окисляется быстрее железа, то есть принимает удар на себя. На поверхности нержавеющей стали, таким образом, появляется сначала защитная пленка из оксида хрома, которая имеет темный цвет, и не такая рыхлая как обычная железная ржавчина. Оксид хрома не пропускает через себя вредные для железа агрессивные ионы из окружающей среды, и металл оказывается защищенным от коррозии, словно прочным герметичным защитным костюмом. То есть оксидная пленка в данном случае несет защитную функцию. Количество хрома в нержавеющей стали, как правило, не ниже 13%, чуть меньше в нержавеющей стали содержится никеля, и в гораздо меньших количествах имеются другие легирующие добавки. Именно благодаря защитным пленкам, принимающим на себя воздействие окружающей среды первыми, многие металлы получаются стойкими к коррозии в различных средах. Например, ложка, тарелка или кастрюля, изготовленные из алюминия, никогда особо не блестят, они, если присмотреться, имеют белесый оттенок. Это как раз оксид алюминия, который образуется при контакте чистого алюминия с воздухом, и защищает затем металл от коррозии. Пленка оксида возникает сама, и если зачистить алюминиевую кастрюлю наждачной бумагой, то через несколько секунд блеска поверхность снова станет белесой — алюминий на зачищенной поверхности вновь окислится под действием кислорода воздуха. Поскольку пленка оксида алюминия образуется на нем сама, без особых технологических ухищрений, она называется пассивной пленкой. Такие металлы, на которых оксидная пленка образуется естественным образом, называются пассивирующимися. В частности алюминий — пассивирующийся металл. Некоторые металлы принудительно переводят в пассивное состояние, например высший оксид железа — Fe2О3 способен защитить железо и его сплавы на воздухе при высоких температурах и даже в воде, чем не может похвастаться ни рыжий гидроксид, ни низшие оксиды все того же железа. Есть в явлении пассивации и нюансы. Например, в крепкой серной кислоте мгновенно пассивированная сталь оказывается устойчивой к коррозии, а в слабом растворе серной кислоты тут же начнется коррозия. Почему так происходит? Разгадка кажущегося парадокса состоит в том, что в крепкой кислоте на поверхности нержавеющей стали мгновенно образуется пассивирующая пленка, поскольку кислота большей концентрации обладает ярко выраженными окислительными свойствами. В то же время слабая кислота не окисляет сталь достаточно быстро, и защитная пленка не формируется, начинается просто коррозия. В таких случаях, когда окисляющая среда не достаточно агрессивна, для достижения эффекта пассивации прибегают к специальным химическим добавкам (ингибиторам, замедлителям коррозии), помогающим образованию пассивной пленки на поверхности металла. Так как не все металлы склонны к образованию на их поверхности пассивных пленок, даже принудительно, то добавление замедлителей в окисляющую среду попросту приводит к превентивному удержанию металла в условиях восстановления, когда окисление энергетически подавляется, то есть в условиях присутствия в агрессивной среде добавки оказывается энергетически невыгодным. Есть и другой путь удержания металла в условиях восстановления, если нет возможности использовать ингибитор, — применить более активное покрытие: оцинкованное ведро не ржавеет, поскольку цинк покрытия корродирует при контакте с окружающей средой вперед железа, то есть принимает удар на себя, являясь более активным металлом, цинк охотнее вступает в химическую реакцию. Днище корабля часто защищено аналогичным образом: к нему крепят кусок протектора, и тогда протектор разрушается, а днище остается невредимым. Электрохимическая антикоррозийная защита подземных коммуникаций — также весьма распространенный путь борьбы с образованием на них ржавчины. Условия восстановления создаются подачей отрицательного катодного потенциала на металл, и в таком режиме процесс окисления металла уже не сможет протекать просто энергетически. Кто-то может спросить, почему подверженные риску коррозии поверхности просто не красят краской, почему бы просто не покрывать каждый раз эмалью уязвимую к коррозии деталь? Для чего нужны именно разные способы? Ответ прост. Эмаль может повредиться, например автомобильная краска может в неприметном месте отколоться, и кузов начнет постепенно но непрерывно ржаветь, поскольку сернистые соединения, соли, вода, кислород воздуха, — станут поступать к этому месту, и в итоге кузов будет разрушаться. Чтобы такое развитие событий предотвратить, прибегают к дополнительной антикоррозийной обработке кузова. Автомобиль — это не эмалированная тарелка, которую можно в случае повреждения эмали просто выбросить, и купить новую.. Текущее положение дел Несмотря на кажущуюся изученность и проработанность явления коррозии, несмотря на применяемые разносторонние методы защит, коррозия по сей день представляет определенную опасность. Трубопроводы разрушаются и это приводит к выбросам нефти и газа, падают самолеты, терпят крушение поезда. Природа более сложна, чем может показаться на первый взгляд, и человечеству предстоит изучить еще многие стороны коррозии. Так, даже коррозиестойкие сплавы оказываются стойкими лишь в некоторых предсказуемых условиях, для работы в которых они изначально предназначены. Например, нержавеющие стали не терпят хлоридов, и поражаются ими — возникает язвенная, точечная и межкристальная коррозия. Внешне без намека на ржавчину конструкция может внезапно рухнуть, если внутри образовались мелкие, но очень глубокие поражения. Микротрещины, пронизывающие толщу металла незаметны снаружи. Даже сплав не подверженный коррозии может внезапно растрескаться, будучи под длительной механической нагрузкой — просто огромная трещина внезапно разрушит конструкцию. Такое уже случалось по всему миру с металлическими строительными конструкциями, механизмами, и даже с самолетами и вертолетами. Что нужно помнить при выполнении защиты металла от коррозии? Правильная подготовка поверхности — это важнейшая часть всего процесса консервации металла, потому что время и скорость последующей коррозии во многом зависят от подготовки поверхности к покраске. Металл следует очистить, хотя бы от отслаивающихся фрагментов старых лакокрасочных покрытий и очагов ржавчины, вымыть, очистить от пыли и после этого нужно дать ему полностью высохнуть. Подходящая краска — предназначена для окраски данного металла и определенного типа поверхности. Если необходимо использовать грунтовочный слой (предоставляется производителем краски), его нельзя пропускать! Условия нанесения — при окраске на открытом воздухе важны температура и общие погодные условия. Следует избегать экстремальных погодных явлений и по возможности учитывать риск их возникновения, учитывая время высыхания только что нанесенной краски. Для разных красок рекомендации могут быть совершенно разными. Часто двухкомпонентные краски требуют немного более высокой температуры нанесения, чем однокомпонентные краски. Некоторые из них крайне непереносимы к влаге, потому что время затвердевания слоя будет значительно больше. В случае очень влажного основания краска может не затвердеть, потому что вода связывает отвердитель. Метод нанесения краски — инструменты, используемые для окраски, могут придать поверхности определенную структуру или просто служат для окраски всей поверхности. Окраска распылением — самый быстрый способ, и его обычно выбирают для защиты больших поверхностей или мест сложной формы и / или труднодоступных мест. Источник
Читайте также:  Декор на стену дерево металл

Какая кислота разъедает металл. Основные варианты

Многим интересно знать, какая кислота разъедает металл. Для этой цели подойдут практически все кислоты — они оказывают разрушающее действие разной силы на любую поверхность. Есть много рецептов растворения металла, но популярные методы подходят не всем. Кому-то нужно разделить лист стали на две части без болгарки, а иному — за пару дней проделать дыру в заборе. Рассмотрим основные способы, разбирая плюсы и минусы воздействия.

Азотная кислота (HNO3)

Это очень сильная кислота с резким запахом.

  • Растворяет все металлы, кроме алюминия и железа.
  • Низкая цена. От 15 руб. за килограмм для технической и от 50 руб. для чистой кислоты.
  • Распространенность — купить азотную кислоту можно в любом городе, во многих интернет-магазинах, во всех объемах и концентрациях.
  • Многофункциональность. Это соединение используют еще и как реагент ракетного топлива, удобрение и сырье для лекарств (нитроглицерина).
  • Летучесть азотной кислоты. Концентрированное соединение «дымит», а при ярком свете разлагается на оксид азота и воду. Хранить его нужно в темных емкостях.
  • Удушливый запах.
  • Ядовитость. Кислота опасна для человеческого организма, вызывает удушье и интоксикацию при незащищенном контакте. Работать с ней нужно в маске и перчатках.
  • Медленное действие. Если соединение не смешивать с другими кислотами, то 2 мм металла будут растворяться 5 часов.
  • Растворение не только нужного, но и окружающих объектов — бетона, дерева и т. д.

Какие кислоты разъедают металл

Подойдут еще серная, хлорная и фосфорная кислоты в высокой концентрации.

  • разъедают железо;
  • действуют быстро, но нужно помнить, что «быстро» в химии — очень обширное понятие;
  • доступность — найти эти кислоты проще, чем азотную;
  • свет никак не влияет на соединения;
  • устойчивость к низким температурам — если, например, серная кислота замерзнет, то ее свойства от этого не изменятся.
  • Непереносимость высоких температур. Кислоты могут «гасить» — сами они после этого не пострадают, но место хранения будет сложно восстановить.
  • Сложность работы. Необходимо соблюдать правила безопасности, голыми руками колбы с соединениями лучше не трогать. Нужно будет купить специальное оборудование, если вы собираетесь что-либо делать с кислотами.

Какая кислота быстро разъедает металл

Лучше использовать соединения нескольких веществ, например, «царскую водку». Это смесь одной части азотной и трех частей соляной кислоты. Окислительные способности такого соединения очень сильны — растворить можно даже золото.

«Царскую водку» нельзя хранить в открытом виде, потому что из нее испарится хлор и соединение потеряет основные свойства. Но за несколько минут металл не растворит даже это вещество — придется подождать пару часов, чтобы достичь нужного эффекта.

Если хочется увеличить скорость реакции, то можно нанести кислоту на нить (наносить без перерыва) и двигать этой нитью, как пилой по металлу.

Кислоты — это не лучшее решение проблемы. Намного эффективнее использовать газы, болгарку, термит или автоген (газовый резак).

Источник

Что разрушает металл — какие бывают виды коррозии?

Коррозия металлов: виды и особенности.

Коррозия — это (от лат. Corrosio – разъедание) разрушительный процесс, происходящий снаружи и/или внутри металлических изделий как результат химического или физико-химического воздействия на них окружающих сред различных характеров. Иногда этот термин употребляют также для описания разрушения каменных пород, дерева, других материалов.

Классификация по различным признакам

Коррозия может происходить почти во всех средах под воздействием различных факторов, для течения процесса характерны различные механизмы и признаки. Исходя из этого, выделяют несколько критериев, по которым классифицируют ее разновидности.

По механизму протекания:

  • Химическая – начинает развиваться в газовых средах или жидкостях-неэлектролитах. На поверхности металла при взаимодействии с окислительным агентом появляются окислы металла – именно то, что называется ржавчина. Именно такому виду коррозионных поражений чаще всего подвергаются различные технические приспособления, транспортные средства – двигатели, турбины, автомобили.
  • Электрохимическая – изменение структуры металла начинается под воздействием гальванических агентов, которые входят в состав химической среды, воздействующей на металлическую поверхность. Влага, покрывающая ее, содержит растворенные газы, и таким образом образует электролит. Потенциал металла не одинаков на разных участках. Участки с электроотрицательным потенциалом ионизируются, преобразуются в аноды и растворяются. Видимая ржавчина не образуется.

По условиям протекания:

  • Газовая – разрушение происходит под воздействием газа и высоких температур в среде с минимальным содержанием влаги. Процесс характерен для газовой, нефтяной промышленности, например, при синтезе аммиака;
  • Жидкостная (в электролитах и неэлектролитах) – металлическое изделие ржавеет при контакте с жидкой средой, сюда же входит такой подвид, как морская;
  • Атмосферная – наиболее распространённый вид, происходит в воздухе или газообразной среде с высоким уровнем влажности;
  • Почвенная – протекает в почве, грунте;
  • Биокоррозия – разрушительный процесс провоцируется различными микроорганизмами;
  • Контактная – начинается при контакте металлов с разным потенциалом в одном электролите;
  • Радиационная – провоцируется радиоактивными лучами;
  • Коррозия внешним и блуждающим током – когда разрушение обусловлено ударами тока;
  • Коррозия под напряжением – коррозия любой разновидности сопровождается механическим напряжением, например, на растяжение. Таким поражениям часто подвергаются оси, рессоры, в том числе автомобильные;
  • Фреттинг коррозия – развивается при одновременном воздействии коррозионного агента и вибраций;
  • Коррозионная кавитация – когда разрушительный процесс под воздействием физико-химических факторов сопровождается ударным воздействием.

Узнать, почему появляется коррозия на автомобиле и как от нее избавиться можно на сайте ARTmalyar.ru!

По охвату поверхности и толщи металла:

  • Общая – поражается вся металлическая поверхность, со временем проникает на глубину и полностью разрушает структуру металла.
  • Местная (точечная) – поражаются отдельные участки деталей в зависимости от агента, вызвавшего процесс разрушения.
Читайте также:  Приспособление для болгарки для ровного реза металла своими руками

Общие коррозионные поражения бывают избирательными, равномерными или неравномерными.

Местные в свою очередь бывают:

  • В виде пятен на поверхности.
  • В виде глубоко проникающих язв.
  • В виде точек на поверхности или по всей глубине.

Для подповерхностной коррозии характерно начальное пятно на поверхности металла, затем последующее распространение в его толще. Визуально это выглядит как вспучивание и расслоение металлической детали – также не редкое явление в поражениях элементов автомобиля. Наряду с этим видом автослесари часто сталкиваются с щелевой коррозией, когда поражения локализуются на стыках деталей, в зазорах между ними, под прокладками, на резьбе.

Также выделяют питтинговые, нитевидные, сквозные, межкристаллитные, ножевые разрушения, коррозионную хрупкость, коррозионное растрескивание.

Для каждого из видов существуют свои эффективные средства и методы устранения и профилактики. Сначала эксперт проводит диагностику, после чего подбирается оптимальное решение проблемы.

Источник

Коррозия металла — что это: виды и способы борьбы

«Коррозия» — термин, который известен нам как процесс самопроизвольного разрушения металла.

Ежегодно миллионы тонн металла под воздействием физико-химических и химических реакций, возникающих во время взаимодействия с окружающей средой, «съедаются» коррозией. Развитие саморазрушения может быть как частичным (местная коррозия), так и полным (сплошная коррозия), а все зависит от длительности и интенсивности разрушающего процесса. По типу коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия обусловлена взаимодействием поверхности металлических материалов с коррозионно-активной средой. Данный процесс разрушения металла протекает в жидкостях и газах, которые, в свою очередь, не в состоянии проводить электрический ток. Из этого следует, что химическое саморазрушение подразделяется на газовую коррозию, где разрушение происходит именно под воздействием газов при высоких температурах, и коррозию в жидких неэлектролитах, которые бывают органического (нефть, бензин, керосин, различные спирты и т. п.) и неорганического происхождения (расплавленная сера, жидкий бром и т. п.).

Электрохимическая коррозия подразумевает собой разрушение металла при непосредственном контакте с электролитически проводящей окружающей средой. Для такого вида коррозии всегда требуется наличие электролита, с которым соприкасаются электроды. Также это могут быть два разных металла с разными окислительно-восстановительными свойствами, соприкасающиеся друг с другом и образующие гальваническую пару.

Гальваническая пара это не что иное, как пара проводников, соединенных вместе с целью обеспечения электрического контакта, возможно, изготовленных из разных металлов. Каждый металл имеет свой электродный потенциал. При воздействии электролита один возьмет на себя роль катода, а второй роль анода, и между ними будет происходить коррозионный процесс, по итогам которого катод будет разрушать анод. В качестве электролита вполне сойдет влага из воздуха для приведения в действие электродного потенциала гальванической пары, при этом пары уязвимы в разной степени: одни больше, а другие меньше.

Гальваническая пара

В химии есть определенный порядок металлов, где они выставлены в последовательности, характеризующей их электродный потенциал в растворах электролитов, и называется она — электрохимический ряд напряжений металлов. Эта гальваническая шкала (Схема 1) может наглядно помочь разобраться, почему следует использовать крепеж из однородного материала.

Схема 1. Гальваническая шкала

Итак, исходя из этой шкалы, мы получаем следующее: когда два металла находятся в непосредственном контакте, то тот, что левее, будет корродировать, а тот что правее, будет более инертно защищенным. Необходимо достигать минимальной разности потенциалов между двумя изделиями:

  • разница в 0,1 будет являться допустимо безопасной;
  • разница в 0,2 будет являться допустимой при выполнении некоторых условий:
    — контактная коррозия не будет влиять на сохранность изделия и на потерю его рабочей способности;
    — в сборочной единице специально предусмотрена электрохимическая защита одного изделия за счет коррозии другого.

Также темп коррозии будет находиться в зависимости от площади поверхности открытых металлов. При условиях, если деталь более инертна, чем крепеж, крепеж будет коррозировать более ускоренными темпами. Например, использование оцинкованной метизной продукции для соединения нержавеющих сталей приведет к ускоренному образованию коррозии на метизах и ухудшению их механических свойств.

Гальваническая пара

Защита от электрохимической коррозии; какой металл будет катодом, а какой анодом в гальванической паре; допустимые, недопустимые и ограниченно допустимые контакты металлов — регламентируются ГОСТ 9-005-72 «Электрохимическая коррозия, допустимость контактов металлов».

В Таблице 1 представлены справочные данные некоторых металлов для определения совместимости.

Таблица 1. Справочные данные некоторых металлов для определения совместимости

В данной таблице можно увидеть, что использование нержавеющей стали и металлических изделий с нанесением цинкового покрытия недопустимо и приведет к образованию коррозии, что уменьшит срок службы изделий.

В случае, если нет возможности исключить образование недопустимой гальванической пары, стоит выполнить дополнительные действия по уменьшению контактной коррозии с помощью следующих способов:

  • дополнительная установка неметаллических шайб, вставок или прокладок в местах соединений;
  • изолирование соединения от воздействия окружающей среды;
  • нанесение дополнительных металлических покрытий, совместимых между собой;
  • покраска поверхностей в местах соединений;
  • электрическая изоляция металлических изделий.

Данные процедуры стоит проводить, отталкиваясь от технических требований к изделию, от сроков и условий их эксплуатации и от экономической составляющей.

Пренебрежение требованиями к методам защиты от контактной коррозии может привести к поломке, потере работоспособности или разрушению изделий. Не исключено, что это приведет к дополнительным материальным затратам, нанесению морального или физического ущерба.

Источник: ООО «КМ-профиль», опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» № 2 (98) 2021

Источник

Почему ржавеют металлы и способы защиты от коррозии

Что есть общего между ржавым гвоздем, проржавевшим мостом или прохудившимся железным забором? Отчего вообще ржавеют железные конструкции и изделия из железа? Что такое ржавчина как таковая? На эти вопросы постараемся дать ответы в нашей статье. Рассмотрим причины ржавления металлов и способы защиты от этого вредного для нас природного явления.

Ржавчина — ключевая проблема, которая означает, что каждая металлическая поверхность время от времени нуждается в обновлении и защите. Практически нет возможности полностью исключить процесс коррозии, но, в зависимости от типа металла, техническое обслуживание данной конструкции может в некоторой степени замедлить коррозию. Здесь эффективны различные препараты и защитные обработки.

Железо и сталь в электротехнике

Среди известных в настоящее время ферромагнитных металлов железо занимает особое положение. Высокая проницаемость, весьма высокое насыщение наряду с невысокой стоимостью, хорошими механическими и технологическими свойствами — все это обусловило исключительное распространение железа и его сплавов, главным образом с кремнием, в качестве мягких магнитных материалов.

В электротехнике железо применяется для сердечников и полюсных башмаков электромагнитов всевозможных конструкций и назначений, для различных деталей реле, пускателей, электромагнитных измерительных приборов, для магнитопроводов, мембран в телефонии, магнитных экранов, для проводящих постоянный магнитный поток полюсов электрических машин и т. п.

Листовая электротехническая сталь является важнейшим магнитным материалом, имеющим наибольшее распространение в электротехнике. Эта сталь применяется в электродвигателях, генераторах, трансформаторах всех видов и назначений, в дросселях, электромагнитных механизмах, реле, пускателях, измерительных приборах.

Причины ржавления

Все начинается с добычи металла. Не только железо, но и, например, алюминий , и магний — добывают изначально в виде руды. Алюминиевая, марганцевая, железная, магниевая руды содержат в себе не чистые металлы, а их химические соединения: карбонаты, оксиды, сульфиды, гидроксиды.

Это химические соединения металлов с углеродом, кислородом, серой, водой и т. д. Чистых металлов в природе раз, два и обчелся — платина, золото, серебро — благородные металлы — они встречаются в форме металлов в свободном состоянии, и не сильно стремятся к образованию химических соединений.

Однако большинство металлов в природных условиях все же не являются свободными, и чтобы высвободить их из исходных соединений, необходимо руды плавить, восстанавливать таким образом чистые металлы.

Но выплавляя металлсодержащую руду, мы хоть и получаем металл в чистом виде, это все же состояние неустойчивое, далекое от естественного природного. По этой причине чистый металл в обычных условиях окружающей среды стремится вернуться назад в исходное состояние, то есть окислиться, а это и есть коррозия металла.

О склонности металла к электрохимической коррозии можно судить до некоторой степени по его положению в электрохимическом ряду напряжений.

Так, металлы, имеющие более отрицательный электрохимический потенциал, являются «менее благородными» и более способны корродировать, чем металлы, находящиеся на другом конце ряда и которые являются «более благородными» и мало или совсем не поддаются коррозии. На величину потенциала и, следовательно, на положение металла в ряду напряжений могут влиять разные внешние и внутренние факторы.

Потенциалы сплавов зависят от состава и структуры сплавов. Сплавы эвтектического типа имеют потенциал менее благородной составляющей. Сплавы, образующие твердые растворы, обычно дают при некотором процентном составе скачкообразный переход от потенциала одного компонента к потенциалу другого. В случае более сложных структур появление новой фазы влечет также скачкообразное изменение потенциала сплава.

Например, потенциалы медноцинковых сплавов (латуней) до 39% Zn ( α -латуни) равны потенциалу меди. При дальнейшем повышении содержания цинка наступают скачкообразные изменения потенциала в сторону более отрицательных значений.

Потенциалы интерметаллических химических соединений, образующихся в сплавах, всегда выше потенциала менее благородного компонента, а иногда бывают выше (благороднее) потенциалов обоих компонентов.

Таким образом, коррозия является естественным для металлов процессом разрушения, происходящим в условиях их взаимодействия с окружающей средой. В частности ржавление — это процесс образования гидроксида железа Fe(ОН)3, который протекает в присутствии воды.

Но на руку людям играет тот естественный факт, что окислительная реакция протекает в привычной нам атмосфере не особо стремительно, она идет с очень небольшой скоростью, поэтому мосты и самолеты не разрушаются мгновенно, а кастрюли не рассыпаются на глазах в рыжий порошок. К тому же коррозию в принципе можно замедлить, прибегнув к некоторым традиционным хитростям.

Например, нержавеющая сталь не ржавеет, хотя и состоит из железа, склонного к окислению, она тем не менее не покрывается рыжим гидроксидом. А дело здесь в том, что нержавеющая сталь — это не чистое железо, нержавеющая сталь — это сплав железа и другого металла, главным образом — хрома.

Кроме хрома в состав стали могут входить никель, молибден, титан, ниобий, сера, фосфор и т. д. Добавление в сплавы дополнительных элементов, ответственных за определенные свойства получаемых сплавов, называется легированием.

Пути защиты от коррозии

Как мы отметили выше, главным легирующим элементом, добавляемым к обычной стали для придания ей антикоррозийных свойств, является хром. Хром окисляется быстрее железа, то есть принимает удар на себя. На поверхности нержавеющей стали, таким образом, появляется сначала защитная пленка из оксида хрома, которая имеет темный цвет, и не такая рыхлая как обычная железная ржавчина.

Оксид хрома не пропускает через себя вредные для железа агрессивные ионы из окружающей среды, и металл оказывается защищенным от коррозии, словно прочным герметичным защитным костюмом. То есть оксидная пленка в данном случае несет защитную функцию.

Количество хрома в нержавеющей стали, как правило, не ниже 13%, чуть меньше в нержавеющей стали содержится никеля, и в гораздо меньших количествах имеются другие легирующие добавки.

Именно благодаря защитным пленкам, принимающим на себя воздействие окружающей среды первыми, многие металлы получаются стойкими к коррозии в различных средах. Например, ложка, тарелка или кастрюля, изготовленные из алюминия, никогда особо не блестят, они, если присмотреться, имеют белесый оттенок. Это как раз оксид алюминия, который образуется при контакте чистого алюминия с воздухом, и защищает затем металл от коррозии.

Пленка оксида возникает сама, и если зачистить алюминиевую кастрюлю наждачной бумагой, то через несколько секунд блеска поверхность снова станет белесой — алюминий на зачищенной поверхности вновь окислится под действием кислорода воздуха.

Поскольку пленка оксида алюминия образуется на нем сама, без особых технологических ухищрений, она называется пассивной пленкой. Такие металлы, на которых оксидная пленка образуется естественным образом, называются пассивирующимися. В частности алюминий — пассивирующийся металл.

Некоторые металлы принудительно переводят в пассивное состояние, например высший оксид железа — Fe2О3 способен защитить железо и его сплавы на воздухе при высоких температурах и даже в воде, чем не может похвастаться ни рыжий гидроксид, ни низшие оксиды все того же железа.

Есть в явлении пассивации и нюансы. Например, в крепкой серной кислоте мгновенно пассивированная сталь оказывается устойчивой к коррозии, а в слабом растворе серной кислоты тут же начнется коррозия.

Почему так происходит? Разгадка кажущегося парадокса состоит в том, что в крепкой кислоте на поверхности нержавеющей стали мгновенно образуется пассивирующая пленка, поскольку кислота большей концентрации обладает ярко выраженными окислительными свойствами.

В то же время слабая кислота не окисляет сталь достаточно быстро, и защитная пленка не формируется, начинается просто коррозия. В таких случаях, когда окисляющая среда не достаточно агрессивна, для достижения эффекта пассивации прибегают к специальным химическим добавкам (ингибиторам, замедлителям коррозии), помогающим образованию пассивной пленки на поверхности металла.

Так как не все металлы склонны к образованию на их поверхности пассивных пленок, даже принудительно, то добавление замедлителей в окисляющую среду попросту приводит к превентивному удержанию металла в условиях восстановления, когда окисление энергетически подавляется, то есть в условиях присутствия в агрессивной среде добавки оказывается энергетически невыгодным.

Есть и другой путь удержания металла в условиях восстановления, если нет возможности использовать ингибитор, — применить более активное покрытие: оцинкованное ведро не ржавеет, поскольку цинк покрытия корродирует при контакте с окружающей средой вперед железа, то есть принимает удар на себя, являясь более активным металлом, цинк охотнее вступает в химическую реакцию.

Днище корабля часто защищено аналогичным образом: к нему крепят кусок протектора, и тогда протектор разрушается, а днище остается невредимым.

Электрохимическая антикоррозийная защита подземных коммуникаций — также весьма распространенный путь борьбы с образованием на них ржавчины. Условия восстановления создаются подачей отрицательного катодного потенциала на металл, и в таком режиме процесс окисления металла уже не сможет протекать просто энергетически.

Кто-то может спросить, почему подверженные риску коррозии поверхности просто не красят краской, почему бы просто не покрывать каждый раз эмалью уязвимую к коррозии деталь? Для чего нужны именно разные способы?

Ответ прост. Эмаль может повредиться, например автомобильная краска может в неприметном месте отколоться, и кузов начнет постепенно но непрерывно ржаветь, поскольку сернистые соединения, соли, вода, кислород воздуха, — станут поступать к этому месту, и в итоге кузов будет разрушаться.

Чтобы такое развитие событий предотвратить, прибегают к дополнительной антикоррозийной обработке кузова. Автомобиль — это не эмалированная тарелка, которую можно в случае повреждения эмали просто выбросить, и купить новую..

Текущее положение дел

Несмотря на кажущуюся изученность и проработанность явления коррозии, несмотря на применяемые разносторонние методы защит, коррозия по сей день представляет определенную опасность. Трубопроводы разрушаются и это приводит к выбросам нефти и газа, падают самолеты, терпят крушение поезда. Природа более сложна, чем может показаться на первый взгляд, и человечеству предстоит изучить еще многие стороны коррозии.

Так, даже коррозиестойкие сплавы оказываются стойкими лишь в некоторых предсказуемых условиях, для работы в которых они изначально предназначены. Например, нержавеющие стали не терпят хлоридов, и поражаются ими — возникает язвенная, точечная и межкристальная коррозия.

Внешне без намека на ржавчину конструкция может внезапно рухнуть, если внутри образовались мелкие, но очень глубокие поражения. Микротрещины, пронизывающие толщу металла незаметны снаружи.

Даже сплав не подверженный коррозии может внезапно растрескаться, будучи под длительной механической нагрузкой — просто огромная трещина внезапно разрушит конструкцию. Такое уже случалось по всему миру с металлическими строительными конструкциями, механизмами, и даже с самолетами и вертолетами.

Что нужно помнить при выполнении защиты металла от коррозии?

Правильная подготовка поверхности — это важнейшая часть всего процесса консервации металла, потому что время и скорость последующей коррозии во многом зависят от подготовки поверхности к покраске. Металл следует очистить, хотя бы от отслаивающихся фрагментов старых лакокрасочных покрытий и очагов ржавчины, вымыть, очистить от пыли и после этого нужно дать ему полностью высохнуть.

Подходящая краска — предназначена для окраски данного металла и определенного типа поверхности. Если необходимо использовать грунтовочный слой (предоставляется производителем краски), его нельзя пропускать!

Условия нанесения — при окраске на открытом воздухе важны температура и общие погодные условия. Следует избегать экстремальных погодных явлений и по возможности учитывать риск их возникновения, учитывая время высыхания только что нанесенной краски.

Для разных красок рекомендации могут быть совершенно разными. Часто двухкомпонентные краски требуют немного более высокой температуры нанесения, чем однокомпонентные краски. Некоторые из них крайне непереносимы к влаге, потому что время затвердевания слоя будет значительно больше. В случае очень влажного основания краска может не затвердеть, потому что вода связывает отвердитель.

Метод нанесения краски — инструменты, используемые для окраски, могут придать поверхности определенную структуру или просто служат для окраски всей поверхности. Окраска распылением — самый быстрый способ, и его обычно выбирают для защиты больших поверхностей или мест сложной формы и / или труднодоступных мест.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector