Тема ржавчина на железе

Тема ржавчина на железе

  • Мои открытия
  • Выполнил: Уткин Тимофей
  • ученик 7 «в» класса МАОУ «СОШ №10»
  • Руководитель: учитель химии
  • Ладина Ольга Владимировна

Тема ржавчина на железе

Введение

Часто, гуляя по берегу озера, речки или в лесу, я нахожу металлические предметы, которые покрыты толстым рыжим налётом-ржавчиной. Если хорошо рассмотреть этот налёт видно, что это большие наросты на металле.

Взяв однажды такой гвоздь в руки, я начал его гнуть. Гвоздь сразу же распался на несколько частей. Я задумался, почему так получилось. И решил узнать что такое ржавчина, причины её образования и можно ли защитить металл от ржавления.

Тема ржавчина на железе

  1. Гипотеза: ржавчина образуется в результате взаимодействия
  2. железа с окружающей средой и приводит к разрушению металла
  3. Объект исследования: ржавчина

Тема ржавчина на железе

Цель исследования: изучить в домашних условиях причины образования ржавчины и способы защиты от ржавления.

Задачи:

  • выяснить, что такое коррозия металлов;
  • изучить виды и причины коррозии;
  • получить ржавчину на железных гвоздях экспериментальным путём

в домашних условиях;

  • изучить ржавчину – продукт коррозии железа и его сплавов;
  • узнать и экспериментально проверить способы защиты от ржавчины.

Тема ржавчина на железе

  • Что такое коррозия металлов
  • Коррозия происходит от латинского «corrosio»,
  • что означает разрушать, разъедать.
  • Коррозия металлов – это самопроизвольный процесс разрушения металлов и изделий из них в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Тема ржавчина на железе

  1. Причины коррозии
  2. Влажный воздух или вода с растворённым в ней кислородом
  3. Водные растворы
  4. солей в воздухе
  5. Контакт основного
  6. металла с менее активным (например, железо – медь)
  7. Наличие примесей в металлах, шероховатость поверхностей

Тема ржавчина на железе

Виды коррозии

В зависимости от среды, в которой происходит коррозия, различают:

Это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды. Протекает в средах, не проводящих электрический ток.

  • Электрохимическая коррозия

Если два металла разной природы поместить в раствор соли, то более активный начнёт разрушаться, и между металлами возникнет электрический ток.

Тема ржавчина на железе

  • Коррозия железа
  • Только коррозию железа и его сплавов называют ржавлением.
  • Другие металлы коррозируют, но не ржавеют:
  • На поверхности меди образуется зеленоватый налёт — патина
  • Изделия из серебра со
  • временем темнеют

Тема ржавчина на железе

  1. Что такое ржавчина
  2. В результате процесса коррозии железа образуется ржавчина.
  3. Железо вступает в контакт с растворённым в воде кислородом.
  4. При этом, в результате химической реакции на поверхности
  5. металла образуется новое вещество – ржавчина, в виде
  6. шероховатого налёта с рыхлой структурой.
  7. Цвет ржавчины – от оранжевого до красно-коричневого.
  8. Процесс образования ржавчины сложен и включает в себя несколько стадий.
  9. Его можно описать упрощённым уравнением:
  10. 4Fe + 6H2O(влага) + 3О2(воздух) = 4Fe(OH)3
  11. Гидроксид железа(III) (Fe(OH)3) и есть ржавчина, образующаяся в процессе
  12. ржавления железа и его сплавов.

Тема ржавчина на железе

  • Экспериментальная часть (опыт №1)
  • Для того, чтобы изучить процесс образования ржавчины я провёл опыты.
  • Поместил вечером железные гвозди в емкости с различными растворами:
  • 1. Водопроводная вода;
  • 2. Дистиллированная вода;
  • 3. Водопроводная вода и поваренная соль(NaCl);
  • 4. Водопроводная вода и растительное масло;
  • 5. Водопроводная вода и уксусная кислота(CH3COOH)
  1. Что наблюдал
  2. На следующее утро:
  3. — в емкостях с водопроводной водой, вода+масло и в ёмкости с раствором соли наблюдал появление оранжевого налета на гвоздях. При взбалтывании раствора, налёт отслаивался с гвоздей и оседал на дно ёмкости;
  4. — в ёмкостях с дистиллированной водой изменений не наблюдал;
  5. — в ёмкости вода + уксусная кислота наблюдал незначительное потемнение гвоздей, рыжий налёт не образовался;
  • Что наблюдал
  • Через 5 дней:
  • — в ёмкостях с водопроводной водой, вода + масло все гвозди и частично
  • дно вокруг них покрыты рыжим налётом;
  • — в ёмкости вода + соль весь гвоздь и дно вокруг него в рыжем налёте;
  • — в ёмкости с дистиллированной водой изменений нет;
  • — в ёмкости вода + уксус весь гвоздь стал чёрным, рыжего налёта нет.

Что наблюдал

Через две недели:

  • в ёмкостях с водопроводной водой, вода + масло, вода + соль все

гвозди и дно вокруг них полностью покрылись рыжим налётом;

  • в ёмкости с дистиллированной водой на шляпке гвоздя наблюдал

незначительный рыжий налёт;

  • в ёмкости вода + уксус весь гвоздь почернел, раствор окрасился

в жёлтый цвет

  1. Экспериментальная часть (опыт № 2)
  2. Чтобы избежать процесса ржавления, на поверхность изделий из железа и
  3. его сплавов наносят защитные покрытия.
  4. Я покрыл железные гвозди краской и лаком для ногтей.
  5. Вечером поместил их в ёмкость с водопроводной водой.
  • Что наблюдал
  • На следующее утро:
  • — с гвоздями, покрытыми краской и лаком,
  • никаких изменений не произошло.
  • Через 10 дней:
  • — с гвоздями, покрытыми краской и лаком,
  • изменений не произошло.
  1. Вечер
  2. Водопроводная вода
  3. Дистиллированная
  4. Поместил гвозди в ёмкости с растворами
  5. Следующее утро
  6. Образование ржавчины на гвозде
  7. вода
  8. Водопроводная вода + растительное масло
  9. Через 5 дней
  10. Ржавчина на гвозде и частично на дне возле гвоздя
  11. Изменений нет
  12. Водопроводная вода + поваренная соль (NaCl)
  13. Через 2 недели
  14. Водопроводная вода + уксусная кислота (CH3COOH)
  15. Изменений нет
  16. Образование ржавчины на гвозде
  17. Гвоздь и дно вокруг него в ржавчине
  18. Образование ржавчины на гвозде
  19. Ржавчина на гвозде и частично на дне возле гвоздя
  20. Незначительная ржавчина на шляпке гвоздя
  21. Гвоздь потемнел, ржавчина не появилась
  22. Ржавчина на гвозде и на дне возле гвоздя
  23. Гвоздь и дно вокруг него в ржавчине
  24. Весь гвоздь черный, ржавчины нет
  25. Гвоздь и дно вокруг него в ржавчине
  26. Весь гвоздь черный, раствор жёлтого цвета
  • Водопроводная вода
  • Вечер
  • Поместил гвозди, покрытые лаком для ногтей, краской
  • Следующее утро
  • Ржавчины нет
  • Через 10 дней
  • Ржавчины нет

Выводы

  • Ржавчина – это продукт разрушения железа и его сплавов.
  • Образуется ржавчина при взаимодействии железа с водой,

с растворёнными в воде кислородом.

  • Поваренная соль ускоряет процесс образования ржавчины.
  • В присутствие уксусной кислоты ржавчина не образуется,
  1. но происходит разрушение железного гвоздя.
  2. 5. Для защиты от ржавчины на поверхность железа и его сплавов
  3. необходимо наносить защитные покрытия.

Ржавчина

Добрый Всем, кто читает! В данной статье хотел бы поднять очень для себя больную тему, а именно: ржавчина или коррозия стали. Мы знаем, что это, но стоит еще раз проговорить:

«Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер.

Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3.

Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной»

Нас же интересует именно сталь, как основной материал для ножей, а с ней будем употреблять понятия «ржавление» и «ржавчина» соответственно. Выглядит она, как рыжий налет, или черные пятна.

Тема ржавчина на железе

Почему сталь ржавеет? Ржавеет она от того, что в ней содержится не менее 45% железа.

И, так как абсолютно ВСЕ стали имеют в своем составе железо, то получаем разумный вывод:

Тема ржавчина на железе

И это проблема преследовало человечество практически с первых дней, как оно научился плавить железо и создавать с ним новый сплавы (сталь в том числе). И человек всегда искал способы этот процесс замедлить.

Например, с древнейших времен было популярно смазывать маслом или жиром клинок, чтобы он не портился. Смазывая сталь, она покрывалась защитной пленкой, которая не пропускала влагу и воздух, следовательно, не происходил процесс окисления.

Потом придумали воронить клинок. Воронение — это когда на поверхности стали искусственно создается защитный слой с помощью кислоты или температурного режима (после печи черный клинок), пока не создастся оксидная пленка. Такой метод значительно дольше сохраняет изделие от ржавчины, и, что самое главное, оно держится намного дольше, чем масло или жир.

Тема ржавчина на железе

Но есть способы защиты, которые позволяют сильно замедлить этот процесс. Один из них, самый эффективный, включает в себя добавление легирующих элементов в состав сплава, таких как: хром, марганец, никель и, в самых современных, ванадия и азот. Именно содержание подобных элементов делает сталь «нержавеющей», т.е. которая очень слабо поддаётся коррозии.

Сам процесс называется «легированием», и его начали применять лишь в 1852 году.

Но настоящий прорыв произошел, когда в 1913 году один джентлменский сэр Гарри Брирли, экспериментировавший с различными видами и свойствами сплавов, обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии, после чего он смог убедить в своем новом изобретении производителя ножей Р. Ф. Мосли. Изначально нержавеющая сталь использовалась только для изготовления столовых приборов.

В 1924 году Великобритания запатентовала сталь по стандарту AISI 304, содержащую 18 % хрома и 8 % никеля. И пошла жара. С этого момента вводится такое понятие, как: «Нержавеющая сталь». т.е. сталь, которая способна сопротивляться кислотной среде и долго не ржаветь.

Но это все-равно условное понятие, так как, рано или поздно, процесс ржавления возьмёт своё. Или это будет один день, или это будет 100 лет. Но для человеческого понимания это настолько огромные временные рамки, что проще называть сталь «нержавеющей», и не париться об условностях значения.

Тема ржавчина на железе

Вообще, это огромное заблуждение, что есть стали, которые «вообще не ржавеют», и эти легендарные «дедовские» ножи, которыми всю войну прошли, 10.000 тонн мяса порезали, и ни намека на ржачину. Это все — сказки или иллюзия.

Есть несколько факторов, которые влияют на степень «ржавучести»:

А) Условия хранения. Ну тут все понятно: если нож лежит на полке дома, или на улице в луже, то и ржаветь они будут с очень разной скоростью. Тут вопросов не должно быть.

Б) Условия работы. Тут в зависимости, что режут: если ножом режут только мясо, то он будет в десяток раз меньше ржаветь, чем тот же нож, которым режут фрукты. Мясо — это жир, которые смазывает клинок, а фрукты — кислотная среда.

Читайте также:  Какой ручной плиткорез выбрать: особенности и принцип работы инструмента

В) И, самый главный пункт, МАРКА СТАЛИ или содержание в ней различных элементов. Например: есть такая сталь — 20х13, которая считается самое распространенной пищевой сталью в мире (аналог AISI420), и есть другая сталь — ШХ-15.

Первая сталь считается пищевой нержой, так как углерода в ней всего лишь 0.16-0.2%, а хрома 13%, а вторая будет очень ржавеющей сталью, так как углерода аж 1-1.05%, а хрома жалкие 1.3%. Из первой делают кастрюли, а из второй подшипники.

Вот такая разница.

Небольшой факт вдогонку: самые популярные ножи делаются из 45х13 или 50х13 (Икея и Вастхоф), поэтому они так слабо ржавеют.

И даже если брать, вроде бы, две нержавеющие стали 95х18 и 45х13, то первая все равно будет ржаветь сильнее, чем вторая, хоть хрома в первом будет аж 18%, а во втором 13%. Почему? А дело в У-Г-Л-Е-Р-О-Д-Е.

Хоть ржавчина — это результат реакции железа с кислородом, с последующим образованием оксида железа, само по себе железо в чистом виде относительно устойчиво к воде и кислороду. Именно углерод ускоряет процесс. Чем больше углерода в стали, тем сильнее она способна корродировать. Словно цыгане, этот чёрный элемент наводит смуту, и все идёт немного по одному месту.

Тема ржавчина на железе

Но в отличит от цыган, углерод приносит реальную пользу: сталь становится тверже и прочнее.

Сталь с углеродом 1% при термообработке приобретает твердость свыше 60HRC (шкала Роквелла), из которых делают инструменты, пилы, ножи, гильотины.

Поэтому до сих пор так популярны углеродистые стали, такие как: У8-У14, из которых делают отличные режущие, да и просто инструменты, несмотря на их ржавучесть.

Вы не найдете качественную пилу из той же 45х13, потому что она будет сильно уступать в прочности и твердости.

И что делать? Вот я хочу, чтобы нож резал, но и не ржавел, как с*;а? И тут наука решила вопрос таким образом:

Тема ржавчина на железе

И тут понеслась красота: сначала была 440С (аналог 95х18), у которой углерод 1% и хрома 18%, и на многие годы стала самой любимой сталью для ножей, где защита от коррозии играет важную роль. Параллельно с ней разработали сталь D2 (наш аналог Х12МФ), которая содержит 1.4-1.

6% углерода и 11-13%, что делает ее значительно прочнее, но дает ей статус «полу-нержавейки», так как она отлично себя чувствует на воздухе, но при прямом контакте с кислотной средой может коррозировать.

Потом научились делать разные сочетание сплавов с марганцем, никелем, в сочетании с хромом дающие дополнительные эффекты, а далее научились с помощью электрошлаковой технологии удалять лишние примеси, делая сталь чище (К примеру, Н690 — это очищенный вариант той же 95х18, а К110 — очищенный вариант Х12МФ, и эти стали значительно лучше по качеству, и более устойчивы к ржавчине, хоть состав основных элементов один в один).

Вообще, хром — отличный способ защитить сталь от ржачины, и он резко повышает коррозионную стойкость при достижении 12,5 %. Начиная с этой концентрации на поверхности стали образуется плотная защитная оксидная пленка Cr2O3, и сталь становится нержавейкой.

Тема ржавчина на железе

Но и тут не обойтись без маленькой капли дерьма в огромной бочке меда… Хоть хром и делает полезное дело, но много его не добавишь: или будет много углерода и поменьше хрома, или больше хрома, но меньше углерода. Поэтому все сводится к выбору: тверже, прочнее, но ржавучее и более хрупкий, или вязкий, нержавеющий, но мягкий.

НО! И тут человечество сделала ход конем, и решила вопрос на совершенно новом уровне,  создав порошковые стали.

Порошковая сталь – это измельченная до состояния порошка сталь, которую распыляют в инертном газе, затем взвесь подают на специальный кристаллизатор, а затем полученные микрослитки прессуют при сверхвысоких температурах и спекают в специальной печи. В результате этих действий происходит так называемый порошковый передел — сталь получает большое количество карбидов, которые отвечают за рез ножа и при этом ее можно легировать дополнительными укрепляющими прочность элементами.

Тема ржавчина на железе

  • Благодаря этому способу появились такие стали, как:
  • — ZDP-189 с содержанием углерода 2.9% (как у чугуна) и хрома 19%
  • — CPM S30V с содержанием углерода 1.45%, хрома 14% и ванадия 4% (Он отвечает за упругость и усиливает свойства хрома, придает металлу инертность к агрессивным химическим средам)

— Elmax с углеродом 1.72%, хромом 17.5% и ванадием 3%

И бесконечно огромное число других «супер сталей», которые отличаются друг от друга самыми разными показателями. Однако, данная статья про ржавучесть, поэтому хочу отдельно выделить азотистые стали, которые являются самыми нержавеющими сталями, которые есть.

Азотистые стали — это порошковые стали, где углерод частично замещается азотом, т.е. азот дает все те же плюсы, что углерод, но при этом увеличивает коррозийную стойкость изделию, создавая супер-нержавейки.

Например, Nitrobe77 (моя самая любимая сталь, но ее сняли с производства) содержит 0.1% углерода, 14.5% хрома и 0.9% азота, плюс 3% молибдена и 0.5% ниобия. Углерода всего-лишь 0.1% а сталь достигает твердости 63HRC и можно царапать стекло, что очень круто.

Изначально она создавалась, как идеальная сталь для лопастей катеров, так как от соленой воды любая другая сталь приходит в негодность.

А тут очень прочная сталь, которая годами может прекрасно работать в соленой среде, не ржаветь, и, что самое важное, не тупиться. Но это было слишком дорого, поэтому из этой стали начали делать шикарные ножи.

Я же теперь использую Vanax Superclean, который ближайший аналог супер азотистой стали, и считаю это лучшей сталью для кухонных ножей.

На этом, пожалуй, все. Надеюсь, что было интересно!

Всем хорошего вечера, и очень острых ощущений!

«Рыжая чума», или что мы знаем о ржавчине и коррозии — KROWN на DRIVE2

Пожалуй, каждый автомобилист согласится с тем, что именно ржавчина – одна из самых неприятных проблем, способных омрачить настроение любого автовладельца. Казалось бы, ещё вчера машина радовала взгляд безупречным глянцем лакокрасочного покрытия и вдруг – по кузову полезли «жуки», появились рыжие пятна.

На первых порах ничего, кроме эстетического неудовольствия автовладельца, ржавчина под собой не подразумевает. Да и сквозные дыры в крыльях или дверях автомобиля, возникающие в запущенных случаях, неприятны, но, практически неопасны. А вот когда процесс глубоко поразил детали силового каркаса кузова или подвеску машины, последствия могут быть весьма печальными.

«Страшилки» про сложившиеся при ДТП «домиком» кузова старых автомобилей – как раз из этой «оперы».

Тема ржавчина на железе

Полный размер

ДТП «Домиком»

Да что там машины! Ржавчина является одной из главных причин аварий таких титанических железных конструкций, как мосты. Так, 28 июня 1983 года в США произошла катастрофа с мостом через реку Мианус (Mianus). В результате падения в воду с высоты 21 метра двух автомобилей и двух тракторных прицепов погибли 3 человека и ещё 3 были серьёзно травмированы.

Тема ржавчина на железе

Участок межштатного 95-го моста длиной 100 футов через реку Мианус в Гринвиче, Коннектикут, рухнул 29 июня 1983 года. Фотография Боба Чайлда

Согласно заключению комиссии Национального совета по безопасности на транспорте, разрушение было вызвано механической поломкой наружного кронштейна, удерживающего пролёт моста, и его обоих штифтов («пальцев»). Ржавчина образовалась в подшипнике «пальца» кронштейна.

Ее объем всегда превышает объем исходной металлической детали, что приводит к неравномерному сопряжению друг с другом деталей конструкции. В случае с данным мостом, масса ржавчины отодвинула внутренний кронштейн от конца штифта, скрепляющего между собой наружный и внутренний кронштейны.

(При этом возникло усилие, превышающее допустимые проектом пределы для зажимов, удерживающих эти «пальцы»!) В результате вся масса пролета переместилась на внешний кронштейн. Такая непредвиденная нагрузка на него вызвала усталостную трещину в «пальце».

Когда два тяжелых грузовика въехали в данную секцию моста, штифты окончательно разрушились, и пролет упал в реку…

Тема ржавчина на железе

Полный размер

Вид снизу после обрушения моста через реку Мианус в США

И этот случай неединичный – 15 декабря 1967 года неожиданно рухнул в реку Огайо (Ohio) «Серебряный мост» («Silver Bridge»), соединяющий штат Западная Вирджиния (West Virginia) и штат Огайо. В момент крушения вместе с мостом в реку более чем со 100-метровой высоты упал 31 автомобиль. В результате катастрофы 46 человек погибли, и 9 получили серьёзные ранения.

Кроме того, был разрушен основной путь для транспортного сообщения между Западной Вирджинией и Огайо. Обрушение произошло из-за дефекта, возникшего в проушине № 330 одного из звеньев стержневой подвески моста. Небольшая по глубине трещина образовалась из-за фреттинг-коррозии в подшипнике.

В дальнейшем она увеличилась из-за внутренней коррозии, проблемы, известной инженерам, как коррозионное растрескивание под напряжением…

Вообще, процесс коррозии и образования ржавчины сопровождает нас с незапамятных времён. Одновременно с открытием железа и началом железного века человечество столкнулось и с возникновением ржавчины на создаваемых им орудиях труда и предметах быта.

Что такое ржавчина?

Что же такое ржавчина? В обычной жизни этим словом обозначают красные оксиды железа, образующимся в ходе его реакции с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха.

При наличии кислорода, воды и неограниченного времени любое количество железа, в конце концов, полностью разрушается, превратившись в ржавчину.

Физически она представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.

Тема ржавчина на железе

Полный размер

Фотография ржавчины

Процесс превращения железа в ржавчину называется коррозией – самопроизвольным разрушением металлов и их сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение металлов и сплавов по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется терминами «истирание» и «износ».

С точки зрения химии коррозия металлов чаще представляет собой процесс их окисления и превращения в оксиды. Ржавление железа – также химическая коррозия. В виде упрощенных уравнений она может быть описана так:

Читайте также:  Дымоход нержавеющая сталь 350

4Fe + 3O2 + 2H2O = 2Fe2O3⋅H2O или 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Т.о. ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe2O3⋅H2O, гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и метагидроксида железа FeO(OH).

Интересно, что ржавчиной, как правило, называют продукты коррозии железа и его сплавов, (например, стали), хотя на самом деле целый ряд металлов также подвергается коррозии.

Однако, многие металлы (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и др.) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с ними оксидной пленкой (слой пассивации). Он не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои металла и потому предохраняет его от дальнейшего окисления (коррозии).

Взять, к примеру, алюминий – в химическом отношении это очень активный металл, хорошо реагирующий с водой с бурным выделением газа водорода:

2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2 ↑

Но, по причине той же высокой активности, чистый алюминий также хорошо реагирует и с кислородом воздуха. В результате этого взаимодействия поверхность металла покрывается прочной плотной плёнкой оксида Al2O3.

Оксидная плёнка защищает алюминий от дальнейшего взаимодействия с водой и кислородом. Именно по этой причине нагреваемая в алюминиевой кастрюльке вода хоть и кипит, но не вступает в реакцию с металлом.

(Потому такая посуда может служить длительное время.)

Тема ржавчина на железе

Как ни странно, химически чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у алюминия, плотно скреплённое с поверхностью металла оксидное покрытие защищает основную массу железа от дальнейшего окисления.

Однако, надо отметить, что химически чистое железо в своей деятельности человечество практически не применяет. На практике наша цивилизация использует сталь и чугун – сплавы железа с углеродом (и другими химическими элементами), содержащие не менее 45% железа.

В реальной жизни в воздухе наших городов содержатся оксиды серы, азота, углерода и ряд других; а в воде – растворённые газы и соли.

Поэтому процесс коррозии металлов и его продукты зачастую выглядят не так просто, как в учебнике химии за 9 класс.

Так, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем хорошо знакомой нам зелёной патины, представляющей собой с точки зрения химии не гидроксид, а основной сульфат меди (II) (CuOH)2SO4.

В отличие от оксида алюминия и появляющейся на бронзовой (медной) поверхности патины, ржавчина, образующаяся на сплавах железа, не создаёт никакой защиты для нижележащего металла.

Усугубляет ситуацию с коррозией железа содержание неметаллических примесей в его сплавах. Например, наличие серы в сплаве лишь способствует развитию ржавчины.

Обычно она присутствует, как сульфид FeS, но может быть и в виде других химических соединений.

В процессе коррозии сульфид железа разлагается с выделением газа сероводорода (H2S), который сам по себе является хорошим катализатором дальнейшей коррозии железа:

FeS + 2HCl = H2S ↑+ FeCl2

Нас удивляет хорошая сохранность (а значит, устойчивость к коррозии) ряда железных предметов, дошедших из глубины веков до наших дней. Одна из причин этого – низкое содержание в них серы.

В сплавы железа сера обычно попадает из каменноугольного кокса при выплавке железа из руды в доменной печи.

А вот в древние времена для производства этого металла использовался не каменный, а, практически не содержащий серы, древесный уголь…

По выраженности поражения различают сплошную и местную коррозию металлов. Как ни странно, но сплошная коррозия не представляет большой опасности для металлических конструкций и агрегатов.

Считается, что она предсказуема, а ее последствия могут быть относительно легко смоделированы.

Поэтому при проектировании металлоконструкций, эксплуатирующихся в водной среде или под открытым небом, в соответствии с технически обоснованными нормами, учитываются и будущие потери металла на коррозию.

Усугубляющие факторы

А вот местная коррозия гораздо опаснее, несмотря на то, что потери металла из-за неё могут быть вполне небольшими. Один из самых опасных видов местной коррозии – точечная.

Ведь снижая прочность на отдельных участках, она значительно уменьшает общую надёжность конструкций, сооружений и агрегатов.

Суть её заключается в формировании сквозных поражений деталей – образовании в них точечных полостей, называемых питтингами.

Развитию местной коррозии очень способствуют морская вода и растворы солей, в частности хлориды (особенно хлорид натрия – NaCl). Во многих странах его используют для плавления снега и льда, разбрасывая зимой на дорогах и тротуарах. В присутствии NaCl лёд и снег превращаются в воду, с дальнейшим образованием соляных растворов.

При этом не учитывается, что соли (и особенно хлориды) являются активаторами коррозии! Отлично диссоциируя в воде и взаимодействуя с образующейся из-за выбросов предприятий серной кислотой, хлориды образуют соляную кислоту (HCl).

А ведь она сама по себе является триггером коррозии! (Вспомним приведенную выше реакцию с входящим в состав стали сульфидом железа.

) Какие ещё нужны доказательства, что зимняя соляная «каша» приводит к ускоренному разрушению металла деталей, узлов и агрегатов транспортных средств?

Экономические потери от коррозии металлов

Экономические потери от коррозии металлов огромны. Современная цивилизация тратит значительные материальные и финансовые ресурсы на борьбу с коррозией трубопроводов, мостов и морских конструкций, судов, деталей машин, а также различного технологического оборудования.

Как уже говорилось, из-за планирования возможной коррозии приходится завышать прочность таких важных и нагруженных узлов и агрегатов, как паровые котлы, реакторы, лопатки и роторы турбин, опоры морских буровых платформ. Это автоматически увеличивает расход металла на их изготовление, а, значит, приводит к дополнительным экономическим затратам.

За два века работы металлургической промышленности в мире было выплавлено огромное количество металла. При этом, потери на коррозию составляют около 30% от его годового мирового производства! Более того – около 10% подвергшегося коррозии металла безвозвратно теряется в виде ржавчины.

По оценкам ряда экспертов, ущерб от коррозии металлов бюджету промышленно развитых стран составляет от 2 до 4 % их валового национального продукта. Так, по данным Национальной ассоциации инженеров-коррозионистов (National Association of Corrosion Engineers – NACE) в США потери от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3,1 % ВВП. Для Германии это обходится в 2,8 % от ВВП.

P.S. Казалось бы, проблемы коррозии автомобильных кузовов, узлов и агрегатов меркнут на фоне вопросов защиты от коррозии таких грандиозных железных сооружений, как мосты и Эйфелева башня. Но, это только на первый взгляд.

А если учесть численность мирового автопарка? Так, по данным Международной ассоциации автопроизводителей (OICA), в 2015 году в мире эксплуатировалось 947 млн. легковых и 335 млн. коммерческих автомобилей.

Ожидается, что к 2035 году мировой автопарк достигнет 2-миллиардной отметки.

При этом, коррозией в той или иной степени, рано или поздно поражается практически 100% транспортных средств. Кроме того, надо учесть, что кузов – самая дорогая деталь автомобиля, а кузовные работы (и слесарные, и малярные) достаточно материалоёмкие и очень недешёвые.

Поэтому, проблема изыскания новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии актуальна, как для всей тяжёлой промышленности в целом, так и для автомобильной отрасли в частности.

___________KROWN — ЗА НАМИ НЕ ЗАРЖАВЕЕТЦентр антикоррозийной защиты автомобилей

БЕЛАРУСЬ www.krown.byМинск +375 44 504-77-77

+375 (44) 504-504-1 – Солигорск

РОССИЯ www.krown.su+7 (499) 647-57-67 — Москва+7 (812) 244-98-28 — Санкт-Петербург+7 (423) 279-99-17 — Владивосток+7 (452) 39-53-28 — Саратов

+7 (3452) 564 118 — Тюмень

Как мы страдаем от ржавчины

Мы — продавцы металлопроката — как никто сталкивается с этим наваждением — ржавиной. И мы точно знаем вред от коррозии. В этой статье мы скажем несколько слов об этой проблеме, ее проявлениях, ее масштабах.

Тема ржавчина на железе

 

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.

Коррозии подвержены не только металлы, но и неметаллические изделия. В этом случае коррозию еще называют «старением». Старению подвержены пластмассы, резины и другие вещества. Для бетона и  железобетона существует термин «усталость».

Происходит их разрушение или ухудшение эксплуатационных характеристик из-за химического и физического воздействия окружающей среды.

Корродируют и металлические сплавы — медь, алюминий, цинк: в процессе их коррозии на поверхности изделий образуется оксидная пленка, плотно прилегающая к поверхности, что значительно замедляет дальнейшее разрушение металла (а патина на меди еще и придает ей особый шарм).

Драгоценные  металлы являются таковыми не только из-за своей красоты, ценимой ювелирами, но и за счет стойкости к коррозии. Золото и серебро до сих пор используется для покрытия особо чувствительных электронных контактов а платина применяется в космической отрасли.

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.

Тема ржавчина на железе

 

Типы ржавчины

В большей степени коррозии подвержено железо. С точки зрения химии ржавчина — это окислительный процесс (как и горение). Элементы возникающие при окислении в кислородной среде называются Оксиды. Можно выделить 4 основных типа.

1. Желтая ржавчина — химическая формула FeO(OH)H2O (оксид железа двухвалетный). Возникает во влажной, недонасыщенной кислородом среде. Часто встречается под водой. В природе существует в виде минерала вюстита, при этом являясь монооксидом (те содержит 1 атом кислорода).

Читайте также:  Литье прокатка сущность процесса схемы подачи жидкого металла на валки

2. Коричневая ржавчина — Fe2O3 (двойной оксид железа): растет без воды и встречается редко.

3. Черная ржавчина — Fe3O4 (оксид железа четырех валентый). Образуется при малом содержании кислорода и без воды поэтому стабильна и распространяется очень медленно. Этот оксид является ферромагнетиком (при определенных условиях обладает намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля), поэтому потенциально применим для создания сверх-проводников.

4. Красная ржавчина — химическая формула Fe2O3•H2O (оксид железа трехвалентный). Возникает под воздействием кислорода и воды, самый частый тип, процесс протекает равномерно и затрагивает всю поверхность.

В отличии от всех вышеперечисленных не столь опасных для железа видов окисления этот в своей толще образует гидроксид железа, который, начиная отслаиваться, открывает для разрушения все новые слои металла. Реакция может продолжатся до полного разрушения конструкции.

 Применяется при выплавке чугуна и как краситель в пищевой  промышленности. Встречается в природе в естественном виде под названием гематид.

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.

Тема ржавчина на железе

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.

Почему металл ржавеет? — Официальный блог компании "ПЕРХИМ"

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.

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»

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.

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.

  • Преобразователи ржавчины – отличный способ «нейтрализовать» легкую ржавчину. Они могут действовать как грунтовка и непосредственно окрашиваться. Это хорошее решение, если вы просто пытаетесь уберечь что-то от распада и не слишком заботитесь о косметическом виде предмета.
  • Лазеры помогут добиться аналогичного результата. Есть специально разработанные машины, которые удаляют ржавчину, оставляя лежащий под ней металл относительно неповрежденным. Но они не из дешевых. Большинство единиц стоят несколько десятков тысяч долларов.
  • Небольшие металлические детали со средним количеством ржавчины можно смочить в кислоте, которая разъест ржавчину. Обычный домашний лайфхак – замочить инструменты в уксусе на день.
  • Электролиз — отличный способ ускорить кислотное удаление ржавчины. Добавив электричество в кислотную ванну, можно очень тщательно удалить ржавчину.

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»

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector