Prečo kovy hrdzavia?

Čo je bežné medzi hrdzavým klincom, zhrdzaveným mostíkom alebo unikajúcim železným plotom? Prečo železné štruktúry a výrobky zo železa všeobecne hrdzavia? Čo je hrdza ako taká? Pokúsime sa dať odpovede na tieto otázky v našom článku. Zvážte príčiny hrdzavenia kovov a spôsoby ochrany proti tomuto škodlivému prírodnému fenoménu.

Príčiny hrdze

Všetko to začína ťažbou kovov. Nielen železo, ale napríklad hliníka horčík sa pôvodne ťažia vo forme rudy. Hliník, mangán, železo, horčík neobsahujú čisté kovy, ale ich chemické zlúčeniny: uhličitany, oxidy, sulfidy, hydroxidy.

Jedná sa o chemické zlúčeniny kovov s uhlíkom, kyslíkom, sírou, vodou atď. V prírode sú jeden, dva a čisté kovy - platina, zlato, striebro - drahé kovy - vyskytujú sa vo forme kovov vo voľnom stave a nemajú tendenciu tvorba chemických zlúčenín.

Väčšina kovov však nie je za prírodných podmienok voľná, a aby sa uvoľnili z východiskových zlúčenín, je potrebné rudy roztaviť, čím sa redukujú čisté kovy.

Ale tavia sa rudy s obsahom kovu, hoci kov dostávame v čistej forme, stále je nestabilný, ďaleko od prírodných. Z tohto dôvodu má čistý kov za normálnych podmienok prostredia tendenciu vracať sa do pôvodného stavu, to znamená oxidovať, a to je korózia kovu.

Korózia je teda proces prirodzeného ničenia kovov, ktorý sa vyskytuje v podmienkach ich interakcie s prostredím. Hrdzavenie je najmä proces tvorby hydroxidu železitého Fe (OH) 3, ktorý prebieha v prítomnosti vody.

Prirodzený fakt, ktorý hrá do rúk ľudí, je ten, že oxidačná reakcia v atmosfére, na ktorú sme zvyknutí, nie je veľmi rýchla, ide veľmi nízkou rýchlosťou, takže mosty a lietadlá sa nezrútia okamžite a hrnce sa pred našimi očami nerozpadnú v zázvorovom prášku. Okrem toho sa môže korózia v zásade spomaliť uchytením k niektorým tradičným trikom.

Napríklad nehrdzavejúca oceľ nehrdzavie, hoci sa skladá zo železa, ktoré je náchylné na oxidáciu, napriek tomu nie je pokryté červeným hydroxidom. Ide však o to, že nehrdzavejúca oceľ nie je čisté železo, nehrdzavejúca oceľ je zliatina železa a iného kovu, najmä chrómu.

Okrem chrómu môžu byť do ocele zahrnuté aj chróm, nikel, molybdén, titán, niób, síra, fosfor atď. Pridávanie ďalších prvkov do zliatin, ktoré sú zodpovedné za určité vlastnosti výsledných zliatin, sa nazýva legovanie.

Spôsoby ochrany proti korózii

Ako sme už uviedli, hlavným legujúcim prvkom pridaným do obyčajnej ocele, ktorý jej dáva protikorózne vlastnosti, je chróm. Chrome oxiduje rýchlejšie ako železo, to znamená, že to zasiahne samo. Na povrchu nehrdzavejúcej ocele sa tak najprv objaví ochranný film z oxidu chrómu, ktorý má tmavú farbu a nie tak voľnú ako obyčajná hrdza železa.

Oxid chrómu neprechádza agresívne ióny z prostredia škodlivého pre železo a kov je chránený pred koróziou, ako odolný hermetický ochranný odev. To znamená, že oxidový film má v tomto prípade ochrannú funkciu.

Množstvo chrómu v nehrdzavejúcej oceli nie je obvykle nižšie ako 13%, nikel je o niečo menší v nehrdzavejúcej oceli a ďalšie legovacie prísady sa nachádzajú v oveľa menšom množstve.

Vďaka ochranným fóliám, ktoré majú prvý vplyv na životné prostredie, je mnoho kovov odolných voči korózii v rôznych prostrediach.Napríklad lyžica, tanier alebo panvica vyrobená z hliníka nikdy nesvieti, ak sa pozriete pozorne, majú belavý odtieň. Je to len oxid hlinitý, ktorý sa vytvára kontaktom čistého hliníka so vzduchom a potom chráni kov pred koróziou.

Oxidový film sa objavuje sám o sebe a ak vyčistíte hliníkovú panvicu brúsnym papierom, povrch sa po niekoľkých sekundách lesku znova zmení na belavý - hliník na vyčistenom povrchu sa opäť oxiduje pod vplyvom atmosférického kyslíka.

Pretože sa na ňom vytvára film oxidu hlinitého bez akýchkoľvek špeciálnych technologických trikov, nazýva sa pasívny film. Takéto kovy, na ktorých sa prirodzene tvorí oxidový film, sa nazývajú pasivujúce. Najmä hliník je pasivovaný kov.

Niektoré kovy sú vynútené do pasívneho stavu, napríklad vyšší oxid železitý - Fe2O3 je schopný chrániť železo a jeho zliatiny vo vzduchu pri vysokých teplotách a dokonca aj vo vode, z ktorej sa nemôže vychvaľovať ani červený hydroxid ani nižšie oxidy toho istého železa.

Vo fenoméne sú pasivácie a nuansy. Napríklad v silnej kyseline sírovej je okamžite pasivovaná oceľ odolná voči korózii a v slabom roztoku kyseliny sírovej korózia začne okamžite.

Prečo sa to deje? Odpoveďou na zjavný paradox je to, že v silnej kyseline sa pasivačný film okamžite vytvára na povrchu nehrdzavejúcej ocele, pretože kyselina s vyššou koncentráciou má výrazné oxidačné vlastnosti.

Slabá kyselina zároveň neoxiduje oceľ dostatočne rýchlo a ochranný film sa nevytvára, len začína koróziu. V takých prípadoch, keď oxidačné médium nie je dostatočne agresívne, sa na dosiahnutie účinku pasivácie uchýlia k špeciálnym chemickým prísadám (inhibítory, inhibítory korózie), ktoré pomáhajú vytvárať pasívny film na kovovom povrchu.

Pretože nie všetky kovy sú náchylné k tvorbe pasívnych filmov na svojom povrchu, a to aj silou, pridanie moderátorov do oxidačného média jednoducho vedie k preventívnej retencii kovu v podmienkach redukcie, keď je oxidácia energeticky potlačená, to znamená, keď je prísada prítomná v agresívnom prostredí, je energeticky nevýhodná. ,

Existuje aj iný spôsob, ako udržať kov v regeneračnom prostredí, ak nie je možné použiť inhibítor, použite aktívnejší povlak: pozinkovaná nádoba nehrdzavie, pretože zinok povlaku koroduje železo v kontakte s prostredím, to znamená, že na seba narazí, je aktívnejším kovom , zinok pravdepodobne vstúpi do chemickej reakcie.

Dno lode je často chránené podobným spôsobom: časť behúňa je k nemu pripevnená a potom je dezén zničený a dno zostáva nezranené.

Elektrochemická ochrana podzemných inžinierskych sietí proti korózii je tiež veľmi častým spôsobom boja proti tvorbe hrdze na nich. Redukčné podmienky sa vytvárajú aplikovaním negatívneho katódového potenciálu na kov a v tomto režime nebude oxidačný proces kovu schopný pokračovať jednoducho energeticky.

Jeden sa môže pýtať, prečo povrchy s rizikom korózie jednoducho nenatierajú, prečo jednoducho nenatierať časť, ktorá je vždy náchylná na koróziu, emailom? Aké sú rôzne spôsoby?

Odpoveď je jednoduchá. Smalt sa môže poškodiť, napríklad sa môže na nenápadnom mieste rozbiť farba automobilu a telo začne postupne, ale nepretržite hrdzaviť, pretože na toto miesto prídu zlúčeniny síry, soli, voda, kyslík, a v dôsledku toho sa telo zrúti.

Aby sa zabránilo takémuto vývoju udalostí, uchýlite sa k ďalšiemu protikoróznemu ošetreniu tela. Auto nie je smaltovaná platňa, ktorú je možné vyhodiť, ak je smalt poškodený a kúpil si nový.

Súčasný stav

Napriek zjavným poznatkom a rozpracovaniu fenoménu korózie, napriek použitým univerzálnym spôsobom ochrany, predstavuje korózia stále určité nebezpečenstvo. Potrubia sú zničené, čo vedie k emisiám ropy a plynu, pádu lietadiel, pádu vlaku. Príroda je zložitejšia, ako by sa mohlo zdať na prvý pohľad, a ľudstvo musí ešte preskúmať mnoho ďalších aspektov korózie.

Dokonca aj zliatiny odolné voči korózii sa teda ukázali ako stabilné iba za určitých predvídateľných podmienok pre operáciu, v ktorej boli pôvodne určené. Napríklad nehrdzavejúca oceľ netoleruje chloridy a je nimi ovplyvnená - dochádza k peptickej, jamkovej a medzikryštalickej korózii.

Navonok, bez náznaku hrdze, sa štruktúra môže náhle zrútiť, ak sa vnútri vytvoria malé, ale veľmi hlboké lézie. Mikrotrhliny prenikajúce cez hrúbku kovu sú zvonku neviditeľné.

Dokonca aj zliatina, ktorá nie je náchylná na koróziu, môže náhle prasknúť, pretože je pod dlhodobým mechanickým namáhaním - iba veľká prasklina náhle zničí štruktúru. To sa už stalo po celom svete s kovovými stavebnými konštrukciami, mechanizmami a dokonca aj s lietadlami a helikoptérami.