Ржавчина формула – Ржавчина

alexxlab | 14.04.2020 | 1 | Разное

Содержание

Ржавчина

О ржавчине рассказывается на многих сайтах. Есть много фотографий, но только изделий или, в крайнем случае, макроструктура. Как выглядит ржавчина под микроскопом?

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких, как сталь или чугун, хотя многие другие металлы тоже подвергаются коррозии.
Все знают красный налет на поверхности металлических материалов или изделий, которые находятся под воздействием влаги или некоторых реактивов. Этот налет - окислы, которые образуются при взаимодействии железа с кислородом. Химическая формула ржавчины Fe2O3nH2O (гидратированный оксид трехвалентного железа), а также метагидрооксид (FeO(OH), Fe(OH)3). На рис.1 показаны красные окислы железа – Fe2O3 и Fe3O4.

   
                                         а                                                      б 

 Рисунок 1. Красные окислы железа: а - Fe2O3; б - Fe3O4.

Если поверхность железных изделий не защищать, то в конце концов изделие рассыплется в порошок. Красный окисел не пассивирует поверхность, т.е. не защищает ее от дальнейшего разрушения. (Кстати, концентрированная серная кислота пассивирует поверхность. При взаимодействии железа с кислотой на поверхности железа образуется сернокислое железо и окисление железа прекращается).
Окисление возможно и на воздухе, т.к. он в наших условиях содержит некоторое количество влаги. На рис. 2 показана ржавчина на изломе пластинки быстрорежущей стали Р6М5.

Рисунок 2. Излом стали Р6М5; окисление в комнатных условиях; светлопольное изображение

Ржавчина образуется и при коррозии металла в почве (рис. 3 и 4). На рис. 3 показан фрагмент детали сельхозтехники, пролежавшей несколько лет в поле. Это макроструктура, которая показывает расположение окисленных участков на поверхности. Более красивую и интересную картину дает микроструктура (рис. 4). Видны кристаллы красной ржавчины (рис. 4 а) и осадки другого типа (рис. 4 б), состав которых не определялся.

Рисунок 3. Фрагмент детали сельхозтехники; почвенная коррозия.

   
                                        а                                           б 

Рисунок 4. Ржавчина и осадки на изломе детали; темнопольное изображение

Поскольку влага присутствует и в воздухе, окисляются и шлифы металлов и сплавов, хранящиеся не в специальных условиях. Окисление их усиливается еще и потому, что они протравлены. Нетравленные шлифы хранятся куда лучше. На рис. 5 показано окисление протравленных шлифов стали ШХ15. Ржавчина в основном располагается на матрице (мартенсит), карбиды (белая фаза) видны хорошо (рис. 5а). В структуре зернистого перлита (рис. 5 б) окисляется феррит, на изображении он имеет голубой и зеленый цвет; ржавчина сосредоточена в виде отельных пятен (до поры, пока не окислится весь образец).

   
                                           а                                             б 

Рисунок 5. Окисление шлифов стали ШХ15 после травления и длительного хранения в комнатных условиях: а - закалка и отпуск, равномерное окисление поверхности; б – зернистый перлит, формирование островков окисной пленки.

На рис. 6а показано крупное скопление окислов. Некоторые из них имеют красный цвет, это ржавчина, другие – светлый (рис. 6 б). Состав их не анализировали; также это может быть и пыль, поскольку шлиф находился на открытом воздухе.

                                           а                                                 б

Рисунок 6. Скопления окислов на поверхности шлифа: а – светлое поле, б- темное поле.

Если процесс зашел далеко, то практически вся поверхность покрыта ржавчиной (рис. 7). Участков чистого металла осталось мало.

Рисунок 7. Сплошной окисный слой на шлифе

Все, что содержит железо, может ржаветь. В том числе и метеориты (рис. 8).

Рисунок 8. Окислы железа на метеоритах

structure.by

Ржавчина - это... Что такое Ржавчина?

Цвета ржавчины

Ржа́вчина является общим термином для определения оксидов железа. В разговорной речи этот термин применяется к красным окислам, образующимся в результате реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в результате реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называют его

зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы визуально или с помощью спектроскопии, они формируются при разных внешних условиях.[1] Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3). При наличии кислорода и воды и достаточном времени любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в отличие от образования патины на медной поверхности.

Ржавчиной как правило называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно оксиды обычно не называют ржавчиной.

Химические реакции

Толстый слой ржавчины на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско. Цепь постоянно подвергается воздействию сырости и солёных брызг, вызывающих разрушение поверхности, растрескивание и шелушение металла.

Причины ржавления

Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, чугун), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух агентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.

[2]

Происходящие реакции

Покрытый ржавчиной и грязью болт. Заметна точечная коррозия и постепенная деформации поверхности, вызванная сильным окислением.

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду.[3] Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановления кислорода:

O2 + 4 e- + 2 H2O → 4 OH-

Поскольку при этом образуются ионы гидроксидов, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:

Fe → Fe2+ + 2 e

Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:

4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−

Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:

Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

Fe(OH)2⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.

Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca2+, которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.

Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняет цвет ржавчины с жёлтого на синий.

Предотвращение ржавления

Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали формируется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее является кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется

цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. История красок для нанесения на ржавчину насчитывает 50 лет, когда в Англии была изобретена краска Hammerite. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы от коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё ​​является проблемой.

Покрытие слоем металла

Ржавчина может полностью разрушить железо. Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.
  • Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
  • Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова.
  • Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.

Воронение

Воронение — это метод, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Метод состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающей железо атмосферы. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах.

Экономический эффект

Ржавчина вызывает деградацию инструментов и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое «поеданием ржавчиной». Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главным фактором разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.

Мост Кинзу после разрушения.

Мост Кинзу в штате Пенсильвания была снесён торнадо в 2003 году в значительной степени потому, что центральные базовые болты, соединяющие конструкцию с землёй, проржавели, предоставив мосту возможность держаться просто под действием силы тяжести.

Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские проблемы. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.

См. также

Примечания

  1. Interview, David Des Marais.(недоступная ссылка — история)
  2. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. Hubert Gräfen, Elmar-Manfred Horn, Hartmut Schlecker, Helmut Schindler "Corrosion" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2002. DOI: 10.1002/14356007.b01_08

Ссылки

dic.academic.ru

Образование ржавчины и ее состав

    Продукты коррозии железа, которое обычно переходит в раствор в виде двухвалентных ионов, при наличии в растворе кислорода воздуха окисляются в гидрат окиси железа. Образующаяся ржавчина состоит из смеси гидратов окиси и закиси железа и имеет переменный состав, который в зависимости от условий образования ржавчины может колебаться. Обычно состав ржавчины выражают общей формулой [c.198]
    Состав ржавчины может изменяться в зависимости от условий ее образования. [c.380]

    Образование ржавчины происходит в растворе в непосредственной близости от корродирующей поверхности. Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем. Она обладает плохим сцеплением с металлической поверхностью и поэтому плохо защищает железо от коррозии. Состав ржавчины может быть переменным и его выражают общей формулой  [c.179]

    ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ КОРРОЗИИ Образование ржавчины и ее состав [c.39]

    В зависимости от условий получения и продолжительности образования ржавчины ее состав может значительно изменяться. Чем более старая ржавчина и легче доступ кислорода к металлу, тем больше в ней гидроокиси железа (III) чем меньше влажность окружающей среды, тем больше степень гидратации. [c.40]

    До сих пор при разработке рецептуры травильных паст основывались на немногочисленных качественных опытах. Было установлено, что при введении в пасту какой-либо одной кислоты (например, соляной, серной или фосфорной) применение травильных паст дает неудовлетворительные результаты. Так, поверхность металла, очищенного пастой, которая содержит только соляную кислоту, ржавеет настолько быстро, что рабочие, проводящие очистку, не успевают нанести на металл пассивирующий состав после удаления травильной пасты. Паста, содержащая только серную кислоту, растворяет ржавчину вдвое медленнее, чем пасты на основе соляной кислоты, и также вызывает интенсивное ржавление металла. Паста, содержаща5Г фосфорную кислоту, препятствует ржавлению металла вследствие образования на его поверхности слоя фосфата железа, однако растворение ржавчины в этом случае протекает втрое медленнее, чем при использовании пасты с соляной кислотой. [c.106]

    Если же в результате движения материальных частиц вещества изменяют свой качественный состав и вследствие этого приобретают новые качества, то такие явления называются химическими явлениями или химическими реакциями, К таким явлениям относятся, например, горение угля с образованием нового вещества — углекислого газа, образование ржавчины на железе под влиянием влаги и кислорода воздуха, разложение воды на кислород и водород под действием электрического тока и т. д. [c.6]

    Рнчавчина в отличие от окалины образуется в присутствии влаги, т. е. при температурах ниже 100° С, а поэтому состоит в основном из гидратированных окислов железа. Химический состав ржавчины определяется условиями ее образования и в общем виде выражается следующей формулой  [c.55]

    Нанесение бакелитового лака. Для лучшего сцепления лака с металлом на поверхность аппарата наносят грунтовочный слой, в качестве которого применяют бакелитовый лак, содержащий 25—40% наполнителя (каолина, графита или диабазового порошка). Грунтовочный состав наносят малярной кистью с некоторым усилием с тем, чтобы втереть грунт в поверхность металла не позже че.м через 2—3 ч после его очистки во избежание образования на металле налета ржавчины. [c.332]

    Как видно из приведенных данных, основными элементами сухого остатка в резервуарах являются железо (35— 50%) и кислород (22—54%), т.е. основные компоненты, входящие в состав ржавчины. Эти данные подтверждают, что образование осадков в топливах и их загрязнение происходят главным образом за счет продуктов коррозии (ржавчины) внутренней поверхности резервуаров. [c.41]

    Причиной этого порока является выделение из швов во вре- я обжига изделий пузырьков газа. При легкоплавких эмалях. Нанесенных тонким слоем, этот порок бывает реже. Источником образования газов служат остающиеся в сварочных швах ржавчина, хлористые и сернокислые соли, образовавшиеся во время травления, а также газовые и шлаковые раковины в металле. Весьма важную роль играет и состав стали. Особенно опасны содержащиеся в нем сверх допустимой нормы углерод и сера. [c.252]

    Коррозии металлов способствуют некоторые пигменты вследствие содержания в их составе растворимых солей, а также из-за тенденции к набуханию и электрохимическому взаимодействию. Присутствие этих пигментов в краске может способствовать образованию пятен ржавчины, особеино при нанесении первого слоя покрытия, например из графита (положительного по отношению к стали), некоторых видов железного сурика, охры, а также ламповой сажи. В состав лакокрасочных материалов, нахо- [c.483]

    Е. И. Донцова провела несколько предварительных опытов в этом направлении, определяя изотопный состав кислорода ржавчины, образующейся, во-первых, при окислении железа в обычной воде при доступе газообразного кислорода, обогащенного тяжелым изотопом, и, во-вторых, при окислении железа в воде, содержащей избыток НаО при доступе обычного кислорода. При этом установлено, что кислород ржавчины происходит в основном из воды. Отсюда сделан вывод о том, что кислород воздуха играет при коррозии роль деполяризатора. Образование же окислов железа происходит за счет воды [c.183]

    Для защиты сталей от коррозии приобретают значение и принципиально другие методы. Один из них, как это ни парадоксально, состоит в том, что для него требуется не уменьшение ржавления путем образования защитного слоя, а совсем наоборот. В этом методе состав ржавчины регулируется таким образом, что образуется не пресловутый рыхлый оксид железа, способствующий дальнейшему разрушению материала, а полностью устойчивый к атмосферным воздействиям плотный слой. Иначе говоря, получается ржавчина, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. В течение двух-трех лет ржавчина вообще прекращает образовываться. Первые сорта стали, обладающей таким замечательным свойством, содержали среди прочих компонентов 0,7-0,15% фосфора, 0,25-0,55% меди, 0,50-1,25% хрома и 0,65% никеля. В настоящее время в распоряжении имеется уже большое количество подобных сталей-свыше 50 сортов. В ГДР производство сталей-носителей коррозии (КТ8) началось с 1965 г. Новейшие типы базируются на никелевых сплавах. КТ8, как и обычные стали, можно формовать и сваривать, а стоимость их на 10-30% выше обычных. Однако такие материалы оправдьшают себя при сооружении конструкций, поскольку отпадает необходимость в дополнительной защите от коррозии. Из них можно делать вагоны, трубопроводы, цистерны и контейнеры, строительные машины, проволочные сетки одним словом, они представляют большой интерес везде, где необходима устойчивость к атмосферным воздействиям. Особенно высоки их шансы в высотном жилищном и промышленном строительстве, где благодаря им могут быть существенно снижены затраты на борьбу с коррозией. Пока еще в ГДР из КТ8 изготавливают только опоры воздушных линий электропередач, силосные башни, эстакады для труб и некоторые другие объекты. Ожидается, [c.274]

    Грунтовки-преобразователи ржавчины — относительно новый вид грунтовочных составов. Они отличаются способностью взаимодействовать с гидратированными оксидами ( -РеООН), нах

www.chem21.info

Ржавчина — WiKi

Цвета ржавчины

Ржа́вчина является общим термином для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным окислам, образующимся в ходе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называют его зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях.[1] Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3). При наличии кислорода и воды и достаточном времени любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в отличие от образования патины на медной поверхности.

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно окислы железа обычно называют ржавчиной.

Химические реакции

  Толстый слой ржавчины на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско. Цепь постоянно подвергается воздействию сырости и солёных брызг, вызывающих разрушение поверхности, растрескивание и шелушение металла.

Причины ржавления

Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.[2]

Происходящие реакции

  Покрытый ржавчиной и грязью болт. Заметна точечная коррозия и постепенная деформация поверхности, вызванная сильным окислением.

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду.[3] Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:

O2 + 4 e + 2 H2O → 4 OH

Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:

Fe → Fe2+ + 2 e

Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:

4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−

Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:

Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.

Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca2+, которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.

Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняют цвет ржавчины с жёлтого на синий.

Предотвращение ржавления

  Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.

Покрытие слоем металла

  Ржавчина может полностью разрушить железо. Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.
  • Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
  • Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова. В настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости олова.
  • Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.

Воронение

Воронение — это способ, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Способ состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.

Экономический эффект

Ржавчина вызывает деградацию изделий и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое поеданием ржавчиной. Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главной причиной разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.

Мост Кинзу в штате Пенсильвания был снесён смерчем в 2003 году в значительной степени потому, что центральные опорные болты, соединяющие сооружение с землёй, проржавели, из-за чего мост держался лишь под действием силы тяжести.

Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские трудности. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.

См. также

Примечания

  1. ↑ Interview, David Des Marais (неопр.) (недоступная ссылка). Архивировано 13 ноября 2007 года.
  2. ↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. ↑ Hubert Gräfen, Elmar-Manfred Horn, Hartmut Schlecker, Helmut Schindler «Corrosion» Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2002. DOI: 10.1002/14356007.b01_08

Ссылки

ru-wiki.org

Ржавчина — Википедия. Что такое Ржавчина

Цвета ржавчины

Ржа́вчина является общим термином для определения окислов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным окислам, образующимся в ходе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода. Такое вещество образуется, в частности, в арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называют его зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях.[1] Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа (FeO(OH), Fe(OH)3). При наличии кислорода и воды и достаточном времени любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. Поверхность ржавчины не создаёт защиту для нижележащего железа, в отличие от образования патины на медной поверхности.

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы тоже подвергаются коррозии, но именно окислы железа обычно называют ржавчиной.

Химические реакции

Толстый слой ржавчины на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско. Цепь постоянно подвергается воздействию сырости и солёных брызг, вызывающих разрушение поверхности, растрескивание и шелушение металла.

Причины ржавления

Если железо, содержащее какие-либо добавки и примеси (например, углерод), находится в контакте с водой, кислородом или другим сильным окислителем и/или кислотой, то оно начинает ржаветь. Если при этом присутствует соль, например, имеется контакт с солёной водой, коррозия происходит быстрее в результате электрохимических реакций. Чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у других металлов, например, у алюминия, плотно приставшее оксидное покрытие на железе (слой пассивации) защищает основную массу железа от дальнейшего окисления. Превращение же пассивирующего слоя оксида железа в ржавчину является результатом комбинированного действия двух реагентов, как правило, кислорода и воды. Другими разрушающими факторами являются диоксид серы и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях образуются различные виды гидроксида железа. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не защищают основную массу металла. Поскольку гидроксид формируется и отслаивается от поверхности, воздействию подвергается следующий слой железа, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока всё железо не будет уничтожено, или в системе закончится весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы.[2]

Происходящие реакции

Покрытый ржавчиной и грязью болт. Заметна точечная коррозия и постепенная деформация поверхности, вызванная сильным окислением.

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду.[3] Скорость коррозии зависит от количества имеющейся воды, и ускоряется электролитами, о чём свидетельствуют последствия применения дорожной соли на коррозию автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:

O2 + 4 e + 2 H2O → 4 OH

Поскольку при этом образуются гидроксид-анионы, этот процесс сильно зависит от присутствия кислоты. Действительно, коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при понижении pH. Обеспечение электронов для вышеприведённой реакции происходит при окисления железа, которое может быть описано следующим образом:

Fe → Fe2+ + 2 e

Следующая окислительно-восстановительная реакция происходит в присутствии воды и имеет решающее значение для формирования ржавчины:

4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−

Кроме того, следующие многоступенчатые кислотно-щелочные реакции влияют на ход формирования ржавчины:

Fe2+ + 2 H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3 H+

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O
Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Из приведённых выше уравнений видно, что формирование продуктов коррозии обусловлено наличием воды и кислорода. С ограничением растворённого кислорода на передний план выдвигаются железо(II)-содержащие материалы, в том числе FeO и чёрный магнит (Fe3O4). Высокая концентрация кислорода благоприятна для материалов с трёхвалентным железом, с номинальной формулой Fe(OH)3-xOx/2. Характер коррозии меняется со временем, отражая медленные скорости реакций твёрдых тел.

Кроме того, эти сложные процессы зависят от присутствия других ионов, таких как Ca2+, которые служат в качестве электролита, и таким образом, ускоряют образование ржавчины, или в сочетании с гидроксидами и оксидами железа образуют различные осадки вида Ca-Fe-O-OH.

Более того, цвет ржавчины можно использовать для проверки наличия ионов Fe2+, которые меняют цвет ржавчины с жёлтого на синий.

Предотвращение ржавления

Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы от коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.

Покрытие слоем металла

Ржавчина может полностью разрушить железо. Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.
  • Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
  • Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова. В настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости олова.
  • Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.

Воронение

Воронение — это способ, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Способ состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.

Экономический эффект

Ржавчина вызывает деградацию изделий и конструкций, изготовленных из материалов на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходное железо, её нарост ведёт к быстрому разрушению конструкции, усиливая коррозию на прилегающих к нему участках — явление, называемое поеданием ржавчиной. Это явление стало причиной разрушения моста через реку Мианус (штат Коннектикут, США) в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма полностью проржавели изнутри. В результате этот механизм зацепил за угол одной из дорожных плит и сдвинул её с опор. Ржавчина была также главной причиной разрушения Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году, когда стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. Погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.

Мост Кинзу после разрушения.

Мост Кинзу в штате Пенсильвания был снесён смерчем в 2003 году в значительной степени потому, что центральные опорные болты, соединяющие сооружение с землёй, проржавели, из-за чего мост держался лишь под действием силы тяжести.

Кроме того, коррозия покрытых бетоном стали и железа может вызвать раскалывание бетона, что создает серьёзные конструкторские трудности. Это один из наиболее распространённых отказов железобетонных мостов.

См. также

Примечания

Ссылки

wiki.sc

Что такое ржавчина и как с ней бороться: оксиды железа

Как показывает практика, ржавчина (коррозия) поражает почти 12% производимого в мире железа. В связи с тем, что окружающая среда становится все более агрессивной, в том числе из-за ее загрязнения, металлы эксплуатируются все в более сложных условиях. Оксиды серы или азота, выделяемые из атмосферы, образуют микрокапли азотной или серной кислоты, что приводит к существенному возрастанию скорости появления ржавчины.

Химические основы процесса коррозии железа

Железо является химически активным металлом. Оно в присутствии кислорода и воды подвергается окислению, при этом образуя разнообразные соединения: оксиды, гидроксиды, гидраты оксидов. Химки констатируют, что определенной формулы ржавчины нет. Что такое ржавчина? Это коррозия, которая образуется вследствие окисления железа. Она обладает переменным составом, который зависит от окружающей среды.

Ржавчина поражает железо по его всей поверхности. Однако самыми уязвимыми являются внутренние и внешние узлы изделий, сварочные швы, резьбовые соединения. Структуры ржавого железа отличаются значительной степенью рыхлости. У ржавчины отсутствует какое-либо сцепление с металлом. Вследствие того, что поверхность высокопористой коррозии свободно удерживает в себе атмосферную влагу, создаются оптимальные условия для дальнейшего разрушения железа.

Обычно цвет ржавчины - красно-бурый, коричневый, который не позволяет оценить состояние железа под слоем коррозии. Под ржавчиной металл может быть окончательно разрушен. Если не принимать меры для предотвращения ее распространения, то результаты воздействия коррозии на железо могут оказаться катастрофическими, привести к полному разрушению конструкций. Это особенно опасно, если ржавчина разъела опоры ЛЭП или дно морского судна. Что такое ржавчина для автомобиля, и какой вред она несет, известно каждому автомобилисту.

Причины появления ржавчины

Ржавчина начинает появляться тогда, когда металл контактирует с кислородом, водой, окислителями либо кислотами. Одним из условий того, что металл подвергается ржавчине, является наличие в нем примесей либо добавок. Если имеет место контакт железа с внешними раздражителями в присутствии соли (соленая вода), то коррозия разрушает его значительно быстрее в виду начала электрохимических реакций.

Если железо является чистым, без примесей, то оно к воздействиям кислорода и воды значительно устойчивее. Так же, как и у них металлов, таких как алюминий, на его поверхности образуется плотное оксидное покрытие (слой пассивации), который обеспечивает защиту основной массы железа от более глубокого окисления. Однако и этот слой может быть разрушен, если начинается взаимодействие железа с кислородом и водой совместно.

Иными факторами, которые активно разрушают железо, являются углекислый газ в воде и серный диоксид. При их воздействии очень активно образуются разнообразные типы гидроксида железа. Они, в отличие от оксидов железа, не могут защитить металл. Гидроксид, формируясь, начинает отслаиваться от поверхности железа, после чего негативному воздействию подвергается нижний слой, который также отслаивается. И этот процесс длится до того времени, пока весь металл не будет уничтожен, либо в окружающей среде не останется кислорода, диоксида углерода, серы и воды.

Если железо, подвергаясь сгоранию на воздухе, контактирует с кислородом, то имеет место образование оксида железа ii.

При сгорании в чистом кислороде — оксид IV.

Оксид железа iii образуется тогда, когда через металл, находящийся в расплавленном состоянии, проходит воздух или кислород.

Состав ржавчины

Ржавчина, которая образуется в обычных условиях, является как правило смесью 3 оксидов железа. Они образуются не в один момент и имеют разные физико-механические свойства. Железные оксиды с самого нижнего слоя по направлению к поверхности представляют собой сочетание следующих составляющих:

  1. Вюстит (оксид железа) - мягкая структура, зависящая от условий, в которых находится металл. Если температура хранение высокая, то этот слой наибольший.
  2. магнетит (магнитный железняк) – окись-закись железа, обладающая более высокой пористостью, чем вюстидный слой, и меньшей твердостью. Это структура имеет выраженные магнитные свойства.
  3. Гематит (красный железняк) – обычно это структура красно-серого цвета, твердое абразивное вещество. Гематит обладает более высокой плотностью, разъедает металл и увеличивает коэффициент трения при соприкосновении с поверхностями.

Перед тем, как заняться работами по ликвидации ржавчины, необходимо узнать состав металла, особенно на его поверхности, а также установить условия, которые способствовали ее появлению. Располагая такой информацией, достаточно просто найти оптимальный вариант для удаления оксида железа и выбрать наиболее эффективные средства для борьбы с ржавчиной.

Классификация способов борьбы с коррозией

С учетом основных составляющих коррозии, способы, как вывести ржавчину, делятся на следующие:

  • Механический - ликвидация оксидного слоя осуществляется посредством жестких металлических щеток, наждачной бумаги и т. п.
  • Тепловой - осуществляется посредством воздействия на коррозию высоких температур, обычно в сочетании с водяным и (или) воздушным потоками.
  • химический - удаление оксидов железа осуществляется вследствие воздействия на них специальными средствами, растворяющими ржавчину, при нанесении их на поверхность металла.

Необходимо учитывать, что эффективность вышеуказанных методов различна. Так, если процесс образования коррозии установлен своевременно, и это небольшое пятно, то поверхность железа можно эффективно обработать стальной щеткой, наждачный крупнозернистой бумагой, угловой шлифовальной машиной с соответствующей насадкой.

Однако если установлено, что ржавчина захватила большие поверхности, то тогда оптимальными методами будут химические.

Если площади ржавого металла очень большие, их невозможно транспортировать, то тогда оптимальным считается тепловая обработка, но она связана с высокой трудоемкостью.

Обычно обработка металла для удаления ржавчины осуществляется комбинированными способами, при которых различные методы применяют в определенной последовательности.

Механические способы

Выбор определенного способа механической обработки зависит от вида поверхности железа. Так для мотков стальной проволоки применяют ее перематывание с одного носителя на другой. В этом случае при перегибах ржавчина отделяется от поверхности металла.

При удалении коррозии механическим способом обычно используют жесткие щетки из стальной щетины или наждачную бумагу (крупнозернистую).

К недостаткам механических способов избавления от ржавчины относится тот факт, что на поверхности железа остаются следы, образованные очистительным инструментом. Поэтому рекомендуется поверхность очищенного железа подвергать полировке для придания ей прежнего внешнего вида.

Тепловая очистка

Для удаления ржавчины тепловыми методами необходимы специальные установки (промышленные парогенераторы либо строительные фены). Способ очистки от оксидов железа основан на том, что контакт ржавчины с основным металлом не прочен. Воздействие повышенной температуры и горячей влаги при большом скоростном воздушном потоке такое, что ржавчина удаляется практически полностью.

Наиболее эффективен этот метод тогда, когда на обрабатываемую поверхность подается и горячий пар. Паровоздушная смесь в струе, которая подается на металлическую поверхность под давлением, приводит к размягчению ржавчины, дроблению на отдельные фрагменты, которые удаляются с поверхности железа воздушным потоком.

Эти методы особенно эффективны, когда необходимо удалить ржавчину со стальных дверей, вентиляционных конструкций, металлических структур, демонтировать которые невозможно либо затруднительно.

Химическая очистка

В настоящее время методы химической очистки металлических поверхностей от ржавчины очень разнообразны. Однако у всех в основе лежит один процесс - удаление коррозии посредством химического воздействия на нее растворами кислот.

К наиболее эффективным способам избавления от окислов железа относят воздействие на ржавчину соляной кислотой, особенно когда ее концентрация в растворе составляет не менее 15%. Если концентрация меньше, то растворение ржавчины существенно замедляется.

Кислотные составы, сделанные на основе серной кислоты, применять не следует, так как в результате воздействия на поверхности железа образуется слой гидридов, которые повышают хрупкость металла.

Если необходимо осуществить химическую очистку металла в домашних условиях, то возможно применение неагрессивных веществ, таких как лимон, уксус и т.п. Принцип воздействия на коррозию такой же. Эти вещества достаточно хорошо растворяют ржавчину, которая потом легко удаляется ветошью. Что такое ржавчина и как ее удалить, вероятно, знает большинство домохозяек.

Применение иного оборудования для удаления коррозии металла

Механические методы борьбы со ржавчиной возможно использовать далеко не всегда, особенно если металлические изделия имеют сложные формы.

Химические методы имеют также определенные недостатки. Если не соблюдать технику безопасности, то можно получить химический ожог либо отравление. Есть сложности с утилизацией отработанных растворов.

Вследствие этого наиболее оптимальным является применение способа так называемого мягкого бластинга. Его принцип состоит в том, что на поверхность металла, поврежденного ржавчиной, направляется струя сжатого воздуха, которая содержит в себе абразивные составляющие.

Изменяя давление в струе, можно регулировать глубину слоя, который снимается. Это приводит к тому, что удаляется только ржавчина, тогда как сам металл остается сохранным. Гранулы, которые действуют на коррозию, состоят из мелкодисперсной соды и мела, можно применять и очень мелкий песок.

fb.ru

Процесс коррозии железа. Химическая коррозия, электрохимическая коррозия, элетрокоррозия

Процесс коррозии железа чаще всего сводится к его окислению кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, и превращению его в оксиды. Коррозия металлов (ржавление) вызывается окислительно-восстановительными реакциями, протекающими на границе металла и окружающей среды. В зависимости от механизма возникновения, различают такие виды коррозии железа, как: химическая, электрохимическая и электрическая.

Процесс химической коррозии железа

Окислительно-восстановительные реакции в данном случае проходят через переход электронов на окислитель. В процессе коррозии такого типа кислород воздуха взаимодействует с поверхностью железа. При этом образуется оксидная пленка, которая называется ржавчиной:

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3)

В отличие от плотно прилегающих оксидных пленок, которые образуются в процессе коррозии на щелочных металлах, алюминии, цинке, рыхлая оксидная пленка на железе свободно пропускает к поверхности металла кислород воздуха, а также другие газы и пары воды. Это способствует дальнейшей коррозии железа.

Процесс электрохимической коррозии

Этот вид коррозии проходит в среде, которая проводит электрический ток. Металл в грунте подвергается, преимущественно, электрохимической коррозии. Процесс коррозии такого типа – это результат химических реакций с участием компонентов окружающей среды. Также электрохимическая коррозия возникает в случае контакта металлов, находящихся в ряду напряжений на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего возникает гальваническая пара катод-анод.

Атмосферный и грунтовый процесс коррозии выражается схемой:

Fe + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O

В результате образуется ржавчина различной расцветки, что обусловлено тем, что образуются различные окислы железа. Какое именно вещество образуется в процессе коррозии железа, зависит от давления кислорода, влажности воздуха, температуры, длительности процесса, состава железного сплава, состояния поверхности изделия и т. д. Скорость разрушения разных металлов различна.

Процесс коррозии металла в растворах электролитов – это результат работы большого количества микроскопических гальванических элементов, у которых в качестве катода выступают примеси в металле, а в качестве анода – сам металл. В результате чего возникают микроскопические гальванические элементы.

Также атомы железа на разных участках имеют различную способность отдавать электроны (окисляться). Участки металла, на котором протекает этот процесс, выступают в роли анода. Остальные участки – катодные, на которых происходят процессы восстановления воды и кислорода:

H2O + 2e = 2OH + H2

O2 + 2H2O + 4e = 4OH

Результат – из ионов железа (II) и гидроксид-ионов образуется гидроксид железа (II). Далее идет его окисление до гидроксида железа (III) – основного компонента ржавчины:

Fe2+ + 2OH = Fe(OH)2
Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O

Для того чтобы гальванический элемент работал, необходимо наличие двух металлов различной химической активности и среды, которая проводит электрический ток, – электролита. При контакте железа и другого металла (например, цинка) коррозия железа замедляется, а более активного металла (цинка) – ускоряется. Это обусловлено тем, что поток электронов идет от более активного металла (анода) к менее активному металлу (катоду). Так, при контакте железа с менее активным металлом, коррозия железа ускоряется.

Процесс электрической коррозии

Такой вид разрушения металлических подземных конструкций, кабелей и сооружений могут вызывать блуждающие токи, исходящие от трамваев, метро, электрических железных дорог и различных электроустановок с постоянным током.

Ток с металлических конструкций выходит в грунт в виде положительных ионов металла – происходит электролиз металла. Участок выхода токов – это анодные зоны. Именно в них и протекают активные процессы электрической коррозии железа. Блуждающие токи могут достигать 300 А и действовать в радиусе нескольких десятков километров.

Блуждающими токами, исходящими от источников переменного тока, вызывается слабая коррозия подземных стальных конструкций, и сильная – конструкций из цветных металлов. Защита металлических конструкций от коррозии является очень важной задачей, так как она причиняет огромные убытки. 

notehspb.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о