Все ли металлы подвергаются коррозии
Ржавчина, обычно называемая окислением, возникает, когда железо или металлические сплавы, содержащие железо, такие как сталь, подвергаются воздействию кислорода и воды в течение длительного периода времени.
Ржавчина образуется, когда железо подвергается процессу окисления, но не все окисления образуют ржавчину. Как уже говорилось выше, ржаветь может только железо или сплавы, содержащие железо, но и другие металлы могут подвергаться коррозии аналогичным образом.
Что такое коррозия?
Коррозия возникает, когда элемент, легко теряющий свои электроны (например, некоторые металлы), соединяется с элементом, который поглощает дополнительные электроны (кислород), а затем вступает в контакт с раствором электролита (водой). Работа воды в процессе коррозии заключается в ускорении потока электронов от металла к кислороду.
Этот процесс называется окислительно -восстановительной реакцией и на самом деле представляет собой два химических процесса, которые происходят одновременно: восстановление (редукция) и окисление.
Что такое редукция?
Редукция – это название химической реакции, которая происходит, когда молекула получает электрон. Это роль кислорода в коррозии металлов.
Что такое окисление?
Окисление – это противоположная восстановлению реакция, которая происходит, когда молекула теряет электрон. Это роль воздействия металла в коррозии металла. Ржавчина и патина меди странного зеленого цвета – видимые результаты того, что металлы теряют свои электроны в воздухе.
Ржавеют ли медь, железо и алюминий?
Технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо. Другие металлы, включая драгоценные металлы, такие как золото и серебро, могут подвергаться аналогичной коррозии.
Что отличает определенные металлы, так это время, необходимое для того, чтобы они начали ржаветь или подвергаться коррозии.
Вот несколько примеров о том, как наиболее распространенные металлы противостоят ржавчине и коррозии.
В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»
Ржавеет ли медь?
Медь не ржавеет, однако, корродирует. Медь имеет естественный коричневый цвет и при коррозии приобретает ярко-зеленый оттенок. Хотя некоторые считают, что реакция меди скорее потускнение, чем окисление, металл по-прежнему подвергается аналогичному процессу «ржавления».
В естественной среде медь крайне несклонна к коррозии. Тип коррозии, которая в конечном итоге приводит к поломке медных питьевых труб, называется эрозионной коррозией, и она возникает только из-за воздействия текущей турбулентной воды в течение длительного периода времени. Обычно видимая на старых монетах знаменитая красивая зеленая «патина» может полностью сформироваться за 20 лет.
Это один из немногих природных металлов, который не добывается из руды (хотя он может быть получен другими способами), пригодный для непосредственного использования в естественной среде. Этот, а также тот факт, что медь очень мягкая и с ней легко работать, повлекли за собой то, что медь стала одним из первых металлов, с которыми работали люди в истории человечества.
Фактически, медь имела такое большое значение, что у нас действительно есть период в истории, называемый медным веком.
Медь обладает высокой проводимостью к теплу и электричеству, поэтому ее часто используют в электропроводке.
Медь также имеет очень низкую реакционную способность. Известный инструмент в химии, который представляет собой последовательность металлов, упорядоченную от самой высокой до самой низкой реакционной способности до кислот, воды, извлечения металлов из их руд и других реакций. Из-за её низкой реакционной способности специальный сплав меди (90% меди и 10% никеля) используется для деталей лодок, которые в дальнейшем подвергаются воздействию морской воды, или в качестве труб для транспортировки питьевой воды. Если вы осмотритесь в своем доме или здании, то заметите, что во многих ваших приборах используются медные трубы для подачи и отвода воды.
По данным Министерства жилищного строительства и городского развития России, средний срок службы медной водопроводной трубы составляет 50-70 лет.
Ржавеет ли железо?
Да. Помните, что технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо.
По сравнению с коррозией других металлов, железо относительно быстро ржавеет, особенно если оно подвергается воздействию воды и кислорода. Фактически, когда железо подвергается воздействию воды и кислорода, оно может начать ржаветь в течение нескольких часов.
Железо также быстро ржавеет при воздействии высоких температур. Экстремальные температуры могут изменить химический состав металла, что делает его чрезвычайно склонным к рекомбинации с кислородом в окружающей среде.
Алюминий производится в 3 этапа:
Этап 1. Добыча полезных ископаемых
Этап 2. Обработка
Этап 3. Электролитическое восстановление (при котором образуется сам алюминий)
Алюминий получают из минерала боксита. Бокситы чаще всего встречаются в субтропических местах, таких как Африка, Западная Индия, Южная Америка и Австралия, хотя есть небольшие месторождения и в других местах, например, в Европе. Австралия является крупнейшим производителем бокситов. На его долю приходится около 23% мировой добычи.
Затем этот боксит перерабатывается в оксид алюминия, который состоит только из атомов алюминия и кислорода, связанных вместе.
Затем через оксид алюминия пропускается электрический ток, который отделяет различные компоненты друг от друга. Пузырьки кислорода образуются на одном конце, а капли чистого расплавленного алюминия собираются на другом.
Около 4-5 тонн боксита перерабатывается в 2 тонны оксида алюминия, что дает 1 тонну чистого алюминия.
Алюминий корродирует намного медленнее, чем другие металлы, такие как железо. Причина того, что алюминий не так легко подвергается коррозии, как другие металлы, заключается в его особой реакции с водой.
Обычно, когда вода вступает в контакт с металлом, она побуждает металл еще быстрее отдавать свои электроны окружающему его кислороду.
Однако у алюминия особая реакция на воду. Когда вода соприкасается с алюминием, атомы алюминия и кислорода (содержащиеся в металле, а не кислород в окружающем его воздухе) перемещаются дальше друг от друга.
Они окажутся почти на 50% дальше друг от друга, чем были в начале. Эта реакция удаления меняет молекулярную структуру алюминия настолько, что он становится химически инертным, а это означает, что он не так легко подвергается коррозии.
Как предотвратить ржавление металлов
Ржавчина – это естественная химическая реакция. Несмотря на то, что некоторые металлы ржавеют быстрее других, это не должно вас сдерживать от использования этих металлов для определенных целей. Есть много способов предотвратить ржавчину металлов, например, металлические краски и покрытия, защитные барьеры, барьерные пленки, а также многочисленные антикоррозионные растворы и лужение. В каждом методе используются разные соединения и материалы для создания защитного барьера между металлом и элементами, вызывающими ржавчину и коррозию.
Коррозия металла — что важно знать о ней
Атмосферная коррозия — естественный процесс распада металла под действием воздуха и влаги. Но “рыжая крыса” грызет не только лом. Она растворяет скульптуры, памятники, трубы, мосты и многое другое. А продукты этой деградации далеко не безобидны.
Как корродирует металл
Ущерб, наносимый коррозией памятникам заметен всем. Уже побывали на реставрации “Рабочий и колхозница”, установленные на ВДНХ, кони Клодта с Аничкова моста, американская статуя Свободы. И на восстановление их внешнего вида тратятся огромные деньги.
Иногда разрушение не идет дальше поверхности — металл покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет его от дальнейшего проникновения агрессора — воздуха и влаги. Так зеленеет медь, бронза. Иногда металл рассыпается как труха — так ржавеет железо.
А вот что происходит с металлами, которые используют для покрытия домов. Возьмем оцинкованную железную крышу. Потери цинка в год в сельской атмосфере оцениваются в 7-15 г на кв. м, а в городской — в 43 г на кв. м.
Сталь коррозирует еще быстрее: в сельской атмосфере теряется до 430 г на кв. м, в городской — до 600 г. Больше полкилограмма стали в год на один квадратный метр!
Коррозионные карты России
Время, за которое происходит коррозия, непосредственно связано с вредными примесями в атмосфере.
Особенно ускоряют ее соединения серы. Основной источник выбросов серы в атмосферу — не транспорт, как думают многие, а топливная энергетика. На втором месте идет металлургия, особенно цветная, и на третьем — нефтепереработка.
Вот наглядный пример: в середине 90-ых годов XX века, когда работа многих промышленных предприятий была приостановлена, в районе завода им. Лихачева — знаменитый ЗИЛ в Москве, коррозионные потери стали и цинка уменьшились в 5 раз по сравнению с тем, что было в 50-е годы.
По тому, с какой скоростью разрушаются металлы, можно делать выводы о чистоте воздуха. И с 50-х годов прошлого века, когда во всем мире заговорили о загрязнении атмосферы, началось активное изучение коррозии. В том числе создание коррозионных карт, с помощью которых можно будет судить об изменениях в атмосфере.
В России такие работы проводятся в Институте физической химии и электрохимии им. Фрумкина.
Атмосферная коррозия — настолько сложный процесс, что его невозможно ни смоделировать в лаборатории, ни просимулировать на компьютере. Изучением атмосферной коррозии занимаются на коррозионных станциях, где под открытым небом лежат и «ржавеют» многочисленные образцы.
Процесс наблюдения и снятия показаний автоматизировать тоже не удается. Наблюдения нужно проводить годами в одних и тех же местах. За какими-то образцами достаточно наблюдать раз в месяц, а за другими сначала надо следить каждый час, а позже достаточно раз в несколько дней.
Коррозионная станция Института физической химии и электрохимии в Подмосковье
В институте работают четыре коррозионные станции — в Москве (городская), в Подмосковье (сельская), в Мурманске (северная) и на Дальнем Востоке (приморская). Все это — разная влажность, разный температурный режим, разная загрязненность атмосферы и, следовательно, разная скорость коррозии.
Чтобы увеличить количество точек наблюдения, институт приглашает к сотрудничеству школьников. Сейчас при школе в поселке Старая Майна Ульяновской области строится коррозионная станция. По присланным из института чертежам школьники самостоятельно смонтировали стенды, и в ближайшее время туда завезут образцы. На коррозионной карте России появится еще одна точка.
Последствия коррозии
Коррозии не подвергаются лишь металлы, которые встречаются в чистом — самородном виде. Например, золото, серебро, платина. Но таких очень мало.
Другие металлы под воздействием влаги возвращаются в свое природное состояние в виде химических соединений — оксидов, солей и гидроксидов, из которого человек извлек их путем сложных физико-химических манипуляций.
В результате окружающая среда загрязняется соединениями тяжелыми металлами. Они попадают в ливневую канализацию или ручей, а оттуда — в реки.
Нерастворимые в воде соединения через какое-то время оседают на дно городских рек. Если поднять грунт со дна, то это будет не плодородный ил, как в древнем Египте, а мертвая загрязненная соединениями тяжелых металлов основа. Именно поэтому бесполезно осушать водохранилища, которые активно строились в СССР в эпоху гидроэлектростанций — использовать отравленные земли уже не получится.
Но и это еще не все. Нерастворимые соединения могут вступить в химические реакции и превратиться в растворимые, которые накапливаются растениями.
Их адсорбируют и травы, и деревья, а еще активнее это делают водоросли. Ионы металлов проходят через мембрану клетки, усваиваются растениями в процессе метаболизма. На этот факт стоит обратить внимание всем, кто любит очищать организм от тяжелых металлов, поедая сухие водоросли.
Прежде чем питаться ими, следует поинтересоваться составом атмосферы в том месте, где водоросли собирали. Чтобы не оказалось, что “пылесос”, который должен чистить организм, уже забит до предела.
Почему знания о коррозии так важны сегодня?
В глобальном масштабе, в объеме Мирового океана, разрушенные и вынесенные в окружающую среду металлы не создают опасных концентраций, не наносят такого вреда, как загрязнение пластиком.
Другое дело — локальное скопление продуктов коррозии. Раньше люди не извлекали металлы в таком количестве как сейчас, и они были рассеяны по планете. Никогда рядом не оказывалось так много металлических крыш, памятников, водопроводных труб, заборов и декоративных частей фасадов.
Собираясь в отдельной реке, отдельной гавани или отдельном роднике — тяжелые металлы могут оказать на природу и человека крайне негативное воздействие.
Возникает вопрос: так ли нам нужна еще одна скульптура? И, может быть, пора перестать экономить на антикоррозионных покрытиях?
Коррозия vs ржавчина
Только медь и драгоценные металлы (золото, серебро, платина и т. д.) встречаются в природе в их реальном металлическом состоянии. Все другие металлы (включая железо) перерабатываются из минералов или руд в металлы, которые по своей природе нестабильны в окружающей их среде. Все искусственные металлы нестабильны и имеют тенденцию превращаться в более стабильные минеральные формы. Некоторые металлы образуют на своей поверхности защитные керамические пленки (пассивные пленки), которые предотвращают или замедляют процесс коррозии. Металлы подвержены коррозии, потому что они используются в среде, где они химически нестабильны.
Зная разницу между коррозией и ржавчиной
Коррозия — постепенное разложение металлов в результате химической реакции с окружающей средой.
Металл вступает в реакцию с внешней средой и со временем может ухудшить полезные свойства материалов и конструкций, включая прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов. Это повреждение известно, как коррозия. При воздействии внешней среды металлы окисляются и вступают в реакцию с кислородом атмосферы. К внешним факторам, вызывающим коррозию металлов, относятся вода, кислоты, щелочи, соли, масла и другие твердые и жидкие химические вещества. Металлы также подвергаются коррозии при воздействии газообразных материалов, таких как пары кислоты, газообразный формальдегид, газообразный аммиак и серосодержащие газы. Два места, где имеют место катодная реакция и анодная реакция, могут быть близко друг к другу или далеко друг от друга в зависимости от обстоятельств. Некоторые материалы устойчивы к коррозии, а другие – подвержены ей. Однако коррозию можно предотвратить некоторыми методами. Покрытие – один из методов защиты материалов от коррозии. Сюда входит покраска, гальваника, нанесение эмали на поверхность и т. д.
Ржавчина — форма коррозии, но конкретно относится к окислению железа или его сплавов.
Только металлы, содержащие железо или его сплавы, могут ржаветь, поскольку этот термин конкретно относится к окислению железа (как в самом железе, так и в стали) или к оксиду железа, который образуется. Для появления ржавчины должны быть определенные условия. В присутствии кислорода, влаги или воды, железо подвергается этой реакции и образует серию оксидов железа. Этот красновато-коричневый цвет известен как ржавчина. Если ржавчина начинается в одном месте, она в конечном итоге распространяется и весь металл распадается.
Наиболее частая причина – длительное пребывание в воде. Любой металл, содержащий железо, включая сталь, будет связываться с атомами кислорода, содержащимися в воде, с образованием слоя оксида железа или ржавчины. Ржавчина усилится и ускорит процесс коррозии, поэтому уход за ней очень важен. Ржавчина бывает разных форм, наиболее распространенной из которых является красная ржавчина, образованная красными оксидами. Хлор в воде вызывает образование зеленой ржавчины. Как и большинство коррозионных процессов, ржавление происходит постепенно. Через некоторое время, если материал не обработать, он распадется, и все превратится в ржавчину, сделав его непригодным для использования.
Другие металлы
Когда алюминий корродирует, на поверхности металла образуется тонкий слой оксида алюминия, который действует как защитный барьер. Этот барьер не отслаивается, как ржавчина, что предотвращает дальнейшую коррозию алюминия в будущем.Поскольку медь корродирует, она приобретает зеленый цвет, известный как патина. Эта патина желательна, поскольку она не только создает защитный барьер для дальнейшей коррозии, но и имеет внешний вид, который нравится потребителям.
Рекомендуем эффективный состав для удаления ржавчины с металлов — «РжавоМед-У»
4 типа металлов устойчивые к коррозии или нержавеющие
Мы обычно думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов. Если ничто не остановит коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.
Не все металлы содержат железо, но они могут коррозировать или потускнеть в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбирать металлы, которые «устойчивы к ржавчине» или, точнее, «устойчивы к коррозии». В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:
- Нержавеющая сталь
- Алюминиевый металл
- Медь, бронза или латунь
- Оцинкованная сталь
Нержавеющая сталь
Типы нержавеющей стали такие, как 304 или 316, представляют собой смесь элементов и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома (не менее 18%), который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь. Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.
Рекомендуем эффективный удалитель ржавчины с металлических поверхностей — «РжавоМед-У»
Алюминиевый металл
Многие самолеты сделаны из алюминия, как и детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его небольшим весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.
Медь, бронза и латунь
Эти три металла содержат мало железа или вовсе его не содержат, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь – это сплав меди, цинка и других элементов, которая также устойчива к коррозии.
Оцинкованная сталь
Оцинкованная сталь долго ржавеет, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также путем формирования защитного покрытия из оксида цинка. Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.
Коррозия металлов и способы защиты от нее
Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.
- Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
- Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
- Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.
Различают химическую и электрохимическую коррозию.
| Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой. |
При химической коррозии также возможны процессы:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.
| Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов. |
В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.
При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).
В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:
Fe –2e = Fe 2+
На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:
2H + + 2e → H2
O2 + 2H2O + 4e → 4OH –
| Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы: |
Анод: Fe –2e → Fe 2+
Катод: 2H + + 2e → H2
Суммарная реакция: Fe + 2H + → H2 + Fe 2+
Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:
Анод: Fe –2e → Fe 2+
Катод: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –
Суммарная реакция:
Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3
При этом образуется ржавчина.
Методы защиты от коррозии
Защитные покрытия
Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.
- Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
- Покрытие краской, лаками, смазками.
- Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).
Создание сплавов, стойких к коррозии
Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.
Изменение состава среды
Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.
Электрохимические методы защиты
Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.
Читайте также: