Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Почему ржавеют металлы и способы защиты от коррозии
Количество просмотров: 22240
Комментарии к статье: 5


Почему ржавеют металлы и способы защиты от коррозии


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

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

Уход за металлическим забором

Железо и сталь в электротехнике

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

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

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

Причины ржавления

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

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

Добыча металлов

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

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

Ржавый автомобиль

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

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

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

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

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

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

Ржавчина на металле

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

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

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

Пути защиты от коррозии

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Оцинкованное ведро

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

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

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

Электрохимическая антикоррозийная защита подземных коммуникаций

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

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

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

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

Текущее положение дел

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

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

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

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

Защита забора от коррозии

Что нужно помнить при выполнении защиты металла от коррозии?

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

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

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

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

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

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Как убрать ржавчину
  • Проводниковые алюминий и медь: свойства, особенности использования, стойкос ...
  • Практическое применение электролиза
  • Как сделать на поверхности металла никелевое покрытие
  • Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?
  • Что такое канифоль: состав, свойства, применение
  • Знаете ли вы какие металлические материалы используются в аккумуляторах эле ...
  • Редкие металлы в электронике и электроэнергетике
  • Как изменяется сопротивление при нагреве металлов
  • Припои и флюсы для пайки
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    FAQ, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Павел |

    Наиболее подвержена коррозии нержавеющая сталь (углеродистая). Элементом, который может бороться с коррозией металла, является хром. Его содержание в стали составляет 10,5%, как в нержавеющей стали, хотя в случае стали для промышленных целей или там, где требуется более высокая коррозионная стойкость, его содержание обычно находится в диапазоне от 14 до 20%. Сталь с содержанием хрома> 12% ведет себя как драгоценные металлы, которые в обычных условиях совсем не подвержены коррозии. Самый популярный метод текущего ухода за металлом (все виды стали: углеродистая, нержавеющая, оцинкованная или без цинка, алюминий и т. д.) - периодическая покраска препаратами, предотвращающими и замедляющими процесс коррозии. Поверхность, подготовленная для защиты, должна быть чистой, без рыхлых фрагментов, непыльной и сухой. Правильно окрашенная сталь в стандартных условиях обычно защищается от ржавчины в течение нескольких сезонов.

    Сырой алюминий обладает высокой устойчивостью к процессам коррозии. Естественно, он покрыт тонким защитным слоем оксида, который предотвращает прогрессирование разрушения такой поверхности. В случае царапины слой на пересечении немедленно воссоздается. Это покрытие эффективно в среде с pH 4-9. За пределами этого диапазона алюминий довольно быстро подвергается коррозии. Обычно ржавчину предотвращают, покрывая металл битумным покрытием или стойким к щелочам лаком, а также применяя силикаты, замедляющие процесс коррозии.

    Коррозионная стойкость чугуна аналогична коррозионной стойкости стали, хотя иногда она даже выше. Это обеспечивается добавлением кремния и никеля, составляющих даже до 35% по весу, в дополнение к углероду, обычно содержащему от 2 до 4% от содержания чугуна. Наиболее распространенные виды чугуна - ковкий (ковкий) и серый чугун. В этом случае подойдет любая краска для окраски стали и чугуна, но, учитывая, что многие чугунные предметы часто являются старинными, старыми сувенирами, стоит убедиться, что краска - помимо защиты - также создает качественное декоративное покрытие.

      Комментарии:

    #2 написал: Эдуард |

    Ржавление металлов происходит в результате химической реакции между металлом и кислородом воздуха при наличии влаги. В этом процессе происходит окисление металла, что приводит к образованию окисных пленок на его поверхности. В зависимости от типа металла, окружающей среды и условий эксплуатации, скорость ржавления может быть разной.

    Наиболее подвержены ржавлению железо и его сплавы, такие как сталь. Это связано с тем, что железо активно взаимодействует с кислородом воздуха, а также более подвержено коррозии в кислой или щелочной среде. Другие металлы, такие как алюминий и медь, также могут ржаветь, но это происходит в основном в результате воздействия других агрессивных сред, например, кислот.

    Чтобы предотвратить ржавление металлов, их поверхности можно защитить покрытиями, например, краской или лаком, которые создадут барьер между металлом и окружающей средой. Также металлы можно защищать специальными антикоррозионными составами или покрытиями, такими как цинкование или гальванизация.

    Для предотвращения ржавления необходимо также избегать попадания воды или других агрессивных сред на металлические поверхности. При длительном хранении металлических изделий следует обеспечивать оптимальную влажность и температуру, чтобы предотвратить ржавление. Регулярная очистка и обслуживание металлических изделий также поможет сохранить их в хорошем состоянии на долгое время.

      Комментарии:

    #3 написал: Михаил Вальштейн |

    Никакой чистый металл, кроме золота, но включая платину, и никакой сплав нельзя считать устойчивым на воздухе при комнатной температуре. Все металлы проявляют тенденцию к образованию окислов, а многие из них и к образованию нитридов, хотя в большинстве случаев скорость реакции при низких температурах очень мала.

    При высоких температурах некоторые окислы, например окислы серебра и палладия, диссоциируют с образованием соответствующих металлов. Теоретически все металлические соединения разлагаются при высоких температурах, хотя практически температура разложения часто превышает температуру кипения исходных металлов или их соединений. Таким образом, большая часть металлов в твердом или жидком состоянии неустойчива на воздухе при любой температуре.

    Окисление металлов в известной степени зависит от констант равновесия, например от упругости диссоциаций. Они прежде всего определяют, какие соединения образуются, если они вообще образуются, тогда как скорость их образования представляет собой главным образом задачу кинетики.

    К счастью, скорости реакций изменяются в широких пределах, причем реакция, которые не заканчиваются, например, через столетие, практически могут считаться совсем не происходящими. С повышением температуры скорость реакций быстро нарастает, а при температурах выше ~ 1600° С они заканчиваются в большинстве случаев через несколько минут.

    Пусть на чистую поверхность металла или сплава воздействует такой газ, как кислород. Нет никаких сомнений в том, что реакция начнется на поверхности раздела металл — газ, причем если продукты взаимодействия не обладают летучестью, то они должны образовывать промежуточный слой между сплавом и газом.

    Такой слой может принимать многочисленные формы, а та или иная форма даже видоизмениться в ходе этой реакции взаимодействия. Во-первых, слои бывают плотными, пронизанными порами и трещинами, т. е. всевозможными пустотами, так что дальнейшее течение реакции может охватывать диффузию атомов или просто проникновение газовых молекул через поры.

    Диффузия может происходить и внутри зерен, и вдоль межзеренных границ или поверхностей. Когда же взаимодействует сплав, с газом соединяется либо один его компонент, либо все компоненты металлы, которые входят в состав сплава, так что образующийся слой может представлять собой и комплекс различных частиц, и совокупность отдельных слоев, четко отделяющихся друг от друга. То же самое относится и к металлу, образующему с газом несколько устойчивых соединений различного состава.

    Чтобы понять механизм окисления, приходится изучать и по мере возможности предугадывать окислительные характеристики окисных слоев для всевозможных сочетаний металл — газ. Необходимо знать состав и структуру устойчивых соединений, образующихся при таком сочетании.

      Комментарии:

    #4 написал: Сергей |

    Инциденты, связанные с авариями на тепловых сетях, вносят существенный вклад в городскую инфраструктуру. Примерно 80% таких происшествий можно отнести к последствиям наружной коррозии. Этот факт выделяет проблему коррозии как одну из основных угроз для эффективного функционирования теплоснабжающих систем. Протечки в трубопроводах, которые являются следствием коррозии, несут серьезные последствия. Они не только нарушают нормальный режим работы системы, но и влияют на окружающую среду и инфраструктуру. Протекающие теплоснабжающие трубы могут изменить гидрогеологические характеристики прилегающих территорий, приводя к их подтоплению. Это в свою очередь может вызвать подтопление подвалов и цоколей жилых и коммерческих зданий. Кроме того, аварии на тепловых сетях могут увеличить коррозионную активность грунтов, что ставит под угрозу основания зданий и инфраструктуры. Негативное воздействие коррозии на фундаменты может привести к серьезным повреждениям и даже к чрезвычайным ситуациям. Сегодня множество домов сталкиваются с проблемами подтопления подвалов и цоколей, вызванными авариями на трубопроводах. Это создает неудобства для жителей и дополнительные расходы на восстановительные работы. Поэтому проблема коррозии и аварий на тепловых сетях требует серьезного внимания и разработки эффективных методов предотвращения и решения. 

      Комментарии:

    #5 написал: Полина |

    Ржавчина - это процесс коррозии железа и его сплавов, таких как сталь, в присутствии воды и кислорода. Ржавчина образуется в результате химической реакции между железом и водой, в результате которой образуется оксид железа. Этот процесс может быть ускорен при наличии кислорода, который способствует образованию ржавчины. Ржавчина может повредить металлические конструкции и изделия, поэтому важно принимать меры для предотвращения ее образования.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.